一種rnp中的綜合系統(tǒng)誤差實(shí)時計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算方法，具體包括以下步驟：步驟一：通過導(dǎo)航方程計(jì)算出導(dǎo)航誤差概率橢圓。步驟二：利用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)算法將導(dǎo)航誤差概率橢圓旋轉(zhuǎn)為正橢圓。步驟三：求解正橢圓的外切曲線參數(shù)，本發(fā)明采用的曲線以外切直線（線切橢圓法）和外切圓（圓切橢圓法）。步驟四：利用外切曲線參數(shù)計(jì)算實(shí)時TSE。步驟五：將實(shí)時TSE與RNP規(guī)范閾值進(jìn)行比較，輸出告警結(jié)果。本發(fā)明提出的一種RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算方法具有較小的計(jì)算代價和較準(zhǔn)確地TSE估計(jì)，適用于RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算。
【專利說明】一種RNP中的綜合系統(tǒng)誤差實(shí)時計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空導(dǎo)航領(lǐng)域，具體地說，是指一種RNP中的綜合系統(tǒng)誤差實(shí)時計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空應(yīng)用對安全水平以及其他需要滿足的性能指標(biāo)提出了極高的要求。在導(dǎo)航方面，RNP (Required Navigation Performance,所需導(dǎo)航性能)對這些性能指標(biāo)具有明確規(guī)定，它主要包含四個性能指標(biāo)，即精度，完好性，連續(xù)性和可用性。其中，精度的提高與實(shí)時報警對保障RNP飛行安全具有重要作用。如圖1所示，RNP中的精度指的是在某空域或者航路上，機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)以95%以上的概率保證飛機(jī)偏離預(yù)計(jì)航跡不超過某一規(guī)范閾值χ。在RNP中，精度記為綜合系統(tǒng)誤差(TSE，Total System Error)，通過對飛機(jī)TSE進(jìn)行實(shí)時估計(jì)，并將其與RNP規(guī)范中對應(yīng)的閾值進(jìn)行比較，以便在TSE超過規(guī)范閾值時及時報警，保障RNP飛行安全。
[0003]當(dāng)前，TSE計(jì)算與報警技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于民航RNP飛行中，其一般方法是對所有種類的誤差進(jìn)行組合。如圖2所示，TSE主要包括航徑定義誤差(PDE，Path DefinitionError,定義航徑與預(yù)期航徑誤差),飛行技術(shù)誤差(FTE, Fight Technical Error,定義航徑與估計(jì)位置誤差)和導(dǎo)航系統(tǒng)誤差(NSE, Navigation System Error,估計(jì)位置與真實(shí)位置誤差)三個部分，其中航徑定義誤差相對于另外兩項(xiàng)較小，可以忽略不計(jì)。因此，TSE近似等效于飛行技術(shù)誤差與導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的矢量求和。然而，由于在飛行過程中，真實(shí)位置是未知的，因此導(dǎo)航系統(tǒng)誤差矢量無法獲得，這將導(dǎo)致無法對TSE進(jìn)行直接計(jì)算。因此，為了保障飛行安全并實(shí)現(xiàn)有效告警，RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算方法的研究非常必要。
[0004]TSE計(jì)算方法需要對飛行器所有誤差的組合進(jìn)行準(zhǔn)確的概率估計(jì)。如果估計(jì)值過于保守，則有可能造成虛警，反之，則將對飛行安全構(gòu)成威脅。同時，在RNP中的TSE的計(jì)算方法必須高效以便滿足航空飛行的實(shí)時性需求。目前，TSE的計(jì)算方法主要分為兩類。第一類通常假設(shè)飛行過程中所有誤差均服從獨(dú)立的零均值高斯分布，此時，TSE的標(biāo)準(zhǔn)差為FTE的標(biāo)準(zhǔn)差與NSE的標(biāo)準(zhǔn)差的均方根。然而，這種方法采用先驗(yàn)的FTE與NSE的概率統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，只能用于預(yù)測，而無法提供實(shí)時告警。另外一類方法則將FTE與NSE作為標(biāo)量進(jìn)行相加求和獲得TSE。