CN106586026B - 一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，属于航电显示控制技术领域。该方法首先采集飞机相对标准下滑道的下滑偏差、飞机相对跑道的气压高度、地速、跑道长度、设定的下滑道角度，并根据采集到的上述信息解算飞机相对航向信标台的距离；再根据滚转角、俯仰角、偏航角、所选航道，机体坐标系X轴、Y轴、Z轴加速度，解算飞机在跑道侧向的加速度；最后利用互补滤波算法获得飞机相对跑道侧向的偏差速率。本发明的飞机相对跑道侧向偏差速率测量方法，综合利用航向信标数据及惯性数据的同时，抑制了航向信标数据中的高频噪声和惯性数据中的低频噪声，输出数据精度更高，可以支持平视飞行导引功能等高安全性应用。

Description

一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法

技术领域

本发明涉及一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，属于航电显示控制技术领域。

背景技术

飞机相对跑道侧向偏差速率是平视飞行导引功能中进近导引、滑跑导引、起飞导引重要的侧向偏离状态表征量，该参数的精度直接影响到平视飞行导引功能横侧向导引的性能。现有技术通常只依据航向信标数据或惯性数据测量飞机相对跑道侧向偏差速率，航向信标数据在高频时充满噪声，惯性数据存在漂移且误差随时间而累积，导致获得的飞机相对跑道侧向偏差速率的精度无法支持平视飞行导引功能等高安全应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，以支持平视飞行导引功能等高安全性应用。

本发明的技术方案为：

所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采集飞机相对标准下滑道的下滑偏差、飞机相对跑道的气压高度、地速、跑道长度、设定的下滑道角度，并根据采集到的上述信息解算飞机相对航向信标台的水平距离；

步骤2：采集滚转角、俯仰角、偏航角、所选航道、机体坐标系X轴加速度、机体坐标系Y轴加速度、机体坐标系Z轴加速度，并根据采集到的上述信息解算飞机相对跑道侧向的加速度；

步骤3：根据航向信标偏差、飞机相对航向信标台的水平距离、俯仰角、滚转角、偏航角速度、俯仰角速度、航向信标天线安装位置、惯性基准***安装位置、飞机在跑道坐标系下的侧向加速度，利用互补滤波方法获得飞机相对跑道侧向偏差速率。

进一步的优选方案，所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤1解算飞机相对航向信标台的水平距离过程为：

步骤1.1：根据机场海拔高度h_R，飞机大气高度h_A，获得飞机与跑道之间的相对高度Δh，Δh＝h_A-h_R；

步骤1.2：当Δh＞50ft时，根据飞机与跑道之间的相对高度Δh、飞机相对标准下滑道的下滑偏差Γ_GS，下滑道设定角度Ω、跑道长度L_RWY，解算飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC，当Δh≤50ft时，根据跑道长度L_RWY，飞机地速V_GS，解算飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC：

其中t₀对应Δh＝50ft时，开始地速积分时刻。

进一步的优选方案，所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤1中下滑偏差Γ_GS是由多模接收机得到，所述飞机大气高度是由大气数据计算机得到，所述设定的下滑道角度、机场海拔高度、跑道长度是由飞行管理***得到，所述飞机地速是由惯性基准***得到。

进一步的优选方案，所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤2解算飞机相对跑道侧向的加速度过程为：

步骤2.1：根据滚转角φ、俯仰角θ、偏航角ψ、所选航道λ_sel，获得机体坐标系加速度分量向以机体坐标系原点为中心的跑道坐标系Y轴的映射关系M_b→r：

步骤2.2：根据机体坐标系X轴加速度a_x、机体坐标系Y轴加速度a_y、机体坐标系Z轴加速度a_z，获得飞机在跑道侧向的加速度

进一步的优选方案，所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤2中偏航角、俯仰角、滚转角、机体坐标系X轴加速度、机体坐标系Y轴加速度、机体坐标系Z轴加速度是利用惯性基准***得到，所选航道是由飞行管理***得到。

进一步的优选方案，所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤3计算飞机相对跑道侧向偏差速率过程为：

步骤3.1：根据航向信标偏差ε_LOC、飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC，获得飞机相对跑道的侧向偏差Y_{EST_runway}：Y_{EST_runway}＝ε_LOCR_LOC；

步骤3.2：根据俯仰角θ、滚转角φ、俯仰角速度p、偏航角速度r、航向信标天线安装位置在机体坐标系X轴的投影X_LOC、惯性基准***安装位置在机体坐标系X轴的投影X_IRS,获得从航向信标天线到惯性基准***的侧向偏差速率校正量

步骤3.3：根据飞机相对跑道的侧向偏差Y_{EST_runway}、飞机在跑道侧向的加速度从航向信标天线到惯性基准***的侧向偏差速率校正量利用互补滤波方法获得飞机相对跑道侧向偏差速率

