一种跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法技术

本申请涉及一种跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法

【技术实现步骤摘要】
一种跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法


[0001]本申请涉及航天测控
，特别是涉及一种跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法
。

技术介绍

[0002]受安装误差
、
结构变形
、
信号频率变化等因素影响，通过轴角编码器直接获取的角度与天线实际指向会存在一定偏差，为了实现海上高精度目标跟踪测量，需要对这一偏差进行修正
。
在海上，早期由于天线的电轴参数很难直接标定，通常以与天线固连的微光电视光轴为基准
(
轴系参数包括方位零值
、
俯仰零值
、
光机偏差
、
方位俯仰不正交
、
大盘不水平值
、
大盘不水平角度等六个参数
)
，再结合光电偏差对电轴指向偏差进行修正
。
其中，光轴轴系参数在坞内进行标定并作为固定参数使用，光电偏差在每次测控前，通过海上跟踪测控频点信标球方式标定
。
受温度
、
湿度
、
船摇晃动等因素的影响，实际上光轴参数也会产生一定程度的变化，针对这种情况，目前主要有两种方式进行标定，一种是以光轴作为中间量，通过跟踪信标球标定光电偏差，再通过同步测恒星的方式，以经纬仪作为基准，标定微光电视光轴轴系参数；另一种是利用跟踪标校星等精轨目标进行直接电轴轴系参数的标定，但为了适应中心机参数装订模式，该方式以光电偏差作为一个已知的过度量，计算得到光轴参数，因此该方式也称为等效轴系参数标定法
。
第一种方式容易受天气因素的影响，多云天气情况下无法标校，第二种方式，需要进行多天多圈次的跟踪才能覆盖不同方位俯仰角度，得到有效的标定结果，并且标校星等精轨目标频点无法切换，因此该方法无法直接针对测控频点进行轴系参数标定
。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法
。
[0004]一种跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法，所述方法包括：
[0005]根据中心机记盘数据进行
USB
有效跟踪测量数据提取，得到每个自跟踪时刻及对应的方位观测值和俯仰观测值
。
[0006]根据机载和船载
GNSS
设备同时观测的一组原始测量数据采用混合整数最小二乘法对线性化后的双差观测方程进行求解，得到机载
GNSS
天线相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的相对定位结果
。
[0007]根据所述机载
GNSS
天线相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的相对定位结果
、
信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在机体坐标系下坐标
、
无人机姿态
、
船载
GNSS
天线相位中心相对
USB
三轴中心在惯导甲板系坐标以及测量船的姿态及变形数据，得到无人机信标天线相对
USB
天线三轴中心惯导地平坐标系坐标
。
[0008]根据船摇和变形数据对所述无人机信标天线相对
USB
天线三轴中心惯导地平系坐标进行坐标转换，并根据得到的坐标转换结果和大气折射修正值，得到轴系误差修正后的
俯仰角和方位角
。
[0009]根据所述轴系误差修正后的俯仰角和方位角
、
所述方位观测值以及所述俯仰观测值，建立轴系参数计算方程组，并采用最小二乘法进行求解，得到船载测控天线轴系参数标定结果
。
[0010]上述跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法，所示方法通过建立双差观测模型，利用机载和船载
GNSS
设备同步记录原始观测量，结合惯导姿态数据和变形测量数据，解算得到高精度的相对定位结果及比对基准数据，并建立了直接电轴参数标定模型，根据相对定位结果及比对基准数据和直接电轴参数标定模型，得到无人机跟踪的船载测控天线轴系参数标定结果
。
本方法通过无人机搭载测控频点信标，可以实现直接测控频点的轴系参数标定，在提高标校效率的同时，降低了标校成本
。
附图说明
[0011]图1为一个实施例中跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法的流程示意图；
[0012]图2为另一个实施例中数据预处理流程；
[0013]图3为另一个实施例中无人机信标天线相对于
USB
天线三轴中心位置计算流程
。
具体实施方式
[0014]为了使本申请的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明
。
应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请
。
[0015]随着无人机技术的发展，无人机的成本在不断降低，操控性和功能在不断升级，无人机的应用也在不断的拓展
。
通过前期的研究，已成功实现固定翼无人机在测量船上的起飞和安全回收，完成了跟踪无人机的数字引导系统
、
远程频率修改系统和动态航路规划技术，并且成功应于测控过程中的相位检查及光电偏差的标定，在提高标校效率的同时，降低了标校成本
。
同样，通过无人机搭载测控频点信标，可以实现直接测控频点的轴系参数标定
。
[0016]在一个实施例中，如图1所示，提供了一种跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法，该方法包括以下步骤：
[0017]步骤
100
：根据中心机记盘数据进行
USB
有效跟踪测量数据提取，得到每个自跟踪时刻及对应的方位观测值和俯仰观测值
。
[0018]步骤
102
：根据机载和船载
GNSS
设备同时观测的一组原始测量数据采用混合整数最小二乘法对线性化后的双差观测方程进行求解，得到机载
GNSS
天线相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的相对定位结果
。
[0019]具体的，在无人机上搭载测控频点信标，可以实现直接测控频点的轴系参数标定
。
机载
GNSS
设备是搭载在无人机上的
GNSS
设备
。
[0020]采用机载
GNSS
设备和船载
GNSS
设备同时观测并记原始测量信息，将船载
GNSS
设备作为移动基准站
。
[0021]根据获得的一组原始测量数据采用混合整数最小二乘法对线性化后的双差观测
