CN117053801A - 一种测量导航信号场型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量导航信号场型的方法，涉及航空导航以及飞行校验技术领域，通过计算无人机的实际位置与预设航线中对应位置之间的偏差，结合无人机在实际位置处的导航信号测量值，推算出在预设航线对应位置处导航信号的测量值，可推算出的导航信号包含方位信号、距离信号和仰角信号，解决了在利用无人机进行飞行校验时，无人机无法按照预设航线飞行时导致采集的导航信号不完整，不满足飞行校验标准的问题。

Description

一种测量导航信号场型的方法

技术领域

本发明属于航空导航以及飞行校验技术领域，具体涉及一种测量导航信号场型的方法。

背景技术

伴随着石油勘探技术的发展，利用小型飞机或直升机进行石油勘探，已步入快速发展阶段，执行勘探任务的飞机在执行任务或着陆时，必须依靠地面导航设备发射的引导信号，为了保证导航信号的质量，一般会通过飞行校验工作对导航信号进行测量和评估。利用无人机进行飞行校验，是在无人机上安装机载校验设备，地面工作人员按照飞行校验的规范，通过操作地面校验设备，检查和评估各种导航设备的空间信号质量。

不同种类的导航设备发射的导航信号不同，导航信号主要分为方位信号、距离信号和仰角信号等不同类型，方位信号为飞机提供相对于地面导航设备的方位信息，距离信号为飞机提供到地面导航设备的距离信息，仰角信号为飞机提供相对于地面导航设备的仰角信息，仰角信号一般用于辅助飞机进近着陆。

相对于传统的飞行校验，无人机飞行校验具有机动性能好、维护成本低等优点，但是由于受到自身性能和气象环境影响，在一些飞行科目上，无人机很难完全按照预设航线飞行，在执行圆弧飞行任务时，无人机的飞行航线并不是完整的圆弧，而是接近于圆弧的不规则曲线；在执行进近飞行任务时，无人机的飞行航线并不是一条平滑的直线，而是在预设航线上下浮动的不规则曲线。由于无人机不能完全按照预设的航线飞行，所以很难测量出满足飞行校验标准的导航信号，从而降低了飞行校验的准确率，不能对导航设备做出正确的检查和评估。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种测量导航信号场型的方法，当无人机不在预设航线上飞行时，该方法根据无人机与预设航线之间的相对位置关系，推算出在预设航线上导航信号的测量值，从而保证了在飞行校验过程中采集的导航信号的完整性。

为实现上述目的，本发明的原理如下：机载校验设备包含各类导航信号接收机和GNSS接收机，搭载机载校验设备的无人机不仅能够测量导航信号，也能够获取自身的精确定位，同时，机载校验设备在执行飞行校验任务前已获取地面导航设备的定位信息。当无人机不在预设航线上飞行时，通过计算无人机的实际位置与预设航线中对应位置之间的偏差，结合无人机在实际位置处的导航信号测量值，推算出在预设航线对应位置处导航信号的测量值。

本发明提供的一种测量导航信号场型的方法，包括以下步骤：

步骤1，把无人机坐标和地面导航设备坐标同时转换为空间直角坐标系坐标；

步骤2，在空间直角坐标系中，作无人机在地面导航设备所在水平面上的正投影，计算由无人机、无人机投影、地面导航设备所在的平面与预设航线的交点,该交点即为无人机所对应的预设航线中的对应位置，记为理想点；

步骤3，以地面导航设备为圆心，无人机至地面导航设备的距离为半径作圆弧，计算由地面导航设备和理想点连成的直线与圆弧的交点的坐标；

步骤4，根据空间直角坐标系中的距离计算公式，计算各点之间的距离；根据余弦定理分别计算出无人机、理想点在地面导航设备处与水平面的夹角，以及无人机和理想点之间的夹角；

步骤5，根据无人机与理想点的位置关系，计算在理想点处导航信号的测量值。

进一步的，所述导航信号包含方位信号、距离信号和仰角信号，所述方位信号指空间中某一个点相对于地面导航设备的方位角信息，所述距离信号指空间中某一个点与地面导航设备之间的距离信息，所述仰角信号指空间中某一个点相对于地面导航设备的仰角信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了在利用无人机进行飞行校验时，如果无人机不能按照预设航线飞行，导致采集的导航信号不完整的问题，通过本发明，可推算出在预设航线上的所有位置处对导航信号的测量值，从而满足飞行校验标准，提高飞行校验准确率，对导航设备做出正确的检查和评估。

