CN105319571A - 全球高精度航迹测量系统 - Google Patents

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CN105319571A CN201410243548.9A CN201410243548A CN105319571A CN 105319571 A CN105319571 A CN 105319571A CN 201410243548 A CN201410243548 A CN 201410243548A CN 105319571 A CN105319571 A CN 105319571A
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Abstract

为了解决现有航迹测量系统存在可靠性不高,精度低,以及在恶劣环境中无法正常使用的问题,本发明提出一种全球高精度航迹测量系统。该全球高精度航迹测量系统是一套支持Starfire星站差分功能,集GPS系统和GLONASS系统为一体的双星多频高精度测量系统,该系统综合运用星站差分技术、RTK技术、GIS技术和无线通信技术,测量并记录移动载体的轨迹、速度、姿态等实时信息,同时可对移动载体进行远程实时监测和分析处理,用于评估载体运动过程,测试载体实际工作情况。该系统具有高可靠性、高精度的技术特点,满足恶劣环境下的使用要求,广泛应用各种试验测控领域,可以实现50公里内测试精度为1cm,全球范围内测试精度为10cm,以满足不同飞行载体的测试需要。

Description

全球高精度航迹测量系统
技术领域
[0001] 本发明涉及测控领域,具体涉及一种全球高精度航迹测量系统。
背景技术
[0002]目前,飞机的航迹测量方法大致有以下几种:
[0003] (1)运用单频GPS接收机或者机载航电设备,记录飞机航迹,用于事后分析,这种测量方法精度较低一般再15m左右,测量比较粗略,无法检测飞机细微动作;
[0004] (2)运用多频GPS/GL0NASS/北斗组合卫星接收机,其定位精度为2.5m左右,可以满足一般的航迹测量需求,位置精度一般;
[0005] (3)C0RS系统可提供厘米级和分米级的定位精度,可满足系统高精度、高动态的要求。由于C0RS系统通过移动网络、Internet等形式向用户播发定位导航数据,因此需要建立一套专用的通信系统来进行数据传输,对工程安装和后期维护要求较高。目前,国内的C0RS系统均以省为单位存在,各省之间不能相互连接,数据源不能相互切换,不适合跨区域的移动载体。
[0006] (4)运用GPS/RTK技术,地面建立基准站,机载移动站,通过电台传输差分校正信息,可获得1cm的位置精度。但是受限于无线电台的传输距离,一般在30-50公里,若超出距离,移动站变成单机定位模式,输出米级位置精度。该方式测量精度高,适合小范围的飞机试飞试验,不适合100KM以上,长距离飞行测试。
[0007] 现有的航迹测量系统都存在可靠性不高,精度低,且无法满足在恶劣环境中正常使用的要求的问题。
发明内容
[0008] 为了解决现有航迹测量系统存在可靠性不高,精度低,以及在恶劣环境中无法正常使用的问题,本发明提出一种全球高精度航迹测量系统。该全球高精度航迹测量系统是一套支持Starfire星站差分功能,集GPS系统和GL0NASS系统为一体的双星多频高精度测量系统。该系统综合运用星站差分技术、RTK技术、GIS技术和无线通信技术,测量并记录移动载体的轨迹、速度、姿态等实时信息,同时可对移动载体进行远程实时监测和分析处理,用于评估载体运动过程,测试载体实际工作情况。该系统具有高可靠性、高精度的技术特点,满足恶劣环境下的使用要求,广泛应用各种试验测控领域,可以实现50公里内测试精度为1cm,全球范围内测试精度为10cm,以满足不同飞行载体的测试需要。
[0009] 本发明提供了一种全球高精度航迹测量系统,由地面监控单元和机载测量单元两部分组成,其中:
[0010] 地面基准站监控单元包括:Starfire基准站接收机、无线数传电台、电台功放、监控计算机、地面站电源模块、航迹测量软件、后处理软件;
[0011] 机载测量单元主要包括:Starfire移动站接收机、无线数传电台、电台功放、B码发生器、机载控制存储单元、机载电源、机载控制软件;
[0012] 当全球高精度航迹测量系统上电后,系统内各个部件自行进行初始化,Starfire基准站和Starfire移动站接收机搜索卫星信号,无线数传电台建立数据链接,航迹测量软件清空缓存,接收实时数据;
[0013] 当Starfire基准站接收机定位以后,输出差分校正数据,通过无线数传电台传输给Starfire移动站接收机,Starfire移动站接收机进行RTK结算,输出厘米级位置数据,并通过无线数传电台传输给基准站航迹监控软件,实时显示航迹;
[0014] 飞机起飞,进行试飞试验,航迹测量软件实时测量记录飞机航迹;
[0015] 飞机在30KM范围内飞行的时候,工作在RTK模式;
[0016] 飞机飞出30KM范围,启动starfire模式;
[0017] 试飞结束,综合RTK模式和starfire模式下的位置数据,分析飞机航迹。
[0018] 该全球高精度航迹测量系统提供三种工作模式,分别是RTK模式、Starfire模式和事后差分模式。
[0019] (l)RTK模式:地面基准站和机载移动站配合,通过电台传输差分数据,进行实时RTK定位,定位精度为1cm,作用距离为30-50km ;
[0020] (2) Starfire模式:机载移动站接收starfire信号,进行实时差分处理,定位精度为10cm,可支持全球范围;
[0021] (3)事后差分模式:试验接收后,处理机载设备上记录的原始数据,可得到厘米级的位置数据。
附图说明
[0022] 图1是全球高精度航迹测量系统组成图
具体实施方式
[0023] 本发明提供了一种全球高精度航迹测量系统,如图1所示,该系统由地面监控单元和机载测量单元两部分组成,其中:
[0024] 地面基准站监控单元包括:Starfire基准站接收机、无线数传电台、电台功放、监控计算机、地面站电源模块、航迹测量软件、后处理软件;
[0025] 机载测量单元主要包括:Starfire移动站接收机、无线数传电台、电台功放、B码发生器、机载控制存储单元、机载电源、机载控制软件;
[0026] 当全球高精度航迹测量系统上电后,系统内各个部件自行进行初始化,Starfire基准站和Starfire移动站接收机搜索卫星信号,无线数传电台建立数据链接,航迹测量软件清空缓存,接收实时数据;
