CN109341442A - 一种gnss与ins组合导航精确制导消防灭火弹装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置。它包括灭火弹装载舱、制导控制舱；所述制导控制舱包括制导组合体，所述制导组合体包括结构组件、信息处理单元；所述信息处理单元包括导航、制导与控制处理单元，所述导航、制导与控制处理单元包括微惯性测量模块、卫星导航模块、嵌入式组合导航信息处理模块、制导信息处理模块和通讯控制器模块；所述卫星导航模块用于接收卫星导航系统(GNSS)信息，所述嵌入式组合导航信息处理模块用于接收惯性测量单元信息和卫星导航信息。该灭火弹装置采用GNSS/INS组合导航进行精确制导，飞行轨迹及投掷点能做到精准控制，具有完备的信息反馈和控制功能，综合性能优良。

Description

一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置
技术领域
本发明涉及消防器械领域，具体涉及一种采用GNSS与INS组合导航精准控制灭火弹飞行和投掷、响应快、综合性能优良的消防灭火弹装置。
背景技术
森林火灾属于自然灾害，是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来最有害、具有毁灭性的后果，尽管当今世界的科学在日新月异地向前发展，人类在制服森林火灾上，却依然尚未取得长足的进展，森林火灾被联合国列为世界八大自然灾害之一，也是公共突发事件之一。已经形成灾害的立体式森林火灾蔓延快，危害也大，为了及时控制火势，避免更大的损失，采用航空灭火几乎是唯一的手段。
国内外航空灭火按照灭火平台的不同可以分为固定翼灭火飞机与灭火直升机，固定翼灭火飞机一般配备水箱等设备，其中装载灭火剂或水，飞临火场上空进行抛撒灭火，灭火直升机一般采用吊桶(吊囊)灭火，在飞机下悬挂吊桶(吊囊)，内部装有灭火剂(水或化学灭火剂)进行灭火，该类灭火的不足是受航空条件的影响大，不适合解决偏远、地形复杂地区森林灭火的现实问题，且无法做到远程控制、响应慢；此外，还有的是利用飞机投掷灭火弹进行灭火，近年来，远距离森林灭火弹作为一种有效的灭火手段，受到各国的重视，该类灭火可以不受灭火条件的限制，也可以做到快速响应，其不足是灭火弹缺乏精准的导航结构，其运行轨迹及投掷点做不到精准控制，同时缺乏信息反馈和控制功能，综合性能不理想。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，该灭火弹装置采用GNSS与INS组合导航，灭火弹飞行轨迹及投掷点能做到精准控制，同时具有完备的信息反馈和控制功能，综合性能优良。
为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:
本发明一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，它包括灭火弹装载舱、及设置在灭火弹药舱后的制导控制舱，所述制导控制舱包括制导组合体，所述制导组合体包括结构组件、信息处理单元，
所述信息处理单元包括导航、制导与控制处理单元(GNC)，所述导航、制导与控制处理单元(GNC)包括微惯性测量模块(MIMU)、卫星导航模块、嵌入式组合导航信息处理模块、制导信息处理模块和通讯控制器模块；
所述卫星导航模块用于接收卫星导航系统(GNSS)信息，所述嵌入式组合导航信息处理模块用于接收惯性测量单元信息和卫星导航信息，并进行组合导航信息处理，得到灭火弹装置的位置、速度和姿态信息；
所述制导信息处理模块用于根据嵌入式组合导航信息处理模块处理后的组合导航信息进行制导控制计算，输出控制指令，控制灭火弹装置飞向目标；
所述卫星导航模块依次包括LNA、下变频、中频采样、卫星基带信号处理和导航信息处理；
所述嵌入式组合导航信息处理模块至少包括初始对准、惯导解算、误差补偿、组合导航滤波；
所述制导信息处理模块包括制导率计算、控制率计算、复合制导计算；
所述微惯性测量模块(MIMU)包括硅微陀螺与硅微加速度计；
所述制导控制舱还包括舵机控制器、舵机、热电池，所述制导控制舱的外壁设置有卫星天线、机弹接口和机弹分离开关；
所述结构组件包括外壳、主体、支架、盖板、起拔器；
所述通讯控制器模块用于导航、制导和控制系统的信号的输入和输出；
所述通讯控制器模块包括用于连接载机火控系统的GJB289A总线接口、及用于连接热电池的RS232/422串行总线接口、及用于连接卫星接收天线的A/D接口、及用于连接舵机控制器的开关量输入接口；
所述通讯控制器模块还包括连接卫星接收天线的D/A接口、及连接舵机控制器的开关量输出接口；
所述灭火弹装载舱装载灭火弹，所述灭火弹装填高性能的灭火剂，所述灭火弹为50公斤级、100公斤级、250公斤级、500公斤级；
所述灭火弹设置有安全引信结构，引信通过压螺安装在灭火弹装载舱尾部，整个灭火弹安装一枚引信；
所述灭火弹装置的结构组件采用安全性能好的非卤素阻燃材料制成，该材料耐光性能差，可自然降解；
