民航陸基近距無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術

康洋

摘 要

導航系統對于保證民航的安全運行以及經濟效益的提升都有著關鍵性的作用，本文據此分析了民用機載綜合導航技術與無線電建模的基本原理，并據此簡析了技術融合的基本結構與算法，僅供相關人士參考。

【關鍵詞】無線電建模 綜合導航 融合技術

1 民航陸基近距機載綜合導航技術

1.1 慣性導航系統定位技術

慣性導航系統是一種能夠對航位進行推算的系統，完全依靠的是自身設備的自主導航系統，不需要外界的信息提供，只要能夠提供足夠的初始條件，系統便能夠根據系統內部的慣性測量元件通過敏感力以及角速度的計算來實現對于飛機的定位，同時也能夠通過對各種導航參數的確定來獲得飛機的角加速度以及線加速度，進而求得速度與位置的詳細信息，具有隱蔽性好、精度高、抗干擾性好以及連續輸出的優點，是整個機載導航的主系統。

捷聯慣導系統是通過對飛機自身的加速度的測量來完成定位導航的，在牛頓第二定律的基礎上，利用慣性的敏感元件對飛機的線加速度以及角速度進行測量與分析，并且經過對時間的積分來獲得飛機的位置、速度以及姿勢的基本信息。

1.2 衛星導航系統定位技術

衛星導航定位系統能夠實現在全球范圍內進行時間與位置的確定，系統內包含了多個衛星星座，并且配備了機載接收機，保證了系統的監視性，并且在必要的時候能夠為定位需要提供必要的性能擴展，進而滿足機載系統的定位要求，這種定位技術具有定位精度高、操作簡便以及抗干擾性較好與易于安裝的特點，是比較先進的定位技術。

衛星導航系統的定位技術通常包括四大步驟，首先是根據接收到的信息對飛機的位置信息進行計算與推定，繼而對飛機的與衛星之間的相對位置或者是角度與速度等因素進行分析與計算，接著對飛機在系統坐標中的數值進行計算，最后將計算的結果輸出、顯示，以供系統的使用者使用。整個過程都離不開軌道衛星、地面控制以及用戶設備這幾大部分設備的組合與協調，也只有這幾方面的協調才能夠保證信息的獲取、傳輸與計算工作具有高度的準確性。

1.3 陸基的無線電導航系統的定位技術

無線電定位技術產生于上世紀的初期，經過多年的發展與研究，當前的陸基定位系統包括了測距儀以及甚高頻的全向信標儀（VOR）等設備，能夠提供飛機當前的位置信息，保證飛機能夠以預定的姿態與速度完成著陸。這種系統主要是通過無線電新海的發射、傳播以及接受來進行數據信息的傳遞與共享，所以其對無線電技術的要求比較高。

VOR是一種相位的測角系統，主要由地面的信標臺以及機載的接收指示這兩部分組成，能夠為飛機提供信標臺的位置坐標，在200n mile的距離之內的測角精度由于1.4度，其基本的測向原理如圖1。

2 陸基無線電導航系統建模分析

2.1 陸基無線電導航系統建模方案設計

利用DME、VOR進行導航定位的過程中，需要建立起相應的導航數據庫模型，并對DME、VOR系統的測距與測角的誤差進行分析與建模，進而賈里奇合理的選臺算法的模型，進而對VOR的定位進行解算。

建模的基本方案設計為根據陸基無線電系統來建立起系統誤差的模型，負責對測角與測距的誤差建模工作，同時也需要根據無線電系統的特點與結構建立起導航的數據庫模型，確定定位系統的臺站建立、選臺的算法以及工作方式的選擇等，最后根據數據模型以及系統的誤差模型來對導航定位進行計算，完成飛機的定位工作。

2.2 VOR、DME的建模分析

VOR的誤差分析與其建模。對VOR的精度造成影響的因素可以劃分為兩大類，分別存在于制造公差、隨機應變環節與獨立變量的計算環節，通常來講在實際的測量工作中大小在一度以內的誤差是允許存在的，因此可以建立起相位誤差在一度以內的白噪聲形式的模型。

