CN109798918B - 一种下滑天线下滑角的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种下滑天线下滑角的测试方法，其包括：步骤S1，确定下滑天线的位置；步骤S2，设定下滑天线的工作频段；步骤S3，确定跑道的方向；步骤S4，设定理论下滑道，并在该理论下滑道上设定下滑角采样区；步骤S5，设定无人机的飞行参数；步骤S6，开启所述下滑天线；步骤S7，根据所述无人机的飞行参数，控制该无人机依次在所述各个测试点上探测ddm零点；步骤S8，计算获得所述下滑天线的下滑角值。本发明利用无人机可以在空中悬停方法，并可以通过主动微调位置寻找理论下滑道上ddm零点的位置，实现了高精度截获真实下滑道参数的目的。
Description
技术领域
本发明涉及航空无线电测量技术，尤其涉及一种下滑天线下滑角的测试方法。
背景技术
导航设备为飞机提供着陆引导信号，在传统的进近方式具有重要地位，进近的方式有目视进近、非精密进近和精密进近，其中，下滑信标可以提供精密进近，对其设备辐射的外场信号质量的要求也十分严格。对于航空事故而言，飞机在起飞和着陆过程的事故率位居榜首，由于下滑信标辐射的空间信号给飞机着陆提供垂直方向的引导信息，故而对其垂直面上主要参数检测显得尤为重要。
目前判定下滑角的有效方法是进行飞行校验，其特点是需要调整天线的话，整个飞行耗时长，消耗资源极大，需要沟通协调的部门多。除飞行校验之外，有些辅助测试方法：在理论上通过中天线(M型下滑天线)的高度，上天线(零基准下滑天线)的高度，来推算下滑角；或者在近场监控天线位置，在标有刻度的固定支架上，上下移动天线，记录连续的测试数据。但是上述方法都是地面测试，对于测量高度有极大的限制，其次是测试的位置也相对单一，若想在不同距离和高度对空间信号采样，由于机场环境的限制，测试位置的选择也有一定困难。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种下滑天线下滑角的测试方法，以不受地空的高度和距离束缚，通过无人机在空中悬停，实时精确定位ddm零点，以精确获取下滑角的数值。
本发明所述的一种下滑天线下滑角的测试方法，其包括以下步骤：
步骤S1，确定下滑天线的位置；
步骤S2，设定下滑天线的工作频段；
步骤S3，确定跑道的方向；
步骤S4，根据所述跑道的方向和所述下滑天线的位置，以所述跑道的中心线与一经过所述下滑天线的一基座的中心点并与所述跑道的中心线垂直相交的垂直面之间的交点为端点，在所述跑道的方向上作一与水平面成一预设仰角的射线，以该射线作为理论下滑道，并在该理论下滑道上设定下滑角采样区；
步骤S5，设定无人机的飞行参数，包括：确定所述跑道的中心线上的跑道入口点的经度和纬度，确定分布在所述下滑角采样区中的测试点的数量以及各个测试点的经度、纬度、高度以及各个测试点相对于所述跑道入口点的水平距离；
步骤S6，开启所述下滑天线，使其向空间辐射信号；
步骤S7，根据所述无人机的飞行参数，控制该无人机依次在所述各个测试点上探测ddm零点，并记录各个ddm零点的经度、纬度、高度以及各个ddm零点相对于所述跑道入口点的水平距离；
步骤S8，根据所述各个ddm零点相对于所述跑道入口点的水平距离以及所述各个ddm零点的高度，计算获得所述各个ddm零点的位置相对于所述交点的仰角值，并对所有的仰角值求算术平均，以获得所述下滑天线的下滑角值。
在上述的下滑天线下滑角的测试方法中，所述步骤S1包括：通过使用GPS设备确定所述下滑天线的经度和纬度，通过气压式高度计确定所述基座的底端的海拔高度；
在上述的下滑天线下滑角的测试方法中，所述步骤S4包括：将所述理论下滑道上的在水平方向上距离所述跑道入口点7400m的起始采样点与距离所述跑道入口点1050m的终止采样点之间的区域作为所述下滑角采样区。
在上述的下滑天线下滑角的测试方法中，所述预设仰角为3°。
在上述的下滑天线下滑角的测试方法中，所述测试点的数量不少于200个。
在上述的下滑天线下滑角的测试方法中，所述步骤S5包括：根据公式(1)确定所述各个测试点相对于所述跑道入口点的水平距离D：
D＝R*[(Bj-Tj)2+(Bw-Tw)2]0.5 (1)
其中，R表示地球半径，Bj表示测试点的经度，Tj表示跑道入口点的经度，Bw表示测试点的纬度，Tw表示跑道入口点的纬度。
在上述的下滑天线下滑角的测试方法中，所述步骤S7包括：每当所述无人机到达一个测试点后，在该测试点上通过所述无人机上的机载接收装置检测所述下滑天线辐射出的信号，并将检测到的信号传输至地面设备，经该地面设备处理后获得对应的ddm值，若该ddm值大于零，则控制所述无人机向上飞行，否则向下飞行，反复调整所述无人机的飞行高度，直至该ddm值的绝对值小于0.001时，将所述无人机此刻所在的位置点作为ddm零点。
在上述的下滑天线下滑角的测试方法中，所述步骤S8包括：所述各个ddm零点相对于所述跑道入口点的水平距离与所述各个测试点相对于所述跑道入口点的水平距离一致；
根据公式(2)计算获得所述各个ddm零点的位置相对于所述交点的仰角值：
θi＝arctan(Hi/Di) (2)
