一种侦察无人机目标定位集成检校方法技术

本发明专利技术涉及一种侦察无人机目标定位集成检校方法，首先确定标校控制点，再控制无人机跟踪标校控制点，利用获取的飞机位置、姿态、侦察设备方位角和高低角来估计地面控制点位置，从而得到航姿角安装误差。通过有效方法消除安装轴角误差，将大大提高无人侦察机对地面目标的实时定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种侦察无人机目标定位集成检校方法
本专利技术属于无人侦察机目标定位
，涉及一种侦察无人机目标定位集成检校方法。用于中小型无人侦察机系统集成过程中，对光纤捷联惯导与侦察设备安装角误差的校准。
技术介绍
中小型无人侦察机主要用于战场目标定位，为火力单元提供目标指示与火力引导，其对目标的定位精度要求较高。为提高定位精度，目前主要有双像交叉定位、激光多点测距定位等方法，这些方法可以有效消除系统集成误差，尤其是外方位测角误差，虽然这些方法能够获得较高精度，但仅适合于静止目标，对移动坦克和装甲等动目标完全失效。中小型无人侦察机通常安装有光纤捷联惯导，一般与光电侦察设备在不同舱段安装，两者基准轴安装误差由于工艺条件限制一般在0.5°～0.8°，而相对于惯导测角随机误差0.05°较大，成为目标实时定位精度的主要影响因素。因此，通过一种有效方法消除安装轴角误差，将大大提高无人侦察机对地面目标的实时定位精度。
技术实现思路
要解决的技术问题为了解决现有技术中由于光纤捷联惯导和光电侦察设备的安装轴角误差对目标实时定位精度带来的影响，本专利技术提出一种侦察无人机目标定位集成检校方法。技术方案一种侦察无人机目标定位集成检校方法，其特征在于步骤如下：步骤1：确定标校控制点：采用地面单控制点进行检校：地面控制点可以选择一个静止的2.3mⅹ2.3m的布置的靶标或者直接利用无人机地面控制站；地面控制点采用卫星差分定位，获得其定位位置为(Xt，Yt，Zt)；无人机采用卫星差分定位+光纤捷联惯导组合导航方式进行定位，其实时位置为(Xb，Yb，Zb)；步骤2：控制无人机跟踪标校控制点：1)在地面控制点上方相对地面控制点高度2500～3000m，以地面控制点垂直对应的高空点为中心，规划一条8km直线段航线，作为检校航线；2)控制无人机飞行至高空点水平距离3km～4km处，操纵侦察设备自动跟踪地面控制点；3)待稳定跟踪地面控制点后，控制无人机进入检校航线，并按程序控制沿航线飞行，每隔设定时间读取外方位参数，所述的外方位参数包括飞机位置、姿态、侦察设备方位角和高低角；步骤3：估计地面控制点位置：利用驻点捕获的外方位参数估计地面控制点位置：其中：Href.i为差分定位测得的第i点无人机与地面控制点相对高度；Xbi与Ybi为第i点飞机组合定位位置；Xt.i与Yt.i为第i估计的控制点位置；r13.i、r23.i、r33.i为旋转矩阵元素，具体表示为：r13.i＝cosαsinβcosΨcosθ+sinβsinα(cosΨsinθsinΦ-cosΦsinΨ)+cosβ(cosΨcosΦsinθ+sinΨsinΦ)r23.i＝cosαsinβcosθsinΨ+sinαsinβ(cosΨcosΦ+sinΨsinΦsinθ)+cosβ(sinΨcosΦsinθ-cosΨsinΦ)r33.i＝cosαsinβsinθ+sinαsinβcosθsinΦ+cosβcosθcosΦ其中，α为侦察设备方位角，β为侦察设备高低角；θ、Φ和Ψ分别为无人机俯仰角、滚转角和航向角；步骤4：针对θ、Φ和Ψ将式(1)和(2)进行泰勒级数展开：同理，对第(i+1)点进行同样级数展开得到4组方程求取Δθ、ΔΦ和ΔΨ三个参数，改写成矩阵形式：令，可取值为同样令通过最小二乘法求解ΔV通过矩阵形式方程ΔU＝AΔV得到：ΔV＝(ATA)-1ΔU(8)从而得到Δθ、ΔΦ和ΔΨ一步估计，将估误差值进行迭代更新；步骤5：第i点航姿修正为第i+1点航姿修正为其中，k为迭代次数，将新得到的估计值重新代入式(1)～(8)进行迭代计算，直至通过式(7)获得的停止迭代，此时获得的两组姿态角分别为和n、m分别为迭代最后得到的两点，从而得到航姿角安装误差为：控制无人机沿检校航路往返飞行三次，将所有获得的所有姿态角安装误差进行算术平均值计算作为最终安装角误差估计值。步骤2的3)中所述的设定时间取30s。有益效果本专利技术提出的一种侦察无人机目标定位集成检校方法，通过有效方法消除安装轴角误差，将大大提高无人侦察机对地面目标的实时定位精度。该检校方法在ASN209型无人机上得到了成功应用，使得目标实时定位精度从49m(CEP)提高到24m(CEP)，并且满足对54km/h动目标实时定位能力，从而满足了无人侦察机为武装直升机、末制导弹炮、群炮等打击动目标的引导需求。并且该方法可以利用地面控制站作为控制点，可以在野外方便实施，具有较强实用性。附图说明图1惯导与侦察设备安装示意图图2侦察航路示意图图3安装误差估计流程图图4某次飞行定位结果图具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术所涉及方法步骤如下：1.确定标校控制点,并采用卫星差分定位为便于方法实施,采用地面单控制点进行检校。地面控制点可以选择一个静止的2.3mⅹ2.3m的布置的靶标或者直接利用无人机地面控制站。