飞行管理系统与基于性能的导航的历史与发展

飞行管理系统FMS及其相关系统的技术进步成就了基于性能的导航PBN的实现。本文对机载FMS导航相关的历史发展进行了阐述,围绕FMS中PBN/RNP的相关功能与发展历程,从功能和运行实践两方面进行了分析,对目前正在进行的功能增强研究进行了初步介绍。     

基于Kalman滤波的SINS／GPS组合导航系统的误差分析

本文对SINS／GPS系统误差模型进行了推导,在失准角小角度情况下惯性系统误差模型的基础上提出了一种基于Kalman滤波的SINS／GPs组合导航系统的二维误差分析方法。采用工程上较易实现的松耦合的组合方式,建立了位置、速度组合导航模型,并对速度组合、位置组合、速度位置组合方式进行了仿真对比分析。     

直升机PBN目视飞行程序研究

借鉴国外先进的直升机飞行程序设计经验,通过分析直升机对于飞行程序的特殊要求,选择适合直升机的PBN导航源和导航方式。同时简要介绍基于全球导航卫星系统(GNSS)的直升机飞行程序特点。阐述星基增强系统对于直升机飞行程序带来的影响。对比传统的直升机仪表进近程序和基于GNSS的直升机进近程序在规范和运行上的区别与特点,体现基于GNSS的直升机飞行程序的优越性。     

发射系下SINS/GPS/CNS组合导航系统联邦粒子滤波算法

传统的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter, EKF)算法应用于未来高超、空天飞行器的组合导航系统时,因其模型线性化展开会导致模型不准确,从而引起导航精度下降;采用蒙特卡洛方法来实现递推贝叶斯估计问题的粒子滤波(Particle filter,PF)算法能有效避免引入线性化误差,具有一定的优势。据此,针对高超、空天飞行器在发射过程中通常需要直接获得发射惯性系下的高精度导航参数的需求,提高发射惯性系下弹载组合导航系统滤波算法的精确性就尤为重要,PF滤波算法无需对非线性系统进行线性化展开即可直接实现对非线性系统的状态误差估计。为此,本文将PF滤波算法引入空天飞行器SINS/GPS/CNS多信息融合组合导航系统,设计了发射系下基于联邦滤波器的PF滤波算法,实现了对组合导航系统状态参数的直接建模估计。算法仿真结果表明,相较于发射系下SINS/GPS/CNS组合导航系统联邦EKF滤波算法,PF滤波算法有效提高了组合导航系统滤波精度。     

空中平台方位误差修正技术研究

平台方位误差的估计补偿是巡航导弹中制导组合导航的一项关键技术。通过短时机动飞行，采用惯性／位置组合导航卡尔曼滤波估计方法，实现对平台方位误差的空中估计修正。横向“Ｃ”形或“Ｓ”形转弯可增大方位误差的可观测程度，从而迅速估计出平台方位误差。文中首先建立组合导航系统机动飞行段的简化数学模型，讨论了简化条件，给出了相应的滤波算法（ＭＫＦ），不同类型的计算机模拟仿真证明平台方位误差修正精度可达到４～５＇。所得结论对巡航导弹惯导／地形匹配、惯导／ＧＰＳ组合导航技术研究有实用意义。     

GPS／DNS组合导航系统研究

通过误差分析的方法，给出了用卫星全球定位系统ＧＰＳ的位置、速度信息作为观测量的ＧＰＳ／ＤＮＳ组合导航系统的数学模型。在此模型的基础上应用卡尔曼滤波器，估计出导航参数误差并对系统进行校正，从而实现了ＧＰＳ与多普勒导航系统（ＤＮＳ）的组合。ＧＰＳ／ＤＮＳ组合导航系统克服了多普勒导航系统定位误差随时间发散的缺点，使得导航精度与时间无关，弥补了ＧＰＳ实时性的不足。仿真结果表明，该组合方案可获得高的导航定位精度。该系统丰富了组合导航系统内容，且体积小、成本低，便于工程实现，具有实用价值。     

面向签派的飞行燃油消耗估计方法

航班的燃油加载量决定了航空公司运行成本。本文提出了基于飞机性能的燃油消耗估计模型及其动态修正方法。以飞机性能手册参数为依据,根据各飞行阶段的性能特点,建立基于神经网络的燃油消耗原始模型。利用积累的飞行数据(QAR数据)修正模型,消除因飞机性能衰减对燃油消耗的影响,弥补飞机性能手册中飞行气象条件样本量较少的不足。以某次北京—成都航班飞行计划数据为验证数据源,按照签派流程进行了模型的验证测试,对比本次航班实际燃油消耗量,误差为2.38%,达到现阶段国内外航空公司现有商业软件估计精度水平。     

基于未知状态估计器和改进跟踪微分器的柔性关节预设性能反演控制（英文）

为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题，提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器，该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造了一种新的有限时间收敛预设性能函数，并基于该函数设计反演控制器，用于在保证闭环系统所有信号有界的情况下，使关节跟踪误差在约定时间内收敛到预定的任意小区域。为避免反演控制器的微分爆炸问题，设计基于改进Sigmoid函数的跟踪微分器来估计虚拟控制律的微分信号。仿真结果表明，在未建模动态和外部未知干扰的影响下，所提方法能够保证关节跟踪误差在有限时间内收敛到任意给定范围，有效提高了柔性关节的瞬态和稳态性能。     

ADF的系统误差分析

自动定向机的误差分为随机误差和系统误差两大类 ,介绍了误差的量级和消除(或避免 )方法。对于飞行员无法消除的系统误差 ,详细地分析了它对导航定位的影响 ,并在说明确定系统误差必要性的基础上 ,给出了具体的确定方法。     

