[發(fā)明專利]一種機載慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)參數(shù)校準方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610288506.6
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105737858B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江潔;于文波;閆勁云;張廣軍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種機載慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)參數(shù)校準方法與裝置，以高動態(tài)星敏感器為數(shù)據(jù)獲取手段，以恒星為測量對象，通過探測天球上的多顆恒星，并進行星點定位、星圖識別和姿態(tài)解算，提供星敏感器相對于慣性參考系的姿態(tài)；然后，根據(jù)星敏感器坐標(biāo)系與慣導(dǎo)系統(tǒng)坐標(biāo)系間的變換關(guān)系，得到慣導(dǎo)坐標(biāo)系下的飛機姿態(tài)基準數(shù)據(jù)；最后，以此基準數(shù)據(jù)為參考，與慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行比對，從而實現(xiàn)機載環(huán)境下對慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)精度的動態(tài)在線校準。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)航姿態(tài)參數(shù)校準的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機載慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)參數(shù)校準方法與裝置。

背景技術(shù)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，具有很好的隱蔽性，不受外界電磁干擾的影響。在航空領(lǐng)域中，它是各種飛機不可缺少的導(dǎo)航系統(tǒng)，其姿態(tài)精度性能對飛機導(dǎo)航至關(guān)重要，因此必須對慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)精度進行校準。與其它機載設(shè)備一樣，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)必須在真實飛行條件下進行試飛，從而為新型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計定型/鑒定提供技術(shù)依據(jù)，但是，長期以來，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的試飛鑒定、特別是實際使用環(huán)境中姿態(tài)參數(shù)的校準問題尚未很好解決。

目前國內(nèi)一般采用地面轉(zhuǎn)臺對慣導(dǎo)系統(tǒng)參數(shù)進行校準，中國專利“一種POS方位精度和姿態(tài)精度的地面測試方法”(CN201010613323.X)和中國專利“一種高精度多慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)精度評定方法”(CN201210156278.9)均是在地面轉(zhuǎn)臺上進行，通過設(shè)定軌跡并旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，以轉(zhuǎn)臺提供的方位角和水平姿態(tài)角信息為基準，對慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出姿態(tài)參數(shù)進行精度校準。地面轉(zhuǎn)臺試驗可以對慣導(dǎo)系統(tǒng)進行高精度校準，但是，實際中飛機受到天氣、氣流等影響，導(dǎo)致慣導(dǎo)系統(tǒng)工作在復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境中，這種使用環(huán)境與實驗室校準平臺環(huán)境存在較大差異，從而對實驗室校準結(jié)果的可信度產(chǎn)生影響。

星敏感器以天球慣性坐標(biāo)系中的恒星為參考基準，輸出載體在慣性空間中的絕對姿態(tài)信息，具有無漂移、精度高等特點，但是，當(dāng)用于飛機機載設(shè)備時，飛機機動性較強，傳統(tǒng)星敏感器由于曝光時間較長，出現(xiàn)成像光斑拖尾的現(xiàn)象，造成星點定位精度下降，嚴重時甚至不能輸出姿態(tài)。相比于傳統(tǒng)星敏感器，高動態(tài)星敏感器具有極高的探測靈敏度，曝光時間相對于傳統(tǒng)星敏感器大為縮短，在實際飛行的復(fù)雜動態(tài)環(huán)境下仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高精度姿態(tài)輸出，因此本發(fā)明以高動態(tài)星敏感器輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)為基準，完成機載慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)參數(shù)的動態(tài)在線校準。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于高動態(tài)星敏感器的慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)參數(shù)的校準方法與裝置，以高動態(tài)星敏感器為數(shù)據(jù)獲取手段，以恒星為測量對象，通過探測天球上的多顆恒星，并進行星點定位、星圖識別和姿態(tài)解算，提供星敏感器相對于慣性參考系的姿態(tài)；然后，根據(jù)星敏感器坐標(biāo)系與慣導(dǎo)系統(tǒng)坐標(biāo)系間的變換關(guān)系，得到慣導(dǎo)坐標(biāo)系下的飛機姿態(tài)基準數(shù)據(jù)；最后，以此基準數(shù)據(jù)為參考，與慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行比對，從而實現(xiàn)機載環(huán)境下對慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)精度的動態(tài)在線校準。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種機載慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)參數(shù)校準裝置，該校準裝置包括高動態(tài)星敏感器、GPS同步授時系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器、穩(wěn)壓電源和固定支架，其中，固定支架用于固定安裝校準裝置高動態(tài)星敏感器、GPS同步授時系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器和穩(wěn)壓電源以及待校準的慣導(dǎo)系統(tǒng)，穩(wěn)壓電源則為高動態(tài)星敏感器、GPS同步授時系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器以及待校準的慣導(dǎo)系統(tǒng)供電，當(dāng)需要校準時，將待校準的慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝在固定支架上，高動態(tài)星敏感器將姿態(tài)數(shù)據(jù)及其對應(yīng)時刻的脈沖信號輸出到數(shù)據(jù)采集器，GPS同步授時系統(tǒng)用于提供標(biāo)準GPS時間，其中，待校準慣導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)直接進行授時，而高動態(tài)星敏感器則需要首先對脈沖信號進行授時，然后利用脈沖信號與高動態(tài)星敏感器姿態(tài)數(shù)據(jù)一一對應(yīng)的性質(zhì)，間接完成對高動態(tài)星敏感器輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)的授時。

本發(fā)明還提供一種機載慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)參數(shù)校準方法，利用上述的機載慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)參數(shù)校準裝置，該校準方法步驟如下：

步驟一、坐標(biāo)系基準統(tǒng)一步驟；

將星敏感器與慣導(dǎo)系統(tǒng)的相對參考系統(tǒng)一，即建立慣性坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；然后，利用慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)數(shù)據(jù)與星敏感器姿態(tài)數(shù)據(jù)將二者間的常值誤差矩陣解算出來；