垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法及系统，属于导航技术领域。所述垂直返回运载器着路段差分导航试验验证方法采用一台导航接收机、普通测量天线和电台设立地面临时基站，使用旋翼飞行器搭载的卫星导航接收机、航空测量天线和电台模拟垂直返回运载器着陆段飞行，通过地面临时基站计算差分修正量并通过电台发送至旋翼飞行器上的导航设备进行卫星导航差分解算，通过外部测量装置进行场地标定，通过两台高速相机对旋翼飞行器实际飞行轨迹进行测量用于考核差分卫星导航精度。具有试验方法简单、成本低和可靠性高的特点。

Verification Method and System of Differential Satellite Navigation Test for Vertical Return Vehicle in Landing Phase

The invention provides a differential satellite navigation test verification method and system for the landing section of a vertical return vehicle, which belongs to the field of navigation technology. The verification method of differential navigation test for vertical return vehicle landing section adopts a navigation receiver, a common measurement antenna and a radio to set up a temporary ground base station. The satellite navigation receiver, an aerial measurement antenna and a radio carried by a rotorcraft are used to simulate the flight of vertical return vehicle landing section. The differential correction is calculated by the temporary ground base station and sent to the rotor by radio. The navigation equipment on the wing aircraft carries out satellite navigation differential calculation, calibrates the site by external measuring device, and measures the actual flight trajectory of the rotor aircraft by two high-speed cameras to check the accuracy of differential satellite navigation. It has the characteristics of simple test method, low cost and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法及系统
本专利技术属于导航
，特别是涉及一种垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法及系统。
技术介绍
垂直返回运载器是我国乃至世界运载工具发展的重要方向，其飞行末段尤其是着陆段对导航精度有极高的要求，而目前常用的导航技术难以为运载器着陆段提供分米级乃至亚分米级的定位精度。根据差分卫星技术的原理和发展现状分析，差分卫星导航技术是提高垂直返回运载器末段导航，尤其是着陆段导航精度的可行手段。但着陆场附近一般不具备卫星导航差分基站，并且出于安全考虑，应采用独立自主的建立临时基站进行差分导航的方法。在此情况下，差分卫星导航是否能够满足实际需求，需要进行快速、有效的试验验证。
技术实现思路
本专利技术目的是为了满足对垂直返回运载器着陆段差分卫星导航方案是否可行的试验验证需要，提出了垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法及系统。所述方法及系统方式简单、成本低，并且可靠性高。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法，采用一台导航接收机、普通测量天线和电台设立地面临时基站，使用旋翼飞行器搭载的卫星导航接收机、航空测量天线和电台模拟垂直返回运载器着陆段飞行，通过地面临时基站计算差分修正量并通过电台发送至旋翼飞行器上的导航设备进行卫星导航差分解算，通过外部测量装置进行场地标定，通过两台高速相机对旋翼飞行器实际飞行轨迹进行测量用于考核差分卫星导航精度。进一步地，地面临时基站布置方式具体为：在试验场地选择一个固定地点设立GNSS地面差分基站，基站包括电源，所述导航接收机为GNSS接收机，所述基站能够通过长时间观测获得本地差分改正数并通过电台在试验区域范围内进行广播。进一步地，所述模拟垂直返回运载器着陆段飞行具体方式为：通过具有负载能力和飞行控制功能的旋翼飞行器模拟垂直返回运载器着陆段的飞行过程；首先，需将卫星导航接收机、航空测量天线、电台安装在旋翼飞行器顶端并精确测量航空测量天线中心相对旋翼飞行器本体的位置；其次，需要在旋翼飞行器底部涂装纹理或靶标来配合地面高速相机的外部观测；最后，需要旋翼飞行器具有遥控控制和按程序指令飞行功能，且能模拟垂直返回运载器着陆段飞行特征。进一步地，模拟垂直返回运载器着陆段飞行要求达到以下指标：旋翼飞行器载荷不小于2kg、飞行时间大于20min、最大飞行高度不小于150m；卫星导航接收机、航空测量天线、电源和电台总质量不大于2kg。进一步地，所述场地标定方式为：通过激光测距仪、激光全站仪、测角仪和位标设备进行场地测量和标定；通过精确的角度和位置测量标定地面设备应摆放的位置和姿态，并通过位标杆、位标点和仪器台在试验场地上记录标定结果。进一步地，所需标定设备指标和试验所需标定精度指标为：测距精度高于1mm，测角精度不低于0.01°，综合标定误差小于1cm。进一步地，所述用于考核差分卫星导航精度的旋翼飞行器实际飞行轨迹测量方法为：采用两台高速相机对试验空域进行连续拍摄，通过usb3.0数据线将原始图像传至数据处理中心进行事后处理，通过对旋翼飞行器上涂装的纹理或靶标进行识别来获取位姿信息。进一步地，所述高速相机的指标要求为：分辨率不低于640×480，帧速率不低于100fps。本专利技术还提出一种垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验系统，所述试验系统由运载器、地面临时基站、外部测量装置和数据处理中心构成；所述运载器包括旋翼飞行器搭载的卫星导航接收机、航空测量天线、电台和测高装置；其中，旋翼飞行器用于模拟垂直返回运载器着陆段飞行，卫星导航接收机和航空测量天线用于给出卫星导航测量信息，电台用于发送信息，测高装置用于给出飞行器实时高度；所述地面临时基站由导航接收机、普通测量天线和电台组成，其中导航接收机和普通测量天线用于给出卫星导航测量信息、电台用于发布信息；所述外部测量装置用于进行场地标定；所述数据处理中心用于接收和发送数据、实时处理差分卫星导航信息和事后数据处理及分析。本专利技术有益效果：本专利技术可满足垂直返回运载器着陆段的高精度导航试验验证，所设计的差分导航试验验证方法简单、成本低、易于实现、可靠性高且具有较强针的对性。本专利技术的方法最终的精度可保证误差上限小于0.3m。此外，与其他试验方法相比，本专利技术所提出的方法所需场地条件较低、试验设备成本低、购买渠道通畅，所需试验周期短，具有较大的优势。附图说明图1为单站差分卫星导航试验示意图；图2为单站差分卫星导航试验原理示意图；图3为试验场地选取、设计、布置流程示意图；图4为试验场地布置示意图；图5为相机仰角设置示意图；图6为试验设备测试流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1-图6，本专利技术提出垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法，采用一台导航接收机、普通测量天线和电台设立地面临时基站，使用旋翼飞行器搭载的卫星导航接收机、航空测量天线和电台模拟垂直返回运载器着陆段飞行，通过地面临时基站计算差分修正量并通过电台发送至旋翼飞行器上的导航设备进行卫星导航差分解算，通过外部测量装置进行场地标定，通过两台高速相机对旋翼飞行器实际飞行轨迹进行测量用于考核差分卫星导航精度。地面临时基站布置方式具体为：在试验场地选择一个固定地点设立GNSS地面差分基站，基站包括电源，所述导航接收机为GNSS接收机，所述基站能够通过长时间观测获得本地差分改正数并通过电台在试验区域范围内进行广播。所述模拟垂直返回运载器着陆段飞行具体方式为：通过具有负载能力和飞行控制功能的旋翼飞行器模拟垂直返回运载器着陆段的飞行过程；首先，需将卫星导航接收机、航空测量天线、电台安装在旋翼飞行器顶端并精确测量航空测量天线中心相对旋翼飞行器本体的位置；其次，需要在旋翼飞行器底部涂装纹理或靶标来配合地面高速相机的外部观测；最后，需要旋翼飞行器具有遥控控制和按程序指令飞行功能，且能模拟垂直返回运载器着陆段飞行特征。模拟垂直返回运载器着陆段飞行要求达到以下指标：旋翼飞行器载荷不小于2kg、飞行时间大于20min、最大飞行高度不小于150m；卫星导航接收机、航空测量天线、电源和电台总质量不大于2kg。所述场地标定方式为：通过激光测距仪、激光全站仪、测角仪和位标设备进行场地测量和标定；通过精确的角度和位置测量标定地面设备应摆放的位置和姿态，并通过位标杆、位标点和仪器台在试验场地上记录标定结果。避免每次试验前进行大量重复的标定工作。所需标定设备指标和试验所需标定精度指标为：测距精度高于1mm，测角精度不低于0.01°，综合标定误差小于1cm。所述用于考核差分卫星导航精度的旋翼飞行器实际飞行轨迹测量方法为：采用两台高速相机对试验空域进行连续拍摄，通过usb3.0数据线将原始图像传至数据处理中心进行事后处理，通过对旋翼飞行器上涂装的纹理或靶标进行识别来获取位姿信息。所述高速相机的指标要求为：分辨率不低于640×480，帧速率不低于100fps。结合体图1，本专利技术还提出一种垂直返回运载器着陆段差分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法，其特征在于，采用一台导航接收机、普通测量天线和电台设立地面临时基站，使用旋翼飞行器搭载的卫星导航接收机、航空测量天线和电台模拟垂直返回运载器着陆段飞行，通过地面临时基站计算差分修正量并通过电台发送至旋翼飞行器上的导航设备进行卫星导航差分解算，通过外部测量装置进行场地标定，通过两台高速相机对旋翼飞行器实际飞行轨迹进行测量用于考核差分卫星导航精度。

