基于有限脉冲响应模型的飞机磁场补偿方法

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浅谈公开飞机无线电罗盘校正方法

浅谈公开飞机无线电罗盘校正方法摘要:无线电罗盘又称自动定向仪（ADF），也称为无线电罗盘，可以准确测量飞机相对于地面站的方向，使飞机能够沿着正确的方向飞行、接近和降落。

由于存在电离层变化、罗盘天线安装状态异常，机身二次辐射等因素影响，罗盘在定向过程中会形成一定的定向误差。

介绍了一种无线罗盘的校准方法。

现有的各种方法都需要进入机场跑道，下一阶段应重点研究尚未进入轨道的无线电罗盘的校准方法，并简要介绍“行波线”方法。

关键词:飞机，无线电罗盘，校正方法，现状分析.一、引言在飞机飞行期间，无线罗盘自动指示所选导航站的方向，即从导航站发射到无线罗盘天线的电磁波的方向，飞机可以被引导或离开导航站。

飞机维修后，无线罗盘圆形天线附近的金属结构对飞机的影响，以及无线罗盘电气参数的变化，会改变罗盘的剩余偏差，导致制导误差，影响无线罗盘是否能让飞机在飞行过程中朝着正确的方向飞行。

因此，在飞机维修过程中，有必要对无线罗盘的偏差进行校正。

针对上述问题，讨论了无线罗盘误差的校正和补偿方法。

二、无线电罗差产生机理2.1、校正无线电罗差的背景无线罗盘的圆形天线安装在飞机上，与周围的金属物体一起位于导航站发射的电磁场中。

与圆形天线一样，金属物体可以产生感应电势，在金属物体中产生高频电流，也可以向空气中辐射电磁能。

这种辐射被称为“二次辐射”，由于平面现象“二次辐射”的存在，作用在圆形天线上的电磁场不仅直接测量了电磁场，还测量了二次电磁场。

产生的电磁场的方向是两个电磁场的矢量和。

这两个磁场的叠加导致由原始导航站的圆形天线发射的磁场变形。

在制导过程中，指示器不是直接指向辐射场的方向，而是指向合成电磁场的方向，这会导致制导误差。

这种由飞机二次辐射引起的误差被称为“无线罗盘误差”，由于飞机无线电罗盘的错误，无线电路路径显示的准确性受到损害，导航控制的结果也受到损害。

消除无线电罗盘系统的方向误差，即校正无线电罗盘的误差，是设备维护的必要任务。

基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改方法

基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改方法
贺瑞瑞
【期刊名称】《中国高新科技》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】由于飞机用电设备电磁兼容整改过程中缺乏针对性整改措施,导致波形失真程度大。

因此,文章提出基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改方法。

引入时域有限差分法,计算电磁场干扰分量和电磁干扰隔离度,根据电磁干扰隔离度、电磁场干扰分量,选择合适材料,评估电磁兼容屏蔽场设计材料的综合性能,生成电磁兼容屏蔽场,滤波处理飞机用电设备电磁,优化线路布局和设计,实现基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改。

实验结果证明,该方法有效控制波形失真程度
在2mm内,可提高飞机用电设备的电磁兼容性能。

【总页数】3页(P26-28)
【作者】贺瑞瑞
【作者单位】中国航空综合技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN972
【相关文献】
1.浅谈飞机环控系统的用电设备电磁兼容设计方法
2.基于时域有限差分法舰载活动设备电磁场分析
3.基于标准的医用电气设备电磁兼容整改可行性和关联性分析
4.
基于时域有限差分法的宽带电磁兼容方法5.基于YY 9706.102—2021的口腔颌面锥形束计算机体层摄影设备电磁兼容测试方法设计及整改方案
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民用飞机雷电试验中的仿真方法探究

