基于联合精密进近着陆系统(JPALS)技术研究

本文介绍由美国国防部(DOD)立项,能够满足未来"支持作战的精密进近与着陆系统"的联合精密进近与着陆系统(JPALS),分析了该系统在国外的发展概况。

美国航母联合精确进近着舰系统

联合精确进近着舰系统(JPALS)是一个军用、全天候的精确着陆/着舰系统,使用差分GPS为飞机提供全世界范围内的陆地或者海上降落的能力。对于航母舰载机的着舰来说,联合精确进近着舰系统将取代现役航母上的海上战术空中导航系统(TACAN)和AN/SPN-46雷达,负责舰载机的进近和着舰控制。本文主要研究联合精确进近着舰系统的技术优势、系统构成、关键技术以及研制进程。

基于SINS/GBAS组合导航的高精度进近着陆导航技术

可重复使用运载器在进近着陆阶段对位置偏差有较高的精度要求,而现有的组合导航方式的导航误差波动幅度较大,难以满足运载器在进近着陆段的导航要求。因此,本文利用捷联惯导系统(strap-down inertial navigation system,SINS)的非线性误差传播模型,以陆基增强系统(ground based augmentation system,GBAS)输出的精确位置信息为基础,建立SINS/GBAS组合导航方法,并给出“输出+反馈”的组合导航复合修正结构。通过在GBAS中引入电离层误差及对流层误差,从而实现了对于运载器定位误差在厘米级的精确定位。此外,通过引入扩展卡尔曼滤波技术,有效地抑制了惯导误差漂移的问题。通过数值模拟仿真,证明SINS/GBAS组合导航对飞行器进近着陆段的水平与高程定位误差不大于0.05 m,测速误差不大于0.05 m/s,从而证实了SINS/GBAS组合导航方式在可重复运载器在进近着陆段导航的可行性。

进近着陆系统电磁环境仿真研究

针对进近着陆系统对于环境影响十分敏感的问题,从仿真流程、研究对象到研究方法等方面对进近着陆系统的电磁环境仿真做了系统的阐述,对仿真系统的整体架构提出设计方案,并给出了一种模拟仿真实例。

进近着陆系统多径效应仿真设计与实现

在分析进近着陆系统多径效应问题的基础上,提出利用电磁散射算法模型建立机场复杂环境的散射体模型库,通过不同特性散射体调用各自有效算法模型的方法,实现了进近着陆系统开阔场多径效应仿真,并利用IPO算法模型对停靠飞机多径效应进行了仿真,仿真结果证明了基于模型库的进近着陆系统多径效应仿真方案的可行性。

基于GTD的进近着陆系统多径效应仿真

针对进近着陆系统对于环境的影响十分敏感的问题,采用几何绕射理论(GTD)仿真分析了进近着陆系统的多径效应,给出了跑道旁边的机棚造成多径问题的仿真结果,从而为评估环境对着陆系统的影响提供了一种有效的技术途径。

精密进近阶段的多系统GNSS组合RAIM可用性算法及分析

给出了多系统全球卫星导航系统(GNSS)组合接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)可用性计算方法,在此基础上利用GPS、GLONASS实测数据与BDS、Galileo全星座仿真数据,分析了BDS、GPS、GLONASS和Galileo不同组合在精密进近阶段的RAIM可用性。通过试验分析发现,BDS的5颗地球同步轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星对亚洲、非洲和欧洲大部分地区的RAIM可用性有很大的贡献。这些地区站星间几何观测结构得到改善,使得RAIM可用性相对于其他地区有很大幅度的提升。在亚太地区APV-I阶段单系统导航情况下,北斗导航系统RAIM可用性达到99.5%,高于其他三个导航系统。在精密进近阶段(APV-I、APV-II和CAT-I),BDS与其他导航系统(GPS、GLONASS和Galileo)的组合导航可以满足全球大部分区域的RAIM可用性需求,大多可达到100%。

基于模型化设计的进近着陆系统多径效应仿真

基于模型化设计的进近着陆系统多径效应仿真是利用准确的电磁散射算法模型来建立机场复杂环境的散射体模型库,通过不同特性散射体(几何尺寸、物理特性等)调用各自有效的算法模型的方法,实现了进近着陆系统开阔场多径效应仿真,并结合IPO算法模型对停靠飞机的多径效应进行了仿真,仿真结果证明了基于模型化设计的进近着陆系统的多径效应仿真方案的有效性。

飞机进近着陆系统电磁环境建模与仿真

针对进近着陆系统电磁环境逐渐恶化的问题,提出将多种数值计算方法内嵌的模块化设计的电磁环境仿真方法,从模块化仿真模型的建立、模块间的接口及工作流程等方面对进近着陆系统电磁环境仿真做了系统阐述。并利用该方法在Matlab环境下对实际问题进行了仿真分析。研究表明,内嵌了多种数值计算方法的模块化仿真可以实现提前分析和预测复杂的电磁环境对着陆系统性能的影响,对机场的基本设施建设规划具有指导作用。

飞机进近着陆系统多径效应仿真研究

在分析某型飞机进近着陆系统多径效应问题产生机理的基础上,提出了一种基于散射体模型库设计和射线追踪理论的飞机进近着陆系统多径效应仿真方法,建立了天线、散射体、信道和接收机仿真模型,给出了着陆系统多径效应仿真方法、实施步骤和具体算法流程。并以停靠在跑道附近的飞机造成的多径干扰为例,运用该方法进行了数值仿真。结果表明:仿真方法能够较准确的给出多路径散射对系统的干扰程度,并具有提前预测计划配置物体对系统干扰程度的能力。采用飞机进近着陆系统的多径效应仿真大大提高了机场解决多径效应影响的效率,扩大了该型飞机的活动范围。

