XW-ADU7600姿态方位组合导航系统航空测绘试验

时间：2009/3/13阅读：3008

【摘要】本文通过对国内自主研发的定位定向测姿导航产品的介绍，和实地与APPLANIX公司的POS系统进行航空测绘试验对比，进一步说明定位定向测姿导航产品在航空测绘领域的应用意义。

1 引言

航空测绘是在航摄飞机上安装航空摄影机，从空中对测区地面作有计划的摄影，以取得适合航测制图要求的航摄资料，并根据航摄资料进行相应的地形测量和其它技术分析。航空测绘主要由航空飞行器、航空摄影机、稳定平台、控制计算机等组成。要获得高质量的航摄资料，需要构成机载稳定平台，主要用于摄像机的稳定和偏航角的修正，稳定平台可以使摄影机保持水平稳定并修正偏航角，控制计算机能根据飞机的位置、地速、高度、航向、姿态角以及设定的航摄比例尺等数据，自动计算并控制相机的光间隔和稳定平台的偏航角修正。

北京星网宇达科技开发有限公司自主研发的XW-ADU系列产品，能够成功的控制稳定平台，实时输出位置、速度、航向、姿态信息，还能同时输出偏流角信息，解决了航空测绘领域的技术难题。

2 产品介绍

北京星网宇达科技开发有限公司，以多年来积累的卫星定位和惯性测量技术为基础，采用*的GPS载波相位姿态测量理论和模型成果，运用的算法，攻克了整周模糊度快速解算、周跳检测及修复、GPS/INS组合等技术难点，研制开发了XW-ADU系列姿态方位组合导航系统。

姿态方位组合导航系统的构成：

● GPS导航系统；

● 惯性导航系统；

● 数据解算、融合系统；

● 数据接收显示系统。

图1姿态方位组合导航系统的构成示意图

XW-ADU7600姿态方位组合导航系统具有不依赖外界信息、隐蔽性好、抗干扰性强、全天候工作等优点，是一种能够提供多种导航参数，*自主的导航系统，能够计算出运动载体的方位角，并加以惯性测量技术辅助测姿导航，当GPS信号受到干扰后，通过高精度光纤惯性测量单元的保持，在一段时间内，系统仍可输出高精度的数据。它解决了惯导产品精度随时间变化累积较大误差和卫星定位系统由于运动载体的变化不易捕获和跟踪卫星的载波信号，甚至对已跟踪的信号失锁两大技术难题。同时克服了单一器件的不足，充分发挥了GPS精度高、无累积误差、无漂移、惯性产品动态性能好、抗*力强、不需外部信号源就能自主工作等特点，并且有效克服了偏流角带来的航向误差，提高了系统整体的姿态方位测量精度、导航精度及实时跟踪对准性能。经在海陆空多种环境试验证明，此产品是兼容多系统、相互补充、相互备份的全天候高可靠性姿态方位测量产品。可为无人机、飞艇、卫星通信车、气象雷达车、水文调查船、气象观测船、水面舰艇、科考船、指挥控制系统、武器瞄准系统等提供高精度高可靠性的航向姿态测量数据。

图2.XW-ADU7600系统主机

系统精度	航向精度				0.1°（2m基线） 0.05°（4m基线）0.025° （8m基线）
	姿态精度			横滚	0.1° （静态） 0.3° （动态）
				俯仰	0.2° （2m基线） 0.1° （4m基线）0.05° （8m基线）
	位置精度				0.3m CEP DGPS；＜2m CEP autonomous, no SA
	速度精度				0.02m/s
	数据更新速率				100Hz
主要器件性能	陀螺	量程			±300°/s
		零偏			＜0.03°/S
		零偏稳定性			0.0008°/S
		零偏重复性			0.01°/S
	加速度计	量程			±10g
		零偏			＜1mg
		零偏稳定性			0.03mg
		零偏重复性			0.03mg
	GPS		定位精度		2m
			速度精度		0.02m/s
			授时精度		50ns
接口特性	接口方式				RS-232
	波特率				115200
物理指标	供电电压				12VDC（或24VDC可选）
	工作温度				-40℃～+85℃
	物理尺寸				14412179mm
	重量				≤1.7Kg

表1 XW-ADU7600的系统指标

3 航空测绘试验

将XW-ADU7600姿态方位组合导航系统与世界上的加拿大APPLANIX公司的POS系统NAV510（内部采用法国SAGEM公司的惯性测量单元）装载于运五飞机在八达岭机场一同进行了航空测绘对比试验，现将试验情况做一下说明。

图3 姿态方位组合导航系统安装示意图

图4飞机航迹示意图

★安装

由于运五飞机机体安装位置较特殊，致使前后GPS接收天线的连线方向与机体中轴线产生了一定角度的夹角，将前天线安装于机头前进方向，后天线安装于机尾方向后，经我方技术人员的测量计算，该夹角约3.2度，所以在机舱内安装XW-ADU7600主机时，其Y轴指向方向也对应的偏3.2度，安装图附下。

图5：XW-ADU7600天线的安装图6：XW-ADU7600和POS的安装

图7：工作人员进行设备调试图8：XW-ADU7600和POS的安装

★调试

飞机起飞前开启XW-ADU7600系统，对其进行定位定向初始化，待定向后，飞机开始起飞。在起飞到升空过程中，XW-ADU7600一直处于定位定向测姿的良好状态，数据曲线示意图附下。

图9：XW-ADU7600数据曲线图

★试验数据

飞行过程中，XW-ADU7600姿态方位组合导航系统的运行情况良好，当飞机转弯时偶尔会出现GPS接收质量下降的情况，此时由惯性测量单元进行保持，系统可仍然输出非常高的精度。此次航测试验过程中，飞行尾段POS系统NAV510出现故障，停止数据采集，然后对两套系统数据的曲线进行分析对比，示意图如下（红色为XW-ADU7600姿态方位组合导航系统数据分析曲线，蓝色为POS系统NAV510数据分析曲线）:

图10：XW-ADU7600与POS NAV510航向角比对图

图11：XW-ADU7600与POS NAV510横滚角比对图

图12：XW-ADU7600与POS NAV510俯仰角比对图

通过以上实验数据可见：北京星网宇达科技开发有限公司自主研发的XW-ADU7600姿态方位组合导航系统*了国内航空测绘领域的一个空白，产品的稳定性和可靠性有一定的保障，目前，XW-ADU系列产品已大量定型应用于军、民项目，如：“雪龙号”南极科考船、某型号大型无人机、航天某研究所动中通以及某研究所的空中雷达系统等，在多个领域有着广阔的应用空间，*可以代替国外同类产品，并大大降低了质量成本。

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