所述灭火弹设置有哑弹销毁结构。
本发明一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置,其有益效果有：
1、成本低，落点精度高，采用基于低成本微惯性测量单元的GNSS/INS组合导航制导技术，定位精度优于2m，具有成本低，落点精度高等优点，从而可实现高效的森林灭火；
2、响应速度快，灭火弹装置装载在无人机、直升机上，甚至可以装载在军用飞机上，可实现远程控制，发生火情后能迅速响应并实施精准投掷，达到及时处理火情的目的；
3、覆盖范围广，可根据需要装配不同剂量的灭火弹，精确制导灭火弹的射程大，覆盖范围广，适用于远距离，复杂地形的森林灭火；
4、具有完备的信息反馈和控制功能，综合性能优良。
附图说明
图1，为本发明一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置的结构图；
图2，为图1所示实施例的制导组合体的通用结构图；
图3，为图1所示实施例的导航、制导与控制处理单元(GNC)的结构示意图；
图4，为本发明精确制导消防灭火弹装置的制导组合体的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例
本发明一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，它包括灭火弹装载舱1、及设置在灭火弹药舱后的制导控制舱2，所述制导控制舱包括制导组合体，所述制导组合体包括结构组件、信息处理单元，
所述信息处理单元包括导航、制导与控制处理单元(GNC)3，所述导航、制导与控制处理单元(GNC)包括微惯性测量模块(MIMU)、卫星导航模块、嵌入式组合导航信息处理模块、制导信息处理模块和通讯控制器模块；
所述卫星导航模块用于接收卫星导航系统(GNSS)信息，所述嵌入式组合导航信息处理模块用于接收惯性测量单元信息和卫星导航信息，并进行组合导航信息处理，得到灭火弹装置的位置、速度和姿态等信息；
所述制导信息处理模块用于根据嵌入式组合导航信息处理模块处理后的组合导航信息进行制导控制计算，输出控制指令，控制灭火弹装置飞向目标；
所述卫星导航模块依次包括LNA、下变频、中频采样、卫星基带信号处理和导航信息处理；
所述嵌入式组合导航信息处理模块包括初始对准、惯导解算、误差补偿、组合导航滤波等；
所述制导信息处理模块包括制导率计算、控制率计算、复合制导计算；
所述微型惯性测量模块(MIMU)包括硅微陀螺与硅微加速度计，所述微型惯性测量模块(MIMU)用于生成灭火弹装置的运行状态信息；
所述制导控制舱还包括舵机控制器4、舵机5、热电池6，所述制导控制舱的外壁设置有卫星天线7、机弹接口和机弹分离开关8；
所述结构组件包括外壳、主体、支架、盖板、起拔器；
所述通讯控制器模块用于GNC控制系统的信号的输入和输出；
所述通讯控制器模块包括用于连接载机火控系统的GJB289A总线接口、及用于连接热电池的RS232/422串行总线接口、及用于连接卫星接收天线的A/D接口、及用于连接舵机控制器的开关量输入接口，所述GNC控制系统通过GJB289A总线接口、RS232/422串行总线接口、A/D接口、开关量输入接口采集来自载机火控系统、热电池、卫星接收天线和舵机控制器的外部信息，按照规定的工作时序完成制导消防灭火弹的工作状态设置、完成导航计算与制导控制律计算；
所述通讯控制器模块还包括连接卫星接收天线的D/A接口、及连接舵机控制器的开关量输出接口，所述GNC控制系统通过GJB289A总线接口、RS232/422串行总线接口、开关量输出接口向外部输出信息，协调制导控制系统其它相关子系统的工作，从而实现制导消防灭火弹制导控制系统功能的正确执行；
所述灭火弹装载舱装载灭火弹，所述灭火弹装填高性能的灭火剂，所述灭火弹为50公斤级、100公斤级、250公斤级、500公斤级；
所述灭火弹设置有安全引信结构，引信通过压螺安装在灭火弹装载舱尾部，整个灭火弹安装一枚引信；
所述灭火弹装置的结构组件采用安全性能好的非卤素阻燃材料制成，该材料耐光性能差，可自然降解，
所述灭火弹设置有哑弹销毁结构。
所述制导组合体的主要工作流程为：
1)依据火控系统的指令和弹上系统的状态协调指挥引信、舵系统、热电池等其它弹上设备工作，对消防灭火弹弹实施使用时序控制；
2)执行对准计算；
3)完成星历装订；
4)接收火控系统下发的数据，完成目标坐标、引信起爆参数等任务参数的装订；
5)接收卫星接收机天线的射频信号，进行纯惯性/组合导航解算，为实施灭火弹的制导控制提供必需的导航信息；
6)根据载机火控系统装订的目标坐标和计算出的当前导航数据进行制导控制规律解算，根据解算结果输出舵系统控制指令，实现灭火弹的有控飞行；
7)灭火弹电气系统的控制及状态监控；
8)向记录仪/遥测等记录设备输出灭火弹工作状态参数；
9)配合地面检测设备完成全弹检测。
所述灭火弹设置的典型工作流程为：
(1)地面准备工作
