一種針對飛行姿態(tài)擾動的實驗室模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種飛行器模擬技術(shù)，具體是針對飛行器在飛行過程中對其載荷造成 的姿態(tài)干擾情況進行實驗室精確模擬的技術(shù)。該技術(shù)可用于航空航天載荷對其飛行平臺姿 態(tài)擾動適應(yīng)性的評估檢測，且同樣也適用于車載艦載應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前針對飛行器的空中姿態(tài)擾動的模擬方法主要有兩種：
[0003] -種是對飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)進行特征提取和數(shù)學(xué)建模，而后將所建立的數(shù)學(xué)模型作為 飛行器姿態(tài)模擬系統(tǒng)的設(shè)計或運動控制輸入，從而實現(xiàn)對載荷在飛行中所受到的姿態(tài)擾動 情況的模擬。這種方法對飛行姿態(tài)擾動的模擬準(zhǔn)確性很大程度上依賴于所建立的數(shù)學(xué)模型 是否正確，而且實際飛行姿態(tài)擾動受到風(fēng)力風(fēng)向、發(fā)動機震動、海拔氣壓、載荷安裝位置、飛 行器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等多方面復(fù)雜因素的影響，其數(shù)學(xué)模型需要根據(jù)具體情況具體評估測定。因 此這種模擬方法存在實現(xiàn)過程復(fù)雜、模擬通用性差、模擬準(zhǔn)確性難以保證的缺點。
[0004] 第二種是對飛行器姿態(tài)擾動進行頻域分解，利用多軸姿態(tài)模擬轉(zhuǎn)臺或六自由度運 動平臺根據(jù)其頻域特性進行多個頻點的單軸或多軸姿態(tài)搖擺聯(lián)動，從而保證載荷對飛行平 臺姿態(tài)擾動各個頻域的適應(yīng)性。但是這種模擬方法只能分別證明載荷對飛機姿態(tài)干擾各個 頻譜分量的適應(yīng)性，而實際飛行試驗中姿態(tài)干擾多個頻譜分量是混疊在一起同時發(fā)揮作用 的，因此該模擬方法存在對飛行姿態(tài)干擾時域特性和幅值信息的實際狀態(tài)模擬不充分的問 題，而且無法對飛行試驗中的特殊條件（例如空中拐彎、瞬態(tài)超重失重、空中平移振動等） 進行情景復(fù)現(xiàn)診斷。
[0005] 因此，本發(fā)明提出將高精度慣性與衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)得到的飛行姿態(tài)后處理結(jié)果 數(shù)據(jù)作為具備足夠幅度和頻響模擬運動能力的六自由度運動平臺姿態(tài)位置變化的控制輸 入，使六自由度運動平臺按照真實的機載姿態(tài)變化特點進行模擬振動。這一方法避免了復(fù) 雜的數(shù)學(xué)建模分析和專用飛行姿態(tài)模擬系統(tǒng)設(shè)計，僅利用通用的六自由度運動平臺，就能 夠快速實現(xiàn)對不同機型、不同氣象條件、不同載荷安裝條件的飛行姿態(tài)干擾的精確模擬，而 且在時域和頻域上都具有與真實機載條件良好的一致性，對于飛行試驗中的特殊條件（例 如空中拐彎、瞬態(tài)超重失重、空中平移振動等）也可以進行良好的干擾情景復(fù)現(xiàn)和載荷適 應(yīng)性診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提出一種針對飛行姿態(tài)擾動的實驗室模擬方法，以解決現(xiàn)有模擬方法 存在的實現(xiàn)過程復(fù)雜、模擬通用性差、模擬準(zhǔn)確性難以保證、難以復(fù)現(xiàn)機載干擾實際情況的 缺點。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 1)在飛行試驗中利用以陀螺儀和加速度計為姿態(tài)敏感器件的高精度慣性與衛(wèi)星 組合導(dǎo)航系統(tǒng)實時獲取并記錄真實機載環(huán)境下的姿態(tài)擾動原始數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)主要包括橫滾 姿態(tài)角、俯仰姿態(tài)角、偏航姿態(tài)角以及飛行方向、翼展方向、垂直方向的位移顫振信息等；
[0008] 2)利用組合導(dǎo)航系統(tǒng)廠家提供的集成后處理商業(yè)軟件對姿態(tài)擾動原始數(shù)據(jù)進行 優(yōu)化以提高姿態(tài)數(shù)據(jù)的測量精度；
[0009] 3)利用MTLAB軟件對后處理優(yōu)化得到的姿態(tài)擾動數(shù)據(jù)進行幅度評估和離散傅里 葉變換獲得飛行姿態(tài)的幅度變化范圍和幅頻響應(yīng)曲線，選取能夠?qū)崿F(xiàn)該幅度變化和幅頻響 應(yīng)特性的六自由度運動平臺；
[0010] 4)將飛行姿態(tài)的后處理結(jié)果數(shù)據(jù)作為六自由度運動平臺姿態(tài)變化的位置量控制 輸入，使平臺按照真實的機載姿態(tài)變化特點進行模擬振動；
