一种用于教练机航姿系统的提升航向精度方法与流程

本发明涉及一种用于教练机航姿系统的提升航向精度方法，属于飞机航电系统设计技术领域。

背景技术：

目前教练机惯性导航系统作为主导航系统，航姿系统作为备份导航系统，航姿系统由航姿组件、磁传感器组成。磁传感器用来敏感测量较为微弱的地球磁场分布信号，将磁航向输出至航姿组件。机上的铁磁物质材料和设备产生的电磁场，将直接影响传感器的航向测量精度，因此磁传感器安装位置要求较高，应被安装在远离机上含有铁磁物质材料及工作过程中可能产生较强电磁场的设备位置，但教练机安装空间较小，很难满足磁传感器的安装要求，且每架飞机安装完成后需用罗差装订盒进行校准，校准步骤复杂繁琐。

技术实现要素：

本发明目的在于提出一种安装位置无特殊要求，装机后不需校罗差的用于教练机航姿系统的提升航向精度方法。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种用于教练机航姿系统的提升航向精度方法，其特征在于：

本方法的航姿系统包括航姿组件和卫星天线；卫星天线与惯性导航系统通过功分器共用一个卫星天线；

航姿组件上电初始化后进入准备状态，通过rs422总线接收到机上惯性导航系统发送的对准数据时，进入对准状态；当接收到机上惯性导航系统数据180s后，完成对准，转入航姿和导航状态；航姿和导航状态下，当卫星数据有效时，工作在惯性和卫星导航模式，当卫星信号无效时，工作在纯惯性模式；

教练机对准完成后进入航姿和导航状态，根据陀螺及加速度计的输出，利用旋转矢量法更新姿态，通过计算姿态变化四元数实现姿态四元数更新，从而更新姿态矩阵，最终通过姿态矩阵与姿态角的关系求解出教练机的航向角、俯仰角及横滚角，并将计算出的航向角、俯仰角及横滚角通过hb6096接口输出至显示设备；

当卫星信号有效时，教练机工作在惯性和卫星导航模式,通过与卫星数据融合的卡尔曼滤波，实时估计姿态航向误差和陀螺、加速度计的零偏，不断修正教练机航向及姿态，工作在高精度状态；当卫星信号无效时，产品切换到航姿状态；

当教练机工作在航姿状态时，应用加计调平算法修正产品姿态精度；在航姿状态时，若卫星数据有效则自动返回组合导航状态。

进一步的，在航姿和导航状态下，航姿系统根据光纤陀螺角速率及加速度计比力输出，不断更新航向、姿态、位置及速度参数。

进一步的，航姿状态下，航姿系统通过hb6096接口对外输出航向角、横滚角、俯仰角、三轴角速率和三轴加速度数据。

进一步的，在航姿和导航状态下，航姿系统输出航向角、横滚角、俯仰角、三轴角速率、三轴加速度、即时位置和速度参数。

进一步的，航姿组件主要包括陀螺、加速度计、主机板、接口板、量化板和电源模块；

所述接口板内嵌卫星导航接收机。

进一步的，陀螺和加速度计实时测量教练机的运动角速率和加速度,经误差补偿后，实时解算出飞机的航向角、俯仰角、横滚角信息。

进一步的，主机板实现陀螺、加速度计及电源检测、数据处理、对准、航姿解算、组合导航解算及对外接口数据的处理。

进一步的，接口板中的rs422通讯接口与惯性导航系统交联，接收惯性导航系统发送的位置、速度及航向姿态信息，接口板中的hb6096通讯接口与显示设备交联，当惯性导航系统故障时，作为备份导航系统，输出飞机的姿态信息、位置和速度等导航信息至显示设备；

