CN110095114B - 一种航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统及方法，其特征在于：所述自动校准系统包括罗盘自动校准处理器、轮速传感器、显控单元、接口单元和磁航向传感器；其中接口单元连接捷联航姿组件、罗盘自动校准处理器，负责信号转换和传输，同时将校准信号输出至捷联航姿组件，并通过捷联航姿组件输出至显控处理机；罗盘自动校准处理器与轮速传感器、控制显示器、磁航向传感器和接口单元连接，在校准控制信号有效后，负责接收磁航向传感器信号、捷联航姿磁航向信号和轮速信号，按设定程序和方法完成捷联航姿系统罗差的自动校准。本发明显著提升了捷联航姿系统外场罗差校准的效率，填补飞机捷联航姿内嵌式罗盘自动校准模式的空白。

Description

一种航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统及方法

技术领域

本发明属于航空机载捷联航姿导航系统领域，内嵌于捷联航姿主机内，主要用于各型号捷联航姿系统装机后的外场罗差校验，以消除安装误差，补偿半圆罗差和象限罗差，保证系统的使用精度。

背景技术

目前已知的所有捷联航姿系统均没有该功能，如某型飞机的激光捷联航姿系统，某型系统飞机安装的捷联贯导系统等，均没有罗盘自动校准功能。捷联航姿系统的罗盘校准都是靠飞机生产厂家来完成，校准方法是采用罗盘场加罗盘仪或其他校准设备，加人工推动飞机，同时在比较远的地方找一个比较明显的参照物作为基准，并按照一定的程序和方法进行罗盘校验的办法，校验过程中需要每个校验点都需要停下来，把罗差值人工装订在捷联航姿组件的罗差装订数据库内，校准的过程费时费力，人工成本非常高，校准精度、效率均比较低。

发明内容

发明目的

设计和开发一种内嵌式罗盘自动校准系统，该系统可以镶嵌于任何捷联航姿系统计算机内部，该系统具有磁航向传感器、捷联航姿组件的磁航向信号罗差自动检测、自动装订功能，免除人工推、牵引飞机进行罗差校准模式，改用飞机动态滑行进行操作，提高航姿外场罗盘校准效率和校准可靠性。

发明内容

一种航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统，其特征在于：所述自动校准系统包括罗盘自动校准处理器、轮速传感器、接口单元和控制显示器；其中接口单元连接捷联航姿组件、罗盘自动校准处理器，负责信号转换和传输，同时将罗盘自动校准处理器的校准信号输出至捷联航姿组件，并通过捷联航姿组件输出至显控处理机；罗盘自动校准处理器与轮速传感器、控制显示器、磁航向传感器和接口单元连接，在校准控制信号有效后，负责接收磁航向传感器信号、捷联航姿磁航向信号和轮速信号，并按规定校准程序进行自动校准捷联航姿系统罗差；轮速传感器给罗盘自动校准处理器提供轮速信号，供盘自动校准处理器进行虚拟电子罗盘场建模和校准罗差时计算罗盘场磁方位使用；控制显示器用于发出罗差校准指令，提供专用罗差校准、装订控制显示，操作指令按键，校准过程参数显示，校准程序控制。

优先的，所述系统还包括磁航向传感器，磁航向传感器用于备份功能，用于不能实现内嵌于捷联航姿系统时的磁航向基准信号输入。磁航向传感器与罗盘自动校准处理器通过WIFI连接。所述磁航向传感器按需要可以布置在飞机机身外侧的任何部位。

优选的，所述控制显示器可以内嵌于捷联航姿系统的显控处理机和EFIS电子飞行仪表内，也可以单独设置。

所述航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统的校准方法，具体步骤如下：

步骤1：电子罗盘场建模

1)飞机滑行至可以转弯360°的场地，并使飞机停止在明显的地标位置上，所述地标位置包括预先在地面测绘好的磁北0°地标线；

2)将前机轮转弯波轮置于左极限位置并锁定；

3)在控制显示器上按压一下建模按钮，松开飞机刹车，推油门，进行飞机滑行左转弯滑行操作，转弯360°，即到左转弯的起点磁北0°位置后，停留20秒，电子罗盘场建模画面将提示停留20秒并开始计时显示，此时罗盘自动校准处理器将根据右机轮的轮速信号、转弯的时间及转弯的磁航向角计算出转弯的距离和转弯半径，以及转弯长度、磁航向角度的线性对应关系，建立出电子罗盘场模型；