[0011] 5)將高精度慣性與衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)固定安裝于六自由度運動平臺上，采集獲取 姿態(tài)擾動模擬數(shù)據(jù)，并對其進行幅度評估和離散傅里葉變換獲得幅度變化范圍和幅頻響應(yīng) 曲線，與姿態(tài)擾動原始數(shù)據(jù)進行對比，確認其時域和頻域的模擬準(zhǔn)確性。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點在于姿態(tài)模擬準(zhǔn)確性高、機載條件復(fù)現(xiàn)性好、機型對象適應(yīng)性好、操 作實現(xiàn)簡捷方便。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明提出的實驗室模擬方法流程圖。
[0014] 圖2是平陰運5飛行試驗中姿態(tài)角的角幅度曲線，其中橫坐標(biāo)為世界標(biāo)準(zhǔn)時間 (UTC時間），單位為秒，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角幅值，單位為°，上圖為橫滾姿態(tài)角幅度曲線，下圖 俯仰姿態(tài)角幅度曲線。
[0015] 圖3是平陰運5飛行試驗中姿態(tài)角的角速度曲線，其中橫坐標(biāo)為UTC時間，單位為 秒，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角速度，單位為° /s，上圖為橫滾姿態(tài)角速度曲線，下圖俯仰姿態(tài)角速度 曲線。
[0016] 圖4是平陰運5飛行試驗中姿態(tài)角的角加速度曲線，其中橫坐標(biāo)為UTC時間，單位 為秒，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角加速度，單位為° /s2,上圖為橫滾姿態(tài)角加速度曲線，下圖俯仰姿態(tài) 角加速度曲線。
[0017] 圖5是平陰運5飛行試驗中姿態(tài)角的角幅度頻譜曲線，其中橫坐標(biāo)為頻率，單位為 Hz，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角幅度，單位為°，上圖為橫滾姿態(tài)角幅度頻譜曲線，下圖俯仰姿態(tài)角幅 度頻譜曲線。
[0018] 圖6是平陰運5飛行試驗中姿態(tài)角的角速度頻譜曲線，其中橫坐標(biāo)為頻率，單位為 Hz，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角速度，單位為° /s，上圖為橫滾姿態(tài)角速度頻譜曲線，下圖俯仰姿態(tài)角 速度頻譜曲線。
[0019] 圖7是平陰運5飛行試驗中姿態(tài)角的角加速度頻譜曲線，其中橫坐標(biāo)為頻率，單位 為Hz，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角加速度，單位為° /s2,上圖為橫滾姿態(tài)角加速度頻譜曲線，下圖俯仰 姿態(tài)角加速度頻譜曲線。
[0020] 圖8是在P-023六自由度運動平臺上進行姿態(tài)擾動模擬試驗的系統(tǒng)現(xiàn)場照片，圖 中運動平臺已導(dǎo)入平陰運5的姿態(tài)擾動原始數(shù)據(jù)正在對另一款航空遙感相機進行載荷姿 態(tài)干擾適應(yīng)性試驗。
[0021] 圖9是P-023六自由度運動平臺的上位機軟件監(jiān)控界面，姿態(tài)擾動原始數(shù)據(jù)是利 用該軟件界面中的"外部輸入"功能進行平臺位置量控制指令導(dǎo)入。
[0022] 圖10是利用POS AV 610高精度組合導(dǎo)航系統(tǒng)測得的將平陰運5飛行試驗姿態(tài)擾 動數(shù)據(jù)導(dǎo)入至P-023六自由運動平臺后的姿態(tài)模擬效果曲線，其中橫坐標(biāo)為UTC時間，單位 為秒，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角幅度，單位為°，上圖為橫滾姿態(tài)角幅度模擬效果曲線，下圖俯仰姿 態(tài)角幅度模擬效果曲線。
[0023] 圖11是利用POS AV 610高精度組合導(dǎo)航系統(tǒng)測得的將平陰運5飛行試驗姿態(tài)擾 動數(shù)據(jù)導(dǎo)入至P-023六自由運動平臺后的姿態(tài)角幅度模擬誤差曲線，其中橫坐標(biāo)為UTC時 間，單位為秒，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角幅度模擬誤差，單位為°，上圖為橫滾姿態(tài)角幅度模擬誤差 曲線，下圖俯仰姿態(tài)角幅度模擬誤差曲線。
[0024] 圖12是利用POS AV 610高精度組合導(dǎo)航系統(tǒng)測得的將平陰運5飛行試驗姿態(tài)擾 動數(shù)據(jù)導(dǎo)入至P-023六自由運動平臺后的姿態(tài)角幅度模擬效果頻譜曲線，其中橫坐標(biāo)為頻 率，單位為Hz，縱坐標(biāo)為姿態(tài)角幅度，單位為°，上圖為橫滾姿態(tài)角幅度模擬效果頻譜曲線， 下圖俯仰姿態(tài)角幅度模擬效果頻譜曲線。
【具體實施方式】
[0025] 根據(jù)本發(fā)明提出的實驗室模擬方法，以下將對山東省平陰縣的一次航空遙感試驗