[发明专利]一种大空域高动态导航制导与控制一体化系统及方法

说明书

本发明涉及一种大空域高动态导航制导与控制一体化系统及方法，系统包括光纤惯性测量单元、多模GNSS卫星接收机、双核嵌入式飞控计算机、抗高过载微型黑匣子、合路器、双路卫星天线、二次电源转换模块、基座、壳体；导航制导与控制程序运行于双核嵌入式飞控计算机上，导航程序采用鲁棒卡尔曼滤波算法在线调整卡尔曼最优增益和后验估计误差协方差，制导与控制程序采用方案攻角在线规划及自适应控制参数设计方法。本发明具有成本低、集成度高、体积小、抗高过载、简单经济可靠等优点。

技术领域

本发明属于导航制导与控制技术领域，具体涉及一种大空域高动态导航制导与控制一体化系统及方法。

背景技术

随着世界各国运载火箭高强度、高密度发射的常态化，越来越成熟的发射技术促使人们向着低发射成本的方向探索，运载火箭回收重复利用是降低发射费用的有效途径之一；同时在传统运载火箭发射时，通常需要确定火箭残骸落区范围，选择人烟稀少的一上千平方公里地区，以进行人员疏散，方便残骸搜寻并减小残骸引发次生事故等，而随着经济快速发展，使得运载火箭子级实现指哪落哪的精确落区控制技术至关重要。

传统的导航与制导控制系统通常将各子系统独立安装，采用分布式结构，造成系统整体集成度低、体积较大、各个子系统间信号在传输过程中极易受到电磁干扰，且缺少对系统整体的抗冲击性能考量，从而影响了系统的整体能效。

现有的公开专利如“飞控与导航一体机”等，实现了导航和控制模块的部分集成，但通常用于无人机或导弹领域，并且在电气接口、算法、飞行动态特性、干扰环境、发射特性、系统功能等方面与本发明不一致，不具有对比性，无法用于运载火箭子级垂直回收与落区精确控制任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大空域高动态导航制导一体化系统及方法，实现大空域高动态飞行状态下运载火箭的垂直回收和子级残骸落区的精确控制技术。

实现本发明的技术解决方案为：一种大空域高动态导航制导与控制一体化系统，包括光纤惯性测量单元、多模GNSS卫星接收机、双核嵌入式飞控计算机、抗高过载微型黑匣子、合路器、双路卫星天线、二次电源转换模块、基座和壳体；

所述光纤惯性测量单元、多模GNSS卫星接收机、双核嵌入式飞控计算机、抗高过载微型黑匣子、合路器、抗高温双路卫星天线、二次电源转换模块安装在基座上，基座外部覆盖有壳体；

所述光纤惯性测量单元通过RS422串口与双核嵌入式飞控计算机相连；多模GNSS卫星接收机通过RS232串口与双核嵌入式飞控计算机相连；双路卫星天线通过两路射频RF口与合路器相连，合路器将两路卫星导航信号耦合后，通过另一端的射频RF口与多模GNSS卫星接收机相连；双核嵌入式飞控计算机上对外留有四路RS422串口，运行导航制导与控制程序，通过一路RS422串口与外部箭载舵机系统相连，控制舵面进行偏转，通过一路RS422串口发送待监控信息到外部遥测系统和地面监控系统，最后一路RS422 串口用于地面半实物仿真；抗高过载微型黑匣子通过三路不同的串口分别与光纤惯性测量单元、多模GNSS卫星接收机和双核嵌入式飞控计算机相连。

进一步的，系统采用外部28V锂电池统一供电。

进一步的，光纤惯性测量单元用于完成对加速度计、光纤陀螺、温度信号的采集，并进行系统误差补偿与温度误差补偿。

进一步的，温度传感器采用一线式温度传感器，光纤陀螺采用光纤陀螺，加速度计采用石英挠性加速度计；采集电路以每秒2000Hz频率通过RS-422接口分别读取光纤陀螺发送的4字节32位补码数据，将接收到的数据进行解调，获得三轴角速度，并通过异步计数器和模数转换电路实现对石英挠性加速度计输出信号的采集，并经线性校正和补偿，获得视加速度，通过测温元件采集惯性器件温度信号，代入误差补偿模型中，获得补偿后的5ms平均视加速度和平均角速率，通过RS-422通讯接口输出给双核嵌入式飞控计算机。