CN102060105A - 带倾斜补偿的航向校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带倾斜补偿的航向校准装置，属于惯性导航技术领域。该装置包括寻北仪、自准直仪和计算机，自准直仪与寻北仪安装在一个底板上且自准直仪光轴与寻北仪输出靠面法线基本平行，将自准直仪光轴相对寻北仪输出靠面法线的方位和俯仰角误差预置到计算机，计算机根据自准直仪与寻北仪输出靠面法线间的固有误差和相应的算法公式对寻北仪输出的航向角进行补偿运算，并向用户输出经过补偿的航向角。本发明解决了惯性导航系统输出轴与飞机纵轴不平行误差带来的航向角不准的问题，具有操作简单、校准精度高等特点。

Description

带倾斜补偿的航向校准装置

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，主要涉及一种机载导航系统，尤其涉及一种导航系统用带倾斜补偿的航向校准装置。

背景技术

安装有导航系统的飞机需要知道惯性组合导航系统的输出参考轴线是否与飞机的纵轴线重合，存在的误差是多大。目前采用的方法，是通过结构设计和结构装配来保证，即通过在飞机上设置一个参考基准靠面，该基准靠面的法线严格平行于飞机的纵轴，当导航系统的输出参考靠面(其法线严格平行于与导航系统的输出轴)与该基准靠面通过螺钉固定靠紧时，即认为导航系统的输出参考轴与飞机的纵轴重合。由于参考靠面的加工误差是不可避免，即满足一定的误差范围就认为是合格的，当把都带有误差的参考靠面进行连接时，又会引入新的误差，两个参考靠面的加工误差和装配误差造成导航系统的输出轴与飞机纵轴发生较大的角偏移，最终导致导航系统输出的航向不是真正的飞机纵轴与北向的夹角，其中存在一个误差角度。这样的导航输出结果，在对导航精度要求越来越高的时代背景下，已经影响到飞机导航结果的精度不能满足用户提出的指标要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有飞机导航系统输出的飞机航向与北向存在较大角误差的问题，为飞机导航系统提供一种带有倾斜补偿的航向校准装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的航向校准装置包括寻北仪、自准直仪、有数码管、存储器和倾斜补偿单元的计算机，所述寻北仪和所述自准直仪安装在同一个底板上且寻北仪输出靠面法线与自准直仪的光轴基本平行，通过三轴转台测出自准直仪光轴与寻北仪输出靠面法线之间的方位误差角度Δα、俯仰误差角度Δθ并预置到所述存储器中；所述底板安装在三角基座上且所述自准直仪通过校准安装在飞机上的平面镜而实现自身光轴与飞机纵轴平行，所述倾斜补偿单元的功能是接收人工输入的当地纬度值并通过数码管显示；接收所述寻北仪的纬度值请求并向其发送所述当地纬度值；接收寻北仪输出的寻北结果并根据下式计算：

其中：f₁＝-cosΔθsinΔα(cosγcosα-sinγsinθsinα)-cosΔθcosΔαcosθsinα+

sinΔθ(sinγcosα+cosγsinθsinα)

f₂＝-cosΔθsinΔα(cosγsinα+sinγsinθcosα)+cosΔθcosΔαcosθcosα+

sinΔθ(sinγsinα-cosγsinθcosα)

式中：α_航向校准为补偿后的航向角度，α、θ、γ分别为寻北仪输出的航向角度、俯仰角度和横滚角度，Δα和Δθ为从存储器调用的已知量；向用户实时输出补偿后的航向角度α_航向校准并通过所述数码管显示。