基于有向元胞自动机复杂环境下直升机飞行路径规划研究

针对直升机在复杂环境飞行时,缺乏自动导航,飞行难度大的问题,提出基于有向元胞自动机的直升机飞行路径规划算法。在考虑直升机的飞行性能,限制区域的大小,飞行速度等限制条件下建立空域的网格模型,利用机载星基导航和定位系统生成精确的定位信息,建立有向元胞自动机运动规则,确定有向元胞自动机的运动方向,从而构建了直升机空中自动导航的算法,实例表明:基于该算法的仿真,在复杂环境中,直升机能够规避障碍物,自动生成飞行路径,有效提高直升机飞行安全。     

GNSS/SINS组合SAR运动信息传感器

提出一种不依赖于机载主惯导的SAR运动信息传感器方案，即改进的基于GNSS／SINS组合运动系统。在成像期间．输出以纯惯性为主的导航信号．以保证较高的相对定位精度。而GNSS／SINS组合．则保证了长时间的绝对定位精度。本介绍了这种运动传感器的原理和数学模型等，并对实验结果作了分析。多次实验表明，本提出的基于GNSS／SINS的运动传感器具有很高的精度，完全满足了SAR成像的精度要求．特别适用于没有主惯导或主惯导精度较低的场合。     

GPS/IMU组合导航系统中杆臂效应分析(英文)

研究了组合导航系统中杆臂效应引起的干扰比力问题。文中给出了几种飞行状态下由杆臂效应引起的导航误差。分析表明 ,当飞机作机动飞行时 ,杆臂效应引起的干扰比力是主要的误差源之一 ,并且由干扰比力产生的导航误差随时间快速积累。因此 ,在组合导航系统中必需考虑在线的补偿方法 ,以便补偿由杆臂效应引起的导航误差。     

GPS/IMU组合导航系统中杆臂效应分析

Disturbance specific force caused by the lever arm ef-fects in integration navigation system is investigated,Navigation errors eaused by the lever arm effects have been demonstrated under three flinght scenarios of the air-craft.Analytical under three flight scenarios of the ari-craft.Analytical results show that disturbance specific force resulted from lever arm effects may become one of the major error sources while an aircraft undertakes the maneuvers,and mavigation errors caused by the lever arm effects accumulate rapidly with time.Therefore,a com-pensation method must be taken into account to eliminate the disturbance specific force caused by the lever arm ef-fects in integration navigation system.     

高适应性低成本大型无人机导航与控制系统

设计的数字式导航与控制系统沿着高适应性低成本方向,综合考虑了大型高亚声速无人机可靠性和经济性,采用了起飞发射段控制律优化设计、高低空自适应变参技术和高性价比的组合导航策略.在保证飞行品质和降低系统成本的同时,扩宽了大型无人机的使用空域和地域范围.经过仿真试验和实际飞行验证,该系统控制飞机姿态稳定,定高效果好,飞行航迹与规划航路误差很小,系统的各项功能均得到实现,适应了"一个系统,多种平台"、"一种平台,多种用途"的大型无人机发展需要.     

基于卡尔曼滤波技术的相对导航技术之研究

本论文主要是研究卡尔曼滤波参数混合技术应用于民用飞机相对导航系统。文中重点在于讨论两架飞机相对位置误差的演变。因此首先研究了飞机绝对导航位置误差的演变。讨论了惯导系统(INS)和卫星定位系统(GPS)的卡尔曼滤波混合。此外，讨论相对导航条件下参数混合以及在下列两种不同的情况下的混合结果：1、飞机间相互传送本机混合后的导航数据；2、未经混合的导航数据传送后再混合。采用MATLAB进行仿真，得到不同方式的导航系统相对位置估计误差演变。     

空空导弹自适应飞控系统的定量反馈理论设计

讨论了空空导弹自适应飞行控制系统的定量反馈理论控制设计问题。首先，简要介绍了传统的定量反馈理论（ＱＦＴ）设计方法与步骤；然后，提出了一种改进的ＱＦＴ设计方法，该方法结合了变增益和ＱＦＴ设计的优点，综合考虑了飞行范围、控制器复杂程度以及闭环特性要求之间的平衡，从而保证了整个飞行范围的鲁棒性能要求；最后，用该方法设计了一个使用捷联惯导的空空导弹自适应飞行控制系统，通过仿真验证了该方法的正确性和优越性。     

Flight Safety System Evaluation and Optimal Linear Prediction

The complexity of flight safety system is usually affected by a variety of uncertainties.The uncertainty of overall security situation of flight safety system are hardly determined. In this work,flight safety assessment index system is firstly established based on software hardware environment liveware management(SHELM)model. And flight safety assessment is also carried out with matter-element theory algorithm to obtain safety state. According to correlation degree values of each evaluation index,key indexes affected flight safety are obtained. Under the assumption that the flight safety system is a linear dynamic system and combining the above evaluation analysis,Kalman filter algorithm is used to carry out prediction analysis on security situation. A simulation analysis is carried out based on an actual flight safety situation of an airline. The results show that the security state of airline flight safety system in a short period of time can be obtained,and main factors affecting flight safety are found out. This provides a viable way for airlines to further strengthen flight safety management.     

一种小型无人机简易飞行控制系统的方案

针对低速、自然稳定的小型无人机的特点,以控制无人机按预定航线自主飞行为目标,设计了具有双回路的PID控制的纵横向飞行控制律,以及优化的GPS系统(磁航向传感器补偿)导航算法,形成只需少量传感器和执行机构的飞行控制方案.该方案广泛适用于低速、自然稳定的小型元人机,具有良好的静态和动态特性,并且造价低廉、使用简单.