CN103791943A - 复飞点定位精度飞行校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复飞点定位精度飞行校验方法，属于航空飞行校验技术领域，可以实现对各类进近区域飞行程序中复飞点定位精度的评估，实现对飞行程序复飞段安全性的评估检验。飞行程序复飞点精度校验的基本原理是借助于高精度的基准设备获取飞机处于复飞点时的“真实”位置，然后与机载导航接收机输出的位置数据进行比较，再结合当时导航信号的质量，综合评估复飞点的定位精度。本发明方法结合国内基于性能导航运行的推广应用，针对基于性能导航飞行程序和传统飞行程序进行设计，已在民航飞行校验领域进行工程实践应用，证明了此方法实现的可行性和可靠性，并且符合国际民航机构相应标准和规范的要求。

Description

复飞点定位精度飞行校验方法

技术领域

本发明涉及一种复飞点定位精度飞行校验方法，应用于航空飞行校验和空中交通管制领域。

背景技术

飞行校验是指为保证飞行安全，使用装有专门校验设备的飞行校验飞机，按照飞行校验的有关规范，检查和评估各种导航、雷达、通信等设备的空间信号的质量及其容限，以及机场的进、离港飞行程序，并依据检查和评估的结果出具飞行校验报告的过程。确保飞行安全是民航工作的永恒主题，也是实施飞行校验的根本目的。飞行校验是机场开放和航路运行的最基本的前提之一，是保证通信、导航、雷达等设施设备符合航班正常运营要求的必要手段，是保障飞行安全和旅客生命、人民财产安全的重要环节。

飞行程序中的复飞点是在飞机进近失败后进行复飞重新进近而设计的航路点。飞机准确到达复飞点的能力对重新开始下一次进近是至关重要的。通过实际飞行方式，对飞机准确到达复飞点的精度和程序中复飞点设计的合理性进行检验是保障飞行安全性的重要手段。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种飞行程序复飞点定位精度的飞行校验方法，利用差分GPS（全球定位系统）辅助，实现对各类进近区域飞行程序中复飞点定位精度的评估，实现对飞行程序复飞段安全性的评估检验。

复飞点定位精度飞行校验方法，包括以下步骤：

步骤100、完成复飞点精度校验科目前的设置以及检查工作；

根据飞行校验任务，制定飞行计划，开展飞行程序飞行校验，完成开始复飞点精度校验科目前的工作；

步骤200、按照飞行程序设计的复飞程序开展复飞操作；

复飞过程中记录位置数据和时间数据，若全球定位系统不可用则放弃此次复飞，重新进行复飞程序；

步骤300、根据采集的数据分析确定实际飞行复飞点；

在飞行校验过程中，利用飞行校验系统中的数据分析设备可以得到飞机飞行位置的一系列位置点即航迹，同时又知道理论的复飞点位置，利用大圆弧定位投影算法，计算各个航迹点到复飞点之间的球面投影距离，并且距离最小者即为实际飞行复飞点位置；

步骤400、结合实际飞行复飞点和理论设计的复飞点，评估复飞点定位精度；

从采集的数据中提取实际飞行复飞点（B₂,L₂）处的差分GPS接收机输出的纬度偏差值LatDev、经度偏差值LonDev和高度偏差值AltDev，获取复飞点定位精度：

水平定位精度： $\mathrm{GPSHerr}=2\sqrt{{\mathrm{LatDev}}^2+{\mathrm{LonDev}}^2}$

垂直定位精度：GPSHerr＝2AltDev

步骤500、结束飞行，输出评估结果。

本发明的优点在于：

本发明利用差分GPS（全球定位系统）定位技术，实时对飞机进行精密定位，结合程序设计的复飞点位置数据，评估复飞点定位精度。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为本发明中的分析实际飞行复飞点流程图；

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

飞行程序复飞点精度校验的基本原理是借助于高精度的基准设备获取飞机处于复飞点时的“真实”位置，然后与机载导航接收机输出的位置数据进行比较，再结合当时导航信号的质量，综合评估复飞点的定位精度。由于数据采集的离散性以及飞机飞行的定位精度等因素，实际飞行校验过程中，飞机无法准确地从复飞点飞过，有一定的距离误差。

本发明的复飞点定位精度飞行校验方法，流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤100、完成复飞点精度校验科目前的设置以及检查工作；

根据飞行校验任务，制定飞行计划，开展飞行程序飞行校验，完成开始复飞点精度校验科目前的其他工作，包括差分站架设，数据验证，GPS RAIM（全球定位系统接收机自主完好性监测）可用性预测检查等一系列工作。

步骤200、按照飞行程序设计的复飞程序开展复飞操作。

复飞过程中记录位置数据和时间数据，并注意观察GPS RAIM（全球定位系统接收机自主完好性监测）指示情况，若GPS（全球定位系统）不可用则放弃此次复飞，重新进行复飞程序。

