CN112880661B - 一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法及装置 - Google Patents

一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法及装置 Download PDF

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CN112880661B CN202110033983.9A CN202110033983A CN112880661B CN 112880661 B CN112880661 B CN 112880661B CN 202110033983 A CN202110033983 A CN 202110033983A CN 112880661 B CN112880661 B CN 112880661B
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Abstract

本发明涉及垂直起降飞行器领域，公开了一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法及装置，包括测距装置和垂直降落飞行器，多个测距装置固定于垂直降落飞行器的壳体上且位于垂直降落飞行器的上部，测距装置向下对着陆面进行测量。本发明解决了使用纯惯性定位不准确、卫星定位依赖外部装置的问题，具备自主性强、全天候、安装简易、对外部环境适应性强的优点。

Description

一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法及装置
技术领域
本发明涉及垂直起降飞行器领域，尤其涉及一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法及装置。
背景技术
垂直起降运载器的概念从20世纪60年代提出开始就受到各国航天机构以及私营航天公司的高度重视，诞生了多种适应于不同星体(即不同引力环境)的垂直起降运载器。随着科技的不断进步和航天事业的快速发展，火箭及卫星发射取得了全球卫星导航、月球火星探索等成果。航天事业发展至今，各航天国家已经开始考虑航天器的成本问题，即通过重复使用航天器来最大程度地降低成本。为实现航天器的可重复使用，航天器垂直回收时安全平稳降落是必不可少的环节。而在垂直回收的过程中，实时准确测量航天器的位置和姿态是实现航天器无损平稳降落的关键技术之一。
现有的测量航天器的位置和姿态的方法一般有四种，即采用GPS技术、惯性IMU、光学测距和组合导航的方式。其中，GPS测距通过测量地面接收机与空间多方位的卫星距离来确定使用者的地理位置，其测量过程依赖于外部条件，容易出现受到天气、周围环境等影响致使GPS信号丢失的现象，在存在遮挡可能的飞近地环境下，容易出现受干扰返航失败；
惯性IMU系统是以牛顿经典力学定律为基本工作原理，利用陀螺仪与加速度计作为敏感测量器件，陀螺仪主要用来形成一个参考基准坐标系，在参考的基准坐标系下，加速度计中心轴能够稳定测量。通过陀螺仪围绕载体坐标轴旋转的三个角速率信息，计算出航天器的三个基本姿态角，通过角速度计得到加速度信息，然后对加速度矢量进行时间的一次积分就得到速度矢量，对速度矢量再一次积分获取航天器的运动距离。在实际导航测姿应用中，由于惯性器件存在一定的误差漂移和噪声的干扰，在进行推式计算时，各类误差的积累会导致导航精度的降低，因此在需要长时间工作的环境下，惯性导航一般不能单独使用；
光学相位测距通过测出发射和接收光波的相位差得到目标的距离，其过程受外界环境影响，抗干扰性低，无法实现全天候使用；
组合导航将IMU和GPS测量位置和姿态的优点集成，但其前期投入较大，相对以上任何单一方法测量位置和姿态的成本较大，不宜大量推广使用。
由于以上各种测量垂直降落装置的位置和姿态的方法均具有一定缺陷，无法满足实际使用需求，故亟需一种可准确且长时间测量垂直降落装置在垂直降落过程中的位置和姿态的装置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法及装置，可准确且长时间测量垂直降落装置与所降落平台之间的相对位置和姿态。本发明克服了现有技术中测量距离不准确、无法全天候使用的缺陷，具备自主性强、全天候、安装简易、对外部环境适应性强等优点，方便大面积推广应用。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，包括测距装置和垂直降落飞行器，多个所述测距装置固定于垂直降落飞行器的壳体上且位于垂直降落飞行器的上部，所述测距装置向下发出测量信号。
通过采用上述技术方案，在垂直降落飞行器的降落过程中，多个固定于垂直降落飞行器壳体上的测距装置可自主的向垂直降落飞行器下方的降落平台发出测量信号进行测距，测距装置独立于垂直降落飞行器自主工作，强化了垂直降落飞行器回收过程的自主性；同时，由于测距装置均安装于垂直降落飞行器的上部，降低了受垂直降落飞行器底部发动机喷管火焰的影响，增强了测距装置对外部环境的适应性。
本发明进一步设置为：应用上述垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，两个所述测距装置关于垂直降落飞行器的纵轴线对称分布且两个测距装置之间的夹角为180°，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure BDA0002892746390000031
得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H；
依据公式
Figure BDA0002892746390000032
得到垂直降落飞行器的姿态倾角β；
