飛行員彈射救生座椅軌跡測(cè)試系統(tǒng)研究

唐 瑞

（航宇救生裝備有限公司試驗(yàn)部，湖北襄陽(yáng)，441003）

飛行員彈射救生座椅軌跡測(cè)試系統(tǒng)研究

唐 瑞

（航宇救生裝備有限公司試驗(yàn)部，湖北襄陽(yáng)，441003）

火箭橇試驗(yàn)作為彈射救生座椅性能檢測(cè)的重要手段，貫穿于彈射救生產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)、產(chǎn)品定型及產(chǎn)品交付的全過(guò)程。在試驗(yàn)中，彈射座椅的軌跡測(cè)試數(shù)據(jù)是評(píng)判產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)。本文通過(guò)對(duì)倒北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的原理分析及試驗(yàn)搭載，將其引入到彈射座椅的火箭橇試驗(yàn)中，去彌補(bǔ)現(xiàn)有光學(xué)軌跡測(cè)試手段的不足，從而提高軌跡測(cè)試的精度。

火箭橇；倒北斗導(dǎo)航；軌跡測(cè)試

1 國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

國(guó)內(nèi)、外大型試驗(yàn)基地主要使用電影經(jīng)緯儀或光電經(jīng)緯儀對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行軌跡測(cè)量，電影經(jīng)緯儀是指跟蹤測(cè)量飛行器飛行軌跡的光學(xué)測(cè)量?jī)x器，由攝影機(jī)與經(jīng)緯儀相結(jié)合，能測(cè)量目標(biāo)的方位角和俯仰角，主要用于飛機(jī)、火箭和航天器的軌跡測(cè)量和起飛、著陸與飛行實(shí)況的影像記錄。除使用光學(xué)手段外，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是軌跡測(cè)量的一種重要手段。衛(wèi)星導(dǎo)航是采用導(dǎo)航衛(wèi)星對(duì)地面、海洋、空中和空間用戶進(jìn)行導(dǎo)航定位的技術(shù)，其基本原理是根據(jù)測(cè)量載體與衛(wèi)星之間的距離來(lái)獲取載體的速度和位置等信息。

然而，在高動(dòng)態(tài)條件下，接收機(jī)容易出現(xiàn)衛(wèi)星失鎖等問(wèn)題，同時(shí)載體的翻轉(zhuǎn)等姿態(tài)原因，也會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的失效。倒衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)則可以有效的解決這類問(wèn)題，與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)將衛(wèi)星作為被測(cè)目標(biāo)，載體作為觀測(cè)點(diǎn)相反。倒衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將載體作為被測(cè)目標(biāo)，利用地面站觀測(cè)載體，由載體發(fā)射比較短的偽碼調(diào)試的時(shí)間信號(hào)，地面站分別快速測(cè)量信號(hào)從載體到地面站的傳播時(shí)間，由到地面站的不同的時(shí)間確定載體的瞬時(shí)坐標(biāo)和時(shí)間偏差。相比衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，倒衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)由載體上發(fā)射設(shè)備簡(jiǎn)單，發(fā)射信號(hào)持續(xù)時(shí)間短，接收機(jī)容易實(shí)現(xiàn)快捕，測(cè)試精度較高等特點(diǎn)。

在美國(guó)霍洛曼試驗(yàn)基地，已經(jīng)將高動(dòng)態(tài)的GPS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)航空、航天、武器系統(tǒng)的彈道測(cè)試中，大大提高了測(cè)試精度，積累了大量的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。介于美國(guó)對(duì)這種高動(dòng)態(tài)的GPS芯片的技術(shù)封鎖，我國(guó)無(wú)法獲取到高動(dòng)態(tài)的GPS芯片?；诘贡倍废到y(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用研究，有助我們突破技術(shù)封鎖，采用自主創(chuàng)新的方式挖掘北斗導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域，從而提高火箭橇試驗(yàn)軌跡測(cè)試精度?；诘贡倍返幕鸺龔椛渚壬诬壽E測(cè)試技術(shù)，就是在充分借鑒國(guó)外大型試驗(yàn)基地的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。

2 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容與主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 研究目標(biāo)

