压孔 数量通常为n= 5~9。
[0090] 嵌入式大气数据系统大气数据解算常采用线性化方法将气动模型展开为非线性 方程组，然后在每一次大气数据解算时都用加权最小二乘法或加权线性回归方法迭代求解 非线性方程组。通常情况下，如果外部能提供合适的解算初值，那么大气数据解算效率将可 以大大提高。解算初值是马赫数、攻角、侧滑角、静压、动压或它们的组合。对于升力式面对 称飞行器，侧滑角的解算初值常取0,不一定由外部提供。由于马赫数、静压和动压之间存在 等式关系，如果外部已提供马赫数和静压，不一定同时提供动压作为解算初值。
[0091] 如图5所示，所述惯性导航系统是指能按要求提供高精度导航信息的自主导航系 统，在条件允许的情况下能利用卫星导航系统或三轴磁强计等设备提供的辅助导航信息进 行组合导航。
[0092] 所述大气模型是指标准大气模型（StandardAtmosphere,SA)、参考大气模型 (ReferenceAtmosphere,RA)或用户定制的大气模型。
[0093] 如图6所示，标准大气模型的输入是大地高度（或几何高度）。最常用的标准大气 模型是1976年美国标准大气模型。
[0094] 如图7所示，参考大气模型的输入包括当前时间、大地炜度、大地经度、大地高 度（或几何高度）。最常用的参考大气模型是美国NASA马歇尔航天飞行中心（Marshall SpaceFlightCenter)的地球全球参考大气模型（EarthGlobalReferenceAtmosphere Model)。
[0095] 用户定制的大气模型是指用户根据实际测量数据建立的大气模型，或者对标准大 气模型、参考大气模型进行适应性修改而得到的非标准、衍生大气模型。
[0096] 如图8所示，选择FADS解算初值的步骤如下：
[0097] (a)判断上一时刻大气数据融合处理结果是否可用，如果可用则取上一时刻大气 数据融合处理结果作为解算初值，进入步骤（c)，否则进入步骤（b);
[0098] (b)取当前时刻INS大气数据解算结果作为解算初值，进入步骤（c);
[0099] (c)根据解算初值判断是否满足FADS运行条件，如果满足则启动FADS大气数据解 算，否则结束。
[0100] 在选择FADS解算初值时，当前时刻大气数据融合处理尚未进行，因此这时只能取 上一时刻大气数据融合处理结果。在首次进行INS大气数据解算时，上一时刻大气数据融 合处理结果不可用，因此这时只能取当前时刻INS大气数据解算结果作为解算初值。
[0101] 由于飞行器在飞行过程中大气相关参数是连续变化的，上一时刻大气数据融合处 理结果与当前时刻大气数据测量结果最为接近，因此最适合作为解算初值。
[0102] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种嵌入式大气数据系统与惯性导航系统的数据融合方法，所述惯性导航系统记为 INS，嵌入式大气数据系统记为FADS，其特征在于步骤如下： (1) 采集惯性导航系统输出的导航信息，所述导航信息包括大地炜度Lat、大地经度 Lon、大地高度H、北向速度1、天向速度Vu、东向速度I、滚转角Φ、偏航角Φ和俯仰角Θ ; (2) 根据步骤（1)惯性导航系统输出的大地炜度Lat、大地经度Lon、大地高度H和当前 时间Time，基于选定的大气模型，计算得到大气温度T、静压P s、密度P和声速a ; (3) 根据步骤⑴惯性导航系统输出的大地高度H、北向速度1、天向速度Vu、东向速度 L、滚转角Φ、偏航角Φ、俯仰角Θ和步骤（2)得到的大气温度T、静压Ps、密度P、声速a 进行INS大气数据解算，得到真空速V、马赫数Ma、动压q。、攻角α和侧滑角β ; (4) 根据当前时刻INS大气数据解算结果以及上一时刻大气数据融合处理结果选择 FADS解算初值，当所选解算初值满足FADS运行条件时，启动FADS大气数据解算，进入步骤 (5) ;否则不启动FADS大气数据解算，当前时刻FADS大气数据解算结果不可用，进入步骤 (6) ； (5) 根据步骤（4)得到的解算初值以及飞行器测压孔处的表面压力值P1IpPy-In 完成FADS大气数据解算，计算得到马赫数Ma、攻角α、侧滑角β、静压Ps和动压q。，进入步 骤⑹； (6) 判断当前时刻FADS大气数据解算结果是否可用，如果FADS大气数据解算结果不可 用则将当前时刻INS大气数据解算结果作为大气数据融合处理结果输出；否则根据当前时 亥Ij INS大气数据解算结果以及FADS大气数据解算结果进行大气数据融合处理，并将处理结 果作为大气数据测量结果输出。2. 根据权利要求1所述的嵌入式大气数据系统与惯性导航系统的数据融合方法，其特 征在于：所述步骤（6)中进行大气数据融合处理的步骤如下： (2. 