民航陆基近距无线电建模与机载综合导航可靠融合技术

康洋

摘 要

导航系统对于保证民航的安全运行以及经济效益的提升都有着关键性的作用，本文据此分析了民用机载综合导航技术与无线电建模的基本原理，并据此简析了技术融合的基本结构与算法，仅供相关人士参考。

【关键词】无线电建模 综合导航 融合技术

1 民航陆基近距机载综合导航技术

1.1 惯性导航系统定位技术

惯性导航系统是一种能够对航位进行推算的系统，完全依靠的是自身设备的自主导航系统，不需要外界的信息提供，只要能够提供足够的初始条件，系统便能够根据系统内部的惯性测量元件通过敏感力以及角速度的计算来实现对于飞机的定位，同时也能够通过对各种导航参数的确定来获得飞机的角加速度以及线加速度，进而求得速度与位置的详细信息，具有隐蔽性好、精度高、抗干扰性好以及连续输出的优点，是整个机载导航的主系统。

捷联惯导系统是通过对飞机自身的加速度的测量来完成定位导航的，在牛顿第二定律的基础上，利用惯性的敏感元件对飞机的线加速度以及角速度进行测量与分析，并且经过对时间的积分来获得飞机的位置、速度以及姿势的基本信息。

1.2 卫星导航系统定位技术

卫星导航定位系统能够实现在全球范围内进行时间与位置的确定，系统内包含了多个卫星星座，并且配备了机载接收机，保证了系统的监视性，并且在必要的时候能够为定位需要提供必要的性能扩展，进而满足机载系统的定位要求，这种定位技术具有定位精度高、操作简便以及抗干扰性较好与易于安装的特点，是比较先进的定位技术。

卫星导航系统的定位技术通常包括四大步骤，首先是根据接收到的信息对飞机的位置信息进行计算与推定，继而对飞机的与卫星之间的相对位置或者是角度与速度等因素进行分析与计算，接着对飞机在系统坐标中的数值进行计算，最后将计算的结果输出、显示，以供系统的使用者使用。整个过程都离不开轨道卫星、地面控制以及用户设备这几大部分设备的组合与协调，也只有这几方面的协调才能够保证信息的获取、传输与计算工作具有高度的准确性。

1.3 陆基的无线电导航系统的定位技术

无线电定位技术产生于上世纪的初期，经过多年的发展与研究，当前的陆基定位系统包括了测距仪以及甚高频的全向信标仪（VOR）等设备，能够提供飞机当前的位置信息，保证飞机能够以预定的姿态与速度完成着陆。这种系统主要是通过无线电新海的发射、传播以及接受来进行数据信息的传递与共享，所以其对无线电技术的要求比较高。

VOR是一种相位的测角系统，主要由地面的信标台以及机载的接收指示这两部分组成，能够为飞机提供信标台的位置坐标，在200n mile的距离之内的测角精度由于1.4度，其基本的测向原理如图1。

2 陆基无线电导航系统建模分析

2.1 陆基无线电导航系统建模方案设计

利用DME、VOR进行导航定位的过程中，需要建立起相应的导航数据库模型，并对DME、VOR系统的测距与测角的误差进行分析与建模，进而贾里奇合理的选台算法的模型，进而对VOR的定位进行解算。

建模的基本方案设计为根据陆基无线电系统来建立起系统误差的模型，负责对测角与测距的误差建模工作，同时也需要根据无线电系统的特点与结构建立起导航的数据库模型，确定定位系统的台站建立、选台的算法以及工作方式的选择等，最后根据数据模型以及系统的误差模型来对导航定位进行计算，完成飞机的定位工作。

2.2 VOR、DME的建模分析

VOR的误差分析与其建模。对VOR的精度造成影响的因素可以划分为两大类，分别存在于制造公差、随机应变环节与独立变量的计算环节，通常来讲在实际的测量工作中大小在一度以内的误差是允许存在的，因此可以建立起相位误差在一度以内的白噪声形式的模型。

