在航天試驗任務中,測控系統完成對航天器的跟蹤測量并實施控制,測控系統獲取的數據是分析與鑒定制導系統精度的關鍵,同時還是安全控制、監控顯示等任務的重要信息源。然而測控系統中各測控設備由于電氣、制造工藝、器件老化等原因會給其測量引入誤差,從而影響到測控系統的精度和可靠性。
新研或改造的測控設備在正式投入使用前,必須對其進行性能檢驗和精度鑒定,以評估其性能指標是否滿足要求,是否具備完成任務的能力。這時候,無人機校飛的重要性就凸現出來了。
無人機校飛對航天試驗的必要性及優勢
多年的實踐表明,對測控設備進行精度鑒定是非常必要的工作,而校飛是對測控設備進行精度鑒定的重要手段,是動態條件下考核測控設備關鍵技術指標、確保測控設備技術狀態的有效途徑,它貫穿于測控設備的整個生命周期,是航天試驗任務中不可缺少的重要環節,也是測控系統建設的一項重要工作。
利用無人機進行測控設備的精度鑒定主要有以下幾個方面的優點:
1) 可以直接將無人機配備至部隊,降低校飛任務的協調難度和周期;
2) 無人機在設備現場,不需要進行機載GPS數據的傳遞,降低了數據中轉帶來的困難和現場數據處理的時間,也便于機載數據分析;
3) 無人機操作簡便,受制約條件少,設備維護方便,實施流程簡單,根據校飛需要,一天內可以多架次起落,試驗周期短;
4) 航路設計靈活、可以現場完成航路設計,根據任務鑒定的需要可以進行各種機動飛行有助于完成對設備的各種性能考核。
5) 根據需要可以進行多架飛機同空域隊列飛行,有助于完成對設備多目標跟蹤性能和精度的檢驗。
無人機校飛過程
無人機校飛系統主要由無人機平臺、任務載荷、無人機測控站、GPS差分基準站、無人機發射設備和保障設備等組成。
任務開始前,地面測控站根據任務需求進行航跡規劃;
無人機起飛后,地面測控站控制無人機飛行,實時顯示無人機下傳的飛行航跡信息;任務載荷GPS測量設備接收衛星信號,同時將GPS測量數據下傳至無人機地面測控站,任務載荷合作目標發射測量信號,并將工作狀態參數經機載數據鏈下傳至地面測控站載;
校飛任務執行過程中,無人機地面測控站就近接入試驗信息網,受校飛任務指揮控制中心的統一指揮調度。無人機地面測控站通過網絡實時傳輸地面站工作狀態信息、無人機狀態信息和機載GPS測量數據至指揮控制中心,供任務中心航跡顯示、數據處理和指揮決策使用;差分基準站接收GPS衛星信號并實時記錄GPS原始測量數據,在差分基準站具備與無人機地面測控站網絡通信的條件下,傳輸地面GPS原始測量數據至無人機地面測控站,供事后GPS數據處理使用;
任務結束時,無人機地面測控站使用飛行控制軟件向無人機發送開傘控制指令,無人機響應指令后進行無人機回收;
任務結束后,收集機載GPS原始測量數據和地面差分基準站GPS原始測量數據,在地面測控站進行數據處理,提供精度鑒定比對標準數據,以實現對測控設備的精度分析和評定。
校飛難點及解決辦法
目前無人機飛控系統主要靠機載GPS提供導航數據為無人機導航,而機載GPS大部分為導航接收機,精度較差,容易受電磁干擾。為了改善和提高無人機飛控系統的安全性及可靠性,充分利用系統資源,在系統設計中將任務載荷中的高精度GPS數據引入飛行控制系統。
無人機起飛后電源系統處于不可控狀態,無法對載荷設備實現斷電,不利于系統開展相關試驗,同時一旦無人機出現故障,無法保障載荷設備的供電安全。因此為保證機載電源安全可靠供電,為機載供電系統增加控制開關,由遙控指令控制任務載荷電源的開關。 機載電源經整流變換輸出28V直流電,通過地面遙控操縱發出任務電源開關的遙控指令,飛控器接收遙控指令后控制開關給任務設備供電與斷電。這樣可實現在執行任務過程中,根據需要隨時對機上任務設備進行統一或單獨供斷電,大大增強了校飛系統的用電安全。(來源:UAS)
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