專利名稱：一種分布式pos地面演示驗證系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分布式POS地面演示驗證系統(tǒng)，適用于分布式POS系統(tǒng)的地面測試和關鍵技術驗證。
背景技術：
航空遙感是以飛機為觀測平臺，利用成像載荷獲取地球表面與表層的大范圍、高精度、多層次空間信息的戰(zhàn)略高技術，對國家經濟建設和國家安全具有重大作用，是當今世界高速發(fā)展和激烈競爭的技術領域。隨著我國經濟的快速發(fā)展，航空遙感不斷向著高分辨率、高精度、多遙感載荷集成及陣列載荷方向發(fā)展。航空遙感實現(xiàn)高高精度成像要求飛機做勻速直線運動，但是飛機受氣流擾動、飛控系統(tǒng)誤差等因素影響，必然偏離理想的勻速直線運動，形成運動誤差，導致遙感成像分辨率和精度嚴重下降，必須進行高精度運動補償。位置姿態(tài)測量系統(tǒng)(Position and Orientation System, POS)是一種特殊的慣性/衛(wèi)星組合測量系統(tǒng)，可精確測量遙感載荷中心的位置、速度和姿態(tài)等運動參數(shù)，是高分辨率航空遙感系統(tǒng)實現(xiàn)運動補償?shù)年P鍵設備。但是，對于集成多個遙感載荷的綜合航空遙感系統(tǒng)及陣列載荷，由于飛機機體和機翼的撓曲變形、振動等因素，單個的POS無法測量分布安裝在飛機不同位置上多個載荷的位置、速度及姿態(tài)信息。如果在每一個遙感載荷上安裝一個P0S，不僅帶來體積、質量、成本的急劇增加，而且不同POS之間存在不同的系統(tǒng)誤差，使得多個遙感載荷的數(shù)據(jù)難以進行融合，因此必須采用能同時測量飛機上多個遙感載荷的位置、速度及姿態(tài)的分布式POS 系統(tǒng)。分布式POS系統(tǒng)復雜，在飛機上沒有絕對的位置和姿態(tài)基準，難以對其進行精度測試和性能驗證。為此，迫切需要一種能夠在地面對分布式POS系統(tǒng)進行測試驗證的系統(tǒng)。
發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種分布式POS地面演示驗證系統(tǒng)，可對分布式POS系統(tǒng)進行地面精度測試和性能驗證。本發(fā)明的技術解決方案是一種分布式POS地面演示驗證系統(tǒng)，包括機翼模擬系統(tǒng)、分布式POS系統(tǒng)、機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)；其中機翼模擬系統(tǒng)由3米長機翼模擬板和振動臺組成，3米機翼模擬板的正中間部分固定在振動臺上，由振動臺帶動3米長機翼模擬板，模擬飛機發(fā)動機的振動；分布式POS系統(tǒng)由高精度慣性級主慣性測量單元、GPS接收機、 GPS天線和6個子慣性測量單元組成，安裝在3米長機翼模擬板上主IIMU安裝點上的高精度慣性級主慣性測量單元和GPS接收機進行信息融合，得到高精度的位置基準信息(厘米級)、速度基準信息(優(yōu)于0. 01m/s)和姿態(tài)基準信息(角秒級)，再利用上述高精度的位置基準信息、速度基準信息和姿態(tài)基準信息對分布安裝在3米長機翼模擬板上子IMU安裝點上的6個子慣性測量單元進行傳遞對準，實現(xiàn)3米長機翼模擬板上6個子IMU安裝點的位置、速度和姿態(tài)精確測量；利用機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)測量3米長機翼模擬板的動態(tài)形變， 對分布式POS系統(tǒng)進行位置和姿態(tài)精度測試。其中所述的機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)為基于高速攝像的動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的原理是由3米機翼模擬板和振動臺構成飛機機翼模擬系統(tǒng)，利用3米機翼模擬板模擬飛機的機翼，利用振動臺帶動機翼模擬板振動，模擬飛機發(fā)動機的振動；將分布式POS系統(tǒng)安裝在機翼模擬板上，在機翼模擬板受振動臺驅動產生顫動的情況下，通過分布式POS系統(tǒng)測量機翼模擬板上多個點的位置、速度和姿態(tài)信息；同時，采用基于高速攝像的機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)更高精度的測量機翼模擬板的動態(tài)形變，同時得到分布式POS 系統(tǒng)中每個慣性測量單元安裝點的位置、速度和姿態(tài)信息；通過機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)測量結果與分布式POS系統(tǒng)測量結果的對比，最終計算得出分布式POS系統(tǒng)的位置和姿態(tài)測量精度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于本發(fā)明可在地面模擬飛機飛行過程中有動態(tài)變形的機翼，實現(xiàn)了分布式POS系統(tǒng)在地面的精度驗證。
