CN113443173B - 运载火箭的导航系统、方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种运载火箭的导航系统、方法、装置、电子设备及存储介质，涉及航空航天领域。具体为一种多源多冗余分布式组合导航系统，包括：卫导接收机、惯性测量单元以及导航计算机；当两子级箭体处于未分离阶段时，对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，实现了一子级箭体和二子级箭体的导航数据的互联互通，可以相互印证导航数据的准确性，并在一子级箭体上加装了无线电高度表，在回收一子级箭体时，利用无线电高度表实时确定一子级与地面的垂直高度，实现更高精度的导航。

Description

运载火箭的导航系统、方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，具体而言，本申请涉及一种运载火箭的导航系统、方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

运载火箭是将人造地球卫星、载人飞船、航天站或行星探测器等各种航天器送入太空中的预定轨道上的载具。传统的运载火箭是一次性使用，即完成航天器发射任务后不再进行回收，而重复使用两级运载火箭是指从地面起飞完成预定发射任务后，一子级箭体返回着陆，然后经过检修维护和燃料加注后，可再次执行发射任务，在一子级箭体回收过程中的导航尤为重要。

目前对于重复使用两级运载火箭，由于需要回收两级运载火箭的一子级箭体，一般在两级运载火箭的一子级箭体和二子级箭体上分别独立安装一套导航系统进行导航，而一套导航系统通常包括三个惯性测量单元、一个卫导接收机以及一个导航计算机。

现有技术中使用的惯性测量单元一般使用3支陀螺仪和3支加速度计，而在每一子级箭体上安装了冗余的三个惯性测量单元，造成的成本过高，并且安装在一子级箭体和二子级箭体上的导航系统是相互独立的，数据不能交互，容错性很低。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的运载火箭的导航系统、方法、装置、电子设备及存储介质。

第一方面，提供了一种运载火箭的导航系统，运载火箭包括两子级箭体，每一子级箭体包括：卫导接收机、惯性测量单元以及导航计算机：

其中，卫导接收机用于接收地面卫导差分站发射的卫星导航数据，并发送至每一子级箭体的导航计算机，以及在两子级箭体处于未分离阶段时，将卫星导航数据发送至同处于未分离阶段的另一子级箭体的导航计算机；

惯性测量单元用于采集每一子级箭体的冗余的加速度和角速度信息，并发送至每一子级箭体的导航计算机；

导航计算机，用于在两子级箭体处于未分离阶段时，根据冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，根据校验后的卫星导航数据确定每一子级箭体的运动信息。

在一个可能的实现方式中，一子级箭体还包括：

无线电高度表，用于在一子级箭体处于回收分离阶段时，采集一子级箭体与地面的垂直高度，并发送至一子级箭体的导航计算机；

一子级箭体的导航计算机还用于在一子级箭体处于回收分离阶段时，根据冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，根据校验后的卫星导航数据确定一子级箭体的运动信息。

在另一个可能的实现方式中，惯性测量单元包括5支陀螺仪和5支加速度计。

在又一个可能的实现方式中，导航计算机包括：

惯性测量冗余校验单元，用于对冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得校验后的加速度和角速度信息；

捷联惯导解算单元，用于对校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得每一子级箭体的加速度和角速度；

第一卫导数据冗余校验单元，用于对每一子级箭体的加速度和角速度，以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

组合导航解算单元，用于对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得每一子级箭体的运动信息。

在又一个可能的实现方式中，一子级箭体的导航计算机还包括：

第二卫导数据冗余校验单元，用于对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

第二方面，提供了一种运载火箭的导航方法，该方法包括：

当两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

根据校验后的卫星导航数据，对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息。

在一个可能的实现方式中，该方法还包括：

当一子级箭体处于回收分离阶段时，采集一子级箭体与地面的垂直高度；

对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

根据校验后的卫星导航数据确定一子级箭体的运动信息。

在另一个可能的实现方式中，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，包括：

对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得校验后的加速度和角速度信息；

对校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得一子级箭体的加速度和角速度；

对每一子级箭体的加速度和角速度，以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

在又一个可能的实现方式中，对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，包括：

对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得一子级箭体校验后的加速度和角速度信息；

对一子级箭体校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得一子级箭体的加速度和角速度；

对一子级箭体的加速度和角速度、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收的卫星导航数据进行冗余校验，获得一子级箭体校验后的卫星导航数据。