4)罗盘自动校准处理器根据计算出来的转弯半径，以磁方位0°为基准将电子罗盘场进行24等分，即15°为一个标记点，这些标记点既含有8点校准程序需要45°间隔的点，也含有12点校准程序需要30°间隔的点；

5)建模及罗盘场磁航向标志点划分结束后，电子罗盘场的数据及模型自动存入罗盘自动校准处理器的存储器；

6)此时传感器检查按钮、罗差校准按钮均指示为可操作状态；

步骤2：传感器检查

1)在控制显示器上按压一下罗盘自动校准显示画面上的传感器检查按钮，罗差校准按钮变为灰色不可操作状态，松开飞机刹车，推油门，进行飞机左滑行转弯操作，直到超过初始0°磁方位为止，系统会自动采集并计算转弯360度的数据，其他多余数据会被自动剔除；

2)飞机滑行转弯过程中，罗盘自动校准处理器自动按照电子罗盘场模型在0°、15°、30°、45°等24个基准点上分别检查磁航向传感器、捷联航姿组件输出的磁航向数据；

3)如果捷联航姿组件所有角度的磁航向数据与电子罗盘场基准的误差均不大于0.5°，罗盘自动校准显示画面将显示“捷联航姿系统罗差符合要求”字样，无需校准，反之则需要进行捷联航姿系统罗差校准；

4)如果所有磁航向数据与电子罗盘场基准的误差均不大于5°，则判定磁航向传感器、捷联航姿组件工作正常，信号输出无畸变，并在罗盘自动校准显示画面上显示磁航向传感器、捷联航姿组件状态正常信息；反之则需要进行捷联航姿系统排故；

5)罗差校准按钮恢复指示为绿色可操作状态；

步骤3：校准程序

1)在控制显示器上按压一下罗盘自动校准显示画面上的罗差校准按钮，罗盘自动校准处理器向航姿系统发送罗差标定控制指令，航姿系统转入罗差标定工作状态；

2)此时罗盘自动校准显示画面上出现捷联航姿系统发出的磁方位角度信息和电子罗盘角度信息，以及“同步”按钮，如果需要人工干预，按下“同步”按钮将电子罗盘场基准值直接同步装订进捷联航姿系统中，若不干预，系统统一进行罗差装订，按压“继续”按钮继续校准程序；

3)松开飞机刹车，推油门，进行飞机左转弯滑行操作，转弯超过360°即可，罗盘自动校准系统会按照8点校准程序自动对准磁方位0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°进行数据采集并计算罗盘误差，误差的计算以捷联航姿系统输出的磁航向角减去电子罗盘的基准值，罗差补偿值则为罗差值的负数；

4)按压“校验退出”按键，系统自动将罗差补偿值装入罗差补偿数据库，系统自动退出校准模式，且航向由实测航向变为当前角度±0.5，罗盘自动校准显示画面显示“装订完成”字样，表明罗差装订成功；

5)系统磁航向误差检查。按压“罗差检查”按键，松开飞机刹车，推油门，操纵飞机进行左转弯滑行操作，转弯超过360°即可，罗盘自动校准系统自动按照12点校准程序对磁方位0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°进行数据采集并计算罗盘误差，误差的计算以捷联航姿系统输出的磁航向角减去电子罗盘的基准值，如果所有的航向偏差在±0.5°内，罗盘自动校准显示画面显示“校准合格”字样，校准程序结束。

优选的，步骤1的第3)分步骤中，如果飞机前机轮没有回到起点位置，而是位于与起点有一定距离的0°磁方位线上，说明首次停机位置不在虚拟电子罗盘场中心为圆心的圆周上，电子罗盘场建模无效，只能以重新以停机位置再重新转动一周来消除这种误差，操作方法是重新按压一下建模按钮，转动一周……直到飞机前机轮回到起始点。步骤1的第3)分步骤中，由于飞机每次滑行转弯的角度不完全一样，胎压不完全一样，不同飞机的转弯角度更是差异很大，为了保证本发明的校验精度、通用性和适用性，每次校准罗盘必须重新执行罗盘场建模程序。