DME誤差分析與建模。影響DME 測量精度的因素包括電表在空氣中的傳播速度、電波折射的誤差以及測時工作存在的誤差，其中尤以電波在大氣中傳播造成的影響最大最顯著，所以在模型建立的過程中主要考慮的也是這一因素。

3 無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術及其算法

3.1 民航機載綜合導航系統信息可靠融合的關鍵技術

民用機載組合導航不僅能夠把各種傳感器的信息通過計算機組合在一起，進而實現對于信息的集中控制、管理與顯示，還能夠采用不同的方法來對導航的數據進行優化處理，進而提高導航系統定位的精準性，為民航提供可靠的保障。

在對機載的綜合系統進行融合的過程中，將慣性的導航系統作為了骨干系統，其他的系統設備則作為了輔助的子導航系統，對系統的慣導定位的發散進行控制。

信息融合的過程中主要采用的是故障檢測算法，對融合中的系統數據進行檢測，進而及時的處理融合過程中的故障，將系統中的健康信息進行保留，進而保證系統的可靠性。

3.2 民航機載綜合導航系統信息可靠融合的結構與算法

（1）子濾波器的算法。子濾波器是一種最優的融合設計，這種設計的基礎便是測量模型的統計特性。如果系統具有自己確定的數學模型，并且系統的噪聲以及量測的噪聲均符合了高斯分布的特征，那么此時的卡爾曼濾波算法便能夠提供系統基于融合數據的最優估計的計算結果。

（2）主濾波器的算法。主濾波器的主要功能便是對子濾波器的計算結果進行融合，并且將融合后的計算結果反饋到各個濾波器上，作為下一次處理周期的基礎數值，此過程中的參考系統與其余的子系統之間兩兩形成了局部的濾波器，局部的濾波器負責使用獨立的卡爾曼算法進行獨立的局部最優估計，而主濾波器則負責將各個計算結果融合，實現最優融合的計算。

4 結語

民用航空事業的發展將會促使民用機載的導航向著更高的精度以及更加可靠的方向不斷進步與發展，也促使民航陸基近距無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術不斷的進步著，使得組合導航技術將會在提高機載導航設備對于信息的利用程度方面發揮更重要的作用，進而提高導航定位工作的效率，促進民航事業的發展。

參考文獻

[1]方凌.民航陸基近距無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術[D].南京航空航天大學，2012（01）.

[2]郭少彬.陸基無線電導航系統抗干擾技術研究[D].哈爾濱工程大學，2009（07）.

[3]黃川，鄭寶玉.多無線電協作技術與異構網絡融合[J].中興通訊技術，2008（06）.

[4]黃金明，王立文，田靜.飛行模擬器近程無線電導航系統建模與仿真[J].計算機仿真，2007（02）.

作者單位

民航甘肅空管分局 甘肅省蘭州市 730087endprint

摘 要

導航系統對于保證民航的安全運行以及經濟效益的提升都有著關鍵性的作用，本文據此分析了民用機載綜合導航技術與無線電建模的基本原理，并據此簡析了技術融合的基本結構與算法，僅供相關人士參考。

【關鍵詞】無線電建模 綜合導航 融合技術

1 民航陸基近距機載綜合導航技術

1.1 慣性導航系統定位技術

慣性導航系統是一種能夠對航位進行推算的系統，完全依靠的是自身設備的自主導航系統，不需要外界的信息提供，只要能夠提供足夠的初始條件，系統便能夠根據系統內部的慣性測量元件通過敏感力以及角速度的計算來實現對于飛機的定位，同時也能夠通過對各種導航參數的確定來獲得飛機的角加速度以及線加速度，進而求得速度與位置的詳細信息，具有隱蔽性好、精度高、抗干擾性好以及連續輸出的優點，是整個機載導航的主系統。

捷聯慣導系統是通過對飛機自身的加速度的測量來完成定位導航的，在牛頓第二定律的基礎上，利用慣性的敏感元件對飛機的線加速度以及角速度進行測量與分析，并且經過對時間的積分來獲得飛機的位置、速度以及姿勢的基本信息。

