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FN-100
光纤捷联惯导
FN-100
是一种高性能的光纤惯性导航系统，
它可以在不需要任何辅助信息的情况下
实现高精度对准，
并提供惯性级位置、速度和姿态信息。
（图片来自 利科夫FN-100光纤捷联惯导系统）
01.优势
◆惯性级导航精度
◆可靠性高，维护成本低
◆灵活的工作模式适合各种载体
◆能承受恶劣的工作环境
◆超低功耗和超小型性能
02.应用领域
◆船舶、无人潜水器、水下航行器和其他水上设备的定位和导航
◆多波束声纳和激光雷达
◆本地检测和稳定平台姿态检测
◆航空和地面测量
◆定位和定向
03.工作原理
惯导采用三轴光纤陀螺仪敏感载体角运动，输出与载体运动角速率成比例的数字信号；三个正交配置的石英挠性加速度计敏感载体的线加速度，输出与其成比例的电流信号，电流信号经过 I/F 转换电路转换为频率信号输入导航计算机，并且内置双频双天线高性能测量型卫星接收机，提供航向、位置、速度等参考。导航计算机完成陀螺仪、加速度计、卫星接收机的数据接收、系统误差补偿计算、导航解算，并以规定的周期通过监控口对外发送实时的速度、位置、姿态等导航信息。
图 1 FN-100 光纤捷联惯导工作原理图
术语：
FOG |
光纤陀螺仪 |
|
IMU |
惯性敏感器件 |
|
INS |
惯性导航系统 |
|
SINS |
捷联惯性导航系统 |
|
GPS |
全球卫星定位系统 |
|
DVL |
多普勒测速仪 |
|
04.方案简介
FN-100 光纤捷联惯导系统内部惯性测量单元（INERTIAL MEASUREMENT UINT---IMU）由三轴光纤陀螺仪和三个石英挠性加速度计组成。
4.1
光纤陀螺仪
光纤陀螺是基于萨格奈克（Sagnac）效应的一种光纤干涉仪，即在同一光纤传感环圈内相向传输的两束光干涉，构成光纤Sagnac 干涉仪，如图 2 所示。
图2 光纤陀螺原理图
图3 光纤环实物图
光纤陀螺仪采用高精度三轴光纤陀螺仪，该光纤陀螺采用全数字闭环光纤陀螺方案，其光路部分由光源、耦合器、集成Y 波导、光纤传感环圈和探测器五个器件组成。
图4 光源方案框图
在研制过程中，突破了光纤光源技术、零启动技术、标度因数误差控制技术等多项关键技术，使得光纤陀螺在-40℃～60℃工作温度范围内，零启动条件下，零偏稳定性均优于 0.03 /h（1σ）。
其主要技术指标如下：
零偏稳定性 |
0.03(°)/h（1min 后：10s 平滑，1σ） |
||
0.02(°)/h（10min 后：10s 平滑，1σ） |
|||
绝对零偏 |
<2(°)/h |
||
随机游走系数 |
≤0.005(°)/h1/2（1σ） |
||
测量范围 |
±300°/s |
||
非线性度 |
<100ppm |
||
4.2
加速度计
加速度计采用石英挠性加速度计。石英挠性加速度计是机械摆式力平衡加速度计，它由表头和伺服电路两大部分组成。表头由整体石英挠性检测质量摆组件、上下力矩器、腹带及隔离环等连接件、壳体等零部件构成。伺服电路为混合集成电路，由基准三角波发生器、差动电容检测器、电流积分器、跨导补偿放大器和电压调节器等五部分组成。
其主要技术指标如下：
零偏稳定性 |
50ug（1σ） |
绝对零偏 |
<500ug |
测量范围 |
25g |
非线性度 |
<100ppm |
05.性能指标
惯导包含多种导航模式，
可以与GPS/DVL组成组合导航系统。
5.1
纯惯导模式
惯导初始对准分为单位置静态对准和双位置对准两种方式，双位置对准方式定位精度高于单位置静态对准方式。
方位对准精度 |
≤0.05°sec（Φ）（双位置对准，（1σ，Φ为当地纬度） |
|
≤0.15°sec（Φ）（单位置对准，（1σ，Φ为当地纬度） |
||
水平姿态对准精度 |
≤0.02°（1σ） |
|
方位保持精度 |
0.03°/h |
|
水平姿态保持精度 |
