民用飛機慣性基準系統　地面校準研究

張輝 王也

摘 要 IRS的地面校準方法是IRS輸出有效參數的重要前提條件，所以對比和研究合適的校準方法意義重大。文章對3種地面校準方法（Absolute，Plumb Bob和Nose Plunge）進行了介紹，并著重對比了前兩種方法的原理和精度要求，通過對比分析得出了兩種方法的可行性。

關鍵詞 民用飛機；IRS；地面校準

中圖分類號 V2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）212-0157-02

在現代民用飛機上，慣性基準系統（Inertial？ Reference？System，IRS）作為一個重要系統，已經得到了廣泛的應用。IRS和許多飛機上的重要系統有交聯，因此其精度的高低會直接影響到飛機上與之交聯的重要系統，例如飛控系統等[ 1 ]。“空客”和“波音”兩大系列的飛機均裝備有IRS，可見其性能的優越性和使用的廣泛性。

1 地面校準的意義

IRS作為提供A級功能的系統，其地面校準直接影響到IRS輸出參數的正確性，所以研究IRS的地面校準方法意義重大。IRS安裝到飛機上之后，需要進行地面校準，這樣才能正常工作。地面校準的意義在于將IRS的坐標系與飛機的機體坐標系完全重合，這樣IRS才能夠輸出正確的姿態，航向以及加速度信息，才不至于出現極性錯誤等較為嚴重的錯誤。

2 地面校準的方法及對比

IRS的地面校準有3種方法，分別為Absolute，Plumb？Bob和Nose？Plunge。

Absolute法要求直接測量出飛機當前的姿態角以及真航向角。

Plumb？Bob法相對復雜一些，需要測量的參數較多，如圖1所示。將飛機拖到繪制的航向參考線附近（圖中HT=260.8048°以及飛機與參考線的相對位置僅供參考，HT為真航向值），將飛機調整為水平狀態。機頭在航向參考線右側，測量機頭參考點在地面的投影點，到航向參考線的垂直距離D1為正，反之為負；機尾在航向參考線左側，測量機尾參考點在地面的投影點，到航向參考線的垂直距離D2為正，反之為負；機頭和機尾參考點距離為L。需要測量L，D1和D2的值，參考航向HT已知，通過解如下三角函數就可以計算出飛機縱軸線與參考航向的夾角，從而求出當前飛機的真航向角。

Nose？Plunge法是在不能使用Plumb？Bob法的前提下，還需要一些特定的條件，這里就不展開討論。

使用Absolute和Plumb？Bob方法校準達到相同的系統精度，所要求的測量精度也不盡相同，詳見如表1所示。

通過分析表1所知，兩種方法所需的姿態測量精度是一致的。Absolute法需要測量飛機當前的真航向，對工藝要求很高，難點有二，一是為了達到真航向高精度測量，就要確定出飛機更高精度縱軸，這對總體設計和工藝水平的要求極高；其二是即便是確定了高精度且可測量的飛機實體縱軸來測量其真航向值，還需要通過具有資質的測繪院進行測量，每架機的真航向均不同，且每次地面校準均需要重新測量，工序太復雜，且成本高昂。

Plumb？Bob方法需要的圖1中的參考航向HT，可以在總裝廠房預先畫出一條足夠長實體線，通過測繪院測出其真航向值。然后將這個實體線作為工裝固定，可以重復使用，這樣就大大降低了整體的工藝難度，提高了效率，同樣節約成本。

地面校準的方法雖然不盡相同，但最終的目的都是要得到飛機當前真實的真航向，再通過計算，將飛機的縱軸與IRS設備任何一個表面的夾角計算出來，傳遞給IRS并保存。Absolute法中飛機真航向的測量精度為±0.01°，遠比Plumb？Bob法中真航向參考線的測量精度（±0.005°）低。究其原因，Plumb？Bob法是通過解三角形來計算出當前飛機縱軸線的真航向角，但是L、D1和D2的測量存在一定誤差的，解三角函數本身也會引入計算誤差的，所以為了最終飛機當前真航向滿足精度，相應的就要提高HT的精度要求。

3 Plumb Bob法L測量考慮

在機身縱軸線上選擇合適的水平測量點（如圖2和圖3所示）。飛機上縱軸上兩點的選擇有以下幾點考量：

1）兩個參考點之間的距離L應該盡可能的長。

2）兩個點在飛機正下方的垂直投影應該在參考航向基準線的長度范圍內。

4 結論

綜合以上對比和分析，使用Plumb？Bob法對IRS進行地面校準，是比較合理，工藝難度不大，且成本較低的方法。

參考文獻

[1]張天光，王秀萍，王麗霞，等.捷聯慣性導航技術[M].北京：國防工業出版社，2007.