第三方面，本申请实施例提供一种运载火箭的导航装置，该装置包括：

获取模块，用于当两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

导航模块，用于根据校验后的卫星导航数据，对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息。

第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第二方面所提供的方法的步骤。

第五方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所提供的方法的步骤。

本发明实施例提供的运载火箭的导航系统，通过在运载火箭的每一子级箭体上安装卫导接收机、惯性测量单元以及导航计算机，当两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；根据校验后的卫星导航数据，对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息，实现了一子级箭体和二子级箭体的导航数据的互联互通，可以相互印证导航数据的准确性，并在一子级箭体上加装了无线电高度表，在回收一子级箭体时，利用无线电高度表实时确定一子级与地面的垂直高度，实现更高精度的导航。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例示例性提供的一种运载火箭的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种运载火箭的导航系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种卫导接收机与地面卫导差分站的交互结构图；

图4为本申请实施例提供的一种运载火箭的导航方法流程图；

图5为本申请实施例提供的一种数据处理流程图；

图6为本申请实施例提供的另一种数据处理流程图；

图7为本申请实施例提供的一种分离前一子级箭体的导航计算机中的数据处理流程示意图；

图8为本申请实施例提供的一种分离后一子级箭体上的导航计算机的数据处理流程示意图；

图9为本申请实施例提供的一种运载火箭的导航装置的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

首先，对本申请实施例中出现的专业术语进行介绍：

惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，简称IMU），是用于测量物体三轴姿态角（或角速度）以及加速度的装置，一个IMU通常使用三支加速度计和三支陀螺仪，加速度计用于检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，陀螺仪用于检测相对于导航坐标系的角速度信号。

卫导接收机（GPS receiver）即卫星导航接收机，本质上是一种传感器，主要用于感应、测量卫星相对于接收机本身的距离以及卫星信号的多普勒频移，并从卫星信号中解调出导航电文，来实现定位和测速，具体地，可以接收来自地面卫导差分站发出的卫星导航数据，得到载体实时的空间位置和表征飞行状态的加速度和角速度。

无线电高度表（Low Range Radio Altimeter），一般是用于测量飞机到地面的垂直距离，是重要的飞行器仪表，在本申请实施例中加装在两级运载火箭的一子级箭体上，用于测量一子级箭体距离地面的垂直距离。

导航计算机（Navigational Computer），是导航系统的核心设备之一，进行复杂的导航运算，导航运算一般涉及捷联惯导解算和组合导航解算，主要工作包括对惯导系统和GPS系统各自提供的导航信息进行导航运算，利用两个系统各自的优势，得到高精度的导航结果，在本申请实施例中即是对卫导接收机和惯性测量单元发送的数据进行捷联惯导解算和组合导航解算。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1为本申请实施例示例性提供的一种运载火箭的结构图，如图1所示，运载火箭是由一子级箭体和二子级箭体组成，当运载火箭呈竖立状态时，一子级箭体在运载火箭的下方，二子级箭体在运载火箭的下方。

应当理解的是，本申请实施例提供的导航系统应用于两级运载火箭，但也可以应用于多级运载火箭，例如三级或四级运载火箭，本申请实施例不作具体限定。

本申请实施例中，运载火箭的飞行过程可以分为多个飞行阶段，如运载火箭起飞到运载火箭的一子级箭体与二子级箭体分离，这一阶段可以叫做运载火箭的一级飞行段；一子级箭体和二子级箭体分离后，二子级箭体携带目标载体例如卫星继续向目标轨道飞行，这一阶段可以叫做二级飞行段，与此同时，一子级箭体返回陆地，这一阶段可以叫做一子级回收飞行段。