动态条件下进近着陆系统引导误差计算与补偿

平台运动将导致着陆引导信息出现偏差,为准确分析和计算动态平台条件下进近着陆系统着陆引导误差变化,提出了一种基于动态坐标转换对引导误差进行计算与补偿的方法。该方法依据GPS测姿中动态坐标转换原理,将平台运动分解为偏航、横滚、俯仰和升降4种姿态,建立了动态平台上进近着陆系统引导误差的数学模型,利用该模型对平台各摇摆处于简谐运动条件引导误差进行了仿真分析,依此设计了引导误差补偿的方案框图。该方法可以实现平台运动条件下对引导误差的仿真计算,能够对引导误差进行实时补偿。

基于PO的进近着陆系统信道环境分析和仿真预测

针对机场环境日益复杂,进近着陆系统对于机场环境的影响十分敏感的实际问题,提出了一种基于物理光学理论(PO)的进近着陆系统信道环境分析和仿真预测方法。应用基于PO的信道散射环境分析方法,建立了系统的信号源模型和考虑信道环境影响的系统航道偏移模型,对受多散射体影响的信道环境下的进近着陆系统进行建模,结合实际问题,应用建立的模型对散射环境中的进近着陆进行了仿真,结果表明,基于PO的仿真预测方法能够较准确、合理地给出散射环境对系统的影响程度,具有预测机场配置物体对系统影响的能力。

一种应用在进近着陆系统电磁环境仿真中的新方法

在对机场无线电系统仿真常用算法简要分析的基础上，引入了PE算法，提出了用PE算法解决实际机场的弯曲跑道问题，并通过实例验证，证明了PE算法的引入在实际系统仿真应用中对解决弯曲跑道问题具有一定的可行性。

进近着陆系统电磁环境仿真的研究

进近着陆系统对于环境的影响十分敏感．现代机场的环境变得更加复杂，进近着陆系统的安装和校飞也更加困难，因此有必要对机场电磁环境进行仿真．本文对进近着陆系统的电磁环境仿真从仿真流程、研究对象到研究方法等各方面作了的较为系统的介绍，并对仿真系统的整体架构提出了建议。

场地环境对飞机进近着陆系统影响预估

针对进近着陆系统场地环境影响飞机安全着陆的问题，从进近着陆系统的地面设备和机载设备两方面分析了其原因，简述了利用建模和仿真方法降低对飞机安全着陆的影响和压缩成本的问题。

伪卫星进近着陆系统几何布局研究

基于伪卫星的进近着陆系统具有机动灵活、成本低、抗干扰性能好等优点,可满足小型机场或临时机场对着陆系统的迫切需求,具有良好的应用前景。本文从GDOP的角度对机场伪卫星星座布局进行了研究,提出了3颗和4颗伪卫星情况下的最佳布局。仿真结果表明这两种布局均达到了机场伪卫星进近着陆系统对HDOP的要求,对机场伪卫星着陆系统的实施具有重要的参考价值。

大型客机CATⅢ级精密进近着陆设备的适航性要求

本文主要研究CATIII运行的适航性,首先介绍了适航性的基本概念,同时指出运输类飞机有关设备、系统及安装的适航标准,然后根据进场、着陆和滑跑三个飞行阶段,从性能、完好性、有效性三个方面提出系统适航性的具体要求,此外还包括某些自动飞行控制系统的适航要求,最后简述有关使用和维修方面的持续适航性。

组合精密进近着陆技术研究

介绍了目前四种传统的精密进近着陆系统的功能及特点,并在分析惯性导航设备、气压高度计、无线电高度表等辅助着陆信息的基础上,提出了一种新的组合精密进近着陆引导模式处理架构,通过模式管理配置既可以使用单一手段的精密进近着陆模式,又可以包含基于惯导、高度表辅助的增强精密进近着陆模式,着陆引导方式也更加灵活、高效,并能够获得更加精确、连续、可靠的着陆引导信息。

基于北斗的飞机进近着陆系统可视化仿真

为分析基于北斗的陆基增强系统(Ground-Based Augmentation System,GBAS)在进近着陆阶段提供的导航性能,从地面、机载、空间三个层面仿真GBAS运行。在MATLAB环境下对广播星历数据进行处理,仿真北斗空间段星座和轨道运行情况。参考RTCA发布的GBAS最低运行性能标准,建立地面端和机载端数据模型,仿真增强算法。分析北斗系统的定位误差及导航性能。建立Simulink运动学和控制模型实现对姿态控制。研究Flight Gear输入/输出接口,实现与MATLAB联合仿真,并通过联合仿真方式,搭建应用北斗卫星导航系统的飞机进近着陆系统可视化仿真平台。

基于精密单点定位的陆基飞机精密进近着陆方法研究

基于精密单点定位技术提出一种新的陆基飞机精密进近着陆方法。该方法高程方向精度在0.5 m,水平方向精度在0.2 m,满足陆基精密进近着陆要求。还提出一种精密星历压缩方法,基于该方法两条北斗短报文即可满足2 h的精密单点定位。