【技术特征摘要】
1.垂直返回运载器着陆段差分卫星导航试验验证方法，其特征在于，采用一台导航接收机、普通测量天线和电台设立地面临时基站，使用旋翼飞行器搭载的卫星导航接收机、航空测量天线和电台模拟垂直返回运载器着陆段飞行，通过地面临时基站计算差分修正量并通过电台发送至旋翼飞行器上的导航设备进行卫星导航差分解算，通过外部测量装置进行场地标定，通过两台高速相机对旋翼飞行器实际飞行轨迹进行测量用于考核差分卫星导航精度。2.根据权利要求1所述的试验验证方法，其特征在于，地面临时基站布置方式具体为：在试验场地选择一个固定地点设立GNSS地面差分基站，基站包括电源，所述导航接收机为GNSS接收机，所述基站能够通过长时间观测获得本地差分改正数并通过电台在试验区域范围内进行广播。3.根据权利要求1或2所述的试验验证方法，其特征在于，所述模拟垂直返回运载器着陆段飞行具体方式为：通过具有负载能力和飞行控制功能的旋翼飞行器模拟垂直返回运载器着陆段的飞行过程；首先，需将卫星导航接收机、航空测量天线、电台安装在旋翼飞行器顶端并精确测量航空测量天线中心相对旋翼飞行器本体的位置；其次，需要在旋翼飞行器底部涂装纹理或靶标来配合地面高速相机的外部观测；最后，需要旋翼飞行器具有遥控控制和按程序指令飞行功能，且能模拟垂直返回运载器着陆段飞行特征。4.根据权利要求3所述的试验验证方法，其特征在于，模拟垂直返回运载器着陆段飞行要求达到以下指标：旋翼飞行器载荷不小于2kg、飞行时间大于20min、最大飞行高度不小于150m；卫星导航接收机、航空测量天线、电源和电台总质量不大于2kg。5.根据权利要求1所述的试验验证...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔乃刚，浦甲伦，韦常柱，倪彦朝，王家军，李壮，姜炳强，张收运，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，北京机电工程总体设计部，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23