一種考慮導航臺和調諧信息的無線電導航參數仿真方法
2023-05-24 17:25:51
一種考慮導航臺和調諧信息的無線電導航參數仿真方法
【專利摘要】本發明公開了一種考慮導航臺和調諧信息的無線電導航參數仿真方法，包含以下步驟：獲取飛機當前位置信息；獲取無線電導航調諧信息；根據飛機當前位置信息，查詢機載導航資料庫，得到可選無線電導航臺信息；根據飛機當前無線電導航調諧信息，查詢可選無線電導航臺信息，得到所調諧的無線電導航臺信息；根據所述的飛機當前位置信息、所調諧的無線電導航臺信息，利用無線電導航參數解算方法，實現無線電導航參數的仿真。本發明解決了現有的無線電導航參數仿真方法沒有考慮實際導航臺信息，並且無法根據飛行管理系統的調諧信息進行無線電導航參數仿真的問題，為飛行管理系統無線電導航綜合管理的測試驗證提供經濟且高質量的無線電導航仿真數據。
【專利說明】一種考慮導航臺和調諧信息的無線電導航參數仿真方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於無線電導航系統仿真【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 飛行管理系統（FMS)是目前機載航空電子系統的核心部件，具有基於多傳感器綜 合導航、飛行計劃管理、飛機性能計算和飛行引導等功能。由於使用飛行管理系統可以提供 區域導航能力、節省燃油，減輕駕駛員負擔，提高飛行任務的安全性經濟性，已被廣泛應用 於民用飛機。
[0003] 無線電導航系統綜合管理是民用飛機FMS的重要導航功能，如空客320利用FMS 對2部甚高頻全向測向儀（V0R)、2部測距儀（DME)以及2部儀表著陸系統（ILS)等無線電 導航設備進行綜合管理。無線電導航系統根據FMS發送的無線電導航調諧信息，測量出飛 機相對於所選導航臺的距離、方位等幾何參數，並提供給FMS用於確定載機與導航臺的相 對位置關係。FMS通過對無線電導航系統的綜合管理，為飛行員提供飛機飛行中實時的位 置、方向、距離和等導航參數，確保區域導航的所需導航性能。
[0004] 無線電導航系統由機載無線電接收機和地面導航臺共同組成，由於機載無線電接 收機價格昂貴，並且需要和實際地面導航臺的配合才能完成參數的測量，難以滿足實驗室 環境下的FMS無線電導航綜合管理的應用研究。因此，通過對無線電導航系統進行研究，對 其建立仿真模型並獲取仿真數據，是一種值得深入研究的方法。目前對無線電導航系統的 仿真大多基於飛機和導航臺空間幾何關係的理想數學模型來實現，但是這種方法沒有考慮 真實地面導航臺的信息，造成了仿真逼真度的下降。另外，這種無線電導航仿真系統無法根 據FMS的調諧信息進行無線電導航參數的仿真，難以滿足對FMS無線電導航綜合管理進行 測試驗證的應用需求。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有的無線電導航系統仿真方法沒有考慮實際導航臺信息，並且無法根 據飛行管理系統的調諧信息進行無線電導航參數仿真的問題，本發明的發明目的在於提供 一種考慮導航臺和調諧信息的無線電導航參數仿真方法，該方法具有經濟有效且易於工程 實現的特點。
[0006] 本發明的發明目的通過以下技術方案來實現：
[0007] -種考慮導航臺和調諧信息的無線電導航參數仿真方法，包含以下步驟：
[0008] 一、獲取飛機當前位置信息；
[0009] 二、獲取無線電導航調諧信息；
[0010] 三、根據飛機當前位置信息，查詢機載導航資料庫，得到可選無線電導航臺信息； [0011] 四、根據飛機當前無線電導航調諧信息，查詢可選無線電導航臺信息，得到所調諧 的無線電導航臺信息；
[0012] 五、根據所述的飛機當前位置信息、所調諧的無線電導航臺信息，利用無線電導航 參數解算方法，實現無線電導航參數的仿真。
[0013] 依據上述特徵，所述無線電導航參數仿真方法包含V0R測量參數磁方位角的仿 真，包含以下步驟：
[0014] 1. 1)由步驟一獲取飛機的經度λ、諱度L ;
[0015] 1. 2)由步驟二獲取甚高頻全向測向儀調諧頻率fVOT ;
[0016] 1. 3)由步驟三查詢機載導航資料庫，搜索飛機當前位置在V0R導航臺信號覆蓋範 圍內的所有V0R導航臺，得到可選的V0R導航臺信息，其中，V0R導航臺信息包括每個可選 V0R導航臺的頻率fVQK、經度λ VQK、諱度LVQK，站臺磁差δ TOK;
