【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及组合导航系统性能评估，特别是一种sins/dme/dme组合导航系统性能评估方法。
技术介绍
1、近年来，国际民航组织大力推行基于的所需导航性能(required navigationperformance，rnp)的导航运行，涵盖航路、终端区到进近着陆的所有飞行阶段，为优化空域结构、缩小运行间隔、提升运行效率提供支持等。实际导航性能(actual navigationperformance，anp)是飞机导航系统的实时评价指标，是机组在飞行过程中判定导航系统是否满足rnp运行的关键依据。
2、捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system，sins)拥有自主性强、受外界干扰小、更新率高、输出参数丰富等优点，在民航等交通领域应用广泛，但在较长时间内使用时需要其他导航源辅助以抑制推算误差的快速累积。测距仪(distancemeasuring equipment，dme)通过询问-应答脉冲对测量飞机与地面台之间的斜距，由于其结构简单、使用便捷、技术成熟，在国内外众多机场均有应用，但定位误差接近0.2海里，难以满足终端区运行要求。当全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)信号不可信时，飞行管理系统(flight management system，fms)采用导航降级模式，优先切换至精度较高的sins/dme/dme组合导航模式输出飞行管理位置信息，其anp是决定飞机导航系统是否满足rnp运行标准的关键指标。p>
3、目前，国内外民航客机均采取以sins为参考系统、其他子系统为辅助的组合导航系统架构，飞行管理系统中的组合导航及anp算法均内部封装，鲜有公开报道的文献。传统的研究均考虑gnss信息不可信时，采用sins与以vor为主的其它主要辅助定位系统融合方式提升导航性能，但鲜有公开报道sins/dme/dme组合导航的研究，也极少结合实际运行程序对组合导航系统的实际导航性能(anp)进行评估，关于anp的计算理论仍缺乏系统性的研究和验证。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种sins/dme/dme组合导航系统性能评估方法，本专利技术具有计算简单、结果可信等优点。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种sins/dme/dme组合导航系统性能评估方法，包括以下步骤：
3、步骤1、根据sins/dme/dme组合导航系统的状态方程和测量方程，通过捷联惯导sins解算位置计算的斜距与测距仪dme量测的斜距数据，并采用卡尔曼滤波算法进行融合，具体包括时间更新和测量更新两部分；
4、步骤2、基于滤波协方差的实际导航性能anp计算模型对sins/dme/dme组合导航系统性能进行评估。
5、作为本专利技术的进一步改进，在步骤1中，所述状态方程具体如下：
6、xk＝fk,k-1xk-1+γkwk (1)
7、式(1)中：xk为k时刻的误差状态，fk/k-1是由k-1到k时刻的状态转移矩阵，xk-1是上一时刻误差状态，γk为噪声驱动矩阵，wk为系统噪声矩阵；系统的状态由sins的失准角、速度误差、位置误差、陀螺仪误差和加速度计误差组成；选取sins的15维误差状态作为状态量，如下：
8、
9、式(2)中：φ、δvn、δp分别表示sins在导航坐标系下的失准角、速度误差、位置误差，εb为陀螺仪零偏在载体坐标系下的投影，▽b为加速计零偏在载体坐标系下的投影；
10、其中状态转移矩阵fk/k-1表示如下：
11、
12、作为本专利技术的进一步改进，在步骤1中，所述测量方程具体如下：
13、zk＝hkxk+vk (4)
14、式(4)中，zk为两个系统之间的量测误差，hk为量测矩阵，xk为k时刻误差状态，vk是量测噪声矩阵。
15、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1具体如下：
16、在飞机航行过程中，飞行管理系统分别测算出飞机相对两个dme台的斜距，同时dme地面站台对机载上的dme天线采用问答的方式获得量测斜距；单个dme系统斜距的量测误差表示为：
17、δρ＝ρc-ρd(5)
18、式(5)中，δρ为斜距误差，ρc为飞行管理系统根据惯导解算位置计算出的斜距，ρd为dme台量测的斜距；
19、其中dme台量测的斜距ρd可表示为真实斜距与dme相关噪声的关系：
20、ρd＝ρ+δνd (6)
21、式(6)中，ρ为真实斜距，δνd为dme均值均为零的量测噪声；
22、假设在飞行过程中sins解算的飞机位置为(lp λp)，用p(lp λp hp)表示飞机在大地坐标系下的位置，其中hp为气压高度计量测机载的海拔高度；用p′(lp λp 0)表示sins解算的飞机位置在地面的垂直投影；用d(ld λd hd)表示dme台在大地坐标系下的经度纬度和海拔高度，d′(ld λd 0)表示dme在地面的垂直投影；ρc为dme台到sins解算的飞机位置的斜距，s为dme台到sins解算的飞机位置的弧长，r为标准地球半径；
23、由于dme台的应用范围远远小于地球半径，弧长s近似为直线，将c(ld λp 0)点作为p′与d′在经纬圈上的交点，因此sins解算的飞机位置与dme台在空间上的投影近似为直角三角形δp′cd′内边的关系：
24、s2＝p′c2+d′c2 (7)
25、同理得到斜距ρc与弧长s的关系：
26、
27、将sins解算的位置与dme台空间位置关系在经纬方向上进行分解，获得解算位置与dme台的经纬圈关系，同时令p′c＝s1，d′c＝s2，得到如下关系：
28、s1＝r(lp-ld) (9)
29、s2＝r(λp-λd)coslp (10)
30、将公式(9)(10)代入公式(8)，并对其进行微分得到斜距的微分方程如下：
31、
32、结合公式(11)得到斜距微分与解算飞机位置的经纬高误差的关系，则得到两个dme台的斜距测量矩阵hi如下(i＝1,2)：
33、
34、结合公式(4)得到测量矩阵：
35、
36、对于sins/dme/dme组合导航系统，通过sins解算位置计算的斜距与dme量测的斜距数据采用卡尔曼滤波算法进行融合。
37、作为本专利技术的进一步改进，时间更新包括状态更新与协方差更新：
38、xk/k-1＝fkxk-1/k-1(14)
39、
40、作为本专利技术的进一步改进，测量更新包括滤波增益、状态估计、方差估计：
41、(1)滤波增益方程：
42、
43、(2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种SINS/DME/DME组合导航系统性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的SINS/DME/DME组合导航系统性能评估方法，其特征在于，在步骤1中，所述状态方程具体如下：
3.根据权利要求2所述的SINS/DME/DME组合导航系统性能评估方法，其特征在于，在步骤1中，所述测量方程具体如下：
4.根据权利要求3所述的SINS/DME/DME组合导航系统性能评估方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：
5.根据权利要求4所述的SINS/DME/DME组合导航系统性能评估方法，其特征在于，时间更新包括状态更新与协方差更新：
6.根据权利要求5所述的SINS/DME/DME组合导航系统性能评估方法，其特征在于，测量更新包括滤波增益、状态估计、方差估计：
7.根据权利要求6所述的SINS/DME/DME组合导航系统性能评估方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：
【技术特征摘要】
1.一种sins/dme/dme组合导航系统性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的sins/dme/dme组合导航系统性能评估方法，其特征在于，在步骤1中，所述状态方程具体如下：
3.根据权利要求2所述的sins/dme/dme组合导航系统性能评估方法，其特征在于，在步骤1中，所述测量方程具体如下：
4.根据权利要求3所述的sins/dme/dme组合导航系统性能评估...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨泳，李东霖，孔令兵，徐开俊，郭志坚，肖欢畅，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：
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