一种射频相对姿态敏感器测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线电导航定位器的测试装置的技术领域，特别是设及一种射频相对 姿态敏感器测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002] 射频相对姿态敏感器是基于空间交会和微波测距原理实现任意一对飞行器之间 的位置和姿态参数测量，它由多个发射天线、接收天线、射频发射机和射频接收机W及基带 处理单元组成。射频相对姿态测量敏感器用于飞行器自主相对姿态测量时，需要每个飞行 器上安装一套自主相对姿态测量装置，每个飞行器上的装置由其多个发射机经过发天线向 其他飞行器发射测距信号，每个飞行器的装置同时利用其接收天线和射频接收机收集其它 飞行器发来的测距信号，并送给基带处理单元进行测距信号的处理。测距信号由伪随机码 序列调制在射频载波上而形成，装置接收到测距信号后可W测量得到伪码序列的相位和载 波信号的相位，为了实现高精度的测距必须使用载波信号相位作为测距信息来源，由于每 个发射天线使用唯一的伪随机码序列，接收天线可W用伪随机码序列来识别来自不同发射 天线的测距信号。每个飞行器上的装置利用其接收到的测距信号，可W解算得到其各个接 收天线与其它飞行器各个发射天线之间的距离，利用运些距离信息，可W根据空间交会法 原理，确定各收发天线之间的相对位置，利用收发天线的相对位置结合方向余弦公式可W 推算出各个飞行器之间的相对姿态。运种射频相对姿态测量敏感器的测量距离在200米左 右，远距离上通过GPS定位两个飞行器之间的绝对位置，近距离上通过运种射频相对姿态 测量敏感器即可测出两个飞行器之间的相对姿态。
[0003] 射频相对姿态测量敏感器中，是通过测量信号从发射到接收到的时间来测量两个 天线之间的距离，但是信号从基带到射频之间的延迟和射频到天线之间的延迟是无法测出 的，所W发射和接收天线之间的初始距离需要人为给定。敏感器可W测出天线移动的增量， 天线移动后，通过人为给定的天线之间的初始距离，加上天线移动的增量，即可确定当前天 线之间的距离。另外由于两个装置之间存在钟差，通过发射和接收信号测得的天线之间的 距离是伪距，不是发射和接收天线之间的真实距离。而且射频相对姿态测量敏感器是用于 测量飞行器之间的位置和姿态，需要将该敏感器的各个天线固定到飞行器上。所W将该敏 感器安装在飞行器上进行初期的测试时，需要的人力和物力成本会非常高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种经济、快捷型的射频相对姿态敏感器测试装置，无需借 助昂贵的光学仪器如激光跟踪仪、经缔仪，并且无需将敏感器安装在飞行器上，即可对射频 相对姿态敏感器进行初期的测试，在很大程度上节约了成本。 阳〇化]本发明采用的技术方案为：一种射频相对姿态敏感器测试装置，包括两个平板、导 轨和天线，其中一个平板位于平面ABCD上，另一个平板位于平面EFGH上，两个平板用来放 置天线，与平面ABCD和平面EF(ffl相交的Y轴上放置导轨，位于平面ABCD上的平板固定在 导轨的一端，位于平面EFGH上的平板能沿着导轨移动。
[0006] 其中，该装置天线布局：将天线安装于两个平面上，天线的安装位置不可共线。
[0007] 其中，通过平面上的特殊点确定两个坐标系之间的初始相对关系：W其中一个平 面为本体坐标系，另一个平面为移动坐标系。
[0008] 另外，本发明还提供一种射频相对姿态敏感器测试方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤1)将敏感器上的天线分别安装在两个平面上；
[0010] 步骤2)通过几何关系计算两个平面之间的相对关系；
[0011] 步骤3)计算发射和接收天线之间的初始距离；
[0012] 步骤4)移动某一平面后，通过平面移动的增量计算天线移动的增量，验证敏感器 测得的天线移动的增量是否正确；
[0013] 步骤5)通过天线之间的测距量计算两个平面之间的相对姿态关系，并与步骤2) 中的结果对比。