对于重复使用两级运载火箭，由于需要回收两级运载火箭的一子级箭体，目前一般在两级运载火箭的一子级箭体和二子级箭体上分别独立安装一套导航系统进行导航，而一套导航系统通常包括三个惯性测量单元、一个卫导接收机以及一个导航计算机。

现有技术中使用的惯性测量单元一般使用3支陀螺仪和3支加速度计，而在每一子级箭体上安装了冗余的三个惯性测量单元，造成的成本过高，而且在一子级箭体和二子级箭体上安装的导航系统是相互独立的，不能交互数据，容错性很低。

本申请提供的运载火箭的导航系统、方法、装置、电子设备及存储介质，旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

本申请实施例中提供了一种运载火箭的导航系统，运载火箭包括两子级箭体，每一子级箭体包括：卫导接收机、惯性测量单元以及导航计算机。

其中，卫导接收机用于接收地面卫导差分站发射的卫星导航数据，并发送至每一子级箭体的导航计算机，以及在两子级箭体处于未分离阶段时，将卫星导航数据发送至同处于未分离阶段的另一子级箭体的导航计算机；

惯性测量单元用于采集每一子级箭体的冗余的加速度和角速度信息，并发送至每一子级箭体的导航计算机；

导航计算机，用于在两子级箭体处于未分离阶段时，根据冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，根据校验后的卫星导航数据确定每一子级箭体的运动信息。

图2为本申请实施例提供的一种运载火箭的导航系统的结构示意图，如图2所示，运载火箭的导航系统包括：卫导接收机11、惯性测量单元12、导航计算机13、卫导接收机14、无线电高度表15、惯性测量单元16以及导航计算机17；箭头是数据的传输方向。

在运载火箭的二子级箭体上装载卫导接收机11、惯性测量单元12以及导航计算机13，在运载火箭的一子级箭体上装载卫导接收机14、无线电高度表15、惯性测量单元16以及导航计算机17。

图3为本申请实施例提供的一种卫导接收机与地面卫导差分站的交互结构图，如图3所示，卫导接收机11和卫导接收机14与地面卫导差分站可以通过架设的卫导天线进行数据传输，地面卫导差分站将卫星导航数据发送给卫导接收机11和卫导接收机14。

本申请实施例提供的运载火箭的导航系统中，一子级箭体还包括：

无线电高度表，用于在一子级箭体处于回收分离阶段时，采集一子级箭体与地面的垂直高度，并发送至一子级箭体的导航计算机；

一子级箭体的导航计算机还用于在一子级箭体处于回收分离阶段时，根据冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，根据校验后的卫星导航数据确定每一子级箭体的运动信息。

本申请实施例在一子级箭体上加装了无线电高度表，在一子级箭体与二子级箭体分离后，对一子级箭体进行回收，也即在一子级箭体回收飞行段，利用无线电高度表可以实时确定一子级箭体与地面的垂直高度，然后一子级箭体的导航计算机可以综合一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接受到的卫星导航数据进行冗余校验，可以实现更高精度的导航。

本申请实施例提供的运载火箭的导航系统中，采用的惯性测量单元包括5支陀螺仪和5支加速度计。

针对运载火箭的功能需求，现有技术中通常是在运载火箭的每个子级箭体上装载三个6表冗余IMU，即每个IMU包括3支陀螺仪和3支加速度计，然而随着目前航天航空的蓬勃发展，对于成本和效率有了更高的要求，因此在本申请实施例中在运载火箭每个子级箭体上装载一个10表冗余IMU，即每个IMU包括5支陀螺仪和5支加速度计，既可以提高数据精度进行又能节约成本。

10表冗余IMU采用了5支陀螺仪和5支加速度计，在不超过2个加速度计、2个陀螺仪故障的情况下，都可以实现正常的加速度和角速度测量，与现有技术相比提高了容错率，也大幅降低了成本。

本申请实施例提供的运载火箭的导航系统中，导航计算机包括：

惯性测量冗余校验单元，用于对冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得校验后的加速度和角速度信息；

捷联惯导解算单元，用于对校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得每一子级箭体的加速度和角速度；

第一卫导数据冗余校验单元，用于对每一子级箭体的加速度和角速度，以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

