双频ILS航向信标水平覆盖性能分析

基于三维电磁仿真软件FEKO,首先设计了目前航向信标(localizer,LOC)广泛使用的对数周期偶极子天线(log-period dipole antenna,LPDA);然后仿真分析了双频12/16/24单元LOC的水平覆盖性能;最后通过改变双频12单元LOC天线分配单元(antenna distribution unit,ADU)参数,分析了各参数对LOC水平覆盖性能的影响。结果表明:所设计的双频LOC的水平覆盖性能满足国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)《附件10》的要求;所阐述的LPDA设计、双频LOC阵列天线布设和阵元馈电方式可为ILS的国产化提供一定的借鉴和参考,并在LOC性能指标的监视和校飞时,为调整LOC的水平覆盖性能提供相应的理论依据。

双频航向信标水平辐射特性的实现

目前,民用航空的精密进近服务几乎由仪表着陆系统(ILS)支持,其提供水平引导信息的航向信标(LOC)水平辐射特性直接影响ILS的导航性能。利用三维电磁仿真软件FEKO,设计了目前LOC广泛使用的由7个对称振子组成的双层结构的对数周期偶极子天线(LPDA),在此基础上,结合双频LOC馈电方式,仿真实现了双频12单元LOC的辐射方向性图。结果表明:所设计的LPDA基本符合LOC阵元半功率波瓣宽度的要求,LOC阵列天线的水平辐射特性满足ICAO相关标准的覆盖要求。

基于松弛改进FastICA算法的星基ADS-B信号分离

星基广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)系统覆盖空域广,星载接收机所接收的信号信噪比低、信号间的功率差异小,ADS-B报文在接收机处的冲突更加严重,对信号分离算法提出了更高要求。针对基于负熵的快速独立成分分析(Fast Independent Component Analysis,FastICA)算法存在的局部极大值和收敛依赖于初始权值的问题,在FastICA算法中引入了松弛因子,采用松弛改进的FastICA算法对星基ADS-B信号进行分离。阐述了松弛改进FastICA算法对星载ADS-B接收机接收到的混合信号进行分离的机理,并进行了仿真实验,通过相关系数、迭代次数和误码率比较了松弛改进FastICA算法、经典FastICA算法和投影算法的性能。仿真结果表明,松弛改进FastICA算法能更有效地分离星基ADS-B混合信号。

基于盲信号分离的机载VDB接收机同频干扰抑制

针对民航飞机利用陆基增强系统(GBAS)进行精密进近着陆过程中,GBAS机载甚高频数据广播(VDB)接收机所受到的同频干扰问题,提出采用盲信号分离算法,对VDB接收机所接收到的期望信号与同频干扰信号进行分离,并通过识别解码数据中的机场标识(ID),得到所需期望信号,从而抑制同频干扰信号.分析并仿真了基于快速固定点(FastICA)算法、自然梯度算法和等变自适应分离(EASI)算法,对VDB接收机接收到的混合信号进行分离的机理和同频干扰抑制的实现.仿真结果表明,这三种算法均能有效分离期望信号与同频干扰信号,进而进行同频干扰抑制,并通过比较三种算法的收敛速度、串音误差和误码率,得出FastICA算法更适合用于VDB信号的同频干扰抑制.

Kalman滤波估算电离层延迟的一种优化方法

频间偏差(Inter Frequency Bias,IFB)通常会给电离层延迟的解算带来误差.目前从电离层延迟中消除频间偏差的方法是基于GPS双频观测数据建立垂直电离层模型,利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数和频间偏差.然而滤波过程中的测量噪声协方差矩阵没有考虑系统观测量之间的相关性,这会导致滤波模型不准确,进而影响最后求解的电离层延迟的准确性.本文选取了美国19个参考站的GPS双频观测数据,利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数以及频间偏差.在滤波过程中,通过将先验频间偏差的估计方差引入测量噪声方差,实现对测量噪声协方差矩阵的优化.计算结果表明,优化后得到的卫星频间偏差与欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)得到的频间偏差更接近.将优化后的电离层延迟代入伪距解算,得到的位置误差的标准差在东向和天顶向分别下降了12.5%和15.4%,天顶向误差平均值下降了17.6%,定位精度得到提高.

