CN113173258A - 一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法 - Google Patents

一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法包括数据采集单元、数据处理单元和数据校准单元；数据处理单元是由单片机及其外围电路组成，数据校准单元是单片机的内部代码，包括以下步骤：S1，数据采集：三轴的加速度传感器分别对纵向加速度、垂直加速度和横向加速度的数据采集；三轴的陀螺仪分别对俯仰率、滚转率和偏航率的数据采集；三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的侧部均固定设置有温度传感器；S2，数据处理；S3，数据校准补偿：数据校准单元先对数据处理后的数据进行筛选，再对三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的测量值进行温度补偿，然后进行数据校准补偿；数据校准补偿分为传感器校准、类型校准和特定校准。

Description

一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法
技术领域
本发明属于航空飞行领域，更具体地说，本发明涉及一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法。
背景技术
航姿信息是飞行器的重要飞行参数，对飞行器的正常运行具有十分重要的意义。当下常用的导航和姿态系统主要有惯性导航、航姿系统，组合导航、航姿系统和捷联导航、航姿系统，其中，惯性导航、航姿系统，组合导航、航姿系统因为结构复杂、成本高而无法大规模应用；而捷联导航、航姿系统由于采用数字平台代替物理平台而在飞行器应用中具有巨大的优势。
但是，由于计算误差、传感数据易受到环境干扰而导致捷联导航、航姿系统的精度较差。目前常用的姿态解算方法有互补滤波姿态解算算法，基于梯度下降法的姿态解算算法，基于卡尔曼滤波器的姿态解算算法，以及粒子滤波姿态解算算法，这些算法或者精度较差或者算法复杂、实时性差，难以在飞行器上应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种精度较高、灵敏度较高的通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：包括数据采集单元、数据处理单元和数据校准单元；数据采集单元是由三轴的加速度传感器、三轴的陀螺仪和多个温度传感器组成，数据处理单元是由单片机及其外围电路组成，数据校准单元是单片机的内部代码，包括以下步骤：
S1，数据采集：三轴的加速度传感器分别对纵向加速度、垂直加速度和横向加速度的数据采集；三轴的陀螺仪分别对俯仰率、滚转率和偏航率的数据采集；三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的侧部均固定设置有温度传感器；
S2，数据处理：三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的信号输出端分别通过设置第一AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；温度传感器的信号输出端通过单片机内部的第二AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；
S3，数据校准补偿：数据校准单元先对数据处理后的数据进行筛选，再对三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的测量值进行温度补偿，然后进行数据校准补偿；数据校准补偿分为传感器校准、类型校准和特定校准。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述S1中，所述三轴的加速度传感器包括纵向加速度传感器、垂直加速度传感器和横向加速度传感器，加速度传感器、垂直加速度传感器和横向加速度传感器的侧部均对应固定安装有一个所述温度传感器。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述S1中，所述三轴的陀螺仪包括纵向陀螺仪、垂直陀螺仪和横向陀螺仪，纵向陀螺仪、垂直陀螺仪和横向陀螺仪的侧部均对应固定安装有一个所述温度传感器。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述S1中，所述温度传感器共设置有六个；六个温度传感器的信号输出端分别通过所述单片机内部的第二AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；第二AD转换器是精度为12位的AD9225。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述S2中，所述第一AD转换器的信号输入端与所述三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的信号输出端连接，AD转换器的信号输出端与所述单片机的信号输入引脚连接。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述第一AD转换器是精度为16位的AD7780506，所述单片机通过多次取值求平均值的方法提取各传感器的测量值。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述S3中，所述数据处理后的数据通过设置第一软件滤波器和第二滤波器进行软件滤波筛选。