陸基導航技術研究-資料下載頁

　　

【正文】 ） 式中 ,T為 30Hz的 周期。 由以上對伏爾測角原理的分析，我們可以得到：無線電信號頻率的穩定度和信號 幅度的衰減以及相位差監測時的計時精度是產生測量誤差的根源 [10][13]。 （ 3） VOR誤差模型 24 模型框圖如 圖 ： 2 2 1 / 2[ ] ( )t t R CV S TE ? ? ? ?? ? ? （ ） RCV? 、 ST? 分別為接收機和臺站誤差 圖 13 VOR誤差模型 一階馬爾科夫過程： ? ? ? ? 22[]E t t e ???? ? ? ? ??? VOR誤差方程可以表示為： 2 2 1n? ? ? ?? ?? ? （ ） t? 為 VOR 總體誤差 。 1n 為白噪聲 . 誤差模型以狀態空間法表示為： 22 100 0 0tn?? ? ??????? ? ??? ? ? ??? ????? ? ? ??? ? ? ? ????? （ ） ? ?11t t?? ???? ???? ? ?1 1 2( ) ( ) ( )E n t n t Q? ? ??? 2222/rQ ??? 其中 r? =176。 32 0 .7 1 0 / /r s kt? ??? DME 測距系統誤差特性分析及誤差建模 ? DME誤差統 計特性： DME 最顯著的誤差 源有以下幾種： ? 脈沖上升時間和脈沖畸變 2? ? 0?? 1n ? t? t? + + + + 25 ? 固定延遲的標校誤差 ? 頻率穩定性 ? 接收機處理誤差 由于定時只依賴于脈沖前沿，所以對由于反射而產生的多路徑誤差不敏感。 ? DME誤差統 計特性： 主要的誤差源為接收機與 DME 臺站之間的固定延時的波動，將導致偏置誤差，主要由器件漂移、溫度變化和電源供電波動引起。但這種誤差在飛行器使用 DME 臺站期間的變化十分緩慢。而噪聲對脈沖的干擾將會產生高頻的誤差分量。 ? 均方根誤差 接收機標準偏差： 2 1 / 2( [ ] ) 0 .1R C V a R C VE n m????（ 1σ） （ ） DME臺站標準差： 2 1 / 2( [ ] ) 0 .1ST aSTE nm????（ 1σ） （ ） 總體均方差： 2 2 1 / 2( ) 0 .1 4a t a R C V a S T nm? ? ?? ? ?（ 1σ） （ ） ? DME 誤差 的期望 在臺站偏差變化緩慢的前提下臺站誤差期望如下： 0 ||2[ ( ) ( ) ]S T S T a S TE a t a t e ???? ??? （ ） 其 中： aST? = 通常 30 0 .0 0 6 1 0 / /r s kt? ??? 總體期望： 0 ||2[ ( ) ( ) ] aE a t a t e ???? ??? （ ） nm? ? ? DME誤差 方程可以表示為： 00Da a n??? ? ? ? （ ） 其 誤差模型以狀態空間法表示為： 0000 0 0 Dacacaa n???????? ? ??? ? ? ???????? ? ? ??? ? ? ? ????? （ ） ? ? ? ?11t acaa ???? ???? 其中， ta 為總體誤差。 26 ? ?( ) ( ) ( )D D DE n t n t Q? ? ??? （ ） 其中 2 3 202 / 7 10 ( ) /( / / )DaQ nm r s k t??? ? ? Dn 為白噪聲。 陸基導航系統誤差實測結果 圖 16 與 圖 17 為 2020年 8月 17日萬州 VOR/DME臺誤差實測結果。實際飛行軌跡如 圖14 所示。其中紅色標記表示地面導航臺的位置。 校驗飛機主要采用環繞導航臺站與飛越導航臺站 的 兩種飛行方式，用以測試 VOR與 DME的實際工作精度。 1 0 7 . 2 1 0 7 . 4 1 0 7 . 6 1 0 7 . 8 108 1 0 8 . 2 1 0 8 . 4 1 0 8 . 6 1 0 8 . 83 0 . 23 0 . 33 0 . 43 0 . 53 0 . 63 0 . 73 0 . 83 0 . 9313 1 . 13 1 . 2 圖 14 VOR/DME 校驗飛行軌跡 從測試結果中可以發現，在繞臺飛行中， VOR與 DME測量精度變化較為平穩。但采取飛躍臺站的飛行方式后， VOR與 DME誤差均有較為明顯的變化。這主要是由于飛行器真實位置是根據衛導系統結果得到的，在進行角度 距離變換時，衛導系統 誤差 將被 放大。 27 圖 15 用戶相對導航臺距離變化圖 比較 圖 15 、 圖 16 與 圖 17 可以明顯看出，每當用戶接近導航臺時， DME誤差均出現明顯增長現象， VOR同時出現跳變。這說明目前較為常用的利用 GPS作為陸基導航系統校準依據的方法可能帶有一定的局限性。 0 1 2 3 4 5 6 7x 1 041 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4D M E 測距誤差 圖 16 DME 誤差實測結果分析 28 0 1 2 3 4 5 6 7x 1 04 1 5 1 050510V O R 測距誤差 圖 17 VOR 誤差實測結果分析 本章小結 本章，對陸基導航系統中的 VOR、 DME、 TACAN 的工作 原理進行了闡述，從理論角度對 VOR 及 DME 導航系統的誤差特性進行了分析并建立誤差模型，利用實測數據進行了分析驗證。 