其中，α为测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的夹角，β为L1、L2所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器的姿态倾角，L1、L2分别为两个测距装置测量所得的测距装置到所降落平台之间距离，ΔL为测距装置安装位置距离垂直降落飞行器底部的距离。
通过采用上述技术方案，垂直降落飞行器的壳体上安装有两个测距装置，可分别测得两个测距装置到所降落平台之间的距离L1和L2，将测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的α角的数值以及测距装置安装位置到垂直降落飞行器的底部之间的长度ΔL的数值作为固定参数，代入公式即可获得垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H以及垂直降落飞行器的姿态倾角β。
本发明进一步设置为：应用上述垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，四个所述测距装置沿着垂直降落飞行器的纵轴线均匀分布且四个测距装置之间的夹角为90°，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure BDA0002892746390000041
得到在L1、L2所构成的平面内垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向的距离H1；
依据公式
Figure BDA0002892746390000042
得到垂直降落飞行器的姿态倾角β1；
依据公式
Figure BDA0002892746390000043
得到在L3、L4所构成的平面内垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向的距离H2；
依据公式
Figure BDA0002892746390000044
得到垂直降落飞行器的姿态倾角β2；
依据公式h＝H1 cosβ1＝H2 cosβ2得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h；
其中，α为测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的夹角，β1为L1、L2所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器在L1、L2所构成的平面内的姿态倾角，β2为L3、L4所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器在L3、L4所构成的平面内的姿态倾角，L1、L2、L3、L4分别为四个测距装置测量所得的测距装置到所降落平台之间距离，ΔL1为在L1、L2所构成的平面内测距装置安装位置距离垂直降落飞行器底部的距离，ΔL2为在L3、L4所构成的平面内测距装置安装位置距离垂直降落飞行器底部的距离。
通过采用上述技术方案，垂直降落飞行器的壳体上安装有四个测距装置，可分别测得四个测距装置到所降落平台之间的距离L1、L2、L3、L4，将测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的α角的数值、测距装置安装位置到垂直降落飞行器的底部之间的长度分别在L1、L2所构成的平面内的ΔL1的数值和在L3、L4所构成的平面内的ΔL2的数值作为固定参数，代入公式即可获得垂直降落飞行器分别在L1、L2所构成的平面内和在L3、L4所构成的平面内的垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H1和H2、垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h、垂直降落飞行器在L1、L2所构成的平面内的姿态倾角β1和在L3、L4所构成的平面内的姿态倾角β2。
本发明进一步设置为：4N个所述测距装置沿着垂直降落飞行器的纵轴线均匀分布且N为整数，任意间隔90°的四个测距装置为一组，每组中的四个测距装置具有相同的测量精度并测得一个垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离hi，根据不同测距装置的测量精度为不同的hi分配对应的权重Ki，安装有4N个测距装置的垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure BDA0002892746390000051
得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h。
通过采用上述技术方案，当垂直降落飞行器的壳体上安装有N组共4N个测距装置时，根据每组的四个测距装置的测量结果代入公式均可得出一个垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离hi，由于不同组的测距装置的测量精度不同，根据测距装置的测量精度为不同的hi分配对应的权重Ki，可充分发挥高精度测距装置的作用，同时提高最终获得的垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h的准确度，进而有利于垂直降落飞行器的平稳降落及回收。
本发明进一步设置为：同一组的四个测距装置测得垂直降落飞行器的两个姿态倾角分别为β1i和β2i，根据不同测距装置的测量精度为不同的β1i和β2i分配对应的权重Ki，安装有4N个测距装置的垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure BDA0002892746390000061
和公式
Figure BDA0002892746390000062
得到垂直降落飞行器的两个姿态倾角。
