基于卡尔曼滤波的星基陆基组合着陆系统设计

摘要

随着民用航空业的快速发展，空港对于提升每日吞吐航班流量的能力有着迫切的需求。然而在空域资源有限和机场资源紧张的环境之下，加之天气等客观因素的影响造成的航班延误等诸多问题亟待解决。着陆在飞机的飞行过程中被视为最困难，同时亦是最复杂的环节之一，现有飞机着陆机制采用单一的陆基仪表着陆系统，受下滑道单一，精度低等因素的限制，常影响飞机着陆的进程，直接或间接造成航班的延误。 本文的研究目的为设计更为健全的飞机着陆系统，即将GPS等星基导航系统数据与现有的仪表着陆系统融合，以较低的经济成本增强飞机着陆系统的安全性和可靠性，提升盲降级别。 本文首先分析GPS系统和仪表着陆系统的特点和误差来源，从理论上论证将两者组合的可行性，在此基础上设计了组合系统的总体结构。其次通过对仪表着陆系统的定位原理的分析，建立调制度差与角度的数学关系和坐标系的转换，将陆基导航系统的相对位置信息转换为地心地固坐标信息。最后设计了融合算法，将全球卫星导航系统的导航信息与仪表着陆系统信号和测距机的导航信息相融合。 本文采用联合卡尔曼滤波算法进行数据融合，使不同来源的导航参数相互校正。以全球卫星导航系统提供的导航参数作为卡尔曼滤波中的估计过程，以仪表着陆系统和测距机提供的导航参数作为观测过程，从而实现星基导航信息与陆基导航信息的导航信息相融合，最终得到了经过校准的飞机坐标信息。 本文对算法和方案做了相应的误差分析和可行性分析，使用大连周水子国际机场的真实数据作为信号源，使用Matlab编程工具对融合结果进行了验证，算法的仿真结果显示本文设计的组合系统可以有效的降低降落过程中飞机偏离下滑线的距离误差。 本文提供了组合系统在实际施工中的部分方案，为后续研究和实际改装测试提供了思路和参考。

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