[發明專利]一種融合導航數據的大氣數據估計與狀態監測方法

有效

• 申請號: 202010090161.X
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111257593B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 李榮冰;邱望彥;劉建業;鄢俊勝;朱祺
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01P13/02
• 分類號: G01P13/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明公開了一種融合導航數據的大氣數據估計與狀態監測方法，步驟：采集大氣數據和慣導數據，分析大氣數據與慣導數據之間的關系；建立虛擬大氣數據系統模型，計算融合攻角和融合側滑角；當大氣數據系統正常工作時，計算出融合攻角與測量攻角之間差值的均值和均方差σ；采用一段時間內融合攻角與測量攻角之間差值的方差v進行異閾值判斷，當|v|＜nσ時，判斷大氣數據系統未發生異常。本發明能夠及時有效地監測出數據異常，有助于增強航空飛行器的安全性和可靠性。

技術領域

本發明屬于航空飛行器數據監測領域，特別涉及了一種大氣數據估計與狀態監測方法。

背景技術

攻角、側滑角、真空速是非常重要的大氣參數，由此可得到其他大氣信息。大氣參數表征飛行器的受力、受熱情況，是空天飛行器飛行控制系統的指令信息，其測量精度和可靠性直接關系到飛行器控制等系統的正常工作及性能發揮。

隨著航空產業的高速發展，應用于航空中的數據系統的安全性、可靠性變得越來越重要。為了航空飛行器的飛行安全，保障攻角和側滑角的精準測量，在飛行器中需要為攻角和側滑角配置異常監測系統。

航空飛行器有時需要做大范圍高速機動或者在惡劣條件下飛行，因此大氣數據系統存在著失效的可能性。出于安全性和可靠性的考慮，航空飛行器必須擁有大氣參數異常監測功能。在飛行器中，通常會采用硬件冗余、傳感器冗余和表決模塊等方式來進行數據異常的監測，從而確保數據信息的準確性。但是考慮到設備價格等因素的影響，需要在一套INS/GNSS/ADS設備中實現大氣數據的異常監測。因此常用的三種異常監測方式無法使用，故需要尋找新的方法實現通用航空飛行器數據異常監測的功能。

發明內容

為了解決上述背景技術提到的技術問題，本發明提出了一種融合導航數據的大氣數據估計與狀態監測方法。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種融合導航數據的大氣數據估計與狀態監測方法，包括以下步驟：

(1)采集大氣數據和慣導數據，分析大氣數據與慣導數據之間的關系；

(2)建立虛擬大氣數據系統模型，計算融合攻角和融合側滑角；

(3)當大氣數據系統正常工作時，計算出融合攻角與測量攻角之間差值的均值和均方差σ；采用一段時間ΔT內融合攻角與測量攻角之間差值的方差v進行異閾值判斷，當|v|＜nσ時，判斷大氣數據系統未發生異常，反之大氣數據系統發生異常，其中n為設定的系數。

進一步地，在步驟(1)中，所述大氣數據與慣導數據之間的關系如下：

上式中，M為飛行器飛行的馬赫數；T_s為開爾文溫度；V_T為飛行器相對于空氣的速度，即真空速；為機體系下空氣相對于地理系的速度，即機體系下風速；為導航系到機體系的姿態轉移矩陣；為機體系下飛行器相對于地理系的速度，即機體系下地速；為機體系下真空速；為機體系下真空速沿機體橫軸向右的分量，為機體系下真空速沿機體縱軸向前的分量，為機體系下真空速沿機體豎軸向上的分量；α為融合攻角，β為融合側滑角。

進一步地，在步驟(2)中，基于建立的虛擬大氣數據系統模型，考慮到飛行器在做角運動時，受到桿臂效應的影響，機頭、右翼和機身上方的速度與飛機質心點的速度不同，得到融合攻角α和融合側滑角β的計算式：