[发明专利]基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统及方法

权利要求书

1.一种利用基于超宽带定位的直升机吊挂摆动监测系统进行直升机吊挂摆动监测的方法，其中直升机吊挂摆动监测系统包括定位标签、主定位基站、三个从定位基站和红外摄像头；定位标签安装在直升机外吊挂物或靠近外吊挂物的挂点附近，用于发送数据给定位基站；主定位基站安装于直升机机腹，用于接收定位标签数据，解算定位标签位置、角度信息，并与机上终端进行数据交联；三个从定位基站分别安装于直升机机腹不同位置，用于接收定位标签数据；红外摄像头安装于主定位基站上，通过其广角镜头覆盖吊挂物摆动范围，实时提供吊挂物摆动红外图像；其特征在于，包括如下步骤：

l)在机体坐标系下，通过双向测距法得到定位标签与主定位基站(x₁,y₁,z₁)、第一从定位基站(x₂,y₂,z₂)、第二从定位基站(x₃,y₃,z₃)和第三从定位基站(x₄,y₄,z₄)的距离值，分别为d₁、d₂、d₃、d₄；

2)对上述距离值进行卡尔曼滤波，即将上述四个定位基站的距离值代入如下方程组，得到第i个距离值在第k个周期的预测值测量值d_ik、误差协方差P_ik、滤波值l_ik：

其中i＝1,2,3,4,，k＝2,3,4…,P_i(k-1)表示第k个距离值在第k-1个周期的误差协方差，l_i(k-1)表示第i个距离值在第k-1个周期的滤波值，*表示相乘；

A和B是系统的两个不同参数，U是系统的控制量，H是测量参数，R是过程噪声协方差，Q是测量噪声的协方差，这些参量均根据实际安装情况设定；

3)将上述四个距离滤波值l₁、l₂、l₃、l₄和四个定位基站坐标(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)、(x₄,y₄,z₄)代入如下距离方程组，利用牛顿迭代法求解出定位标签坐标(X_i，Y_i，Z_i)；

4)根据飞机挂点坐标(x_a,y_a,z_a)和定位标签坐标(X_i,Y_i,Z_i)，计算出定位标签与飞机挂点之间的距离l，及该斜距与机体坐标系Z轴负向的夹角θ；

2.根据权利要求1所述的方法，其中1)中通过双向测距法得到定位标签与主定位基站的距离值d₁，实现如下：

1a)定位标签将其第一次发送时间戳为a1的数据包发送给主定位基站；

1b)基站接收到数据包后，记录其第一次接收时间戳为c1，并将自己第一次发送时间戳为e1的确认包发送给定位标签；

1c)签接收到确认包后，记录其第一次接收时间戳为b1，并将自己第二次发送时间戳为a2的返回包发送给主定位基站；

1d)主定位基站收到返回包后，记录其第二次接收时间戳为c2；

1e)根据上述a1、a2、b1、c1、c2、e1这六个时间戳，计算定位标签与主定位基站之间的距离d₁：

其中，T₁＝b1-a1，T₂＝c2-e1，T₃＝e1-c1，T₄＝a2-b1，c为光速。