圖1為本發(fā)明的結構組成示意圖；圖2為本發(fā)明的工作流程圖；圖3卡爾曼濾波算法基本編排圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明由機翼模擬系統(tǒng)1、分布式POS系統(tǒng)2、機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng) 3組成，其中機翼模擬系統(tǒng)1由3米長機翼模擬板11和振動臺12組成，3米機翼模擬板11 的正中間部分固定安裝在振動臺12上，給小型振動臺12臺通電使其按照某種飛機的發(fā)動機振動頻率振動，振動臺12振動時帶動機翼模擬板顫動；分布式POS系統(tǒng)2由高精度慣性級主慣性測量單元(IMU) 2UGPS接收機22、GPS天線23和6個子慣性測量單元(IMU) 24組成，通過安裝在3米機翼模擬板11中間的高精度主慣性測量單元21和GPS接收機22通過卡爾曼濾波進行信息融合，得到高精度的厘米級位置基準信息、優(yōu)于0. 01m/s的速度基準信息和角秒級姿態(tài)基準信息，再利用該高精度基準信息對分布安裝在機翼模擬板上6個子慣性測量單元M進行傳遞對準，實現(xiàn)3米機翼模擬板11上6個子IMU安裝點的位置、速度和姿態(tài)精確測量；利用機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)3更精確的測量機翼模擬板11的動態(tài)形變， 得到機翼模擬板上6個子IMU安裝點的高精度位置和姿態(tài)信息，利用機翼動態(tài)模擬系統(tǒng)3 的測量結果與分布式POS系統(tǒng)的測量結果進行對比，計算得到分布式POS系統(tǒng)的位置精度和姿態(tài)精度。本發(fā)明的具體工作流程和實施步驟為(1)啟動分布式POS系統(tǒng)；(2)利用高精度主慣性測量單元進行初始對準；(3)啟動機翼模擬系統(tǒng)中的振動臺，使機翼模擬板顫動；(4)采用卡爾曼濾波器進行高精度主慣性測量單元與GPS的信息融合，獲得高精度主慣性測量單元安裝點的高精度位置、速度和姿態(tài)基準信息，具體公式如下
①建立系統(tǒng)狀態(tài)方程
權利要求
1.一種分布式POS地面演示驗證系統(tǒng)，其特征在于包括機翼模擬系統(tǒng)(1)、分布式 POS系統(tǒng)⑵、機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)(3)；其中機翼模擬系統(tǒng)⑴由3米長機翼模擬板(11) 和振動臺(12)組成，3米機翼模擬板(11)的正中間部分固定在振動臺(12)上，由振動臺 (12)帶動3米長機翼模擬板(11)，模擬飛機發(fā)動機的振動；分布式POS系統(tǒng)O)由高精度慣性級主慣性測量單元(21)、GPS接收機(22)、GPS天線和6個子慣性測量單元Q4) 組成，安裝在3米長機翼模擬板(11)上主IIMU安裝點(14)上的高精度慣性級主慣性測量單元和GPS接收機02)進行信息融合，得到高精度的位置基準信息、速度基準信息和姿態(tài)基準信息，再利用上述高精度的位置基準信息、速度基準信息和姿態(tài)基準信息對分布安裝在3米長機翼模擬板(11)上子IMU安裝點(13)上的6個子慣性測量單元04)進行傳遞對準，實現(xiàn)3米長機翼模擬板(11)上6個子IMU安裝點的位置、速度和姿態(tài)精確測量； 利用機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)(3)測量3米長機翼模擬板(11)的動態(tài)形變，對分布式POS系統(tǒng)( 進行位置和姿態(tài)精度測試。
2.根據(jù)權利要求1所述的分布式POS地面演示驗證系統(tǒng)，其特征在于所述的機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)(3)為基于高速攝像的動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)。
全文摘要
一種分布式POS地面演示驗證系統(tǒng)，主要由機翼模擬系統(tǒng)、分布式POS系統(tǒng)、機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)組成，機翼模擬系統(tǒng)用于模擬有動態(tài)形變的飛機機翼，分布式POS安裝在機翼模擬系統(tǒng)中的機翼模擬板上，同時測量機翼模擬板上不同點的位置、速度和姿態(tài)信息，機翼動態(tài)形變監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測機翼模擬板的動態(tài)形變，通過其測量結果與分布式POS測量結果的對比，實現(xiàn)分布式POS位置和姿態(tài)精度的測試。本發(fā)明可在地面檢驗分布式POS系統(tǒng)的精度，具有精度高、實驗簡便的特點。
文檔編號G01C25/00GK102322873SQ20111024291
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月23日
發(fā)明者劉百奇, 張舟, 房建成, 郭佳, 鐘麥英 申請人:北京航空航天大學