[发明专利]一种透镜式光学助降系统建模仿真方法

摘要

一种透镜式光学助降系统建模仿真方法，属于航空飞行控制技术领域，具体涉及到一种光学助降系统建模仿真方法。其特征在于，包括如下步骤：第一，设置透镜式光学助降系统的初始安装位置；第二，计算透镜式光学助降系统俯仰角和滚转角线稳定所需对姿态角和滚转角补偿量；第三，计算飞行员眼位在光学助降系统坐标系下的坐标；第四，驱动光学助降系统模型的输出，根据输出结果指引透镜灯光变化。本发明准确建立了透镜式光学助降系统的数学仿真模型，能够在飞行品质模拟器及飞行训练模拟器上驱动透镜灯的颜色变化，以此辅助飞行员在运动平台着着陆阶段直观，快速地分析判断出相对理想下滑道的航迹偏差和方位偏差。

主权项

一种透镜式光学助降系统建模仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：第一，设置透镜式光学助降系统的初始安装位置：以跑道中心线上理想着陆点为基准，测量透镜式光学助降系统在运动平台上的实际安装位置，以此测量数据确定光学助降系统的初始安装位置；第二，计算透镜式光学助降系统俯仰角和滚转角线稳定所需对姿态角和滚转角补偿量；运动稳定平台模型输入：运动平台运动的俯仰角和倾斜角；运动稳定平台模型输出：光学助降系统俯仰角和滚转角线稳定所需对姿态角和滚转角补偿量；设运动平台体轴与着陆跑道的夹角为a，由运动平台俯仰角θ_C引起光学助降系统安装平台相对地轴的俯仰角和滚转角变化量分别为：θ₁、φ₁；sin(θ₁/57.3)＝sin(θ_C/57.3)*cos(a/57.3)sin(θ₁/57.3)＝‑sin(θ_C/57.3)*sin(a/57.3)由运动平台滚转角φ_C引起光学助降系统安装平台相对地轴的俯仰角和滚转角变化量分别为：θ₂、φ₂；由运动平台俯仰角θ_C、滚转角φ_C引起光学助降系统安装平台相对地轴的俯仰角和滚转角变化合量θ₀和φ₀表达为：经过运动稳定平台补偿后的光学助降系统相对跑道坐标系的俯仰角θ_L、滚转角φ_L分别为：θ_L＝b‑θ₀其中飞机b为下滑线角度；第三，计算飞行员眼位在光学助降系统坐标系下的坐标；由飞行员眼位和光学助降系统坐标系原点在运动平台跑道坐标系下的座标，求出飞行员眼位相对光学助降系统坐标系原点的位置，具体步骤如下：a)求出在地轴坐标系下，飞行员眼位相对运动平台质心的位置，得到飞行员眼位在地轴上的坐标‑运动平台质心在地轴上的坐标；b)将所求的眼位点相对运动平台质心的座标值转换至原点为运动平台质心、X轴为运动平台体轴在地面上的投影，Z轴向右、Y轴向上的右手定则坐标系上；转换矩阵为：$\left[\begin{array}{ccc}cos\left(a\right)& 0& sin\left(a\right)\\ 0& 1& 0\\ -\sin \left(a\right)& 0& cos\left(a\right)\end{array}\right]$c)根据已知运动平台运动的俯仰角θ、滚转角γ、航向角ψ，将b)中所求座标值转换至运动平台体轴坐标系的转换矩阵为：$\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\γ}-\cos \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\γ}+\sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\γ}\\ \sin \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\γ}+\cos \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\γ}& -\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\γ}-\sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\γ}\end{array}\right]$d)经过上述转换，已经求出眼位点在运动平台体轴坐标系下的座标值；着陆跑道XZ平面与运动平台体轴坐标系XZ平面平行，且两坐标系的X、Z轴分别相差a度；若想求出眼位点在着陆跑道坐标系下的座标，可先求出眼位点在座标原点为运动平台质心，X、Y、Z轴分别同跑道平行的坐标系上的坐标；运动平台体轴坐标系至经过运动平台质心与跑道座标系平行的坐标系转换关系矩阵为：$\left[\begin{array}{ccc}cos\left(a\right)& 0& -sin\left(a\right)\\ 0& 1& 0\\ sin\left(a\right)& 0& \cos \left(a\right)\end{array}\right]$e)眼位点在跑道坐标系上的坐标值为飞机上各点在座标原点为运动平台质心，坐标轴同跑道平行的坐标系上的坐标值加上运动平台质心在跑道座标系上的坐标[xpk0,ypk0,zpk0]；第四，驱动光学助降系统模型的输出，根据以上步骤得出飞行员眼位在光学助降系统坐标系下的坐标[xop,yop,zop]，根据$eps=\frac{yop}{\left|xop\right|}*57.3$输出结果指引透镜灯光变化。