[0017] 1. 4)由步驟四查詢可選的V0R導航臺信息，從可選V0R導航臺的頻率f胃中選擇 與調諧頻率fvOT相同的V0R導航臺，從而得到該V0R導航臺的經度λ TOK、緯度L胃、站臺磁差 δν〇κ；
[0018] 1. 5)由步驟五利用飛機相對於導航臺的角度計算方法，得到飛機相對於V0R導航 臺的角度evOT，然後將飛機相對於V0R導航臺的角度0 VOT減去站臺磁差δ胃，得到飛機相 對於V0R導航臺的磁方位角Θ胃，從而實現V0R測量參數磁方位角的仿真。
[0019] 依據上述特徵，所述無線電導航參數仿真方法，包含ILS測量參數航道偏差的仿 真，包含以下步驟：
[0020] 2. 1)由步驟一獲取飛機的經度λ、緯度L ;
[0021] 2. 2)由步驟二獲取的儀表著陸系統調諧頻率fils ;
[0022] 2. 3)由步驟三查詢機載導航資料庫，搜索飛機當前位置在ILS導航臺信號覆蓋範 圍內的所有ILS導航臺，得到可選的ILS導航臺信息，其中，ILS導航臺信息包括每個可選 ILS導航臺的頻率Q、經度λ ttS、諱度'、標高httS、站臺磁差δ m，下滑道角GS%，磁航向 道角L0C^s ;
[0023] 2. 4)由步驟四查詢可選的ILS導航臺信息，從可選ILS導航臺的頻率f^s中選擇 與調諧頻率fils相同的ILS導航臺，從而得到該ILS導航臺的經度λ ttS、緯度L%、站臺磁差 δ ，磁航向道角LOCm ;
[0024] 4. 5)由步驟五利用飛機相對於導航臺的角度計算方法，得到飛機相對於ILS導航 臺的角度9ils;將飛機相對於ILS導航臺的角度eils減去站臺磁差δ%，得到飛機相對於 ILS導航臺的磁方位角Θ ;磁航向道角L0CttS減去磁方位角Θ 得到ILS航道偏差δ
[0025] 依據上述特徵，所述飛機相對於導航臺的角度計算方法具體是：
[0026] 將飛機的位置經度λ、緯度L轉換到以地球中心為坐標原點的空間直角坐標系中 以單位矢量Ρρ1_表示，即
[0027]
【權利要求】
1. 一種考慮導航臺和調諧信息的無線電導航參數仿真方法，包含以下步驟： 一、 獲取飛機當前位置信息； 二、 獲取無線電導航調諧信息； 三、 根據飛機當前位置信息，查詢機載導航資料庫，得到可選無線電導航臺信息； 四、 根據飛機當前無線電導航調諧信息，查詢可選無線電導航臺信息，得到所調諧的無 線電導航臺信息； 五、 根據飛機當前位置信息、所調諧的無線電導航臺信息，利用無線電導航參數解算方 法，實現無線電導航參數的仿真。
2. 根據權利要求1所述的無線電導航參數仿真方法，包含VOR測量參數磁方位角的仿 真，包含以下步驟： 1. 1)由步驟一獲取飛機的經度λ、緯度L ; 1. 2)由步驟二獲取甚高頻全向測向儀調諧頻率fVOT ; 1. 3)由步驟三查詢機載導航資料庫，搜索飛機當前位置在VOR導航臺信號覆蓋範圍內 的所有V0R導航臺，得到可選的V0R導航臺信息，其中，V0R導航臺信息包括每個可選V0R 導航臺的頻率經度X 糹韋度LVQR，站臺磁差δ VQR ; 1. 4)由步驟四查詢可選的VOR導航臺信息，從可選VOR導航臺的頻率fVQK中選擇與 調諧頻率fvOT相同的V0R導航臺，從而得到該V0R導航臺的經度λ胃、緯度LTOK、站臺磁差 δν〇κ； 1. 5)由步驟五利用飛機相對於導航臺的角度計算方法，得到飛機相對於VOR導航臺的 角度e vOT，然後將飛機相對於V0R導航臺的角度0VOT減去站臺磁差δνΚ，得到飛機相對於 V0R導航臺的磁方位角Θ TOK，從而實現V0R測量參數磁方位角的仿真。
3. 根據權利要求1所述的無線電導航參數仿真方法，包含ILS測量參數航道偏差的仿 真，包含以下步驟： 2. 1)由步驟一獲取飛機的經度λ、緯度L ; 2. 2)由步驟二獲取儀表著陸系統調諧頻率fils ; 2. 3)由步驟三查詢機載導航資料庫，搜索飛機當前位置在ILS導航臺信號覆蓋範圍內 的所有ILS導航臺，得到可選的ILS導航臺信息，其中，ILS導航臺信息包括每個可選ILS導 航臺的頻率f ttS、經度緯度LttS、標高hm、站臺磁差δ ttS，下滑道角GS%，磁航向道角 L0Cils ; 2. 4)由步驟四查詢可選的ILS導航臺信息，從可選ILS導航臺的頻率f^s中選擇與調 諧頻率fils相同的ILS導航臺，從而得到該ILS導航臺的經度λ μ、緯度LttS、站臺磁差δ ttS， 磁航向道角LOCm ; 2. 5)由步驟五利用飛機相對於導航臺的角度計算方法，得到飛機相對於ILS導航臺的 角度9ils;將飛機相對於ILS導航臺的角度0ils減去站臺磁差得到飛機相對於ILS 導航臺的磁方位角θ μ ;磁航向道角LOCm減去磁方位角Θ 得到ILS航道偏差δ