地球静止轨道卫星数对广域增强系统性能的影响

为了评估广域增强系统(wide area augmentation system,WAAS)中地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星数对WAAS性能的影响,正确解码WAAS报文,对比分析GEO卫星和全球定位系统(global positioning system,GPS)卫星的伪距改正值和用户差分距离误差指数;将GEO卫星纳入导航定位解算,并基于WAAS监测站实测数据,解算分析GEO卫星数对WAAS报文延迟、中断和导航性能的影响。结果表明:当现有GPS卫星均正常工作时,GEO卫星数的增加可有效降低报文的延迟和中断,但对WAAS定位精度和完好性的提升并不明显。星基增强系统(satellite-based augmentation system,SBAS)中有两颗正常工作的GEO卫星是比较理想的状况。

下滑信标垂直覆盖性能分析

下滑信标(GS)利用镜像原理为精密进近过程中的飞机提供垂直引导信息,机场地形直接影响GS的垂直覆盖性能。首先研究4种类型GS的天线分配单元(ADU)、辐射场、调制度差(DDM)及角位移灵敏度,然后对比分析不同GS的波束弯曲能力(BBP),最后研究正坡(FSL)对下滑信标垂直覆盖性能的影响,提出相应的补偿方法。结合机场地形特点,可以为下滑信标类型选择、安装及调试提供理论依据。

利用贝叶斯决策的GBAS保护级完好性风险分配

完好性风险是描述导航系统完好性重要指标之一。美国航空无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Aeronautics,RTCA)在其标准DO-245A中提到,可依据I类陆基增强系统(groud-based augmentation system,GBAS)地面基准站中的基准台数将保护级完好性风险分配于H0和H1假设,用于计算漏检乘积因子和GBAS保护级。此方法未能依据基准台故障情况分配完好性风险概率,导致保护级无法较准确地反映GBAS位置误差。本文利用Bayesian决策,基于最小总错误率准则重新分配H0和H1假设下的完好性风险概率。仿真分析了不同基准台数以及不同误差分布下完好性风险概率的分配,并计算了漏检乘积因子和垂直保护级,结果表明在基准台数大于2以及存在零均值或非零均值高斯分布的垂直位置误差时,基于Bayesian决策的完好性分配算法降低了保护级数值。理论分析和仿真实验表明,基于最小总错误率准则重新分配H0和H1假设下的完好性风险概率,减小了完好性风险分配的错误率,使保护级紧致地包络实际定位误差。

运输类飞机典型货舱地板下部结构冲击吸能特性

为了研究运输类飞机货舱地板下部结构在冲击载荷作用下的吸能特性,选取三框两段典型货舱地板下部结构试验件开展落重冲击试验,即质量为478.5kg的落重以3.95m/s的速度垂直冲击倒置并固定在测力平台上的试验件,分析试验件失效模式及动态响应,同时建立有限元模型进行仿真与试验结果相关性分析及吸能特性研究。结果显示,在此种工况的冲击载荷作用下,中间支撑件发生由32框面向34框面方向的弯曲,并带动机身框发生同向弯曲和扭转,从而导致C型支撑件发生与中间支撑件相反方向的弯曲变形,并最终在机身框与C型支撑件的连接处形成两处塑性铰;紧固件失效以位于中间支撑件附近区域的长桁和剪切角片连接处的22个扁圆头铆钉发生剪切失效为主;试验初始加速度峰值和初始撞击力峰值分别为25.1g和173kN。仿真与试验获得的结构变形模式吻合较好,仿真获得的最大压缩量与试验结果24.3mm相差3.7%,仿真获得的压板上初始加速度峰值与试验结果25.1g相差4%。通过仿真分析发现机身框和中间支撑件是主要的吸能部件,吸能贡献分别占总吸能的32.1%和30.4%。

爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应

为了满足“最小风险炸弹位置(LRBL)”的设计要求,有必要针对爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应开展研究。参考典型客机机身结构建立了铝合金机身壁板有限元模型,分析了增压、爆炸冲击位置与药量对机身壁板变形模式与失效行为的影响。研究结果表明,当机身壁板蒙皮未发生失效时,增压对整体变形模式的影响较小。当机身壁板蒙皮发生失效时,增压对整体失效行为的影响剧烈;爆炸冲击不同位置时,冲击长桁及隔框位置造成的开口损伤较小,但是结构产生了更长的裂纹损伤;随着药量的增加,冲击波更快传递到结构,冲击位置获得了更大的变形速度。