1.2 衛星導航系統定位技術

衛星導航定位系統能夠實現在全球范圍內進行時間與位置的確定，系統內包含了多個衛星星座，并且配備了機載接收機，保證了系統的監視性，并且在必要的時候能夠為定位需要提供必要的性能擴展，進而滿足機載系統的定位要求，這種定位技術具有定位精度高、操作簡便以及抗干擾性較好與易于安裝的特點，是比較先進的定位技術。

衛星導航系統的定位技術通常包括四大步驟，首先是根據接收到的信息對飛機的位置信息進行計算與推定，繼而對飛機的與衛星之間的相對位置或者是角度與速度等因素進行分析與計算，接著對飛機在系統坐標中的數值進行計算，最后將計算的結果輸出、顯示，以供系統的使用者使用。整個過程都離不開軌道衛星、地面控制以及用戶設備這幾大部分設備的組合與協調，也只有這幾方面的協調才能夠保證信息的獲取、傳輸與計算工作具有高度的準確性。

1.3 陸基的無線電導航系統的定位技術

無線電定位技術產生于上世紀的初期，經過多年的發展與研究，當前的陸基定位系統包括了測距儀以及甚高頻的全向信標儀（VOR）等設備，能夠提供飛機當前的位置信息，保證飛機能夠以預定的姿態與速度完成著陸。這種系統主要是通過無線電新海的發射、傳播以及接受來進行數據信息的傳遞與共享，所以其對無線電技術的要求比較高。

VOR是一種相位的測角系統，主要由地面的信標臺以及機載的接收指示這兩部分組成，能夠為飛機提供信標臺的位置坐標，在200n mile的距離之內的測角精度由于1.4度，其基本的測向原理如圖1。

2 陸基無線電導航系統建模分析

2.1 陸基無線電導航系統建模方案設計

利用DME、VOR進行導航定位的過程中，需要建立起相應的導航數據庫模型，并對DME、VOR系統的測距與測角的誤差進行分析與建模，進而賈里奇合理的選臺算法的模型，進而對VOR的定位進行解算。

建模的基本方案設計為根據陸基無線電系統來建立起系統誤差的模型，負責對測角與測距的誤差建模工作，同時也需要根據無線電系統的特點與結構建立起導航的數據庫模型，確定定位系統的臺站建立、選臺的算法以及工作方式的選擇等，最后根據數據模型以及系統的誤差模型來對導航定位進行計算，完成飛機的定位工作。

2.2 VOR、DME的建模分析

VOR的誤差分析與其建模。對VOR的精度造成影響的因素可以劃分為兩大類，分別存在于制造公差、隨機應變環節與獨立變量的計算環節，通常來講在實際的測量工作中大小在一度以內的誤差是允許存在的，因此可以建立起相位誤差在一度以內的白噪聲形式的模型。

DME誤差分析與建模。影響DME 測量精度的因素包括電表在空氣中的傳播速度、電波折射的誤差以及測時工作存在的誤差，其中尤以電波在大氣中傳播造成的影響最大最顯著，所以在模型建立的過程中主要考慮的也是這一因素。

3 無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術及其算法

3.1 民航機載綜合導航系統信息可靠融合的關鍵技術

民用機載組合導航不僅能夠把各種傳感器的信息通過計算機組合在一起，進而實現對于信息的集中控制、管理與顯示，還能夠采用不同的方法來對導航的數據進行優化處理，進而提高導航系統定位的精準性，為民航提供可靠的保障。

在對機載的綜合系統進行融合的過程中，將慣性的導航系統作為了骨干系統，其他的系統設備則作為了輔助的子導航系統，對系統的慣導定位的發散進行控制。

信息融合的過程中主要采用的是故障檢測算法，對融合中的系統數據進行檢測，進而及時的處理融合過程中的故障，將系統中的健康信息進行保留，進而保證系統的可靠性。

3.2 民航機載綜合導航系統信息可靠融合的結構與算法

（1）子濾波器的算法。子濾波器是一種最優的融合設計，這種設計的基礎便是測量模型的統計特性。如果系統具有自己確定的數學模型，并且系統的噪聲以及量測的噪聲均符合了高斯分布的特征，那么此時的卡爾曼濾波算法便能夠提供系統基于融合數據的最優估計的計算結果。