步骤300、根据采集的数据分析确定实际飞行复飞点。

在飞行校验过程中，利用飞行校验系统中的数据分析设备可以得到飞机飞行位置的一系列位置点即航迹，同时又知道理论的复飞点位置，利用大圆弧定位投影算法，计算各个航迹点到复飞点之间的球面投影距离，并且距离最小者即为实际飞行复飞点位置。

实际飞行复飞点的方法流程如图2所示，包括以下几个步骤：

步骤301、通过飞行校验系统中的数据分析设备，获取飞机记录的实际位置点即航迹点；

步骤302、利用大圆弧定位投影算法，计算各个航迹点到复飞点之间的球面投影距离；设理论复飞点为（B₁,L₁），其中，B₁表示复飞点的纬度，L₁表示复飞点的经度；航迹点为（B₂,L₂），其中，B₂表示航迹点的纬度，L₂表示航迹点的经度；(B₁,L₁)和(B₂,L₂)遵循WGS-84椭球坐标系；s表示复飞点与航迹点之间的投影距离；

s通过下述公式获取：

s＝bA(σ-Δσ)

其中：

b＝6356752,是WGS-84坐标系椭球短半轴；

A＝1+(u²/16384){4096+u²[-768+u²(320-175u²)]}；

u²＝(e')²cos²α_e；

(e′)²＝6.73949674227×10^-3表示WGS-84坐标系的第二曲率；

cos²α_e＝1-sin²α_e；

而 ${\sin \mathrm{\α}}_e=\frac{{\cos \mathrm{\β}}_1{\cos \mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\λ}}_k}{\sin \mathrm{\σ}};$

β₁＝tan^-1[(1-f)tan(Φ₁)]；

β₂＝tan^-1[(1-f)tan(Φ₂)]；

f＝(a-b)/a,a＝6378137是WGS-84坐标系椭球短半轴；

Φ₁＝πB₁/180；

Φ₂＝πB₂/180；

λ_k通过如下迭代过程得到：

a)设置λ_k初始值为：λ_k＝ΔL,ΔL＝(π/180)(L₂-L₁)

b)计算λ_k+1＝ΔL+(1-C)fsinα_e{σ+Csinσ[cos2σ_m+Ccosσ(-1+2cos²2σ_m)]}

其中C＝(f/16)cos²α_e[4+f(4-3cos²α_e)],cos²α_e＝1-sin²α_e,

${\sin \mathrm{\α}}_e=\frac{{\cos \mathrm{\β}}_1{\cos \mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\λ}}_k}{\sin \mathrm{\σ}},$

c)计算λ_k与λ_k+1差值的绝对值Δλ，若Δλ＜10^-5，则取λ_k＝λ_k+1，获得λ_k数值，结束对λ_k的计算；若Δλ≥10^-5，则设λ_k＝λ_k+1，重复a),b),c)步骤，直到Δλ＜10^-5。

σ＝atan2(sinσ,cosσ)；

$\sin \mathrm{\σ}=\sqrt{{\left({\cos \mathrm{\β}}_2{\sin \mathrm{\λ}}_k\right)}^2+{({\cos \mathrm{\β}}_1{\sin \mathrm{\β}}_2-{\sin \mathrm{\β}}_1{\cos \mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\λ}}_k)}^2};$

cosσ＝sinβ₁sinβ₂+cosβ₁cosβ₂cosλ_k；

自定义函数atan2的具体定义如下：

Δσ＝Bsinσ{cos2σ_m+(1/4)B[(-1+2cos²2σ_m)cosσ-(1/6)B(-3+4sin²σ)(-3+4cos²2σ_m)cos2σ_m]}

σ_m由下式求反余弦得到：

B＝(u²/1024){256+u²[-128+u²(74-47u²)]}；

如此将每个航迹点带入上述公式，得到每个航迹点与复飞点之间的球面投影距离s。

步骤303、选择s值最小的航迹点作为实际飞行复飞点。

步骤400、结合实际飞行复飞点和理论设计的复飞点，评估复飞点定位精度。

从采集的数据中提取实际飞行复飞点（B₂,L₂）处的差分GPS接收机输出的纬度偏差值LatDev、经度偏差值LonDev和高度偏差值AltDev，获取复飞点定位精度：

水平定位精度： $\mathrm{GPSHerr}=2\sqrt{{\mathrm{LatDev}}^2+{\mathrm{LonDev}}^2}$

垂直定位精度：GPSHerr＝2AltDev

步骤500、结束飞行，输出评估结果。

根据利用本方法获得的复飞点定位精度可以评估被所设计的飞行程序是否科学合理，满足使用要求，比如当复飞点定位精度大于所选择的运行标准值时，说明所飞行程序中所设计的复飞点需要调整，比如降低运行标准或者选择更高精度的定位方法。

本发明方法结合国内基于性能导航运行的推广应用，针对基于性能导航飞行程序和传统飞行程序进行设计，已在民航飞行校验领域进行工程实践应用，证明了此方法实现的可行性和可靠性，并且符合国际民航机构相应标准和规范的要求。

Claims (2)