优选的，步骤1如果已确信了捷联航姿系统激光陀螺(或类似信号源)输出的精度符合要求，步骤1的第3)分步骤、步骤2取消，只需进行磁航向0°装订后，直接以捷联航姿系统激光陀螺(或类似信号源)输出的磁航向信号为基准建立电子罗盘场模型，执行完步骤1的除第3)分步骤所有程序后，直接执行步骤3即可完成捷联航姿系统罗差装订。

发明的优点：

产生的一种航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统及方法，由于采用了飞机动态罗差校准、内嵌式虚拟电子罗盘场罗差校准技术，更贴近了飞行中对罗差校准精度的需要，弥补了常规罗差校准需要严格开阔场地、占场时间较长、人工成本比较高的弊病，显著提升了捷联航姿系统外场罗差校准的效率，填补飞机捷联航姿内嵌式罗盘自动校准模式的空白。

附图说明

图1是本发明系统总图；

图2是本发明调试程序图。

具体实施方式

本发明主要由磁航向传感器、罗盘自动校准处理器、轮速传感器和接口单元组成，具体见图1。

磁航向传感器属于备份功能，主要用于不能实现内嵌于捷联航姿系统时的磁航向基准信号输入，与罗盘自动校准处理器通过WIFI连接，可以布置在飞机机身外侧的任何一个部位，提高本校准系统的灵活性、通用性和市场竞争力。

接口单元主要连接捷联航姿组件、罗盘自动校准处理器，负责信号转换和传输，同时将罗盘自动校准处理器的校准信号输出至捷联航姿组件，并通过捷联航姿组件输出至显控处理机。

罗盘自动校准处理器与轮速传感器、控制显示器、磁航向传感器和接口单元连接，在校准控制信号有效后，负责接收磁航向传感器信号、捷联航姿磁航向信号和轮速信号，并按规定校准程序进行自动校准捷联航姿系统罗差的目的。

轮速传感器，主要给罗盘自动校准处理器提供轮速信号，供盘自动校准处理器进行虚拟电子罗盘场建模和校准罗差时计算罗盘场磁方位使用。

控制显示器，主要作用是发出罗差校准指令，提供专用罗差校准、装订控制显示，操作指令按键，校准过程参数显示，校准程序控制等，该控制显示器可以内嵌于捷联航姿系统的显控处理机内，也可以单独设置。

参见图2，本发明调试方法如下：

2.1电子罗盘场建模

1)飞机滑行至可以转弯360°的任何场地，并使飞机停止在明显的地标位置上，一般选择预先在地面测绘好的磁北0°地标线上。

2)将前轮转弯波轮置于左极限位置并锁定；

3)按压一下建模按钮，松开飞机刹车，推油门，进行飞机滑行左转弯操作，转弯360°即到转弯的起点磁北0°位置(以前机轮为飞机标志点)后，停留20秒，电子罗盘场建模画面会提示停留20秒并开始计时显示，此时罗盘自动校准处理器会根据右机轮的轮速信号、转弯的时间及转弯时的磁航向角计算出转弯的距离和转弯半径，以及转弯长度、磁航向角度的线性对应关系；

备注：如果飞机(前机轮)没有回到起点位置，而是与起点有一定距离的0°磁方位线上，说明首次停机位置不在虚拟电子罗盘场中心为圆心的圆周上，电子罗盘场建模无效，只能以重新以停机位置再重新转动一周即可消除这种误差。具体操作是重新按压一下建模按钮，转动一周，回到起始点即可。

4)罗盘自动校准处理器根据计算出来的转弯半径，磁方位0°基准将电子罗盘场进行24等分，即15°为一个标记点，这些标记点既含有8点校准需要45°间隔的点，也含有12点校准需要30°间隔的点；

5)电子罗盘场的数据及模型存入罗盘自动校准处理器的存储器；

6)此时传感器检查按钮、罗差校准按钮均指示为可操作状态。

注：由于飞机每次滑行转弯的角度不完全一样，不用飞机的转弯角度更是差异很大，为了保证本发明的校准精度、通用性和适用性，每次校准罗盘必须重新执行罗盘场建模程序。

2.2传感器检查程序

1)在控制显示器上按压一下罗盘自动校准显示画面上的传感器检查按钮，罗差校准按钮变为灰色不可操作状态，松开飞机刹车，推油门，进行飞机左滑行转弯操作，直到超过初始0°磁方位为止，系统会自动采集并计算转弯360度的数据，其他多余数据会被自动剔除；

