一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置。利用放置在吊舱上的多个GPS天线得到吊舱上多点的位置变化信息，吊舱姿态解算中心实时解算吊舱平面的姿态信息，解算结果传送给接收机，接收机将飞机的GPS信息和吊舱姿态信息融合后通过无线传输单元将信息实时传输到地面基站，地面基站融合自身的GPS信息与空中接收机传输的信息解算吊舱相对基站的姿态与位置信息、吊舱相对飞机的姿态与位置信息和飞机相对基站的位置信息，测试结束后，地面基站将系统测试得到的电磁数据和已经存储并插值的姿态信息进行数据融合。本发明专利技术实现了在系统正常飞行测试时产生的复杂电磁环境下，地面人员对吊舱的姿态、吊舱与飞行平台之间的运动状态的实时解算与监控。

【技术实现步骤摘要】
一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置
本专利技术属于时间域航空电磁探测领域，具体地而言为一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置。
技术介绍
时间域航空电磁探测系统正常运行时将会产生强大的随时间变化的电磁场，为避免影响系统正常运行，吊舱姿态测量系统需要尽可能采用非金属材料并且远离接收线圈，测试过程尽可能不受强大的变化的电磁场的影响；此外在飞行过程中，由于飞行器飞行速度、吊舱悬吊绳的不均匀受力、大尺寸吊舱重力、风阻等因素，发射线圈骨架上任意点及其附近点可能会离开当前的吊舱平面一定距离，当GPS天线放置点离开吊舱平面一定高度时，测量得到的吊舱平面姿态数据准确度较低。吊舱式时间域航空电磁探测系统的吊舱姿态实时测量、解算与监控装置主要目的在于在复杂的电磁环境下，在地面实时监控吊舱的姿态变化、飞机相对吊舱的运动、运动平台相对地面基站的运动；此外，本专利技术可以通过和时间域航空电磁探测系统存储的电磁数据进行融合和进一步解算，获取吊舱姿态信息和接收到的电磁数据的相关性。吊舱式时间域航空电磁探测系统一般每天飞行多个架次，每个架次一般需要90分钟以上，在飞行过程中会产生数据量极大的吊舱姿态信息，吊舱姿态实时检测、解算与监控系统需要合理的数据储存方式、较大的存储空间、较快的数据处理速度等。EP29108961A1公开的一种《ANTENNAATTITUDEMEASUREMENTSENSORANDANTENNAATTITUDEMEASUREMENTMETHOD》、CN109466766A公开的《一种自转旋翼机及侦查系统》、CN105549060A公开的《基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统》、CN104977597A公开的《基于惯性导航的GPS测量系统》使用加速度计、陀螺仪和地磁传感器获取吊舱系统的姿态信息，通过GPS天线与GPS接收机获取吊舱的位置信息。该种方案主要使用加速度计获取倾斜角度、陀螺仪和地磁传感器测量GPS接收机在空间中的方位，进而解算出GPS接收机在空中的姿态数据。首先，该方案和本专利技术所采用的多GPS组合测量姿态信息从原理到方案均有较大差别；其次，本专利技术应用在移动平台悬挂的吊舱上，GPS天线所放置的发射线圈骨架上面的各点会因为各种原因无法在一个平面上，因此上述专利技术专利采用的单点测姿方案对于评价吊舱平面的姿态有较大的误差。EP1154281A1公开的《Attitudedeterminationmethodandsystem》和CN108873044A公开的《一种用GPS接收机测直升机螺旋桨相对机身姿态的方法》CN107807375A公开的《一种基于多GPS接收机的无人机姿态追踪方法及系统》使用了多个GPS天线测试具有固定结构的平面在三维空间中的运动状态，通过坐标转换的方式测试位于同一个平面上各点的姿态变化信息。上述专利技术专利中GPS天线均放置在由固定机械结构支撑的单一平面上，未考虑GPS天线放置点离开该平面带来误差的问题；其测试结果的获取涉及到坐标系的转换计算过程相对本专利技术中基于地面基站进行解算的方式而言更加复杂，且没有考虑地面人员对姿态信息的实时监控问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置，针对复杂的电磁环境下，在地面实时监控吊舱的姿态变化、飞机相对吊舱的运动、运动平台相对地面基站的运动；此外，本专利技术可以通过和时间域航空电磁探测系统存储的电磁数据进行融合和进一步解算，获取吊舱姿态信息和接收到的电磁数据的相关性。