盡管這種標(biāo)量求和法能夠獲得實(shí)時TSE，然而，該方法沒有區(qū)分TSE的橫向或縱向的分量，因此當(dāng)FTE與NSE方向不同時，標(biāo)量和將大于矢量和，從而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果較真實(shí)值趨于保守。當(dāng)采用該計(jì)算值與RNP規(guī)范的閾值進(jìn)行比較時，很可能造成虛警，從而影響正常飛行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有RNP中TSE實(shí)時計(jì)算方法的不足，本發(fā)明提出了一種快速有效的RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算方法。RNP的TSE主要包括FTE和NSE兩個部分，其中重點(diǎn)考慮相對于垂直預(yù)計(jì)航跡方向的誤差(簡稱橫向誤差)。RNP中FTE可以通過導(dǎo)航估計(jì)位置與預(yù)計(jì)航跡橫向距離求得，而NSE為一個概率分布，因此需要通過概率論方法進(jìn)行估計(jì)。因此，本發(fā)明在誤差概率橢圓理論的基礎(chǔ)上，提出了另外兩種可選擇的TSE實(shí)時計(jì)算方法用于RNP中TSE的實(shí)時計(jì)算，稱作線切橢圓法和圓切橢圓法。結(jié)合現(xiàn)有的標(biāo)量求和法，在衛(wèi)導(dǎo)導(dǎo)航模式下，對比了這3種TSE實(shí)時計(jì)算方法的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提出的一種RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算方法具有較小的計(jì)算代價和較準(zhǔn)確地TSE估計(jì)，適用于RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算。
[0006]本發(fā)明的一種RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算方法，具體包括以下步驟:
[0007]步驟一:通過導(dǎo)航方程計(jì)算出導(dǎo)航誤差概率橢圓。
[0008]步驟二:利用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)算法將導(dǎo)航誤差概率橢圓旋轉(zhuǎn)為正橢圓。
[0009]步驟三:求解正橢圓的外切曲線參數(shù)，本發(fā)明采用的曲線以外切直線(線切橢圓法)和外切圓(圓切橢圓法)。
[0010]步驟四:利用外切曲線參數(shù)計(jì)算實(shí)時TSE。
[0011]步驟五:將實(shí)時TSE與RNP規(guī)范閾值進(jìn)行比較，輸出告警結(jié)果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中RNP-x規(guī)范示意圖；
[0013]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中TSE組成示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明基于概率橢圓的RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算流程圖；
[0015]圖4為RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算模型示意圖；
[0016]圖5為正橢圓下的TSE實(shí)時計(jì)算模型示意圖；
[0017]圖6為線切橢圓法示意圖；
[0018]圖7為圓切橢圓法示意圖；
[0019]圖8為三種方法TSE實(shí)時計(jì)算時間結(jié)果；
[0020]圖9為二種方法TSE實(shí)時計(jì)算誤差。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明的一種RNP中的TSE實(shí)時計(jì)算方法，方法流程圖如圖3所示，具體包括以下步驟:
[0023]步驟一:通過導(dǎo)航方程計(jì)算出導(dǎo)航誤差概率橢圓。
[0024]建立衛(wèi)星導(dǎo)航非線性觀測方程:
【權(quán)利要求】
1.一種RNP中的綜合系統(tǒng)誤差實(shí)時計(jì)算方法，RNP表示所需導(dǎo)航性能，具體包括以下步驟: 步驟一:通過導(dǎo)航方程計(jì)算導(dǎo)航誤差概率橢圓； 建立衛(wèi)星導(dǎo)航非線性觀測方程:
【文檔編號】G01C25/00GK103557872SQ201310538241
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】張軍, 李銳, 付立 申請人:北京航空航天大學(xué)