2)飞机滑行转弯过程中，罗盘自动校准处理器自动按照电子罗盘场模型在0°、15°、30°、45°等24个基准点上分别检查磁航向传感器、捷联航姿组件输出的磁航向数据；

3)如果捷联航姿组件所有角度的磁航向数据与电子罗盘场基准的误差均不大于0.5°，罗盘自动校准显示画面将显示“捷联航姿系统罗差符合要求”字样，无需校准，反之则需要进行捷联航姿系统罗差校准；

4)如果所有磁航向数据与电子罗盘场基准的误差均不大于5°，则判定磁航向传感器、捷联航姿组件工作正常，信号输出无畸变，并在罗盘自动校准显示画面上显示磁航向传感器、捷联航姿组件状态正常信息；反之则需要进行捷联航姿系统排故；

5)罗差校准按钮恢复指示为绿色可操作状态；

2.3校准程序

1)在控制显示器上按压一下罗盘自动校准显示画面上的罗差校准按钮，罗盘自动校准处理器向航姿系统发送罗差标定控制指令，航姿系统转入罗差标定工作状态；

2)此时罗盘自动校准显示画面上出现捷联航姿系统发出的磁方位角度信息和电子罗盘角度信息，以及“同步”按钮，如果需要人工干预，按下“同步”按钮将电子罗盘场基准值直接同步装订进捷联航姿系统中，若不干预，系统统一进行罗差装订，按压“继续”按钮继续校准程序；

3)松开飞机刹车，推油门，进行飞机左转弯滑行操作，转弯超过360°即可，罗盘自动校准系统会按照8点校准程序自动对准磁方位0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°进行数据采集并计算罗盘误差，误差的计算以捷联航姿系统输出的磁航向角减去电子罗盘的基准值，罗差补偿值则为罗差值的负数；

4)按压“校验退出”按键，系统自动将罗差补偿值装入罗差补偿数据库，系统自动退出校准模式，且航向由实测航向变为当前角度±0.5，罗盘自动校准显示画面显示“装订完成”字样，表明罗差装订成功；

5)系统磁航向误差检查。按压“罗差检查”按键，松开飞机刹车，推油门，操纵飞机进行左转弯滑行操作，转弯超过360°即可，罗盘自动校准系统自动按照12点校准程序对磁方位0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°进行数据采集并计算罗盘误差，误差的计算以捷联航姿系统输出的磁航向角减去电子罗盘的基准值，如果所有的航向偏差在±0.5°内，罗盘自动校准显示画面显示“校准合格”字样，校准程序结束。

Claims (10)

1.一种航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统，其特征在于：所述自动校准系统包括罗盘自动校准处理器、轮速传感器、接口单元和控制显示器；其中接口单元连接捷联航姿组件、罗盘自动校准处理器，并负责信号转换和传输，同时将罗盘自动校准处理器的校准信号输出至捷联航姿组件，并通过捷联航姿组件输出至显控处理机；罗盘自动校准处理器与轮速传感器、控制显示器、磁航向传感器和接口单元连接，在校准控制信号有效后，负责接收磁航向传感器信号、捷联航姿磁航向信号和轮速信号，并按规定校准程序进行自动校准捷联航姿系统罗差；轮速传感器给罗盘自动校准处理器提供轮速信号，供罗盘自动校准处理器进行虚拟电子罗盘场建模和校准罗差时计算罗盘场磁方位使用；控制显示器用于发出罗差校准指令，提供专用罗差校准、装订控制显示，操作指令按键，校准过程参数显示，校准程序控制。

2.如权利要求1所述的航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统，其特征在于：所述系统还包括磁航向传感器，磁航向传感器用于备份功能，用于不能实现内嵌于捷联航姿系统时的磁航向基准信号输入。

3.如权利要求2所述的航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统，其特征在于：磁航向传感器与罗盘自动校准处理器通过WIFI连接。

4.如权利要求2所述的航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统，其特征在于：所述磁航向传感器可以布置在飞机机身外侧的任何部位。

5.如权利要求1所述的航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统，其特征在于：所述控制显示器内嵌于捷联航姿系统内。

6.如权利要求1所述航空机载捷联航姿外场内嵌式罗盘自动校准系统的校准方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：电子罗盘场建模

