CN107727877A - 一种基于仪表着陆系统的地速测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，属于航电显示控制技术领域。该方法首先利用姿态航向基准系统输出的垂直加速度、大气数据计算机/无线电高度表输出的飞机高度、飞行管理系统输出的机场海拔高度，通过互补滤波计算飞机垂直速度；再利用几何关系计算基于仪表着陆系统的地速；最后利用沿跑道方向的加速度对地速进行滤波处理，获得平滑可用的地速。本发明的一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，综合利用垂直加速度、飞机高度、机场海拔高度、下滑道偏差、参考下滑道角度计算姿态航向基准系统无法输出的地速的同时，通过加速度互补滤波，抑制了下滑道偏差引入的噪声，获得的地速平滑、完整性较高，可以支持平视飞行导引等高安全性应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，属于航电显示控制技术领域。
背景技术
飞机的地速是平视飞行导引功能中进近导引、滑跑导引、起飞导引重要的输入参数，该参数的精度和完整性直接影响到平视飞行导引的性能和可用性。现有的姿态航向基准系统无法输出地速，GPS地速虽然在精度方面满足平视飞行导引功能的需求，但GPS信号容易受到干扰，信号的完整性无法支持平视飞行导引这种高安全应用,需要对GPS地速信号的完整性进行监控。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，以支持平视飞行导引功能等高安全性应用。
本发明为解决上述技术问题提供了一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：采集无线电高度、气压高度、机场海拔高度，计算飞机离地高度，再采集飞机垂直加速度，利用互补滤波方法获得飞机的垂直速度；
步骤2：采集飞机相对标准下滑道的垂直偏差、设定的参考下滑道角度，结合飞机垂直速度，通过几何关系计算基于仪表着陆系统的地速；
步骤3：根据飞机北东地坐标系下的三轴加速度、跑道航向、基于仪表着陆系统的地速，利用互补滤波方法获得平滑处理后的地速。
进一步的优选方案，所述一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，其特征在于：步骤1中飞机垂直速度的计算过程为：
步骤1.1：根据气压高度hbaro，无线电高度hradalt，机场海拔高度hR，计算飞机离地高度：
hagl＝(hbaro-hR)N+hradalt(1-N)
其中，N为高度转换过渡时间常数，飞机进近着陆过程中，当hradalt＞90ft时，N＝1，当hradalt≤90ft时，N在Δt的时间内从1线性地减小到0；
步骤1.2：根据离地高度hagl，垂直加速度az_AHRS，利用互补滤波方法获得飞机的垂直速度：
其中，Tv为垂直速度互补滤波时间常数，s为拉普拉斯算子。
进一步的优选方案，所述一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，其特征在于：步骤2中基于仪表着陆系统的地速的计算过程为：
根据下滑道偏差εGS、设定的参考下滑道角度γREF、垂直速度Vver，通过几何关系计算基于仪表着陆系统的地速VGS：
进一步的优选方案，所述一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，其特征在于：步骤3中地速平滑处理的计算过程为：
步骤3.1：根据飞机北东地坐标系下的三轴加速度ax_NED、ay_NED、az_NED，跑道航向ψR，根据以下公式计算沿跑道方向的加速度ax_RW：
步骤3.2：根据沿跑道方向的加速度ax_RW，基于仪表着陆系统的地速VGS，利用互补滤波方法获得平滑处理后的地速VGS_smooth：
其中，Ta为地速平滑互补滤波时间常数。
有益效果
本发明的有益效果是:本发明首先采集无线电高度、气压高度、机场海拔高度，计算飞机离地高度，再采集飞机垂直加速度，利用互补滤波方法获得飞机的垂直速度；再基于飞机精密进近过程中在进近区域紧密跟踪下滑路径这种假设，利用几何关系计算基于仪表着陆系统的地速；最后利用沿跑道方向的加速度进行互补滤波，以获得平滑处理后的地速。本发明的一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，综合利用垂直加速度、飞机高度、机场海拔高度、下滑道偏差、参考下滑道角度，计算姿态航向基准系统无法输出的地速，同时通过加速度互补滤波，抑制了下滑道偏引入的噪声，获得的地速平滑、完整性较高，可以支持平视飞行导引等高安全性应用。
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是本发明基于仪表着陆系统的地速测量方法的原理示意图；
图2是本发明实施例中基于仪表着陆系统的地速测量方法的流程图。
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。
本发明基于仪表着陆系统的地速测量方法的原理如图1所示，首先利用姿态航向基准系统输出的垂直加速度、大气数据计算机/无线电高度表输出的飞机高度、飞行管理系统输出的机场海拔高度，通过互补滤波计算飞机垂直速度；再基于飞机精密进近过程中精确跟踪下滑路径这种假设，利用几何关系计算基于仪表着陆系统的地速；最后利用沿跑道方向的加速度对地速进行滤波处理，获得平滑可用的地速。