DME误差分析与建模。影响DME 测量精度的因素包括电表在空气中的传播速度、电波折射的误差以及测时工作存在的误差，其中尤以电波在大气中传播造成的影响最大最显著，所以在模型建立的过程中主要考虑的也是这一因素。

3 无线电建模与机载综合导航可靠融合技术及其算法

3.1 民航机载综合导航系统信息可靠融合的关键技术

民用机载组合导航不仅能够把各种传感器的信息通过计算机组合在一起，进而实现对于信息的集中控制、管理与显示，还能够采用不同的方法来对导航的数据进行优化处理，进而提高导航系统定位的精准性，为民航提供可靠的保障。

在对机载的综合系统进行融合的过程中，将惯性的导航系统作为了骨干系统，其他的系统设备则作为了辅助的子导航系统，对系统的惯导定位的发散进行控制。

信息融合的过程中主要采用的是故障检测算法，对融合中的系统数据进行检测，进而及时的处理融合过程中的故障，将系统中的健康信息进行保留，进而保证系统的可靠性。

3.2 民航机载综合导航系统信息可靠融合的结构与算法

（1）子滤波器的算法。子滤波器是一种最优的融合设计，这种设计的基础便是测量模型的统计特性。如果系统具有自己确定的数学模型，并且系统的噪声以及量测的噪声均符合了高斯分布的特征，那么此时的卡尔曼滤波算法便能够提供系统基于融合数据的最优估计的计算结果。

（2）主滤波器的算法。主滤波器的主要功能便是对子滤波器的计算结果进行融合，并且将融合后的计算结果反馈到各个滤波器上，作为下一次处理周期的基础数值，此过程中的参考系统与其余的子系统之间两两形成了局部的滤波器，局部的滤波器负责使用独立的卡尔曼算法进行独立的局部最优估计，而主滤波器则负责将各个计算结果融合，实现最优融合的计算。

4 结语

民用航空事业的发展将会促使民用机载的导航向着更高的精度以及更加可靠的方向不断进步与发展，也促使民航陆基近距无线电建模与机载综合导航可靠融合技术不断的进步着，使得组合导航技术将会在提高机载导航设备对于信息的利用程度方面发挥更重要的作用，进而提高导航定位工作的效率，促进民航事业的发展。

参考文献

[1]方凌.民航陆基近距无线电建模与机载综合导航可靠融合技术[D].南京航空航天大学，2012（01）.

[2]郭少彬.陆基无线电导航系统抗干扰技术研究[D].哈尔滨工程大学，2009（07）.

[3]黄川，郑宝玉.多无线电协作技术与异构网络融合[J].中兴通讯技术，2008（06）.

[4]黄金明，王立文，田静.飞行模拟器近程无线电导航系统建模与仿真[J].计算机仿真，2007（02）.

作者单位

民航甘肃空管分局 甘肃省兰州市 730087endprint

摘 要

导航系统对于保证民航的安全运行以及经济效益的提升都有着关键性的作用，本文据此分析了民用机载综合导航技术与无线电建模的基本原理，并据此简析了技术融合的基本结构与算法，仅供相关人士参考。

【关键词】无线电建模 综合导航 融合技术

1 民航陆基近距机载综合导航技术

1.1 惯性导航系统定位技术

惯性导航系统是一种能够对航位进行推算的系统，完全依靠的是自身设备的自主导航系统，不需要外界的信息提供，只要能够提供足够的初始条件，系统便能够根据系统内部的惯性测量元件通过敏感力以及角速度的计算来实现对于飞机的定位，同时也能够通过对各种导航参数的确定来获得飞机的角加速度以及线加速度，进而求得速度与位置的详细信息，具有隐蔽性好、精度高、抗干扰性好以及连续输出的优点，是整个机载导航的主系统。

捷联惯导系统是通过对飞机自身的加速度的测量来完成定位导航的，在牛顿第二定律的基础上，利用惯性的敏感元件对飞机的线加速度以及角速度进行测量与分析，并且经过对时间的积分来获得飞机的位置、速度以及姿势的基本信息。

