飞行员弹射救生座椅轨迹测试系统研究

唐 瑞

（航宇救生装备有限公司试验部，湖北襄阳，441003）

飞行员弹射救生座椅轨迹测试系统研究

唐 瑞

（航宇救生装备有限公司试验部，湖北襄阳，441003）

火箭橇试验作为弹射救生座椅性能检测的重要手段，贯穿于弹射救生产品的设计、研发、产品定型及产品交付的全过程。在试验中，弹射座椅的轨迹测试数据是评判产品性能的重要指标。本文通过对倒北斗导航系统的原理分析及试验搭载，将其引入到弹射座椅的火箭橇试验中，去弥补现有光学轨迹测试手段的不足，从而提高轨迹测试的精度。

火箭橇；倒北斗导航；轨迹测试

1 国内外同类技术发展现状分析

国内、外大型试验基地主要使用电影经纬仪或光电经纬仪对运动目标进行轨迹测量，电影经纬仪是指跟踪测量飞行器飞行轨迹的光学测量仪器，由摄影机与经纬仪相结合，能测量目标的方位角和俯仰角，主要用于飞机、火箭和航天器的轨迹测量和起飞、着陆与飞行实况的影像记录。除使用光学手段外，卫星导航定位系统是轨迹测量的一种重要手段。卫星导航是采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术，其基本原理是根据测量载体与卫星之间的距离来获取载体的速度和位置等信息。

然而，在高动态条件下，接收机容易出现卫星失锁等问题，同时载体的翻转等姿态原因，也会导致卫星导航定位技术的失效。倒卫星导航技术则可以有效的解决这类问题，与卫星导航技术将卫星作为被测目标，载体作为观测点相反。倒卫星导航系统将载体作为被测目标，利用地面站观测载体，由载体发射比较短的伪码调试的时间信号，地面站分别快速测量信号从载体到地面站的传播时间，由到地面站的不同的时间确定载体的瞬时坐标和时间偏差。相比卫星导航技术，倒卫星导航技术由载体上发射设备简单，发射信号持续时间短，接收机容易实现快捕，测试精度较高等特点。

在美国霍洛曼试验基地，已经将高动态的GPS系统广泛应用于各项航空、航天、武器系统的弹道测试中，大大提高了测试精度，积累了大量的应用经验。介于美国对这种高动态的GPS芯片的技术封锁，我国无法获取到高动态的GPS芯片。基于倒北斗系统的技术应用研究，有助我们突破技术封锁，采用自主创新的方式挖掘北斗导航应用领域，从而提高火箭橇试验轨迹测试精度。基于倒北斗的火箭弹射救生座椅轨迹测试技术，就是在充分借鉴国外大型试验基地的测试经验，适应当前技术发展趋势的基础上提出来的。

2 研究目标、研究内容与主要技术指标

2.1 研究目标

通过本项基于倒北斗测试技术研究，进行座椅的轨迹测试，达到对运动目标的空间三向位移和速度进行测量，并形成包括测试方法、测试布局，数据处理软件等内容的一套新型轨迹测试技术。

2.2 研究内容

主要包括倒北斗信号发射机设置；地面站时间同步系统设计；地面站三维空间坐标的测量；数学模型的构建和数据处理方法的确定；应用软件的编写和调试；通过试验确定倒北斗技术下轨迹测试精度等内容。

2.3 主要技术指标

通过初步的精度估算，目标点点位绝对精度：平面精度优于0.1m，高度精度优于0.2m。

3 研究方法及实施途径

3.1 研究方法

3.1.1 倒北斗信号发射机及地面站接收机的原理

倒北斗可以具有非常简单的发射部件，涉及的技术较为成熟，发射设备部分很容易实现。如图1所示。

图1 倒北斗发射机

倒北斗可采用短的伪码进行扩频调制，可采用匹配滤波的方法对伪码进行相关解调和快捕。

图2 倒北斗地面站原理图

3.1.2 地面站设置

地面站是座椅轨迹测试的重要设施，至少需要4个地面站接收到发射的信号才能获取座椅的位置，而地面站的密度可以有效的增加轨迹测试的精度和可靠性，所以需要研究试验场地面站的最优分布，并确定其精确位置；另外地面站需时间同步，可以同一时钟为地面站提供时间基准。

3.1.3 数学模型和数据处理方法

与卫星导航类似，倒北斗即可利用低精度的伪距进行定位，也可利用高精度的载波进行定位，为了提高轨迹精度，本项目分别研究基于伪距和载波观测量的定位处理，需要有效的消除系统误差。利用伪距进行定位的数学模型如下：

其中x,y,z和τ1是未知参数。

3.1.4 以霍尔器件为检测目标，对倒北斗轨迹测试法进行精度验证试验

在襄北试验场，可以充分火箭撬通过霍尔器件的时间，与倒北斗的时间系统同步，利用霍尔器件的已知位置对基于倒北斗的轨迹测试精度进行验证。

4 结束语

基于倒北斗的座椅轨迹测试技术，将大幅度提高现有轨迹测试的精度（目前采用光学相机交汇测量），也可以提高现有轨迹测试系统的冗余性，做到轨迹测试的双备份。

[1] 武汉测绘科技大学《测量学》编写组 编著，测量学[M].武汉：测绘出版社，2002.

[2] 武汉大学测绘学院测量平差学科组 编著，误差理论与测量平差基础[M].武汉：武汉大学出版社，2008.

Research on trajectory test system of pilot’s ejection lifesaving seat

Tang Rui
(AVIC AEROSPACE LIFE-SUPPORT INDUSTRIES,LTD,Xiangyang Hubei,441003)

The rocket sled test is an important method for the performance test of the ejection lifesaving seat, which runs through the whole process of design, research and development, product configuration and product delivery. In the experiment, the trajectory data of ejection seat is an important index to judge the performance of the product. This paper through the principle analysis and test on the back is equipped with the Beidou navigation system, introduced to the rocket sled test ejection seat, to make up for the deficiency of existing optical track testing method, so as to improve the precision of trajectory test.

rocket sled;inverted Beidou navigation;trajectory test