组合导航解算单元，用于对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得每一子级箭体的运动信息。

本申请实施例中在运载火箭的一子级箭体和二子级箭体上都装载有导航计算机，具体地，导航计算机中的惯性测量单元用于对接收到的冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验；捷联惯导结算单元用于校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算；第一卫导数据冗余校验单元用于对接受到的每一子级箭体的加速度和角速度，以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验。

本申请实施例提供的运载火箭的导航系统中，一子级箭体的导航计算机还包括：

第二卫导数据冗余校验单元，用于对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

本申请实施例在一子级箭体上加装了无线电高度表，因此，对于装载于一子级箭体上的导航计算机，还包括第二卫导数据冗余校验单元，用于对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收的卫星导航数据进行冗余校验。

本申请实施例还提供了一种运载火箭的导航方法，图4为本申请实施例提供的一种运载火箭的导航方法流程图，如图4所示，该方法包括：

S101、当两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

一子级箭体的加速度和角速度信息是由装载在一子级箭体上的惯性测量单元采集得到的，包括加速度信息和角速度信息，惯性测量单元是利用内部的加速度计采集到的加速度信息，利用内部的陀螺仪采集到的角速度信息，而惯性测量单元直接采集到的信息是冗余的，可能存在很多误差较大的数据，因此需要进行冗余校验。

卫星导航数据包括箭体实时的位置信息和可表征飞行状态的加速度和角速度信息，一子级箭体的卫星导航数据是由一子级箭体上的卫导接收机接收地面卫导差分站发送的一子级箭体实时的卫星导航数据，卫星导航数据中也可能存在很多误差较大的数据，需要进行冗余校验。

本申请实施例中的冗余校验即是根据预先在实验室中进行测试得到的飞行测试数据，对上述实时采集到的冗余的信息进行冗余判断，判断实时采集到的冗余的信息中与是否在飞行测试数据的范围内，将误差较大的数据去除，保留更加准确可靠的数据。

S102、根据校验后的卫星导航数据，对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息。

组合导航解算是航天航空领域中较成熟的一种数据处理手段，是将卫星导航与惯性导航相结合，具体地，在本申请实施例中将卫导接收机发送的卫星导航数据和惯性测量单元发出的加速度和角速度信息进行组合导航解算，可以得到运载火箭的运动信息，运载火箭的运动信息包括运载火箭当前的加速度和角速度、空间位置以及飞行姿态等。

当两子级箭体处于未分离阶段时，也即处于运载火箭处于一级飞行段，此时一子级箭体上的导航计算机不仅接收一子级箭体上的卫导接收机发送的卫星导航数据和惯性测量单元发送的冗余的加速度和角速度信息，还接收二子级箭体上的卫导接收机发送的卫星导航数据，然后综合上述数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，然后进行组合导航解算，获得运载火箭的加速度和角速度、空间位置以及飞行姿态等运动信息，进而根据运载火箭的运动信息对运载火箭进行实时的调整，以保证运载火箭按照完成预设的任务，到达目标轨道。

本申请实施例中的冗余校验是指根据预先经过多次测试得到的可靠的飞行测试数据，确定一个阈值范围，将实时采集到的数据即上述冗余的加速度和角速度信息和卫星导航数据进行冗余校验，筛选出准确合适的数据，排除误差较大的数据，将处于阈值范围的数据作为校验后的卫星导航数据。

本申请实施例通过将一子级箭体和二子级箭体上的卫导接收机采集的数据分别发送给一子级箭体和二子级箭体上的导航计算机，数据互联互通，可以相互印证导航数据的准确性，提供导航精度。

本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，运载火箭的导航方法，还包括：

当一子级箭体处于回收分离阶段时，采集一子级箭体与地面的垂直高度；

对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

根据校验后的卫星导航数据确定一子级箭体的运动信息。

一子级箭体处于回收分离阶段，即是指一子级箭体与二子级箭体分离，一子级箭体进行回收，处于一子级箭体上述一子级箭体回收飞行段，本申请实施例在一子级箭体上加装了无线电高度表，用来测量一子级箭体与地面实时的垂直高度，通过对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