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.解算飞机垂直速度
本步骤需要采集飞机气压高度、无线电高度、机场海拔高度、垂直加速度。
本实施例是从大气数据计算机获取气压高度hbaro，从无线电高度表获取无线电高度hradalt，从飞行管理系统获取机场海拔高度hR，从姿态航向基准系统获取飞机垂直加速度az_AHRS。
首先利用气压高度hbaro、无线电高度hradalt、机场海拔高度hR，计算飞机离地高度hagl。
hagl＝(hbaro-hR)N+hradalt(1-N)
其中，N为高度转换过渡时间常数。飞机进近着陆过程中，当hradalt＞90ft时，N＝1，当hradalt≤90ft时，N在Δt的时间内，从1线性地减小到0。
利用飞机垂直加速度az_AHRS，结合飞机离地高度hagl，通过互补滤波获得飞机的垂直速度Vver。
其中，Tv为垂直速度互补滤波时间常数，s为拉普拉斯算子。
2.解算基于仪表着陆系统的地速
本步骤需要采集下滑道偏差、设定的参考下滑道角度。
本实施例是从多模接收机获取下滑道偏差εGS、从飞行管理系统获取设定的参考下滑道角度γREF。
基于飞机精密进近过程中在进近区域紧密跟踪下滑路径这种假设，利用几何关系计算基于仪表着陆系统的地速VGS。
3.地速平滑处理
本步骤需要采集北东地坐标系下的三轴加速度、跑道航向。
本实施例是从姿态航向基准系统采集北东地坐标系下的三轴加速度ax_NED、ay_NED、az_NED，从飞行管理系统采集跑道航向ψR。
利用北东地坐标系和跑道坐标系之间的映射关系，计算沿跑道方向的加速度ax_RW。
利用沿跑道方向的加速度ax_RW，通过互补滤波方法，抑制下滑道偏差中的噪声，获得平滑处理后的地速VGS_smooth。
其中，当Ta为地速平滑互补滤波时间常数。
本实施例中基于仪表着陆系统的地速测量方法，综合利用垂直加速度、飞机气压高度、无线电高度、机场海拔高度、下滑道偏差、参考下滑道角度，计算姿态航向基准系统无法输出的地速，同时通过加速度互补滤波，抑制了下滑道偏引入的噪声，获得的地速平滑、完整性较高，可以支持平视飞行导引等高安全性应用。
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 (4)
1.一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：采集无线电高度、气压高度、机场海拔高度，计算飞机离地高度，再采集飞机垂直加速度，利用互补滤波方法获得飞机的垂直速度；
步骤2：采集飞机相对标准下滑道的垂直偏差、设定的参考下滑道角度，结合飞机垂直速度，通过几何关系计算基于仪表着陆系统的地速；
步骤3：根据飞机北东地坐标系下的三轴加速度、跑道航向、基于仪表着陆系统的地速，利用互补滤波方法获得平滑处理后的地速。
2.根据权利要求1所述一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，其特征在于：步骤1中飞机垂直速度的计算过程为：
步骤1.1：根据气压高度hbaro，无线电高度hradalt，机场海拔高度hR，计算飞机离地高度：
hagl＝(hbaro-hR)N+hradalt(1-N)
其中，N为高度转换过渡时间常数，飞机进近着陆过程中，当hradalt＞90ft时，N＝1，当hradalt≤90ft时，N在Δt的时间内从1线性地减小到0；
步骤1.2：根据离地高度hagl，垂直加速度az_AHRS，利用互补滤波方法获得飞机的垂直速度：
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其中，Tv为垂直速度互补滤波时间常数，s为拉普拉斯算子。
3.根据权利要求1所述一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，其特征在于：步骤2中基于仪表着陆系统的地速的计算过程为：
根据下滑道偏差εGS、设定的参考下滑道角度γREF、垂直速度Vver，通过几何关系计算基于仪表着陆系统的地速VGS：
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4.根据权利要求1所述一种基于仪表着陆系统的地速测量方法，其特征在于：步骤3中地速平滑处理的计算过程为：
步骤3.1：根据飞机北东地坐标系下的三轴加速度ax_NED、ay_NED、az_NED，跑道航向ψR，根据以下公式计算沿跑道方向的加速度ax_RW：
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步骤3.2：根据沿跑道方向的加速度ax_RW，基于仪表着陆系统的地速VGS，利用互补滤波方法获得平滑处理后的地速VGS_smooth：
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其中，Ta为地速平滑互补滤波时间常数。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180223 |