飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法研究

周勝明

摘要： 飛行參數(shù)的預(yù)處理研究，是當(dāng)前航空領(lǐng)域應(yīng)用研究的熱點(diǎn)之一。針對(duì)常規(guī)預(yù)處理方法難以消除飛參數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差的問(wèn)題，本文對(duì)飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種系統(tǒng)誤差消除方法。數(shù)據(jù)校準(zhǔn)實(shí)例表明，本文方法可以在很大程度上消除飛行參數(shù)中的系統(tǒng)誤差，對(duì)于飛行參數(shù)的應(yīng)用研究具有重要意義。

Abstract： The pretreatment of flight data is one of the current hotspots in the field of aviation. It is difficult to eliminate the error of the flight data system with the conventional pretreatment method. So， this paper analyzes and sums up the systematic errors of flight data. On this basis， a method for eliminating systematic error is proposed. It is shown from a calibration example that the systematic error in flight data can be largely eliminated by our method， and it is of great significance for the application research of flight data.

關(guān)鍵詞： 飛行參數(shù)；系統(tǒng)誤差；校準(zhǔn)方法

Key words： flight data；systematic errors；calibration method

中圖分類號(hào)：V241.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）10-0185-02

0 引言

飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)，俗稱為“黑匣子”，它是用來(lái)存儲(chǔ)飛行參數(shù)的設(shè)備，這些參數(shù)除了用于常見(jiàn)的飛行事故調(diào)查外，還能夠用于飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控、輔助機(jī)務(wù)維修等諸多工作。飛行參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性是其得以有效應(yīng)用的基本前提與保障，然而在實(shí)際工作中，經(jīng)常出現(xiàn)部分飛行參數(shù)誤差較大、參數(shù)值與座艙儀表指示值不一致等眾多問(wèn)題，這嚴(yán)重制約了飛行參數(shù)的實(shí)際運(yùn)用。

一般地來(lái)說(shuō)，飛行參數(shù)采集記錄過(guò)程中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差因素，都有可能導(dǎo)致飛參系統(tǒng)記錄的參數(shù)產(chǎn)生誤差，如常見(jiàn)的傳感器誤差、傳輸誤差、采集誤差、干擾誤差等等，這一系列誤差因素的綜合作用，使得飛行參數(shù)的準(zhǔn)確度嚴(yán)重降低。

按照誤差測(cè)量理論，飛行參數(shù)中包含的誤差從總體上大致可以劃分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差三種，它們的存在都會(huì)嚴(yán)重影響到飛行參數(shù)的正常使用。

近年來(lái)，飛行參數(shù)的預(yù)處理研究已成為飛行參數(shù)應(yīng)用研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，對(duì)于飛參記錄數(shù)據(jù)中存在的噪聲誤差（屬隨機(jī)誤差），它主要采用數(shù)字濾波等方法進(jìn)行預(yù)處理；而對(duì)于野值點(diǎn)（即粗大誤差），預(yù)處理工作主要完成野值點(diǎn)的判別、剔除和補(bǔ)充。

而對(duì)于系統(tǒng)誤差的處理方法，由于它主要受系統(tǒng)工作性能漂移的影響，具有較高的不缺定和不穩(wěn)定因素，因此，目前尚沒(méi)有較為成熟的理論或?qū)嵺`方面的研究。

鑒于此，本文提出了一種實(shí)用性較強(qiáng)的用于消除飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差的校準(zhǔn)方法，即首先采用計(jì)量設(shè)備和外場(chǎng)處理機(jī)建立整個(gè)飛行參數(shù)采集通道的系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)曲線（即參數(shù)譯碼曲線），然后在實(shí)際工作種譯碼飛行參數(shù)時(shí)利用這條曲線來(lái)消除系統(tǒng)誤差。大量實(shí)踐證明，該方法可以在很大程度上消除飛行參數(shù)中的系統(tǒng)誤差，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

1 飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差

嚴(yán)格意義上講，飛行參數(shù)中的系統(tǒng)誤差是由可以把握的誤差因素導(dǎo)致的，這些因素通常是恒定不變的，或者是具有一定的變化規(guī)律。根據(jù)誤差因素的不同，系統(tǒng)誤差大致包括周期誤差、線性誤差和穩(wěn)定誤差等。飛行參數(shù)中的系統(tǒng)誤差因素的主要有：

1.1 結(jié)構(gòu)性誤差因素

此類誤差因素主要是由飛行參數(shù)采集過(guò)程中涉及的機(jī)載部件的工作性能發(fā)生變化導(dǎo)致的。例如：部件性能隨使用時(shí)間的增加會(huì)發(fā)生一定程度的線性漂移；傳感器制造不符合設(shè)計(jì)規(guī)定帶來(lái)的量化誤差；局部的穩(wěn)定電磁干擾和部件的材料質(zhì)地不均勻產(chǎn)生的傳輸誤差；安裝和固定不匹配帶來(lái)的安裝誤差等。

1.2 方法性誤差因素

此類誤差因素主要是飛參數(shù)據(jù)采集過(guò)程中采用的數(shù)據(jù)處理方法帶來(lái)的數(shù)據(jù)真值偏差。

例如：數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，眾多環(huán)境因素（溫度、濕度、氣壓高度和磁場(chǎng)強(qiáng)度等）的變化帶來(lái)的數(shù)據(jù)測(cè)量偏差；參數(shù)采樣過(guò)程中因?yàn)閭鞲衅鞣直媛瘦^低導(dǎo)致的量化誤差；飛參數(shù)據(jù)譯碼過(guò)程中采用近似公式或者算法帶來(lái)的誤差等。

