CN103076013B - 用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准*** - Google Patents

用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准*** Download PDF

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Abstract

本发明属于飞行导航的技术领域，具体涉及一种用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准***，解决了现有飞行导航方式存在的问题，其包括捷联式惯性姿态传感器、GPS接收模块、大气数据传感器、磁传感器、温度传感器以及信号处理模块，所述的惯性姿态传感器、GPS接收模块以及大气数据传感器的输入端和输出端都与信号处理模块连接，磁传感器和温度传感器的输出端与信号处理模块连接。本发明的有益效果：姿态传感器具有自主性，可弥补GPS受地形限制、易受干扰的缺点；GPS具有实时性，可弥补姿态传感器误差随时间积累的缺点；大气数据传感器提供了精度较高的大气数据，也可用于校正***的姿态信息；具有更小的体积和更轻的重量。

Description

用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准***
技术领域
本发明属于飞行导航的技术领域，具体涉及一种用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准***。
背景技术
目前，飞行导航的方式主要有无线电导航、平台式惯性导航、捷联式惯性导航、卫星***导航等，每种导航方式各有优点和缺点。无线电导航易受干扰；平台式惯导体积大且价格昂贵，不适用于通航；捷联式惯性导航价格适中，但单独使用精度相对较低；卫星***导航受地形限制且易受干扰。所以，把几种不同的导航方式集成在一起，取长补短，是导航领域的趋势，也是通用航空导航***的关键技术。
发明内容
本发明为了解决现有飞行导航方式存在的上述问题，提供了一种用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准***。
本发明采用如下的技术方案实现：
用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准***，包括捷联式惯性姿态传感器、GPS接收模块、大气数据传感器、磁传感器、温度传感器以及信号处理模块，所述的惯性姿态传感器、GPS接收模块以及大气数据传感器的输入端和输出端都与信号处理模块连接，磁传感器和温度传感器的输出端与信号处理模块连接，捷联式惯性姿态传感器的安装方向与飞行器的机体坐标对齐，GPS接收模块通过GPS天线接口与外部天线连接，大气数据传感器通过静压接口和动压接口连接空速管。
磁传感器安装于飞行器的尾翼。温度传感器安装于飞行器的机腹。
本发明主要用于通用航空导航***，也可用作备份导航***。所述的惯性姿态传感器接收大气数据传感器的大气数据与磁传感器的磁数据，一方面用于惯性参数的误差校正，另一方面用于解算侧滑角等数据。大气数据、GPS数据与惯性数据融合，采用惯性数据快速实时的特性，达到数据的短时响应性；采用大气数据与GPS数据来收敛惯性参数。本发明实现通用航空领域的四维导航，即在航管制定的时间点，到达制定的经纬度与高度。
本发明相对现有技术具有如下有益效果：
1、功能方面：姿态传感器具有自主性，可弥补GPS受地形限制、易受干扰的缺点；GPS具有实时性，可弥补姿态传感器误差随时间积累的缺点；大气数据传感器提供了精度较高的大气数据，也可用于校正***的姿态信息。
2、结构方面：与单独安装GPS***、姿态***、大气数据***比较，本发明具有更小的体积和更轻的重量。
3、价格方面：与国外类似产品比较，本发明具有更低的价格。
附图说明
图1为本发明的示意图，
图2为本发明的结构示意图，
图中：1-惯性姿态传感器，2-GPS接收模块，3-大气数据传感器，4-磁传感器，5-温度传感器，6-信号处理模块，7-GPS天线接口，8-静压接口，9-动压接口。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准***，其特征在于包括捷联式惯性姿态传感器1、GPS接收模块2、大气数据传感器3、磁传感器4、温度传感器5以及信号处理模块6，所述的惯性姿态传感器1、GPS接收模块2以及大气数据传感器3的输入端和输出端都与信号处理模块6连接，磁传感器4和温度传感器5的输出端与信号处理模块6连接，捷联式惯性姿态传感器1的安装方向与飞行器的机体坐标对齐，GPS接收模块2通过GPS天线接口7与外部天线连接，大气数据传感器3通过静压接口8和动压接口9连接空速管，感受外部空气的静压和动压。磁传感器4安装于飞行器的尾翼或其它磁干扰较小的地方。温度传感器5安装于飞行器的机腹。
捷联式惯性姿态传感器1采用MEMSIC生产的AHC525；GPS接收模块2采用NAVATEL的OEMV-2、大气数据传感器3采用MEMSCAP的TPD2000、磁传感器4采用CROSSBOW的CRM500GA-200、温度传感器5采用太原航空仪表有限公司生产的GWR-120、信号处理模块6核心DSC部件采用Freescale的MC56F8367。
AHC525接收大气数据与磁数据输出飞行器的姿态数据，包括俯仰角、横滚角、航向角、三轴速率、三轴加速度、侧滑角等。
CRM500GA-200输出三轴磁数据。
OEMV-2输出导航的GPS数据，包括UTC时间、经度、纬度、海拔高度等。
TPD2000输出飞行器所处位置的静压和动压。
GWR-120感受飞行器所处位置的大气的温度。
以上数据传到MC56F8367，经过融合、解算后，将飞行器的俯仰角、横滚角、航向角、三轴加速度、三轴角速度、侧滑角、UTC时间、经度、纬度、海拔高度、绝对气压高度、相对气压高度、升降速度、校正空速、真空速、地速、大气总温、自检信息等20多种信息通过ARINC429、RS422、RS232发送到外部***，用于飞行导航。
利用温度信号校正姿态数据：
在温度试验中测量姿态模块的温漂特性（不同模块的温漂特性不同），将采集的数据拟合成多项式，便可通过软件计算来校正姿态数据的温度误差。
利用GPS数据校正姿态数据：
姿态模块输出的姿态数据随时间变化而增加，当GPS数据有效时，利用GPS数据的实时性，定时与姿态数据进行对比，可校正姿态数据随时间积累的误差。
利用真空速校正姿态数据（横滚角）：
若所选用的姿态模块不能自行接收大气数据进行姿态校正，则可在信号处理模块中作校正：首先，利用大气数据传感器采集的动压，解算真空速；其次，将真空速、偏航角速率、三轴加速度代入向心力方程，解算出一个坡度角；最后，将该坡度角与加速度比值进行对比，得出横滚角的校正数据。
本发明产品外形尺寸不大于100.6mm×90mm×164mm（宽×高×深）（不含插座），重量不超过1.5kg(不包括插头和电缆等附件)，安装方式为4个M4螺钉。

