CN105651307A - 一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法。本发明采取的方案为：首先，在飞机地面对准阶段，航姿系统通过外部航向基准获得初始航向；其次，在飞机爬升阶段，利用航姿系统的航向校准磁传感器的逐次启动误差；然后，在飞机巡航和任务段，航姿系统利用磁传感器输出的航向校准航姿系统的航向陀螺漂移误差；最后，在飞机进近着陆段，航姿系统提供高精度航向引导飞机着陆。本发明改善了航姿系统航向精度，既保证了航姿系统航向输出的精度，又保证了航向输出的实时性，计算方法简单可靠，具有较好的工程适用性。

Description

一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法

技术领域

本发明涉及一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法。

背景技术

航姿系统为飞机提供飞行姿态和航向信息，在飞机长航时飞行过程中，航姿系统的航向误差随着时间积累，不能满足飞机精确着陆的要求；磁传感器作为航向传感器，其精度较为稳定，不随时间积累，但是其逐次误差较大，也不能满足飞机的实际使用要求。可通过航姿系统短期航向精度高的有点对磁传感器的逐次误差进行校正，利用磁传感器长期精度稳定的特点对航姿系统的航向陀螺漂移进行校正，有效地提高航姿系统的航向精度，从而满足飞机长航时的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法，解决航姿系统长航时飞行情况下航向误差较大的难题。

本发明采取的技术方案为一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法，其特征在于通过航姿系统短期航向精度高的有点对磁传感器的逐次误差进行校正，利用磁传感器长期精度稳定的特点对航姿系统的航向陀螺漂移进行校正，包括：

1)计算航向校准磁传感器的逐次启动误差

计算周期T_s，共计算M次。

△ψ[i]＝ψ_ins[i]-ψ_mag[i]

△ψ[i]＝(1-α)×△ψ[i]+α×△ψ[i-1]

△ψ[i-1]＝△ψ[i]

其中，

ψ_ins[i]为每T_s计算得到的航姿系统航向，单位rad；

ψ_mag[i]为每T_s计算得到的磁航向，单位rad；

△ψ[i]为每T_s计算得到的磁航向的逐次启动修正量，单位rad，△ψ[i]的初值取0，即：△ψ[0]＝0；

α为计算参数；

i＝1,2,3…M。

2)利用磁传感器输出的航向校准航姿系统的航向陀螺漂移误差，计算公式如下：

δψ＝ψ-ψ₀

δψ_n＝δψ-(a_n-1+b_n-1·n·T_c)

$a_n=a_{n-1}-\frac{2\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}_n}{n}$

$b_n=b_{n-1}+\frac{6\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}_n}{(n+1)\·n\·T_c}$

a_n-1＝a_n

b_n-1＝b_n

其中：

ψ₀为开始估算航向陀螺漂移误差时刻的航姿系统航向角，单位rad；

ψ为当前时刻的航姿系统航向角，单位rad；

b_n为航姿系统的航向陀螺漂移误差，单位rad/s；

a_n-1、b_n-1初值为0；

T_C为计算周期，单位s；

n＝1，2，…N，N为计算次数。

本发明具有的优点和有益效果：本发明是一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法。本发明通过航姿系统短期航向精度高的有点对磁传感器的逐次误差进行校正，利用磁传感器长期精度稳定的特点对航姿系统的航向陀螺漂移进行校正，提高了航姿系统在飞行过程中的航向精度，计算方法简单可靠，具有较好的工程适用性。

附图说明

图1是按照本发明的方法进行航姿系统航向修正的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做详细说明，

本发明是一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法，如图1所示，包括：

步骤1、在飞机地面对准阶段，航姿系统通过外部航向基准获得初始航向；；

步骤2、在飞机爬升阶段，利用航姿系统的航向校准磁传感器的逐次启动误差；

步骤3、在飞机巡航和任务段，利用磁传感器输出的航向校准航姿系统的航向陀螺漂移误差；

步骤4、在飞机进近着陆段，航姿系统提供高精度航向引导飞机着陆。

具体的，步骤2中利用航姿系统的航向校准磁传感器的逐次启动误差，计算的步骤包括：

计算周期T_s，共计算M次。

△ψ[i]＝ψ_ins[i]-ψ_mag[i]

△ψ[i]＝(1-α)×△ψ[i]+α×△ψ[i-1]

△ψ[i-1]＝△ψ[i]

其中，

ψ_ins[i]为每T_s计算得到的航姿系统航向，单位rad；

ψ_mag[i]为每T_s计算得到的磁航向，单位rad；

△ψ[i]为每T_s计算得到的磁航向的逐次启动修正量，单位rad，△ψ[i]的初值取0，即：△ψ[0]＝0；

α为计算参数；α＝0.85；

i＝1,2,3…M，M＝100。

具体的，步骤3中利用磁传感器输出的航向校准航姿系统的航向陀螺漂移误差，计算的步骤包括：

δψ＝ψ-ψ₀

δψ_n＝δψ-(a_n-1+b_n-1·n·T_c)

$a_n=a_{n-1}-\frac{2\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}_n}{n}$

