大型客機連續(xù)下降運行和自動著陸控制技術(shù)

目 錄
第1章 緒論 1
1.1 連續(xù)下降進近 3
1.1.1 飛機下降過程 3
1.1.2 連續(xù)下降運行定義 4
1.1.3 連續(xù)下降運行技術(shù)研究現(xiàn)狀 5
1.2 自動著陸控制技術(shù) 7
1.2.1 自動著陸控制律設(shè)計研究現(xiàn)狀 9
1.2.2 著陸引導(dǎo)策略研究現(xiàn)狀 11
1.2.3 地面綜合控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 12
1.3 進近著陸過程中多導(dǎo)航傳感器的信息融合技術(shù)研究現(xiàn)狀 14
1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)研究現(xiàn)狀 16
1.3.2 導(dǎo)航傳感器管理策略研究現(xiàn)狀 18
1.3.3 導(dǎo)航傳感器信息融合技術(shù)研究現(xiàn)狀 19
1.4 本書內(nèi)容 21
第2章 飛機下降性能數(shù)據(jù)庫的建立及下降剖面設(shè)計 23
2.1 概述 23
2.2 下降性能計算模型的建立 23
2.2.1 基本下降性能計算模型 23
2.2.2 飛機下降性能邊界的確定 26
2.3 不同下降方式下的下降性能數(shù)據(jù)計算結(jié)果及影響因素分析 26
2.3.1 等表速下降 27
2.3.2 等馬赫數(shù)下降 28
2.3.3 先等馬赫數(shù)再等表速下降 29
2.4 下降性能數(shù)據(jù)庫的建立 31
2.5 傳統(tǒng)下降剖面設(shè)計 33
2.5.1 階梯式下降程序設(shè)計 33
2.5.2 仿真結(jié)果及分析 37

2.6 基于高斯偽譜法的軌跡優(yōu)化方法 40
2.6.1 問題描述 41
2.6.2 高斯偽譜法的基本原理 41
2.6.3 四維連續(xù)下降運行航跡規(guī)劃所需模型 45
2.6.4 連續(xù)下降進近高度窗口計算 55
2.6.5 連續(xù)下降進近約束條件與邊界條件設(shè)計 57
2.6.6 水平路徑設(shè)計 61
2.6.7 基于高斯偽譜法的四維連續(xù)下降航跡的垂直剖面規(guī)劃算例 63
本章小結(jié) 69
第3章 大型客機CAT III A/B著陸導(dǎo)航傳感器信息融合架構(gòu)和導(dǎo)航傳感器建模 70
3.1 概述 70
3.2 大型客機CAT III A/B著陸導(dǎo)航傳感器信息融合架構(gòu) 70
3.3 滿足大型客機CAT III A/B著陸的導(dǎo)航傳感器建模 71
3.3.1 GPS空間衛(wèi)星模型 72
3.3.2 GPS衛(wèi)星接收機模型 84
3.3.3 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測量原理及誤差模型 88
3.3.4 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的測量原理及誤差模型 90
3.3.5 儀表著陸系統(tǒng)的測量原理及誤差模型 91
3.4 地基增強系統(tǒng)建模 92
3.4.1 衛(wèi)星導(dǎo)航誤差源 92
3.4.2 飛機定位誤差修正原理 95
3.4.3 衛(wèi)星導(dǎo)航誤差分析與飛機定位誤差修正仿真 96
本章小結(jié) 98
第4章 大型客機CAT III A/B著陸導(dǎo)航傳感器信息融合技術(shù) 99
4.1 概述 99
4.2 時間配準算法 99
4.2.1 基于內(nèi)插外推法的時間配準 99
4.2.2 基于小二乘法的時間配準 102
4.2.3 時間配準算法仿真驗證 104
4.3 空間配準算法 107
4.3.1 基于地理坐標系的空間配準框架 107
4.3.2 以地理坐標系為基準的坐標正解 108
4.3.3 以地理坐標系為基準的坐標反解 109
4.3.4 基于非線性小二乘法的空間配準誤差修正 110
4.3.5 空間配準算法仿真驗證 111
4.4 導(dǎo)航傳感器信號平滑算法 113
4.4.1 基于小二乘法的信號平滑 113
4.4.2 信號平滑算法仿真驗證 114
4.5 基于聯(lián)邦濾波的信息融合算法架構(gòu) 115
4.5.1 基于導(dǎo)航傳感器誤差特性的子濾波算法的選取 116
4.5.2 聯(lián)邦濾波器設(shè)計 127
4.6 基于殘差的模糊自適應(yīng)信息分配策略 133
4.6.1 基于移動時間窗口的殘差計算方法 134
4.6.2 基于模糊控制的信息分配策略 137