方程进行求解，得到机载
GNSS
相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种跟踪无人机的船载测控天线轴系参数标定方法，其特征在于，所述方法包括：根据中心机记盘数据进行
USB
有效跟踪测量数据提取，得到每个自跟踪时刻及对应的方位观测值和俯仰观测值；根据机载和船载
GNSS
设备同时观测的一组原始测量数据采用混合整数最小二乘法对线性化后的双差观测方程进行求解，得到机载
GNSS
天线相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的相对定位结果；根据所述机载
GNSS
天线相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的相对定位结果
、
信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在机体坐标系下坐标
、
无人机姿态
、
船载
GNSS
天线相位中心相对
USB
三轴中心在惯导甲板系坐标以及测量船的姿态及变形数据，得到无人机信标天线相对
USB
天线三轴中心惯导地平坐标系坐标；根据船摇和变形数据对所述无人机信标天线相对
USB
天线三轴中心惯导地平系坐标进行坐标转换，并根据得到的坐标转换结果和大气折射修正值，得到轴系误差修正后的俯仰角和方位角；根据所述轴系误差修正后的俯仰角和方位角
、
所述方位观测值以及所述俯仰观测值，建立轴系参数计算方程组，并采用最小二乘法进行求解，得到船载测控天线轴系参数标定结果
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据中心机记盘数据进行
USB
有效跟踪测量数据提取，得到每个自跟踪时刻及对应的方位观测值和俯仰观测值，包括：从中心机记盘数据中进行
USB
跟踪原始策略数据提取，根据提取的数据的状态码，只选用状态码表示自跟踪对应时间段的数据，得到第
i
个自跟踪时间
T
i
及对应的方位观测值和俯仰观测值，其中，
i
＝
1,2,...,N
，
N
为有效数据的数量
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据机载和船载
GNSS
设备同时观测的一组原始测量数据采用混合整数最小二乘法对线性化后的双差观测方程进行求解，得到机载
GNSS
天线相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心在惯导地平系坐标，包括：构建双差观测方程，并对所述双差观测方程进行线性化处理，得到线性后的双差观测方程为：其中，
v
为残差，
X、N
为待估参数，分别表示非模糊度参数和模糊度参数；上标
n
和
m
分别表示非模糊度参数的维数和模糊度参数的维数；
A、B
分别表示为双差观测方程设计矩阵中非模糊度参数
X
和模糊度参数
N
的对应子矩阵；
l
＝
L
‑
F(X0,N0)
；
L
为双差观测量；根据机载和船载
GNSS
设备同时观测的一组原始测量数据采用混合整数最小二乘法对线性化后的双差观测方程进行求解，得到机载
GNSS
天线相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心在惯导地平系坐标
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述机载
GNSS
相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的相对定位结果
、
信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在机体坐标系下坐标
、
无人机姿态
、
船载
GNSS
天线相位中心相对
USB
三轴中心在惯导甲板系坐标以及测量船的姿态及变形数据，得到无人机信标天线相对
USB
天线三轴中心惯导地平坐标系坐标，包括：
根据所述机载
GNSS
相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的相对定位结果进行坐标转换，得到机载
GNSS
相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的惯导地平系坐标；根据信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在机体坐标系下坐标和无人机姿态，得到信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在惯导地平系坐标；根据船载
GNSS
天线相位中心相对
USB
三轴中心在惯导甲板系坐标以及测量船的姿态及变形数据，得到船载
GNSS
天线相位中心相对
USB
三轴中心在惯导地平系坐标
。
将所述机载
GNSS
天线相位中心相对船载
GNSS
天线相位中心的惯导地平系坐标
、
所述信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在惯导地平系坐标以及所述船载
GNSS
天线相位中心相对
USB
三轴中心在惯导地平系坐标相加，得到无人机信标天线相对
USB
天线三轴中心惯导地平坐标系坐标
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在机体坐标系下坐标和无人机姿态，得到信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在惯导地平系坐标，包括：根据信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在机体坐标系下坐标和无人机姿态，得到信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在惯导地平系坐标为：
x2＝
B(c2)x
30
其中，
x2为信标天线相对机载
GNSS
天线相位中心在惯导地平系坐标，
B(c2)
为无人机机体坐标到惯导地平系下的转换矩阵，
x
30
为无人机信标天线相对于机载
GNSS
天线相位中心位置的机体坐标系坐标
。6.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据船载
GNSS
天线相位中心相对
USB
三轴中心在惯导甲板系坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾新锋，刘童岭，徐荣，田英国，许国伟，刘洋，
申请(专利权)人：中国卫星海上测控部，
类型：发明
国别省市：