一种基于飞行试验和理论计算判断惯导元件性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于飞行试验和理论计算判断惯导元件性能的方法，可有效解决 无人机飞行试验中姿态只能测量时域值，而频域数据无法测量的缺陷，为惯导元件性能和 测量性能状况评估提供一种可信的测量手段，属于无人机飞行试验测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 在无人机飞行试验中，装配的惯导元件只能测量姿态角度的时域信号，但测量是 否满足无人机飞行性能频域要求未知，可采用频域数据处理方法分析姿态测量数据，并与 有控无人机飞行品质属性进行对比，满足对惯导元件测量频域性能的考察要求。
[0003] 在已有的姿态测量元件评估方法中，一般只引用惯导元件出厂测量的指标为其依 据，例如，惯导元件的测量精度，带宽等，但在惯导元件经过一段时间使用或者发生碰撞的 物理损坏后，其测量精度能否得到保障，这是个需要验证的问题。从惯导元件测量的时域信 号上较难得到惯导元件的频率指标性能，而仅仅将时域信号转变为频域信号也没有可对比 的依据，故需要一种方法能在获取惯导元件的频率信号后，从理论上分析出惯导元件频率 性能指标是否满足测量要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：本发明提出了一种基于飞行试验和理论计算判断惯导 元件性能的方法，本发明通过对比试验测量数据频率特性和理论飞行运动模态所具有的频 率特性，从而对惯导元件的性能进行分析，对惯导元件的测量性能问题实现评估，可有效解 决无人机飞行试验中姿态只能测量时域值，而频域数据无法测量的问题，为惯导元件性能 评估提供一种可信的测量手段。
[0005] 本发明的技术方案：
[0006] 一种基于飞行试验和理论计算判断惯导元件性能的方法，包括步骤如下：
[0007] (1)获取无人机惯导元件的实际测量频率；
[0008] 具体的实现方式如下：
[0009] (la)通过无人机上安装的垂直陀螺获取无人机飞行试验中的俯仰角0和滚转角 y(以一定的采样频率在一定时间内对无人机飞行试验中的俯仰角0和滚转角y进行测 量获取）；
[0010] (lb)对步骤（la)中获得的俯仰角0和滚转角Y进行数据处理；
[0011] 俯仰角9的处理方式如下：
[0012](lbl)假设当前处理的俯仰角0的数据点为0⑴，则截取i到i+n这段数据进 行求平均
【主权项】
1. 一种基于飞行试验和理论计算判断惯导元件性能的方法，其特征在于步骤如下： (1) 获取无人机惯导元件的实际测量频率； 具体的实现方式如下： (la) 通过无人机上安装的垂直陀螺获取无人机飞行试验中的俯仰角Θ和滚转角γ ; (lb) 对步骤（la)中获得的俯仰角Θ和滚转角γ进行数据处理； 俯仰角Θ的处理方式如下： (Ibl)假设当前处理的俯仰角Θ的数据点为Θ (i)，则截取i到i+n这段数据进行求 平均
>以此均值作为当前数据 i的平均值，其中i、η均为正整数，I < i < N，N为步骤（Ia)试验数据的某段数据量； (lb2)按照（Ibl)的方法，对第i+Ι点到第N个点进行依次处理，获得平均数列Θ _和 方差数列〇 ; (lb3)设定方差数列?的上下门限值土 ζ，若存在任意数据点I ? I > I ζ I，则认为从 i点到第N点的数据段为波段剧烈振荡的数据段，并进入步骤（lb4)，若I。I < I ζ |，认为 该数据段波动平缓，则不再进行后续处理； (lb4)对波段剧烈振荡的数据段进行观察，若满足一个及以上的周期振荡，则可进行频 率转换，否则不再进行后续处理； (lb5)按照步骤（lbl)-(lb4)的方式对滚转角γ的实验数据进行处理； (lc) 对满足步骤（lb4)的俯仰角Θ数据段或（lb5)条件的滚转角γ数据段进行快速 FFT变换，得到俯仰角Θ或滚转角γ的飞行频率值； (2) 获取无人机惯导元件的理论测量频率； (2a)建立无人机六自由度运动学方程； (2b)在特定的高度和速度下对无人机的六自由度运动学方程进行处理，获得无人机线 性化运动学方程； (2c)根据步骤（2b)中的线性化运动学方程，通过根轨迹方法实现无人机PID控制器设 计； (2d)步骤（2b)中的线性化运动学方程与步骤（2c)中的PID控制器，合并为姿态角跟 随指令的闭环传递函数，从而得到无人机俯仰角和滚转角的理论测量频率，将俯仰角和滚 转角的理论测量频率作为惯导元件的理论测量频率； (3) 将步骤（1)得到的无人机惯导元件的实际测量频率与步骤（2)得到的无人机惯导 元件的理论测量频率，进行比较，若两个频率的差值的绝对值小于等于一定阈值，则认为惯 导元件能够满足无人机飞行频率测量要求，否则认为惯导元件测量性能不满足要求。
2. 根据权利要求1所述的一种基于飞行试验和理论计算判断惯导元件性能的方法，其 特征在于：所述步骤（Ib)中只要存在任意一段波动剧烈的俯仰角Θ或滚转角γ数据经过 数据处理满足步骤（3)的条件，则认为惯导元件能够满足无人机飞行频率测量要求，否则 认为惯导元件测量性能不满足要求。
【专利摘要】本发明涉及一种基于飞行试验和理论计算判断惯导元件性能的方法，本发明分为步骤如下：获取无人机惯导元件的实际测量频率；获取无人机惯导元件的理论测量频率；将得到的无人机惯导元件的实际测量频率与得到的无人机惯导元件的理论测量频率，进行比较，若两个频率的差值的绝对值小于等于一定阈值，则认为惯导元件能够满足无人机飞行频率测量要求，否则认为惯导元件测量性能不满足要求。本发明可有效解决无人机飞行试验中姿态只能测量时域值，而频域数据无法测量的缺陷，为惯导元件性能评估提供一种可信的测量手段。
【IPC分类】G01C25-00
【公开号】CN104535082
【申请号】CN201410742817
【发明人】苏浩秦, 包晓翔, 陈迪, 李平坤, 刘凯, 曾立科
【申请人】中国航天空气动力技术研究院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月5日