29 第三章 陸基導航 組合 系統定位誤差分析 陸基導航系統的組合方式及定位原理 根據 VOR和 DME各自的定位原理，可以知道兩種導航系統有多種不同的組合方式，常用的有 DMEDME組合方式和 VORDME組合方式。 DMEDME 組合方式 DMEDME組合方式定位是利用雙 DME系統測出到兩個地面臺的距離 Ar 和 Br ，根據兩條位置線的交點 M，就能定出載體的位置，如圖 14所示 。這種方式的優點是具有較高的精度，缺點是這種定位方法存在著多值性，即兩個地面導航臺的各一條圓位置線所得到的交點位置有兩個。 其中一個 DME臺可用于修正另兩個 DME臺的誤差，即 由第三個臺來消除多值性， 因此整個系統的精度會較只有兩個 DME臺可用時提高。 rBrAMM ’AB 圖 14 DMEDME定位原理 VORDME 組合方式 還有比較一種常用的組合方式為 VORDME組 合方式，即測角 測距定位 ,它 通過測量載體相對 VOR臺的磁方位角和 DME臺的斜距來實現定位， 完成（ ??? ）定位 [11][13]。 定位原理如圖 15所示 ： 北ρθ東V O R / D M E 臺天 圖 15 VOR/DME 定位原理 圖 30 VOR、 DME 組合系統定位誤差分析 VORDME 定位誤差分析 ? 定位誤差計算 飛機y( 北 )rθV O R D M E( 0 , 0 )( x , y )x 圖 16 VORDME 定位誤差示意圖 方便起見，將 VORDME 臺站的坐標設為原點 （ 0， 0） ，載體的坐標設為 （ x， y） ，則估計坐標為 ()xy??， 。則載體相對于 VOR 導航臺的側方位角為 θ ，載體到 DME 導航臺的斜距為 r，則可以得到用戶位置： sincosxryr????? ?? （ ） 對上式進行泰勒級數展開，并取一階誤差項 sinc o sxxx r x rryyy r y rr???????? ??? ? ? ?? ? ???? ??? ?? ??? ? ? ?? ? ??? ??? （ ） 則 s i n c o sx x x r r? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? c o s ( s i n )y y y r r? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? 令 ( , ) , ( , )TTX x y L r ?? ? ? ? ? ?，則 VOR/DME 的定位誤差矩陣表達式為： X AL? （ ） 即 s in c o sc o s s inx r r rAyr??? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 式中 sin c osc os sinrA r????? ????? 31 若 ( , )r ??? 相互獨立，其協方差陣為 2200T rLC E L L?? ??????? ?????? （ ） 定位誤差協方差陣為 TTXLC E X X A C A?????? （ ） 即 ? ? ? ?? ?? ?2 2 2 2 2 2 2 22s i n c os s i n c osc os s i n c os s i ns i n c os s i n c os s i n c oss i n c osTTrrrxrE x y E A r AyrAE r ArrErr r rrr??????? ? ? ??? ? ? ? ??? ?? ? ?? ? ??? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ???? ? ????????? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ???????? ?? ?2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 222s i n c os c os s i ns i n 2s i n c os2s i n 2c os s i n2rrrrrx x yy x yrrrrrr??????? ?? ?? ????? ?? ? ??? ? ?? ??????????????????????????? ?????? （ ） 式中 2 2 2 2 2 2s in c o sxr r ?? ?? ???? 2 2 2 2 2 2c o s s inyr r ?? ?? ???? ? ?2 2 22 2 2si n c os si n c ossi n 22x y rrrr??? ? ? ? ? ? ?? ?????? 從 VORDME 臺的定位誤差的特點可知，其定位誤差主要和斜距測距精度 r? 和方向測量精度與斜距之積 r?? 有關會隨著載體距離臺 站的增大而增加。 ? VORDME 導航有效區域的確定 VORDME 系統包括兩大工作單元： VOR 和 DME。 VOR 與 DME 同址安裝，在給航空器提供方向信息的同時，還能提供航空器到導航臺的距離信息。因此在實時導航的 32 過程中，需考慮每個 VORDME 臺的導航有效區域。其確定方法就是：以 VORDME臺為中心，臺最大覆蓋距離為半徑的圓形區域 [12][15]。如圖 17所