基于Matlab的飞行试验数据处理技术研究

王祎

（中国船舶工业系统工程研究院，北京，100089）

0 引言

本文依据三维坐标变换、数据融合等数学原理，按照时间对其这一数据处理的基本原则，使用Matlab作为计算工具，对飞行试验获取的数据进行综合处理。该数据处理方法、实现途径可应用于设备校飞、性能检飞等试验的数据处理。

1 时统对齐

通过飞行试验检验相关设备的技术指标是否满足要求的一般原理为：被试设备与真值设备对同一架飞机的空间位置进行测量，记录下相关数据后事后进行比对、分析，验证被试设备测量结果与真值设备测量结果的符合程度，即可检验其技术指标是否满足要求。由于被试设备、真值设备为相互独立的传感器，即使在对同一目标进行测量的情况下，也不能完全在同一时刻记录数据。鉴于飞机的飞行速度较快，一般为达到试验精度要求，被试设备、真值设备的时统对齐误差应小于1ms，这就要求两者在相同时统授时的前提下，通过事后差分的方式将时统对齐。

依据上述算法的基本原理，在Matlab实现时，采用polyfit（）、polyval（）函数[1]对曲线进行拟合，完成拟合后，依据被试设备测量数据的结果，采用interp1（）函数对拟合曲线进行差值处理，即可保证被试设备、真值设备两者时间的对齐。

2 飞行试验数据处理

真值数据获取设备的测量参考点与被试设备一般不相同，且测量的方位零位也不同，如真值测量设备相对真北方向、被试设备相对飞机降落跑道的方向，在进行数据比对前，必须转换至同一坐标系下。对于飞行试验，由于工作机理的不同，真值设备与被试设备测量飞机的位置参考点也不同，如以光电经纬仪为真值设备时，其测量参考点为光学合作靶标，而作为被试设备雷达的测量参考点为二次应答机安装位置。当飞机尺寸较大时，如不进行补偿将会带来较大的测量误差，影响数据处理结果的真实性、可信性。

2.1 测量数据坐标转换

以光电经纬仪作为真值设备，其测量参考点为设备安装位置、方位相对真北；而被试雷达的测量参考点相对其安装位置、方位相对飞机降落跑道方向为例，两者测量的坐标系方向、参考点均不相同，如图1所示。

图1 真值设备、被试设备坐标系相互关系示意图

如图1所示，依据坐标变换的基本原理[2]，有：

式中XRa、YRa、ZRa为被试雷达测量坐标系下的坐标，XEOMS、YEOMS、ZEOMS为光电经纬仪测量坐标系下的坐标，X1、Y1、Z1为两者测量参考点的相对坐标。通过上式即可将光电经纬仪测量所得的真值数据转换到被试雷达的坐标系下。

依据上述算法的基本原理，在Matlab环境下实现该算法时，采用矩阵与向量相乘、之后相加的方法即可，实现的源程序较为简洁，为VRa=A×VEOMS+V1，其中VRa为向量（XRa，YRa，ZRa），VEOMS为向量（XEOMS，YEOMS，ZEOMS），V1为向量（X1，Y1，Z1），A为坐标变换矩阵。

2.2 飞机上安装位置补偿

如图2所示，以光电经纬仪测量参考点为飞机安装的光学合作靶标、被试雷达测量参考点为二次雷达应答机为例，在机体坐标系下测量获取两者的相对位置分别为（XR，YR，ZR）、（XE，YE，ZE）。

图2 真值设备、被试设备测量飞机位置点示意图

3 误差统计

将真值数据与被试设备测量结果的时统对齐、完成相应的坐标转换后，已在时间、空间上使两种数据统一，可据此计算两者的一次差数据，并在此基础上统计被试设备系统误差、随机误差，用以检验被试设备的性能指标是否满足要求。

3.1 一次差计算

3.2 野值剔除

在试验过程中，由于人为因素、意外情况等，可能出现某些不合理的测量值，反映在一次差数据中是某些值明显不符合统计规律，对于可确定原因的野值，应直接予以去除，防止出现数据统计失误。对于一些不能直接确定原因的野值，可基于以下原则进行处理[3]：

3.3 误差统计

对试验获取的真值数据、被试设备测量数据进行上述处理后，可对测量数据的误差进行统计计算，公式如下：

式中：σm为以光电经纬仪测量数据为真值，被试设备测量的随机误差。在Matlab实现时，可使用mean（）、std（）函数分别计算系统误差、随机误差。

完成了上述各模块数学模型的分析、Matlab环境下实现程序的编制后，可依据飞行试验记录的原始数据，分析被试雷达的相关技术性能是否满足规格书中的规定。以俯仰角测量为例,在时统对齐、坐标变换、飞机位置修正以及误差统计完成后，可计算获得被试雷达与真值设备对比的结果，其中相关统计数据直接显示在曲线中，该计算结果可直接用于设备技术性能的分析、调整及鉴定。

4 结束语

本文依据坐标变换的数学原理，通过与机载测试数据的融合、对齐相对真值数据的时间基准，使用Matlab作为计算工具，对飞行试验获取的数据进行综合处理。应用结果表明，基于Matlab环境开发的数据处理程序简洁、实用、工程实现性较好，且计算结果合理、与真实情况具有较好的符合性，验证了Matlab版本数据处理程序的正确性。该数据处理方法、实现途径可应用于飞机测量设备校飞、性能检飞等试验的数据处理。