1.2 卫星导航系统定位技术

卫星导航定位系统能够实现在全球范围内进行时间与位置的确定，系统内包含了多个卫星星座，并且配备了机载接收机，保证了系统的监视性，并且在必要的时候能够为定位需要提供必要的性能扩展，进而满足机载系统的定位要求，这种定位技术具有定位精度高、操作简便以及抗干扰性较好与易于安装的特点，是比较先进的定位技术。

卫星导航系统的定位技术通常包括四大步骤，首先是根据接收到的信息对飞机的位置信息进行计算与推定，继而对飞机的与卫星之间的相对位置或者是角度与速度等因素进行分析与计算，接着对飞机在系统坐标中的数值进行计算，最后将计算的结果输出、显示，以供系统的使用者使用。整个过程都离不开轨道卫星、地面控制以及用户设备这几大部分设备的组合与协调，也只有这几方面的协调才能够保证信息的获取、传输与计算工作具有高度的准确性。

1.3 陆基的无线电导航系统的定位技术

无线电定位技术产生于上世纪的初期，经过多年的发展与研究，当前的陆基定位系统包括了测距仪以及甚高频的全向信标仪（VOR）等设备，能够提供飞机当前的位置信息，保证飞机能够以预定的姿态与速度完成着陆。这种系统主要是通过无线电新海的发射、传播以及接受来进行数据信息的传递与共享，所以其对无线电技术的要求比较高。

VOR是一种相位的测角系统，主要由地面的信标台以及机载的接收指示这两部分组成，能够为飞机提供信标台的位置坐标，在200n mile的距离之内的测角精度由于1.4度，其基本的测向原理如图1。

2 陆基无线电导航系统建模分析

2.1 陆基无线电导航系统建模方案设计

利用DME、VOR进行导航定位的过程中，需要建立起相应的导航数据库模型，并对DME、VOR系统的测距与测角的误差进行分析与建模，进而贾里奇合理的选台算法的模型，进而对VOR的定位进行解算。

建模的基本方案设计为根据陆基无线电系统来建立起系统误差的模型，负责对测角与测距的误差建模工作，同时也需要根据无线电系统的特点与结构建立起导航的数据库模型，确定定位系统的台站建立、选台的算法以及工作方式的选择等，最后根据数据模型以及系统的误差模型来对导航定位进行计算，完成飞机的定位工作。

2.2 VOR、DME的建模分析

VOR的误差分析与其建模。对VOR的精度造成影响的因素可以划分为两大类，分别存在于制造公差、随机应变环节与独立变量的计算环节，通常来讲在实际的测量工作中大小在一度以内的误差是允许存在的，因此可以建立起相位误差在一度以内的白噪声形式的模型。

DME误差分析与建模。影响DME 测量精度的因素包括电表在空气中的传播速度、电波折射的误差以及测时工作存在的误差，其中尤以电波在大气中传播造成的影响最大最显著，所以在模型建立的过程中主要考虑的也是这一因素。

3 无线电建模与机载综合导航可靠融合技术及其算法

3.1 民航机载综合导航系统信息可靠融合的关键技术

民用机载组合导航不仅能够把各种传感器的信息通过计算机组合在一起，进而实现对于信息的集中控制、管理与显示，还能够采用不同的方法来对导航的数据进行优化处理，进而提高导航系统定位的精准性，为民航提供可靠的保障。

在对机载的综合系统进行融合的过程中，将惯性的导航系统作为了骨干系统，其他的系统设备则作为了辅助的子导航系统，对系统的惯导定位的发散进行控制。

信息融合的过程中主要采用的是故障检测算法，对融合中的系统数据进行检测，进而及时的处理融合过程中的故障，将系统中的健康信息进行保留，进而保证系统的可靠性。

3.2 民航机载综合导航系统信息可靠融合的结构与算法

（1）子滤波器的算法。子滤波器是一种最优的融合设计，这种设计的基础便是测量模型的统计特性。如果系统具有自己确定的数学模型，并且系统的噪声以及量测的噪声均符合了高斯分布的特征，那么此时的卡尔曼滤波算法便能够提供系统基于融合数据的最优估计的计算结果。

