CN105675013A - 民用飞机惯导动态校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机载惯性导航***精度鉴定及动态校准技术，提供一种民用飞机惯导动态校准方法，包括：获取飞机航测相机、GPS定位设备、惯性导航设备在机体坐标系下的位置及姿态误差；获取地面控制场内每个控制点的地面精确坐标；通过航测像机对地面控制场进行航拍，同时获取GPS时间关联的飞机GPS定位数据、惯性导航数据和航拍影像数据；解算出飞机动态的时刻—位置数据；获取每个控制点在航测相机拍摄的相片中的坐标；同时获取拍摄时刻飞机所处位置；推算出此时航测相机的姿态和位置；反推出飞机在拍摄时刻的姿态和经过修正的飞机位置；通过多次拍摄得到飞机的“时刻—位置—姿态”数据，与惯性导航数据统进行对比，校准惯性导航设备。

Description

民用飞机惯导动态校准方法

技术领域

本发明属于民用飞机机载惯性导航***实际飞行过程中的精度鉴定及动态校准技术，涉及飞行试验过程中飞行器飞行姿态高精度测量。

背景技术

惯性导航***(INS)是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的完全自主式导航***，具有很好的隐蔽性。由于它具有这一独特的优点，因此使它成为航天、航空和航海等领域中一种广泛使用的主要导航***。在航空领域中，它是各种飞机、直升机飞行不可缺少的一种导航***。相对其它导航设备，它具有以下突出的优点：工作自主性强，提供的导航参数多，抗干扰性强和适用条件宽等。

与所有机载***一样，惯性导航***也必须在真实飞行条件下进行飞行试验验证与鉴定。目的就是要为新型惯性导航***的设计定型/鉴定提供技术依据。但是，长期以来，惯性导航***的试飞鉴定、特别是空中姿态参数的试飞鉴定却是一个很大的难题。随着GPS技术的应用，惯性导航***位置、速度参数的精度鉴定这个难题得到了很好的解决，但是其姿态参数的试飞鉴定仍然是个难题。

在性能指标的考核中，尽管INS输出的导航参数较多(如待飞距、待飞时、偏航距、航迹角、偏流角、速度等)，但不少参数都是由导航计算机根据时间、位置、姿态(俯仰、横滚和航向)等基本参数计算导出的。由于导航计算机的计算误差很小，所以这些导出参数的精度主要取决于参与计算的位置、时间和姿态等参数的精度，因此在飞行试验中惯性导航***需要鉴定的主要参数就是其位置和姿态角的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种民用飞机惯导动态校准方法，针对实际飞行状态下民用飞机惯性导航***姿态航向数据校准的实际需求，解决试验飞机在飞行过程中位置、时间和姿态的高精度测量问题。

