[发明专利]机载综合着陆导航方法

权利要求书

1.一种机载综合着陆导航方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤一：导航子系统自检测及直接合理性检测，其中导航子系统机内自检测用于实时监视每个导航子系统的健康信息，若出现某导航子系统指示故障或者性能降级，综合导航系统给出相应的故障代码，根据故障代码判断是否使用该导航子系统提供的导航信息；直接合理性检测采用上下阈值限制技术，将导航子系统的输出值与预先规定的合理性范围进行比较，若检测采集信息有误，从而造成输出异常值，上报检测故障，并不处理该导航子系统输出的导航信息直至恢复正常，并将不同导航子系统之间输出的相同导航信息作差比较，检测导航子系统是否存在故障，并对故障的导航子系统进行隔离；

步骤二：时空配准，其中时空配准包括空间配准和时间配准，其中空间配准是通过坐标变换将不同形式的导航信息转换到本地坐标系，时间配准是通过采用模块集成化以及统一的时间基准下发，减少不同导航子系统之间的时间异步问题，对于采样周期不同步问题，采用基于量测滞后的内插外推的方法进行量测补偿；

步骤三：导航子系统输出相关性检测，利用具有相同导航信息的导航子系统，两两作差，并与规定的阈值比较，采用基于表决技术的故障检测方法确定是否存在出现故障的导航子系统；

步骤四：采用基于动静态的自适应滤波方法对各导航子系统的多源信息融合，通过自适应抗差方法对各个导航子系统的量测量的粗差进行剔除，然后对仪表着陆系统ILS/微波着陆系统MLS/测距机DME组合导航子系统、INS/GNSS组合导航子系统输出的导航信息采用动态滤波融合；在此基础上，对差分GNSS或气压高度计的输出量采用静态自适应滤波，最终得到导航信息融合与实时更新，包括如下步骤：

(1)构造动态滤波状态方程，选取速度误差(δV_E、δV_N、δV_U)、位置误差(δL、δλ、δh)、测距机DME的刻度系数误差δL_k、相对基准下滑道的下滑偏角的偏角误差δγ_G、相对基准航道的航向偏角的偏角误差δγ_L作为状态量，即状态量为X_vpr＝[δV_E δV_N δV_U δL δλ δh δL_k δγ_G δγ_L]^T，相应的状态方程为：

其中，

R_M为地球子午面曲率半径，R_N为卯酉圈曲率半径；

(2)构造动态滤波量测方程，在动态滤波过程中，以ILS/MLS/DME组合导航子系统与INS/GNSS组合导航子系统这两种组合导航子系统提供的飞机三维位置信息作差，作为动态滤波的量测量，因此量测方程Z_vpr(t)有：

Z_vpr(t)＝H_vpr(t)X_vpr(t)+ν_vpr(t)

其中，H_vpr＝[0_3×3 I_3×3 H_r]

其中，为参考坐标系的坐标原点在地理坐标系下的位置，θ_R为基准下滑道与地平面的夹角，ψ_r为基准航向道在当地地理坐标系中与正北的夹角；γ_G为通过ILS下滑道的DDM值得出的飞机在当前时刻的下滑角，γ_L为通过ILS航向信标的DDM值得出的飞机在当前时刻的航向角，L_D为测距机DME的测量距离；

(3)自适应动态滤波，用R_k进行在线估计，实现跟随环境变化动态调整R_k的值，基于新息协方差的自适应卡尔曼滤波方法过程为：

定义新息为新息的理论协方差矩阵P_v为：

利用一段新息样本数据对新息的协方差矩阵进行近似估计，其中：

式中，S表示样本数据的个数，设置为1s内数据，

在CKF算法中新息的协方差矩阵P_zz，k|k-1又表示为：

所以R_k的递推估计值为：

利用新息协方差实时修正量测噪声的协方差矩阵自适应地估计量测噪声的方差；

(4)构造静态滤波量测方程，选取差分GNSS或气压高度计的输出量作为静态滤波的量测值来源，构造量测方程：

当选取差分GNSS时，量测方程H_DGNSS为：

H_DGNSS＝[0_3×3 I_3×3 H_r]

当选择气压高度计时，量测方程H_air为：

H_air＝[0 0 0 0 0 1 L_D·sin(θ_R+γ_G) L_D·cos(θ_R+γ_G) 0]

(5)自适应静态滤波，在静态滤波中，状态量与动态滤波的过程的状态量相同，即将动态滤波的结果x(t)作为静态滤波的一步预测状态值静态滤波的自适应方法与动态滤波中的自适应处理方式相同。