[发明专利]微小型无人机航姿测量系统动态综合性能测试装置及方法

权利要求书

1.微小型无人机航姿测量系统动态综合性能测试装置，其特征在于，所述装置包括三轴转台、地磁模拟单元、磁场屏蔽单元、测试解算单元、地磁解算单元、第一航姿测量单元和第二航姿测量单元，其中：

所述地磁模拟单元和三轴转台分别安装于不同场地，第一航姿测量单元位于三轴转台平面上，第二航姿测量单元位于地磁模拟单元内部，第一航姿测量单元与第二航姿测量单元的结构完全相同；

所述地磁模拟单元的外部设有磁场屏蔽单元，磁场屏蔽单元用于屏蔽外界磁场对第二航姿测量单元的影响；

所述地磁解算单元分别与三轴转台和地磁模拟单元相连接，地磁解算单元用于获取三轴转台姿态信息，并根据获取的三轴转台姿态信息解算出地磁场信息；

所述地磁模拟单元用于根据地磁场信息模拟当前的地磁向量，并根据模拟出的地磁向量给定第二航姿测量单元的磁场输入；

所述测试解算单元用于同步第一航姿测量单元和第二航姿测量单元的输出信息，并与三轴转台的输出姿态信息进行对比。

2.根据权利要求1所述的微小型无人机航姿测量系统动态综合性能测试装置，其特征在于，所述第一航姿测量单元和第二航姿测量单元均通过串行接口方式与测试解算单元进行连接。

3.根据权利要求2所述的微小型无人机航姿测量系统动态综合性能测试装置，其特征在于，所述第一航姿测量单元与三轴转台共同组成子系统1，第二航姿测量单元与地磁模拟单元共同组成子系统2，子系统1与子系统2通过光纤反射内存网络进行连接。

4.基于权利要求1所述的微小型无人机航姿测量系统动态综合性能测试装置的测试方法，其特征在于，所述方法具体为：

利用三轴转台给定第一航姿测量单元的动态姿态数据；

地磁解算单元同步获取三轴转台的姿态信息，并根据获取的三轴转台姿态信息解算出地磁场信息；地磁模拟单元根据解算出的地磁场信息给定第二航姿测量单元的磁场输入；

所述地磁模拟单元根据解算出的地磁场信息给定第二航姿测量单元的磁场输入，其具体过程为：

选取东北天坐标系作为导航坐标系，则将解算出的地磁场信息由导航坐标系旋转到第一航姿测量单元本体坐标系，需要按照航向角β、俯仰角α及滚动角γ的旋转顺序进行旋转，从导航坐标系到第一航姿测量单元本体坐标系的旋转矩阵为：

其中，α为俯仰角，β为航向角；

假设解算出的地磁场信息在导航坐标系及第一航姿测量单元本体坐标系中的投影分别为B_n及B_v：

B_n＝[b_nx b_ny b_nz]^T

B_v＝[b_vx′ b_vy′ b_vz′]^T

其中：上角标T代表矩阵的转置，b_nx为投影B_n在导航坐标系的x轴方向分量，b_ny为投影B_n在导航坐标系的y轴方向分量，b_nz为投影B_n在导航坐标系的z轴方向分量；b_vx′为投影B_v在第一航姿测量单元本体坐标系的x′轴方向分量，b_vy′为投影B_v在第一航姿测量单元本体坐标系的y′轴方向分量，b_vz′为投影B_v在第一航姿测量单元本体坐标系的z′轴方向分量；

则有

地磁模拟单元根据B_v来模拟当前的地磁向量，给定第二航姿测量单元的磁场输入；

利用测试解算单元获取第一航姿测量单元输出的加速度计和陀螺仪数据以及第二航姿测量单元输出的磁强计数据，测试解算单元根据获取的加速度计数据、陀螺仪数据以及磁强计数据来进行姿态解算，获得姿态解算结果；

再将姿态解算结果与三轴转台输出的姿态信息进行对比，获得第一航姿测量单元和第二航姿测量单元的动态综合性能测试结果；其具体过程为：

设第一航姿测量单元在转台角位置x₀处测量得到的第i个姿态角修正序列为则第一航姿测量单元在转台角位置x₀处测量得到的第i个姿态角误差序列为：

转台角位置x₀处的各个姿态角误差序列的平均值为：

其中：i＝1,2,…,N，N代表转台角位置x₀处的姿态角误差序列总个数；

转台角位置x₀处的各姿态角误差序列的标准误差为：

根据和计算第一航姿测量单元在各转台角位置处的姿态角误差序列的静态平均误差e_a和静态标准误差e_σ，将e_a和e_σ作为第一航姿测量单元的动态综合性能测试结果；

由于第一航姿测量单元与第二航姿测量单元的结构完全相同，因此，第二航姿测量单元的动态综合性能测试结果与第一航姿测量单元的动态综合性能测试结果相同；

所述根据和计算第一航姿测量单元在各转台角位置处的姿态角误差序列的静态平均误差e_a和静态标准误差e_σ，其具体为：

第一航姿测量单元在各转台角位置处的姿态角误差序列的静态平均误差e_a为：

其中：代表各转台角位置对应的姿态角误差序列的平均值中的最大值；

第一航姿测量单元在各转台角位置处的姿态角误差序列的静态标准误差e_σ为：

其中：代表各转台角位置对应的姿态角误差序列的标准误差中的最大值。