[发明专利]一种基于惯性/卫星/大气组合的气象风测量方法

说明书

本发明公开一种基于惯性/卫星/大气组合的气象风测量方法，尤其涉及风速风向的在线测量，在不改变飞行器结构外形、不增加测量装置和硬件设备的前提下，利用现有的机载惯性导航系统、卫星定位系统、大气数据系统的输出参数，得到惯性系统的加速度、角速度和姿态角，卫星测得地速、大气数据系统测得真空速，通过构建无迹卡尔曼滤波器，将风速风向测量模型和状态估计过程融合起来，实现飞行器机体周围风速风向的实时测量，并完成下一时刻风速风向的估计。本发明所提出的方法方案可以解决飞行器周围局域风速风向的实时测量和大区域连续飞行实时风速风向测量问题，为四维航迹飞行、飞机准点达到提供方法支持。

方法领域

本发明涉及风速风向测量方法领域，尤其涉及一种基于惯性/卫星/大气组合的气象风测量方法，可以解决飞行器周围局域风速风向的实时测量和大区域连续飞行实时风速风向测量问题，为四维航迹飞行、飞机准点达到提供方法支持。

背景方法

飞行器的飞行状态不可避免的受机体周围风速风向的影响，风速风向的精确测量对提高飞行的飞行可靠性、安全性和飞行品质意义重大。目前主要的测风方法是单一的机载大气数据系统提供是风速风向信息，或大气数据系统与卫星定位系统进行组合测量。其中大气数据系统由于测量传感设备存在测量迟滞，所以单一的大气数据系统测量不能实现机动情况下实时测量；卫星定位系统测量时，卫星信号易受干扰，还可能会发生信号中断等情况，都不能满足飞行器周围局域风速风向的实时测量和大区域连续飞行实时风速风向的测量问题。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有方法的缺陷，提供一种基于惯性/卫星/大气组合的气象风测量方法。

本发明是通过以下方法方案实现的：

一种基于惯性/卫星/大气组合的气象风测量方法，利用飞行器机载航电设备输出的参数，包括：

惯性系统输出的加速度、角速度和姿态角；

卫星定位系统输出的地速；

大气数据系统输出的真空速；

由惯性导航系统的输出信息，对状态转换矩阵进行计算；

由卫星定位系统输出的地速通过机体坐标系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。

由大气数据系统测量数据，对飞行器的真空速进行解算。

由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。

包含以下步骤：

第一步，以周期△T读取惯性导航系统输出的三个角速度、三个姿态角、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，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。

第二步，以周期△T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_yV_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。