д-р техн. наук, проф.
г. Москва
D. Sc., Professor, Head of Laboratories
Moscow, 125319, Russian Federation
Moscow, 125993, Russian Federation
канд. техн. наук, докторант
Moscow, 125993, Russian Federation
аспирант
Moscow, 125993, Russian Federation
Рассматривается задача оценивания проекций скорости ветра в полете. Предложенный метод позволяет получить оценки для трех проекций скорости ветра в нормальной земной системе координат с использованием данных спутниковой навигационной системы, а также бортовых аэрометрических измерений воздушной скорости, углов атаки и скольжения. Основная идея, положенная в основу метода, состоит в том, что спутниковые измерения трех проекций скорости летательного аппарата относительно земной системы координат являются весьма точными (погрешности обычно не превышают 0,2 м/c). Это позволяет использовать спутниковые измерения скоростей в качестве своего рода эталона, подобно тому, как в практической метрологии для оценивания погрешностей средств измерений их сравнивают с эталоном, т. е. существенно более точным средством измерения. Чтобы реализовать такой подход не в метрологической лаборатории, а на борту летательного аппарата, предлагается использовать известные из динамики полета соотношения между проекциями скорости в земной и связанной системах координат, углами атаки и скольжения и скоростью ветра. Затем три проекции скорости ветра назначаются неизвестными параметрами, для нахождения которых применяется параметрическая идентификация. Предполагается, что на обрабатываемом участке полета ветер имеет постоянную скорость и направление.
Показатели точности предложенного алгоритма оценивались по данным, полученным на пилотажном стенде современного учебно-тренировочного самолета. В процессе стендового моделирования воспроизводились случайные погрешности измерений на уровнях, соответствующих летному эксперименту. Исследовалось также влияние вида маневров на точность идентификации трех проекций скорости ветра.
Показано, что для маневров типа "бочка", "дачи" по тангажу, "змейка" погрешности оценивания горизонтальных составляющих скорости ветра в основном не превышают 5 %, вертикальной составляющей — 10 % при длительностях скользящего интервала обработки 0,5 и 1,0 с, что позволяет не только оценивать постоянную скорость ветра, но и отслеживать ее изменение.
The paper deals with the problem of estimating the projections of the wind velocity in flight. The proposed method allows to obtain estimates for three projections of wind speed in the normal Earth coordinate system using data from the satellite navigation system, as well as on-board aerometric measurements of airspeed, angles of attack and glide. The main idea underlying the method is that satellite measurements of three aircraft velocity projections relative to the Earth’s coordinate system are very accurate (errors usually do not exceed 0.2 m/s). This makes it possible to use satellite velocity measurements as a kind of reference, just as in practical metrology, in order to assess the errors of measurement tools, they are compared with a standard, that is, a significantly more accurate measurement tool. In order to implement this approach not in a metrological laboratory, but on board an aircraft, it is proposed to use the relationships known from the flight dynamics between the velocity projections in the Earth’s and associated coordinate systems, the angles of attack and glide, and the wind speed. Then, the three wind speed projections are assigned unknown parameters, which are found using parameter identification. It is assumed that the wind has a constant speed and direction in the processed section of the flight. The accuracy characteristics of the proposed algorithm were evaluated based on the data obtained on the flight simulator of a modern training aircraft. In the course of simulation, random measurement errors were generated at the levels corresponding to the flight experiment. The influence of the type of maneuvers on the accuracy the three wind speed projections estimates was also studied. It is shown that for all considered maneuvers, that is "barrel", "snake", stepwise inputs, the errors in estimating the horizontal components of wind speed generally do not exceed 5 %, the vertical component 10 %, with the duration of the sliding processing interval of 0.5 and 1.0 s, which allows not only to estimate the constant wind speed, but also to track its change.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.