控制点采用卫星差分定位，获得其定位位置为(Xt，Yt，Zt)，一般其精度可以控制在0.5m。无人机采用卫星差分定位+光纤捷联惯导组合导航方式进行定位，其实时位置为(Xb，Yb，Zb)，其定位精度可控制在1m。2.控制无人机及侦察设备跟踪标校控制点1)以控制点为中心，规划一条8km直线段航线(方向可随机确定)，相对控制点高度为2500m之3000m之间，作为检校航线；2)控制无人机飞行至控制点水平距离3km～4km处，操纵侦察设备自动跟踪控制点；3)待稳定跟踪控制点后，控制无人机进入检校航线，并按程序控制沿航线飞行，每隔30s取飞机位置、姿态和侦察设备方位角和高低角外方位参数。3.航姿误差估计1)利用驻点捕获的外方位参数估计控制点位置如下其中：Href.i为差分定位测得的第i点无人机与控制点相对高度；Xbi与Ybi为第i点飞机组合定位位置；Xt.i与Yt.i为第i估计的控制点位置；r13.i等为旋转矩阵元素，具体可表示为：r13＝cosαsinβcosΨcosθ+sinβsinα(cosΨsinθsinΦ-cosΦsinΨ)+cosβ(cosΨcosΦsinθ+sinΨsinΦ)r23＝cosαsinβcosθsinΨ+sinαsinβ(cosΨcosΦ+sinΨsinΦsinθ)+cosβ(sinΨcosΦsinθ-cosΨsinΦ)r33＝cosαsinβsinθ+sinαsinβcosθsinΦ+cosβcosθcosΦα为侦察设备方位角，β为侦察设备高低角；θ、Φ和Ψ分别为无人机俯仰角、滚转角和航向角。2)误差方程线性化针对θ、Φ和Ψ将式(1)和(2)进行泰勒级数展开，同理，对第(i+1)点进行同样级数展开得到4组方程求取Δθ、ΔΦ和ΔΨ三个参数，改写成矩阵形式：令，可取值为同样令通过最小二乘法求解ΔV通过矩阵形式方程ΔU＝AΔV得到，ΔV＝(ATA)-1ΔU(8)从而得到Δθ、ΔΦ和ΔΨ一步估计，将估误差值进行迭代更新。第i点航姿修正为第i+1点航姿修正为k是迭代次数，将新得到的估计值重新代入式(1)～(8)进行迭代计算，直至通过式(7)获得的停止迭代，此时获得的两组姿态角分别为和从而得到航姿角安装误差为：无人机沿检校航路每飞行一次，可获得7～8个式(11)的到的估计值，控制无人机沿检校航路往返飞行三次，将所有获得的所有姿态角安装误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种侦察无人机目标定位集成检校方法，其特征在于步骤如下：步骤1：确定标校控制点：采用地面单控制点进行检校：地面控制点可以选择一个静止的2.3mⅹ2.3m的布置的靶标或者直接利用无人机地面控制站；地面控制点采用卫星差分定位，获得其定位位置为(Xt，Yt，Zt)；无人机采用卫星差分定位+光纤捷联惯导组合导航方式进行定位，其实时位置为(Xb，Yb，Zb)；步骤2：控制无人机跟踪标校控制点：1)在地面控制点上方相对地面控制点高度2500～3000m，以地面控制点垂直对应的高空点为中心，规划一条8km直线段航线，作为检校航线；2)控制无人机飞行至高空点水平距离3km～4km处，操纵侦察设备自动跟踪地面控制点；3)待稳定跟踪地面控制点后，控制无人机进入检校航线，并按程序控制沿航线飞行，每隔设定时间读取外方位参数，所述的外方位参数包括飞机位置、姿态、侦察设备方位角和高低角；步骤3：估计地面控制点位置：利用驻点捕获的外方位参数估计地面控制点位置：

【技术特征摘要】
1.一种侦察无人机目标定位集成检校方法，其特征在于步骤如下：步骤1：确定标校控制点：采用地面单控制点进行检校：地面控制点可以选择一个静止的2.3mⅹ2.3m的布置的靶标或者直接利用无人机地面控制站；地面控制点采用卫星差分定位，获得其定位位置为(Xt，Yt，Zt)；无人机采用卫星差分定位+光纤捷联惯导组合导航方式进行定位，其实时位置为(Xb，Yb，Zb)；步骤2：控制无人机跟踪标校控制点：1)在地面控制点上方相对地面控制点高度2500～3000m，以地面控制点垂直对应的高空点为中心，规划一条8km直线段航线，作为检校航线；2)控制无人机飞行至高空点水平距离3km～4km处，操纵侦察设备自动跟踪地面控制点；3)待稳定跟踪地面控制点后，控制无人机进入检校航线，并按程序控制沿航线飞行，每隔设定时间读取外方位参数，所述的外方位参数包括飞机位置、姿态、侦察设备方位角和高低角；步骤3：估计地面控制点位置：利用驻点捕获的外方位参数估计地面控制点位置：其中：Href.i为差分定位测得的第i点无人机与地面控制点相对高度；Xbi与Ybi为第i点飞机组合定位位置；Xt.i与Yt.i为第i估计的控制点位置；r13.i、r23.i、r33.i为旋转矩阵元素，具体表示为：r13.i＝cosαsinβcosΨcosθ+sinβsinα(cosΨsinθsinΦ-cosΦsinΨ)+cosβ(cosΨc...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾伟，马夏莹，肖佳伟，
申请(专利权)人：西安爱生技术集团公司，西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61