4. 根據權利要求2或3所述的無線電導航參數仿真方法，其特徵在於所述飛機相對於 導航臺的角度計算方法具體是： 將飛機的位置經度λ、緯度L轉換到以地球中心為坐標原點的空間直角坐標系中以單 位矢量Pplane表示，即
導航臺的經度λ station、^station 轉換到空間直角坐標系中以單位矢量Pstatim，即
定義空間直角坐標系Z軸單位矢量為Z = (0, 0, 1)，根據飛機位置Ρρ1_，得到飛機Ppl_ 的東向水平矢量Est = Z X Ppl_，進而得到飛機Ρρ1_北向水平矢量Nth = Ρρ1_ X Est ; 根據飛機位置Ppl_和導航臺位置Pstatim，得到從飛機位置到導航臺的大圓航線所在大 圓面的法向星N = PplaneXPstatin，進而得到飛機相對於導航臺的相對角度Θ i，即：
其中"X"和" ?"分別表示向量的叉乘和點乘； 根據飛機位置和導航臺位置之間的相對位置，確定飛機相對於導航臺的角度Θ，具體 為：如果 Xstatim〈x 並且1^_〈1^，則 θ = θ1;如果 Xstatim〈x 並且 Lstatim>L，則 Θ = Qi+n ;如果 Xstatim>X 並且 Lstatim〈L，則 θ = ;如果 Xstatim>X 並且 Lstatim>L， 貝 lj θ = Θ A ji。
5. 根據權利要求1所述的無線電導航參數仿真方法，包含DME測量參數斜距的仿真，包 含以下步驟： 3. 1)由步驟一獲取飛機的經度λ、緯度L、高度h ; 3.2)由步驟二獲取測距儀調諧頻率4_; 3. 3)由步驟三查詢查詢機載導航資料庫，搜索飛機當前位置在DME導航臺信號覆蓋範 圍內的所有DME導航臺，得到可選的DME導航臺信息，其中，DME導航臺信息包括每個可選 DME導航臺的頻率fDME、經度λ DME、糹韋度LDME、標商hDME ; 3. 4)由步驟四查詢可選的DME導航臺信息，從可選的DME導航臺的頻率fDME中選擇與 調諧頻率f dnre相同的DME導航臺，從而得到該DME導航臺的經度λΜΕ、緯度LDME、站臺標高 hDME ； 3.5)由步驟五利用飛機到導航臺斜距計算方法，得到飛機到導航臺DME的斜距〇DME， 從而實現DME測量參數斜距的仿真。
6. 根據權利要求1所述的無線電導航參數仿真方法，包含ILS測量參數下滑道角偏差 的仿真，包含以下步驟： 4. 1)由步驟一獲取飛機的經度λ、緯度L、高度h ; 4. 2)由步驟二獲取的儀表著陸系統調諧頻率fils ; 4. 3)由步驟三查詢機載導航資料庫，搜索飛機當前位置在ILS導航臺信號覆蓋範圍內 的所有ILS導航臺，得到可選的ILS導航臺信息，其中，ILS導航臺信息包括每個可選ILS導 航臺的頻率f ttS、經度λ μ、緯度LttS、標高hm、站臺磁差δ ttS，下滑道角GS%，磁航向道角 LOCils ; 4. 4)由步驟四查詢可選的ILS導航臺信息，從可選ILS導航臺的頻率f^s中選擇與調 諧頻率fils相同的ILS導航臺，從而得到該ILS導航臺的經度λ ttS、緯度Lm、站臺標高httS、 下滑道角GSm ; 4. 5)由步驟五利用飛機到導航臺斜距計算方法，得到飛機相對於ILS導航臺的斜距 ;根據飛機高度h和站臺標高httS，得到飛機相對於ILS導航臺的下滑道角θκ，即
將ILS下滑道角GSm減去下滑道角0es得到ILS下滑道角偏差δ κ。
7.根據權利要求5或6所述的無線電導航參數仿真方法，其特徵在於所述飛機到導航 臺斜距計算方法具體是： 將飛機的位置經度λ、緯度L、高度h轉換到以地球中心為坐標原點的空間直角坐標系 中，坐標矢量PpS表示，即
將導航臺的經度λ station、^station、 站臺標高hstatim，轉換到空間直角坐標系中，坐標 矢量Pstati(m'表示，即
其中馬=1?(1-以以112仏)）），馬'=1?(14(以112(1^3"。 11)))，1?為地球半徑，€為地球扁 率； 根據飛機坐標矢量和導航臺的坐標矢量Pstatim'，求出飛機到導航臺之間的斜距 σ，即
【文檔編號】G01C25/00GK104089630SQ201410323497
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】馬航帥, 王丹, 孫曉敏 申請人:中國航空無線電電子研究所