本发明的技术方案：一种民用飞机惯导动态校准方法，包括：

步骤1、在飞机上安装航测相机、GPS定位设备、时间同步控制器和惯性导航设备；

步骤2、对航测相机、GPS定位设备、惯性导航设备在飞机上的相对空间位置关系进行测量，获取航测相机、GPS定位设备、惯性导航设备在机体坐标系下的位置及姿态误差；

步骤3、根据飞机飞行航线在航测相机视场内布设控制点，由控制点组成控制场，并获取地面控制场内每个控制点的地面精确坐标；

步骤4、通过航测像机对地面控制场进行航拍，同时获取GPS时间关联的飞机GPS定位数据、惯性导航数据和航拍影像数据；

步骤5、通过GPS时间关联的飞机GPS定位数据解算出飞机动态的时刻—位置数据；

步骤6、通过航测相机拍摄地面控制场内的四个以上控制点，获取每个控制点在航测相机拍摄的相片中的坐标；同时根据飞机动态的时刻—位置数据获取拍摄时刻飞机所处位置；

步骤7、根据所拍摄控制点的地面精确坐标，控制点在相片中的坐标，以及飞机拍摄时刻所处位置，推算出此时航测相机的姿态和位置；

步骤8、通过航测相机在机体坐标系下的位置及姿态误差反推出飞机在拍摄时刻的姿态和经过修正的飞机位置；

步骤9、通过多次拍摄得到飞机的“时刻—位置—姿态”数据，与惯性导航数据统进行对比，校准惯性导航设备。

本发明的有益效果：目前惯性导航***姿态航向数据精度校准与评估工作只能在地面实验转台上进行静态测量标定，而对飞机飞行过程中惯性导航***的动态精度缺乏有效的校准鉴定和评估手段。采用静态环境下的精度评估结果来衡量飞行试验过程中惯性导航***的动态精度缺乏充分的合理性。该技术可以直接在飞行试验过程中获取飞机姿态、航向等参数信息，以一种新的手段对民用飞机惯导***的精度进行校准与鉴定。

附图说明

图1为本发明民用飞机惯导动态校准工作原理示意图。

具体实施方式

本发明提供一种民用飞机惯导动态校准方法，如图1所示，包括：

步骤1、飞机改装：在飞机上安装航测相机、GPS定位设备、时间同步控制器和惯性导航设备；

步骤2、初始误差消除：对航测相机、GPS定位设备、惯性导航设备在飞机上的相对空间位置关系进行测量，获取航测相机、GPS定位设备、惯性导航设备在机体坐标系下的位置及姿态误差；

步骤3、地面控制场布设：根据飞机飞行航线在航测相机视场内布设控制点，由控制点组成控制场，并获取地面控制场内每个控制点的地面精确坐标；

步骤4、飞行试验：通过航测像机对地面控制场进行航拍，同时获取GPS时间关联的飞机GPS定位数据、惯性导航数据和航拍影像数据；

步骤5、飞机GPS定位数据解算：通过GPS时间关联的飞机GPS定位数据解算出飞机动态的时刻—位置数据；

本步骤采用“差分定位方法”(GJB2228A-2001)对GPS定位数据进行处理得到高精度时刻—位置数据。

步骤6、姿态数据解算1：通过航测相机拍摄地面控制场内的四个以上控制点，获取每个控制点在航测相机拍摄的相片中的坐标；同时根据飞机动态的时刻—位置数据获取拍摄时刻飞机所处位置；

步骤7、姿态数据解算2：根据所拍摄控制点的地面精确坐标，控制点在相片中的坐标，以及飞机拍摄时刻所处位置，推算出此时航测相机的姿态和位置；

步骤8、姿态数据解算3：通过航测相机在机体坐标系下的位置及姿态误差反推出飞机在拍摄时刻的姿态和经过修正的飞机位置；

步骤9、对比鉴定：通过多次拍摄得到飞机的“时刻—位置—姿态”数据，与惯性导航数据统进行对比，校准惯性导航设备。

Claims (1)

1.一种民用飞机惯导动态校准方法，其特征在于，包括：

步骤1、在飞机上安装航测相机、GPS定位设备、时间同步控制器和惯性导航设备；

步骤2、对航测相机、GPS定位设备、惯性导航设备在飞机上的相对空间位置关系进行测量，获取航测相机、GPS定位设备、惯性导航设备在机体坐标系下的位置及姿态误差；

步骤3、根据飞机飞行航线在航测相机视场内布设控制点，由控制点组成控制场，并获取地面控制场内每个控制点的地面精确坐标；

步骤4、通过航测像机对地面控制场进行航拍，同时获取GPS时间关联的飞机GPS定位数据、惯性导航数据和航拍影像数据；

步骤5、通过GPS时间关联的飞机GPS定位数据解算出飞机动态的时刻—位置数据；

步骤6、通过航测相机拍摄地面控制场内的四个以上控制点，获取每个控制点在航测相机拍摄的相片中的坐标；同时根据飞机动态的时刻—位置数据获取拍摄时刻飞机所处位置；

步骤7、根据所拍摄控制点的地面精确坐标，控制点在相片中的坐标，以及飞机拍摄时刻所处位置，推算出此时航测相机的姿态和位置；

步骤8、通过航测相机在机体坐标系下的位置及姿态误差反推出飞机在拍摄时刻的姿态和经过修正的飞机位置；

步骤9、通过多次拍摄得到飞机的“时刻—位置—姿态”数据，与惯性导航数据统进行对比，校准惯性导航设备。