一種搜索導航航路點信息的驗證方法

劉經(jīng)緯

（中國直升機設(shè)計研究所 江西省景德鎮(zhèn)市 333001）

1 引言

為了驗證搜索導航航路點信息計算是否正確，本文針對常見的三個搜索導航模式，提出相應(yīng)的較為簡便的搜索導航航路點信息驗證方法。

2 搜索導航簡介

目前國內(nèi)主要使用扇形搜索、盒形搜索、梯形搜索三種搜索導航，其搜索方式分別如下：

扇形搜索導航是實現(xiàn)飛行器按照扇形進行搜索的導航模式，如圖1所示。扇形搜索需要設(shè)定的參數(shù)有：起始點經(jīng)緯度，初始航向，順逆時針搜索，搜索扇形的扇面角度和搜索扇形的半徑。

盒形搜索導航是實現(xiàn)飛行器按照盒形進行搜索的導航模式，如圖2所示。盒形搜索需要設(shè)定的參數(shù)有：起始點經(jīng)緯度，初始航向，順逆時針搜索，搜索增量S。

梯形搜索導航是實現(xiàn)飛行器按照梯形進行搜索的導航模式，如圖3所示。梯形搜索需要設(shè)定的參數(shù)有：起始點經(jīng)緯度，初始航向，順逆時針搜索，橫向搜索幅度Length，縱向增加步長S。

3 搜索導航航路點信息驗證方法

搜索導航的航路點是由航電系統(tǒng)計算得出，在進行航電測試驗證過程中，有必要對航路點信息是否計算正確進行驗證。本文提出一種較為簡便的航路點信息驗證方法，該方法利用航路點信息和初始航向以外的初始條件計算初始航向，通過比較計算得出初始航向和設(shè)定的初始航向來判定航路點信息計算是否正確。接下來，本文將針對三種搜索導航方式分別進行驗證方法的詳細說明。由于搜索導航航線情況較多，在此，本文僅以其中一種情況作為實例說明，其余情況以此類推即可。另外，由于搜索導航航線區(qū)域較小，因此在本文中將該區(qū)域近似看為平面進行計算。

3.1 扇形搜索導航航路點信息驗證方法

扇形搜索導航航路點信息驗證方法以圖4中的情況為例進行說明。在圖4中，N指代正北方向；S0點為搜索起始點，經(jīng)緯度為（X0,Y0）；S1和S2為搜索導航飛行計劃上的第一點和第二點，S2點經(jīng)緯度為（X2,Y2）；C為初始航向；A為搜索扇面角度；R為搜索半徑。以S2向正北方向做垂直線，得到S2’，其經(jīng)緯度為（X0,Y2）。設(shè)地球半徑為L。

圖1：扇形搜索示意圖[1]

圖2：盒形搜索示意圖[1]

則S0與S2’的距離|S0 S2’|為：

文中選用BOOST電路作為DC-DC變換器的實現(xiàn)方式。首先分析BOOST電路的工作狀態(tài)，在考慮低電壓、高效率、低功耗的應(yīng)用環(huán)境下，選用同步BOOST電路為主電路，采用PWM控制器方式；利用狀態(tài)空間平均法得到BOOST電路的傳遞函數(shù)。在設(shè)計電壓控制環(huán)路時，先分析了未加補償網(wǎng)絡(luò)時系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的Bode圖，根據(jù)Bode的特點和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，選用III型補償網(wǎng)絡(luò)進行傳遞函數(shù)的補償設(shè)計。

對于由S0、S2和S2’構(gòu)成的三角形，即可推算得出初始航向C’為：

而S0與S2的距離|S0 S2|為R。因此，由公式（1）和（2）即可計算出推算初始航向C’。通過比較多組C與C’的值是否相同或相近即可驗證扇形搜索導航航路點計算算法是否正確。

需要注意，本文選用S2而非S1作為計算點的原因是：使用S2點計算推算初始航向C’必須用到除初始航向C之外的所有其它初始條件（即起始點經(jīng)緯度X0,Y0，順逆時針搜索，搜索扇形的扇面角度A和搜索扇形的半徑R），保證了對原搜索算法有充分的驗證；而使用S1作為計算點是不能滿足上述條件的，因此本文不選用S1作為計算點。其它兩種搜索導航情況類似，因此下文不再贅述。

圖3：梯形搜索示意圖[1]

圖4：扇形搜索驗證方法示意圖

3.2 盒形搜索導航航路點信息驗證方法

盒形搜索導航航路點信息驗證方法以圖5中的情況為例進行說明。在圖5中，N指代正北方向；S0點為搜索起始點，經(jīng)緯度為（X0,Y0）；S1和S2為搜索導航飛行計劃上的第一點和第二點，S2點經(jīng)緯度為（X2,Y2）；C為初始航向；D為搜索增量。以S2向正北方向做垂直線，得到S2’，其經(jīng)緯度為（X0,Y2）。設(shè)地球半徑為L。

則S0與S2’的距離|S0 S2’|為：

對于由S0、S2和S2’構(gòu)成的三角形，即可推算得出初始航向C’為：

圖5：盒形搜索驗證方法示意圖

3.3 梯形搜索導航 航路點信息驗證方法

梯形搜索導航航路點信息驗證方法以圖6中的情況為例進行說明。在圖6中，N指代正北方向；S0點為搜索起始點，經(jīng)緯度為（X0,Y0）；S1和S2為搜索導航飛行計劃上的第一點和第二點，S2點經(jīng)緯度為（X2,Y2）；C為初始航向；R為橫向搜索幅度；D為縱向增加步長。以S2向正北方向做垂直線，得到S2’，其經(jīng)緯度為（X0,Y2）。設(shè)地球半徑為L。

表1：扇形搜索實驗結(jié)果

表2：盒形搜索實驗結(jié)果

表3：梯形搜索實驗結(jié)果

圖6：梯形搜索驗證方法示意圖

則S0與S2’的距離|S0 S2’|為：

對于由S0、S2、S2’構(gòu)成的三角形和由S0、S1、S2構(gòu)成的三角形，即可推算得出初始航向C’為：

4 實驗結(jié)果與分析

使用本文上述驗證方法，對搜索導航實驗數(shù)據(jù)進行驗證得出如表1至表3所示實驗結(jié)果，表1至表3分別為扇形搜索、盒形搜索和梯形搜索的實驗結(jié)果。計算過程中地球半徑取6378.245千米。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，利用本文方法推算得出的初始航向與設(shè)定初始航向誤差在0.02%-0.70%之間，誤差較小。在扇形搜索的第6組實驗數(shù)據(jù)中，扇形角度取邊界值179度，誤差同樣在可接受范圍內(nèi)。計算誤差主要由于本文方法將搜索導航航線所處區(qū)域近似視作平面，于非歐空間使用歐式幾何導致。由于誤差較小，于驗證算法正確性時可以忽略不計。

以上實驗結(jié)果證明，本文提出的方法可以用作搜索導航航路點信息算法的驗證。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種針對常見搜索導航航路點信息算法的驗證方法。該方法利用航路點信息和和初始航向以外的初始條件計算初始航向，通過比較推算初始航向和設(shè)定初始航向來判定航路點信息計算是否正確。實驗證明，這種驗證方法是有效可行的。