[发明专利]一种RNP中的综合系统误差实时计算方法

说明书

技术领域

本发明属于航空导航领域，具体地说，是指一种RNP中的综合系统误差实时计算方法。

背景技术

航空应用对安全水平以及其他需要满足的性能指标提出了极高的要求。在导航方面，RNP（Required Navigation Performance，所需导航性能）对这些性能指标具有明确规定，它主要包含四个性能指标，即精度，完好性，连续性和可用性。其中，精度的提高与实时报警对保障RNP飞行安全具有重要作用。如图1所示，RNP中的精度指的是在某空域或者航路上，机载导航系统应以95%以上的概率保证飞机偏离预计航迹不超过某一规范阈值x。在RNP中，精度记为综合系统误差（TSE，Total System Error），通过对飞机TSE进行实时估计，并将其与RNP规范中对应的阈值进行比较，以便在TSE超过规范阈值时及时报警，保障RNP飞行安全。

当前，TSE计算与报警技术已经被应用于民航RNP飞行中，其一般方法是对所有种类的误差进行组合。如图2所示，TSE主要包括航径定义误差（PDE，Path Definition Error，定义航径与预期航径误差），飞行技术误差（FTE，Fight Technical Error，定义航径与估计位置误差）和导航系统误差（NSE，Navigation System Error，估计位置与真实位置误差）三个部分，其中航径定义误差相对于另外两项较小，可以忽略不计。因此，TSE近似等效于飞行技术误差与导航系统误差的矢量求和。然而，由于在飞行过程中，真实位置是未知的，因此导航系统误差矢量无法获得，这将导致无法对TSE进行直接计算。因此，为了保障飞行安全并实现有效告警，RNP中的TSE实时计算方法的研究非常必要。

TSE计算方法需要对飞行器所有误差的组合进行准确的概率估计。如果估计值过于保守，则有可能造成虚警，反之，则将对飞行安全构成威胁。同时，在RNP中的TSE的计算方法必须高效以便满足航空飞行的实时性需求。目前，TSE的计算方法主要分为两类。第一类通常假设飞行过程中所有误差均服从独立的零均值高斯分布，此时，TSE的标准差为FTE的标准差与NSE的标准差的均方根。然而，这种方法采用先验的FTE与NSE的概率统计值进行计算，只能用于预测，而无法提供实时告警。另外一类方法则将FTE与NSE作为标量进行相加求和获得TSE。尽管这种标量求和法能够获得实时TSE，然而，该方法没有区分TSE的横向或纵向的分量，因此当FTE与NSE方向不同时，标量和将大于矢量和，从而导致计算结果较真实值趋于保守。当采用该计算值与RNP规范的阈值进行比较时，很可能造成虚警，从而影响正常飞行。

发明内容

针对现有RNP中TSE实时计算方法的不足，本发明提出了一种快速有效的RNP中的TSE实时计算方法。RNP的TSE主要包括FTE和NSE两个部分，其中重点考虑相对于垂直预计航迹方向的误差（简称横向误差）。RNP中FTE可以通过导航估计位置与预计航迹横向距离求得，而NSE为一个概率分布，因此需要通过概率论方法进行估计。因此，本发明在误差概率椭圆理论的基础上，提出了另外两种可选择的TSE实时计算方法用于RNP中TSE的实时计算，称作线切椭圆法和圆切椭圆法。结合现有的标量求和法，在卫导导航模式下，对比了这3种TSE实时计算方法的效果。实验结果表明，本发明提出的一种RNP中的TSE实时计算方法具有较小的计算代价和较准确地TSE估计，适用于RNP中的TSE实时计算。

本发明的一种RNP中的TSE实时计算方法，具体包括以下步骤：

步骤一：通过导航方程计算出导航误差概率椭圆。

步骤二：利用坐标系旋转算法将导航误差概率椭圆旋转为正椭圆。

步骤三：求解正椭圆的外切曲线参数，本发明采用的曲线以外切直线（线切椭圆法）和外切圆（圆切椭圆法）。

步骤四：利用外切曲线参数计算实时TSE。

步骤五：将实时TSE与RNP规范阈值进行比较，输出告警结果。

附图说明

图1为现有技术中RNP-x规范示意图；

图2为现有技术中TSE组成示意图；

图3为本发明基于概率椭圆的RNP中的TSE实时计算流程图；

图4为RNP中的TSE实时计算模型示意图；

图5为正椭圆下的TSE实时计算模型示意图；

图6为线切椭圆法示意图；

图7为圆切椭圆法示意图；

图8为三种方法TSE实时计算时间结果；

图9为三种方法TSE实时计算误差。

具体实施方式