一种针对飞行姿态扰动的实验室模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种飞行器模拟技术，具体是针对飞行器在飞行过程中对其载荷造成 的姿态干扰情况进行实验室精确模拟的技术。该技术可用于航空航天载荷对其飞行平台姿 态扰动适应性的评估检测，且同样也适用于车载舰载应用。
【背景技术】
[0002] 目前针对飞行器的空中姿态扰动的模拟方法主要有两种：
[0003] -种是对飞行姿态数据进行特征提取和数学建模，而后将所建立的数学模型作为 飞行器姿态模拟系统的设计或运动控制输入，从而实现对载荷在飞行中所受到的姿态扰动 情况的模拟。这种方法对飞行姿态扰动的模拟准确性很大程度上依赖于所建立的数学模型 是否正确，而且实际飞行姿态扰动受到风力风向、发动机震动、海拔气压、载荷安装位置、飞 行器系统结构等多方面复杂因素的影响，其数学模型需要根据具体情况具体评估测定。因 此这种模拟方法存在实现过程复杂、模拟通用性差、模拟准确性难以保证的缺点。
[0004] 第二种是对飞行器姿态扰动进行频域分解，利用多轴姿态模拟转台或六自由度运 动平台根据其频域特性进行多个频点的单轴或多轴姿态摇摆联动，从而保证载荷对飞行平 台姿态扰动各个频域的适应性。但是这种模拟方法只能分别证明载荷对飞机姿态干扰各个 频谱分量的适应性，而实际飞行试验中姿态干扰多个频谱分量是混叠在一起同时发挥作用 的，因此该模拟方法存在对飞行姿态干扰时域特性和幅值信息的实际状态模拟不充分的问 题，而且无法对飞行试验中的特殊条件（例如空中拐弯、瞬态超重失重、空中平移振动等） 进行情景复现诊断。
[0005] 因此，本发明提出将高精度惯性与卫星组合导航系统得到的飞行姿态后处理结果 数据作为具备足够幅度和频响模拟运动能力的六自由度运动平台姿态位置变化的控制输 入，使六自由度运动平台按照真实的机载姿态变化特点进行模拟振动。这一方法避免了复 杂的数学建模分析和专用飞行姿态模拟系统设计，仅利用通用的六自由度运动平台，就能 够快速实现对不同机型、不同气象条件、不同载荷安装条件的飞行姿态干扰的精确模拟，而 且在时域和频域上都具有与真实机载条件良好的一致性，对于飞行试验中的特殊条件（例 如空中拐弯、瞬态超重失重、空中平移振动等）也可以进行良好的干扰情景复现和载荷适 应性诊断。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提出一种针对飞行姿态扰动的实验室模拟方法，以解决现有模拟方法 存在的实现过程复杂、模拟通用性差、模拟准确性难以保证、难以复现机载干扰实际情况的 缺点。本发明的技术方案如下：
[0007] 1)在飞行试验中利用以陀螺仪和加速度计为姿态敏感器件的高精度惯性与卫星 组合导航系统实时获取并记录真实机载环境下的姿态扰动原始数据，该数据主要包括横滚 姿态角、俯仰姿态角、偏航姿态角以及飞行方向、翼展方向、垂直方向的位移颤振信息等；
[0008] 2)利用组合导航系统厂家提供的集成后处理商业软件对姿态扰动原始数据进行 优化以提高姿态数据的测量精度；
[0009] 3)利用MTLAB软件对后处理优化得到的姿态扰动数据进行幅度评估和离散傅里 叶变换获得飞行姿态的幅度变化范围和幅频响应曲线，选取能够实现该幅度变化和幅频响 应特性的六自由度运动平台；
[0010] 4)将飞行姿态的后处理结果数据作为六自由度运动平台姿态变化的位置量控制 输入，使平台按照真实的机载姿态变化特点进行模拟振动；
