一种基于卫星导航的飞机数字化着舰系统技术方案

本发明专利技术所述的基于导航卫星的飞机数字化着舰系统针对我国现有航母着舰引导系统技术的弱点，通过在舰船上设置北斗卫星接收机，建立以舰船甲板平面为基准平面的三维动态舰船局域坐标系，并获取舰船甲板相对于该三维动态舰船坐标系的实时姿态信息，向进近飞机实时提供舰船导航卫星坐标信息、所述舰船甲板的实时姿态信息、所述坐标转换信息和主基准站的RTK差分信息，进而得到飞机在三维动态舰船坐标系中相对于舰船的实时相对定位坐标信息和实时飞行姿态信息，通过这些导航卫星测量数据和数学变换，可以把飞机与舰船的“动‑动”运动模式，改变为易于飞机操控的“动‑静”运动关系，使飞机相对于舰船甲板在水平和垂直面上的相对精度能够达到厘米级。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星导航的飞机数字化着舰系统
本专利技术涉及一种基于卫星导航的飞机数字化着舰系统，属于飞机进近导航定位着舰

技术介绍
在军事战略中航母被视为海军的核心力量，作为海上移动机场是航母的重要价值之一，如何改进和提高飞机尤其是舰载无人机的自动化着舰引导能力，特别是在夜间和恶劣天气的着舰引导作业能力是航母技术发展的重要内容。目前，雷达、光电、卫星是飞机着舰引导技术的三种主要手段。雷达技术相对成熟，但在无线电干扰、静默情况下着舰引导使用受到限制；光电技术应用普遍，但环境要求较高，在低能见度下着舰引导使用效果不佳；卫星技术设备相对简单，但严重依赖天基卫星，信号完好性差，且容易受到干扰。目前我国的北斗卫星导航系统发展日趋成熟，为基于卫星导航的安全通用型着舰引导技术提供了可靠地保障。国内从上世纪80年代起已开始着手研究航母着舰技术，并陆续发表了一些文章。但从总体来看，资料仍相对较少，特别是若干关键技术都没有公开说明，且现有的研究都仅侧重于雷达引导技术，而对于飞机着舰引导系统和机－舰战术信息传输系统的研究，仍处于起步状态。我国的第一艘航母“辽宁”号已经装备海军部队，并配备了歼15飞机。据了解“辽宁”号航母配备的飞机着舰引导系统采用的是激光测距仪和北斗/GPS测向系统相结合的技术。激光测距仪安装在飞机上，激光反射镜安装在航母的特定位置，当飞机临近航母时，用激光照射航母上的激光反射镜，得到飞机到航母的距离。航母上的北斗/GPS测向系统可以实时测量航母的运动方向，并传送给飞机，飞机上的测向系统结果与舰上的测向结果相比较，以确定飞机的着舰方向。飞机着舰涉及到精密动态定位、定向、测速、测姿等方面的技术问题，目前，基于卫星导航的测量技术已经具有了解决上述技术问题的能力，利用北斗/GPS技术进行自动着舰引导系统开发应用是可行的。但是，基于导航卫星的着舰引导系统是一项综合应用上述技术的系统工程，目前，我国还没有单位研制出相应的产品。信息化时代的技术发展迫切需要进一步探索能以较为先进的技术理论，相对更简单的技术方法和更经济的方式实现航母着舰的测控引导，进一步提高航母的作战能力。目前多领域通用是飞机发展的重要途径。特别是实现陆基与飞机的通用化、快速衔接是着舰
的技术难关。美国JPALS同时发展了陆基和舰基两个通用化版本。但是其系统复杂、精度较低、且不能实现陆基和舰基的完美切换，且增加了两倍的硬件成本，大幅增加了飞机的重量。
技术实现思路
为弥补上述领域存在的不足，本专利技术提供一种基于导航卫星的航母飞机数字化着舰系统，为国内航母飞机着舰系统的发展添砖加瓦，提高了飞机的着舰精度，实现了飞机的数字化全自动着舰，且能简单的实现陆基和舰基切换。本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于导航卫星的飞机数字化着舰系统，包括设于舰船的主系统和设于飞机的辅助系统，所述主系统和辅助系统均包括软件系统和硬件系统；所述主系统的硬件系统包括设于舰船甲板上的至少3个不在同一直线上的舰船GNSS基准站；所述主系统的软件系统将所述舰船GNSS基准站中的一个设为主基准站；所述主系统的软件系统包括舰船导航定位信息获取模块、舰船实时姿态信息获取模块、坐标转换模块、差分信息获取模块和信息发播模块；所述舰船导航定位信息获取模块以主基准站的单点定位信息为准，获取舰船导航卫星坐标信息；所述舰船实时姿态信息获取模块通过所述主基准站与其余舰船GNSS基准站组成短基线解进行坐标解算，进而得到舰船甲板的实时姿态信息；所述坐标转换