[發(fā)明專利]一種基于慣性/衛(wèi)星相對(duì)導(dǎo)航的機(jī)載編隊(duì)飛行指示系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610681579.1
• 申請(qǐng)日: 2016-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN107765703B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉通;張志剛;魏學(xué)東;王袆敏;徐麗娜;張夢(mèng)婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛行自動(dòng)控制研究所
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

1.一種基于慣性/衛(wèi)星相對(duì)導(dǎo)航的機(jī)載編隊(duì)飛行指示系統(tǒng)，編隊(duì)中包括長(zhǎng)機(jī)和僚機(jī)，其特征為：所述的長(zhǎng)機(jī)和僚機(jī)中都安裝有指示儀，所述的指示儀包括傳感器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和人機(jī)接口系統(tǒng)；

所述的傳感器系統(tǒng)包括測(cè)量型衛(wèi)星天線、衛(wèi)星接收機(jī)、MEMS慣導(dǎo)；衛(wèi)星天線和衛(wèi)星接收機(jī)用于接收本機(jī)衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；所述的MEMS慣導(dǎo)用以獲取本機(jī)的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是本設(shè)備的核心組件，依次包括編隊(duì)管理模塊、相對(duì)導(dǎo)航模塊、監(jiān)視防撞模塊； 編隊(duì)管理模塊用于生成初始化編隊(duì)信息，確定成員預(yù)設(shè)位置和位置超差/碰撞威脅告警門限；相對(duì)導(dǎo)航模塊利用衛(wèi)星載波相位差分技術(shù)和慣性/衛(wèi)星相對(duì)導(dǎo)航濾波技術(shù)計(jì)算編隊(duì)成員間的相對(duì)位置和速度；監(jiān)視防撞模塊用于進(jìn)行位置超差判斷和告警，并通過一種基于相對(duì)速度預(yù)測(cè)的新型碰撞威脅評(píng)估方法進(jìn)行碰撞威脅預(yù)測(cè)和告警；此外，編隊(duì)管理模塊匯總相對(duì)導(dǎo)航信息和告警信息，完成與人機(jī)接口系統(tǒng)的交互；

所述的通信系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)鏈天線和數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)，通信系統(tǒng)為編隊(duì)內(nèi)成員建立通信鏈路實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步和導(dǎo)航數(shù)據(jù)傳輸； 數(shù)據(jù)鏈天線完成不同編隊(duì)成員間的數(shù)據(jù)收發(fā)，通過饋線與數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)相連，數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)通過機(jī)載總線與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息收發(fā)；

所述人機(jī)接口系統(tǒng)為飛行員提供可視化顯示和控制指令輸入兩項(xiàng)功能； 可視化顯示內(nèi)容包括本機(jī)與所有編隊(duì)成員的相對(duì)位置和速度信息、與預(yù)期位置的偏差、編隊(duì)成員的航向、位置超差告警、碰撞威脅告警； 控制指令輸入包括：編隊(duì)初始化信息設(shè)置、編隊(duì)變更指令輸入、顯示界面交互操作；

長(zhǎng)機(jī)通過人機(jī)接口系統(tǒng)對(duì)編隊(duì)管理模塊進(jìn)行隊(duì)形初始化設(shè)置，初始化參數(shù)存儲(chǔ)于編隊(duì)管理模塊中，參數(shù)包括編隊(duì)規(guī)模、編隊(duì)隊(duì)形、成員預(yù)設(shè)位置、位置超差告警門限、碰撞預(yù)測(cè)最小分離距離門限以及碰撞威脅提前告警時(shí)間門限；隊(duì)形類型已預(yù)設(shè)在本裝置中，編隊(duì)隊(duì)形包括但不限于楔形編隊(duì)、箭形編隊(duì)、方形編隊(duì)；并將設(shè)置的信息發(fā)送至各僚機(jī)；長(zhǎng)機(jī)指示儀相對(duì)導(dǎo)航模塊接收本機(jī)的衛(wèi)星和慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并通過通信系統(tǒng)將此數(shù)據(jù)分發(fā)至各個(gè)僚機(jī)指示儀設(shè)備各僚機(jī)的指示儀接收到長(zhǎng)機(jī)發(fā)送的信息后，通過相對(duì)導(dǎo)航模塊對(duì)長(zhǎng)機(jī)和本機(jī)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行平行解算，獲得長(zhǎng)機(jī)和本機(jī)的相對(duì)位置和速度信息，并將該信息發(fā)送至長(zhǎng)機(jī)；長(zhǎng)機(jī)匯總后將長(zhǎng)機(jī)與所有僚機(jī)的實(shí)時(shí)相對(duì)位置和速度信息發(fā)送至各僚機(jī)；各僚機(jī)根據(jù)上述信息獲得自身與其他編隊(duì)成員的相對(duì)位置和速度，并在監(jiān)視防撞模塊中進(jìn)行位置超差和碰撞威脅的判斷，并將位置、速度信息和判斷結(jié)果傳輸至人機(jī)接口系統(tǒng)；

超差和碰撞威脅采用以下方法判斷：計(jì)算兩架機(jī)當(dāng)前的相對(duì)距離矢量r_相對(duì)和相對(duì)速度矢量V_相對(duì)；根據(jù)上述兩矢量以及安全半徑R計(jì)算它機(jī)與本機(jī)安全飛行半徑區(qū)域的交點(diǎn)A；假設(shè)在勻速條件下計(jì)算它機(jī)到達(dá)A點(diǎn)的時(shí)間，也就是它機(jī)未來可能與本機(jī)發(fā)生碰撞的預(yù)測(cè)時(shí)間，如果該時(shí)間小于碰撞威脅提前告警時(shí)間門限則產(chǎn)生碰撞威脅告警。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于慣性/衛(wèi)星相對(duì)導(dǎo)航的機(jī)載編隊(duì)飛行指示系統(tǒng)，其特征在于所述的碰撞威脅判斷方法為：

計(jì)算兩架機(jī)在當(dāng)前相對(duì)距離和相對(duì)速度矢量條件下，一架飛機(jī)闖入另一架飛機(jī)安全飛行半徑區(qū)域的時(shí)間，如果該時(shí)間小于碰撞威脅提前告警時(shí)間門限則發(fā)出碰撞威脅告警。