[发明专利]基于大气模型和飞行器法向过载组合的高度测量方法

权利要求书

1.基于大气模型和飞行器法向过载组合的高度测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)飞行器进入大气层后以指定攻角飞行，产生气动力，根据当前的飞行马赫数、攻角和飞行器力学特性数据库，计算飞行器的升力系数；

(2)根据获得的升力系数，结合飞行器质量特性以及惯性测量单元测得的加速度计算飞行动压和大气密度，并根据大气密度和大气物理数据库计算相应的海拔高度；

(3)根据步骤(2)得到的气压高度数据，结合先验的大气物理偏差模型、飞行器动力学偏差模型和惯组误差模型，计算海拔高度的解算精度；

按照如下公式计算海拔高度的解算精度：

ΔH＝-h_sln(1+Δρ/ρ)

式中，ΔH为海拔高度解算精度，h_s为地球大气高度常数，取7210m，Δρ为当前高度的大气密度偏差，Δm为飞行器质量偏差；Δa_i为气动力法向加速度偏差，Δv为对地飞行速度偏差，ΔC_i为当前飞行状态下的升力系数偏差；

(4)基于气压高度及海拔高度解算精度，结合惯组误差模型，利用卡尔曼滤波进行高度阻尼，得到飞行器组合导航的精确海拔高度。

2.根据权利要求1所述的基于大气模型和飞行器法向过载组合的高度测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，利用如下公式计算海拔高度：

H_ρ＝H(ρ)

式中，ρ为当前高度的大气密度，m为飞行器质量；a_i为气动力法向加速度，v为飞行器对地飞行速度，S为飞行器参考面积，C_i为当前飞行状态下的升力系数，其中，H_ρ为当前海拔高度，H(ρ)为大气密度数据库函数。

3.根据权利要求1所述的基于大气模型和飞行器法向过载组合的高度测量方法，其特征在于，所述步骤(4)的实现过程如下：

1)k时刻，从惯组误差模型状态量X_k采样2n+1个样本点，第i个样本点满足如下公式；

为k-1时刻惯组误差模型状态量的估计值，表示k时刻的第0个采样点，γ为采样参数，P_k-1为k-1时刻惯组误差模型状态量的方差；

2)计算惯组误差模型状态量X_k的一步预测模型：

为从k-1时刻预测的k时刻第i个采样点的值，f()为惯组误差模型状态量传播方程，为从k-1时刻预测的k时刻惯组误差模型状态量的估计值，W_i^m为第i个采样点的均值权重，W_i^c为第i个采样点的方差权重，为从k-1时刻到k时刻惯组误差模型状态量方差的一步预测值，Q_k为系统驱动噪声方差；

3)计算样本点观测值和二阶矩

为第i个采样点从k-1时刻到k时刻观测量一步预测值，h()为观测方程，为从k-1时刻到k时刻观测量估计值，P(xz)_k,k-1为从k-1时刻到k时刻状态量与观测量的相关二阶矩阵，P(zz)_k,k-1为从k-1时刻到k时刻观测量的自相关二阶矩阵，R_k为量测噪声方差；

4)卡尔曼滤波的状态更新

M_k为卡尔曼滤波滤波增益，P_k为k时刻惯组误差模型状态量的方差，Z_k为k时刻观测量，H_k为k时刻观测矩阵。

4.根据权利要求3所述的基于大气模型和飞行器法向过载组合的高度测量方法，其特征在于，惯组误差模型状态量X_k中包括海拔高度误差、速度误差、位置误差惯性失准角。