塔康系統(tǒng)的校飛方法研究

塔康系統(tǒng)的校飛方法研究

塔康主要功能是為飛機(jī)提供方位角和距離導(dǎo)航信息，實(shí)現(xiàn)為飛機(jī)指向和極坐標(biāo)定位。塔康系統(tǒng)大型固定臺(tái)一般在安裝之后，還需要進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)試和校飛，然后才交付試用或使用， 這是因?yàn)榧词故且粋€(gè)經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)合格而又經(jīng)過仔細(xì)選擇場地和安裝的設(shè)備，也很難做到完美無缺地考慮到周圍環(huán)境對(duì)信標(biāo)（主要是天線場型）產(chǎn)生的實(shí)際影響。從使用的角度，感興趣的是實(shí)際使用效果，系統(tǒng)聯(lián)試和校飛（特別是校飛）則是初步檢查系統(tǒng)實(shí)際使用效果的有效方法。

系統(tǒng)聯(lián)試

系統(tǒng)聯(lián)試和校飛實(shí)際上是一項(xiàng)工作的兩個(gè)步驟，前者是為后者服務(wù)的，一般聯(lián)試是在地面上進(jìn)行，通過聯(lián)試來檢查系統(tǒng)工作情況和初步達(dá)到的精度，以確定能否進(jìn)行校飛。

系統(tǒng)聯(lián)試主要指的是新建臺(tái)校飛前的系統(tǒng)聯(lián)試，進(jìn)入聯(lián)試的各設(shè)備均單獨(dú)進(jìn)行過校準(zhǔn)，聯(lián)試的目的是在地面檢查信標(biāo)與機(jī)載設(shè)備配合工作的技術(shù)狀態(tài)，是否有不正常現(xiàn)象。其中主要是方位精度．其基本方法是在架好的信標(biāo)臺(tái)某一方位上，在信標(biāo)天線零仰角附近（或大于零仰角），相距信標(biāo)天線大于100米的距離設(shè)置機(jī)載設(shè)備和機(jī)載接收天線，然后用經(jīng)緯儀直接測出該接收天線的方位角數(shù)值。不同方位角信號(hào)的給出方法是固定機(jī)載天線不動(dòng)，而用人工方法相對(duì)旋轉(zhuǎn)信標(biāo)天線底盤，一般可按5°一點(diǎn)，順序旋轉(zhuǎn)一周（360°），對(duì)應(yīng)記下信標(biāo)給出的方位數(shù)據(jù)和機(jī)載設(shè)備實(shí)測的方位數(shù)據(jù)，每一個(gè)點(diǎn)，實(shí)讀數(shù)據(jù)要不小于二次，然后經(jīng)過處理，給出誤差曲線，檢查是否符合要求，距離功能在聯(lián)試中檢查一下是否正常即可，一般不進(jìn)行不同距離點(diǎn)檢查。

基準(zhǔn)設(shè)備和數(shù)據(jù)同步錄取

塔康系統(tǒng)校飛，目的是實(shí)測系統(tǒng)主要性能，以對(duì)其作出適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。其中方位和距離精度是一個(gè)重要方面，因而在試飛中必須要有一個(gè)獨(dú)立于系統(tǒng)之外，測量精度比塔康更高的設(shè)備，用該設(shè)備測量的數(shù)據(jù)作為“真值”，用來衡量塔康的誤差，此設(shè)備一般稱為基準(zhǔn)設(shè)備。

比較傳統(tǒng)的基準(zhǔn)設(shè)備通常選擇精度較高的炮瞄雷達(dá)較為合適，因它可同時(shí)給出方位和距離信息，可自動(dòng)跟蹤飛機(jī)，也可給出仰角參考數(shù)據(jù)。由于雷達(dá)站和信標(biāo)臺(tái)必須相距一定距離（最少幾十米），所以在數(shù)據(jù)處理時(shí)，一定要考慮原點(diǎn)不一致的修正量問題。在條件比較差的地方，也可以利用簡易光學(xué)儀表經(jīng)緯儀作為基準(zhǔn)設(shè)備，一般在天氣好的條件下，經(jīng)緯儀可以瞄準(zhǔn)6—7公里以外的飛機(jī)，采用人工辦法跟蹤瞄準(zhǔn)，以5°或l0°一點(diǎn)測出“真值”數(shù)據(jù)，用這種方法，經(jīng)緯儀可設(shè)在信標(biāo)天線架附近，不必作原點(diǎn)修正。

近幾年，隨著GPS的興起，機(jī)載GPS逐漸被用于作為塔康系統(tǒng)校飛的基準(zhǔn)設(shè)備。通過飛機(jī)上的機(jī)載GPS測出飛機(jī)相對(duì)于地面信標(biāo)的方位及距離等信息，再與機(jī)載塔康設(shè)備指示器給出的地面信息進(jìn)行比對(duì)，即可衡量塔康的誤差。