进一步的优选方案，所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤3中航向信标偏差是由多模接收机得到，所述俯仰角、滚转角、俯仰角速度、偏航角速度是由惯性基准***得到，航向信标天线安装位置在机体坐标系X轴的投影X_LOC、惯性基准***安装位置在机体坐标系X轴的投影X_IRS为飞机构型数据。

有益效果

本发明首先采集飞机相对标准下滑道的下滑偏差、飞机相对跑道的气压高度、地速、跑道长度、设定的下滑道角度，并根据采集到的上述信息解算飞机相对航向信标台的距离；再根据滚转角、俯仰角、偏航角、所选航道，机体坐标系X轴、Y轴、Z轴加速度，解算飞机在跑道侧向的加速度；最后利用互补滤波算法获得飞机相对跑道侧向的偏差速率。本发明的飞机相对跑道侧向偏差速率测量方法，综合利用航向信标数据及惯性数据的同时，抑制了及中的高频噪声和惯性数据中的低频噪声，输出数据精度更高，可以支持平视飞行导引功能等高安全性应用。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明飞机相对跑道侧向偏差速率测量方法的原理示意图；

图2是本发明实施例中飞机相对跑道侧向偏差速率测量方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明飞机相对跑道侧向偏差速率测量方法的原理如图1所示，利用大气数据计算机输出的飞机大气高度，多模接收机输出的下滑偏差，惯性基准***输出的地速，飞行管理***输出的设定下滑道角度、机场海拔高度、跑道长度数据解算飞机相对航向信标台的水平距离；再利用惯性基准***输出的偏航角、俯仰角、滚转角、机体坐标系X轴加速度、机体坐标系Y轴加速度、机体坐标系Z轴加速度，飞行管理***输出的所选航道数据解算飞机在跑道侧向的加速度；最后根据飞机在跑道侧向的加速度，飞机相对航向信标台的水平距离，多模接收机输出的航向信标偏差，惯性基准***输出的俯仰角、滚转角、俯仰角速度、偏航角速度，飞机构型数据，利用互补滤波方法，获得高精度的飞机相对跑道侧向偏差速率。该方法的具体实施过程如图2所示，具体实施例步骤如下：

1.解算飞机相对航向信标台的水平距离信息：

本步骤需要采集飞机相对标准下滑道的下滑偏差、飞机相对跑道的气压高度、地速、跑道长度、设定的下滑道角度信息。

本实施例是从大气数据计算机获取飞机大气高度h_A，从多模接收机获取下滑偏差Γ_GS，从惯性基准***获取地速V_GS，从飞行管理***获取设定下滑道角度Ω、机场海拔高度h_R、跑道长度L_RWY。

首先利用大气数据计算机输出的飞机大气高度h_A，飞行管理***输出的机场海拔高度h_R，获得飞机与跑道之间的相对高度Δh；当Δh＞50ft时，根据飞机与跑道之间的相对高度Δh、飞机相对标准下滑道的下滑偏差Γ_GS，下滑道设定角度Ω、跑道长度L_RWY，解算飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC，当Δh≤50ft时，根据跑道长度L_RWY,飞机地速V_GS，解算飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC：

Δh＝h_A-h_R

其中，当Δh＝50ft时，开始地速积分。

2.解算飞机相对跑道侧向的加速度信息：

本步骤需要采集滚转角、俯仰角、偏航角、机体坐标系X轴加速度、机体坐标系Y轴加速度、机体坐标系Z轴加速度、所选航道信息。

本实施例是从惯性基准***获取飞机偏航角ψ、俯仰角θ、滚转角φ、机体坐标系X轴加速度a_x、机体坐标系Y轴加速度a_y、机体坐标系Z轴加速度a_z，从飞行管理***中获取所选航道λ_sel。

利用惯性基准***输出的飞机偏航角ψ、俯仰角θ、滚转角φ，飞行管理***输出的所选航道λ_sel，获得机体坐标系加速度分量向以机体坐标系原点为中心的跑道坐标系Y轴的映射关系M_b→r。

将机体坐标系加速度分量向以机体坐标系原点为中心的跑道坐标系Y轴进行投影，获得飞机相对跑道侧向的加速度

3.解算飞机相对跑道侧向偏差速率信息：

本步骤需要采集俯仰角、滚转角、俯仰角速度、偏航角速度、航向信标天线安装位置在机体坐标系X轴的投影、惯性基准***安装位置在机体坐标系X轴的投影、航向信标偏差、飞机相对航向信标台的水平距离、飞机相对跑道侧向的加速度。

本实施例是从惯性基准***获取飞机俯仰角θ、滚转角φ、俯仰角速度p、偏航角速度r，从多模接收机获取航向信标偏差ε_LOC，航向信标天线安装位置在机体坐标系X轴的投影X_LOC、惯性基准***安装位置在机体坐标系X轴的投影X_IRS为飞机构型数据，飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC、飞机相对跑道侧向的加速度为中间计算量。

首先，利用多模接收机输出的航向信标偏差ε_LOC及飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC，获得飞机相对跑道的侧向偏差Y_{EST_runway}：