（2）主滤波器的算法。主滤波器的主要功能便是对子滤波器的计算结果进行融合，并且将融合后的计算结果反馈到各个滤波器上，作为下一次处理周期的基础数值，此过程中的参考系统与其余的子系统之间两两形成了局部的滤波器，局部的滤波器负责使用独立的卡尔曼算法进行独立的局部最优估计，而主滤波器则负责将各个计算结果融合，实现最优融合的计算。

4 结语

民用航空事业的发展将会促使民用机载的导航向着更高的精度以及更加可靠的方向不断进步与发展，也促使民航陆基近距无线电建模与机载综合导航可靠融合技术不断的进步着，使得组合导航技术将会在提高机载导航设备对于信息的利用程度方面发挥更重要的作用，进而提高导航定位工作的效率，促进民航事业的发展。

参考文献

[1]方凌.民航陆基近距无线电建模与机载综合导航可靠融合技术[D].南京航空航天大学，2012（01）.

[2]郭少彬.陆基无线电导航系统抗干扰技术研究[D].哈尔滨工程大学，2009（07）.

[3]黄川，郑宝玉.多无线电协作技术与异构网络融合[J].中兴通讯技术，2008（06）.

[4]黄金明，王立文，田静.飞行模拟器近程无线电导航系统建模与仿真[J].计算机仿真，2007（02）.

作者单位

民航甘肃空管分局 甘肃省兰州市 730087endprint

摘 要

导航系统对于保证民航的安全运行以及经济效益的提升都有着关键性的作用，本文据此分析了民用机载综合导航技术与无线电建模的基本原理，并据此简析了技术融合的基本结构与算法，仅供相关人士参考。

【关键词】无线电建模 综合导航 融合技术

1 民航陆基近距机载综合导航技术

1.1 惯性导航系统定位技术

惯性导航系统是一种能够对航位进行推算的系统，完全依靠的是自身设备的自主导航系统，不需要外界的信息提供，只要能够提供足够的初始条件，系统便能够根据系统内部的惯性测量元件通过敏感力以及角速度的计算来实现对于飞机的定位，同时也能够通过对各种导航参数的确定来获得飞机的角加速度以及线加速度，进而求得速度与位置的详细信息，具有隐蔽性好、精度高、抗干扰性好以及连续输出的优点，是整个机载导航的主系统。

捷联惯导系统是通过对飞机自身的加速度的测量来完成定位导航的，在牛顿第二定律的基础上，利用惯性的敏感元件对飞机的线加速度以及角速度进行测量与分析，并且经过对时间的积分来获得飞机的位置、速度以及姿势的基本信息。

1.2 卫星导航系统定位技术

卫星导航定位系统能够实现在全球范围内进行时间与位置的确定，系统内包含了多个卫星星座，并且配备了机载接收机，保证了系统的监视性，并且在必要的时候能够为定位需要提供必要的性能扩展，进而满足机载系统的定位要求，这种定位技术具有定位精度高、操作简便以及抗干扰性较好与易于安装的特点，是比较先进的定位技术。

卫星导航系统的定位技术通常包括四大步骤，首先是根据接收到的信息对飞机的位置信息进行计算与推定，继而对飞机的与卫星之间的相对位置或者是角度与速度等因素进行分析与计算，接着对飞机在系统坐标中的数值进行计算，最后将计算的结果输出、显示，以供系统的使用者使用。整个过程都离不开轨道卫星、地面控制以及用户设备这几大部分设备的组合与协调，也只有这几方面的协调才能够保证信息的获取、传输与计算工作具有高度的准确性。

1.3 陆基的无线电导航系统的定位技术

无线电定位技术产生于上世纪的初期，经过多年的发展与研究，当前的陆基定位系统包括了测距仪以及甚高频的全向信标仪（VOR）等设备，能够提供飞机当前的位置信息，保证飞机能够以预定的姿态与速度完成着陆。这种系统主要是通过无线电新海的发射、传播以及接受来进行数据信息的传递与共享，所以其对无线电技术的要求比较高。

