飛行參數系統誤差校準方法研究

周勝明

摘要： 飛行參數的預處理研究，是當前航空領域應用研究的熱點之一。針對常規預處理方法難以消除飛參數據系統誤差的問題，本文對飛行參數系統誤差進行了系統的分析和總結，并在此基礎上，提出了一種系統誤差消除方法。數據校準實例表明，本文方法可以在很大程度上消除飛行參數中的系統誤差，對于飛行參數的應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.

關鍵詞： 飛行參數；系統誤差；校準方法

Key words： flight data；systematic errors；calibration method

中圖分類號：V241.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0185-02

0 引言

飛行參數記錄系統，俗稱為“黑匣子”，它是用來存儲飛行參數的設備，這些參數除了用于常見的飛行事故調查外，還能夠用于飛機狀態監控、輔助機務維修等諸多工作。飛行參數的準確性和可靠性是其得以有效應用的基本前提與保障，然而在實際工作中，經常出現部分飛行參數誤差較大、參數值與座艙儀表指示值不一致等眾多問題，這嚴重制約了飛行參數的實際運用。

一般地來說，飛行參數采集記錄過程中各環節產生的誤差因素，都有可能導致飛參系統記錄的參數產生誤差，如常見的傳感器誤差、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，使得飛行參數的準確度嚴重降低。

按照誤差測量理論，飛行參數中包含的誤差從總體上大致可以劃分為隨機誤差、系統誤差和粗大誤差三種，它們的存在都會嚴重影響到飛行參數的正常使用。

近年來，飛行參數的預處理研究已成為飛行參數應用研究領域的熱點之一，對于飛參記錄數據中存在的噪聲誤差（屬隨機誤差），它主要采用數字濾波等方法進行預處理；而對于野值點（即粗大誤差），預處理工作主要完成野值點的判別、剔除和補充。

而對于系統誤差的處理方法，由于它主要受系統工作性能漂移的影響，具有較高的不缺定和不穩定因素，因此，目前尚沒有較為成熟的理論或實踐方面的研究。

鑒于此，本文提出了一種實用性較強的用于消除飛行參數系統誤差的校準方法，即首先采用計量設備和外場處理機建立整個飛行參數采集通道的系統誤差校準曲線（即參數譯碼曲線），然后在實際工作種譯碼飛行參數時利用這條曲線來消除系統誤差。大量實踐證明，該方法可以在很大程度上消除飛行參數中的系統誤差，從而提高數據的準確性和可靠性，以滿足實際應用的需要。

1 飛行參數系統誤差

嚴格意義上講，飛行參數中的系統誤差是由可以把握的誤差因素導致的，這些因素通常是恒定不變的，或者是具有一定的變化規律。根據誤差因素的不同，系統誤差大致包括周期誤差、線性誤差和穩定誤差等。飛行參數中的系統誤差因素的主要有：

1.1 結構性誤差因素

此類誤差因素主要是由飛行參數采集過程中涉及的機載部件的工作性能發生變化導致的。例如：部件性能隨使用時間的增加會發生一定程度的線性漂移；傳感器制造不符合設計規定帶來的量化誤差；局部的穩定電磁干擾和部件的材料質地不均勻產生的傳輸誤差；安裝和固定不匹配帶來的安裝誤差等。

1.2 方法性誤差因素

此類誤差因素主要是飛參數據采集過程中采用的數據處理方法帶來的數據真值偏差。

例如：數據采集過程中，眾多環境因素（溫度、濕度、氣壓高度和磁場強度等）的變化帶來的數據測量偏差；參數采樣過程中因為傳感器分辨率較低導致的量化誤差；飛參數據譯碼過程中采用近似公式或者算法帶來的誤差等。

大量實踐證明，記錄器中記錄的各路飛行參數都包含有一定程度的系統誤差，它們難以通過傳統的預處理方法來有效消除，從而嚴重影響到數據的實際運用。因此，必須研究合適的方法來消除飛行參數中的系統誤差。

2 系統誤差校準方法

通過飛行參數采集通道結構和部件的技術資料、飛機上搜集其它相關信息和測取的大量實驗數據分析，同時結合飛行參數的采集方式、采集通道的結構特性和外場條件等因素，提出飛行參數系統誤差的校準方法。

飛行參數系統誤差的具體校準原理可以描述為：采用專用計量設備產生模擬飛行參數的物理量信號，以此來激勵飛行參數傳感器產生輸出，同時借助飛行參數外場檢測處理機獲得飛參系統記錄的二進制代碼，進一步建立模擬信號同記錄代碼之間的關系，即參數譯碼曲線，以此曲線來譯碼實際工作中飛參系統記錄的二進制代碼，從而消除整個飛行參數采集過程中的系統誤差。飛行參數系統誤差校準原理示意圖如圖1所示。

由圖1可以看出，飛行參數系統誤差的具體校準是通過對傳感器、采集器和記錄器等設備組成的整個參數測量鏈路進行綜合校準，從而得到在一定條件下具有較高可信度的參數采集通道的輸入-輸出特性，從而建立參數譯碼曲線，并作為飛行參數譯碼的依據。

與此同時，為保證建立的參數譯碼曲線準確可信，必須確保專用計量設備的工作性能滿足飛行參數校準需要達到的技術指標要求。

值得注意的是，本文的校準方法在消除飛行參數系統誤差的同時，還可以輔助檢查飛機飛行參數采集通道的性能指標。

3 系統誤差校準實例分析

以方向舵偏角參數系統誤差校準為例，其具體實施和操作過程如下：①準備相關設備和工具，包括角度位移測量裝置、外場檢測處理機，及一字解刀和十字解刀等。②在方向舵上固定好測量傳感器；在飛機斷電情況下，用電纜將飛行參數外場檢測處理機輸入端連接至飛行參數記錄器的輸出。③接通處理機電源開關，確認處理機自檢通過后，單擊FGS主界面的“系統維護”主菜單，在下拉子菜單中選擇“啟動采集記錄”，再選擇“強迫啟動”或“自然啟動”使處理機進入實時監控界面。④給飛機供壓，并通過踩腳蹬給定不同的方向舵角度信號，記錄處理機監控界面的方向舵角位移測量值；從而建立參數譯碼曲線。⑤拆下測量傳感器，斷開飛行參數記錄器各開關，關閉外場檢測處理機和操縱位移測量裝置，堵上地面維護插座的堵蓋；拆下處理機電纜，將設備和工具整理后帶回。

利用建立的參數譯碼曲線對某次飛行過程中飛參記錄的數據進行譯碼，結果（局部）如圖2所示。

由圖2可以看出，校準后的方向舵偏角參數在很大程度上消除了系統誤差的影響，不僅消除了局部的極值，而且在整體上變得更加平滑，其變化趨勢的平緩性相對于校準前有所增強，更加接近該參數的實際變化規律，說明本文方法很好地消除了系統誤差的影響，有效提高了飛行參數的真實性和準確性。

4 結論

飛行參數的準確性與可靠性，是其能夠得到有效運用的前提和基礎，為此，本文針對常規方法難以消除飛行參數系統誤差的問題，提出一種飛行參數系統誤差校準方法，實際運用表明該方法可以有效消除數據中的系統誤差，從而提高數據的準確性與可靠性。

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