模块建立以舰船甲板平面作为基准平面的三维舰船动态坐标系，所述三维舰船动态坐标系的横轴与纵轴设于所述甲板平面或者所述三维舰船动态坐标系的横轴与纵轴所确定的平面始终平行于所述甲板平面，所述三维舰船动态坐标系的高度轴始终垂直于所述甲板平面；所述三维舰船动态坐标系的坐标原点的定位数据基准以舰船导航卫星坐标信息数据为准；所述差分信息获取模块根据所述舰船导航卫星坐标信息数据，实时解算出导航卫星坐标系与三维舰船动态坐标系之间的坐标转换信息；所述信息发播模块实时发播所述舰船导航卫星坐标信息、所述舰船甲板的实时姿态信息、所述坐标转换信息和主基准站的RTK差分信息；所述信息发播模块可通过5G通信模块进行实时发播。所述辅助系统的硬件系统包括设于飞机上的至少两台GNSS接收机；所述辅助系统的软件系统包括飞机定位信息获取模块和飞行姿态信息获取模块，所述飞机定位信息获取模块通过所述GNSS接收机接收所述信息发播模块实时发播的所述舰船导航卫星坐标信息、所述舰船甲板的实时姿态信息、所述坐标转换信息和主基准站的RTK差分信息，将所述GNSS接收机的位置信息换算到所述三维舰船动态坐标系中，获取所述GNSS接收机在所述三维舰船动态坐标系中的实时相对定位坐标信息；所述飞机姿态信息获取模块通过至少两台所述GNSS接收机在所述三维舰船动态坐标系中的实时相对定位坐标信息获取所述飞机在所述三维舰船动态坐标系中的实时飞行姿态信息；在舰船三维动态坐标系中，飞机的飞行控制系统以飞机动态-舰船甲板静态的模式调整飞机的相对定位坐标信息和实时飞行姿态信息使飞机与舰船甲板平台的运动模式相匹配。作为优选，所述三维舰船动态坐标系的横轴设于所述飞机着舰甲板的边缘或着舰跑道上的拦阻索在舰船甲板上的投影，纵轴设于舰船甲板的着舰跑道中心线，高度轴垂直于所述纵轴和横轴并与二者相交于所述三维舰船动态坐标系的坐标原点，将所述三维舰船动态坐标系的坐标原点的坐标值设为(0,0,0)，并以此为基准将飞机的实时相对定位坐标信息和实时飞行姿态信息显示在所述飞机的飞行控制系统中。作为优选，每个所述舰船GNSS基准站的GNSS卫星天线均安装在位于舰船甲板四个角的云台上。作为优选，所述飞机定位信息获取模块接收舰船主基准站发播的RTK差分信息并进行差分计算，得到飞机高精度的实时定位数据；所述飞行姿态信息获取模块同时用至少两台飞机GNSS接收机在所述三维舰船动态坐标系中的实时相对定位坐标信息计算飞机的实时飞行姿态信息，所述实时飞行姿态信息包括飞行方向数据和俯仰角度数据。作为优选，所述飞机的实时相对定位坐标信息包括相对于三维舰船动态坐标系坐标原点的所述飞机的位置坐标数据和速度数据，所述飞机的飞行方向数据包括相对于三维舰船动态坐标系的方位偏差数据；所述方位偏差数据是指所述飞机相对于所述纵轴方向的横向偏离角度数据，所述俯仰角度数据是指所述飞机相对于所述纵轴方向的高度轴向角度数据；所述位置坐标数据是指所述飞机相对于三维舰船动态坐标系坐标原点的水平距离数据和垂直高度数据。作为优选，所述信息发播模块通过数据通信链路向临近舰船的飞机发播所述舰船导航卫星坐标信息、所述舰船甲板的实时姿态信息、所述坐标转换信息和主基准站的RTK差分信息，同时飞机通过数据通信链路向舰船回传所述飞机的相对定位坐标信息和实时飞行姿态信息，实现飞机与舰船之间的信息交互。作为优选，所述飞机为舰载有人驾驶飞机或无人机。所述数据通信链路可为5G通信链路。作为优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于导航卫星的飞机数字化着舰系统，其特征在于，包括设于舰船的主系统和设于飞机的辅助系统，所述主系统和辅助系统均包括软件系统和硬件系统；/n所述主系统的硬件系统包括设于舰船甲板上的至少3个不在同一直线上的舰船GNSS基准站；所述主系统的软件系统将所述舰船GNSS基准站中的一个设为主基准站；/n所述主系统的软件系统包括舰船导航定位信息获取模块、舰船实时姿态信息获取模块、坐标转换模块、差分信息获取模块和信息发播模块；/n所述舰船导航定位信息获取模块以主基准站的单点定位信息为准，获取舰船导航卫星坐标信息；/n所述舰船实时姿态信息获取模块通过所述主基准站与其余舰船GNSS基准站组成短基线解进行坐标解算，进而得到舰船甲板的实时姿态信息；/n所述坐标转换模块建立以舰船甲板平面作为基准平面的三维舰船动态坐标系，所述三维舰船动态坐标系的横轴与纵轴设于所述甲板平