[发明专利]精确空投导航装置快速初始定姿装置及方法

说明书

本发明属于空投伞降的导航控制技术领域，公开了一种精确空投导航装置快速初始定姿装置及方法，实现空中投放载体上的惯性与卫星组合导航系统在投放出舱后空中完成加电启动的情况下，为后续导航推算而在很短时间内获取载体初始姿态值的方法。本发明方法采用了卫星导航模块结合惯性测量单元进行组合解算的思想，能够完成空中投放载体在运动及摇摆情况下，很短时间内快速计算出载体初始姿态值的功能。能够适用于精确空投系统载体投放出舱后，在空中加电开机的导航初始姿态值的获取，从而满足空投过程中的电磁干扰要求以及安全性、可靠性等方面的需求。

技术领域

本发明属于空投伞降的导航控制技术领域，涉及一种适用于精确空投系统空中投放载体上的载体初始姿态确定的装置及方法，尤其涉及一种精确空投载体投放后导航装置在空中加电启动条件下的短时间内快速确定载体初始姿态的简便易行的装置及方法。

背景技术

空投技术利用降落伞将物资和人员投放到指定的地点，在特殊空投及民用救灾等领域内发挥着不可替代的作用。但是传统的空投技术，由于没有对投放的载体进行控制，使得物资等投放后，在降落伞的带动下，在空中的降落轨迹难以预测。空投物资的落点分散度很大，造成物资的集结费时费力。在特殊的地形和气候条件下，甚至空投行动难以开展。随着现代控制技术及导航技术的发展，可以对空投过程中的空投载体进行航迹控制，使得传统的空投技术进化成为精确空投技术。精确空投技术可以使运输机在远离投放点的时候就将投放载体投放出舱，载体自己向目标地点飞行并降落。同时物资的落点也得到控制，分散度降低，从而集结容易。抗气候和特殊地形的能力也增强了。提高了空投技术的应用范围。

在实施精确空投过程中，为了对投放载体实行飞行控制，就需要空投导航装置计算出载体的实时位置和姿态信息。而空投导航装置，在进行姿态和位置计算之前，初始姿态信息的取得是一个非常重要的问题，只有在相对精确的空投载体的初始姿态值的基础上，才能够完成后续的精确定位与姿态的计算，才能为空投控制装置提供所需要的位置及姿态信息。

更重要的是，在空投过程中，为了保证降低运输机的电磁干扰等需求，要求空投的物资载体在投放出舱后才能给导航及控制系统加电。由于空投载体在空中由降落伞引导着陆，在空中漂浮的时间有限。且需要在载体着陆前，在控制下降的过程中，完成对降落伞航迹的控制，因此就需要在导航及控制系统加电后，在很短时间内完成的初始姿态的获取，提供给导航控制系统初始的姿态参数，在此基础上才能完成后续的对伞的控制。

传统的初始姿态计算采用解析的方法，是在载体静止状态下，利用陀螺和加速度计敏感地球自转角速度和地球重力加速度，需要较长时间的计算才能够完成的载体初始姿态的计算。而在实际空投过程中，空投的物资载体随时都处于运动之中，且需要很短时间内就能够完成初始姿态的计算。这使得传统的初始姿态计算方法无法应用于精确空投系统中。

南京航空航天大学公开号为CN101256080的发明专利，“卫星/惯性组合导航系统的空中对准方法”，提出了一种卫星/惯性组合导航系统的空中对准方法，包括卫星导航接收机定位数据采集；卫星导航定位数据缓存；惯性测量单元数据采集；飞行器运动加速度计算；导航坐标系下三维比力计算；俯仰角和横滚角三角方程的快速数据求解；初始化捷联惯性导航系统的导航参数等步骤，可实现对载体动态飞行中的捷联惯性导航系统空中初始姿态的计算。

但是该初始定姿方法中，航向参数需要外界提供，且该初始姿态的计算方法中载体运动方向与载体航向坐标需要保持一致。而在空投过程中，由于安全性及电磁兼容等方面的要求，投放物资的导航和控制系统在空中才能加电启动，因此初始定姿期间没有可用的航向信息，且投放物资在空中下落过程中还会出现扭转、侧滑等情况，造成载体运动方向与航向坐标不一致。因此这种初始姿态的计算方法不能满足精确空投的导航系统的需求。