飞行导航在空中交通系统的应用

近年来,随着我国经济不断发展与科学技术的不断进步,民航事业正处于一个蓬勃发展的阶段。但是民航事业的不断发展也造成空中交通运输网络拥挤的现象,加重了空中交通管制人员的工作负担和空中交通系统的运行负担。再加上传统的空中交通管制系统运行主要建立在语言通信的基础上,而不同国家的空中交通管理人员存在语言上的差异,就导致空中交通通信以及管制存在潜在的安全隐患。对此,我们需要探究如何借助计算机信息技术来帮助飞行员以及空中交通管制人员合力完成飞行工作;如何在飞行导航的支持下优化传统模式下的空中交通系统。本文以空中交通系统的工作流程为起点,在充分阐述空中导航系统与空中交通系统现状的基础上,分析飞行导航在空中交通系统中切实应用的趋势。

基于GoogleEarth的飞行导航及航拍测控系统

介绍了基于GoogleEarth(GE)开发的飞行导航与航拍测控系统的研究与开发。分析了利用GE软件的航空测控方式,有效地解决了在利用有人动力伞进行航拍过程中所面临的诸多问题。提高飞行测量的准确性,减少飞行员的人为操作从而降低了飞行控制难度。利用GE地图资源,实现了资源利用最大化和成本最小化等优点。

9自由度会聚双目立体视觉的虚拟飞行导航

提出了具有 9 自由度的会聚双目立体视觉模型用于虚拟场景的成像变换,导出了用虚拟场景点的世界坐标和会聚双目立体视觉模型的 9 自由度变量表示的左、右双目虚拟摄像机的成像公式,求出了 9 自由度会聚双目立体视觉模型的左、右双目成像的视差与场景点深度信息的关系及相应的计算公式,并将建立的会聚双目立体视觉模型用于 CGF 飞行武器的导航和躲避障碍物算法。

Garmin iQue 3600a飞行导航PDA

1099美元（约合人民币9000元） 你的私人飞机装有GPS导航系统？换新的吧--Garmin公司的iQue 3600a适于航空飞行器导航，其最大的特点就是设置了一个智能操纵按键，它可以提示用户附近有何风景点，因此颇受旅游爱好者的青睐。同时，它还可以警告飞行员附近有何障碍物。

参考道路交叉点的飞行器视觉辅助导航

为取消因参考固定目标而造成的导航距离限制,提出了以道路交叉点为参考地物的飞行器视觉辅助导航方案.基于条带检测算法提取图像中的道路交叉点.图像道路交叉点和地图道路交叉点间的匹配计算中引入交叉点属性约束以缩小搜索空间.利用惯性导航系统的方位、高度输出快速剔除错误匹配,减小了匹配过程计算量.用黄金标准算法估计投影矩阵或单应矩阵,并计算飞行器导航参数.仿真实验验证了方案的有效性.

面向飞行器可视导航的复杂空地环境动态三维表示模型

针对飞行器可视导航中复杂空地环境时空要素统一、精准和高效表示的难题,提出面向飞行器可视导航的复杂空地环境动态三维表示的GIS数据模型和相应的时空数据存储结构,并用UML图进行描述。该模型综合考虑了复杂空地环境要素多维、动态、边界模糊等特点,刻画多维动态时空数据在空间、时间、尺度和语义4个方面的特征及其相互关系,有利于复杂机场环境时空数据的综合分析,支撑飞行路径的动态优化选择。以某机场空地环境的模拟数据为例,仿真验证该模型的实用性与有效性。

飞行力学导航法探讨

针对一般组合导航系统的缺陷 ,本文提出飞行力学导航法这一新的组合导航概念并具体设计了 GPS/运动方程组合方案。飞行力学导航法是一种在不增加硬件设备的情况下 ,单纯用软件(运动方程 )明显改善原导航系统性能的导航方案。本文给出了飞行力学导航法的定义 ,并分析了其适用范围和特点。分析了传统运动方程建模中的各种误差源 ,推导了包含误差源在内的飞行器扰动方程 ,并得出其解析解。建立了 GPS/运动方程组合系统状态方程和观测方程 ,并进行仿真 ,验证了其可行性。仿真结果表明 ,GPS/运动方程组合系统导航精度高于 GPS,而且较单独 GPS增加了信息冗余度。