前兩種方法基準(zhǔn)設(shè)備一般都是地面設(shè)備，其數(shù)據(jù)錄取在地面進(jìn)行。而塔康試飛數(shù)據(jù)，均在機(jī)載設(shè)備指示器中給出，而飛機(jī)在不斷飛行中，數(shù)據(jù)是不斷變化的．因而機(jī)載GPS作為基準(zhǔn)設(shè)備更能準(zhǔn)確而同步地錄取基準(zhǔn)設(shè)備和被測設(shè)備的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

塔康系統(tǒng)校飛

校飛前準(zhǔn)備及注意事項(xiàng)

參與校飛的設(shè)備必須經(jīng)過認(rèn)真而全面地檢查、校準(zhǔn)。

參與校飛的設(shè)備必須經(jīng)過認(rèn)真而全面的地面聯(lián)試檢查合格。

測試要可靠、準(zhǔn)確、迅速、同步。

要有可靠而方便的通信聯(lián)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳遞手段。

事前要制定具體的校飛大綱．并及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析工作。

圖1 頂空盲區(qū)測試飛行圖

圖2 試飛航線示意圖

方位精度及頂空膏區(qū)校飛方法

方位性能校飛包含不同仰角，不同射頻波道的飛行測試。例如，塔康系統(tǒng)有252個(gè)工作波道，又分為兩種模式，按理說每一種模式起碼要在（3～5）個(gè)波道上進(jìn)行實(shí)測，而對(duì)于某一波道，在其工作區(qū)扇區(qū)內(nèi)（仰角扇區(qū)）最少要測（3～5）個(gè)不同仰角（如0°、5°、l0°、20°．30°直至盲區(qū)邊緣），每一仰角起碼要轉(zhuǎn)一周，測試36個(gè)點(diǎn)（或72個(gè)點(diǎn)），因此方位性能校飛是系統(tǒng)校飛中非常重要且工作量最大的工作。方位性能的主要校飛飛行是在近區(qū)低高度層，一般飛機(jī)距信標(biāo)斜距為10公里左右，如果距離過近，飛機(jī)不易保持園周飛行，且讀數(shù)間隔時(shí)間太短，不便錄取；如果距離太遠(yuǎn)，一方面難以實(shí)現(xiàn)低高度高仰角，另一方面轉(zhuǎn)圈時(shí)間太長，加大校飛工作量。

預(yù)空盲區(qū)測試，常用的有兩種方法：其一是采用穿頂梅花瓣飛行，如圖1所示，其目的是讓飛機(jī)在一定高度上沿徑向從不同方位進(jìn)入穿出，以找出方位工作區(qū)和盲區(qū)臨界線，這種方法的缺點(diǎn)就是在飛機(jī)由工作區(qū)（方位跟蹤）進(jìn)入盲區(qū)時(shí)，由于系統(tǒng)方位有記憶功能，易于造成判斷模糊，而在由盲區(qū)進(jìn)入工作區(qū)時(shí)，由于方位搜索時(shí)間也導(dǎo)致同樣問題，這就不能單靠指示器判斷，需要附加信號(hào)監(jiān)視，比較麻煩；另外，飛行員在高空中保持正確的穿頂飛行很困難（特別是有側(cè)風(fēng)時(shí)）。其二是采用園周飛行，在預(yù)計(jì)的頂空盲區(qū)邊緣附近，進(jìn)行園周飛行（飛行員可借助保持高度，保持斜距飛行），利用飛測位精度相同的方法進(jìn)行錄取數(shù)據(jù)，從分析誤差中找出盲區(qū)界限，這種方法相對(duì)比較簡便。

遠(yuǎn)距方位、距離飛行方法

遠(yuǎn)距方位、距離試飛，重點(diǎn)檢查遠(yuǎn)區(qū)性能，這要求選好航線，確定飛行高度，解決跨區(qū)航行管理等問題。檢查方向不能有地物遮擋，如遮擋不可避免，要選擇遮擋角必須小于0.5°；飛行高度足夠高，使飛機(jī)天線和信標(biāo)夫線在視線內(nèi)；方位檢查只在某一扇形

區(qū)進(jìn)行（因一周航程太長）；定標(biāo)數(shù)據(jù)多用地標(biāo)和大地照像等手段計(jì)算出來；在飛最大作

用距離時(shí)，要注意背臺(tái)和向臺(tái)參數(shù)及距離和方位功能是否有差異。圖2是某設(shè)備試飛航線示意圖，其中2 —（1）為測位測距精度試飛航線，園周為測位試飛，徑向?yàn)闇y距試飛，這是在一個(gè)架次中兼顧兩項(xiàng)內(nèi)容的航線圖；如圖2 —（2）為中距離利用地標(biāo)點(diǎn)檢查方位精度航線；圖2 —（3）為中空作用距離航線，在某一高度上往返飛行是為了測準(zhǔn)在此高度上可靠作用距離。圖2 —（4）為最大作用距離航線，實(shí)際飛行高度應(yīng)大于Hmax，通常可據(jù)下式估算：