通过采用上述技术方案，当垂直降落飞行器的壳体上安装有N组共4N个测距装置时，根据每组的四个测距装置的测量结果代入公式均可得出垂直降落飞行器的两个姿态倾角β1i和β2i，由于不同组的测距装置的测量精度不同，根据测距装置的测量精度为不同的β1i和β2i分配对应的权重Ki，可充分发挥高精度测距装置的作用，同时提高最终获得的垂直降落飞行器在L1、L2所构成的平面内的姿态倾角β1和在L3、L4所构成的平面内的姿态倾角β2的准确度，进而有利于垂直降落飞行器的平稳降落及回收。
本发明进一步设置为：应用上述垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，三个所述测距装置沿着垂直降落飞行器的纵轴线均匀分布且三个测距装置之间的夹角为120°，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure BDA0002892746390000063
得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H；
依据公式
Figure BDA0002892746390000064
得到垂直降落飞行器的姿态倾角β2；
其中，
Figure BDA0002892746390000065
Figure BDA0002892746390000066
Figure BDA0002892746390000071
α为测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的夹角，L1、L2、L3分别为三个测距装置测量所得的测距装置到所降落平台之间距离，ΔL为测距装置安装位置距离垂直降落飞行器底部的距离。
通过采用上述技术方案，垂直降落飞行器的壳体上安装有三个测距装置，可分别测得三个测距装置到所降落平台之间的距离L1、L2、L3，将测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的α角的数值和测距装置安装位置到垂直降落飞行器的底部之间的长度ΔL的数值作为固定参数，代入公式即可先后获得σ、γ和β1的数值，再将σ、γ和β1的数值代入公式即可获得垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H以及垂直降落飞行器的姿态倾角β2。
本发明进一步设置为：3N个所述测距装置沿着垂直降落飞行器的纵轴线均匀分布且N为整数，任意间隔120°的三个测距装置为一组，每组中的三个测距装置具有相同的测量精度并测得一个垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离Hi，根据不同测距装置的测量精度为不同的Hi分配对应的权重Ki，安装有3N个测距装置的垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure BDA0002892746390000072
得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H。
通过采用上述技术方案，当垂直降落飞行器的壳体上安装有N组共3N个测距装置时，根据每组的三个测距装置的测量结果代入公式均可得出一个垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离Hi，由于不同组的测距装置的测量精度不同，根据测距装置的测量精度为不同的Hi分配对应的权重Ki，可充分发挥高精度测距装置的作用，同时提高最终获得的垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离H的准确度，进而有利于垂直降落飞行器的平稳降落及回收。
本发明进一步设置为：同一组的三个测距装置测得垂直降落飞行器的姿态倾角为β2i，根据不同测距装置的测量精度为不同的β2i分配对应的权重Ki，安装有3N个测距装置的垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure BDA0002892746390000081
得到垂直降落飞行器的姿态倾角。
通过采用上述技术方案，当垂直降落飞行器的壳体上安装有N组共3N个测距装置时，根据每组的三个测距装置的测量结果代入公式均可得出垂直降落飞行器的姿态倾角β2i，由于不同组的测距装置的测量精度不同，根据测距装置的测量精度为不同的β2i分配对应的权重Ki，可充分发挥高精度测距装置的作用，同时提高最终获得的垂直降落飞行器的姿态倾角β2的准确度，进而有利于垂直降落飞行器的平稳降落及回收。
综上所述，本发明实现的有益效果如下：
(1)测距装置固定于垂直降落飞行器的壳体上，独立于垂直降落飞行器自主工作，强化了垂直降落飞行器回收过程的自主性；
(2)测距装置安装于垂直降落飞行器的上部，降低了测距装置受垂直降落飞行器底部发动机喷管火焰的影响，增强了测距装置对外部环境的适应性；
(3)垂直降落飞行器上测距装置的安装个数可为2、3、4，三种情况分别对应一种测量垂直降落飞行器距离所降落平台的高度及姿态倾角的方法，使得测距方式和测距装置的安装位置更加灵活；
(4)垂直降落飞行器上测距装置的安装个数可为3的整数倍个或4的整数倍个，两种情况不仅分别对应一种测量垂直降落飞行器距离所降落平台的高度及姿态倾角的方法，且可以根据多个测距装置的测量精度为不同的测量参数分配对应的权重，充分发挥高精度测距装置的作用，同时提高最终获得的参数的准确度，进而有利于垂直降落飞行器的平稳降落及回收。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一中的测距原理示意图；
图2为实施例二中的测距原理示意图；
图3为实施例三中的测距原理示意图。
附图标记
1、垂直降落飞行器；2、测距装置。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如附图1所示，一种垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，包括测距装置2和垂直降落飞行器1，多个测距装置2固定于垂直降落飞行器1的壳体上且位于垂直降落飞行器1的上部，测距装置2向下发出测量信号，用于测量垂直降落飞行器1所降落的平台与测距装置2之间的距离。测距装置2在一般情况下可选用为雷达测距仪。