接到灭火任务后，灭火弹从库房运至外场挂机，载机给灭火弹上电，进行自检，自检合格后，载机断开灭火弹供电，解除弹上地面保险，载机起飞。
(2)载机飞行
载机起飞后给灭火弹供电，灭火弹进行初始化、自检。载机在飞行过程中，完成传递对准或自对准，完成目标数据、引信参数的装订。在进入发射区后，发射灭火弹，机弹分离，载机即可返航。
(3)GNSS/INS组合导航制导飞行
灭火弹离机后延时起控，制导控制系统控制灭火弹飞行。在飞行过程中，制导组合体接收GNSS信号和惯性测量单元信号，进行组合导航计算得到灭火弹的位置、速度和姿态等信息，并进行制导控制计算，输出控制指令，控制灭火弹飞向目标，引信解除保险，直到灭火弹命中目标，引信作用，爆炸进行灭火。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作一般技术手段的增减或替换，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，它包括灭火弹装载舱、及设置在灭火弹药舱后的制导控制舱，所述制导控制舱包括制导组合体，所述制导组合体包括结构组件、信息处理单元；
所述信息处理单元包括导航、制导与控制处理单元(GNC)，所述导航、制导与控制处理单元(GNC)包括微惯性测量模块(MIMU)、卫星导航模块、嵌入式组合导航信息处理模块、制导信息处理模块和通讯控制器模块；
所述卫星导航模块用于接收卫星导航系统(GNSS)信息，所述嵌入式组合导航信息处理模块用于接收惯性测量单元信息和卫星导航信息，并进行组合导航信息处理，得到灭火弹装置的位置、速度和姿态信息；
所述制导信息处理模块用于根据嵌入式组合导航信息处理模块处理后的组合导航信息进行制导控制计算，输出控制指令，控制灭火弹装置飞向目标。
2.根据权利要求1所述的一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，所述卫星导航模块依次包括LNA、下变频、中频采样、卫星基带信号处理和导航信息处理。
3.根据权利要求1所述的一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，所述嵌入式组合导航信息处理模块至少包括初始对准、惯导解算、误差补偿、组合导航滤波。
4.根据权利要求1所述的一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，所述制导信息处理模块包括制导率计算、控制率计算、复合制导计算。
5.根据权利要求1所述的一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，所述微惯性测量模块(MIMU)包括硅微陀螺与硅微加速度计，所述微惯性测量模块(MIMU)用于生成灭火弹装置的运行状态信息。
6.根据权利要求1所述的一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，所述制导控制舱还包括舵机控制器、舵机、热电池，所述制导控制舱的外壁设置有卫星天线、机弹接口和机弹分离开关；
所述结构组件包括外壳、主体、支架、盖板、起拔器。
7.根据权利要求1所述的一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，所述通讯控制器模块包括用于连接载机火控系统的GJB289A总线接口、及用于连接热电池的RS232/422串行总线接口、及用于连接卫星接收天线的A/D接口、及用于连接舵机控制器的开关量输入接口，所述GNC控制系统通过GJB289A总线接口、RS232/422串行总线接口、A/D接口、开关量输入接口采集来自载机火控系统、热电池、卫星接收天线和舵机控制器的外部信息，按照规定的工作时序完成制导消防灭火弹的工作状态设置、完成导航计算与制导控制律计算。
8.根据权利要求1所述的一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，所述通讯控制器模块还包括连接卫星接收天线的D/A接口、及连接舵机控制器的开关量输出接口，所述GNC控制系统通过GJB289A总线接口、RS232/422串行总线接口、开关量输出接口向外部输出信息，协调制导控制系统其它相关子系统的工作，从而实现制导消防灭火弹制导控制系统功能的正确执行。
9.根据权利要求1所述的一种GNSS与INS组合导航精确制导消防灭火弹装置，其特征在于，所述灭火弹装载舱装载灭火弹，所述灭火弹装填高性能的灭火剂，所述灭火弹为50公斤级、100公斤级、250公斤级、500公斤级；
所述灭火弹设置有安全引信结构，引信通过压螺安装在灭火弹装载舱尾部，整个灭火弹安装一枚引信；
所述灭火弹装置的结构组件采用安全性能好的非卤素阻燃材料制成，该材料耐光性能差，可自然降解；
所述灭火弹设置有哑弹销毁结构。
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