面或者所述三维舰船动态坐标系的横轴与纵轴所确定的平面始终平行于所述甲板平面，所述三维舰船动态坐标系的高度轴始终垂直于所述甲板平面；所述三维舰船动态坐标系的坐标原点的定位数据基准以舰船导航卫星坐标信息数据为准；/n所述差分信息获取模块根据所述舰船导航卫星坐标信息数据，实时解算出导航卫星坐标系与三维舰船动态坐标系之间的坐标转换信息；/n所述信息发播模块实时发播所述舰船导航卫星坐标信息、所述舰船甲板的实时姿态信息、所述坐标转换信息和主基准站的RTK差分信息；/n所述辅助系统的硬件系统包括设于飞机上的至少两台GNSS接收机；所述辅助系统的软件系统包括飞机定位信息获取模块和飞行姿态信息获取模块，所述飞机定位信息获取模块通过所述GNSS接收机接收所述信息发播模块实时发播的所述舰船导航卫星坐标信息、所述舰船甲板的实时姿态信息、所述坐标转换信息和主基准站的RTK差分信息，将所述GNSS接收机的位置信息换算到所述三维舰船动态坐标系中，获取所述GNSS接收机在所述三维舰船动态坐标系中的实时相对定位坐标信息；所述飞机姿态信息获取模块通过至少两台所述GNSS接收机在所述三维舰船动态坐标系中的实时相对定位坐标信息获取所述飞机在所述三维舰船动态坐标系中的实时飞行姿态信息；/n在舰船三维动态坐标系中，飞机的飞行控制系统以飞机动态-舰船甲板静态的模式调整飞机的相对定位坐标信息和实时飞行姿态信息使飞机与舰船甲板平台的运动模式相匹配。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于导航卫星的飞机数字化着舰系统，其特征在于，包括设于舰船的主系统和设于飞机的辅助系统，所述主系统和辅助系统均包括软件系统和硬件系统；
所述主系统的硬件系统包括设于舰船甲板上的至少3个不在同一直线上的舰船GNSS基准站；所述主系统的软件系统将所述舰船GNSS基准站中的一个设为主基准站；
所述主系统的软件系统包括舰船导航定位信息获取模块、舰船实时姿态信息获取模块、坐标转换模块、差分信息获取模块和信息发播模块；
所述舰船导航定位信息获取模块以主基准站的单点定位信息为准，获取舰船导航卫星坐标信息；
所述舰船实时姿态信息获取模块通过所述主基准站与其余舰船GNSS基准站组成短基线解进行坐标解算，进而得到舰船甲板的实时姿态信息；
所述坐标转换模块建立以舰船甲板平面作为基准平面的三维舰船动态坐标系，所述三维舰船动态坐标系的横轴与纵轴设于所述甲板平面或者所述三维舰船动态坐标系的横轴与纵轴所确定的平面始终平行于所述甲板平面，所述三维舰船动态坐标系的高度轴始终垂直于所述甲板平面；所述三维舰船动态坐标系的坐标原点的定位数据基准以舰船导航卫星坐标信息数据为准；
所述差分信息获取模块根据所述舰船导航卫星坐标信息数据，实时解算出导航卫星坐标系与三维舰船动态坐标系之间的坐标转换信息；
所述信息发播模块实时发播所述舰船导航卫星坐标信息、所述舰船甲板的实时姿态信息、所述坐标转换信息和主基准站的RTK差分信息；
所述辅助系统的硬件系统包括设于飞机上的至少两台GNSS接收机；所述辅助系统的软件系统包括飞机定位信息获取模块和飞行姿态信息获取模块，所述飞机定位信息获取模块通过所述GNSS接收机接收所述信息发播模块实时发播的所述舰船导航卫星坐标信息、所述舰船甲板的实时姿态信息、所述坐标转换信息和主基准站的RTK差分信息，将所述GNSS接收机的位置信息换算到所述三维舰船动态坐标系中，获取所述GNSS接收机在所述三维舰船动态坐标系中的实时相对定位坐标信息；所述飞机姿态信息获取模块通过至少两台所述GNSS接收机在所述三维舰船动态坐标系中的实时相对定位坐标信息获取所述飞机在所述三维舰船动态坐标系中的实时飞行姿态信息；
在舰船三维动态坐标系中，飞机的飞行控制系统以飞机动态-舰船甲板静态的模式调整飞机的相对定位坐标信息和实时飞行姿态信息使飞机与舰船甲板平台的运动模式相匹配。


2.根据权利要求1所述的基于导航卫星的飞机数字化着舰系统，其特征在于，所述三维舰船动态坐标系的横轴设于所述舰船着舰跑道上的拦阻索在舰船甲板上的投影，纵轴设于舰船甲板...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐颖哲，陈刚，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，唐颖哲，
类型：发明
国别省市：湖北;42