基于無人機光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)修理研究

趙劍 趙洪甲

摘 要：光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)是一種新型的慣性系統(tǒng)，由于其省去機電式實體工作臺，補償后采用“數(shù)學(xué)平臺”實時解算出相關(guān)信息，其成本、重量和體積都比平臺式慣性系統(tǒng)大降低，而可靠性大為提高。在維護使用上也帶來了很多方便。國外無人機快速發(fā)展，光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)已被廣泛使用。國外無人機已到達階段性檢查期，本文對其修理階段工作進行研究，形成裝備修理保障能力。

關(guān)鍵詞：無人機;光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng);測量方法;校準

引言

光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)是某型無人機飛行傳感器系統(tǒng)的重要組成部分，為無人機無人機管理計算機提供快速內(nèi)回路控制信號，接收起降引導(dǎo)接收機和無人機管理計算機的輔助信息，經(jīng)解算向無人機管理計算機輸出完成的無人機三軸角速率、三軸過載、姿態(tài)航向、位置和速度等信息，為無人機管理計算機提供回場控制。光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)由航姿部件、GPS天線和安裝托架組成，安裝托架是光纖航姿與無人機之間的機械接口，光纖捷聯(lián)航姿通過安裝托架固定在無人機上，采用快卸方式，便于維護和更換。同時對于安裝托架的安裝誤差要求比較高，與無人機水平軸的夾角不大于0.1°，與無人機航向軸的夾角不大于0.2°。如何做到安裝誤差越小，研究簡單有效的測量方法就成為擺在工程技術(shù)面前的一項緊急迫切的任務(wù)，現(xiàn)經(jīng)過實驗和工作實踐，對此做出分析。

1 工作原理

光纖航姿系統(tǒng)的基本原理是根據(jù)牛頓定律，利用陀螺儀、加速度計等慣性元件感受載體在運動過程中的加速度，通過計算機進行積分運算，從而得到載體的姿態(tài)、速度、位置等導(dǎo)航參數(shù)，工作原理見圖1。光纖航姿純慣性位置和速度誤差隨航行時間而增長，滿足不了無人機長航時導(dǎo)航精度要求，需要定期加以修正。光纖航姿采用二階阻尼算法，對起降引導(dǎo)接收機發(fā)送的衛(wèi)星定位信息與自解算的純慣性導(dǎo)航信息進行組合。

2 安裝

航姿部件安裝在無人機中軸線附近，通過3個直徑5.5mm通孔安裝支架與載體進行固定安裝，注意航姿部件與對應(yīng)掛點基準對齊。航姿部件與無人機軸線之間的安裝誤差必須在下列公差范圍內(nèi)：俯仰和橫滾：0.1°，航向：0.2°。將航姿部件沿安裝支架組件導(dǎo)軌推入到定位銷并用銷緊螺栓緊固。安裝支架組件外形圖見圖2。

3 安裝校準

航姿托架與光纖捷聯(lián)航姿機箱的接觸面與無人機水平面的夾角不大于0.1°。具體方法如下：無人機調(diào)至水平狀態(tài)，將成品托架置于系統(tǒng)地板上，緊固3個安裝釘，通過水平儀測量成品托架上表面定位面的水平精度，如不滿足要求，需將托架拆卸，調(diào)整成品托架同機體連接處墊片厚度達到精度要求，加墊后安裝螺釘可適當(dāng)加長。

航姿托架與光纖捷聯(lián)航姿機箱的接觸面與無人機航向的夾角不大于0.2°。以光纖捷聯(lián)航姿托架后安裝孔為圓心，調(diào)節(jié)航姿托架前部兩個腰型孔，實現(xiàn)航向調(diào)節(jié)。