所述惯性导航系统发送的位置为初始经度、初始纬度及初始高度

卫星导航接收机板通过接口板中的sma接口接收卫星天线的射频信号，修正并提升航向、姿态精度，测量载机实时位置及速度，实现组合导航功能。

进一步的，量化板对加速度信号进行量化处理和检测电源调理；将加速度计的模拟输出信号转换为数字信号，以满足航姿和导航解算对加速度计的数字化需求。

进一步的，电源模块组件提供输入电源变换和入口电源的电源特性、电磁干扰处理，电源模块为航姿组件提供工作所需的二次电源。

本发明的有益效果：

本发明航姿系统通过接收惯性导航系统的初始航向进行对准，通过卫星天线进行修正，提升航向精度。取消磁传感器，对安装位置无特殊要求，装机后不需校罗差。使用可靠，操作方便。

附图说明

图1为本发明航姿组件外部交联图；

图2为本发明航姿组件功能原理图；

图3为本发明航姿系统原理图；

图4为本发明航姿组件组成图；

图中1、接口板；2、主机板；3、量化板；4、电源模块；5、加速度计；6、陀螺。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于教练机航姿系统的提升航向精度方法，本方法的航姿系统包括航姿组件和卫星天线；卫星天线与惯性导航系统通过功分器共用一个卫星天线；

航姿组件上电初始化后进入准备状态，通过rs422总线接收到机上惯性导航系统发送的对准数据时，进入对准状态；当接收到机上惯性导航系统数据180s后，完成对准，转入航姿和导航状态；航姿和导航状态下，当卫星数据有效时，工作在惯性和卫星导航模式，当卫星信号无效时，工作在纯惯性模式；

教练机对准完成后进入航姿和导航状态，根据陀螺及加速度计的输出，利用旋转矢量法更新姿态，通过计算姿态变化四元数实现姿态四元数更新，从而更新姿态矩阵，最终通过姿态矩阵与姿态角的关系求解出教练机的航向角、俯仰角及横滚角，并将计算出的航向角、俯仰角及横滚角通过hb6096接口输出至显示设备；

当卫星信号有效时，教练机工作在惯性和卫星导航模式,通过与卫星数据融合的卡尔曼滤波，实时估计姿态航向误差和陀螺、加速度计的零偏，不断修正教练机航向及姿态，工作在高精度状态；当卫星信号无效时，产品切换到航姿状态；

当教练机工作在航姿状态时，应用加计调平算法修正产品姿态精度；在航姿状态时，若卫星数据有效则自动返回组合导航状态。

进一步的，在航姿和导航状态下，航姿系统根据光纤陀螺角速率及加速度计比力输出，不断更新航向、姿态、位置及速度参数。

进一步的，航姿状态下，航姿系统通过hb6096接口对外输出航向角、横滚角、俯仰角、三轴角速率和三轴加速度数据。

进一步的，在航姿和导航状态下，航姿系统输出航向角、横滚角、俯仰角、三轴角速率、三轴加速度、即时位置和速度参数。

进一步的，航姿组件主要包括陀螺6、加速度计5、主机板2、接口板1、量化板3和电源模块4；

所述接口板1内嵌卫星导航接收机。

进一步的，陀螺6和加速度计5实时测量教练机的运动角速率和加速度,经误差补偿后，实时解算出飞机的航向角、俯仰角、横滚角信息。

进一步的，主机板2实现陀螺、加速度计及电源检测、数据处理、对准、航姿解算、组合导航解算及对外接口数据的处理。

进一步的，接口板1中的rs422通讯接口与惯性导航系统交联，接收惯性导航系统发送的位置、速度及航向姿态信息，接口板1中的hb6096通讯接口与显示设备交联，当惯性导航系统故障时，作为备份导航系统，输出飞机的姿态信息、位置和速度等导航信息至显示设备；

所述惯性导航系统发送的位置为初始经度、初始纬度及初始高度

卫星导航接收机板通过接口板1中的sma接口接收卫星天线的射频信号，修正并提升航向、姿态精度，测量载机实时位置及速度，实现组合导航功能。

进一步的，量化板3对加速度信号进行量化处理和检测电源调理；将加速度计的模拟输出信号转换为数字信号，以满足航姿和导航解算对加速度计的数字化需求。

进一步的，电源模块4组件提供输入电源变换和入口电源的电源特性、电磁干扰处理，电源模块4为航姿组件提供工作所需的二次电源。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。