飛行員彈射救生座椅軌跡測試系統研究

唐 瑞

（航宇救生裝備有限公司試驗部，湖北襄陽，441003）

飛行員彈射救生座椅軌跡測試系統研究

唐 瑞

（航宇救生裝備有限公司試驗部，湖北襄陽，441003）

火箭橇試驗作為彈射救生座椅性能檢測的重要手段，貫穿于彈射救生產品的設計、研發、產品定型及產品交付的全過程。在試驗中，彈射座椅的軌跡測試數據是評判產品性能的重要指標。本文通過對倒北斗導航系統的原理分析及試驗搭載，將其引入到彈射座椅的火箭橇試驗中，去彌補現有光學軌跡測試手段的不足，從而提高軌跡測試的精度。

火箭橇；倒北斗導航；軌跡測試

1 國內外同類技術發展現狀分析

國內、外大型試驗基地主要使用電影經緯儀或光電經緯儀對運動目標進行軌跡測量，電影經緯儀是指跟蹤測量飛行器飛行軌跡的光學測量儀器，由攝影機與經緯儀相結合，能測量目標的方位角和俯仰角，主要用于飛機、火箭和航天器的軌跡測量和起飛、著陸與飛行實況的影像記錄。除使用光學手段外，衛星導航定位系統是軌跡測量的一種重要手段。衛星導航是采用導航衛星對地面、海洋、空中和空間用戶進行導航定位的技術，其基本原理是根據測量載體與衛星之間的距離來獲取載體的速度和位置等信息。

然而，在高動態條件下，接收機容易出現衛星失鎖等問題，同時載體的翻轉等姿態原因，也會導致衛星導航定位技術的失效。倒衛星導航技術則可以有效的解決這類問題，與衛星導航技術將衛星作為被測目標，載體作為觀測點相反。倒衛星導航系統將載體作為被測目標，利用地面站觀測載體，由載體發射比較短的偽碼調試的時間信號，地面站分別快速測量信號從載體到地面站的傳播時間，由到地面站的不同的時間確定載體的瞬時坐標和時間偏差。相比衛星導航技術，倒衛星導航技術由載體上發射設備簡單，發射信號持續時間短，接收機容易實現快捕，測試精度較高等特點。

在美國霍洛曼試驗基地，已經將高動態的GPS系統廣泛應用于各項航空、航天、武器系統的彈道測試中，大大提高了測試精度，積累了大量的應用經驗。介于美國對這種高動態的GPS芯片的技術封鎖，我國無法獲取到高動態的GPS芯片。基于倒北斗系統的技術應用研究，有助我們突破技術封鎖，采用自主創新的方式挖掘北斗導航應用領域，從而提高火箭橇試驗軌跡測試精度。基于倒北斗的火箭彈射救生座椅軌跡測試技術，就是在充分借鑒國外大型試驗基地的測試經驗，適應當前技術發展趨勢的基礎上提出來的。

2 研究目標、研究內容與主要技術指標

2.1 研究目標

通過本項基于倒北斗測試技術研究，進行座椅的軌跡測試，達到對運動目標的空間三向位移和速度進行測量，并形成包括測試方法、測試布局，數據處理軟件等內容的一套新型軌跡測試技術。

2.2 研究內容

主要包括倒北斗信號發射機設置；地面站時間同步系統設計；地面站三維空間坐標的測量；數學模型的構建和數據處理方法的確定；應用軟件的編寫和調試；通過試驗確定倒北斗技術下軌跡測試精度等內容。

2.3 主要技術指標

通過初步的精度估算，目標點點位絕對精度：平面精度優于0.1m，高度精度優于0.2m。

3 研究方法及實施途徑

3.1 研究方法

3.1.1 倒北斗信號發射機及地面站接收機的原理

倒北斗可以具有非常簡單的發射部件，涉及的技術較為成熟，發射設備部分很容易實現。如圖1所示。

圖1 倒北斗發射機

倒北斗可采用短的偽碼進行擴頻調制，可采用匹配濾波的方法對偽碼進行相關解調和快捕。

圖2 倒北斗地面站原理圖

3.1.2 地面站設置

地面站是座椅軌跡測試的重要設施，至少需要4個地面站接收到發射的信號才能獲取座椅的位置，而地面站的密度可以有效的增加軌跡測試的精度和可靠性，所以需要研究試驗場地面站的最優分布，并確定其精確位置；另外地面站需時間同步，可以同一時鐘為地面站提供時間基準。

3.1.3 數學模型和數據處理方法

與衛星導航類似，倒北斗即可利用低精度的偽距進行定位，也可利用高精度的載波進行定位，為了提高軌跡精度，本項目分別研究基于偽距和載波觀測量的定位處理，需要有效的消除系統誤差。利用偽距進行定位的數學模型如下：

其中x,y,z和τ1是未知參數。

3.1.4 以霍爾器件為檢測目標，對倒北斗軌跡測試法進行精度驗證試驗

在襄北試驗場，可以充分火箭撬通過霍爾器件的時間，與倒北斗的時間系統同步，利用霍爾器件的已知位置對基于倒北斗的軌跡測試精度進行驗證。

4 結束語

基于倒北斗的座椅軌跡測試技術，將大幅度提高現有軌跡測試的精度（目前采用光學相機交匯測量），也可以提高現有軌跡測試系統的冗余性，做到軌跡測試的雙備份。

[1] 武漢測繪科技大學《測量學》編寫組 編著，測量學[M].武漢：測繪出版社，2002.

[2] 武漢大學測繪學院測量平差學科組 編著，誤差理論與測量平差基礎[M].武漢：武漢大學出版社，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