其中，θi表示第i个ddm零点的位置相对于交点的仰角值，Hi表示第i个ddm零点的高度，Di表示第i个ddm零点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离；
根据公式(3)计算获得所述下滑天线的下滑角值θ：
其中，n表示ddm零点的数量。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明利用无人机可以在空中悬停，即实现了在同一经纬度上进行高度的调整，从而通过主动微调位置寻找理论下滑道上ddm零点的位置，实现了高精度截获真实下滑道参数的目的，相对于传统的理论计算中天线的高度位置来估算下滑角，以及通过调整中天线的高度变化，来改变下滑角的变化量，具有更精确的结果。另外，本发明还克服了在飞行校验过程中，由于人为驾驶因素，使得飞行轨道偏离下滑道而引起检验结果偏差的问题。本发明可以突破以往对高度和距离测量的约束，从而能够精确捕获相对于下滑天线较远距离下真实分布信号(包括ddm零点)，相比于飞行校验飞机，可以避免在高速飞行情况下偏离下滑轨迹，消除了因飞行姿态而引起的测试结果偏差。提高下滑天线的运行质量，进而为管制精密近进提供了有力保障。
附图说明
图1a、1b分别是本发明一种下滑天线下滑角的测试方法中无人机的飞行姿态侧视图和俯视图；
图2是本发明一种下滑天线下滑角的测试方法中无人机的ddm零点相对于跑道中心线上跑道入口位置的高度和水平距离的关系示意图，其中示出了在下滑角采样区内获取的平均仰角，即下滑角。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
本发明，即一种下滑天线下滑角的测试方法，其包括以下步骤：
步骤S1，确定下滑天线的位置，包括：通过使用GPS设备确定下滑天线的经度和纬度，通过气压式高度计确定下滑天线的基座底端的海拔高度；
步骤S2，设定下滑天线的工作频段；此处下滑天线的工作频段可以是目下滑天线所在台站对应的工作频段；
步骤S3，确定跑道方向，以用于进一步确定跑道中心线延长线所在方位角度，即图1a中3°仰角(该3°仰角即是理论的下滑角)所在方位；
步骤S4，根据跑道方向和下滑天线的位置，设定理论下滑道，并在该理论下滑道上设定下滑角采样区，同时确定该下滑角采样区的经度、纬度和高度，以用于后续确定相对于跑道入口点T的水平距离；
具体来说，以跑道中心线与一经过下滑天线的基座的中心点并与跑道中心线垂直相交的垂直面之间的交点O为端点，在跑道方向上作一与水平面成一预设仰角(例如3°)的射线，以该射线作为理论下滑道；将理论下滑道上的在水平方向上距离跑道中心线上跑道入口点T 7400m的起始采样点A与距离跑道中心线上跑道入口点T 1050m的终止采样点B之间的区域作为下滑角采样区；
步骤S5，设定无人机的飞行参数，包括：确定跑道中心线上跑道入口点T的经度和纬度，确定分布在下滑角采样区中的测试点的数量(不少于200个)以及各个测试点的经度、纬度、高度和各个测试点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离D；
具体来说：根据公式(1)计算获得各个测试点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离D：
D＝R*[(Bj-Tj)2+(Bw-Tw)2]0.5 (1)
其中，R表示地球半径(6370Km)，Bj表示测试点的经度(变量)，Tj表示跑道中心线上跑道入口点T的经度(定值)，Bw表示测试点的纬度(变量)，Tw表示跑道中心线上跑道入口点T的纬度(定值)；
另外，相较于现有的飞行校验方法中飞机的飞行轨迹一般为相对入口处由远及近的飞行，即，从起始采样点A到终止采样点B，本发明中采用无人机在下滑角采样区进行数据采样，基于其悬停特性，除了可以从起始采样点A飞向终止采样点B之外，也可以从终止采样点B飞向起始采样点A，甚至可以在下滑角采样区内分区间飞行，只要把采样区数据全部采集到即可；
步骤S6，开启下滑天线，使其向空间辐射信号；
步骤S7，根据无人机的飞行参数，控制其依次在各个测试点上探测ddm零点，并记录各个ddm零点的经度、纬度、高度和各个ddm零点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离D；
具体来说，根据设定的各个测试点的经度、纬度和高度，控制无人机依次到达设定的测试点，每当无人机到达一个测试点后，在该测试点上通过无人机上的机载接收装置(其采用与下滑天线相同的工作频段)检测下滑天线辐射出的信号，然后将检测到的信号传输至地面设备，经地面设备处理后获得ddm值，最后根据该ddm值控制无人机在该测试点沿高度方向上下移动：若ddm值大于零，则控制无人机向上飞行，否则向下飞行，反复调整无人机的飞行高度，直至ddm值的绝对值小于0.001时，将无人机此刻所在的位置点作为ddm零点，并记录下该ddm零点的经度、纬度、高度和各个ddm零点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离D(需要注意的是，ddm零点的经度、纬度和相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离D与该测试点的经度、纬度和相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离D一致)；