本发明在寻北仪中增加了一个自准直仪和计算机，并将自准直仪与寻北仪安装在一个底板上并使自准直仪的光轴与寻北仪输出靠面法线基本平行，通过相应的测量手段测量出自准直仪光轴相对寻北仪输出靠面法线的方位和俯仰角误差并预置到计算机中，计算机根据自准直仪与寻北仪输出靠面法线间的固有误差和相应的算法公式对寻北仪输出的航向角进行补偿运算，并向用户输出经过补偿的航向角。本发明解决了惯性导航系统输出轴与飞机纵轴不平行误差带来的航向精度不高的问题，经本发明补偿后的航向角能够满足目前用户的较高使用要求，此外，本发明相对已有技术而言，具有校准不需要调平，操作简单等特点。

附图说明

图1是本发明航向校准装置的组成及原理框图。

图2是本发明中自准直仪与寻北仪的安装关系示意图。

图3是本发明中倾斜补偿单元的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

正如图1所示，本发明航向校准装置的优选实施例包括寻北仪、自准直仪、计算机。寻北仪采用西安捷尔诺惯性导航科技有限公司研制的JN-FNS003寻北仪，该寻北仪由一个光纤陀螺和两个石英挠性加速度计组成，寻北精度0.03°，寻北适用水平失准角±10°；寻北仪输出靠面的法线与其输出轴平行。自准直仪采用杰韦弗中国分公司提供的JZ-42J型光学自准仪，其测量距离为0～9米，对准精度为0.5″。计算机含有DSP芯片、存储器、键盘和九位数码管。DSP芯片采用美国TI公司生产的VC33型芯片且内置有倾斜补偿单元。寻北仪和自准直仪固定安装在同一底板上，计算机及寻北仪和自准直仪的电源集成在一个独立的电子箱中，计算机通过RS232接口和相应的电缆与寻北仪以及外部用户相连接。底板装在三角基座上，电子箱安放在三角基座旁的地面上。

根据图2所示，寻北仪的输出靠面紧贴底板的参考靠面A，通过调节自准直仪的安装角度，使自准直仪的光轴垂直底板的参考靠面A。这样，自准直仪的光轴与寻北仪的实际输出轴基本平行，亦即自准直仪的瞄准方向就是寻北仪靠面的法线方向，这就保正了航向校准系统瞄准飞机纵轴时，校准系统的输出即为飞机纵轴与地里北向的夹角。一经安装调试完毕，自准直仪与寻北仪之间的结构安装关系就不再发生变化。由于存在安装误差，因此需要通过三轴转台测出自准直仪光轴与寻北仪输出靠面法线之间的方位误差角度Δα，自准直仪光轴与寻北仪输出靠面法线之间的俯仰角度误差Δθ，并将两个误差角度预置到计算机的存储器中。安装底板时，先用自准直仪瞄准直升机上的平面镜(该平面镜事先安装在直升机上且平面镜的法线方向与直升机的纵轴方向一致)，自准直仪射出的十字平行光，经过反射打在自准直仪的十字分划上，当操作人员经过反复调整并观察到反射光的十字与十字分划重合时，自准直仪的光轴与平面镜的法线平行，即认为自准直仪瞄准了直升机的纵轴，此时固定底板，使其不再发生变化。由于自准直仪的精度为0.5″，这个精度确保了自准直仪自身的误差在整个校准系统误差当中所占的比例非常小，可以忽略不计。

倾斜补偿单元含有页面模块、采集模块、计算模块和显示输出模块，并按照图3所示的工作流程完成航向补偿任务。页面模块的功能是，接到校准按钮命令时通过键盘接收人工输入的当地纬度值。采集模块的功能是，接收寻北仪的纬度请求并采集寻北仪的输出。计算模块的功能是根据下式进行误差补偿计算：

其中：f₁＝-cosΔθsinΔα(cosγcosα-sinγsinθsinα)-cosΔθcosΔαcosθsinα+

sinΔθ(sinγcosα+cosγsinθsinα)

f₂＝-cosΔθsin Δα(cosγsinα+sinγsinθcosα)+cosΔθcos Δαcosθcosα+

sinΔθ(sinγsinα-cosγsinθcosα)