4 機載試驗

4.1? 組合導(dǎo)航功能及模式切換

檢查光纖航姿組合導(dǎo)航功能及模式切換，試驗步驟：將飛機管理計算機、光纖航姿上電;使用數(shù)據(jù)鏈仿真程序指令區(qū)發(fā)送遙控開關(guān)碼光纖航姿對準指令，光纖航姿對準后，檢查光纖航姿與內(nèi)嵌的GPS組合;斷開航姿與GPS天線的連接，檢查光纖航姿與飛機管理計算機轉(zhuǎn)發(fā)GPS組合。確認光纖航姿與內(nèi)嵌GPS和飛機管理計算機轉(zhuǎn)發(fā)的信息組合導(dǎo)航功能及模式切換正確，進行下一步試驗。

4.2? 光纖航姿信號極性檢查

檢查光纖航姿各傳感器信號以及姿態(tài)的極性。試驗可通過將光纖航姿從安裝托架上拆下后（保持電纜連接）手動晃動。若飛機不能收到衛(wèi)星信號，則需將飛機推出機庫外進行。試驗步驟：飛機管理計算機、光纖航姿上電;確認光纖航姿標示航向與無人機順航向一致;發(fā)對準指令使光纖航姿對準;光纖航姿對準后，依據(jù)光纖航姿機箱上的航向標記，用手晃動光纖航姿，檢查俯仰、橫滾和航向極性：

俯仰方向?qū)o人機抬頭方向旋轉(zhuǎn)，然后恢復(fù)初始位置（俯仰角極性為正，軸向過載先為正后為負，俯仰速率在俯仰角增大時為正，減小時為負）;

滾轉(zhuǎn)方向?qū)o人機向右滾轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，然后恢復(fù)初始位置（滾轉(zhuǎn)角極性為正，側(cè)向過載先為負后為正，滾轉(zhuǎn)速率在滾轉(zhuǎn)角增大時為正，減小時為負）;

偏航方向?qū)o人機向右偏航方向旋轉(zhuǎn)，然后恢復(fù)初始位置（偏航角極性為正，法向過載一直為正，偏航速率在偏航角增大時為正，減小時為負）。

確認光纖航姿信號極性符合要求后，進行下一步試驗。

4.3? 差分功能測試

檢查光纖航姿內(nèi)嵌的GPS板的差分功能是否滿足工作要求，飛機與起降引導(dǎo)差分站之間滿足通視要求。試驗步驟：飛機管理計算機、光纖航姿上電;起降引導(dǎo)差分站上電并工作正常;檢查GPS板定位狀態(tài)是否為RTK狀態(tài);關(guān)閉差分引導(dǎo)站5分鐘左右再開啟，檢查GPS板的定位狀態(tài)切換是否滿足要求。

確認光纖航姿內(nèi)嵌的GPS板能正確建立差分及定位狀態(tài)切換滿足要求，試驗結(jié)束。

5結(jié)束語

國外的光纖航姿及其應(yīng)用技術(shù)發(fā)展很快，光纖航姿的研究已經(jīng)取得重大成果，低、中等級精度的光纖捷聯(lián)已經(jīng)產(chǎn)品化，在軍用和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，高精度的光纖航姿的研究開發(fā)也已經(jīng)取得突破性進展，國外無人機采用高精度光纖捷聯(lián)作為輔助，作戰(zhàn)和偵察能力效果提升顯著，外貿(mào)無人機技術(shù)狀態(tài)更為復(fù)雜，各系統(tǒng)變化較大。對無人機修理能力和素質(zhì)提出了更高的要求。為此，作者在文中借助對光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)原理、試驗的研究，提出了針對外貿(mào)型無人機的修理能力的建設(shè)，為無人機的修理帶來促進作用。

參考文獻：

[1]王?。骸痘跀?shù)字化測量的飛機架型裝配技術(shù)研究》，航空制造技術(shù)2014年21期。

[2]楊建潮，尹京：《測量誤差與測量不確定度關(guān)系淺析》，工業(yè)計量，2002年版。

[3]孫德芬，耿維明.測量誤差及其分類，上海計量測試，2002年版。

作者簡介：

趙劍，工程師，從事航空裝備修理。

（石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司，河北 石家莊 050208）