[发明专利]俯角参考跟踪系统

说明书

本申请公开了俯角参考跟踪系统，用于跟踪相对于参考方位的目标俯角的系统和方法。根据一些实施例，系统包含算法集和飞行员显示器，该飞行员显示器使用来自机上导航系统的数据来计算相对于参考方位的资产的方位，允许为系统测量和性能评估的目的用于精确控制相对几何结构。系统向飞行员提供跟踪误差和沿飞行剖面的转向提示，允许在相对于静态或者动态参考方位扫过视角(体轴方位角)的同时，对目标俯角(体轴仰角)进行闭环跟踪。

技术领域

本公开一般涉及用于评估感测飞行器机上(onboard)安装的系统(例如，具有射频或光学孔径的系统)的性能的系统和方法。

背景技术

由于任务要求将感测飞行器推向更远的偏差航线的范围(stand-off range)，表征安装的孔径性的需求对于创建机上通信和传感器系统的操作能力和局限性至关重要。如果基于地面的测试可能因设施限制、交通工具规模或所需几何结构证明不可行，则机载(airborne)测试提供了收集所需数据的替代性装置。目前机载飞行剖面的执行方法涉及利用地面控制器辅助的操纵进行预先计划的轨迹的飞行，以跟踪目标俯角。地面控制器利用对测试平台的定位和姿态的估计来中继跟踪目标俯角所需的操纵校正。机载测试平台的飞行员对没有明确的俯角跟踪误差的机上反馈的文字指导进行响应。对现有评估方法的主要挑战是跟踪目标俯角时的有限的精确度和可重复性以及适应扰动的有限能力和实时系统约束。地面控制器命令到飞行员的延迟、缺乏机上跟踪误差显示器以及在考虑环境影响(风、非标称几何结构等)方面的挑战是影响现有解决方案的数据质量的重要因素。在控制器-飞行员-飞行器控制环路中可能有几秒钟的时间延迟。地面控制器必须基于直觉和经验来解释估计的交通工具状态并发出校正操纵。在校正的无线电中继之后，飞行员必须顺利地以及精确地解释并执行命令，而没有机上跟踪提示的益处。在没有机上反馈的情况下，飞行员没有俯角跟踪误差的大小或速率的指示。地面控制器一般限于离散姿态校正命令和定性速率指导，这不足以精确跟踪目标俯角。为比较和验证的目的重复相同轨迹的能力也可能是一个挑战。环境影响(如高空风和非标称剖面设置)提供了附加的挑战，引进的不确定性很难适应现有评估方法。交通工具运动性(速度、高度等)和专用测试设备(最小/最大范围、视率(look rate)、交叉极化角等)二者都存在约束。评估剖面被预先计划以尽可能避免约束。实时响应于扰动往往导致次优化轨迹，其比计划提前到达约束，导致数据不足。

在进行机载测试以评估已安装的孔径性能或用于任务系统的实地测量时，需要提高数据质量并降低成本。

发明内容

下面详细地公开的主题是针对用于跟踪相对于参考方位的目标俯角的系统和方法。根据一些实施例，俯角参考跟踪系统包含算法集和飞行员显示器，该飞行员显示器使用来自机上全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)的数据来计算相对于参考方位的平台的方位(即，定位和方向)，允许为系统测量和性能评估的目的用于精确控制相对几何结构。俯角参考跟踪(DART)系统向飞行员提供跟踪误差和沿飞行剖面的转向提示，允许在相对于静态或者动态参考方位扫过(sweep)视角(look angle)(体轴方位角)的同时，对目标俯角(体轴仰角)进行闭环跟踪。

下面详细公开的俯角参考跟踪系统被设计为在进行机载测试来评估已安装的孔径性能或测量任务系统时，改善数据质量并降低成本。当执行系统评估时，需要机载资产在跟踪相对于参考方位的目标俯角的同时进行扫过视角的轨迹的飞行。目标俯角可以是静态的或者动态的，后者被指定为视角的函数。参考方位可以是固定的(空对地)或者是在动态的平台上(空对空)。当机载测试平台进行给定的轨迹的飞行时，对参考方位呈现了视角和俯角的组，允许专用测试设备(在参考方位处)评估测试平台上的具体视线角(aspectangle)的系统性能。除了俯角跟踪需求外，测试平台还必须针对数据质量和安全性考虑满足某些几何结构和运动学约束。相对几何结构的精确控制在以针对数据质量的足够的精确度跟踪所需的俯角中是至关重要的。本文所公开的系统被设计为在考虑系统的约束的同时，提供用于精确俯角跟踪的机载能力。