基于卡尔曼滤波理论的vor飞行校验数据处理

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1、基于卡尔曼滤波理论的VOR飞行校验数据处理（华北空管局技术保障中心北京100621）引言在民航业飞速发展的今天，导航系统的精度已经成为评价机场安全性的重要参数之一。机场客流量和飞行架次的增加，以及科学技术的迅猛发展都对导航定位的精度和可靠性都提出了更高的要求。通过飞行校验提高导航设备的精确度，避免或减小导航设备的定位误差，受到了人们广泛的关注与深入的研究。甚高频全向信标（以下简称VOR）是高精度的近程相位测角导航系统，是飞行校验的重要科目之一[1]。中国民航的飞行校验于1989年正式幵始。截止到2015年，我国己拥有民用机场210个，随着机场的建设和机场及航路的导航设备

2、快速发展，中国民航空中交通服务系统的基础设施建设也取得了长足进展。为保障机场和航路上的导航设备符合相关的使用标准，对其进行投产、定期以及特殊飞行校验是十分必要的。飞行校验业务在机场和导航设备快速发展的基础上迅速增K:起来。在整个飞行校验过程中，由于多方面因素的影响，测试得到的飞行校验数据与真实值之间会存在一定的误差，这会对校验结果造成一定的影响，造成测试结果的不准确性[2]。针对飞行校验中出现的各种误差，采取何种方式方法来分析并减小误差值得进一步研究。木文以VOR的飞行校验为背景，在现有的飞行校验数据处理基础上，采用卡尔曼滤波技术来减小校验数据的误差。通过深入研宄卡尔曼

3、滤波的基础理论及应用方法，同时与VOR的飞行校验原理相结合，对VOR的飞行校验数据处理进行了仿真分析，仿真结果证明了此方法应用的合理性与正确性。一.卡尔曼滤波理论卡尔曼滤波从与被提取信号有关的量测量中通过算法估计出所需信号。其中被估计信号是由白噪声激励引起的随机响应，激励源与响应之间的传递结构（系统方程）己知，量测量与被估计量之间的函数关系（量测方程）也已知。估计过程中利用了如下信息：系统方程、量测方程白噪声激励的统计特性、量测误差的统计特性［4】。就实现形式而言，卡尔曼滤波器实质上是一套由数字计算机实现的递推算法，每个递推周期中包含对被估计量的时间更新和量测更新两个过

4、程。吋间更新由上一步测量测更新结果和设计卡尔曼滤波器时的先验信息确定，量测更新则在吋间更新的基础上根据实吋获得的量测值确定。因此，量测量可看做卡尔曼滤波器的输入，估计值可看做输出，输入和输出之间由吋间更新和量测更新算法联系。一.VOR飞行校验原理VOR是国际民航组织规定的一种近程导航设备，工作于其高频波段，频率范围为108MHz〜117.975MHz。全向信标系统通常由发射机、监控器、控制和交换器、天线、电源、遥控和状态显示器等组成，可向装奋相应设备的航空器提供相对于该地面设备的磁方位信息。在机场范围用于进场、进近引导；在航路上实现直线位置线定位，保证飞机沿航路飞行。在

5、飞行校验中，相关标准要求对具体的项B和参数进行校准和检查。以其中一项重要参数方位误差为例，该项目是指飞机所处的空间某点相对于VOR的理论计算方位与VOR信号在该点的实际值之间的偏差。其飞行校验原理是根据机载飞行校验系统导航接收机在规定的高度和径向线上接收的方位信号，与基于GPS定位的方位信息进行比较得到差值。在实际飞行校验中，方位误差飞行校验数据曲线的获取是通过校准圆周飞行、基准径向飞行和程序径向飞行得到的。校准圆周飞行的目的是校准全向信标的平均方位误差，使其小于规定的容限，从而确保为航空器提供安全准确的引导。根据《国际民航组织8071文件》和《附件十》，VOR台在4〜

6、6°仰角的信号最为理想，因此要求在对VOR进行校准吋，校验飞机应尽量选择在该范围取值。飞机以相对于VOR台10〜25nm为半径进行圆周飞行，同吋相应的高度范围对应为1200~4500m。基准径向飞行的0的是为了代替校准圆周飞行对全向信标的平均方位误差进行校准，以提高飞行校验效率。VOR的基准径向首选跑道进近方位，但当方位的误差值与平均方位误差之间的差值大于0.5°吋，应选择更接近圆周平均方位误差的方向作为基准径向。同样因为VOR在4~6°仰角信号最为理想，飞机在选定的基准径向上通常以高度1200〜4500m距离10〜25nm背台飞行，一般取值只要

7、求取连续的5nm—段。校准圆周飞行与基准径向飞行的平均方位误差容限要求在±2°以内。在校准圆周和基准径向飞行校验完成后，要进行程序径向的飞行校验检查。该项0根据某个特定机场公布的仪表飞行程序，对VOR设备涉及到的飞行程序进行飞行校验检查。校验飞机在规定航段内对收到方位信号进行取值，通过取值曲线和校验系统计算得到方位误差平均值，并将方位误差平均值通知地面，如果误差超出规定容限范围，飞行校验员通知地面人员调整。在基准径向检查中，应确保取值航段内无较大弯曲和抖动，否则应变更基准径向方位或取值段。一.VOR飞行校验数据卡尔曼