大量實(shí)踐證明，記錄器中記錄的各路飛行參數(shù)都包含有一定程度的系統(tǒng)誤差，它們難以通過(guò)傳統(tǒng)的預(yù)處理方法來(lái)有效消除，從而嚴(yán)重影響到數(shù)據(jù)的實(shí)際運(yùn)用。因此，必須研究合適的方法來(lái)消除飛行參數(shù)中的系統(tǒng)誤差。

2 系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法

通過(guò)飛行參數(shù)采集通道結(jié)構(gòu)和部件的技術(shù)資料、飛機(jī)上搜集其它相關(guān)信息和測(cè)取的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，同時(shí)結(jié)合飛行參數(shù)的采集方式、采集通道的結(jié)構(gòu)特性和外場(chǎng)條件等因素，提出飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差的校準(zhǔn)方法。

飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差的具體校準(zhǔn)原理可以描述為：采用專用計(jì)量設(shè)備產(chǎn)生模擬飛行參數(shù)的物理量信號(hào)，以此來(lái)激勵(lì)飛行參數(shù)傳感器產(chǎn)生輸出，同時(shí)借助飛行參數(shù)外場(chǎng)檢測(cè)處理機(jī)獲得飛參系統(tǒng)記錄的二進(jìn)制代碼，進(jìn)一步建立模擬信號(hào)同記錄代碼之間的關(guān)系，即參數(shù)譯碼曲線，以此曲線來(lái)譯碼實(shí)際工作中飛參系統(tǒng)記錄的二進(jìn)制代碼，從而消除整個(gè)飛行參數(shù)采集過(guò)程中的系統(tǒng)誤差。飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)原理示意圖如圖1所示。

由圖1可以看出，飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差的具體校準(zhǔn)是通過(guò)對(duì)傳感器、采集器和記錄器等設(shè)備組成的整個(gè)參數(shù)測(cè)量鏈路進(jìn)行綜合校準(zhǔn)，從而得到在一定條件下具有較高可信度的參數(shù)采集通道的輸入-輸出特性，從而建立參數(shù)譯碼曲線，并作為飛行參數(shù)譯碼的依據(jù)。

與此同時(shí)，為保證建立的參數(shù)譯碼曲線準(zhǔn)確可信，必須確保專用計(jì)量設(shè)備的工作性能滿足飛行參數(shù)校準(zhǔn)需要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)要求。

值得注意的是，本文的校準(zhǔn)方法在消除飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差的同時(shí)，還可以輔助檢查飛機(jī)飛行參數(shù)采集通道的性能指標(biāo)。

3 系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)實(shí)例分析

以方向舵偏角參數(shù)系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)為例，其具體實(shí)施和操作過(guò)程如下：①準(zhǔn)備相關(guān)設(shè)備和工具，包括角度位移測(cè)量裝置、外場(chǎng)檢測(cè)處理機(jī)，及一字解刀和十字解刀等。②在方向舵上固定好測(cè)量傳感器；在飛機(jī)斷電情況下，用電纜將飛行參數(shù)外場(chǎng)檢測(cè)處理機(jī)輸入端連接至飛行參數(shù)記錄器的輸出。③接通處理機(jī)電源開(kāi)關(guān)，確認(rèn)處理機(jī)自檢通過(guò)后，單擊FGS主界面的“系統(tǒng)維護(hù)”主菜單，在下拉子菜單中選擇“啟動(dòng)采集記錄”，再選擇“強(qiáng)迫啟動(dòng)”或“自然啟動(dòng)”使處理機(jī)進(jìn)入實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。④給飛機(jī)供壓，并通過(guò)踩腳蹬給定不同的方向舵角度信號(hào)，記錄處理機(jī)監(jiān)控界面的方向舵角位移測(cè)量值；從而建立參數(shù)譯碼曲線。⑤拆下測(cè)量傳感器，斷開(kāi)飛行參數(shù)記錄器各開(kāi)關(guān)，關(guān)閉外場(chǎng)檢測(cè)處理機(jī)和操縱位移測(cè)量裝置，堵上地面維護(hù)插座的堵蓋；拆下處理機(jī)電纜，將設(shè)備和工具整理后帶回。

利用建立的參數(shù)譯碼曲線對(duì)某次飛行過(guò)程中飛參記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，結(jié)果（局部）如圖2所示。

由圖2可以看出，校準(zhǔn)后的方向舵偏角參數(shù)在很大程度上消除了系統(tǒng)誤差的影響，不僅消除了局部的極值，而且在整體上變得更加平滑，其變化趨勢(shì)的平緩性相對(duì)于校準(zhǔn)前有所增強(qiáng)，更加接近該參數(shù)的實(shí)際變化規(guī)律，說(shuō)明本文方法很好地消除了系統(tǒng)誤差的影響，有效提高了飛行參數(shù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

飛行參數(shù)的準(zhǔn)確性與可靠性，是其能夠得到有效運(yùn)用的前提和基礎(chǔ)，為此，本文針對(duì)常規(guī)方法難以消除飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差的問(wèn)題，提出一種飛行參數(shù)系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法，實(shí)際運(yùn)用表明該方法可以有效消除數(shù)據(jù)中的系統(tǒng)誤差，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。

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