0.02°/h |
|
定位精度（50%CEP） |
≤2nm/h(10min 静态对准) |
|
水平速度精度（RMS） |
≤2m/s(10min 静态对准) |
|
定位精度（50%CEP） |
≤1nm/h（双位置对准，对准时间小于 30min） |
|
水平速度精度（RMS） |
≤1m/s（双位置对准，对准时间小于 30min） |
|
5.2
GPS辅助导航模式
方位对准精度 |
≤0.05°sec（Φ）（1σ，Φ为当地纬度） |
|
水平姿态对准精度 |
≤0.02°（1σ） |
|
方位保持精度 |
≤0.03°sec（Φ）（1σ，Φ为当地纬度） |
|
水平姿态保持精度 |
≤0.02°（1σ） |
|
定位精度 |
≤5m（1σ） |
|
速度精度 |
≤0.1m/s（1σ） |
|
5.3
其他
◆外形尺寸：175 x 165 x 110 mm；
◆质量：小于 3.5kg；
◆数据测量频率：最大 200Hz；
◆提供 1 路 RS232 和 2 路 RS232/422 可选接口，最大波特率◆支持 1843200bps。
◆电源：9～36V 直流电源，标称电源电压 24V；
◆功耗：常温稳态功耗小于 13W，高低温稳态功耗小于 20W，◆启动瞬态功耗小于 40W；
◆使用温度：-40℃~+60℃；
◆贮存温度：-45℃~+80℃。
06.接口定义
6.1 坐标系定义
◆载体坐标系（b 系）── Oxb yb zb ：载体坐标系的原点O 选在惯导中心， xb 轴为纵轴指前， yb 轴为横轴指右， xb yb zb 构成右手坐标系。陀螺仪和加速度计的安装均与载体坐标系Oxb yb zb 一致。
图1 坐标系定义示意图
◆地理坐标系（t 系）── Oxt yt zt ：地理坐标系的原点O 选在载体重心， xt 指向北， yt沿垂直方向指向天， zt 指向东。
◆导航坐标系（n 系）── Oxn yn zn ：导航坐标系与地理坐标系重合。惯导在载体上安装时，X 轴应与载体纵轴一致，Y 轴指天。
图2 惯导在载体上的安装
惯导各姿态角定义如图 3 所示：
图3 姿态角定义
6.2 机械接口
图6 安装尺寸图
6.3 热接口
惯导使用 9V～36V 直流电源供电，标称电源电压 24V。在 24V 供电常温环境下稳态功耗小于 13W，全温稳态功耗小于 20W，启动瞬态功耗小于 50W，启动瞬态宽度小于 1ms。
惯导六个面均为金属结构，主要通过底面传导散热。环境温度的稳定性对惯导输出精度稳定性有一定影响，为保证惯导输出精度，建议：
◆要求用户使用散热良好或者热容大的金属面作为惯导的安装面，安装面接触良好，必要情况下可以使用导热硅脂；
◆尽量提供一个温度稳定的环境，远离热源或者其他温度变化快的物体。
6.4 电气接口
惯导使用 J599 系列连接器作为系统低频连接器，高频连接器采用TNC 系列。
低频连接器点定义如下：
07.运输维护
1
运输
惯导配有专用包装箱。惯导在单独运输过程中必须使用包装箱；在拆装及搬运过中应小心轻放，避免碰撞、翻转、敲击和雨淋，严禁和酸、碱等腐蚀性物品、挥发性物质、易燃易爆物质放在一起运输。包装完好的惯导可适合公路、铁路、水路、航空等运输。
2
储存
为了使惯导尽可能保持较高精度以及较长的使用寿命，应当尽量选择较好的贮存环境，一般情况下，存放应符合：温度为 5℃～40℃，相对湿度不大于 80%，库房内无腐蚀性物质。
利科夫主营产品
公司致力于航空、航天、船舶、汽车、测绘、电力、交通等领域的精准导航和定位定向技术，研发生产各类惯性导航系统、惯性测量单元、陀螺仪、光纤环圈等产品，专业服务于惯性导航和光电传感领域。
武汉利科夫科技有限公司
24小时服务热线：17800294685
电话：17800294685
传真：027-59722280
邮箱：sales@liocrebif.com
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