[0014] 本发明的有益效果：
[0015] 1.本发明装置能通过测量特殊点之间的距离来计算出两个坐标系之间的相对位 置关系，然后通过测量天线在各自坐标系下的位置计算出发送和接收天线之间的初始距 离。
[0016] 2.本发明当移动其中一个平面后，只需通过平面移动的增量即可计算出该平面上 的天线在另一平面所在坐标系下的坐标，从而计算出天线移动的增量，验证敏感器测得的 天线移动的增量是否正确。
[0017] 3.本发明根据天线之间的测距量带入公式似计算出两个飞行器之间的相对姿 态参数，并与第1步得出的姿态参数对比，验证第3步由敏感器测得的姿态参数是否正确。
【附图说明】
[0018] 图1为射频相对姿态敏感器系统配置图；
[0019] 图2为基元旋转的立种情况，即绕X轴、绕y轴、绕Z轴旋转； 阳020] 图3为装置简易示图；
[0021] 图4为天线布局示图； 阳022] 图5为两平面的相对关系示图；
[0023] 图6为两坐标系相对位置关系的确定与转化流程图；
[0024] 图7为本发明整体测试流程图。
【具体实施方式】
[00巧]下面结合附图W及具体实施例进一步说明本发明。 阳0%] 射频相对姿态测量敏感器，如图1所示，包括Ξ个发射天线T1、T2、T3,Ξ个接收 天线R1、R2、Κ3，Ξ个射频发射通道，Ξ个射频接收通道，Ξ个辅助射频通道，一个基带处理 单元，W及高稳时基单元等部分组成。射频相对姿态测量敏感器采用空间交会原理实现定 位和定姿，即测量一个飞行器上的各个发射天线到另一飞行器上的各个接收天线之间的距 离，利用空间交会原理确定各个收发天线在相对坐标系下的位置，最后由天线位置确定天 线所在飞行器的姿态。为确定两个飞行器的相对姿态，需要在每个飞行器上安装至少Ξ个 发射或者接收天线，而且运些天线的安装位置不可共线。
[0027] 关于相对姿态的描述：对相对姿态的描述主要工具有方向余弦矩阵、欧拉轴/转 角、欧拉角、W及四元数方法。欧拉角又称为姿态角（滚动角、俯仰角和偏航角），对于空间 中的任意两个坐标系而言，将其中一个坐标系绕其坐标轴最多转动3次就可W与另一个坐 标系方向相同，通过运Ξ个转角的大小来表示两坐标系之间的关系。
[0028] 欧拉角：对于空间中的任意两个右手坐标系都可W通过若干次基元旋转来实现来 使它们的方向相同，所谓基元旋转就是坐标系绕它的其中一个轴旋转一定的角度。图2显 示了基元旋转的Ξ种情况，即绕X轴、绕y轴、绕Z轴旋转。
[0029] 假设一个坐标系化yz，绕其X轴旋转一个角度Φ变成坐标系化y' Z'，则从坐标系 化yz到坐标系化y' Z'的变换矩阵就是绕X轴转过Φ角基元变换矩阵：
[0030]
[0031] 同样，绕y轴转过Θ角的基元变换矩阵是：
[0032]
[0033] 绕Z轴转过Φ角的基元旋转矩阵是：
[0034]
[0035] 假设空间中的一个坐标系A先绕其Z轴转过Φ角，再绕先坐标系的y轴转过Θ 角，最后绕X轴转过Φ角成为坐标系B，则由坐标系A到B的变化矩阵为：
W40] 通过旋转矩阵（姿态矩阵）Ab。，即可求出两个飞行器之间的相对姿态角Φ、Θ、Φ(也称作滚动角、俯仰角和偏航角）。
[0041] 本发明的射频相对姿态测量敏感器测试装置简易示图如图3所示，两个平面代表 两个飞行器，将天线安装在两个平面上。首先确定两个平面之间的相对关系，然后通过测量 天线在各自坐标系下的位置，即可计算出发送和接收天线之间的初始距离。再将其中一个 飞行器移动一段距离后，通过几何关系计算出天线移动的增量，验证敏感器测得的天线移 动的增量是否正确（注：平面移动时只沿着某一坐标轴移动，且在移动时两个平面的相对 姿态关系保持不变。如果平面移动时平面之间的相对姿态关系变化，则需要多次坐标之间 的转化才能得到天线移动的距离。由于该发明只是用于初期的测试，所W为了简化计算，在 平面移动时，两个平面之间的相对姿态关系保持不变）。
[0042] 平面移动后通过发射和接收天线之间的伪距，计算出当前两个平面之间的相对姿 态。一个平面上的任一发射天线到另一平面上的Ξ个接收天线之间可W得到3个测距量， 每