VOR是一种相位的测角系统，主要由地面的信标台以及机载的接收指示这两部分组成，能够为飞机提供信标台的位置坐标，在200n mile的距离之内的测角精度由于1.4度，其基本的测向原理如图1。

2 陆基无线电导航系统建模分析

2.1 陆基无线电导航系统建模方案设计

利用DME、VOR进行导航定位的过程中，需要建立起相应的导航数据库模型，并对DME、VOR系统的测距与测角的误差进行分析与建模，进而贾里奇合理的选台算法的模型，进而对VOR的定位进行解算。

建模的基本方案设计为根据陆基无线电系统来建立起系统误差的模型，负责对测角与测距的误差建模工作，同时也需要根据无线电系统的特点与结构建立起导航的数据库模型，确定定位系统的台站建立、选台的算法以及工作方式的选择等，最后根据数据模型以及系统的误差模型来对导航定位进行计算，完成飞机的定位工作。

2.2 VOR、DME的建模分析

VOR的误差分析与其建模。对VOR的精度造成影响的因素可以划分为两大类，分别存在于制造公差、随机应变环节与独立变量的计算环节，通常来讲在实际的测量工作中大小在一度以内的误差是允许存在的，因此可以建立起相位误差在一度以内的白噪声形式的模型。

DME误差分析与建模。影响DME 测量精度的因素包括电表在空气中的传播速度、电波折射的误差以及测时工作存在的误差，其中尤以电波在大气中传播造成的影响最大最显著，所以在模型建立的过程中主要考虑的也是这一因素。

3 无线电建模与机载综合导航可靠融合技术及其算法

3.1 民航机载综合导航系统信息可靠融合的关键技术

民用机载组合导航不仅能够把各种传感器的信息通过计算机组合在一起，进而实现对于信息的集中控制、管理与显示，还能够采用不同的方法来对导航的数据进行优化处理，进而提高导航系统定位的精准性，为民航提供可靠的保障。

在对机载的综合系统进行融合的过程中，将惯性的导航系统作为了骨干系统，其他的系统设备则作为了辅助的子导航系统，对系统的惯导定位的发散进行控制。

信息融合的过程中主要采用的是故障检测算法，对融合中的系统数据进行检测，进而及时的处理融合过程中的故障，将系统中的健康信息进行保留，进而保证系统的可靠性。

3.2 民航机载综合导航系统信息可靠融合的结构与算法

（1）子滤波器的算法。子滤波器是一种最优的融合设计，这种设计的基础便是测量模型的统计特性。如果系统具有自己确定的数学模型，并且系统的噪声以及量测的噪声均符合了高斯分布的特征，那么此时的卡尔曼滤波算法便能够提供系统基于融合数据的最优估计的计算结果。

（2）主滤波器的算法。主滤波器的主要功能便是对子滤波器的计算结果进行融合，并且将融合后的计算结果反馈到各个滤波器上，作为下一次处理周期的基础数值，此过程中的参考系统与其余的子系统之间两两形成了局部的滤波器，局部的滤波器负责使用独立的卡尔曼算法进行独立的局部最优估计，而主滤波器则负责将各个计算结果融合，实现最优融合的计算。

4 结语

民用航空事业的发展将会促使民用机载的导航向着更高的精度以及更加可靠的方向不断进步与发展，也促使民航陆基近距无线电建模与机载综合导航可靠融合技术不断的进步着，使得组合导航技术将会在提高机载导航设备对于信息的利用程度方面发挥更重要的作用，进而提高导航定位工作的效率，促进民航事业的发展。

参考文献

[1]方凌.民航陆基近距无线电建模与机载综合导航可靠融合技术[D].南京航空航天大学，2012（01）.

[2]郭少彬.陆基无线电导航系统抗干扰技术研究[D].哈尔滨工程大学，2009（07）.

[3]黄川，郑宝玉.多无线电协作技术与异构网络融合[J].中兴通讯技术，2008（06）.

[4]黄金明，王立文，田静.飞行模拟器近程无线电导航系统建模与仿真[J].计算机仿真，2007（02）.

作者单位

民航甘肃空管分局 甘肃省兰州市 730087endprint