（2）主濾波器的算法。主濾波器的主要功能便是對子濾波器的計算結果進行融合，并且將融合后的計算結果反饋到各個濾波器上，作為下一次處理周期的基礎數值，此過程中的參考系統與其余的子系統之間兩兩形成了局部的濾波器，局部的濾波器負責使用獨立的卡爾曼算法進行獨立的局部最優估計，而主濾波器則負責將各個計算結果融合，實現最優融合的計算。

4 結語

民用航空事業的發展將會促使民用機載的導航向著更高的精度以及更加可靠的方向不斷進步與發展，也促使民航陸基近距無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術不斷的進步著，使得組合導航技術將會在提高機載導航設備對于信息的利用程度方面發揮更重要的作用，進而提高導航定位工作的效率，促進民航事業的發展。

參考文獻

[1]方凌.民航陸基近距無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術[D].南京航空航天大學，2012（01）.

[2]郭少彬.陸基無線電導航系統抗干擾技術研究[D].哈爾濱工程大學，2009（07）.

[3]黃川，鄭寶玉.多無線電協作技術與異構網絡融合[J].中興通訊技術，2008（06）.

[4]黃金明，王立文，田靜.飛行模擬器近程無線電導航系統建模與仿真[J].計算機仿真，2007（02）.

作者單位

民航甘肅空管分局 甘肅省蘭州市 730087endprint

摘 要

導航系統對于保證民航的安全運行以及經濟效益的提升都有著關鍵性的作用，本文據此分析了民用機載綜合導航技術與無線電建模的基本原理，并據此簡析了技術融合的基本結構與算法，僅供相關人士參考。

【關鍵詞】無線電建模 綜合導航 融合技術

1 民航陸基近距機載綜合導航技術

1.1 慣性導航系統定位技術

慣性導航系統是一種能夠對航位進行推算的系統，完全依靠的是自身設備的自主導航系統，不需要外界的信息提供，只要能夠提供足夠的初始條件，系統便能夠根據系統內部的慣性測量元件通過敏感力以及角速度的計算來實現對于飛機的定位，同時也能夠通過對各種導航參數的確定來獲得飛機的角加速度以及線加速度，進而求得速度與位置的詳細信息，具有隱蔽性好、精度高、抗干擾性好以及連續輸出的優點，是整個機載導航的主系統。

捷聯慣導系統是通過對飛機自身的加速度的測量來完成定位導航的，在牛頓第二定律的基礎上，利用慣性的敏感元件對飛機的線加速度以及角速度進行測量與分析，并且經過對時間的積分來獲得飛機的位置、速度以及姿勢的基本信息。

1.2 衛星導航系統定位技術

衛星導航定位系統能夠實現在全球范圍內進行時間與位置的確定，系統內包含了多個衛星星座，并且配備了機載接收機，保證了系統的監視性，并且在必要的時候能夠為定位需要提供必要的性能擴展，進而滿足機載系統的定位要求，這種定位技術具有定位精度高、操作簡便以及抗干擾性較好與易于安裝的特點，是比較先進的定位技術。

衛星導航系統的定位技術通常包括四大步驟，首先是根據接收到的信息對飛機的位置信息進行計算與推定，繼而對飛機的與衛星之間的相對位置或者是角度與速度等因素進行分析與計算，接著對飛機在系統坐標中的數值進行計算，最后將計算的結果輸出、顯示，以供系統的使用者使用。整個過程都離不開軌道衛星、地面控制以及用戶設備這幾大部分設備的組合與協調，也只有這幾方面的協調才能夠保證信息的獲取、傳輸與計算工作具有高度的準確性。

1.3 陸基的無線電導航系統的定位技術

無線電定位技術產生于上世紀的初期，經過多年的發展與研究，當前的陸基定位系統包括了測距儀以及甚高頻的全向信標儀（VOR）等設備，能夠提供飛機當前的位置信息，保證飛機能夠以預定的姿態與速度完成著陸。這種系統主要是通過無線電新海的發射、傳播以及接受來進行數據信息的傳遞與共享，所以其對無線電技術的要求比較高。