本申请实施例在一子级箭体上加装无线电高度表，增加的成本较低，能够在高度方向上发生误差时及时发现并纠偏，现有技术中未使用无线电高度表是因目前的研发设计是对设备的寿命做出了作为严格的限制，使用一段时间后就需更换，以此来避免产生误差，是以成本为代价换得精度保障，而本申请实施例通过加装无线电高度表，减少了成本并保障了精度。

本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，图5为本申请实施例提供的一种数据处理流程图，如图5所示，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，包括：

S201、对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得校验后的加速度和角速度信息；

一子级箭体上装载的惯性测量单元通过内部加速度计和陀螺仪采集一子级箭体冗余的加速度和角速度信息，而这些信息包含各种冗余信息，是不能直接进行解算的，需要进行冗余校验去掉多于的冗余信息，并对加速度和角速度信息进行筛选，获得校验后的加速度和角速度信息。

S202、对校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得一子级箭体的角加速度和角速度；

捷联惯导解算是导航领域中常见的一种解算方法，可以根据惯性测量单元中的陀螺仪和加速度计采集到的数据，求解得到运动轨迹和姿态角变化。

导航计算机对冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验后，获得校验后的加速度和角速度信息，然后对校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，可以对惯性测量单元发送的加速度和角速度信息进行解算，如对校验后的加速度和角速度信息进行相应的积分运算，获得一子级箭体的角加速度和角速度。

S203、对每一子级箭体的加速度和角速度，以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

本申请实施例中，一子级箭体上的导航计算机通过根据一子级箭体的加速度和角速度、二子级箭体的加速度和角速度、一子级箭体的卫星导航数据以及二子级箭体的卫星导航数据，进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，校验时可以综合考虑到运载火箭一子级箭体与二子级箭体的卫星导航数据，将数据进行互联互通，可以印证数据的精度。

本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，图6为本申请实施例提供的另一种数据处理流程图，如图6所示，对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，包括：

S301、对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得一子级箭体校验后的加速度和角速度信息；

S302、对一子级箭体校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得一子级箭体的加速度和角速度；

S303、对一子级箭体的加速度和角速度、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收的卫星导航数据进行冗余校验，获得一子级箭体校验后的卫星导航数据。

与上述内容重复的地方在此不再进行赘述，本申请实施例中，是在一子级箭体和二子级箭体分离后，即处于一子级回收飞行段，一子级箭体上装载的导航计算机通过对惯性测量单元采集到一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得一子级箭体校验后的加速度和角速度信息，然后对校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得一子级箭体的加速度和角速度。

然后根据一子级箭体的角速度、加速度、加装的无线电高度表采集的垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接受到的卫星导航数据进行冗余校验，获得一子级箭体校验后的卫星导航数据。

图7为本申请实施例提供的一种分离前一子级箭体的导航计算机中的数据处理流程示意图，如图7所示，一子级箭体上的导航计算机中的数据处理流程包括两次冗余校验、捷联惯导解算和组合导航解算，箭头表示数据的传输方向。

其中，两次冗余校验包括对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行的冗余校验，和对一子级箭体的卫星导航数据、二子级箭体的卫星导航数据以及捷联惯导解算得到数据进行的冗余判断。

图8为本申请实施例提供的一种分离后一子级箭体上的导航计算机的数据处理流程示意图，如图8所示，一子级箭体上的导航计算机中的数据处理流程也包括两次冗余校验、捷联惯导解算和组合导航解算。

其中，两次冗余校验包括对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行的冗余校验，和对一子级箭体的卫星导航数据、垂直高度进行的冗余校验。

本申请实施例在运载火箭的一子级箭体和二子级箭体分离前，通过将一子级箭体上的导航计算机不仅根据一子级箭体的各种数据，还与二子级箭体的卫星导航数据进行交融互通，一起进行冗余校验，可以相互印证数据，从而提供导航的精度。

