專利名稱：一種分布式pos地面演示驗(yàn)證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式POS地面演示驗(yàn)證系統(tǒng)，適用于分布式POS系統(tǒng)的地面測(cè)試和關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證。
背景技術(shù)：
航空遙感是以飛機(jī)為觀測(cè)平臺(tái)，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(shù)，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)家安全具有重大作用，是當(dāng)今世界高速發(fā)展和激烈競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)領(lǐng)域。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)高高精度成像要求飛機(jī)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，但是飛機(jī)受氣流擾動(dòng)、飛控系統(tǒng)誤差等因素影響，必然偏離理想的勻速直線運(yùn)動(dòng)，形成運(yùn)動(dòng)誤差，導(dǎo)致遙感成像分辨率和精度嚴(yán)重下降，必須進(jìn)行高精度運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(Position and Orientation System, POS)是一種特殊的慣性/衛(wèi)星組合測(cè)量系統(tǒng)，可精確測(cè)量遙感載荷中心的位置、速度和姿態(tài)等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，是高分辨率航空遙感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵設(shè)備。但是，對(duì)于集成多個(gè)遙感載荷的綜合航空遙感系統(tǒng)及陣列載荷，由于飛機(jī)機(jī)體和機(jī)翼的撓曲變形、振動(dòng)等因素，單個(gè)的POS無法測(cè)量分布安裝在飛機(jī)不同位置上多個(gè)載荷的位置、速度及姿態(tài)信息。如果在每一個(gè)遙感載荷上安裝一個(gè)P0S，不僅帶來體積、質(zhì)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(gè)遙感載荷的數(shù)據(jù)難以進(jìn)行融合，因此必須采用能同時(shí)測(cè)量飛機(jī)上多個(gè)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(fù)雜，在飛機(jī)上沒有絕對(duì)的位置和姿態(tài)基準(zhǔn)，難以對(duì)其進(jìn)行精度測(cè)試和性能驗(yàn)證。為此，迫切需要一種能夠在地面對(duì)分布式POS系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分布式POS地面演示驗(yàn)證系統(tǒng)，可對(duì)分布式POS系統(tǒng)進(jìn)行地面精度測(cè)試和性能驗(yàn)證。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種分布式POS地面演示驗(yàn)證系統(tǒng)，包括機(jī)翼模擬系統(tǒng)、分布式POS系統(tǒng)、機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；其中機(jī)翼模擬系統(tǒng)由3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板和振動(dòng)臺(tái)組成，3米機(jī)翼模擬板的正中間部分固定在振動(dòng)臺(tái)上，由振動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板，模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)；分布式POS系統(tǒng)由高精度慣性級(jí)主慣性測(cè)量單元、GPS接收機(jī)、 GPS天線和6個(gè)子慣性測(cè)量單元組成，安裝在3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板上主IIMU安裝點(diǎn)上的高精度慣性級(jí)主慣性測(cè)量單元和GPS接收機(jī)進(jìn)行信息融合，得到高精度的位置基準(zhǔn)信息(厘米級(jí))、速度基準(zhǔn)信息(優(yōu)于0. 01m/s)和姿態(tài)基準(zhǔn)信息(角秒級(jí))，再利用上述高精度的位置基準(zhǔn)信息、速度基準(zhǔn)信息和姿態(tài)基準(zhǔn)信息對(duì)分布安裝在3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板上子IMU安裝點(diǎn)上的6個(gè)子慣性測(cè)量單元進(jìn)行傳遞對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板上6個(gè)子IMU安裝點(diǎn)的位置、速度和姿態(tài)精確測(cè)量；利用機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板的動(dòng)態(tài)形變， 對(duì)分布式POS系統(tǒng)進(jìn)行位置和姿態(tài)精度測(cè)試。其中所述的機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基于高速攝像的動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的原理是由3米機(jī)翼模擬板和振動(dòng)臺(tái)構(gòu)成飛機(jī)機(jī)翼模擬系統(tǒng)，利用3米機(jī)翼模擬板模擬飛機(jī)的機(jī)翼，利用振動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)機(jī)翼模擬板振動(dòng)，模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)；將分布式POS系統(tǒng)安裝在機(jī)翼模擬板上，在機(jī)翼模擬板受振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生顫動(dòng)的情況下，通過分布式POS系統(tǒng)測(cè)量機(jī)翼模擬板上多個(gè)點(diǎn)的位置、速度和姿態(tài)信息；同時(shí)，采用基于高速攝像的機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更高精度的測(cè)量機(jī)翼模擬板的動(dòng)態(tài)形變，同時(shí)得到分布式POS 系統(tǒng)中每個(gè)慣性測(cè)量單元安裝點(diǎn)的位置、速度和姿態(tài)信息；通過機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果與分布式POS系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的對(duì)比，最終計(jì)算得出分布式POS系統(tǒng)的位置和姿態(tài)測(cè)量精度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明可在地面模擬飛機(jī)飛行過程中有動(dòng)態(tài)變形的機(jī)翼，實(shí)現(xiàn)了分布式POS系統(tǒng)在地面的精度驗(yàn)證。