本专利技术是这样实现的：一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置，包括：在由装载时间域航空电磁探测仪器系统的直升机和吊舱构成的吊舱式时间域航空电磁探测系统中，吊舱包括吊舱承重绳、吊舱悬吊绳、吊舱水平拉绳、接收线圈、补偿线圈和发射线圈，其中吊舱水平拉绳、接收线圈、补偿线圈和发射线圈均在吊舱平面上；吊舱上设置主GPS天线、至少两个从GPS天线通过姿态测量GPS天线连接线连接至吊舱姿态解算中心共同构成吊舱姿态实时测量单元，获取吊舱平面相对于主GPS天线的姿态变化，吊舱姿态解算中心将吊舱姿态数据通过通信线缆传输给飞机中的接收机；接收机将吊舱姿态信息和飞机的GPS信息通过数据融合后通过无线通信中心传输给地面基站；地面基站在获取基站天线从飞行平台传回的姿态和位置信息的基础上，融合基站GPS天线通过基站GPS天线传回的基站GPS信息，通过空地信息融合、解算与显示单元实时解算与显示吊舱相对基站的位置和姿态变化情况、飞机相对基站的位置变化信息。进一步地，将定位精度远小于待测吊舱尺寸且不受复杂且强烈的电磁场干扰的主GPS天线和从GPS天线放置在吊舱上具有最大尺寸的发射线圈骨架上。进一步地，装置获取空地融合信息包括以下步骤：A、在吊舱姿态解算中心中设置吊舱上一GPS天线为主GPS天线，通过解算多个天线相对于主GPS天线的位置变化，得到吊舱平面的姿态变化信息，并将姿态信息按照二进制格式进行编码；B、根据吊舱式时间域航空电磁探测系统的基频，按照吊舱姿态解算中心预设的输出速率将主GPS天线的GPS信息、初步解算得到的两条及以上基线的姿态信息传递给飞机中的接收机；C、接收机将飞机的GPS信息、吊舱主GPS天线传递的GPS信息、初步解算得到的两条及以上基线的姿态角信息并进行数据融合；D、将融合后的数据经过数据初步校验后通过无线传输天线传输给地面基站；E、地面基站将从基站天线接受到的数据结合地面GPS天线通过基站GPS天线连接线传输过来的基站GPS信息进行实时数据融合存储，并解算出吊舱相对基站的姿态变化情况、飞机的飞行轨迹、吊舱相对飞机的水平和垂直位移情况，并在地面基站实时显示；F、待飞行结束后，根据吊舱主GPS、飞机GPS和基站GPS三者GPS所给出的UTC时间、经纬度和高度信息，首先将飞行过程中产生的电磁探测数据进行数据预处理，将地面基站存储的解算信息根据预处理的结果进行插值操作，最后将吊舱的姿态、飞行高度、飞机的轨迹信息与时间域航空电磁探测系统探测到的电磁数据融合与显示，得到吊舱姿态角变化、吊舱距离地面高度变化与电磁数据预处理结果的变化关系。进一步地，在吊舱姿态实时测量单元进行姿态解算前确定步骤A中吊舱平面的方法包括：A1、将主GPS天线放置在飞行方向垂直线与发射线圈骨架交点处，在此基础上将主GPS天线和从GPS天线均匀放置在吊舱平面上，在吊舱姿态解算中心中记录主GPS天线，并命名每一个从GPS天线；A2、选择主GPS天线，并任意选择两个从GPS天线构成多组待选吊舱平面，将多组待选吊舱平面分别命名；A3、解算各天线相对于主GPS天线的基线信息，从中选出距离所有基线距离和最短的平面作为吊舱平面；A4、解算选中的吊舱平面的姿态信息，并将姿态信息按照二进制格式进行编码。进一步地，步骤B中，吊舱姿态解算中心姿态信息输出速率的确定方法包括以下步骤：B1、选择飞行轨迹和飞行时长，根据飞行器飞行运动的复杂程度，粗略划分为复杂动作高速输出，简单动作低速输出两种输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置，其特征在于，包括：在由装载时间域航空电磁探测仪器系统的直升机和吊舱构成的吊舱式时间域航空电磁探测系统中，吊舱包括吊舱承重绳、吊舱悬吊绳、吊舱水平拉绳、接收线圈、补偿线圈和发射线圈，其中吊舱水平拉绳、接收线圈、补偿线圈和发射线圈均在吊舱平面上；/n吊舱上设置主GPS天线、至少两个从GPS天线通过姿态测量GPS天线连接线连接至吊舱姿态解算中心共同构成吊舱姿态实时测量单元，获取吊舱平面相对于主GPS天线的姿态变化，吊舱姿态解算中心将吊舱姿态数据通过通信线缆传输给飞机中的接收机；接收机将吊舱姿态信息和飞机的GPS信息通过数据融合后通过无线通信中心传输给地面基站；/n地面基站在获取基站天线从飞行平台传回的姿态和位置信息的基础上，融合基站GPS天线通过基站GPS天线传回的基站GPS信息，通过空地信息融合、解算与显示单元实时解算与显示吊舱相对基站的位置和姿态变化情况、飞机相对基站的位置变化信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置，其特征在于，包括：在由装载时间域航空电磁探测仪器系统的直升机和吊舱构成的吊舱式时间域航空电磁探测系统中，吊舱包括吊舱承重绳、吊舱悬吊绳、吊舱水平拉绳、接收线圈、补偿线圈和发射线圈，其中吊舱水平拉绳、接收线圈、补偿线圈和发射线圈均在吊舱平面上；
吊舱上设置主GPS天线、至少两个从GPS天线通过姿态测量GPS天线连接线连接至吊舱姿态解算中心共同构成吊舱姿态实时测量单元，获取吊舱平面相对于主GPS天线的姿态变化，吊舱姿态解算中心将吊舱姿态数据通过通信线缆传输给飞机中的接收机；接收机将吊舱姿态信息和飞机的GPS信息通过数据融合后通过无线通信中心传输给地面基站；
地面基站在获取基站天线从飞行平台传回的姿态和位置信息的基础上，融合基站GPS天线通过基站GPS天线传回的基站GPS信息，通过空地信息融合、解算与显示单元实时解算与显示吊舱相对基站的位置和姿态变化情况、飞机相对基站的位置变化信息。