本申请实施例提供了一种运载火箭的导航装置，如图9所示，该装置可以包括：获取模块110以及导航模块120，具体地：

获取模块110，用于当两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

导航模块120，用于根据校验后的卫星导航数据，对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息。

本发明实施例提供的运载火箭的导航装置，具体执行上述方法实施例流程，具体请详见上述运载火箭的导航方法实施例的内容，在此不再赘述。本发明实施例提供的运载火箭的导航装置，通过在运载火箭的每一子级箭体上安装卫导接收机、惯性测量单元以及导航计算机，当两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；根据校验后的卫星导航数据，对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息，实现了一子级箭体和二子级箭体的导航数据的互联互通，可以相互印证导航数据的准确性，并在一子级箭体上加装了无线电高度表，在回收一子级箭体时，利用无线电高度表实时确定一子级与地面的垂直高度，实现更高精度的导航。

在一个可能的实现方式中，导航装置还包括：

回收导航模块，用于当一子级箭体处于回收分离阶段时，采集一子级箭体与地面的垂直高度；

对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

根据校验后的卫星导航数据确定一子级箭体的运动信息。

在另一个可能的实现方式中，获取模块110包括：

数据校验模块，用于对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得校验后的加速度和角速度信息；

对校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得一子级箭体的加速度和角速度；

对每一子级箭体的加速度和角速度，以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

在又一个可能的实现方式中，回收导航模块包括：

回收数据校验模块，用于对一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得一子级箭体校验后的加速度和角速度信息；

对一子级箭体校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得一子级箭体的加速度和角速度；

对一子级箭体的加速度和角速度、垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收的卫星导航数据进行冗余校验，获得一子级箭体校验后的卫星导航数据。

本申请实施例中提供了一种电子设备，该电子设备包括：存储器和处理器；至少一个程序，存储于存储器中，用于被处理器执行时，与现有技术相比可实现：通过在运载火箭的每一子级箭体上安装卫导接收机、惯性测量单元以及导航计算机，当两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；根据校验后的卫星导航数据，对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息，实现了一子级箭体和二子级箭体的导航数据的互联互通，可以相互印证导航数据的准确性，并在一子级箭体上加装了无线电高度表，在回收一子级箭体时，利用无线电高度表实时确定一子级与地面的垂直高度，实现更高精度的导航。

在一个可选实施例中提供了一种电子设备，如图10所示，图10所示的电子设备4000包括：处理器4001和存储器4003。其中，处理器4001和存储器4003相连，如通过总线4002相连。可选地，电子设备4000还可以包括收发器4004。需要说明的是，实际应用中收发器4004不限于一个，该电子设备4000的结构并不构成对本申请实施例的限定。

处理器4001可以是CPU（Central Processing Unit，中央处理器），通用处理器，DSP（Digital Signal Processor，数据信号处理器），ASIC（Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路），FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器4001也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

总线4002可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线4002可以是PCI（Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准）总线或EISA（ExtendedIndustry Standard Architecture，扩展工业标准结构）总线等。总线4002可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器4003可以是ROM（Read Only Memory，只读存储器）或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM（Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器）、CD-ROM（Compact DiscRead Only Memory，只读光盘）或其他光盘存储、光碟存储（包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等）、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

存储器4003用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器4001来控制执行。处理器4001用于执行存储器4003中存储的应用程序代码，以实现前述方法实施例所示的内容。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行前述方法实施例中相应内容。与现有技术相比，通过在运载火箭的每一子级箭体上安装卫导接收机、惯性测量单元以及导航计算机，当两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；根据校验后的卫星导航数据，对校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息，实现了一子级箭体和二子级箭体的导航数据的互联互通，可以相互印证导航数据的准确性，并在一子级箭体上加装了无线电高度表，在回收一子级箭体时，利用无线电高度表实时确定一子级与地面的垂直高度，实现更高精度的导航。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种运载火箭的导航系统，所述运载火箭包括两子级箭体，其特征在于，每一子级箭体包括：卫导接收机、惯性测量单元以及导航计算机：

其中，所述卫导接收机用于接收地面卫导差分站发射的卫星导航数据，并发送至所述每一子级箭体的导航计算机，以及在所述两子级箭体处于未分离阶段时，将所述卫星导航数据发送至同处于未分离阶段的另一子级箭体的导航计算机；