具体地，在本实施例中，垂直降落飞行器的位置姿态测量装置包括一台垂直降落飞行器1和两个测距装置2。
垂直降落飞行器1的壳体为圆柱体状，在空间内呈竖直状态并向下移动至所降落平台的上表面。
在本实施例中，两个测距装置2关于垂直降落飞行器1的纵轴线对称分布且两个测距装置2之间的夹角为180°，可分别测得两个测距装置2到所降落平台之间的距离L1和L2。依据上述垂直降落飞行器1与测距装置2之间的位置关系，垂直降落飞行器1的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure BDA0002892746390000101
得到垂直降落飞行器1底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器1纵轴线方向上的距离H；
依据公式
Figure BDA0002892746390000102
得到垂直降落飞行器1的姿态倾角β；
其中，α为测距装置2发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器1纵轴线方向之间的夹角，可通过实际测量得到；
β为L1、L2所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器1的姿态倾角；
L1、L2分别为两个测距装置2测量所得的测距装置2到所降落平台之间距离；
ΔL为测距装置2安装位置距离垂直降落飞行器1底部的距离，可通过实际测量得到。
实施例二
如附图2所示，一种垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，与实施例一不同的是，测距装置2的数量为四个。四个测距装置2沿着垂直降落飞行器1的纵轴线均匀分布且四个测距装置2之间的夹角为90°，可分别测得四个测距装置2到所降落平台之间的距离L1、L2、L3、L4。依据上述垂直降落飞行器1与测距装置2之间的位置关系，垂直降落飞行器1的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure BDA0002892746390000111
得到在L1、L2所构成的平面内垂直降落飞行器1底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器1纵轴线方向的距离H1；
依据公式
Figure BDA0002892746390000112
得到垂直降落飞行器1的姿态倾角β1；
依据公式
Figure BDA0002892746390000113
得到在L3、L4所构成的平面内垂直降落飞行器1底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器1纵轴线方向的距离H2；
依据公式
Figure BDA0002892746390000114
得到垂直降落飞行器1的姿态倾角β2；
依据公式h＝H1 cosβ1＝H2 cosβ2得到垂直降落飞行器1底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h；
其中，α为测距装置2发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器1纵轴线方向之间的夹角，可通过实际测量得到；
β1为L1、L2所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器1在L1、L2所构成的平面内的姿态倾角；
β2为L3、L4所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器1在L3、L4所构成的平面内的姿态倾角；
L1、L2、L3、L4分别为四个测距装置2测量所得的测距装置2到所降落平台之间距离；
ΔL1为在L1、L2所构成的平面内测距装置2安装位置距离垂直降落飞行器1底部的距离，可通过实际测量得到；
ΔL2为在L3、L4所构成的平面内测距装置2安装位置距离垂直降落飞行器1底部的距离，可通过实际测量得到。
特别地，当测距装置2的数量为4的整数倍个即4N个时：
4N个测距装置2沿着垂直降落飞行器1的纵轴线均匀分布且N为整数，任意间隔90°的四个测距装置2为一组，每组中的四个测距装置2具有相同的测量精度并测得一个垂直降落飞行器1底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离hi和两个姿态倾角β1i、β2i，根据不同测距装置2的测量精度为不同的hi、β1i和β2i分配对应的权重Ki，则安装有4N个测距装置2的垂直降落飞行器1的垂直降落飞行器1的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure BDA0002892746390000121
得到垂直降落飞行器1底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h；
根据公式
Figure BDA0002892746390000122
和公式
Figure BDA0002892746390000123
得到垂直降落飞行器1的两个姿态倾角。
该测距方法在垂直降落飞行器1的壳体上安装有N组共4N个测距装置2时，根据每组的四个测距装置2的测量结果代入公式均可得出一个垂直降落飞行器1底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离hi和两个姿态倾角β1i和β2i，根据测距装置2的测量精度为不同的hi、β1i、β2i分配对应的权重Ki，可充分发挥高精度测距装置2的作用，同时提高最终获得的垂直降落飞行器1底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h、β1和β2的准确度，进而有利于垂直降落飞行器1的平稳降落及回收。