Y_{EST_runway}＝ε_LOCR_LOC

利用惯性基准***输出的飞机俯仰角θ、滚转角φ、俯仰角速度p、偏航角速度r，计算飞机偏航角速率

利用飞机偏航角速率航向信标天线安装位置在机体坐标系X轴的投影X_LOC、惯性基准***安装位置在机体坐标系X轴的投影X_IRS,获得从航向信标天线到惯性基准***的侧向偏差速率校正量

根据飞机相对跑道的侧向偏差Y_{EST_runway}、飞机在跑道侧向的加速度从航向信标天线到惯性基准***的侧向偏差速率校正量利用互补滤波方法获得飞机相对跑道侧向的偏差速率

其中和为对应的传递函数。

本实施例中飞机相对跑道侧向偏差速率的测量综合利用了航向信标数据及惯性数据，抑制了航向信标数据中的高频噪声和惯性数据中的低频噪声，输出数据精度更高，可以支持平视飞行导引功能等高安全性应用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采集飞机相对标准下滑道的下滑偏差、飞机相对跑道的气压高度、地速、跑道长度、设定的下滑道角度，并根据采集到的飞机相对标准下滑道的下滑偏差、飞机相对跑道的气压高度、地速、跑道长度、设定的下滑道角度解算飞机相对航向信标台的水平距离；

步骤2：采集滚转角、俯仰角、偏航角、所选航道、机体坐标系X轴加速度、机体坐标系Y轴加速度、机体坐标系Z轴加速度，并根据采集到的滚转角、俯仰角、偏航角、所选航道、机体坐标系X轴加速度、机体坐标系Y轴加速度、机体坐标系Z轴加速度解算飞机相对跑道侧向的加速度；

步骤3：根据航向信标偏差、飞机相对航向信标台的水平距离、俯仰角、滚转角、偏航角速度、俯仰角速度、航向信标天线安装位置、惯性基准***安装位置、飞机在跑道坐标系下的侧向加速度，利用互补滤波方法获得飞机相对跑道侧向偏差速率。

2.根据权利要求1所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：

步骤1解算飞机相对航向信标台的水平距离过程为：

步骤1.1：根据机场海拔高度h_R，飞机大气高度h_A，获得飞机与跑道之间的相对高度Δh，Δh＝h_A-h_R；

步骤1.2：当Δh＞50ft时，根据飞机与跑道之间的相对高度Δh、飞机相对标准下滑道的下滑偏差Γ_GS，下滑道设定角度Ω、跑道长度L_RWY，解算飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC，当Δh≤50ft时，根据跑道长度L_RWY，飞机地速V_GS，解算飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC：

其中t₀对应Δh＝50ft时，开始地速积分时刻。

3.根据权利要求2所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤1中下滑偏差Γ_GS是由多模接收机得到，所述飞机大气高度是由大气数据计算机得到，所述设定的下滑道角度、机场海拔高度、跑道长度是由飞行管理***得到，所述飞机地速是由惯性基准***得到。

4.根据权利要求1所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：

步骤2解算飞机相对跑道侧向的加速度过程为：

步骤2.1：根据滚转角φ、俯仰角θ、偏航角ψ、所选航道λ_sel，获得机体坐标系加速度分量向以机体坐标系原点为中心的跑道坐标系Y轴的映射关系M_b→r：

步骤2.2：根据机体坐标系X轴加速度a_x、机体坐标系Y轴加速度a_y、机体坐标系Z轴加速度a_z，获得飞机在跑道侧向的加速度

5.根据权利要求4所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤2中偏航角、俯仰角、滚转角、机体坐标系X轴加速度、机体坐标系Y轴加速度、机体坐标系Z轴加速度是利用惯性基准***得到，所选航道是由飞行管理***得到。

6.根据权利要求1所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：

步骤3计算飞机相对跑道侧向偏差速率过程为：

步骤3.1：根据航向信标偏差ε_LOC、飞机相对航向信标台的水平距离R_LOC，获得飞机相对跑道的侧向偏差Y_{EST_runway}：Y_{EST_runway}＝ε_LOCR_LOC；

步骤3.2：根据俯仰角θ、滚转角φ、俯仰角速度p、偏航角速度r、航向信标天线安装位置在机体坐标系X轴的投影X_LOC、惯性基准***安装位置在机体坐标系X轴的投影X_IRS,获得从航向信标天线到惯性基准***的侧向偏差速率校正量

步骤3.3：根据飞机相对跑道的侧向偏差Y_{EST_runway}、飞机在跑道侧向的加速度从航向信标天线到惯性基准***的侧向偏差速率校正量利用互补滤波方法获得飞机相对跑道侧向偏差速率

7.根据权利要求6所述一种飞机相对跑道侧向偏差速率的测量方法，其特征在于：步骤3中航向信标偏差是由多模接收机得到，所述俯仰角、滚转角、俯仰角速度、偏航角速度是由惯性基准***得到，航向信标天线安装位置在机体坐标系X轴的投影X_LOC、惯性基准***安装位置在机体坐标系X轴的投影X_IRS为飞机构型数据。