通過(guò)本項(xiàng)基于倒北斗測(cè)試技術(shù)研究，進(jìn)行座椅的軌跡測(cè)試，達(dá)到對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的空間三向位移和速度進(jìn)行測(cè)量，并形成包括測(cè)試方法、測(cè)試布局，數(shù)據(jù)處理軟件等內(nèi)容的一套新型軌跡測(cè)試技術(shù)。

2.2 研究?jī)?nèi)容

主要包括倒北斗信號(hào)發(fā)射機(jī)設(shè)置；地面站時(shí)間同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)；地面站三維空間坐標(biāo)的測(cè)量；數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和數(shù)據(jù)處理方法的確定；應(yīng)用軟件的編寫(xiě)和調(diào)試；通過(guò)試驗(yàn)確定倒北斗技術(shù)下軌跡測(cè)試精度等內(nèi)容。

2.3 主要技術(shù)指標(biāo)

通過(guò)初步的精度估算，目標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)位絕對(duì)精度：平面精度優(yōu)于0.1m，高度精度優(yōu)于0.2m。

3 研究方法及實(shí)施途徑

3.1 研究方法

3.1.1 倒北斗信號(hào)發(fā)射機(jī)及地面站接收機(jī)的原理

倒北斗可以具有非常簡(jiǎn)單的發(fā)射部件，涉及的技術(shù)較為成熟，發(fā)射設(shè)備部分很容易實(shí)現(xiàn)。如圖1所示。

圖1 倒北斗發(fā)射機(jī)

倒北斗可采用短的偽碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，可采用匹配濾波的方法對(duì)偽碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)和快捕。

圖2 倒北斗地面站原理圖

3.1.2 地面站設(shè)置

地面站是座椅軌跡測(cè)試的重要設(shè)施，至少需要4個(gè)地面站接收到發(fā)射的信號(hào)才能獲取座椅的位置，而地面站的密度可以有效的增加軌跡測(cè)試的精度和可靠性，所以需要研究試驗(yàn)場(chǎng)地面站的最優(yōu)分布，并確定其精確位置；另外地面站需時(shí)間同步，可以同一時(shí)鐘為地面站提供時(shí)間基準(zhǔn)。

3.1.3 數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)處理方法

與衛(wèi)星導(dǎo)航類似，倒北斗即可利用低精度的偽距進(jìn)行定位，也可利用高精度的載波進(jìn)行定位，為了提高軌跡精度，本項(xiàng)目分別研究基于偽距和載波觀測(cè)量的定位處理，需要有效的消除系統(tǒng)誤差。利用偽距進(jìn)行定位的數(shù)學(xué)模型如下：

其中x,y,z和τ1是未知參數(shù)。

3.1.4 以霍爾器件為檢測(cè)目標(biāo)，對(duì)倒北斗軌跡測(cè)試法進(jìn)行精度驗(yàn)證試驗(yàn)

在襄北試驗(yàn)場(chǎng)，可以充分火箭撬通過(guò)霍爾器件的時(shí)間，與倒北斗的時(shí)間系統(tǒng)同步，利用霍爾器件的已知位置對(duì)基于倒北斗的軌跡測(cè)試精度進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于倒北斗的座椅軌跡測(cè)試技術(shù)，將大幅度提高現(xiàn)有軌跡測(cè)試的精度（目前采用光學(xué)相機(jī)交匯測(cè)量），也可以提高現(xiàn)有軌跡測(cè)試系統(tǒng)的冗余性，做到軌跡測(cè)試的雙備份。

[1] 武漢測(cè)繪科技大學(xué)《測(cè)量學(xué)》編寫(xiě)組 編著，測(cè)量學(xué)[M].武漢：測(cè)繪出版社，2002.

[2] 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院測(cè)量平差學(xué)科組 編著，誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

Research on trajectory test system of pilot’s ejection lifesaving seat

Tang Rui
(AVIC AEROSPACE LIFE-SUPPORT INDUSTRIES,LTD,Xiangyang Hubei,441003)

The rocket sled test is an important method for the performance test of the ejection lifesaving seat, which runs through the whole process of design, research and development, product configuration and product delivery. In the experiment, the trajectory data of ejection seat is an important index to judge the performance of the product. This paper through the principle analysis and test on the back is equipped with the Beidou navigation system, introduced to the rocket sled test ejection seat, to make up for the deficiency of existing optical track testing method, so as to improve the precision of trajectory test.

rocket sled;inverted Beidou navigation;trajectory test