[发明专利]一种组合导航和光电探测一体化系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合导航和光电探测一体化系统，属于惯性导航技术、惯性/GPS组合导航技术和陀螺间接稳定技术领域，所述的组合导航/光电探测一体化系统可应用于无人侦察飞机、战术导弹、地面战车等。

技术背景

导航系统和光电探测系统是制导武器、智能战车、无人侦察飞机等智能运载体不可或缺的分系统。传统的光电探测系统往往采用平台式陀螺稳定方案，不需要借助导航系统的任何信息，其视轴稳定精度较高且技术较为成熟，但体积和重量均较大，不适合对体积和重量要求比较严格的场合。为满足小型战术导弹和微小型无人机对光电探测系统小型化、低成本的要求，间接稳定式光电探测系统越来越成为研究热点。间接稳定技术是指利用载体导航系统的角速率信息，通过坐标变换求得视轴的扰动角速率，并控制视轴转动以补偿载体运动引入的扰动角速率，从而实现视轴的稳定。该技术可大大缩小光电探测系统的体积、重量，并降低成本。自1993年Rutin提出间接稳定技术以来，该技术得到了广泛的研究，我国也开始间接稳定技术的相关研究，但尚未解决视轴稳定精度的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种组合导航和光电探测一体化系统，该系统克服了传统的陀螺稳定光电探测系统体积重量大、成本高、结构复杂等缺点，将导航系统和光电探测系统进行一体化设计，节约了成本，简化了结构，降低了体积、重量，同时将组合导航系统的输出信息应用于光电探测系统，提高了光电探测系统的稳定精度和搜索目标的速度。

本发明的技术解决方案是：一种组合导航和光电探测一体化系统包括：惯性测量单元、GPS接收系统、综合计算机、光电稳瞄仪；综合计算机采集惯性测量单元和GPS接收系统的数据信息，实现三大功能：第一、结合捷联惯导解算算法及卡尔曼滤波算法进行惯性和GPS组合导航解算，得到载体的位置、速度和姿态，同时估计出惯性测量单元所含陀螺仪的漂移；第二、根据组合导航解算得到的载体的位置、速度和姿态，计算视轴稳定指令角速度并控制光电稳瞄仪实现视轴的惯性空间稳定；第三、利用组合导航解算得到的载体的位置和姿态信息，结合目标位置信息，计算目标搜索指令角并控制光电稳瞄仪快速搜索并锁定目标。

所述综合计算机控制光电稳瞄仪实现视轴稳定的具体过程为：

a.综合计算机采集惯性测量单元输出的沿载体坐标系的角速度及比力信息ω_bm、f_bm和GPS接收系统输出纬度经度λ_gps、东向速度V_gps^E、北向速度V_gps^N，并结合捷联惯导解算算法和卡尔曼滤波算法，解算出安装载体的纬度经度λ、速度V、俯仰角φ_x、横滚角φ_y、航向角φ_z，并且估计出惯性测量单元所含陀螺仪的漂移值ε_b；

b.将惯性测量单元的角速度信息ω_bm进行漂移补偿，得到载体的运动角速度ω_b的表达式为：

ω‾b=ω‾bm-ϵ‾b]]>

对载体的运动角速度ω_b进行坐标变换得到光电稳瞄仪视轴扰动角速度ω_los，其表达方式为：其中C_b^los为载体坐标系至视轴坐标系的变换矩阵；

c.以ω_los作为光电稳瞄仪的输入指令，控制光电稳瞄仪转动，即实现了视轴的惯性空间稳定。

所述的综合计算机控制光电稳瞄仪快速搜索并锁定目标的具体过程为：