基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航研究

针对航天器自主导航方法不适合高超声速临近空间飞行器的问题,研究了基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航方案.论述了基于非开普勒轨道的自主天文导航机理,通过对高超声速临近空间飞行器受力分析,建立了动力学方程;利用矢量倒数法则推导出空间运动方程;设计了基于非开普勒轨道的状态模型和基于星光折射间接敏感地平的观测模型,采用卡尔曼滤波进行了仿真验证.仿真结果表明,基于非开普勒轨道的高超声速临近空间飞行器自主天文导航可达到较高的位置和速度精度.

未来飞行导航和空中交通系统的发展

介绍了目前最新ATIMS系统的基本组成和设计原理,并详细介绍了各分、子系统工作原理和功用;概述了空中交通管制系统的发展及ATIMS系统、AOC、FANS B的发展和展望。

Bayesian分类方法在微小型飞行器视觉导航中的应用

在微小型飞行器的视觉导航中,图像分割的基本工作是将天地两部分分割开。这是形成整个视觉导航系统闭环控制的基础。而欲实现天地分割,则以特征线的提取为前提。本文分别从自底向上和自顶向下两种思路出发,利用广义Hough变换和基于多尺度最小方差的方法,进行了全局特征线的提取。然后,采用Bayesian分类的方法,实现了对微小型飞行器视觉导航至关重要的天地分割。通过具有典型意义的仿真实验,比较了两种方法所获得的结果,揭示了两种方法应用于微小型飞行器视觉导航的优点和缺点。

利用脉冲星进行飞行导航

由荷兰航空航天实验室NLR领导的一个研究团队，从2013年开始了一个称为“脉冲星飞机”（PulsarPlane）的研究计划，即研究不采用天基和地基导航设备仅靠脉冲星进行飞机导航的可行性。

基于MapX和VB技术的飞行试验导航系统软件设计

介绍了以MapX控件与Visual Basic技术为基础开发的一套应用于飞行试验导航系统软件,该系统软件包含有标准工具、实时信息显示、距离的测定、有效范围的选定、多目标跟踪和飞行轨迹等功能,满足了飞行实时监控的需求,具有良好的实用性和发展前景。

基于案例驱动的航空航天专业课程思政实践教学研究——以“飞行器导航原理”为例

“飞行器导航原理”是航空航天相关专业本科生培养的一门重要专业课程,其教学过程不仅需要向学生传授导航基础理论,而且必须关注学生科研实践及创新能力的培育,对学生思想意识和价值追求等进行潜移默化的影响。采用案例驱动的实践教学方式对原有教学模式进行改进,在基础理论知识教学的基础上,强调进一步增强课程实践环节、健全思政元素与专业知识的融合,使学生主动投入“飞行器导航原理”课程学以致用的实践创新中,从而提升专业课程学习效果,激发学生对社会主义核心价值观的自主认同感,为学生顺利进入下一阶段的学习工作和科学研究奠定坚实基础。

基于四元数法的捷联式惯性导航系统的姿态解算

载体的姿态解算算法是实现捷联式惯性导航系统精确导航的核心技术之一。分析了欧拉法、方向余弦法、四元数法求解姿态矩阵的优缺点,采用四元数法与方向余弦法两种解算方法分别计算载体姿态,两种方法的计算结果之差与理论真值比较以得到解算的相对误差,从而验证了四元数法的正确性和有效性。最后,指出提高采样频率和采用高阶计算算法能进一步减小姿态解算误差。数字化仿真与转台试验结果表明,本文提出的载体姿态解算法的理论数值相对误差为10-10%,测试实验相对误差为10-3%,计算时间为36μs,具有良好的实时性。

