一种飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法及系统，所述方法包括：步骤1)采集飞行器每个测压孔测量的压力数据；步骤2)根据每个测压孔的已知真值，得到对应测压孔的压力偏差值，通过与预先设定的门限值进行比较，确定测压孔的工作是否正常；步骤3)对于所有判定为正常的测压孔，将步骤1)得到的对应压力数据进行拟合，得到多项式曲线，根据单调性判断是否存在异常数据；步骤4)剔除异常数据，并使用加权最小二乘法进行数据重构。本发明专利技术修正的目的性、可靠性更高；方法简便；不额外增加软硬件设施，不占用宝贵的飞行器载荷及内部空间；检测与诊断始于测量数据，避免了异常数据直接参与系统解算，提前规避和化解风险。提前规避和化解风险。提前规避和化解风险。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法及系统


[0001]本专利技术属于大气数据系统故障检测
，尤其涉及一种飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法及系统。

技术介绍

[0002]大气数据系统，是飞行器在实际飞行中用来实时感知环境态势、测量飞行速度、飞行姿态、飞行高度的一种必不可少的测量装置；对于保障飞行器的飞行安全、提高飞行品质具有重要意义、不可或缺。空速管、风标，以及后续发展出的FADS系统，均为大气数据系统受感设备的具体表现形式。这其中，飞行器表面特征区域/位置处的压力测量，在大气数据系统设计及使用中是最基础、最重要的技术环节之一。只有准确的测量出特征区域/位置处的压力数据，才能通过后续的解算方法反演获得飞行器真实的飞行状态(速度、姿态角、高度，等参数)。
[0003]飞行器在实际飞行过程中，不可避免的会遭遇突风/阵风、表面结冰与积水、强对流天气等非正常飞行状况/条件，轻则颠簸伤人、重则机毁人亡。同时，在临近空间(距地表20
‑
100Km)等高空飞行条件下，飞行于稀薄气体环境中的飞行器其表面压力不易准确测量(环境压力约为几十Pa)，也会导致大气数据系统工作异常。这些问题，是飞行器在飞行过程中不可避免的实际问题；需要在基本的气动解算算法基础上，进行异常数据诊断、隔离和容错设计，以提高系统可靠性。
[0004]研究人员根据实际使用中发现的问题，先后开发出卡方检验、多传感器数据融合和神经网络等多种方法和技术。其中，基于卡方检验的方法，需要对大量的大气数据测量数据进行统计，以得出其测量残差规律，并可能需要使用数次迭代才能检测出故障点，并使最终计算达到收敛，其算法和机理复杂，对实时性有较大影响，具体实施到机载系统难度较大。多传感器数据融合方法，基于GPS/INS的非大气测量原理获取参数，在系统的复杂性上存在缺陷。神经网络法对于多参数输入输出的耦合系统求解具有独到的优势，但其网络节点参数的不可理解性导致其应用受限，一般用于事后评估和仿真。
[0005]飞行器大气数据系统设计的一般思路是：依据飞行器表面流动特性，在飞行器表面流动较为稳定的区域，通过压力数据对大气参数的敏感度研究，优选少量位置来组成嵌入式大气数据受感系统，构建测点压力与来流大气参数之间的气动数学模型。
[0006]P
i
＝F
i
(Ma,P
∞
,α,β)
[0007]当前，在设计一款飞行器的大气数据系统时，主要通过CFD以及风洞试验技术手段，获取飞行器特定区域表面的压力分布数据，进而选定大气数据系统受感器安放位置、并构造大气数据参数解算数据库；通过求解特定方程组，并结合解算数据库，最终求解得到飞行中的大气数据参数。
[0008]设X为大气参数估计量，W为噪声
[0009]X＝[Ma,P
∞
,α,β]T
P＝F(X)+W
[0010]对F(X)线性化：
[0011]P＝F(X0)+HΔX+W
[0012]其中X0为先验值，ΔX＝X
‑
X0，H为Jacobi矩阵。
[0013]则ΔX的最优线性最小方差无偏估计：
[0014]ΔX＝(H
T
S
‑1H)
‑1H
T
S
‑1(P
‑
F(X0))
[0015]得到ΔX后，重新定义先验值：X0＝X0+ΔX。
[0016]结合先期构造的解算数据库，进行迭代计算便可得到大气参数值。
[0017]在这一解算数据库中，数据的来源十分“理想”。这个“理想”是指，数据均来源于CFD、风洞试验这类条件精准可控、没有各种突发/干扰因素而获得的数据。基于这一数据库，对于飞行状态平稳、外部环境波动小的飞行条件时，其解算精准度是可以保证的。但是，遇有前述的非正常状态下，则所得大气数据参数就会明显失真，导致飞行异常。
[0018]测不准，则必然导致算不准。已经是明显异常的数据，带入“正常”的解算数据库中进行解算，则必然得不到正常、真实的数据。