以各个ddm零点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离D为横坐标，以各个ddm零点的高度H为纵坐标，即可绘制得到如图2中所示的线条(图2中的空心圆点表示探测到的ddm零点的位置)；
步骤S8，根据各个ddm零点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离D以及各个ddm零点的高度H，计算获得各个ddm零点的位置相对于交点O的仰角值，并对所有的仰角值求算术平均，以获得下滑天线的下滑角值；
具体来说，根据公式(2)计算获得各个ddm零点的位置相对于交点O的仰角值：
θi＝arctan(Hi/Di) (2)
其中，θi表示第i个ddm零点的位置相对于交点O的仰角值，Hi表示第i个ddm零点的高度，Di表示第i个ddm零点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离；
根据公式(3)计算获得下滑天线的下滑角值θ：
其中，n表示ddm零点的数量。
综上所述，本发明可以不受地空的高度和距离束缚，无人机可以在空中悬停，实时获取需要参数，并通过搜索精确定位ddm零点，根据地形及实测情况，获取精确的下滑角值。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (6)
1.一种下滑天线下滑角的测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，确定下滑天线的位置；
步骤S2，设定下滑天线的工作频段；
步骤S3，确定跑道的方向；
步骤S4，根据所述跑道的方向和所述下滑天线的位置，以所述跑道的中心线与一经过所述下滑天线的一基座的中心点并与所述跑道的中心线垂直相交的垂直面之间的交点为端点，在所述跑道的方向上作一与水平面成一预设仰角的射线，以该射线作为理论下滑道，并在该理论下滑道上设定下滑角采样区；
步骤S5，设定无人机的飞行参数，包括：确定所述跑道的中心线上的跑道入口点的经度和纬度，确定分布在所述下滑角采样区中的测试点的数量以及各个测试点的经度、纬度、高度以及各个测试点相对于所述跑道入口点的水平距离；
步骤S6，开启所述下滑天线，使其向空间辐射信号；
步骤S7，根据所述无人机的飞行参数，控制该无人机依次在所述各个测试点上探测ddm零点，并记录各个ddm零点的经度、纬度、高度以及各个ddm零点相对于所述跑道入口点的水平距离；
步骤S8，根据所述各个ddm零点相对于所述跑道入口点的水平距离以及所述各个ddm零点的高度，计算获得所述各个ddm零点的位置相对于所述交点的仰角值，并对所有的仰角值求算术平均，以获得所述下滑天线的下滑角值；
所述步骤S7包括：每当所述无人机到达一个测试点后，在该测试点上通过所述无人机上的机载接收装置检测所述下滑天线辐射出的信号，并将检测到的信号传输至地面设备，经该地面设备处理后获得对应的ddm值，若该ddm值大于零，则控制所述无人机向上飞行，否则向下飞行，反复调整所述无人机的飞行高度，直至该ddm值的绝对值小于0.001时，将所述无人机此刻所在的位置点作为ddm零点；
所述步骤S8包括：所述各个ddm零点相对于所述跑道入口点的水平距离与所述各个测试点相对于所述跑道入口点的水平距离一致；
根据公式(2)计算获得所述各个ddm零点的位置相对于所述交点的仰角值：
θi＝arctan(Hi/Di) (2)
其中，θi表示第i个ddm零点的位置相对于交点的仰角值，Hi表示第i个ddm零点的高度，Di表示第i个ddm零点相对于跑道中心线上跑道入口点T的水平距离；
根据公式(3)计算获得所述下滑天线的下滑角值θ：
其中，n表示ddm零点的数量。
2.根据权利要求1所述的下滑天线下滑角的测试方法，其特征在于，所述步骤S1包括：通过使用GPS设备确定所述下滑天线的经度和纬度，通过气压式高度计确定所述基座的底端的海拔高度。
3.根据权利要求1所述的下滑天线下滑角的测试方法，其特征在于，所述步骤S4包括：将所述理论下滑道上的在水平方向上距离所述跑道入口点7400m的起始采样点与距离所述跑道入口点1050m的终止采样点之间的区域作为所述下滑角采样区。
4.根据权利要求1所述的下滑天线下滑角的测试方法，其特征在于，所述预设仰角为3°。
5.根据权利要求1所述的下滑天线下滑角的测试方法，其特征在于，所述测试点的数量不少于200个。
6.根据权利要求1所述的下滑天线下滑角的测试方法，其特征在于，所述步骤S5包括：根据公式(1)确定所述各个测试点相对于所述跑道入口点的水平距离D：
D＝R*[(Bj-Tj)2+(Bw-Tw)2]0.5 (1)
其中，R表示地球半径，Bj表示测试点的经度，Tj表示跑道入口点的经度，Bw表示测试点的纬度，Tw表示跑道入口点的纬度。
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