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述S3中，所述传感器校准分为参数传感器测量校准和参数传感器温度补偿校准，参数传感器即三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪，参数传感器温度补偿校准基于设置在参数传感器对应位置以监测各参数传感器实时温度的温度传感器，温度传感器用于参数传感器温度补偿校准时提供实时温度数据；所述类型校准是对预安装的机型参数进行预校准，所述数据校准单元内预加载一个校准数据；所述特定校准则是根据具体安装的特定机型进行校准。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述参数传感器温度补偿校准首先得出温度传感器的温度补偿曲线，温度补偿曲线的获取方法是通过改变环境实时温度，测量多组同一环境温度下温度传感器实际值与温度传感器理想值，将每组温度传感器实际值与温度传感器理想值作差得到各温度点的测量补偿值及曲线，温度传感器之后测量的温度值与相应温度的温度补偿值相加。
本技术方案提供的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，所述参数传感器测量校准首先得出参数传感器的测量补偿值，参数传感器的测量补偿值获取方法是首先保证参数传感器具有良好的线性度，测量补偿值是通过参数传感器实际测量值与参数传感器理想值作差，差值即为测量补偿值。
采用本技术方案，可通过参数传感器、温度传感器、数据补偿单元以及数据补偿单元独特的算法使得测量出飞行器的航姿信息具有高精准度，且数字化仪器的测量方法灵敏性较高，对于航姿信息的实时变化，能够以最快的速度作出反应，保证航姿信息实时更新，此种测量方法能够有效的保证飞行器的安全航行，实时了解飞行器状态，减少了飞行器事故的发生，降低了飞行器的维修成本，保证了飞行器的安全，此方法大幅度的提升了测量精度，极大程度的提高了安全性，大幅度的提升了经济收益。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的硬件框图示意图；
图2为本发明的参数传感器温度补偿曲线获取框图示意图；
图3为本发明的参数传感器测量补偿值获取框图示意图；
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例：
图1所示的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法包括数据采集单元、数据处理单元和数据校准单元；数据采集单元是由三轴的加速度传感器、三轴的陀螺仪和多个温度传感器组成，数据处理单元是由单片机及其外围电路组成，数据校准单元是单片机的内部代码，包括以下步骤：
S1，数据采集：三轴的加速度传感器分别对纵向加速度、垂直加速度和横向加速度的数据采集；三轴的陀螺仪分别对俯仰率、滚转率和偏航率的数据采集；三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的侧部均固定设置有温度传感器；
S2，数据处理：三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的信号输出端分别通过设置第一AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；温度传感器的信号输出端通过单片机内部的第二AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；
S3，数据校准补偿：数据校准单元先对数据处理后的数据进行筛选，再对三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的测量值进行温度补偿，然后进行数据校准补偿；数据校准补偿分为传感器校准、类型校准和特定校准。
S1中，三轴的加速度传感器包括纵向加速度传感器、垂直加速度传感器和横向加速度传感器，加速度传感器、垂直加速度传感器和横向加速度传感器的侧部均对应固定安装有一个温度传感器。
S1中，三轴的陀螺仪包括纵向陀螺仪、垂直陀螺仪和横向陀螺仪，纵向陀螺仪、垂直陀螺仪和横向陀螺仪的侧部均对应固定安装有一个温度传感器。
S1中，温度传感器共设置有六个；六个温度传感器的信号输出端分别通过单片机内部的第二AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；第二AD转换器是精度为12位的AD9225。单片机选用STM32单片机。
S2中，第一AD转换器的信号输入端与三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的信号输出端连接，AD转换器的信号输出端与单片机的信号输入引脚连接。
第一AD转换器是精度为16位的AD7780506，单片机通过多次取值求平均值的方法提取各传感器的测量值。
S3中，数据处理后的数据通过设置第一软件滤波器和第二滤波器进行软件滤波筛选。
S3中，传感器校准分为参数传感器测量校准和参数传感器温度补偿校准，参数传感器即三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪，参数传感器温度补偿校准基于设置在参数传感器对应位置以监测各参数传感器实时温度的温度传感器，温度传感器用于参数传感器温度补偿校准时提供实时温度数据；类型校准是对预安装的机型参数进行预校准，数据校准单元内预加载一个校准数据；特定校准则是根据具体安装的特定机型进行校准。
图2所示的参数传感器温度补偿曲线获取框图，参数传感器温度补偿校准首先得出温度传感器的温度补偿曲线，温度补偿曲线的获取方法是通过改变环境实时温度，测量多组同一环境温度下温度传感器实际值与温度传感器理想值，将每组温度传感器实际值与温度传感器理想值作差得到各温度点的测量补偿值及曲线，温度传感器之后测量的温度值与相应温度的温度补偿值相加。