式中：α_航向校准为补偿后的航向角度，α、θ、γ分别为寻北仪输出的航向角度、俯仰角度和横滚角度，Δα和Δθ是从存储器中调用的已知量。显示输出模块的功能是通过数码管显示当地纬度值，以防输入错误，向寻北仪输出当地纬度值，实时显示补偿后的航向角度，向外部用户实时输出补偿后的航向角度。航向校准系统的输出误差仅取决于寻北仪的寻北精度。

下面结合一个具体例子说明本发明优选实施例的使用方法。

按下开始校准按钮，等待输入当地纬度指令信息。DSP芯片接收到键盘发来的开始校准命令后，立即发送输入纬度请求信息，而且通过9位数码管来提示，此时数码管显示“………”，即每一位数码管都显示一点。此时，操作人员输入当地纬度，按十进制输入。DSP芯片每接收到一个数值，即显示在9位数码管上，如“…34.2109”，前面的“.”表示该数码管没有使用到。当输入完地理纬度之后，按下确认键，DSP芯片接收到这个信息之后，认为当地纬度输入已经完成，接收下这个纬度值，不再响应键盘信号，向寻北仪发送开始寻北指令，并等候寻北仪发送纬度请求指令。当输入纬度后，如没有按下确认键，而是按下更改键，DSP芯片重新发送输入纬度请求信息，而且此时数码管显示为“………”，进入新的一轮纬度输入操作。一旦接收到寻北仪发送的纬度请求指令，DSP芯片即将得到的纬度值输入到寻北仪，等待寻北仪的输出结果，同时将9位数码管设置为“       ”，即数码管不再显示任何符号。

系统一接通电源，寻北仪启动，并随即进入等待状态。当接收到DSP芯片发送来的寻北指令后，即向DSP芯片发出纬度输入请求。当接收到纬度值后，即开始进行寻北操作。寻北结束后，寻北仪向DSP芯片发送寻北结果。

DSP芯片接收到寻北仪的寻北结果后，进行补偿解算，并将补偿后的结果按十进制显示在9位数码管上，比如“330.12098”，表示航向校准仪输出的角度为330.12098度。然后，DSP芯片等候键盘指令。如果，键盘此时按下发送指令，DSP芯片将结果通过RS232串口向外不停发送30秒钟，然后接着等待键盘指令。一轮校准操作完成。

Claims (1)

1.一种带倾斜补偿的航向校准装置，包括寻北仪，其特征在于：还包括自准直仪、含有数码管、存储器和倾斜补偿单元的计算机，所述寻北仪和所述自准直仪安装在同一个底板上且寻北仪输出靠面法线与自准直仪的光轴基本平行，通过三轴转台测出自准直仪光轴与寻北仪输出靠面法线之间的方位误差角度Δα、俯仰误差角度Δθ并预置到所述存储器中；所述底板安装在三角基座上且所述自准直仪通过校准安装在飞机上的平面镜而实现自身光轴与飞机纵轴平行，所述倾斜补偿单元的功能是接收人工输入的当地纬度值并通过数码管显示；接收所述寻北仪的纬度值请求并向其发送所述当地纬度值；接收寻北仪输出的寻北结果并根据下式计算：

其中：f₁＝-cos ΔθsinΔα(cosγcosα-sinγsinθsinα)-cosΔθcos Δαcosθsinα+

sinΔθ(sinγcosα+cosγsinθsinα)

f₂＝-cosΔθsinΔα(cosγsinα+sinγsinθcosα)+cosΔθcosΔαcosθcosα+

sinΔθ(sinγsinα-cosγsinθcosα)

式中：α_航向校准为补偿后的航向角度，α、θ、γ分别为寻北仪输出的航向角度、俯仰角度和横滚角度，Δα和Δθ为从存储器调用的已知量；向用户实时输出补偿后的航向角度α_航向校准并通过所述数码管显示。

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