[其他]空間飛行器加速度計自動校準(zhǔn)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87105637
• 申請日: 1987-08-18
• 公開（公告）號: CN87105637A
• 公開（公告）日: 1988-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 約弗爾德·穆雷
• 申請（專利權(quán)）人: 休斯航空公司
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李勇

本發(fā)明與空間飛行器導(dǎo)航有關(guān)，更具體地講：是為飛行器上導(dǎo)航加速度計的校準(zhǔn)提供一種系統(tǒng)和方法。

目前，對空間飛行器導(dǎo)航的需求越來越多。以前，空間飛行器的導(dǎo)航是用于獲得一個理想軌道和為維持該軌道而進行臨時修正。但是，近年來，象多年飛行任務(wù)的出現(xiàn)，需要自動變軌或再入到遠距離目標(biāo)。這些程序飛行要求導(dǎo)航系統(tǒng)能夠保證與目標(biāo)相遇。這遠比維持軌道要復(fù)雜的多，同時也遠比為獲得理想軌道所設(shè)計的導(dǎo)航系統(tǒng)要持久的多。

發(fā)展這種持久性導(dǎo)航系統(tǒng)所面臨的一個挑戰(zhàn)，是保持其相對于參照物的慣性坐標(biāo)系的校準(zhǔn)。無疑，要在地面或其它遠距離站的一個常規(guī)基準(zhǔn)上完成這一校準(zhǔn)是不實際的。

一種導(dǎo)航方法是將三軸加速度計固定在遠載火箭或空間飛行器的陀螺穩(wěn)定平臺上。陀螺穩(wěn)定的三軸加速度計提供了加速度曲線，而這一曲線的一次積分，即可得到在已知坐標(biāo)系中飛行器的速度曲線，二次積分即可得到位置曲線。所獲得的這些曲線可用于達到精心選定的導(dǎo)航目標(biāo)。陀螺的特性可以保持加速度計的瞄準(zhǔn)。這種方法已被有效地應(yīng)用在制導(dǎo)衛(wèi)星上升到某一預(yù)定軌道中。

這種裝置受發(fā)射載荷、極端的空間環(huán)境條件、機械變形，其它作用力以及無補償隨機漂移率和偏差方面的機械限制，它們限制了這種裝置陀螺的長期精度。因此，第一次達到軌道之后，當(dāng)根據(jù)飛行任務(wù)要求精選導(dǎo)航月數(shù)或年數(shù)時，陀螺上的加速度計裝置就不能認為是令人滿意的裝置。這樣，這種系統(tǒng)就需要加速度計的遠程校準(zhǔn)，如果這種校準(zhǔn)能夠提供的話。另一種系統(tǒng)要求在陀螺平面上安裝專用天體跟蹤系統(tǒng)，用以實現(xiàn)陀螺的調(diào)正和校準(zhǔn)。還有其它系統(tǒng)，象康妮麥克盧爾，霍爾1960年發(fā)表的“慣性制導(dǎo)理論”中第286～291頁中所討論的“捷聯(lián)式”方法。

自旋的空間飛行器有更多的，諸如姿態(tài)和章動敏感器的永久性方位測量輔助設(shè)備。但是，它們一方面很適合保持和調(diào)整姿態(tài)，但卻又不能適合廣泛的空間飛行器的導(dǎo)航。換句話說，它們不能輕易地取代加速度計，在推進階段提供瞬時加速度曲線。

導(dǎo)航慣性坐標(biāo)系的重新排定的系統(tǒng)和方法，能使這種系統(tǒng)提供自身校準(zhǔn)，并能實質(zhì)上是自主地延期工作，而不受導(dǎo)航陀螺的限制。這種系統(tǒng)應(yīng)該具有在延長軌道周期后能操縱指令，導(dǎo)向目標(biāo)的能力。

一個自旋穩(wěn)定空間飛行器包括一個平面和一個旋轉(zhuǎn)體。旋轉(zhuǎn)體上的一對園周形布置的三軸加速度計，為導(dǎo)航提供加速度曲線。依照這項發(fā)明，與空間飛行器的角動量h（圖1）相關(guān)聯(lián)的每一加速度計的徑向校準(zhǔn)是在靜止期內(nèi)完成的，而軸向校準(zhǔn)則是在推進期內(nèi)完成。

用一對園周形布置的加速度計，使得旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的加速度分量數(shù)值上相抵消。其他非平移周期分量可通過時間平均或其他方法過濾各個加速度計的讀數(shù)使其相約。因此，所關(guān)心的加速度分量，即稱為向心的及軸向平移分量能夠被分離出來，從而允許對加速度計進行校準(zhǔn)。

相抵消的特性是有賴于兩個加速度計的位置和方位。當(dāng)加速度計在旋轉(zhuǎn)體上處于正好相對的位置，且其各個軸是同方位時，數(shù)值計算可以大大簡化。用這種方法加速度計的讀數(shù)可以簡單相加，用平均或其它過濾方法，以約去每個加速度計讀數(shù)的旋轉(zhuǎn)分量。

在靜止期間，一個在軌道上是自旋穩(wěn)定的空間飛行器可以忽略非重力加速度，章動和進動。在靜止?fàn)顟B(tài)，軸向和切向加速度分量是可以忽略的。一個加速度計上的非零切向或軸向加速度讀數(shù)，可以通過調(diào)整一個平面，使其垂直于角動量矢量h，作為誤差信號處理成為零。

在有大的軸向加速度分量的推進期間，位于加速度計處的加速度可以進行數(shù)值合并，以便消去由于力矩等原因引起的非平移、自旋周期性的加速度讀數(shù)。其它非軸向的、周期性分量（如章動分量）一般即可用時間平均方法或數(shù)字濾波方法化為零。這樣，通過調(diào)整角動量h的徑向和垂直方向，將合成的非零讀數(shù)，作為軸向或切向加速度誤差信號給予修正。推進期是發(fā)生在初始上升階段，南北位置保持階段，軌道校準(zhǔn)時期，如有必要的話，也可發(fā)生在為加速度計校準(zhǔn)所進行的機動時期。

為了備份和提高靈敏度，可以增設(shè)完全相反的第二對加速度計。第二對的每一個完全相反的加速度計位于相距第一對的每一個相應(yīng)加速度計的四分之一園周處。這樣，一個與旋轉(zhuǎn)體的向心力相比很小的力，因不易作為第一對加速度計的徑向分量進行測量，但可以由第二對加速度計作為切向分量測出來。如果一個加速度計失效，剩下一對仍可保留其導(dǎo)航功能。