[发明专利]一种用于空中加油会合段的相对导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于相对导航与组合导航领域，尤其涉及一种用于空中加油会合段的相对导航系统及方法。

背景技术

空中加油是指在飞行过程中一架飞机向另一架或多架飞机传输燃料的活动。拥有了该项技术，意味着飞机不需要落地就可以加注燃料，大大地增加了飞机的航程以及续航时间，为更好的执行任务提供可能。

求解加油机与受油机之间的相对导航信息是空中加油的首要问题，相对导航信息包括相对位置、速度与姿态三个方面。目前，国内外针对空中加油会合段相对导航算法的研究很少。有一些针对编队飞行的相对导航算法，但没有考虑到空中加油会合段的特点与要求。目前常用的相对导航手段主要有：(1)绝对定位结果作差；(2)GPS差分方法；；(3)基于测量角度和距离的目标定位方法。

现有技术手段存在一些技术问题：如何选择合理的传感器，满足空中加油会合段的要求；如何设计算法，提供加油机与受油机之间的实时、高精度的相对导航信息，保证输出的收敛性；如何满足相对导航系统的可靠性与容错性要求。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种用于空中加油会合段的相对导航系统及方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于空中加油会合段的相对导航系统，包括加油机和受油机；其中加油机包括SINS、GPS和数据链通信系统；受油机包括SINS、GPS、IRST和数据链通信系统，飞机间通过数据链传递相关数据。

一种用于空中加油会合段的相对导航方法，具体包括：

(1)加油机上安装SINS、GPS以及数据链通信系统；受油机上安装SINS、GPS、IRST和数据链通信系统。飞机间通过数据链传递相关数据；

(2)加油机中设有局部融合滤波器；受油机中设有局部融合滤波器、相对状态滤波器、目标跟踪滤波器和系统融合中心；

(3)采用混合多级式的融合结构模型，实时得到高精度的相对位置、速度和姿态信息。

局部融合滤波器具体工作为：

(1)采用SINS与GPS紧组合的方式，利用GPS信息校正SINS的信息，得到绝对定位结果；

(2)用卡尔曼滤波的估计结果校正陀螺仪和加速度计的输出；

(3)利用局部融合滤波器估计结果修正后的角速度和比力、GPS量测以及局部融合滤波器解算得到的绝对位置，通过数据链发送给加油机。

相对状态融合滤波器具体工作为：

(1)利用GPS载波相位差分信息，估计相对导航状态的误差，从而校正相对导航状态；

(2)状态方程采用相对惯性状态误差微分方程，量测为GPS载波相位差分的解算结果与相对导航状态的差值；

(3)采用卡尔曼滤波算法，得到加油机与受油机之间的相对导航状态误差。

(4)用卡尔曼滤波算法，得到陀螺仪漂移量和加速度计漂移量的误差估计值，用于校正角速度和比力，形成闭环系统。

目标跟踪滤波器具体工作为：

(1)加入IRST目标跟踪滤波器，求解加油机的航迹；

(2)利用GPS载波相位差分得到的受油机与加油机之间的直线距离来代替IRST的距离量测；

(3)加油机运动模型选择常用的速度模型(CV模型)和加速度模型(CA模型)，通过机动性检测条件判断加油机是否发生了机动。判断加油机属于非机动状态时，状态方程采用CV模型；判断加油机处于机动状态时，状态方程采用CA模型。

(4)量测利用IRST测量得到的视线仰角和视线方位角以及GPS差分得到的直线距离信息，建立量测方程。

系统融合中心具体工作为：

(1)将相对状态滤波器的结果与目标跟踪滤波器的结果进行融合；

(2)采用估计方差的逆矩阵进行加权融合，信息融合的周期取相对状态融合滤波器和目标跟踪滤波器周期的最小公倍数。

有益效果：

本发明针对空中加油会合段，相对导航系统采用SINS、GPS以及IRST组合的传感器配置，优势互补。结构上采用混合多级式的融合模型，可以实时得到高精度的相对位置、速度和姿态。并且当数据链出现中断时，IRST可独立工作，满足系统可靠性与容错性的要求。

附图说明

图1是相对导航系统的结构框图；

图2是IRST导航系统测量模型；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。