飞行参数系统误差校准方法研究

周胜明

摘要： 飞行参数的预处理研究，是当前航空领域应用研究的热点之一。针对常规预处理方法难以消除飞参数据系统误差的问题，本文对飞行参数系统误差进行了系统的分析和总结，并在此基础上，提出了一种系统误差消除方法。数据校准实例表明，本文方法可以在很大程度上消除飞行参数中的系统误差，对于飞行参数的应用研究具有重要意义。

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.

关键词： 飞行参数；系统误差；校准方法

Key words： flight data；systematic errors；calibration method

中图分类号：V241.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）10-0185-02

0 引言

飞行参数记录系统，俗称为“黑匣子”，它是用来存储飞行参数的设备，这些参数除了用于常见的飞行事故调查外，还能够用于飞机状态监控、辅助机务维修等诸多工作。飞行参数的准确性和可靠性是其得以有效应用的基本前提与保障，然而在實际工作中，经常出现部分飞行参数误差较大、参数值与座舱仪表指示值不一致等众多问题，这严重制约了飞行参数的实际运用。

一般地来说，飞行参数采集记录过程中各环节产生的误差因素，都有可能导致飞参系统记录的参数产生误差，如常见的传感器误差、传输误差、采集误差、干扰误差等等，这一系列误差因素的综合作用，使得飞行参数的准确度严重降低。

按照误差测量理论，飞行参数中包含的误差从总体上大致可以划分为随机误差、系统误差和粗大误差三种，它们的存在都会严重影响到飞行参数的正常使用。

近年来，飞行参数的预处理研究已成为飞行参数应用研究领域的热点之一，对于飞参记录数据中存在的噪声误差（属随机误差），它主要采用数字滤波等方法进行预处理；而对于野值点（即粗大误差），预处理工作主要完成野值点的判别、剔除和补充。

而对于系统误差的处理方法，由于它主要受系统工作性能漂移的影响，具有较高的不缺定和不稳定因素，因此，目前尚没有较为成熟的理论或实践方面的研究。

鉴于此，本文提出了一种实用性较强的用于消除飞行参数系统误差的校准方法，即首先采用计量设备和外场处理机建立整个飞行参数采集通道的系统误差校准曲线（即参数译码曲线），然后在实际工作种译码飞行参数时利用这条曲线来消除系统误差。大量实践证明，该方法可以在很大程度上消除飞行参数中的系统误差，从而提高数据的准确性和可靠性，以满足实际应用的需要。

1 飞行参数系统误差

严格意义上讲，飞行参数中的系统误差是由可以把握的误差因素导致的，这些因素通常是恒定不变的，或者是具有一定的变化规律。根据误差因素的不同，系统误差大致包括周期误差、线性误差和稳定误差等。飞行参数中的系统误差因素的主要有：

1.1 结构性误差因素

此类误差因素主要是由飞行参数采集过程中涉及的机载部件的工作性能发生变化导致的。例如：部件性能随使用时间的增加会发生一定程度的线性漂移；传感器制造不符合设计规定带来的量化误差；局部的稳定电磁干扰和部件的材料质地不均匀产生的传输误差；安装和固定不匹配带来的安装误差等。

1.2 方法性误差因素

此类误差因素主要是飞参数据采集过程中采用的数据处理方法带来的数据真值偏差。

例如：数据采集过程中，众多环境因素（温度、湿度、气压高度和磁场强度等）的变化带来的数据测量偏差；参数采样过程中因为传感器分辨率较低导致的量化误差；飞参数据译码过程中采用近似公式或者算法带来的误差等。

大量实践证明，记录器中记录的各路飞行参数都包含有一定程度的系统误差，它们难以通过传统的预处理方法来有效消除，从而严重影响到数据的实际运用。因此，必须研究合适的方法来消除飞行参数中的系统误差。

2 系统误差校准方法

通过飞行参数采集通道结构和部件的技术资料、飞机上搜集其它相关信息和测取的大量实验数据分析，同时结合飞行参数的采集方式、采集通道的结构特性和外场条件等因素，提出飞行参数系统误差的校准方法。

飞行参数系统误差的具体校准原理可以描述为：采用专用计量设备产生模拟飞行参数的物理量信号，以此来激励飞行参数传感器产生输出，同时借助飞行参数外场检测处理机获得飞参系统记录的二进制代码，进一步建立模拟信号同记录代码之间的关系，即参数译码曲线，以此曲线来译码实际工作中飞参系统记录的二进制代码，从而消除整个飞行参数采集过程中的系统误差。飞行参数系统误差校准原理示意图如图1所示。

由图1可以看出，飞行参数系统误差的具体校准是通过对传感器、采集器和記录器等设备组成的整个参数测量链路进行综合校准，从而得到在一定条件下具有较高可信度的参数采集通道的输入-输出特性，从而建立参数译码曲线，并作为飞行参数译码的依据。

与此同时，为保证建立的参数译码曲线准确可信，必须确保专用计量设备的工作性能满足飞行参数校准需要达到的技术指标要求。

值得注意的是，本文的校准方法在消除飞行参数系统误差的同时，还可以辅助检查飞机飞行参数采集通道的性能指标。

3 系统误差校准实例分析

以方向舵偏角参数系统误差校准为例，其具体实施和操作过程如下：①准备相关设备和工具，包括角度位移测量装置、外场检测处理机，及一字解刀和十字解刀等。②在方向舵上固定好测量传感器；在飞机断电情况下，用电缆将飞行参数外场检测处理机输入端连接至飞行参数记录器的输出。③接通处理机电源开关，确认处理机自检通过后，单击FGS主界面的“系统维护”主菜单，在下拉子菜单中选择“启动采集记录”，再选择“强迫启动”或“自然启动”使处理机进入实时监控界面。④给飞机供压，并通过踩脚蹬给定不同的方向舵角度信号，记录处理机监控界面的方向舵角位移测量值；从而建立参数译码曲线。⑤拆下测量传感器，断开飞行参数记录器各开关，关闭外场检测处理机和操纵位移测量装置，堵上地面维护插座的堵盖；拆下处理机电缆，将设备和工具整理后带回。

利用建立的参数译码曲线对某次飞行过程中飞参记录的数据进行译码，结果（局部）如图2所示。

由图2可以看出，校准后的方向舵偏角参数在很大程度上消除了系统误差的影响，不仅消除了局部的极值，而且在整体上变得更加平滑，其变化趋势的平缓性相对于校准前有所增强，更加接近该参数的实际变化规律，说明本文方法很好地消除了系统误差的影响，有效提高了飞行参数的真实性和准确性。

4 结论

飞行参数的准确性与可靠性，是其能够得到有效运用的前提和基础，为此，本文针对常规方法难以消除飞行参数系统误差的问题，提出一种飞行参数系统误差校准方法，实际运用表明该方法可以有效消除数据中的系统误差，从而提高数据的准确性与可靠性。

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