4.6.3 信息分配策略仿真驗證 141
本章小結(jié) 146
第5章 大型客機CAT III A/B著陸導(dǎo)航傳感器管理策略 147
5.1 概述 147
5.2 基于測量一致性的完好性監(jiān)控策略 147
5.2.1 狀態(tài)遞推器構(gòu)造方法 148
5.2.2 基于殘差卡方檢驗的導(dǎo)航傳感器故障診斷算法 150
5.2.3 基于殘差序貫概率比檢驗的導(dǎo)航傳感器故障診斷算法 152
5.2.4 基于小錯誤概率的閾值選取規(guī)則 153
5.2.5 導(dǎo)航傳感器完好性監(jiān)控仿真算例 157
5.3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性監(jiān)控 160
5.3.1 基于奇偶矢量校驗法的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性監(jiān)控 161
5.3.2 基于多歷元累積奇偶矢量校驗法的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性監(jiān)控 165
5.3.3 基于冗余觀測信息的累積奇偶矢量校驗法的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性監(jiān)控 166
本章小結(jié) 170
第6章 大型客機CAT III A/B著陸導(dǎo)航傳感器信息融合仿真驗證 171
6.1 概述 171
6.2 大型客機CAT III A/B著陸導(dǎo)航傳感器信息融合仿真驗證系統(tǒng)架構(gòu)及場景設(shè)置 171
6.2.1 信息融合仿真驗證系統(tǒng)架構(gòu) 171
6.2.2 信息融合仿真驗證場景設(shè)置 172
6.3 信息融合管理評估指標 174
6.3.1 導(dǎo)航系統(tǒng)誤差定義和要求 174
6.3.2 大型客機CAT III A/B著陸導(dǎo)航性能指標要求 175
6.4 基于協(xié)方差矩陣的位置不確定度計算方法及其仿真驗證 176
6.4.1 基于協(xié)方差矩陣的位置不確定度的計算方法 176
6.4.2 基于協(xié)方差矩陣的位置不確定度計算方法的仿真驗證 179
6.5 飛行技術(shù)誤差估計 183
6.5.1 飛行技術(shù)誤差估計方法 183
6.5.2 飛行技術(shù)誤差估計方法仿真驗證 185
本章小結(jié) 187
第7章 符合RNP AR要求的垂直引導(dǎo)技術(shù) 188
7.1 概述 188
7.2 RNP AR對垂直引導(dǎo)的要求 188
7.3 符合RNP AR要求的垂直引導(dǎo)律設(shè)計 190
7.3.1 垂直引導(dǎo)參數(shù)計算 190
7.3.2 固定下滑角引導(dǎo) 192
7.3.3 固定下降率引導(dǎo) 192
7.3.4 飛行路徑引導(dǎo) 193
7.3.5 慢車下降 194
7.4 垂直航段過渡及捕獲方法 194
7.5 垂直引導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換邏輯 196
7.6 模式轉(zhuǎn)換時的瞬態(tài)抑制方法 197
7.6.1 加入飽和環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的瞬態(tài)抑制方法 198
7.6.2 增加淡化環(huán)節(jié)的瞬態(tài)抑制方法 198
7.7 垂直引導(dǎo)律動態(tài)參數(shù)調(diào)整 201
7.7.1 用于垂直引導(dǎo)律動態(tài)參數(shù)調(diào)整的算法 202
7.7.2 垂直引導(dǎo)律動態(tài)參數(shù)調(diào)整的評價指標函數(shù) 204
7.7.3 垂直引導(dǎo)律設(shè)計及偏差指標的選取 204
7.8 符合RNP AR要求的垂直引導(dǎo)模式及其轉(zhuǎn)換仿真算例 207
7.8.1 4種垂直引導(dǎo)模式仿真算例 207
7.8.2 慢車路徑階段垂直引導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換仿真算例 217
本章小結(jié) 222
第8章 GLS虛擬波束的生成和引導(dǎo)指令的計算 223
8.1 概述 223
8.2 GLS進近引導(dǎo)過程 223
8.2.1 基于GLS的連續(xù)下降進近功能架構(gòu) 224
8.2.2 基于GLS的連續(xù)下降進近實施過程 225
