一种飞机表面积冰演化状态辨识方法及系统技术方案

本发明专利技术属于飞机表面积冰检测技术领域，公开了一种飞机表面积冰演化状态辨识方法及系统。飞机表面积冰演化状态辨识方法包括收集历史飞机表面历史积冰气象因子数据及积冰演化的微观信息，面向飞机表面积冰构建飞机关键部位积冰过去及将来Hankle形式状态空间表达式，得出能观矩阵并判断能观矩阵的广义观测性；对状态空间表达式进行斜向投影，消除外界非气象变量以及将来积冰微观信息噪声影响，得到状态估计序列；结合状态估计序列以及能观矩阵，通过最小二乘得出空间模型的系统矩阵，得到飞机表面积冰的演化状态辨识模型，预测飞机积冰演化状态信息。本发明专利技术具有响应快、随环境变化、易于实施等优势，有较好的应用前景。有较好的应用前景。有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机表面积冰演化状态辨识方法及系统


[0001]本专利技术属于飞机表面积冰检测
，尤其涉及一种飞机表面积冰演化状态辨识方法、飞机表面积冰演化状态辨识系统、接收用户输入程序存储介质及信息数据处理终端。

技术介绍

[0002]飞机作为当前最快捷的交通运输工具，给旅客出行以及货物运输带来了极大便利，飞行安全不仅是各大航空公司业务保障的重中之重，还是每个消费者最关心的头等大事。虽然飞机飞行技术越来越先进，地面保障水平越来越高，但是飞机表面积冰仍然是影响我国高纬度、高海拔区域飞机安全起飞的关键因素之一。飞机表面尤其是机翼以及垂直尾翼等关键部位结冰会大大影响飞机起飞安全，有关飞行试验显示，机翼表面附着2
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3毫米的积冰，会导致起飞滑跑距离增长一倍，起飞时离地升力系数比正常飞机缩减75%
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80%，危险系数直线增大；民航局明确规定，任何飞机起飞时表面都不能带冰、雪、霜。为此在飞机起飞前对其表面进行积冰状态辨识，保证及时除冰显得尤为重要，极大程度上保障了旅客的出行安全以及货物运输安全。目前广泛应用的积冰检测方法主要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机表面积冰演化状态辨识方法，其特征在于，所述飞机表面积冰演化状态辨识方法包括：第一步，采集历史积冰气象因子数据以及积冰微观信息；通过飞机机载设备或者机场气象站采集包括历史飞机表面温度、湿度、风速、气压的历史积冰气象因子数据，利用机载结冰传感器采集积冰类型与厚度演化的积冰微观信息；第二步，计算状态估计序列；将所述历史积冰气象因子数据作为输入变量，所述积冰微观信息作为输出变量，分别构成输入输出序列，生成Hankle形态状态空间表达式以及广义能观矩阵，对所述状态空间表达式进行斜向投影得到状态估计序列；第三步，消除噪声；采用均值滤波的方法消除外界非气象变量噪声以及将来积冰微观信息噪声；所述外界非气象变量噪声为通过所述飞机机载设备或者机场气象站采集气象因子中的测量噪声；所述将来积冰微观信息噪声为利用双目电子显微镜或者双目相机对积冰区域采集图像中的过程噪声；所述外界非气象变量噪声以及将来积冰微观信息噪声均值中为0的白噪声不可观测；第四步，计算演化状态辨识模型；结合所述广义能观矩阵与状态估计序列，以及通过最小二乘得到系统矩阵，得到四输入两输出的演化状态辨识模型；根据所述演化状态辨识模型，将当前的气象因子、冰型、冰厚以及将来时刻的气象因子作为输入变量，输入该演化状态辨识模型中，预测将来飞机积冰类型与厚度演化状态信息；在系统矩阵中，，，，，R表示积冰演化状态系统，n，l，m为常数；在演化状态辨识模型中，和表示状态子空间矩阵，表示低维分块三角Toeplitz矩阵，表示将来时刻输入Hankle矩阵。2.根据权利要求1所述的飞机表面积冰演化状态辨识方法，其特征在于，所述飞机表面积冰演化状态辨识方法具体包括以下步骤：（1）确定将大气温度T、湿度h、风速v、气压P作为输入变量，冰型m、冰厚d作为输出变量；（2）将历史温度、湿度、风速以及气压数据作为输入变量，将对应历史气象因子下的积冰类型与厚度作为输出变量，构建输入序列和输出序列；其中，表示历史第k时刻温度值、湿度值、风速值以及气压值，表示历史第k时刻冰型值与冰厚值；（3）将步骤（2）中的输入序列和输出序列在第i时刻前构成过去时刻输入输出Hankle矩阵、，在第i时刻后构成将来时刻输入Hankle矩阵、将来时刻输出Hankle矩阵；（4）将步骤（3）中的g、f选取为大于系统的阶数n，n为非零奇异值的个数；得到Hankle形式状态空间表达式、，进而得到广义能观矩阵和状态估计矩阵；
（5）对步骤（4）中的所述状态空间表达式进行斜向投影，在投影左右加权，消除噪声和将来时刻输入Hankle矩阵后得到斜向投影、状态估计序列；（6）对步骤（5）中的所述斜向投影进行奇异值分解得到系统的阶数n；（7）再利用步骤（4）中的所述广义能观矩阵和步骤（5）中的所述状态估计序列，通过最小二乘法求得系统矩阵；（8）综合步骤（4）中的状态空间表达式、广义能观矩阵、状态估计矩阵以及步骤（7）中的系统矩阵；得到一个四输入两输出的n阶线性离散子空间飞机表面积冰的演化状态辨识模型，其中矩阵，为状态子空间矩阵，将当前的气象因子、冰型、冰厚以及将来时刻的气象因子作为输入变量，输出将来积冰演化状态信息输出值；在矩阵中，T表示大气温度值；在状态子空间矩阵中，表示逆广义性矩阵，表示在第i时刻的子空间模型的系统矩阵，表示广义能观矩阵，上角标
“†”
表示Moore
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Penrose逆。3.根据权利要求2所述的飞机表面积冰演化状态辨识方法，其特征在于，所述步骤（1）中，当冰型分别为明冰、淞冰、混合冰时，m分别取0、1、2。4.根据权利要求2所述的飞机表面积冰演化状态辨识方法，其特征在于，在步骤（3）中，、、、表达式分别为：表达式分别为：表达式分别为：表达式分别为：其中s表示总计s组历史气象因子数据，所述s组历史气象因子数据为s个输入序列；z表示总计z组历史冰型、冰厚数据，所述z组历史冰型、冰厚数据为z个输出序列。5.根据权利要求2所述的飞机表面积冰演化状态辨识方法，其特征在于，在步骤（4）中，Hankle形式状态空间表达式得出方法为：
从飞机实际第i时刻飞机表面积冰类型与积冰厚度为输出观测向量，由积冰类型与积冰厚度构成；结合第i时刻温度、湿度、风速、气压环境因素，飞机表面积冰的演化状态辨识模型非线性状态空间模型为：其中输出观测向量由飞机表面积冰类型与积冰厚度构成，表示第i时刻飞机表面积冰类型与厚度，为第i时刻温度、湿度、风速、气压环境因素；状态向量含有第i时刻独立变量的积冰演化状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立文，李彪，邢志伟，阚犇，陈斌，陈飞，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：