民用飞机组合导航实际导航性能计算方法研究

关键词：民用飞机;组合导航;实际导航性能

引言：伴随着现代信息技术的应用和普及，社会生活出现了方方面面的变化，空中交通更加便捷，想要进一步带动空域利用率的提高，则需要不断提高导航性能。

一、组合导航架构和数学模型

（一）组合导航架构

本文从民用飞机的视角出发，基于组合导航的卡尔曼滤波器误差协方差矩阵，对民用飞机实际导航性能进行系统计算和分析。事实上，在民用飞机日常运行管理过程中，能够直接通过计算机，充分整合DME、GPS等多种数据信息，充分发挥传感器的作用，实现组合导航的作用效果，促使导航信息更加准确可靠。对于组合导航系统，一共设置两台飞行管理计算机，计算机相互交互、传递信息，先后按照惯性/GPS、惯性/DME/DME、惯性/VOR/DME完成整个组合导航的过程[1]。

（二）数学模型

1.惯导 /GPS 组合导航数学模型

对于惯导 /GPS 组合导航数学模型，往往可以将状态空间模型设置为以下两种公式表达。第一种状态空间模型则为：

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

此种惯导 /GPS 组合导航状态空间模型属于惯导 /GPS 组合状态方程的一种，其中，对于XINS/GPS，表达内容多元，不仅可以用于表示经纬度误差、高度误差和速度误差，还可以用于表示各个方向的平台误差角和机体三轴的加速度计偏置。此外，W、GINS/GPS、FINS/GPS分别用于表示系统噪声、系统噪声矩阵以及状态转移矩阵。

第二种状态空间模型则表示为：

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

此种惯导 /GPS 组合导航状态空间模型属于惯导 /GPS 组合量测方程的一种，其中ZINS/GPS则用于表示具体的量测值，在具体计算时，则需要将惯导的经纬度等数据信息进行综合计算，并将其和GPS经纬度、高度等数据信息进行综合计算，获取得到六维列向量。此外，VINS/GPS、HINS/GPS分别用于表示量测噪声、量测矩阵。

2.惯导 /DME/DME 组合导航数学模型

对于惯导 /DME/DME 组合导航数学模型，往往可以将状态空间模型设置为以下两种组合状态方程。其中，第一种状态空间模型则表示为：

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

此种惯导/DME/DME 组合导航状态空间模型属于惯导/DME/DME组合状态方程的一种，其中XINS/DME/DME不仅能够用于表示经纬度误差、高度误差以及东西向的速度误差，还可以用于表示不同方向的平台误差角以及机体三轴的加速度计偏置情况，并且，XINS/DME/DME还可以通过分别就DME1、DME2进行距离误差常值的计算。此外，W、GINS/DME/DME、FINS/DME/DME分别用于表示系统噪声、系统噪声矩阵以及状态转移矩阵。

第二种状态空间模型则表示为：

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

此种惯导/DME/DME 组合导航状态空间模型属于经过线性化处理的惯导/DME/DME组合量测方程的一种，其中ZINS/DME/DME则用于表示量测值的大小。具体来讲，对于量测值的计算，需要从位置层面进行综合分析，不仅需要分析惯导计算的位置，还需要就两个DME导航台的位置，对民用飞机和DME台之间的距离，具体展开计算和分析，获取得到计算结果[2]。

3.卡尔曼滤波

采用卡尔曼滤波算法，则可以基于算法估计结果，不断修正导航数据。其中，基于惯导/GPS组合，则可以将状态空间模型设置为以下公式：

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

二、实际导航性能计算

本文采用误差协方差矩阵对实际导航性能进行计算，最终获取得到位置误差协方差矩阵，并将其进行单位元素转化，进行矩阵对角化计算。最终获取得到实际导航性能误差圆半径，对于标准正态分布 （0，1） N的95%分位点则可以直接用Zp表示，最终获取得到Zp=1.64521。？ ？

三、结论

综上所述，对民用飞机组合导航实际导航性能计算方法展开分析具有至关重要的意义。本文从组合导航卡尔曼滤波误差协方差矩阵展开导航性能的计算分析，整体操作简单，可行性较好，具有一定的实用价值。为了更好地推动航空事业发展，今后也应当不断加强数据研究，从而获取得到更加精确的导航性能。

参考文献：

[1]杨立海，张家鹏.某型直升机组合导航系统故障分析与排除[J].航空维修与工程，2021（09）：105-107.

[2]袁珊，万游，孟佳杰，等.一种基于VINS/FINS组合导航方法[J].南京师范大学学报（工程技术版），2021，21（03）：42-48.

作者簡介：

钱晓俊（1985年7月），男，上海人，本科，助理工程师，航空电子方向.