8.2.3 基于GLS的連續(xù)下降進近所需的數(shù)據(jù)庫信息 227
8.2.4 基于GLS的連續(xù)下降進近關(guān)鍵技術(shù) 229
8.3 基于導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫信息生成GLS虛擬波束 229
8.3.1 GLS精密進近區(qū)域 229
8.3.2 GLS虛擬波束的生成 230
8.4 基于空間幾何關(guān)系的GLS波束偏差計算 231
8.4.1 用來描述GLS虛擬波束的坐標系定義 231
8.4.2 GLS虛擬波束水平偏差計算 233
8.4.3 GLS虛擬波束垂直偏差計算 234
8.5 GLS進近引導(dǎo)指令的計算 235
8.5.1 水平引導(dǎo)指令的計算 235
8.5.2 垂直引導(dǎo)指令的計算 237
8.6 GLS的仿真驗證 238
8.6.1 GLS進近引導(dǎo)效果評估指標 238
8.6.2 GLS進近引導(dǎo)仿真場景及參數(shù)設(shè)置 240
8.6.3 GLS進近引導(dǎo)綜合仿真驗證 241
本章小結(jié) 244
第9章 基于自抗擾控制法的自動著陸控制律設(shè)計 245
9.1 概述 245
9.2 自抗擾控制原理 245
9.2.1 跟蹤微分器 246
9.2.2 擴張狀態(tài)觀測器 247
9.2.3 非線性狀態(tài)誤差反饋 248
9.2.4 非線性函數(shù)fal函數(shù)的改進 249
9.3 基于自抗擾控制法的自動著陸基本控制律結(jié)構(gòu) 253
9.4 俯仰角自抗擾控制器設(shè)計及其仿真結(jié)果分析 253
9.4.1 俯仰角自抗擾控制器設(shè)計 253
9.4.2 參數(shù)選取原則 255
9.4.3 仿真結(jié)果分析 256
9.5 滾轉(zhuǎn)角自抗擾控制器設(shè)計及其仿真結(jié)果分析 259
9.5.1 滾轉(zhuǎn)角自抗擾控制器設(shè)計 259
9.5.2 仿真結(jié)果分析 260
9.6 自動油門自抗擾控制器設(shè)計及其仿真結(jié)果分析 263
9.6.1 自動油門控制律設(shè)計 263
9.6.2 仿真結(jié)果分析 265
9.7 基于自抗擾控制法的外回路控制律設(shè)計 265
9.7.1 垂直速度控制律 265
9.7.2 高度控制/保持控制律 266
9.7.3 航向保持控制律 267
本章小結(jié) 269
第10章 自動著陸引導(dǎo)策略 270
10.1 概述 270
10.2 自動進近著陸過程描述 270
10.2.1 飛機自動進近著陸過程描述所需坐標系 271
10.2.2 飛機六自由度模型的建立 273
10.2.3 風場模型的建立 274
10.2.4 著陸機場環(huán)境模型的建立 280
10.3 CAT III著陸的適航要求和性能指標 283
10.4 自動進近著陸引導(dǎo)律設(shè)計 284
10.4.1 自動進近橫側(cè)向引導(dǎo)律 285
10.4.2 自動進近縱向引導(dǎo)律 286
10.4.3 自動進近引導(dǎo)參數(shù)計算 288
10.4.4 拉平段控制 291
10.4.5 仿真算例 292
10.5 抗側(cè)風策略 300
10.5.1 偏航法 301
10.5.2 側(cè)滑法 303
10.5.3 結(jié)合法 306
10.6 風切變改出策略 306
10.6.1 風切變下飛機安全性評價指標 307
10.6.2 飛機遭遇風切變時的響應(yīng) 308
10.6.3 風切變區(qū)域縱向改出策略 310
10.7 復(fù)飛決策 311
本章小結(jié) 313
第11章 著陸滑跑段地面綜合控制技術(shù) 314
11.1 概述 314
11.2 著陸滑跑段地面綜合控制仿真框架 314
11.3 飛機著陸滑跑動力學(xué)模型的建立 315
11.3.1 飛機受到的力和力矩 316
11.3.2 飛機地面運動的動力學(xué)方程 321
11.3.3 支持力的求解 322
11.3.4 著陸滑跑運動仿真 325
11.4 前輪偏轉(zhuǎn)模型 327
11.5 制動系統(tǒng)建模 327
11.5.1 制動裝置模型 327
11.5.2 機輪模型 327
11.5.3 結(jié)合力系數(shù)模型 328
11.5.4 防滑制動控制 329
11.6 滑跑綜合糾偏控制 333
11.6.1 前輪轉(zhuǎn)向糾偏控制律 334
11.6.2 方向舵糾偏控制律 334
11.6.3 主輪差動制動糾偏控制律 335
11.6.4 綜合糾偏控制律 336
11.6.5 綜合糾偏控制仿真分析 337
本章小結(jié)