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明由機(jī)翼模擬系統(tǒng)1、分布式POS系統(tǒng)2、機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 3組成，其中機(jī)翼模擬系統(tǒng)1由3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板11和振動(dòng)臺(tái)12組成，3米機(jī)翼模擬板11 的正中間部分固定安裝在振動(dòng)臺(tái)12上，給小型振動(dòng)臺(tái)12臺(tái)通電使其按照某種飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率振動(dòng)，振動(dòng)臺(tái)12振動(dòng)時(shí)帶動(dòng)機(jī)翼模擬板顫動(dòng)；分布式POS系統(tǒng)2由高精度慣性級(jí)主慣性測(cè)量單元(IMU) 2UGPS接收機(jī)22、GPS天線23和6個(gè)子慣性測(cè)量單元(IMU) 24組成，通過安裝在3米機(jī)翼模擬板11中間的高精度主慣性測(cè)量單元21和GPS接收機(jī)22通過卡爾曼濾波進(jìn)行信息融合，得到高精度的厘米級(jí)位置基準(zhǔn)信息、優(yōu)于0. 01m/s的速度基準(zhǔn)信息和角秒級(jí)姿態(tài)基準(zhǔn)信息，再利用該高精度基準(zhǔn)信息對(duì)分布安裝在機(jī)翼模擬板上6個(gè)子慣性測(cè)量單元M進(jìn)行傳遞對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)3米機(jī)翼模擬板11上6個(gè)子IMU安裝點(diǎn)的位置、速度和姿態(tài)精確測(cè)量；利用機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3更精確的測(cè)量機(jī)翼模擬板11的動(dòng)態(tài)形變， 得到機(jī)翼模擬板上6個(gè)子IMU安裝點(diǎn)的高精度位置和姿態(tài)信息，利用機(jī)翼動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)3 的測(cè)量結(jié)果與分布式POS系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，計(jì)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(shí)施步驟為(1)啟動(dòng)分布式POS系統(tǒng)；(2)利用高精度主慣性測(cè)量單元進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)；(3)啟動(dòng)機(jī)翼模擬系統(tǒng)中的振動(dòng)臺(tái)，使機(jī)翼模擬板顫動(dòng)；(4)采用卡爾曼濾波器進(jìn)行高精度主慣性測(cè)量單元與GPS的信息融合，獲得高精度主慣性測(cè)量單元安裝點(diǎn)的高精度位置、速度和姿態(tài)基準(zhǔn)信息，具體公式如下
①建立系統(tǒng)狀態(tài)方程
權(quán)利要求
1.一種分布式POS地面演示驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征在于包括機(jī)翼模擬系統(tǒng)(1)、分布式 POS系統(tǒng)⑵、機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(3)；其中機(jī)翼模擬系統(tǒng)⑴由3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板(11) 和振動(dòng)臺(tái)(12)組成，3米機(jī)翼模擬板(11)的正中間部分固定在振動(dòng)臺(tái)(12)上，由振動(dòng)臺(tái) (12)帶動(dòng)3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板(11)，模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)；分布式POS系統(tǒng)O)由高精度慣性級(jí)主慣性測(cè)量單元(21)、GPS接收機(jī)(22)、GPS天線和6個(gè)子慣性測(cè)量單元Q4) 組成，安裝在3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板(11)上主IIMU安裝點(diǎn)(14)上的高精度慣性級(jí)主慣性測(cè)量單元和GPS接收機(jī)02)進(jìn)行信息融合，得到高精度的位置基準(zhǔn)信息、速度基準(zhǔn)信息和姿態(tài)基準(zhǔn)信息，再利用上述高精度的位置基準(zhǔn)信息、速度基準(zhǔn)信息和姿態(tài)基準(zhǔn)信息對(duì)分布安裝在3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板(11)上子IMU安裝點(diǎn)(13)上的6個(gè)子慣性測(cè)量單元04)進(jìn)行傳遞對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板(11)上6個(gè)子IMU安裝點(diǎn)的位置、速度和姿態(tài)精確測(cè)量； 利用機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(3)測(cè)量3米長(zhǎng)機(jī)翼模擬板(11)的動(dòng)態(tài)形變，對(duì)分布式POS系統(tǒng)( 進(jìn)行位置和姿態(tài)精度測(cè)試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式POS地面演示驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征在于所述的機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(3)為基于高速攝像的動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
全文摘要
一種分布式POS地面演示驗(yàn)證系統(tǒng)，主要由機(jī)翼模擬系統(tǒng)、分布式POS系統(tǒng)、機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，機(jī)翼模擬系統(tǒng)用于模擬有動(dòng)態(tài)形變的飛機(jī)機(jī)翼，分布式POS安裝在機(jī)翼模擬系統(tǒng)中的機(jī)翼模擬板上，同時(shí)測(cè)量機(jī)翼模擬板上不同點(diǎn)的位置、速度和姿態(tài)信息，機(jī)翼動(dòng)態(tài)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)機(jī)翼模擬板的動(dòng)態(tài)形變，通過其測(cè)量結(jié)果與分布式POS測(cè)量結(jié)果的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)分布式POS位置和姿態(tài)精度的測(cè)試。本發(fā)明可在地面檢驗(yàn)分布式POS系統(tǒng)的精度，具有精度高、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102322873SQ20111024291
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)