1)对静压、动压、攻角和侧滑角采用加权、滤波、限幅等手段进行融合处理： Ps= (P s) iNS+LIM(DPSUL, KPS* ((Ps) FADS= (P s) INS) * (I/ (TPSs+l)), DPSLL) Qc= (Q c) INS+L頂(DQCUL, KQC* ((qc) FADS_ (qc) INS) * (lAl^s+l))，DQCLL) a = a INS+UM (DAUL，KA* ( a FADS- a INS) * (I/ (TAs+l))，DALL) β = β ins+LIM (DBUL, KB* ( β FADS- β INS) * (I/ (TBs+l)), DBLL) (Ps)燃、（?)燃、a INS和β INS分别表示INS大气数据解算得到的静压、动压、攻角和侦幡 角；(Ps)FADS、（1)FADS、aFAD#P β ^分别表示FADS大气数据解算得到的静压、动压、攻角和 侦隨角；KPS、KQC、KA和KB是在区间[0, 1]取值的加权值，若取0则直接输出INS大气数据 解算结果；1八1^+1)、1八1^+1)、1八1>+1)和1八1^+1)是一阶惯性环节的传递函数，用 于低通滤波，其中T PS、T%、1\和T B根据大地高度H、马赫数Ma、动压q。确定；UM( ·，·，·） 为限幅环节，DPSUL和DPSLL分别是静压增量的上限值和下限值，DQ⑶L和DQCLL分别是动 压增量的上限值和下限值，DAUL和DALL分别是攻角增量的上限值和下限值，DBUL和DBLL 分别是侧滑角增量的上限值和下限值，所述DPSUL、DPSLL、DQCUL、DQCLL、DAUL、DALL、DBUL 和DBLL根据大地高度H、马赫数Ma、动压q。确定； (2. 2)根据静压和动压的融合处理结果计算得到马赫数MaTMP，将该马赫数与INS大气 数据解算结果中的马赫数采用加权、滤波、限幅等手段进行融合处理： Ma = MaINS+LIM (DMAUL，KMA* (MaTMP-MaINS) * (I/ (TMAs+l))，DMALL) MaINS表示INS大气数据解算得到的马赫数；KM是在区间[0, 1]取值的加权值，若取 0则直接输出INS大气数据解算结果；1ATmas+1)是一阶惯性环节的传递函数，用于低通滤 波，其中T ma根据大地高度H、马赫数Ma、动压qj|定；UM( ·，·，·）为限幅环节，DMAUL和 DMALL分别是马赫数增量的上限值和下限值，根据大地高度H、马赫数Ma、动压q。确定； 所述限幅环节LIM( ·，·，·）的定义如下： UM(UL，X，LL)的输入为变量X，限幅环节用于将输出限定在上限值UL和下限值LL之 间，上限值UL不小于下限值LL，当X不小于UL时限幅环节的输出为UL，当X不大于LL时 限幅环节的输出为LL，当X在UL和LL之间时限幅环节的输出为X ; (2. 3)根据马赫数、动压和静压的融合处理结果和声速a，采用常规方法计算得到真空 速V、校准空速V。、气压高度Hp和升降速度/^ :。3. 根据权利要求1所述的嵌入式大气数据系统与惯性导航系统的数据融合方法，其特 征在于：所述步骤（2)中的大气模型为标准大气模型、参考大气模型或用户定制的大气模 型。4. 根据权利要求1所述的嵌入式大气数据系统与惯性导航系统的数据融合方法，其特 征在于：所述步骤（4)中选择FADS解算初值的步骤如下： (4. 1)判断上一时刻大气数据融合处理结果是否可用，如果可用则取上一时刻大气数 据融合处理结果作为解算初值，进入步骤（4. 3)，否则进入步骤（4.2); (4. 2)取当前时刻INS大气数据解算结果作为解算初值，进入步骤（4. 3); (4. 3)根据解算初值判读是否满足FADS运行条件，如果满足则启动FADS大气数据解 算，否则结束。
【专利摘要】一种嵌入式大气数据系统与惯性导航系统的数据融合方法，步骤为：(1)采集惯性导航系统输出的导航信息；(2)根据导航信息基于选定的大气模型计算大气温度、静压、密度和声速；(3)根据导航信息及大气温度、静压、密度和声速计算真空速、马赫数、动压、攻角和侧滑角；(4)根据当前时刻惯性导航系统大气数据解算结果以及上一时刻大气数据融合处理结果选择解算初值；(5)根据解算初值以及飞行器测压孔处的表面压力值解算马赫数、攻角、侧滑角、静压和动压；(6)对惯性导航系统大气数据解算结果和嵌入式大气数据系统解算结果进行融合处理。本发明可以解决嵌入式大气数据系统所存在的共性问题，提高大气数据测量性能。
【IPC分类】G01C21/16, G01M9/06
【公开号】CN105066994
【申请号】CN201510520136
【发明人】袁利平, 吕天慧, 张莽, 朱如意, 李永远, 张月玲, 王征, 孙光, 张春阳, 吴俊辉, 黄喜元, 郑宏涛, 谢泽兵, 杨勇, 朱永贵
【申请人】中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月21日