[发明专利]一种基于惯性/卫星/大气组合的气象风测量方法

权利要求书

1.一种基于惯性/卫星/大气组合的气象风测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

利用飞行器机载航电设备输出参数，参数包括：

(1)惯性导航系统输出飞行器的加速度、角速度和姿态角；

(2)卫星定位系统输出飞行器的地速；

(3)大气数据系统输出飞行器的真空速；

利用惯性导航系统输出的加速度、角速度和姿态角，对状态转换矩阵进行计算；

利用卫星定位系统输出的地速通过机体坐标系和地理坐标系的状态转移矩阵，求解出机体坐标系下的飞行器三轴速度；

利用大气数据系统输出的真空速，对飞行器的真空速进行解算；

利用当前时刻飞行器的地速、状态转移矩阵和真空速解算结果，对飞行器机身周围的风速风向进行计算，并通过无迹卡尔曼滤波器对下一时刻风速风向进行实时精确估计；

所述的飞行器的加速度、角速度和姿态角的获取方式具体如下：以周期ΔT读取惯性导航系统输出的三个角速度、三个姿态角和三个线加速度信息，三个角速度[p q r]^T分别是机体系下X轴、Y轴和Z轴方向上的横滚角速度p、俯仰角速度q和偏航角速度r；三个姿态角[φ θ ψ]^T分别为横滚角φ、俯仰角θ和偏航角ψ；三个线加速度[a_x a_y a_z]^T分别为机体坐标系下X轴方向的线加速度a_x、Y轴方向的线加速度a_y和Z轴方向的线加速度a_z，其中机体坐标系的X轴、Y轴、Z轴的指向分别为向前、向右和向下；

所述的飞行器的地速的获取方式具体如下：以周期ΔT读取机载卫星定位系统输出的地理坐标系下的三轴地速[V_x V_y V_z]^T，其中V_x为飞行器在地理坐标系X轴的速度分量，V_y为飞行器在地理坐标系Y轴的速度分量，V_z为飞行器在地理坐标系的速度分量，其中地理坐标系的X轴、Y轴、Z轴的指向分别为北向、东向和地；

所述的状态转移矩阵为地理坐标系到机体坐标系的状态转换矩阵，通过姿态角信息获得，姿态角信息包括横滚角φ、俯仰角θ和偏航角ψ，计算状态转移矩阵

通过状态转移矩阵将地理坐标系下的三轴地速「V_x V_y V_z]^T转换到机体系下：

[w_x w_y w_z]^T为三轴风速；

所述的飞行器的真空速由机载大气数据系统中压力传感器及温度传感器提供的压力以及温度，结合伯努利方程解算得到的，计算公式：

其中，ΔP为动压，ρ为空气密度，K为校正因子；

利用卫星定位系统测得的地速惯性导航系统测得的姿态角，大气数据系统提供的攻角α和侧滑角β解算得到的状态转移矩阵、大气数据系统测得的真空速得到

其中w_x为X轴方向上的风速，w_y为Y轴方向上的风速，w_z是Z轴方向上的风速；

所述的飞行器机身周围的风向包含风向角，风向角包含风向方位角和风向高低角，风速与北向的夹角称为风向方位角风速与水平面的夹角称为风向高低角

所述的对下一时刻风速风向进行实时精确估计，具体方法如下：以三轴加速度[a_x a_ya_z]^T和角速率[p q r]^T作为系统的输入量；以飞行器的机体三轴速度[u v w]^T、横滚角φ、俯仰角θ、偏航角ψ和三轴风速[w_x w_y w_z]^T作为状态量，即X＝[u v w φ θ ψ w_x w_y w_z]^T；以三轴地速[V_x V_y V_z]^T、真空速V_a、攻角α和侧滑角β为量测量，即Z＝[V_x V_y V_z V_a α β]^T；根据获得当前时刻即t_k时刻的系统输入量、当前时刻即t_k时刻的量测信息和当前时刻即t_k时刻的状态量信息，利用无迹卡尔曼滤波器得到t_k+1时刻的状态量的最优估计值，从而实现风速风向的在线测量和实时精确估计。