一种透镜式光学助降系统建模仿真方法技术方案

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种透镜式光学助降系统建模仿真方法
本专利技术属于航空飞行控制
，具体涉及到一种光学助降系统建模仿真方法。
技术介绍
透镜式光学助降系统，是现代高精度着陆任务必备的降落辅助装置，该系统通过形成下滑航路引导灯阵，在空中提供一个光的下滑坡面用以引导下滑过程。飞行员利用该灯阵可保证飞机以一定的迎角和高度沿着下滑航路下滑。透镜灯的结构为灯组中部有一排绿色的基准灯，中央竖排有5个分段的灯箱，通过透镜发出5层光束，光束与降落跑道平行，和海平面保持一定的角度，形成5层坡面。正中段是绿色，向上是黄色，向下时红色。当飞机着陆时，如果下滑轨迹正确，飞行员可以看到绿色光球正处于绿色基准灯的中央；如果飞行员看到的是黄色光球且处于绿色基准灯之上，飞行员应按目测高的情况及时修正飞机下滑轨迹线，使飞机恢复到正常的轨迹上。如果飞行员看到的是红色光球且处于绿色基准灯之下，飞行员应按目测低的情况及时修正。透镜式光学助降系统应用是指导飞行员调整飞机着陆轨迹的重要手段，是运动平台必备的指导装置。它的出现使飞机在夜间精确着陆在运动平台成为可能，并大大减轻了飞行员在黑暗和短小的平台上着陆的紧张心理，大大提高了飞机着陆的准确率。
技术实现思路
本专利技术的目的是：本专利技术主要针对飞机飞行模拟试验，提供一种透镜式光学助降系统建模仿真方法本专利技术的技术方案是：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：φ1。由运动平台滚转角φC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：φ2。由运动平台俯仰角滚转角φC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和φ0可近似表达为：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滚转角φL分别为：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（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（即运动平台体轴坐标系在地面上的投影）上。转换矩阵为：c)根据已知运动平台运动的俯仰角滚转角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：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：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[xpk0,ypk0,zpk0]（运动平台质心在跑道座标系上的坐标）。第四，驱动光学助降系统模型的输出，根据以上步骤可得出飞行员眼位在光学助降系统坐标系下的坐标[xop,yop,zop]，根据输出结果指引透镜灯光变化。本专利技术的优点是：本专利技术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。具体实施方式下面通过引入实际数据的建模过程对本专利技术作进一步详细的描述：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。取运动平台体轴与着舰跑道的夹角为7°，由运动平台俯仰角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：φ1。由运动平台滚转角φC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：φ2。由运动平台俯仰角滚转角φC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和φ0可近似表达为：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滚转角φL分别为：其中-5为飞机按-5°下滑线角度着陆。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着舰飞行甲板坐标系下的座标，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（飞行员眼位在地轴上本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：φ1；sin(θ1/57.3)=sin(θC/57.3)*cos(a/57.3)]]>sin(θ1/57.3)=-sin(θC/57.3)*cos(a/57.3)]]>由运动平台滚转角φC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：φ2；由运动平台俯仰角滚转角φC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和φ0可近似表达为：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滚转角φL分别为：θL=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（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（即运动平台体轴坐标系在地面上的投影）上；cos(a)0sin(a)010-sin(a)0cos(a)]]>转换矩阵为：c)根据已知运动平台运动的俯仰角滚转角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：cosψcosθsinθ-sinψcosθsinψsinγ-cosψsinθcosγcosθcosγcosψsinγ+sinψsinθcossinψcosγ+cosψsinθsinγ-cosθsinγcosψcosγ-sinψsinθsinγγ]]>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：cos(a)0-sin(a)010sin(a)0cos(a)]]>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[xpk0,ypk0,zpk0]（运动平台质心在跑道座标系上的坐标）；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=yop|xop|*57.3]]>输出结果指引透镜灯光变化。...

【技术特征摘要】
1.一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θC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(θC/57.3)*cos(a/57.3)sin(θ1/57.3)＝-sin(θC/57.3)*sin(a/57.3)由运动平台滚转角φC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θC、滚转角φC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θL、滚转角φL分别为：θL＝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：

【专利技术属性】
技术研发人员：邵铮，张秀林，杨宁，王家兴，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21