[發明專利]一種航空電磁軟支架吊艙的姿態測量方法與裝置

在審

• 申請號: 202111152293.1
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113885065A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 李展輝;李學硯;欒曉東;曹學峰;朱自強;李萌;孫思源;陳斌
• 申請（專利權）人: 中國自然資源航空物探遙感中心
• 主分類號: G01S19/53
• 分類號: G01S19/53;B64F5/60
• 代理公司: 北京興智翔達知識產權代理有限公司 11768
• 代理人: 李琴

本發明提供一種航空電磁軟支架吊艙的姿態測量方法，包括：天線設置：吊艙上安裝有至少3個GNSS天線，地面設置至少1個包含GNSS天線的地面基站；動態差分解算：以吊艙的一個GNSS天線為移動基站，計算吊艙其余GNSS天線相對移動基站的空間位置；靜態差分解算：通過移動基站與地面基站的靜態差分解算，獲得移動基站的空間坐標；空間姿態解算：以吊艙上所有GNSS天線空間坐標數據計算得出吊艙的空間三維姿態。本發明解算出來穩定的吊艙姿態，適合軟支架吊艙系統；當GNSS天線較多時，能夠有效計算出吊艙的形變，從而為直升機航空電磁系統姿態校正、吊艙性能的提高提供關鍵數據。

技術領域

本發明涉及航空大地電磁探測技術領域，尤其涉及一種航空電磁軟支架吊艙的姿態測量方法與裝置。

背景技術

直升機航空電磁軟支架吊艙的優點是吊艙的連接關節能夠一定程度的自由活動，大幅緩解飛行測量中震動產生的影響，從而降低系統的噪聲水平，而且相比硬支架吊艙能夠大幅的降低吊艙的重量，更容易制造出大尺寸吊艙，提高系統的探測深度。軟支架吊艙主要由直管和彎管兩種線管組合而成，如圖1所示。吊艙的姿態測量對于系統在空中飛行狀態的修正、對后續數據進行矯正至關重要，能夠幫助提升系統的性能水平。以往硬支架吊艙的姿態測量方案主要是采用慣導系統進行姿態測量，一般是通過在一個剛性管上安裝姿態感應陀螺和兩個GNSS天線，利用部分代替整體，獲取吊艙的方位角、俯仰角和橫滾角三維姿態，圖1所示。這種方法在硬支架吊艙系統上能夠起到非常好的作用。

然而，對于軟支架吊艙系統而言，正因為關節能夠自由活動的原因，以往硬支架上使用慣導系統進行姿態測量的方法對于軟支架而言不適用。由于吊艙上的直管和彎管都能夠一定程度的活動，那么當慣導姿態測量系統安裝在其中一個線管上時，其測量的姿態只是這個線管的姿態，而不是整個吊艙系統的姿態，如圖2所示。導致這種測量方法失效。

發明內容

本發明實施例提供一種航空電磁軟支架吊艙的姿態測量方法，用以解決現有技術中存在的缺陷。

本發明實施例提供一種航空電磁軟支架吊艙的姿態測量方法，包括：

天線設置：吊艙上安裝有至少3個GNSS天線，地面設置至少1個包含GNSS天線的地面基站；

動態差分解算：以吊艙的一個GNSS天線為移動基站，計算吊艙其余GNSS天線相對移動基站的空間位置；

靜態差分解算：通過移動基站與地面基站的靜態差分解算，獲得移動基站的空間坐標，以所述空間坐標為基礎計算得出吊艙上移動基站之外其余GNSS天線的空間坐標；

空間姿態解算：以吊艙上所有GNSS天線空間坐標數據計算得出吊艙的空間三維姿態。

進一步的，動態差分解算中，所有吊艙GNSS天線同步接收衛星信號，將吊艙移動基站外其余GNSS天線的衛星信號與移動基站信號進行動態差分解算，獲得所述其余GNSS天線相對移動基站的空間位置。

進一步的，空間姿態解算中，以吊艙上所有GNSS天線空間坐標數據計算得到所有吊艙GNSS天線所在平面；將吊艙簡化為圓形倉，利用空間解析幾何計算出圓形倉的圓心及圓的空間坐標；根據設定的朝向計算出圓形倉的方位角、俯仰角和橫滾角，所述方位角、俯仰角和橫滾角即為吊艙的空間三維姿態。

進一步的，吊艙上安裝有3個GNSS天線，地面設置1個包含GNSS天線的地面基站。空間姿態解算中，以吊艙上3個GNSS天線空間坐標數據計算得到所有吊艙GNSS天線所在平面；通過求解以下方程組獲取所述平面的A、B、D三個參數，呈水平狀態的吊艙將z軸設為主序軸，其系數設置為1；

在求取這三個參數后，吊艙GNSS天線所在平面表述為：

Ax+By+z+D＝0

獲得吊艙GNSS天線所在平面方程。