[发明专利]能够安装在飞机上的机载仪器的惯性制导装置的独立对准方法以及能够采用这样的方法的机载仪器

说明书

本发明涉及一种惯性制导装置(inertial unit)的独立对准方法以及采用这样的方法的机载仪器，所述惯性制导装置用于能够安装在飞机上的机载仪器。具体而言，本发明涉及一种生成和显示与飞机的速度、海拔和姿态相关的信息的备用(stand-by)仪器的惯性制导装置的独立对准方法。其对安装在能够从诸如石油平台、航空母舰或直升机母舰的非稳定平台上起飞的飞机中的惯性制导装置的对准尤为有用。但是，也可以将其应用于安装在从诸如飞机跑道的稳定平台上起飞的飞机中的惯性制导装置的对准，其应用的限度在于，所述飞机即使在停止时，也可能受到由(例如)风或飞机周围的底面支撑设施引起的移动的影响。

备用仪器是指在初始机载仪器发生故障的情况下生成和显示对于飞机飞行员来说至关重要的飞行信息的独立机载仪器。这一飞行信息通常是以较初始机载仪器低的精确度获得的，其主要涉及飞机的速度、海拨和姿态。为了确保与初始机载仪器相关的备用仪器的独立能力，备用仪器必须具有其自身的传感器，以生成并显示飞机的速度、海拔和姿态。具体而言，备用仪器通常包括静压传感器、总压总压传感器和惯性制导装置。

静压和总压传感器分别连接至位于飞机的表层上的静压连接器和总压连接器。静压允许确定飞机的海拨。总压和静压之间的差允许相对于空气确定飞机的速度。

惯性制导装置包括3个陀螺测试仪以及2个或3个加速度计。陀螺测试仪测量传感器参照相对于惯性参照的旋转速度，这里，传感器参照是与备用仪器联系的坐标轴系。通过对旋转速度的积分，能够识别出备用仪器相对于惯性参照的位置，由此了解备用仪器相对于飞机的位置和本地地理框架(geographical frame)相对于惯性参考系的位置，还能够识别出飞机相对于本地地理参考系的位置。飞机相对于本地地理参考系的位置被称为飞机的姿态，其是相对于横滚轴、俯仰轴和偏航轴确定的，分别将围绕这些轴的运动称为翻滚、俯仰和偏航。加速度计测量施加至飞机的非重力，由其推导出传感器参照相对于惯性参照的平移加速度。陀螺测试仪和加速度计的结合实现了对飞机姿态的精确确定，在静态或准静态飞行阶段，加速度计提供的数据的使用优先于陀螺测试仪提供的数据，在飞行的动态阶段，陀螺测试仪提供的数据的使用优先于加速度计提供的数据。

在对飞机，尤其是对备用仪器加电时，必须对备用仪器的惯性制导装置初始化，从而提供飞行过程中可能的最为可靠的姿态信息。这一初始化包括对准阶段，其特别值得注意的作用在于估算不同陀螺测试仪的漂移，即，在后者不存在任何运动的情况下陀螺测试仪测量的旋转的速度。陀螺测试仪是电子传感器，在惯性制导装置的两次不同的加电当中，所述陀螺测试仪的漂移可能存在差别，其差别能够达到使这些陀螺测试仪执行的任何测量都不可用，并由此使备用仪器显示的任何姿态都不可用的程度。因此，必须在每次加电时都确定陀螺测试仪的漂移。此外，必须在惯性制导装置不存在任何运动的情况下执行陀螺测试仪的对准，否则，惯性制导装置的运动将被并入到陀螺测试仪的漂移中去。

众所周知，为了确保惯性制导装置的陀螺测试仪的正确对准，要利用惯性制导装置的加速度计检查惯性制导装置是否存在运动。对于对准的整个持续过程而言，加速度计均相对于惯性参照测量惯性制导装置的非重力。假设在对准过程中加速度计测得惯性制导装置存在运动，那么在对准结束时，备用仪器将使每一陀螺测试仪的漂移的确定结果无效，并向飞行员显示指示运动检测结果的消息，进而要求飞行员通过对备用仪器断电之后对其重新加电或者按下备用仪器的前表面上的按钮而重启对准。对于备用仪器的可用性而言，这一对准的重启是强制性的，因此，惯性制导装置的对准是飞机起飞授权的必要条件。

这类解决方案产生了多种弊端。第一个弊端是要等待对准结束，以指示出对准过程中对运动的检测。因此，只有在陀螺测试仪的对准结束时，飞行员才能意识到对准的无效，并重启对准。因此，浪费了运动检测和对准结束之间经过的时间。第二个弊端是丢失了对准开始和检测到运动之间所执行的对漂移的估算。在无效的对准结束时，重启整个对准过程，这将导致所估算的漂移已经因运动而失真的风险。此外，如果通过硬件复位，即，通过对备用仪器断电之后对其再次加电来重启对准，那么存在陀螺测试仪的漂移发生变化，从而导致前面的漂移确定结果作废的风险。第三个弊端是在某些情况下不可能得以实施对准。当飞机已经开始在活动平台上起动时，这种情况尤其可能发生。在大多数情况下，无法避免平台的活动，例如，其可能是由于海浪的涌动而导致的。因而，飞机必须等待活动的中止，在这种情况下，必须等待浪涌的平静才能起飞。勿庸置疑，这种停滞不动对飞机的经济效率是不利的。