实施例三
如附图3所示，一种垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，与实施例一不同的是，测距装置2的数量为三个。三个测距装置2沿着垂直降落飞行器1的纵轴线均匀分布且三个测距装置2之间的夹角为120°，可分别测得三个测距装置2到所降落平台之间的距离L1、L2、L3。依据上述垂直降落飞行器1与测距装置2之间的位置关系，垂直降落飞行器1的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure BDA0002892746390000131
得到垂直降落飞行器1底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器1纵轴线方向上的距离H；
依据公式
Figure BDA0002892746390000132
得到垂直降落飞行器1的姿态倾角β2；
其中，
Figure BDA0002892746390000133
Figure BDA0002892746390000134
Figure BDA0002892746390000135
α为测距装置2发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器1纵轴线方向之间的夹角，可通过实际测量得到；
L1、L2、L3分别为三个测距装置2测量所得的测距装置2到所降落平台之间距离；
ΔL为测距装置2安装位置距离垂直降落飞行器1底部的距离，可通过实际测量得到；
三角形APQ表示垂直降落飞行器1所降落的平台，三角形ABC表示水平面，垂直降落飞行器1的上部顶点即为O点，垂直降落飞行器1在L2和L3所在平面内的投影即为M点，则：
σ为三角形BOC中OB与OM的夹角；
β1为P、Q点连线与L2和L3所在平面内过P点的水平线之间的夹角；
γ为L2和L3所在平面与垂直降落飞行器1纵轴线之间的夹角。
特别地，当测距装置2的数量为3的整数倍个即3N个时：
3N个测距装置2沿着垂直降落飞行器1的纵轴线均匀分布且N为整数，任意间隔120°的三个测距装置2为一组，每组中的三个测距装置2具有相同的测量精度并测得一个垂直降落飞行器1底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器1纵轴线方向上的距离Hi和姿态倾角β2i，根据不同测距装置2的测量精度为不同的Hi和β2i分配对应的权重Ki，则安装有3N个测距装置2的垂直降落飞行器1的垂直降落飞行器1的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure BDA0002892746390000141
得到垂直降落飞行器1底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器1纵轴线方向上的距离H；
根据公式
Figure BDA0002892746390000142
得到垂直降落飞行器1的姿态倾角β2。
该测距方法在垂直降落飞行器1的壳体上安装有N组共3N个测距装置2时，根据每组的三个测距装置2的测量结果代入公式均可得出一个垂直降落飞行器1底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器1纵轴线方向上的距离Hi和姿态倾角β2i，根据测距装置2的测量精度为不同的Hi和β2i分配对应的权重Ki，可充分发挥高精度测距装置2的作用，同时提高最终获得的垂直降落飞行器1底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器1纵轴线方向上的距离H和姿态倾角β2的准确度，进而有利于垂直降落飞行器1的平稳降落及回收。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法，其特征在于，应用于垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量装置包括测距装置和垂直降落飞行器，多个所述测距装置固定于垂直降落飞行器的壳体上且位于垂直降落飞行器的上部，所述测距装置向下发出测量信号；两个所述测距装置关于垂直降落飞行器的纵轴线对称分布且两个测距装置之间的夹角为180°，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure FDA0003848983050000011
得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H；
依据公式
Figure FDA0003848983050000012
得到垂直降落飞行器的姿态倾角β；
其中，α为测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的夹角，β为L1、L2所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器的姿态倾角，L1、L2分别为两个测距装置测量所得的测距装置到所降落平台之间距离，ΔL为测距装置安装位置距离垂直降落飞行器底部的距离。
2.一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法，其特征在于，应用于垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量装置包括测距装置和垂直降落飞行器，多个所述测距装置固定于垂直降落飞行器的壳体上且位于垂直降落飞行器的上部，所述测距装置向下发出测量信号；四个所述测距装置沿着垂直降落飞行器的纵轴线均匀分布且四个测距装置之间的夹角为90°，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure FDA0003848983050000013
