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【摘要】本文通過對國內自主研發的定位定向測姿導航產品的介紹，和實地與APPLANIX公司的POS系統進行航空測繪試驗對比，進一步說明定位定向測姿導航產品在航空測繪領域的應用意義。
1 引言
航空測繪是在航攝飛機上安裝航空攝影機，從空中對測區地面作有計劃的攝影，以取得適合航測制圖要求的航攝資料，并根據航攝資料進行相應的地形測量和其它技術分析。航空測繪主要由航空飛行器、航空攝影機、穩定平臺、控制計算機等組成。要獲得高質量的航攝資料，需要構成機載穩定平臺，主要用于攝像機的穩定和偏航角的修正，穩定平臺可以使攝影機保持水平穩定并修正偏航角，控制計算機能根據飛機的位置、地速、高度、航向、姿態角以及設定的航攝比例尺等數據，自動計算并控制相機的光間隔和穩定平臺的偏航角修正。
北京星網宇達科技開發有限公司自主研發的XW-ADU系列產品，能夠成功的控制穩定平臺，實時輸出位置、速度、航向、姿態信息，還能同時輸出偏流角信息，解決了航空測繪領域的技術難題。
2 產品介紹
北京星網宇達科技開發有限公司，以多年來積累的衛星定位和慣性測量技術為基礎，采用*的GPS載波相位姿態測量理論和模型成果，運用的算法，攻克了整周模糊度快速解算、周跳檢測及修復、GPS/INS組合等技術難點，研制開發了XW-ADU系列姿態方位組合導航系統。
姿態方位組合導航系統的構成：
● GPS導航系統；
● 慣性導航系統；
● 數據解算、融合系統；
● 數據接收顯示系統。
圖1姿態方位組合導航系統的構成示意圖
XW-ADU7600姿態方位組合導航系統具有不依賴外界信息、隱蔽性好、抗干擾性強、全天候工作等優點，是一種能夠提供多種導航參數，*自主的導航系統，能夠計算出運動載體的方位角，并加以慣性測量技術輔助測姿導航，當GPS信號受到干擾后，通過高精度光纖慣性測量單元的保持，在一段時間內，系統仍可輸出高精度的 數據。它解決了慣導產品精度隨時間變化累積較大誤差和衛星定位系統由于運動載體的變化不易捕獲和跟蹤衛星的載波信號，甚至對已跟蹤的信號失鎖兩大技術難題。同時克服了單一器件的不足，充分發揮了GPS精度高、無累積誤差、無漂移、慣性產品動態性能好、抗*力強、不需外部信號源就能自主工作等特點，并且有效克服了偏流角帶來的航向誤差，提高了系統整體的姿態方位測量精度、導航精度及實時跟蹤對準性能。經在海陸空多種環境試驗證明，此產品是兼容多系統、相互補充、相互備份的全天候高可靠性姿態方位測量產品。可為無人機、飛艇、衛星通信車、氣象雷達車、水文調查船、氣象觀測船、水面艦艇、科考船、指揮控制系統、武器瞄準系統等提供高精度高可靠性的航向姿態測量數據。
圖2.XW-ADU7600系統主機
| 系統 精度 | 航向精度 | 0.1°（2m基線） 0.05°（4m基線）0.025° （8m基線） | |||
| 姿態精度 | 橫滾 | 0.1° （靜態） 0.3° （動態） | |||
| 俯仰 | 0.2° （2m基線） 0.1° （4m基線）0.05° （8m基線） | ||||
| 位置精度 | 0.3m CEP DGPS； ＜2m CEP autonomous, no SA | ||||
| 速度精度 | 0.02m/s | ||||
| 數據更新速率 | 100Hz | ||||
| 主要器件性能 | 陀螺 | 量 程 | ±300°/s | ||
| 零 偏 | ＜0.03°/S | ||||
| 零偏穩定性 | 0.0008°/S | ||||
| 零偏重復性 | 0.01°/S | ||||
| 加速度計 | 量 程 | ±10g | |||
| 零 偏 | ＜1mg | ||||
| 零偏穩定性 | 0.03mg | ||||
| 零偏重復性 | 0.03mg | ||||
| GPS | 定位精度 | 2m | |||
| 速度精度 | 0.02m/s | ||||
| 授時精度 | 50ns | ||||
| 接口 特性 | 接口方式 | RS-232 | |||
| 波特率 | 115200 | ||||
| 物理 指標 | 供電電壓 | 12VDC（或24VDC可選） | |||
| 工作溫度 | -40℃～+85℃ | ||||
| 物理尺寸 | 144*121*79mm | ||||
| 重量 | ≤1.7Kg | ||||
表1 XW-ADU7600的系統指標
3 航空測繪試驗
將XW-ADU7600姿態方位組合導航系統與世界上的加拿大APPLANIX公司的POS系統NAV510（內部采用法國SAGEM公司的慣性測量單元）裝載于運五飛機在八達嶺機場一同進行了航空測繪對比試驗，現將試驗情況做一下說明。
圖3 姿態方位組合導航系統安裝示意圖
圖4飛機航跡示意圖
★安裝
由于運五飛機機體安裝位置較特殊，致使前后GPS接收天線的連線方向與機體中軸線產生了一定角度的夾角，將前天線安裝于機頭前進方向，后天線安裝于機尾方向后，經我方技術人員的測量計算，該夾角約3.2度，所以在機艙內安裝XW-ADU7600主機時，其Y軸指向方向也對應的偏3.2度，安裝圖附下。
圖5：XW-ADU7600天線的安裝 圖6：XW-ADU7600和POS的安裝
圖7：工作人員進行設備調試 圖8：XW-ADU7600和POS的安裝
★調試
飛機起飛前開啟XW-ADU7600系統，對其進行定位定向初始化，待定向后，飛機開始起飛。在起飛到升空過程中，XW-ADU7600一直處于定位定向測姿的良好狀態，數據曲線示意圖附下。
圖9：XW-ADU7600數據曲線圖
★試驗數據
飛行過程中，XW-ADU7600姿態方位組合導航系統的運行情況良好，當飛機轉彎時偶爾會出現GPS接收質量下降的情況，此時由慣性測量單元進行保持，系統可仍然輸出非常高的精度。此次航測試驗過程中，飛行尾段POS系統NAV510出現故障，停止數據采集，然后對兩套系統數據的曲線進行分析對比，示意圖如下（紅色為XW-ADU7600姿態方位組合導航系統數據分析曲線，藍色為POS系統NAV510數據分析曲線）:
圖10：XW-ADU7600與POS NAV510航向角比對圖
圖11：XW-ADU7600與POS NAV510橫滾角比對圖
圖12：XW-ADU7600與POS NAV510俯仰角比對圖
通過以上實驗數據可見：北京星網宇達科技開發有限公司自主研發的XW-ADU7600姿態方位組合導航系統*了國內航空測繪領域的一個空白，產品的穩定性和可靠性有一定的保障，目前，XW-ADU系列產品已大量定型應用于軍、民項目，如：“雪龍號”南極科考船、某型號大型無人機、航天某研究所動中通以及某研究所的空中雷達系統等，在多個領域有著廣闊的應用空間，*可以代替國外同類產品，并大大降低了質量成本。
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