基于声矢量传感器阵列的空速估计算法

虞　飞， 陶建武， 钱立林， 梁国伟

(1.海军航空工程学院控制工程系， 山东 烟台 264001；

2.空军航空大学飞行器控制系， 吉林 长春 130022)



基于声矢量传感器阵列的空速估计算法

虞飞1，2， 陶建武2， 钱立林2， 梁国伟2

(1.海军航空工程学院控制工程系， 山东 烟台 264001；

2.空军航空大学飞行器控制系， 吉林 长春 130022)

摘要：研究了一种新型的空速测量方法。通过引入大气声学中的有效声速概念，建立了稳定气流作用下声矢量传感器阵列的近场输出模型，模型的阵列流形矢量中包含了待估计的空速信息。在此基础上提出了一种基于多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)的空速估计(airspeed estimation,ASE)算法，该算法可用于对空速的高精度估计。为了降低计算复杂度，进一步提出了一种快速的空速估计(fast airspeed estimation, FASE)算法，该算法虽然在ASE的精度上不如MUSIC-ASE算法，但无需谱搜索，具有更强的实时性。最后，对算法的估计性能进行分析，推导了ASE的克拉美-罗界表达式。仿真实验验证了算法的有效性。

关键词：声矢量传感器阵列； 多重信号分类； 克拉美-罗界； 空速估计； 阵列信号处理； 嵌入式大气数据传感

0引言

现代化飞行器具备在大马赫数、大迎角条件下飞行的能力，而传统的基于空速管的大气数据测量系统不能满足这种高速、高机动性飞行器的设计要求。为此，美国宇航局下属的Dryden飞行研究中心研究了一种新型的大气数据测量系统，即嵌入式大气数据传感(flush air data sensing, FADS)系统[1-3]，它克服了传统的大气数据测量系统在精度和可靠性上的不足，其压力感受装置一般嵌入式安装在飞行器前端，因而具有一定的隐身性能。……