图3所示的参数传感器测量补偿值获取框图，参数传感器测量校准首先得出参数传感器的测量补偿值，参数传感器的测量补偿值获取方法是首先保证参数传感器具有良好的线性度，测量补偿值是通过参数传感器实际测量值与参数传感器理想值作差，差值即为测量补偿值。飞行器的转台转动参数即参数传感器理想测量值，通过转台转动测量多组数据。
采用本技术方案，可通过参数传感器、温度传感器、数据补偿单元以及数据补偿单元独特的算法使得测量出飞行器的航姿信息具有高精准度，且数字化仪器的测量方法灵敏性较高，对于航姿信息的实时变化，能够以最快的速度作出反应，保证航姿信息实时更新，此种测量方法能够有效的保证飞行器的安全航行，实时了解飞行器状态，减少了飞行器事故的发生，降低了飞行器的维修成本，保证了飞行器的安全，此方法大幅度的提升了测量精度，极大程度的提高了安全性，大幅度的提升了经济收益。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，包括数据采集单元、数据处理单元和数据校准单元；数据采集单元是由三轴的加速度传感器、三轴的陀螺仪和多个温度传感器组成，数据处理单元是由单片机及其外围电路组成，数据校准单元是单片机的内部代码，其特征在于，包括以下步骤：
S1，数据采集：三轴的加速度传感器分别对纵向加速度、垂直加速度和横向加速度的数据采集；三轴的陀螺仪分别对俯仰率、滚转率和偏航率的数据采集；三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的侧部均固定设置有温度传感器；
S2，数据处理：三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的信号输出端分别通过设置第一AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；温度传感器的信号输出端通过单片机内部的第二AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；
S3，数据校准补偿：数据校准单元先对数据处理后的数据进行筛选，再对三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的测量值进行温度补偿，然后进行数据校准补偿；数据校准补偿分为传感器校准、类型校准和特定校准。
2.按照权利要求1所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述S1中，所述三轴的加速度传感器包括纵向加速度传感器、垂直加速度传感器和横向加速度传感器，加速度传感器、垂直加速度传感器和横向加速度传感器的侧部均对应固定安装有一个所述温度传感器。
3.按照权利要求1所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述S1中，所述三轴的陀螺仪包括纵向陀螺仪、垂直陀螺仪和横向陀螺仪，纵向陀螺仪、垂直陀螺仪和横向陀螺仪的侧部均对应固定安装有一个所述温度传感器。
4.按照权利要求1所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述S1中，所述温度传感器共设置有六个；六个温度传感器的信号输出端分别通过所述单片机内部的第二AD转换器与单片机的信号输入引脚连接；第二AD转换器是精度为12位的AD9225。
5.按照权利要求1所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述S2中，所述第一AD转换器的信号输入端与所述三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪的信号输出端连接，AD转换器的信号输出端与所述单片机的信号输入引脚连接。
6.按照权利要求5所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述第一AD转换器是精度为16位的AD7780506，所述单片机通过多次取值求平均值的方法提取各传感器的测量值。
7.按照权利要求1所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述S3中，所述数据处理后的数据通过设置第一软件滤波器和第二滤波器进行软件滤波筛选。
8.按照权利要求1所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述S3中，所述传感器校准分为参数传感器测量校准和参数传感器温度补偿校准，参数传感器即三轴的加速度传感器和三轴的陀螺仪，参数传感器温度补偿校准基于设置在参数传感器对应位置以监测各参数传感器实时温度的温度传感器，温度传感器用于参数传感器温度补偿校准时提供实时温度数据；所述类型校准是对预安装的机型参数进行预校准，所述数据校准单元内预加载一个校准数据；所述特定校准则是根据具体安装的特定机型进行校准。
9.按照权利要求8所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述参数传感器温度补偿校准首先得出温度传感器的温度补偿曲线，温度补偿曲线的获取方法是通过改变环境实时温度，测量多组同一环境温度下温度传感器实际值与温度传感器理想值，将每组温度传感器实际值与温度传感器理想值作差得到各温度点的测量补偿值及曲线，温度传感器之后测量的温度值与相应温度的温度补偿值相加。
10.按照权利要求8所述的一种通航飞机及小型飞行器航姿的测量方法，其特征在于：所述参数传感器测量校准首先得出参数传感器的测量补偿值，参数传感器的测量补偿值获取方法是首先保证参数传感器具有良好的线性度，测量补偿值是通过参数传感器实际测量值与参数传感器理想值作差，差值即为测量补偿值。
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