[0011] 5)将高精度惯性与卫星组合导航系统固定安装于六自由度运动平台上，采集获取 姿态扰动模拟数据，并对其进行幅度评估和离散傅里叶变换获得幅度变化范围和幅频响应 曲线，与姿态扰动原始数据进行对比，确认其时域和频域的模拟准确性。
[0012] 本发明的优点在于姿态模拟准确性高、机载条件复现性好、机型对象适应性好、操 作实现简捷方便。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明提出的实验室模拟方法流程图。
[0014] 图2是平阴运5飞行试验中姿态角的角幅度曲线，其中横坐标为世界标准时间 (UTC时间），单位为秒，纵坐标为姿态角幅值，单位为°，上图为横滚姿态角幅度曲线，下图 俯仰姿态角幅度曲线。
[0015] 图3是平阴运5飞行试验中姿态角的角速度曲线，其中横坐标为UTC时间，单位为 秒，纵坐标为姿态角速度，单位为° /s，上图为横滚姿态角速度曲线，下图俯仰姿态角速度 曲线。
[0016] 图4是平阴运5飞行试验中姿态角的角加速度曲线，其中横坐标为UTC时间，单位 为秒，纵坐标为姿态角加速度，单位为° /s2,上图为横滚姿态角加速度曲线，下图俯仰姿态 角加速度曲线。
[0017] 图5是平阴运5飞行试验中姿态角的角幅度频谱曲线，其中横坐标为频率，单位为 Hz，纵坐标为姿态角幅度，单位为°，上图为横滚姿态角幅度频谱曲线，下图俯仰姿态角幅 度频谱曲线。
[0018] 图6是平阴运5飞行试验中姿态角的角速度频谱曲线，其中横坐标为频率，单位为 Hz，纵坐标为姿态角速度，单位为° /s，上图为横滚姿态角速度频谱曲线，下图俯仰姿态角 速度频谱曲线。
[0019] 图7是平阴运5飞行试验中姿态角的角加速度频谱曲线，其中横坐标为频率，单位 为Hz，纵坐标为姿态角加速度，单位为° /s2,上图为横滚姿态角加速度频谱曲线，下图俯仰 姿态角加速度频谱曲线。
[0020] 图8是在P-023六自由度运动平台上进行姿态扰动模拟试验的系统现场照片，图 中运动平台已导入平阴运5的姿态扰动原始数据正在对另一款航空遥感相机进行载荷姿 态干扰适应性试验。
[0021] 图9是P-023六自由度运动平台的上位机软件监控界面，姿态扰动原始数据是利 用该软件界面中的"外部输入"功能进行平台位置量控制指令导入。
[0022] 图10是利用POS AV 610高精度组合导航系统测得的将平阴运5飞行试验姿态扰 动数据导入至P-023六自由运动平台后的姿态模拟效果曲线，其中横坐标为UTC时间，单位 为秒，纵坐标为姿态角幅度，单位为°，上图为横滚姿态角幅度模拟效果曲线，下图俯仰姿 态角幅度模拟效果曲线。
[0023] 图11是利用POS AV 610高精度组合导航系统测得的将平阴运5飞行试验姿态扰 动数据导入至P-023六自由运动平台后的姿态角幅度模拟误差曲线，其中横坐标为UTC时 间，单位为秒，纵坐标为姿态角幅度模拟误差，单位为°，上图为横滚姿态角幅度模拟误差 曲线，下图俯仰姿态角幅度模拟误差曲线。
[0024] 图12是利用POS AV 610高精度组合导航系统测得的将平阴运5飞行试验姿态扰 动数据导入至P-023六自由运动平台后的姿态角幅度模拟效果频谱曲线，其中横坐标为频 率，单位为Hz，纵坐标为姿态角幅度，单位为°，上图为横滚姿态角幅度模拟效果频谱曲线， 下图俯仰姿态角幅度模拟效果频谱曲线。
【具体实施方式】
[0025] 根据本发明提出的实验室模拟方法，以下将对山东省平阴县的一次航空遥感试验