[0027] 当Starfire基准站接收机定位以后,输出差分校正数据,通过无线数传电台传输给Starfire移动站接收机,Starfire移动站接收机进行RTK结算,输出厘米级位置数据,并通过无线数传电台传输给基准站航迹监控软件,实时显示航迹;
[0028] 飞机起飞,进行试飞试验,航迹测量软件实时测量记录飞机航迹;
[0029] 飞机在30KM范围内飞行的时候,工作在RTK模式;
[0030] 飞机飞出30KM范围,启动starfire模式;
[0031] 试飞结束,综合RTK模式和starfire模式下的位置数据,分析飞机航迹。
[0032] 该全球高精度航迹测量系统提供三种工作模式,分别是RTK模式、Starfire模式和事后差分模式:
[0033] RTK模式:地面基准站和机载移动站配合,通过电台传输差分数据,进行实时RTK定位,定位精度为1cm,作用距离为30-50km ;
[0034] Starfire模式:机载移动站接收starfire信号,进行实时差分处理,定位精度为10cm,可支持全球范围;
[0035] 事后差分模式:试验接收后,处理机载设备上记录的原始数据,可得到厘米级的位置数据。
[0036] 1、地面基准站监控单元
[0037] (1) Starfire基准站接收机
[0038] Starfire基准站接收机具备Starfire接收功能,实时输出差分校正信息,通过无线电台为机载单元提供差分数据。
[0039] (2)无线数传电台
[0040] 该无线数传电台为双工电台,用于发送基准站差分信息,同时接收机载单元发来的定位信息。数传电台模块采用GMSK数字调制解调,可靠实现25KHz窄带信道带宽上目前最高的19.2Kbps速率无线数传,多信道频率可离散、间断选择而无需连续,相对于需要连续无干扰频带的宽带电台(300-500KHZ信道带宽,115.2Kbps传输速率),信道选择灵活性和抗干扰能力显著提高。主要指标如下。
[0041] (3)电台功放器
[0042] 电台功放为35W,增加传输距离,可保障无遮挡40km内的数据传输。
[0043] (4)监控计算机
[0044] 监控计算机主要功能如下:
[0045].Starfire工作模式下,接收遥测前端定位数据,发送给航迹测量软件,可实时监控载体飞行参数;
[0046].RTK工作模式下,接收无线输出电台定位数据,发送给航迹测量软件,可实时监控载体飞行参数;
[0047] •运行接收机监视软件,可对基准站接收机进行设置,并实时监控基准站运行状态;
[0048] •运行后处理软件,输出精密位置数据,航迹测量软件加载后处理数据,用于事后轨迹分析。
[0049] (5)航迹测量软件
[0050] 航迹测量软件主要功能如下:
[0051] •实时接收遥测前端计算机通过网络分发的航迹测量数据和其他飞行参数数据并解析;
[0052] •根据试验后处理数据,进行试验轨迹回放,可加速回放;
[0053] •结合二维等高线和三维电子地图进行实时和事后航迹分析;
[0054] •虚拟数字化仪表,显示姿态、速度、高度;
[0055].以列表方式显示飞行参数,可勾选是否显示;
[0056] •地图可通过鼠标滚轮放大、缩小,可进行平滑移动;
[0057] •能够计算地图中任何两点的距离;
[0058] •能够以航迹中的任一点为起点,计算飞行器的累计航程;
[0059] •能够显示高度-时间、三向速度-时间和高度-合成速度曲线。
[0060] (6)后处理软件
[0061] 事后数据处理软件实现任务后载体运动参数精确解算、数据融合处理、运动参数分析处理、坐标转换等功能。
[0062] (7)接收机监视软件
[0063] •对观测数据完美解析,可查看任意PVT及卫星信息实时数据;
[0064] •通过控制解算系统可开通关闭接收机相关服务。特殊环境下,可通过软件查看星历预报信息;
[0065] •快速初始化功能是控制解算系统一个非常重要的功能,本软件可在任意已知大致坐标的区域,通过输入已知坐标,使接收机快速完成初始化,以达到快速定位的目的;
[0066] •全球各地的高程模型不同,各个国家采用的标准不一,而采用控制解算系统软件,可任意输入设置接收机的高程模型算法,输出符合当地标准的高程数据;
[0067] •特有的sky plot功能,可在接收机定位后,帮助用户初步判断当前定位精度,而不仅仅依靠输出数据的FORM值,视觉效果直观;
[0068] •当接收机出现问题时,通过控制解算系统软件的恢复出厂设置功能,可让接收机快速恢复,当需要刷新固件信息时,也可通过该软件进行升级;
[0069] •接收机输出的数据类型非常丰富,当需要对某种特定数据进行分析时,可以通过控制解算系统直观的界面进行查看分析,如卫星轨道参数、当前信躁比参数等信息。
[0070] •特有的轨迹回放功能,当采集来的观测数据,无论是二进制数据还是NMEA数据,都可通过软件的回放功能进行轨迹查看。
[0071] •故障诊断及修复,当接收机遇到故障时,通过调用控制解算系统的隐藏功能,可以对故障进行初步判断,并修复故障。
[0072] 2、机载测量单元
[0073] 机载测量单元包括:Starfire移动站接收机、无线数传电台、电台功放器、B码发生器、机载控制存储单元、机载电源、机载控制软件。机载测量单元接收卫星信号和差分数据,进行高精度计算,提供载体位置、高度、速度、时间和原始测量信息等基本参数,实时下发给地面监控单元,同时机载控制存储单元实时存储以上信息,便于时候分析。
[0074] (1) Starfire移动站接收机
[0075] 移动站接收机具备starfire接收功能,接收差分校正信息,输出高精度位置信息。详细指标同地面基准站接收机。
[0076] (2)无线数传电台
[0077] 接收基准站差分信息,传输高精度位置信息,详细指标同地面站电台;
[0078] (3)电台功放器
[0079] 电台功放为35W,增加传输距离,可保障无遮挡40km内的数据传输。
[0080] (4) B码发生器
[0081] 主要功能如下:
[0082] •给其它机载测量系统提供IRIG-B120时间码;
[0083] •输出时间同步秒脉冲。
[0084] (5)机载电源
[0085] 为机载移动站接收机、B码发生器提供电源,电压输入为18-36V,输出为12V。
[0086] (6)机载控制存储单元
[0087] 主要功能如下:
[0088] •初始化系统各单元;
[0089] •实时监测移动站接收机工作状态;
[0090] •实时监测无线输出电台工作状态;
[0091] •实时存储相关信息。