其中H1為信標(biāo)天線高度，Hmax飛機(jī)飛行高度（單位為米），Rmax為可達(dá)到的最大視線斜距（單位為公里）。一般要試飛500公里，飛行高度約需20000米。

基準(zhǔn)設(shè)備和被測設(shè)備原點(diǎn)變換修正量計(jì)算

塔康系統(tǒng)校飛時(shí)，被測設(shè)備誤差是其實(shí)測數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)設(shè)備相應(yīng)實(shí)測值之差，如果被測設(shè)備與基準(zhǔn)設(shè)備不在同一地點(diǎn)，不能利用兩實(shí)測值直接相減來計(jì)算系統(tǒng)的誤差，必須先進(jìn)行原點(diǎn)變換修正，然后再求誤差。

一般情況，基準(zhǔn)設(shè)備與被測設(shè)備之間天線的高度差較小，且對(duì)方位角影響也較小，因此不考慮高度差，如圖3，“0”

點(diǎn)為被測信標(biāo)，“0′ ”為基準(zhǔn)設(shè)備，R2為“0”與“0′”之距，θ1為飛機(jī)P點(diǎn)的磁方位角，θ2為基準(zhǔn)設(shè)備相對(duì)被測信標(biāo)的磁方位角，θ3為P相對(duì)“0′ ”的磁方位角，R1為“0”和“P”之距離，D為“0′”和“P”之距離。

由于圖3通過數(shù)學(xué)分析可建立下述數(shù)學(xué)模型：

其中△θ為被測設(shè)備相對(duì)基準(zhǔn)設(shè)備的角度修正量，即：當(dāng)基準(zhǔn)設(shè)備實(shí)測到θ3為某一確定值時(shí)，則：

其中θ1為在被測信標(biāo)點(diǎn)觀察飛機(jī)的基準(zhǔn)磁方位，而被測系統(tǒng)實(shí)測的飛機(jī)磁方位角θ1′，

只要能據(jù)式（2）計(jì)算出修正量△θ，則通過實(shí)測θ3便可求得θ1，從而由實(shí)測的θ1′可計(jì)算出系統(tǒng)誤差。其實(shí)質(zhì)是把基準(zhǔn)設(shè)備和被測系統(tǒng)信標(biāo)放在一個(gè)原點(diǎn)“0”來處理。

在實(shí)際試飛中，通常R1、R2、θ2都是可以據(jù)現(xiàn)場條件選定，可視為參變量，為了計(jì)算D和△θ，選取θ1為自變量進(jìn)行計(jì)算．

其中

在計(jì)算θ3時(shí)，θ3的取值范圍和P點(diǎn)與0′點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)，可用下式予以表達(dá)：

另外，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入兩參考點(diǎn)磁子午線之間區(qū)域（即ON，O′N′兩線平行線之間地帶），在θ1和θ3兩角中，必有一個(gè)略大于零度，另一個(gè)略小于360°，所以其差值會(huì)產(chǎn)生突變，這是由于360°度周期所致。

圖3 系統(tǒng)校飛時(shí)被測信標(biāo)、基準(zhǔn)設(shè)備和飛機(jī)的水平投影示意圖

系統(tǒng)誤差處理

塔康系統(tǒng)誤差包括方位誤差和距離誤差。其中，方位誤差包含周期性誤差和隨機(jī)誤差兩類，而距離誤差一般不含周期性變化因素，它主要表現(xiàn)為隨機(jī)性誤差和時(shí)鐘累計(jì)誤差，而在現(xiàn)代技術(shù)條件下，時(shí)鐘累計(jì)誤差較小，因而在距離誤差中，隨機(jī)誤差占主要地位。

結(jié)束語

本文介紹了塔康系統(tǒng)聯(lián)試中的要點(diǎn)及校飛中需要檢查的技術(shù)參數(shù)等，如方位精度，信標(biāo)天線頂空方位盲區(qū)，測距精度，系統(tǒng)最大作用距離等。工作量比較大的重點(diǎn)項(xiàng)目是方位性能飛行。并詳細(xì)講述了塔康系統(tǒng)校飛中，設(shè)備原點(diǎn)變換修正量的分析與計(jì)算，給出了方位誤差處理的基本方法及系統(tǒng)實(shí)測方位誤差曲線，對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)主要性能具有指導(dǎo)意義。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.020