Claims (1)

1.一种用于飞行导航的大气数据与姿态航向基准***，其特征在于包括捷联式惯性姿态传感器（1）、GPS接收模块（2）、大气数据传感器（3）、磁传感器（4）、温度传感器（5）以及信号处理模块（6），所述的惯性姿态传感器（1）、GPS接收模块（2）以及大气数据传感器（3）的输入端和输出端都与信号处理模块（6）连接，磁传感器（4）和温度传感器（5）的输出端与信号处理模块（6）连接，捷联式惯性姿态传感器（1）的安装方向与飞行器的机体坐标对齐，GPS接收模块（2）通过GPS天线接口（7）与外部天线连接，大气数据传感器（3）通过静压接口（8）和动压接口（9）连接空速管；
磁传感器（4）安装于飞行器的尾翼，温度传感器（5）安装于飞行器的机腹；
1）、利用温度信号校正姿态数据：
在温度试验中测量捷联式惯性姿态传感器的温漂特性，将采集的数据拟合成多项式，便可通过软件计算来校正姿态数据的温度误差；
2）、利用GPS数据校正姿态数据：
捷联式惯性姿态传感器输出的姿态数据随时间变化而增加，当GPS数据有效时，利用GPS数据的实时性，定时与姿态数据进行对比，可校正姿态数据随时间积累的误差；
3）、利用真空速校正姿态数据：
若所选用的捷联式惯性姿态传感器不能自行接收大气数据进行姿态校正，则可在信号处理模块中作校正：首先，利用大气数据传感器采集的动压，解算真空速；其次，将真空速、偏航角速率、三轴加速度代入向心力方程，解算出一个坡度角；最后，将该坡度角与加速度比值进行对比，得出横滚角的校正数据。
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