飛機導航管理模型研究

摘 要：新型航空偵測技術的快速發展，使得飛行導航設備的重要性日益突出，以慣性導航、大氣實時數據偵測和GPS為代表的導航技術飛行活動提供了大量精確實時的飛行參數。本文以飛機導航管理模型為分析對象，通過科學有效的數學分析和理論探討，驗證了該導航管理模型的有效性和可行性，為飛機導航管理的進一步發展提供了理論基礎。

關鍵詞：飛行導航系統；導航管理模型；理論分析

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 14-0000-01

科學技術的快速發展使得我們的交通運輸手段得到了極大的豐富，以飛機為代表的航空飛行器的重要性得到了日益凸顯，飛機能夠實現遠距離的快速運輸，而且安全性高，事故率極低，不僅在貨物運輸總量上得到了重大突破，在民航飛行中，其發展速度也是十分可觀。從設計、制造、運行到維護的整個生命周期之中，飛機都需要極其高端精密的技術支持，這其中尤其以飛機日常運營過程中的飛行導航管理系統為最，隨著飛行偵測技術的飛速發展，高空偵察設備和高速、高精度攝影設備的發展，結合慣性制導、大氣研究和判斷技術以及GPS技術，對于飛行姿態和飛行實況的監測和判斷已經成為現實，通過飛行導航設備可以實時的提供飛行參數、航空飛行器的具體經緯度、飛機航向、飛行姿態、飛行高度以及飛行環境下的飛行災害預測等等眾多的飛行信息，飛行導航管理系統極大的解放了飛行員，減輕了飛行員的駕駛壓力，提高了飛行駕駛的整體安全性和自動化程度。以傳感器技術為主要的代表的高精尖技術成為了飛行導航管理的依賴性技術，基于快速反應的傳感器群，對飛行實時參數進行反饋修訂，可以實時的調整飛行姿態，通過導航濾波技術，可以直觀的獲取當前的飛行位置、飛行速度加速度以及大氣環境參數和飛機的三軸姿態參數等等。本文將對飛行導航管理模型進行探討分析，從理論上為飛行導航管理技術進行有效性和可行性分析。

一、飛行導航管理模型簡介

對于飛行活動的觀測，首先是建立對目標飛機的軌跡方程的數學描述，在保障飛行區域內兩飛機不發生碰撞的前提下，可以獲取兩飛機之間的實時距離，與此同時，對于目標空域中的其他飛機與目標飛機的實時距離，采用仿真軟件進行模擬，定義好其他飛機的飛行參數，則目標飛機能否安全的駛離目標空域，就是飛行導航管理系統的工作目標。理想的控制方式是通過一次飛行調整，就能實現所有飛行器的安全運行，從而真正的實現飛行導航管理。

二、飛行導航管理模型的數學表述

考慮到飛行過程中的空氣特性如空氣密度、風向風速以及空氣溫度濕度等均對飛行活動有重大影響，因此，實現約定好空氣環境參數，將飛機簡化為具有一定質量G的質點N，忽略飛行姿態的調節時間，飛行角度調整在瞬時內完成，當某駕飛機駛至目標空域60公里以內時，則發出禁飛指令，則記錄下另一架飛機駛至目標空域60公里時的時間 及其坐標（ （ ）， （ ）），空間方向角度為 1，則在后續的任意時刻，該飛機的空間坐標為：

則為了滿足目標空域內任意兩架飛機不發生碰撞事件，其必須滿足以下條件： ，通過計算機編程，可以實現對目標空域內任意兩架飛機的距離監測，一旦距離小于安全距離，則導航管理系統發出飛行調整指令，下達飛行方向調整計劃，直至 ，同時保證調整角度為： ，則根據上述的約束條件，為了實現最小幅度的角度調整，可以建立一個飛機實時控制的目標控制變量：

通過科學計算領域常用的matlab計算軟件，可以在預先設定好的環境參數之下獲得最佳的調整角度和調整時間，將次算法集成到硬件系統之中，則可以實現導航管理系統的實時操作。

三、飛行導航管理模型的改進和優化對策

通過上述的數學分析可以看到，導航管理系統的最終目的是根據現有的飛行空域的實際情況做出實時判斷，并最終做出飛行姿態的飛行角度的調整計劃，但是，考慮飛行速度和外界大氣條件的迅速變化和不可確定性，導航管理系統的靈敏性和反應速度成為了限制導航系統工作效率和應用范圍的約束因素之一，首先是要針對上述分析數學模型，進行可行性分析，考慮是否在任何可行域內均有可靠解 存在，這決定了系統的安全性和可行性；其次考慮到數學分析中的飛行姿態和飛行角度的調整均為直線運動且為一步到位，因此，必須在理論解的基礎上留有余量，確保實際操作空間，將實際操作誤差帶來的飛行導航誤差降到最小，因此盡管數學模型可以得出最優的理論解，但是考慮到實際情況，必須結合更接近于實際情況的三維模擬技術手段，做出可行的實時調整計劃，便于導航系統計算機做出實時操作指令的下達。最后，導航系統還需要具備有一定的緊急處理機制，一旦導航管理系統出現運行故障做出不合乎實際情況的錯誤指令，必須有相應的指令糾正備選方案，避免因為軟硬件故障而導致飛行事故的發生。

四、總結

航空運輸的日益發展使得航空科學技術得到了迅速的發展，新型航空偵測技術的快速發展，使得飛行導航設備的重要性日益突出，以慣性導航、大氣實時數據偵測和GPS為代表的導航技術飛行活動提供了大量精確實時的飛行參數。文以飛機導航管理模型為分析對象，通過科學有效的數學分析和理論探討，驗證了該導航管理模型的有效性和可行性，為飛機導航管理的進一步發展提供了理論基礎。

參考文獻：

[1]趙育良.飛機導航數據仿真系統設計[J].飛機設計，2007（1）.

[2]吳德平.飛行管理系統導航功能分析[J].航空學報，1992（5）.