VOR是一種相位的測角系統，主要由地面的信標臺以及機載的接收指示這兩部分組成，能夠為飛機提供信標臺的位置坐標，在200n mile的距離之內的測角精度由于1.4度，其基本的測向原理如圖1。

2 陸基無線電導航系統建模分析

2.1 陸基無線電導航系統建模方案設計

利用DME、VOR進行導航定位的過程中，需要建立起相應的導航數據庫模型，并對DME、VOR系統的測距與測角的誤差進行分析與建模，進而賈里奇合理的選臺算法的模型，進而對VOR的定位進行解算。

建模的基本方案設計為根據陸基無線電系統來建立起系統誤差的模型，負責對測角與測距的誤差建模工作，同時也需要根據無線電系統的特點與結構建立起導航的數據庫模型，確定定位系統的臺站建立、選臺的算法以及工作方式的選擇等，最后根據數據模型以及系統的誤差模型來對導航定位進行計算，完成飛機的定位工作。

2.2 VOR、DME的建模分析

VOR的誤差分析與其建模。對VOR的精度造成影響的因素可以劃分為兩大類，分別存在于制造公差、隨機應變環節與獨立變量的計算環節，通常來講在實際的測量工作中大小在一度以內的誤差是允許存在的，因此可以建立起相位誤差在一度以內的白噪聲形式的模型。

DME誤差分析與建模。影響DME 測量精度的因素包括電表在空氣中的傳播速度、電波折射的誤差以及測時工作存在的誤差，其中尤以電波在大氣中傳播造成的影響最大最顯著，所以在模型建立的過程中主要考慮的也是這一因素。

3 無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術及其算法

3.1 民航機載綜合導航系統信息可靠融合的關鍵技術

民用機載組合導航不僅能夠把各種傳感器的信息通過計算機組合在一起，進而實現對于信息的集中控制、管理與顯示，還能夠采用不同的方法來對導航的數據進行優化處理，進而提高導航系統定位的精準性，為民航提供可靠的保障。

在對機載的綜合系統進行融合的過程中，將慣性的導航系統作為了骨干系統，其他的系統設備則作為了輔助的子導航系統，對系統的慣導定位的發散進行控制。

信息融合的過程中主要采用的是故障檢測算法，對融合中的系統數據進行檢測，進而及時的處理融合過程中的故障，將系統中的健康信息進行保留，進而保證系統的可靠性。

3.2 民航機載綜合導航系統信息可靠融合的結構與算法

（1）子濾波器的算法。子濾波器是一種最優的融合設計，這種設計的基礎便是測量模型的統計特性。如果系統具有自己確定的數學模型，并且系統的噪聲以及量測的噪聲均符合了高斯分布的特征，那么此時的卡爾曼濾波算法便能夠提供系統基于融合數據的最優估計的計算結果。

（2）主濾波器的算法。主濾波器的主要功能便是對子濾波器的計算結果進行融合，并且將融合后的計算結果反饋到各個濾波器上，作為下一次處理周期的基礎數值，此過程中的參考系統與其余的子系統之間兩兩形成了局部的濾波器，局部的濾波器負責使用獨立的卡爾曼算法進行獨立的局部最優估計，而主濾波器則負責將各個計算結果融合，實現最優融合的計算。

4 結語

民用航空事業的發展將會促使民用機載的導航向著更高的精度以及更加可靠的方向不斷進步與發展，也促使民航陸基近距無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術不斷的進步著，使得組合導航技術將會在提高機載導航設備對于信息的利用程度方面發揮更重要的作用，進而提高導航定位工作的效率，促進民航事業的發展。

參考文獻

[1]方凌.民航陸基近距無線電建模與機載綜合導航可靠融合技術[D].南京航空航天大學，2012（01）.

[2]郭少彬.陸基無線電導航系統抗干擾技術研究[D].哈爾濱工程大學，2009（07）.

[3]黃川，鄭寶玉.多無線電協作技術與異構網絡融合[J].中興通訊技術，2008（06）.

[4]黃金明，王立文，田靜.飛行模擬器近程無線電導航系統建模與仿真[J].計算機仿真，2007（02）.

作者單位

民航甘肅空管分局 甘肅省蘭州市 730087endprint