基于無人機光纖捷聯航姿系統修理研究

趙劍 趙洪甲

摘 要：光纖捷聯航姿系統是一種新型的慣性系統，由于其省去機電式實體工作臺，補償后采用“數學平臺”實時解算出相關信息，其成本、重量和體積都比平臺式慣性系統大降低，而可靠性大為提高。在維護使用上也帶來了很多方便。國外無人機快速發展，光纖捷聯航姿系統已被廣泛使用。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。

關鍵詞：無人機;光纖捷聯航姿系統;測量方法;校準

引言

光纖捷聯航姿系統是某型無人機飛行傳感器系統的重要組成部分，為無人機無人機管理計算機提供快速內回路控制信號，接收起降引導接收機和無人機管理計算機的輔助信息，經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。光纖捷聯航姿系統由航姿部件、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面前的一項緊急迫切的任務，現經過實驗和工作實踐，對此做出分析。

1 工作原理

光纖航姿系統的基本原理是根據牛頓定律，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、速度、位置等導航參數，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，對起降引導接收機發送的衛星定位信息與自解算的純慣性導航信息進行組合。

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：俯仰和橫滾：0.1°，航向：0.2°。將航姿部件沿安裝支架組件導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：無人機調至水平狀態，將成品托架置于系統地板上，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加長。

航姿托架與光纖捷聯航姿機箱的接觸面與無人機航向的夾角不大于0.2°。以光纖捷聯航姿托架后安裝孔為圓心，調節航姿托架前部兩個腰型孔，實現航向調節。

4 機載試驗

4.1? 組合導航功能及模式切換

檢查光纖航姿組合導航功能及模式切換，試驗步驟：將飛機管理計算機、光纖航姿上電;使用數據鏈仿真程序指令區發送遙控開關碼光纖航姿對準指令，光纖航姿對準后，檢查光纖航姿與內嵌的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發GPS組合。確認光纖航姿與內嵌GPS和飛機管理計算機轉發的信息組合導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;發對準指令使光纖航姿對準;光纖航姿對準后，依據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：

俯仰方向將無人機抬頭方向旋轉，然后恢復初始位置（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）;

滾轉方向將無人機向右滾轉方向旋轉，然后恢復初始位置（滾轉角極性為正，側向過載先為負后為正，滾轉速率在滾轉角增大時為正，減小時為負）;

偏航方向將無人機向右偏航方向旋轉，然后恢復初始位置（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

檢查光纖航姿內嵌的GPS板的差分功能是否滿足工作要求，飛機與起降引導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;起降引導差分站上電并工作正常;檢查GPS板定位狀態是否為RTK狀態;關閉差分引導站5分鐘左右再開啟，檢查GPS板的定位狀態切換是否滿足要求。

確認光纖航姿內嵌的GPS板能正確建立差分及定位狀態切換滿足要求，試驗結束。

5結束語

國外的光纖航姿及其應用技術發展很快，光纖航姿的研究已經取得重大成果，低、中等級精度的光纖捷聯已經產品化，在軍用和民用領域得到廣泛應用，高精度的光纖航姿的研究開發也已經取得突破性進展，國外無人機采用高精度光纖捷聯作為輔助，作戰和偵察能力效果提升顯著，外貿無人機技術狀態更為復雜，各系統變化較大。對無人機修理能力和素質提出了更高的要求。為此，作者在文中借助對光纖捷聯航姿系統原理、試驗的研究，提出了針對外貿型無人機的修理能力的建設，為無人機的修理帶來促進作用。

參考文獻：

[1]王巍：《基于數字化測量的飛機架型裝配技術研究》，航空制造技術2014年21期。

[2]楊建潮，尹京：《測量誤差與測量不確定度關系淺析》，工業計量，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。

（石家莊海山實業發展總公司，河北 石家莊 050208）