技术实现思路

[0019]本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法及系统。
[0020]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法，所述方法包括：
[0021]步骤1)采集飞行器每个测压孔测量的压力数据；
[0022]步骤2)根据每个测压孔的已知真值，得到对应测压孔的压力偏差值，通过与预先设定的门限值进行比较，确定测压孔的工作是否正常；
[0023]步骤3)对于所有判定为正常的测压孔，将步骤1)得到的对应压力数据进行拟合，得到多项式曲线，根据单调性判断是否存在异常数据；
[0024]步骤4)剔除异常数据，并使用加权最小二乘法进行数据重构。
[0025]优选的，所述每个测压孔的已知真值，为预先通过CFD及风洞试验获得。
[0026]优选的，对应测压孔的压力偏差值为：每个测压孔测量的压力数据和该测压孔已知真值的差值，并取绝对值。
[0027]优选的，所述步骤2)中通过与预先设定的门限值进行比较，确定测压孔的工作是否正常；具体包括：
[0028]将测压孔的压力偏差值与预先设定的门限值进行比较，当比较结果大于门限值，则判定该测压孔工作异常，否则，工作正常。
[0029]优选的，所述步骤3)中根据单调性判断是否存在异常数据；具体包括：
[0030]对于多项式曲线，逐点求取导数，当出现某点前后两侧的导数正负号突变，则判定该点数据为异常数据。
[0031]优选的，所述步骤4)具体包括：
[0032]根据下式构建判定正常的n个测压孔在某一时刻飞行状态的压力值P
n
：
[0033][0034]式中，B(x,y)
n
×
m
为二元多次多项式方程组的各次多项式，m表示系数维数，x为二元多次多项式系数，表征物面压力在x方向的数值，y为二元多次多项式系数，表征压力在y方向的数值，j、k分别为二元多次多项式的最高次幂，均取3，A
m
即为待求的二元多次多项式方程组的系数；
[0035]根据滤波的最小二乘准则，满足下式，得到A
m
在最小二乘意义下的最优估计值
[0036](B(x,y)
n
×
m
A
m
‑
P
n
)
T
F
n
×
n
(B(x,y)
n
×
m
A
m
‑
P
n
)＝Min
[0037]其中，F
n
×
n
为权值矩阵，对于非故障点定义为1，对于故障点定义为0；T表示转置，Min表示各点测值与最优估计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法，所述方法包括：步骤1)采集飞行器每个测压孔测量的压力数据；步骤2)根据每个测压孔的已知真值，得到对应测压孔的压力偏差值，通过与预先设定的门限值进行比较，确定测压孔的工作是否正常；步骤3)对于所有判定为正常的测压孔，将步骤1)得到的对应压力数据进行拟合，得到多项式曲线，根据单调性判断是否存在异常数据；步骤4)剔除异常数据，并使用加权最小二乘法进行数据重构。2.根据权利要求1所述的飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法，其特征在于，所述每个测压孔的已知真值，为预先通过CFD及风洞试验获得。3.根据权利要求2所述的飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法，其特征在于，对应测压孔的压力偏差值为：每个测压孔测量的压力数据和该测压孔已知真值的差值，并取绝对值。4.根据权利要求3所述的飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法，其特征在于，所述步骤2)中通过与预先设定的门限值进行比较，确定测压孔的工作是否正常；具体包括：将测压孔的压力偏差值与预先设定的门限值进行比较，当比较结果大于门限值，则判定该测压孔工作异常，否则，工作正常。5.根据权利要求1所述的飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法，其特征在于，所述步骤3)中根据单调性判断是否存在异常数据；具体包括：对于多项式曲线，逐点求取导数，当出现某点前后两侧的导数正负号突变，则判定该点数据为异常数据。6.根据权利要求1所述的飞行器大气数据系统异常数据诊断修正方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：根据下式构建判定正常的n个测压孔在某一时刻飞行状态的压力值P
n
：式中，B(x,y)
n
×
m
为二元多次多项式方程组的各次多项式，m表示系数维数，x为二元多次多项...

【专利技术属性】
技术研发人员：史晓军，陈植，闫昱，吕彬彬，韩新峰，郑怡彤，贾霜，李杰，刘超，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：