所述惯性测量单元用于采集所述每一子级箭体的冗余的加速度和角速度信息，并发送至所述每一子级箭体的导航计算机；

所述导航计算机，用于在所述两子级箭体处于未分离阶段时，根据所述冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，根据所述校验后的卫星导航数据确定所述每一子级箭体的运动信息。

2.根据权利要求1所述的运载火箭的导航系统，其特征在于，一子级箭体还包括：

无线电高度表，用于在所述一子级箭体处于回收分离阶段时，采集所述一子级箭体与地面的垂直高度，并发送至所述一子级箭体的导航计算机；

所述一子级箭体的导航计算机还用于在所述一子级箭体处于回收分离阶段时，根据所述冗余的加速度和角速度信息、所述垂直高度以及所述一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，根据所述校验后的卫星导航数据确定所述一子级箭体的运动信息。

3.根据权利要求1所述的运载火箭的导航系统，其特征在于，所述惯性测量单元包括5支陀螺仪和5支加速度计。

4.根据权利要求1所述的运载火箭的导航系统，其特征在于，所述导航计算机包括：

惯性测量冗余校验单元，用于对所述冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得校验后的加速度和角速度信息；

捷联惯导解算单元，用于对所述校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得所述每一子级箭体的加速度和角速度；

第一卫导数据冗余校验单元，用于对所述每一子级箭体的加速度和角速度，以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

组合导航解算单元，用于对所述校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得所述每一子级箭体的运动信息。

5.根据权利要求2所述的运载火箭的导航系统，其特征在于，所述一子级箭体的导航计算机还包括：

第二卫导数据冗余校验单元，用于对所述一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、所述垂直高度以及所述一子级箭体的卫导接收机接收的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

6.一种如权利要求1至5任意一项所述的运载火箭的导航系统的导航方法，其特征在于，所述方法包括：

当所述两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

根据所述校验后的卫星导航数据，对所述校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得所述一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息。

7.根据权利要求6所述的运载火箭的导航系统的导航方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述一子级箭体处于回收分离阶段时，采集所述一子级箭体与地面的垂直高度；

对所述一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、所述垂直高度以及所述一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

根据所述校验后的卫星导航数据确定所述一子级箭体的运动信息。

8.根据权利要求6所述的运载火箭的导航系统的导航方法，其特征在于，所述对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，包括：

对所述一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得校验后的加速度和角速度信息；

对所述校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得所述一子级箭体的加速度和角速度；

对所述每一子级箭体的加速度和角速度，以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据。

9.根据权利要求7所述的运载火箭的导航系统的导航方法，其特征在于，所述对所述一子级箭体冗余的加速度和角速度信息、所述垂直高度以及所述一子级箭体的卫导接收机接收到的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据，包括：

对所述一子级箭体冗余的加速度和角速度信息进行冗余校验，获得所述一子级箭体校验后的加速度和角速度信息；

对所述一子级箭体校验后的加速度和角速度信息进行捷联惯导解算，获得所述一子级箭体的加速度和角速度；

对所述一子级箭体的加速度和角速度、所述垂直高度以及一子级箭体的卫导接收机接收的卫星导航数据进行冗余校验，获得所述一子级箭体校验后的卫星导航数据。

10.一种运载火箭的导航装置，所述运载火箭包括两子级箭体，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于当所述两子级箭体处于未分离阶段时，对处于未分离阶段中的一子级箭体冗余的加速度和角速度信息以及同处于未分离阶段的各子级箭体的卫导接收机发送的卫星导航数据进行冗余校验，获得校验后的卫星导航数据；

导航模块，用于根据所述校验后的卫星导航数据，对所述校验后的卫星导航数据进行组合导航解算，获得所述一子级箭体的运动信息，作为处于未分离阶段的运载火箭的运动信息。

11.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6至9任一项所述运载火箭的导航系统的导航方法的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求6至9中任意一项所述运载火箭的导航系统的导航方法的步骤。

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