2.按照权利要求1所述的吊舱姿态实时测量、解算与监控装置，其特征在于，将定位精度远小于待测吊舱尺寸且不受复杂且强烈的电磁场干扰的主GPS天线和从GPS天线放置在吊舱上具有最大尺寸的发射线圈骨架上。


3.按照权利要求1所述的一种吊舱姿态实时测量、解算与监控装置，其特征在于，装置获取空地融合信息包括以下步骤：
A、在吊舱姿态解算中心中设置吊舱上一GPS天线为主GPS天线，通过解算多个天线相对于主GPS天线的位置变化，得到吊舱平面的姿态变化信息，并将姿态信息按照二进制格式进行编码；
B、根据吊舱式时间域航空电磁探测系统的基频，按照吊舱姿态解算中心预设的输出速率将主GPS天线的GPS信息、初步解算得到的两条及以上基线的姿态信息传递给飞机中的接收机；
C、接收机将飞机的GPS信息、吊舱主GPS天线传递的GPS信息、初步解算得到的两条及以上基线的姿态角信息并进行数据融合；
D、将融合后的数据经过数据初步校验后通过无线传输天线传输给地面基站；
E、地面基站将从基站天线接受到的数据结合地面GPS天线通过基站GPS天线连接线传输过来的基站GPS信息进行实时数据融合存储，并解算出吊舱相对基站的姿态变化情况、飞机的飞行轨迹、吊舱相对飞机的水平和垂直位移情况，并在地面基站实时显示；
F、待飞行结束后，根据吊舱主GPS、飞机GPS和基站GPS三者GPS所给出的UTC时间、经纬度和高度信息，首先将飞行过程中产生的电磁探测数据进行数据预处理，将地面基站存储的解算信息根据预处理的结果进行插值操作，最后将吊舱的姿态、飞行高度、飞机的轨迹信息与时间域航空电磁探测系统探测到的电磁数据融合与显示，得到吊舱姿态角变化、吊舱距离地面高度变化与电磁数据预处理结果的变化关系。


4.按照权利要3所述的吊舱姿态实时测量、解算与监控装置，其特征在于，在吊舱姿态实时测量单元进行姿态解算前确定步骤A中吊舱平面的方法包括：
A1、将主GPS天线放置在飞行方向垂直线与发射线圈骨架交点处，在此基础上将主GPS天线和从GPS天线均匀放置在吊舱平面上，在吊舱姿态解算中心中记录主GPS天线，并命名每一个从GPS天线；
A2、选择主GPS天线，并任意选择两个从GPS天线构成多组待选吊舱平面，将多组待选吊舱平面分别命名；
A3、解算各天线相对于主GPS天线的基线信息，从中选出距离所有基线距离和最短的平面作为吊舱平面；
A4、解算选中的吊舱平面的姿态信息，并将姿态信息按照二进制格式进行编码。


5.按照权利要求3所述的吊舱姿态实时测量、解算与监控装置，其特征在于，步骤B中，吊舱姿态解算中心姿态信息输出速率的确定方法包括以下步骤：
B1、选择飞行轨迹和飞行时长，根据飞行器飞行运动的复杂程度，粗略划分为复杂动作高速输出，简单动作低速输出两种输出模式；
B2、确定吊舱式时间域航空电磁探测系统的发射基频和发射波形，发射波形选择周期为25Hz、75Hz、125Hz、225Hz等25Hz的奇次谐波的双极性梯形波作为基本发射波形，会接收到周期分别为25Hz、75Hz、125Hz、225Hz……n，n为25Hz的奇次谐波的双极性电磁信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：王言章，许权，王世隆，王麒，白一帆，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22