民用飛機(jī)組合導(dǎo)航實(shí)際導(dǎo)航性能計算方法研究

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī);組合導(dǎo)航;實(shí)際導(dǎo)航性能

引言：伴隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用和普及，社會生活出現(xiàn)了方方面面的變化，空中交通更加便捷，想要進(jìn)一步帶動空域利用率的提高，則需要不斷提高導(dǎo)航性能。

一、組合導(dǎo)航架構(gòu)和數(shù)學(xué)模型

（一）組合導(dǎo)航架構(gòu)

本文從民用飛機(jī)的視角出發(fā)，基于組合導(dǎo)航的卡爾曼濾波器誤差協(xié)方差矩陣，對民用飛機(jī)實(shí)際導(dǎo)航性能進(jìn)行系統(tǒng)計算和分析。事實(shí)上，在民用飛機(jī)日常運(yùn)行管理過程中，能夠直接通過計算機(jī)，充分整合DME、GPS等多種數(shù)據(jù)信息，充分發(fā)揮傳感器的作用，實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航的作用效果，促使導(dǎo)航信息更加準(zhǔn)確可靠。對于組合導(dǎo)航系統(tǒng)，一共設(shè)置兩臺飛行管理計算機(jī)，計算機(jī)相互交互、傳遞信息，先后按照慣性/GPS、慣性/DME/DME、慣性/VOR/DME完成整個組合導(dǎo)航的過程[1]。

（二）數(shù)學(xué)模型

1.慣導(dǎo) /GPS 組合導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型

對于慣導(dǎo) /GPS 組合導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型，往往可以將狀態(tài)空間模型設(shè)置為以下兩種公式表達(dá)。第一種狀態(tài)空間模型則為：

XINS/GPS=FINS/GPSXINS/GPS+GINS/GPSW

此種慣導(dǎo) /GPS 組合導(dǎo)航狀態(tài)空間模型屬于慣導(dǎo) /GPS 組合狀態(tài)方程的一種，其中，對于XINS/GPS，表達(dá)內(nèi)容多元，不僅可以用于表示經(jīng)緯度誤差、高度誤差和速度誤差，還可以用于表示各個方向的平臺誤差角和機(jī)體三軸的加速度計偏置。此外，W、GINS/GPS、FINS/GPS分別用于表示系統(tǒng)噪聲、系統(tǒng)噪聲矩陣以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。

第二種狀態(tài)空間模型則表示為：

ZINS/GPS=HINS/GPSXINS/GPS+VINS/GPS

此種慣導(dǎo) /GPS 組合導(dǎo)航狀態(tài)空間模型屬于慣導(dǎo) /GPS 組合量測方程的一種，其中ZINS/GPS則用于表示具體的量測值，在具體計算時，則需要將慣導(dǎo)的經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合計算，并將其和GPS經(jīng)緯度、高度等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合計算，獲取得到六維列向量。此外，VINS/GPS、HINS/GPS分別用于表示量測噪聲、量測矩陣。

2.慣導(dǎo) /DME/DME 組合導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型

對于慣導(dǎo) /DME/DME 組合導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型，往往可以將狀態(tài)空間模型設(shè)置為以下兩種組合狀態(tài)方程。其中，第一種狀態(tài)空間模型則表示為：

XINS/DME/DME=FINS/DME/DMEXINS/DME/DME+GINS/DME/DME

此種慣導(dǎo)/DME/DME 組合導(dǎo)航狀態(tài)空間模型屬于慣導(dǎo)/DME/DME組合狀態(tài)方程的一種，其中XINS/DME/DME不僅能夠用于表示經(jīng)緯度誤差、高度誤差以及東西向的速度誤差，還可以用于表示不同方向的平臺誤差角以及機(jī)體三軸的加速度計偏置情況，并且，XINS/DME/DME還可以通過分別就DME1、DME2進(jìn)行距離誤差常值的計算。此外，W、GINS/DME/DME、FINS/DME/DME分別用于表示系統(tǒng)噪聲、系統(tǒng)噪聲矩陣以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。

第二種狀態(tài)空間模型則表示為：

ZINS/DME/DME=HINS/DME/DMEXINS/DME/DME+VINS/DME/DME

此種慣導(dǎo)/DME/DME 組合導(dǎo)航狀態(tài)空間模型屬于經(jīng)過線性化處理的慣導(dǎo)/DME/DME組合量測方程的一種，其中ZINS/DME/DME則用于表示量測值的大小。具體來講，對于量測值的計算，需要從位置層面進(jìn)行綜合分析，不僅需要分析慣導(dǎo)計算的位置，還需要就兩個DME導(dǎo)航臺的位置，對民用飛機(jī)和DME臺之間的距離，具體展開計算和分析，獲取得到計算結(jié)果[2]。

3.卡爾曼濾波

采用卡爾曼濾波算法，則可以基于算法估計結(jié)果，不斷修正導(dǎo)航數(shù)據(jù)。其中，基于慣導(dǎo)/GPS組合，則可以將狀態(tài)空間模型設(shè)置為以下公式：

XINS/GPS（k）=φINS/GPS（k，k-1）XINS/GPS（k-1）+VINS/GPS（k-1）W（k-1）

二、實(shí)際導(dǎo)航性能計算

本文采用誤差協(xié)方差矩陣對實(shí)際導(dǎo)航性能進(jìn)行計算，最終獲取得到位置誤差協(xié)方差矩陣，并將其進(jìn)行單位元素轉(zhuǎn)化，進(jìn)行矩陣對角化計算。最終獲取得到實(shí)際導(dǎo)航性能誤差圓半徑，對于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 （0，1） N的95%分位點(diǎn)則可以直接用Zp表示，最終獲取得到Zp=1.64521。？ ？

三、結(jié)論

綜上所述，對民用飛機(jī)組合導(dǎo)航實(shí)際導(dǎo)航性能計算方法展開分析具有至關(guān)重要的意義。本文從組合導(dǎo)航卡爾曼濾波誤差協(xié)方差矩陣展開導(dǎo)航性能的計算分析，整體操作簡單，可行性較好，具有一定的實(shí)用價值。為了更好地推動航空事業(yè)發(fā)展，今后也應(yīng)當(dāng)不斷加強(qiáng)數(shù)據(jù)研究，從而獲取得到更加精確的導(dǎo)航性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊立海，張家鵬.某型直升機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障分析與排除[J].航空維修與工程，2021（09）：105-107.

[2]袁珊，萬游，孟佳杰，等.一種基于VINS/FINS組合導(dǎo)航方法[J].南京師范大學(xué)學(xué)報（工程技術(shù)版），2021，21（03）：42-48.

作者簡介：

錢曉俊（1985年7月），男，上海人，本科，助理工程師，航空電子方向.