$b_n=b_{n-1}+\frac{6\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}_n}{(n+1)\·n\·T_c}$

a_n-1＝a_n

b_n-1＝b_n

其中：

ψ₀为开始估算航向陀螺漂移误差时刻的航姿系统航向角，单位rad；

ψ为当前时刻的航姿系统航向角，单位rad；

b_n为航姿系统的航向陀螺漂移误差，单位rad/s；

a_n-1、b_n-1初值为0；

T_C为计算周期，单位s；

n＝1，2，…N，N为计算次数，N＝100。

Claims (2)

1.一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法，其特征在于，包括：

1)计算航向校准磁传感器的逐次启动误差

计算周期T_s，共计算M次。

Δψ[ⁱ]＝ψ_ins[i]-ψ_mag[i]

Δψ[i]＝(1-α)×Δψ[i]+α×Δψ[i-1]

Δψ[i-1]＝Δψ[i]

其中，

ψ_ins[i]为每T_s计算得到的航姿系统航向，单位rad；

ψ_mag[i]为每T_s计算得到的磁航向，单位rad；

Δψ[i]为每T_s计算得到的磁航向的逐次启动修正量，单位rad，Δψ[i]的初值取0，即：Δψ[0]＝0；

α为计算参数；

i＝1,2,3...M。

2)利用磁传感器输出的航向校准航姿系统的航向陀螺漂移误差，计算公式如下：

δψ＝ψ-ψ₀

δψ_n＝δψ-(a_n-1+b_n-1·n·T_c)

$a_n=a_{n-1}-\frac{2\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}_n}{n}$

$b_n=b_{n-1}-\frac{6\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}_n}{(n+1)\·n\·T_c}$

a_n-1＝a_n

b_n-1＝b_n

其中：

ψ₀为开始估算航向陀螺漂移误差时刻的航姿系统航向角，单位rad；

ψ为当前时刻的航姿系统航向角，单位rad；

b_n为航姿系统的航向陀螺漂移误差，单位rad/s；

a_n-1、b_n-1初值为0；

T_C为计算周期，单位s；

n＝1，2，…N，N为计算次数。

2.如权利要求1所述的一种改善航姿系统航向精度和动态特性的方法，其特征在于：

201、在飞机地面对准阶段，航姿系统通过外部航向基准获得初始航向，计算公式如下：

ψ_ins＝ψ₀

其中，

ψ_ins为航姿系统航向，单位rad；

ψ₀为外部输入的基准航向，单位rad。

202、在飞机爬升阶段，利用航姿系统的航向校准磁传感器的逐次启动误差，计算公式如下：

a)误差估计

计算航向校准磁传感器的逐次启动误差，计算周期T_s，共计算M次。

Δψ[i]＝ψ_ins[i]-ψ_mag[i]

Δψ[i]＝(1-α)×Δψ[i]+α×Δψ[i-1]

Δψ[i-1]＝Δψ[i]

其中，

ψ_ins[i]为每T_s计算得到的航姿系统航向，单位rad；

ψ_mag[i]为每T_s计算得到的磁航向，单位rad；

Δψ[i]为每T_s计算得到的磁航向的逐次启动修正量，单位rad，Δψ[i]的初值取0，即：Δψ[0]＝0；

α为计算参数；

i＝1,2,3...M。

b)误差修正

利用航向校准磁传感器的逐次启动误差修正磁传感器航向的实时输出量，计算公式如下：

其中，

ψ_mag修正前为磁传感器航向的实时测量值，单位rad；

ψ_mag修正后为磁传感器航向的实时输出值，单位rad；

Δψ为磁航向的逐次启动修正量，单位rad。

203、在飞机巡航和任务段，利用磁传感器输出的航向校准航姿系统的航向陀螺漂移误差，计算公式如下：

a)误差估计

利用磁传感器输出的航向校准航姿系统的航向陀螺漂移误差，计算公式如下：

δψ＝ψ-ψ₀

δψ_n＝δψ-(a_n-1+b_n-1·n·T_c)

$a_n=a_{n-1}-\frac{2\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}_n}{n}$

$b_n=b_{n-1}-\frac{6\mathrm{\δ}{\mathrm{\ψ}}_n}{(n+1)\·n\·T_c}$

a_n-1＝a_n

b_n-1＝b_n

其中：

ψ₀为开始估算航向陀螺漂移误差时刻的航姿系统航向角，单位rad；

ψ为当前时刻的航姿系统航向角，单位rad；

b_n为航姿系统的航向陀螺漂移误差，单位rad/s；

a_n-1、b_n-1初值为0；

T_C为计算周期，单位s；

n＝1，2，…N，N为计算次数。

b)误差修正

利用航向陀螺漂移误差修正航姿系统的陀螺漂移，计算公式如下：

其中，

D_Z修正前为修正前航姿系统的航向陀螺漂移，单位rad/s；

D_Z修正后为修正后的航姿系统的航向陀螺漂移，单位rad/s；

b_N为航姿系统的航向陀螺漂移误差，单位rad/s。