1.复飞点定位精度飞行校验方法，包括以下步骤：

步骤100、完成复飞点精度校验科目前的设置以及检查工作；

根据飞行校验任务，制定飞行计划，开展飞行程序飞行校验，完成开始复飞点精度校验科目前的工作；

步骤200、按照飞行程序设计的复飞程序开展复飞操作；

复飞过程中记录位置数据和时间数据，若全球定位系统不可用则放弃此次复飞，重新进行复飞程序；

步骤300、根据采集的数据分析确定实际飞行复飞点；

在飞行校验过程中，利用飞行校验系统中的数据分析设备可以得到飞机飞行位置的一系列位置点即航迹，同时又知道理论的复飞点位置，利用大圆弧定位投影算法，计算各个航迹点到复飞点之间的球面投影距离，并且距离最小者即为实际飞行复飞点位置；

步骤400、结合实际飞行复飞点和理论设计的复飞点，评估复飞点定位精度；

从采集的数据中提取实际飞行复飞点（B₂,L₂）处的差分GPS接收机输出的纬度偏差值LatDev、经度偏差值LonDev和高度偏差值AltDev，获取复飞点定位精度：

水平定位精度： $\mathrm{GPSHerr}=2\sqrt{{\mathrm{LatDev}}^2+{\mathrm{LonDev}}^2}$

垂直定位精度：GPSHerr＝2AltDev

步骤500、结束飞行，输出评估结果。

2.根据权利要求1所述的复飞点定位精度飞行校验方法，步骤300具体包括以下几个步骤：

步骤301、通过飞行校验系统中的数据分析设备，获取飞机记录的实际位置点即航迹点；

步骤302、利用大圆弧定位投影算法，计算各个航迹点到复飞点之间的球面投影距离；设理论复飞点为（B₁,L₁），其中，B₁表示复飞点的纬度，L₁表示复飞点的经度；航迹点为（B₂,L₂），其中，B₂表示航迹点的纬度，L₂表示航迹点的经度；(B₁,L₁)和(B₂,L₂)遵循WGS-84椭球坐标系；s表示复飞点与航迹点之间的投影距离；

s通过下述公式获取：

s＝bA(σ-Δσ)

其中：

b＝635675,是WGS-84坐标系椭球短半轴；

A＝1+(u²/16384){4096+u²[-768+u²(320-175u²)]}；

u²＝(e')²cos²α_e；

(e′)²＝6.73949674227×10^-3表示WGS-84坐标系的第二曲率；

cos²α_e＝1-sin²α_e；

而 ${\sin \mathrm{\α}}_e=\frac{{\cos \mathrm{\β}}_1{\cos \mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\λ}}_k}{\sin \mathrm{\σ}};$

β₁＝tan^-1[(1-f)tan(Φ₁)]；

β₂＝tan^-1[(1-f)tan(Φ₂)]；

f＝(a-b)/a,a＝6378137是WGS-84坐标系椭球短半轴；

Φ₁＝πB₁/180；

Φ₂＝πB₂/180；

λ_k通过如下迭代过程得到：

a)设置λ_k初始值为：λ_k＝ΔL,ΔL＝(π/180)(L₂-L₁)；

b)计算λ_k+1＝ΔL+(1-C)fsinα_e{σ+Csinσ[cos2σ_m+Ccosσ(-1+2cos²2σ_m)]}

其中C＝(f/16)cos²α_e[4+f(4-3cos²α_e)],cos²α_e＝1-sin²α_e,

${\sin \mathrm{\α}}_e=\frac{{\cos \mathrm{\β}}_1{\cos \mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\λ}}_k}{\sin \mathrm{\σ}},$

c)计算λ_k与λ_k+1差值的绝对值Δλ，若Δλ＜10^-5，则取λ_k＝λ_k+1，获得λ_k数值，结束对λ_k的计算；若Δλ≥10^-5，则设λ_k＝λ_k+1，重复a),b),c)步骤，直到Δλ＜10^-5；

σ＝atan2(sinσ,cosσ)；

$\sin \mathrm{\σ}=\sqrt{{\left({\cos \mathrm{\β}}_2{\sin \mathrm{\λ}}_k\right)}^2+{({\cos \mathrm{\β}}_1{\sin \mathrm{\β}}_2-{\sin \mathrm{\β}}_1{\cos \mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\λ}}_k)}^2};$

cosσ＝sinβ₁sinβ₂+cosβ₁cosβ₂cosλ；

自定义函数atan2的具体定义如下：

Δσ＝Bsinσ{cos2σ_m+(1/4)B[(-1+2cos²2σ_m)cosσ-(1/6)B(-3+4sin²σ)(-3+4cos²2σ_m)cos2σ_m]}

σ_m由下式求反余弦得到：

B＝(u²/1024){256+u²[-128+u²(74-47u²)]}；

如此将每个航迹点带入上述公式，得到每个航迹点与复飞点之间的球面投影距离s；步骤303、选择s值最小的航迹点作为实际飞行复飞点。

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