基于OBE教育理念的飞行器导航与控制课程教学改革

针对士官学员的培养目标、岗位指向和需求,以飞行器导航与控制课程为依托,通过分析传统目标导向下课程的教学现状,探讨基于OBE教育理念的教学改革措施,从教学目标、教学内容、教学方法、教员队伍建设、学习效果评价等方面对课程教学改革进行研究和实践,以期能够提高士官学员的综合素质。

编队飞行卫星相对姿态变结构分布式协同控制

以编队卫星激光通信为背景,在已知主从星之间的相对位置和姿态的情况下,提出了一种卫星编队完全分布式协同控制策略,设计了一种分布式相对姿态变结构协同控制律,并利用Lyapunov稳定性原理证明了该控制律能够保证编队的全局渐进稳定。仿真结果表明,在编队卫星受到各种干扰力矩影响时,该方法能够有效提高编队卫星相对姿态控制精度,从而实现编队卫星之间的姿态协同,证明了所设计控制器的有效性。

适于地磁导航的高精度区域地磁场建模研究

从地磁匹配导航的原理出发,分析并提出了开发地磁匹配导航需要解决的关键技术问题。针对现有地磁场模型精度偏低、模型边界效应等问题,深入分析了传统补充国际地磁参考场值的缺陷。提出了采用边界插值约束的Taylor多项式拟合法,建立适合地磁匹配导航的高精度地磁场模型,为匹配算法提供可靠的参考依据;并提出了多项式最佳插值截断阶数的算法;最后,进行了仿真试验。试验证明:该技术具有优于补充国际地磁参考场值建立高分辨率模型的方法,可以提高模型的分辨率,改善建模过程中存在的边界效应问题。

基于四元数粒子滤波的飞行器姿态估计算法研究

针对飞行器非线性姿态确定问题,提出了一种四元数粒子滤波算法。将状态向量分为线性部分和非线性部分分别进行处理,降低了粒子滤波的运算量。针对四元数加权求和规范化问题,通过构造拉格朗日代价函数的方法将四元数加权和问题转化为代价函数取极值时的四元数向量求解问题;并通过求取四元数误差方差矩阵对角线元素平方根的方法保证扰动四元数的规范化;利用乘性误差四元数表示四元数估计点与采样点之间的距离,求取四元数的协方差矩阵解决了旋转矢量方差计算问题。仿真实验表明,与传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)算法相比,该算法估计精度更高,稳定性更好。

高超声速飞行器的动态滑模飞行控制器设计

基于高超声速航空飞行器的纵向动力学,提出了一种基于动态滑模原理的飞行控制器。在将模型进行输入/输出线性化的基础上,构造辅助的滑模变量,求取了滑模控制量,实现了动态滑模控制的两阶段收敛。证明了传统滑模面以及辅助滑模面有限时间内的收敛特性,并给出了控制器参数所满足的条件。该方法对不连续的控制量输出加以积分作用,有效地降低了普通滑模控制器的抖振现象。在33 528 m高度和马赫数15的平稳巡航条件下的仿真研究表明:与普通滑模控制器相比,动态滑模有效降低了抖振,并且对参数不确定模型具有更好的鲁棒性。

基于遗传算法的飞行器追踪拦截模糊导引律优化设计

针对飞行器的追踪拦截问题,研究了基于遗传算法的模糊导引律。导引律的设计以模糊逻辑控制理论为基础,以追踪拦截过程中的接近速度和视线角速度为输入变量、追踪器控制指令为输出变量,在合理给出追踪拦截适应度函数后,采用遗传算法对各变量的模糊分区、隶属度函数参数和模糊推理规则进行了优化。并与一般模糊导引律以及工程中广泛应用的比例导引律进行了性能对比。仿真结果表明:所设计的导引律对目标的追踪性能更优。