[發明專利]一種基于慣性/衛星/大氣組合的氣象風測量方法

有效

• 申請號: 202010563456.4
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111766397B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 王學運;從浩;張京娟;趙明
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學合肥創新研究院
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01P13/02;G01D21/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開一種基于慣性/衛星/大氣組合的氣象風測量方法，尤其涉及風速風向的在線測量，在不改變飛行器結構外形、不增加測量裝置和硬件設備的前提下，利用現有的機載慣性導航系統、衛星定位系統、大氣數據系統的輸出參數，得到慣性系統的加速度、角速度和姿態角，衛星測得地速、大氣數據系統測得真空速，通過構建無跡卡爾曼濾波器，將風速風向測量模型和狀態估計過程融合起來，實現飛行器機體周圍風速風向的實時測量，并完成下一時刻風速風向的估計。本發明所提出的方法方案可以解決飛行器周圍局域風速風向的實時測量和大區域連續飛行實時風速風向測量問題，為四維航跡飛行、飛機準點達到提供方法支持。

方法領域

本發明涉及風速風向測量方法領域，尤其涉及一種基于慣性/衛星/大氣組合的氣象風測量方法，可以解決飛行器周圍局域風速風向的實時測量和大區域連續飛行實時風速風向測量問題，為四維航跡飛行、飛機準點達到提供方法支持。

背景方法

飛行器的飛行狀態不可避免的受機體周圍風速風向的影響，風速風向的精確測量對提高飛行的飛行可靠性、安全性和飛行品質意義重大。目前主要的測風方法是單一的機載大氣數據系統提供是風速風向信息，或大氣數據系統與衛星定位系統進行組合測量。其中大氣數據系統由于測量傳感設備存在測量遲滯，所以單一的大氣數據系統測量不能實現機動情況下實時測量；衛星定位系統測量時，衛星信號易受干擾，還可能會發生信號中斷等情況，都不能滿足飛行器周圍局域風速風向的實時測量和大區域連續飛行實時風速風向的測量問題。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有方法的缺陷，提供一種基于慣性/衛星/大氣組合的氣象風測量方法。

本發明是通過以下方法方案實現的：

一種基于慣性/衛星/大氣組合的氣象風測量方法，利用飛行器機載航電設備輸出的參數，包括：

慣性系統輸出的加速度、角速度和姿態角；

衛星定位系統輸出的地速；

大氣數據系統輸出的真空速；

由慣性導航系統的輸出信息，對狀態轉換矩陣進行計算；

由衛星定位系統輸出的地速通過機體坐標系系和地理坐標系的狀態轉移矩陣，求解出機體坐標系下的飛行器三軸速度。

由大氣數據系統測量數據，對飛行器的真空速進行解算。

由當前時刻飛行器的地速，狀態轉移矩陣和真空速解算結果，對飛行器機身周圍的風速風向進行計算，并通過無跡卡爾曼濾波器對下一時刻風速風向進行實時精確估計。

包含以下步驟：

第一步，以周期△T讀取慣性導航系統輸出的三個角速度、三個姿態角、三個線加速度信息，三個角速度[p q r]^T分別是機體系下X軸、Y軸和Z軸方向上的橫滾角速度p，俯仰角速度q，偏航角速度r；三個姿態角[φ θ ψ]^T分別為橫滾角φ、俯仰角θ和偏航角ψ；三個線加速度[a_x a_y a_z]^T分別為機體坐標系下X軸方向的線加速度a_x、Y軸方向的線加速度a_y和Z軸方向的線加速度a_z，其中機體坐標系的X軸、Y軸、Z軸的指向分別為向前、向右和向下。

第二步，以周期△T讀取機載衛星定位系統輸出的地理坐標系下的三軸地速[V_x V_yV_z]^T，其中V_x為飛行器在地理坐標系X軸的速度分量、V_y為飛行器在地理坐標系Y軸的速度分量、V_z為飛行器在地理坐標系的速度分量，其中地理坐標系的X軸、Y軸、Z軸的指向分別為北向、東向和地。