得到在L1、L2所构成的平面内垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向的距离H1；
依据公式
Figure FDA0003848983050000021
得到垂直降落飞行器的姿态倾角β1；
依据公式
Figure FDA0003848983050000022
得到在L3、L4所构成的平面内垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向的距离H2；
依据公式
Figure FDA0003848983050000023
得到垂直降落飞行器的姿态倾角β2；
依据公式h＝H1 cosβ1＝H2 cosβ2得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h；
其中，α为测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的夹角，β1为L1、L2所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器在L1、L2所构成的平面内的姿态倾角，β2为L3、L4所构成的平面与铅垂面之间的夹角，即垂直降落飞行器在L3、L4所构成的平面内的姿态倾角，L1、L2、L3、L4分别为四个测距装置测量所得的测距装置到所降落平台之间距离，ΔL1为在L1、L2所构成的平面内测距装置安装位置距离垂直降落飞行器底部的距离，ΔL2为在L3、L4所构成的平面内测距装置安装位置距离垂直降落飞行器底部的距离。
3.根据权利要求2所述的一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法，其特征在于，4N个所述测距装置沿着垂直降落飞行器的纵轴线均匀分布且N为整数，任意间隔90°的四个测距装置为一组，每组中的四个测距装置具有相同的测量精度并测得一个垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离hi，根据不同测距装置的测量精度为不同的hi分配对应的权重Ki，安装有4N个测距装置的垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure FDA0003848983050000031
得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台之间的在铅垂面内的距离h。
4.根据权利要求3所述的一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法，其特征在于，同一组的四个测距装置测得垂直降落飞行器的两个姿态倾角分别为β1i和β2i，根据不同测距装置的测量精度为不同的β1i和β2i分配对应的权重Ki，安装有4N个测距装置的垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure FDA0003848983050000032
和公式
Figure FDA0003848983050000033
得到垂直降落飞行器的两个姿态倾角。
5.一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法，其特征在于，应用于垂直降落飞行器的位置姿态测量装置，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量装置包括测距装置和垂直降落飞行器，多个所述测距装置固定于垂直降落飞行器的壳体上且位于垂直降落飞行器的上部，所述测距装置向下发出测量信号；三个所述测距装置沿着垂直降落飞行器的纵轴线均匀分布且三个测距装置之间的夹角为120°，所述垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
依据公式
Figure FDA0003848983050000034
得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H；
依据公式
Figure FDA0003848983050000035
得到垂直降落飞行器的姿态倾角β2；
其中，
Figure FDA0003848983050000036
Figure FDA0003848983050000041
Figure FDA0003848983050000042
α为测距装置发出的测量信号的方向与垂直降落飞行器纵轴线方向之间的夹角，L1、L2、L3分别为三个测距装置测量所得的测距装置到所降落平台之间距离，ΔL为测距装置安装位置距离垂直降落飞行器底部的距离。
6.根据权利要求5所述的一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法，其特征在于，3N个所述测距装置沿着垂直降落飞行器的纵轴线均匀分布且N为整数，任意间隔120°的三个测距装置为一组，每组中的三个测距装置具有相同的测量精度并测得一个垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离Hi，根据不同测距装置的测量精度为不同的Hi分配对应的权重Ki，安装有3N个测距装置的垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure FDA0003848983050000043
得到垂直降落飞行器底部距离所降落平台在沿垂直降落飞行器纵轴线方向上的距离H。
7.根据权利要求6所述的一种垂直降落飞行器的位置姿态测量方法，其特征在于，同一组的三个测距装置测得垂直降落飞行器的姿态倾角为β2i，根据不同测距装置的测量精度为不同的β2i分配对应的权重Ki，安装有3N个测距装置的垂直降落飞行器的位置姿态测量方法为：
根据公式
Figure FDA0003848983050000044
得到垂直降落飞行器的姿态倾角。
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