1)飞机滑行至可以转弯360°的场地，并使飞机停止在明显的地标位置上，所述地标位置包括预先在地面测绘好的磁北0°地标线；

2)将前机轮转弯波轮置于左极限位置并锁定；

3)按压建模按钮，操纵飞机左转弯360°回到起点磁北0°位置，停留若干秒，此时罗盘自动校准处理器将根据右机轮的轮速信号、转弯的时间及转弯时的磁航向角计算出转弯的距离和转弯半径，以及转弯长度、磁航向角度的线性对应关系；

4)罗盘自动校准处理器根据计算出来的数据，建立电子罗盘场模型，电子罗盘场校准点以15°为一个点，即对电子罗盘场进行24等分；

5)将电子罗盘场的数据及模型存入罗盘自动校准处理器的存储器；

步骤2：传感器检查

1)按压控制显示器上罗盘自动校准显示画面上的传感器检查按钮，操纵飞机继续左滑行转弯操作，直到超过初始0°磁方位为止；

2)罗盘自动校准处理器自动按照电子罗盘场模型在24个基准点上分别检查磁航向传感器、捷联航姿组件输出的磁航向数据；

3)如果捷联航姿组件所有角度的磁航向数据与电子罗盘场基准的误差均不大于0.5°，罗盘自动校准显示画面将显示捷联航姿系统罗差符合要求，无需校准，反之则需要进行捷联航姿系统罗差校准；

4)如果所有磁航向数据与电子罗盘场基准的误差均不大于5°，则判定磁航向传感器、捷联航姿组件工作正常，信号输出无畸变，并在罗盘自动校准显示画面上显示磁航向传感器、捷联航姿组件状态正常信息；反之则需要进行捷联航姿系统排故；

步骤3：罗差校准

1)按压罗盘自动校准显示画面上的罗差校准按钮，罗盘自动校准处理器向航姿系统发送罗差标定控制指令，航姿系统转入罗差标定工作状态；

2)此时罗盘自动校准显示画面上出现捷联航姿系统发出的磁方位角度信息和电子罗盘角度信息，以及“同步”按钮，如果需要人工干预，按下“同步”按钮将电子罗盘场基准值直接同步装订进捷联航姿系统中，若不干预，系统统一进行罗差装订，按压“继续”按钮继续校准程序；

3)操纵飞机左转滑行弯操作，转弯超过360°即可，罗盘自动校准系统会自动按8方位校准程序采集罗盘误差，并计算误差值；

4)按压“校验退出”按键，且航向由实测航向变为当前角度±0.5时，罗盘自动校准显示画面显示装订完成，表明罗差装订成功；

5)系统磁航向误差检查，按压“罗差检查”按键，操纵飞机继续超过左转滑行，转弯超过360°即可，罗盘自动校准系统自动按照12方位校准程序对磁方位进行记录，并与电子罗盘的磁航向标准值进行比较，如果所有的航向偏差在±0.5°内，罗盘自动校准显示画面显示“校准合格”字样，否则，需要重新进行校准。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤1的第3)分步骤中，如果飞机前机轮没有回到起点位置，而是位于与起点有一定距离的0°磁方位线上，说明首次停机位置不在虚拟电子罗盘场中心为圆心的圆周上，电子罗盘场建模无效，只能以重新以停机位置再重新转动一周来消除这种误差，操作方法是重新按压一下建模按钮，转动一周，直到飞机前机轮回到起始点。

8.如权利要求6所述的校准方法，其特征在于：步骤1的第3)分步骤中，由于飞机每次滑行转弯的角度不完全一样，胎压也不一样，不同飞机的转弯角度更是差异很大，造成电子罗盘场的半径不能完全一致，因此每次校准罗盘必须重新执行罗盘场建模程序。

9.如权利要求6所述的校准方法，其特征在于：步骤1如果已确信了捷联航姿系统激光陀螺或类似信号源输出的精度符合要求，则步骤1的第3)分步骤、步骤2取消，只需进行磁航向0°装订后，直接以捷联航姿系统激光陀螺或类似信号源输出的磁航向信号为基准建立电子罗盘场模型，其他步骤、分步骤不变。

10.如权利要求6所述的校准方法，其特征在于：步骤1第3)分步骤：按压建模按钮，操纵飞机左转弯360°回到起点磁北0°位置，停留时间为20秒。

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