[发明专利]性能基导航中对称面内飞行技术误差估算方法

摘要

一种用于性能基导航中对称面内飞行技术误差的估算方法，在获取所针对机型的纵向自动飞行控制系统闭环传递函数矩阵或其最小状态空间实现的基础上；根据关心区域的高度不同(小于1000ft，1000ft到2000ft间，大于2000ft)或者通过相关气象部门获得侧风剖面和20ft高处风速值，进而计算得到湍流强度；或者由MIL-8785C获得湍流强度；计算输入扰动信号的功率谱密度；计算飞行器对称面内垂直高度FTE及前向速度FTE的估值边界；若湍流强度数据无法获得，则需计算轻、中、重三种不同大气湍流强度下的高度FTE和速度FTE值，再分别计算高度FTE和前向速度FTE的期望值。本发明使得性能基导航下的飞行运行能够进行纵向TSE的准确航前预测和航行中的短期预测。

主权项

1.性能基导航中纵向飞行技术误差估算方法，其特征在于如下实现步骤：(1)获取所针对飞行器机型的纵向自动飞行控制系统闭环传递函数矩阵G(s)，如下式所示：G(s)＝C(sI-A)^-1B+D，其中A、B、C、D是四个常数矩阵，s是拉氏域变量，I是与矩阵A同行数同列数的单位阵；或获得G(s)的一个最小状态空间实现，即其中A、B、C、D是四个常数矩阵；(2)根据关心区域的飞行高度不同计算得到湍流强度或通过相关气象部门获得侧风剖面和20ft处风速W₂₀计算得到湍流强度或由美国军标MIL-8785C直接获得湍流强度；所述飞行高度分为高度小于等于1000ft、1000ft-2000ft之间、大于等于2000ft，当飞行高度h≤1000ft时：σw=0.1W20σuσw==1(0.177+0.000823h)0.4]]>其中σ_u，σ_w分别为飞行器机身前向速度、垂直方向的湍流强度，其中u，w是飞行器沿x，z轴的速度分量，单位ft/s；当飞行高度h≥2000ft时：沿飞行器机身纵向、垂直方向的湍流强度从MIL-8785C提供的图标中查出，所述图表提供了湍流强度作为高度和该湍流强度被超越的概率的函数；当飞行高度1000ft＜h＜2000ft时：湍流强度σ_u，σ_w作为高度的函数σ_u(h)、σ_w(h)用1000ft处和2000ft处的σ_u、σ_w线性插值得到；(3)根据步骤(2)的u方向，w方向的湍流强度分别计算输入扰动信号的功率谱密度；Φu(Ω)=σu22Luπ11+(LuΩ)2]]>Φw(Ω)=σw2Lwπ1+3(LwΩ)2[1+(LwΩ)2]2]]>ω＝ΩV其中Ω_u，Ω_w是u，w的功率谱密度，单位ft³/s²；L_u，L_w是沿u，w的功率谱的空间尺度，单位ft，V是飞行器空速，Ω是空间频率；(4)根据步骤(1)得到的G(s)和步骤(3)得到功率谱密度，计算速度FTE及高度FTE估值边界，E{yu2}≤12π[supω∈Bd{σ[Tu(s)]}]2∫ω∈BdΦu(ω)dω---(1)]]>E{yw2}≤12π[supω∈Bd{σ[Tw(s)]}]2∫ω∈BdΦw(ω)dω---(2)]]>其中T_u(s)、T_w(s)分别是u方向对应通道和w方向对应通道的SISO传递函数，σ[T_u(s)]和σ[T_w(s)]是T_u(s)和T_w(s)的伯德图幅频响应曲线，和分别为σ[T_u(s)]和σ[T_w(s)]在频域范围上B_d的最大值，B_d是湍流扰动信号频谱带宽的2-3倍；(5)若步骤(2)中的湍流强度数据无法获得，则需计算轻、中、重三种不同大气湍流强度下的前向速度FTE和垂直方向高度FTE值，再计算它们的期望值；所述轻湍流强度为小于等于15knots，中湍流强度为大于15knots，小于45knots，重湍流强度为大于等于45knots，公式如下式所示：E(σFTE2)=Pl×σl2(d)+Pm×σm2(d)+Ps×σs2(d)]]>其中，表示高度FTE或者前向速度FTE的方差的期望值，P_l、P_m、P_s分别为轻、中、重三中强度的湍流出现的概率；(6)采用机载设备或地面设备编写代码执行步骤(4)或步骤(5)中高度FTE或者前向速度FTE预测过程，将能得到FTE的期望值，将FTE的期望值值与导航系统误差(NSE)值相加即可对实际导航性能(ANP)作出短期或航前预测。