附图说明

图1为在空间直角坐标系中位置示意图；

图2为时，各点位置关系图；

图3为时，各点位置关系图；

图4为时，各点位置关系图；

图5为时，各点位置关系图。

具体实施方式

为使本发明的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

机载校验设备包含各类导航信号接收机和GNSS接收机，搭载机载校验设备的无人机不仅能够测量导航信号，也能够获取自身的精确定位，同时，机载校验设备在执行飞行校验任务前已获取地面导航设备的定位信息。当无人机不能按照预设航线飞行时，推算出在预设航线中对应位置处导航信号的测量值，主要步骤如下：

步骤1，把无人机坐标和地面导航设备坐标同时转换为空间直角坐标系坐标，如图 1所示，在空间直角坐标系o-xyz中，地面导航设备在T点，无人机在P点。无人机在P点处测量的导航信号值标记如下：表示方位信号，即P点相对 于地面导航设备的方位角测量值，表示距离信号，即P点与地面导航设备之间的距离测量 值，表示仰角信号，即P点相对于地面导航设备的仰角测量值；

步骤2，作P点在T点所在水平面上的正投影，该投影记为A点，由P、T、A 所在的平面与预设航线交于点B，根据已知的预设航线坐标信息和P、T、A三点坐标，计算出 点B坐标，记为B，B点即为无人机在P点处所对应的预设航线中的位置；

步骤3，根据P和T两点坐标，计算P与T两点之间的距离，记为，在P、T、A所在的平 面内，以T为圆心，为半径作圆弧，圆弧与直线TB相交于点C，计算以下方程组，

可计算出C点坐标，记为C；

步骤4，根据空间直角坐标系中的距离计算公式，计算B与C两点之间的距离，记为 , 计算T与B两点之间的距离，记为, 计算P与B两点之间的距离，记为, 计算T与A 两点之间的距离，记为, 计算P与A两点之间的距离，记为, 计算A与B两点之间的 距离，记为；根据余弦定理，计算∠PTB的值，，计算∠ PTA的值，，计算∠BTA的值，；

步骤5，计算在B点处导航信号的测量值，各类导航信号在B点处的测量值标记如 下：表示B点相对于地面导航设备的方位角测量值，表示B点与地面导航设备之间的距 离测量值，表示B点相对于地面导航设备的仰角测量值，根据P与B的位置关系，可分为以 下四种情况：

当时，如图2所示，在B点的测量值如下： ，，；

当时，如图3所示，在B点的测量值如下： ，，；

当时，如图4所示，在B点的测量值如下： ，，；

当时，如图5所示，在B点的测量值如下： ，，。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种测量导航信号场型的方法，其特征在于，通过计算无人机的实际位置与预设航线中对应位置之间的偏差，结合无人机在实际位置处的导航信号测量值，推算出在预设航线中对应位置处导航信号的测量值，具体包含以下步骤：

步骤1，把无人机坐标和地面导航设备坐标同时转换为空间直角坐标系坐标，在空间直角坐标系中，无人机所在位置记为P点，地面导航设备所在位置记为T点，无人机在P点处测量的导航信号值标记如下：表示方位信号，即P点相对于地面导航设备的方位角测量值，表示距离信号，即P点与地面导航设备之间的距离测量值，/>表示仰角信号，即P点相对于地面导航设备的仰角测量值；

步骤2，作P点在T点所在水平面上的正投影，该投影记为A点，由P、T、A所在的平面与预设航线交于B点，B点即为无人机在P点处所对应的预设航线中的位置,根据已知的预设航线坐标信息和P、T、A三点坐标，计算出B点坐标；

步骤3，根据P和T两点坐标，计算P与T两点之间的距离，记为，在P、T、A所在的平面内，以T点为圆心，/>为半径作圆弧，圆弧与直线TB相交于C点，计算出C点坐标；

步骤4，根据空间直角坐标系中的距离计算公式，计算B与C两点之间的距离，记为；计算T与B两点之间的距离，记为/> ；计算P与B两点之间的距离，记为/>；计算T与A两点之间的距离，记为/>；计算P与A两点之间的距离，记为/>；计算A与B两点之间的距离，记为；根据余弦定理，分别计算∠PTB、∠PTA、∠BTA的值，其中∠PTB的值记为/>；

步骤5，计算在B点处导航信号的测量值，各类导航信号在B点处的测量值标记如下：表示B点相对于地面导航设备的方位角测量值，/>表示B点与地面导航设备之间的距离测量值，/>表示B点相对于地面导航设备的仰角测量值，根据P点与B点的相互位置关系，可分以下四种情况：

当时，在B点的测量值如下：/>，/>，；

当时，在B点的测量值如下：/>，/>，；

当时，在B点的测量值如下：/>，/>，；

当时，在B点的测量值如下：/>，/>，。

2.根据权利要求1所述的一种测量导航信号场型的方法，其特征在于，所述测量的导航信号包含方位信号、距离信号和仰角信号。