Claims (4)

1.本发明提供了一种全球高精度航迹测量系统,其特征在于,由地面监控单元和机载测量单元两部分组成,其中: 地面基准站监控单元包括:Starfire基准站接收机、无线数传电台、电台功放、监控计算机、地面站电源模块、航迹测量软件、后处理软件; 机载测量单元主要包括:Starfire移动站接收机、无线数传电台、电台功放、B码发生器、机载控制存储单元、机载电源、机载控制软件; 当全球高精度航迹测量系统上电后,系统内各个部件自行进行初始化,Starfire基准站和Starfire移动站接收机搜索卫星信号,无线数传电台建立数据链接,航迹测量软件清空缓存,接收实时数据; 当Starfire基准站接收机定位以后,输出差分校正数据,通过无线数传电台传输给Starfire移动站接收机,Starfire移动站接收机进行RTK结算,输出厘米级位置数据,并通过无线数传电台传输给基准站航迹监控软件,实时显示航迹; 飞机起飞,进行试飞试验,航迹测量软件实时测量记录飞机航迹; 飞机在30KM范围内飞行的时候,工作在RTK模式; 飞机飞出30KM范围,启动Starfire模式; 试飞结束,综合RTK模式和Starfire模式下的位置数据,进入事后差分模式分析飞机航迹。 所述全球高精度航迹测量系统提供三种工作模式,分别是RTK模式、Starfire模式和事后差分模式。
2.如权利要求1所述的全球高精度航迹测量系统,其特征在于:所述RTK模式为:地面基准站和机载移动站配合,通过电台传输差分数据,进行实时RTK定位,定位精度为1cm,作用距离为30-50km。
3.如权利要求1或2所述的全球高精度航迹测量系统,其特征在于:所述Starfire模式为:机载移动站接收starfire信号,进行实时差分处理,定位精度为10cm,可支持全球范围。
4.如权利要求1或2或3所述的全球高精度航迹测量系统,其特征在于:所述事后差分模式为:试验接收后,处理机载设备上记录的原始数据,可得到厘米级的位置数据。
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