民用飞机雷电试验中的仿真方法探究随着民用飞机在现代社会中的广泛应用，对于其安全性和可靠性的要求也越来越高。

雷电是民用飞机面临的一大威胁，因此雷电试验成为确保飞机安全的必要手段之一。

然而，直接进行实地雷电试验存在高成本和安全风险等问题。

为了克服这些困难，研究人员开始借助仿真方法来探究民用飞机雷电试验，以提高试验效益和安全性。

一、电磁场仿真方法电磁场仿真是民用飞机雷电试验中常用的一种方法。

通过建立复杂的电磁场仿真模型，可以模拟雷电对飞机的影响，从而预测飞机在各种场景下的雷电耐受性能。

电磁场仿真方法可以更好地指导设计人员进行飞机结构的设计和改进，以提高飞机的雷电抗击能力。

二、飞行器模型仿真方法飞行器模型仿真方法是一种基于计算机模型的仿真技术。

将民用飞机的结构细节以及雷电影响因素输入计算机模型，通过数值计算和仿真实验，可以得到飞机在雷电条件下的响应情况。

这种仿真方法可以更准确地分析和评估飞机在雷电环境下的耐受能力，并提供具体的改进建议。

三、模拟试验方法模拟试验方法是在实验室环境下对民用飞机进行类似于雷电的试验。

通过模拟雷电放电过程以及飞机结构受到的冲击，可以评估飞机的雷电耐受性能。

模拟试验方法可以避免实地雷电试验中的安全隐患，同时能够更加灵活地进行参数调整和数据收集，对提高飞机的雷电抗击能力具有重要意义。

四、多物理场耦合仿真方法多物理场耦合仿真方法将电磁场、结构力学和热学等领域的仿真相结合，通过模拟飞机受雷电冲击产生的电磁场、电磁力和热效应等，全面评估飞机在雷电环境下的耐受能力。

多物理场耦合仿真方法能够更全面地反映飞机在雷电试验中的实际情况，提供更准确的仿真结果。

五、数据挖掘方法数据挖掘方法是一种基于大数据分析的手段，可以通过分析历史雷电试验数据，挖掘出飞机在雷电冲击下的响应规律和趋势，为改进飞机的设计和雷电防护措施提供参考。

数据挖掘方法具有快速、高效的特点，能够更好地指导飞机设计和雷电试验过程中的技术改进。

基于Ansoft Maxwell的目标磁异常仿真及探测研究

基于Ansoft Maxwell的目标磁异常仿真及探测研究摘要：针对二战遗留下来的地雷、炸弹等未爆炸物的探测需求，开展了铁磁性目标磁异常仿真及探测研究，基于Ansoft Maxwell三维数值有限元分析软件，建立了磁目标仿真模型，研究了磁目标的静态磁场分布，对比分析了沿地磁场方向目标磁异常情况，为磁目标探测提供理论计算依据，最后通过实际测量值与仿真计算进行对比分析。

为磁探测、磁成像等提供理论依据。

引言：地下掩埋目标（如地雷）具有良好的隐藏性，致使难以被探测。

铁磁性目标在地磁场的环境下受到磁化会使地磁场发生畸变，进而引起磁信号异常，根据磁异常现象可以对磁性物体实施探测和定位，这一研究方法被称为磁异常信号探测技术（Magnetic Anomaly Detection，MAD）。

磁异常信号探测技术具有反应速度快、可靠性髙等特点受到各军事强国的重视，得到广泛的应用。

它是基于电磁现象的机制，由安装在移动载体上的磁探仪对磁性物体的磁场进行探测，并对磁性物体的磁信号实现对应的信号数据计算，得出被测物体的姿态、磁矩等磁特性，来完成对磁性物体的远距离探潜。

目前，随着对地磁现象和磁异常信号分析的水平不断发展和提高，磁传感器技术水平和精度的不断增强，磁异常探测技术已广泛应用于航空磁探、地质勘探、地磁导航等诸多领域，并且得到了很大的发展。

由于磁异常探测研究中，开展实物实验成本较大，国内多采用模拟仿真的方式对磁场进行计算。

有限元方法（Finte Element Method），可用于求解和分析静态磁场、动态磁场、结构稳定性等各种问题，是分析电磁场常用的一种计算方法。

有限元对研究对象的几何形状、材料性质、边界条件的适应性很强，能够计算不同材料和形状永磁体的场强。

R Engel-Herberta基于等效磁荷的方法，求得了均匀充磁的长方体永磁体空间磁场的数学解析式，并验证了解析方法和有限元分析法具有相同的建模效果。

宋浩利用Comsol软件给出了相对放置的永磁体，具有磁回路结构的磁极，环形磁体的磁场分布图，为静磁场的设计提供了理论依据。

一种改进的航磁补偿系数求解算法

ｔｈｅｐａｐｅｒｏｖｅｒｖｉｅｗｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｍｏｄｅｌ，ｄｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃｌｃａｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｄｅｔａｉｌｏｆｔｈｅ
ＺＨＥＮＧＷｅｎｃｈａｏ，ＮＩＵＸｉａｍｕ，ＨＡＮＱｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｅｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
１６ｔｅｒｍｓｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｔｈｅｌｇａｏｒｉｔｈｍｕｓｅｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｍｕｌｔｉｃｏｌｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｆｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｉｎｈｅｔｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｉｒｄｇｅｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｏｇｒａｍ，ａｎｄｖｅｒｉｉｆｅｓｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｒｅｓｕｌｔｗｉｔｈｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ＭｕｈｉｅｏＵｉｎｅａｒｉｔｙ；ＲｉｄｇｅＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎ

机载超宽带SAR运动补偿方法

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａ－ＷｉｄｅＢａｎｄ（ＵＷＢ）；ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ（ＳＡＲ）；ＭｏｔｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
１引言
运动补偿是获得高质量机载合成孔径雷达（Ｓｙｎ— ｔｈｅｔｉｅＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ，ＳＡＲ）图像的必要条件之一。自从ＳＡＲ系统问世以来，运动补偿算法一直是ＳＡＲ领域内的研究热点之一，很多有效的运动补偿算法先后被提出Ｄ－ｕ］。目前，常规高频窄带ＳＡＲ的运动补偿方法已经比较成熟。即使在没有传感器数据可利用的情况下，也可通过基于回波数据的运动补偿方法精确地补
“二阶补偿”又称为距离空变误差补偿。由于距离空变误差与斜距距离有关，因此必须在距离压缩后的回波域内进行校正。在传统“两步运动补偿法”中，距离空变误差补偿（即“二阶补偿”）是在距离弯曲校正（ＲａｎｇｅＣｅｌｌＭｉｇｒａｔｉｏｎＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ＲＣＭＣ）后的回波域内进行的旧Ｊ［引。后来，文献［３］给出了这种校正方法的理论依据。“两步运动补偿法”在实际ＳＡＲ系统中得到了广泛应用，极大地提高了机载ＳＡＲ图像的聚焦质量。但实际上，文献［３］所给出的理论证明是不完善的，其中的一些观点甚至是错误的。而从本文下面的推导可发现，“两步运动补偿法”中的“二阶补偿”性能将随着运动误差频率的升高而下降。某些情况下，在ＲＣＭＣ后进行“二阶补偿”并不是最优选择。
摘要：基于机载合成孔径雷达（ＳＡＲ）正弦运动误差模型，本文了研究了机载超宽带ＳＡＲ运动补偿方法。首先，本文从理论上解释了传统“两步运动补偿法”原理，并分析了“两步运动补偿法”的优势与不足。其次，基于分析结果，文中提出一种“两步运动补偿法”的改进处理流程，称为“单步运动补偿法”。在“单步运动补偿法”中，用于补偿距离空变相位误差的“二阶补偿”由在距离弯曲校正（ＲＣＭＣ）后的回波域内进行改为在ＲＣＭＣ前的回波域内进行。与原始“两步运动补偿法”相比，“单步运动补偿法”具有更好的高频运动误差补偿性能。文中详细推导了所提运动补偿方法，并通过仿真实验证明了该方法的有效性。

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基于有限脉冲响应模型的飞机磁场补偿方法Ξ庞学亮　张　宁　林春生(海军工程大学兵器工程系　武汉,430033)摘要　通过分析飞机磁场数学模型,将飞机磁场表示成方向余弦与其乘积项的函数。

鉴于模型参数之间存在很强的复共线性,提出了基于有限脉冲响应模型飞机磁场补偿方法。

该方法将光泵磁强计和三轴磁强计的输出作为有限脉冲响应模型的输入,由带通滤波器提取信号中的变化成分,再用最小方差估计有限脉冲响应模型参数,并利用有限脉冲响应模型参数计算飞机磁场。

从测量总磁场中减去飞机磁场,可得到目标信号磁场数据。

最后,通过计算机仿真验证了该磁场补偿方法的有效性。

关键词　飞机磁场　方向余弦　参数估计　有限脉冲响应模型　磁补偿中图分类号　TA966　TH814引　言飞机自身和由于运动引起的磁场,必然对飞机磁探工作(探矿、沉船探测等)产生影响。

由于飞机的磁场会叠加在目标信号的测量结果中,这部分噪声会淹没掉目标信号原有的特征。

所以,必须把飞机磁场噪声从测量结果中分离,这就需要对飞机磁场的构成和特性进行研究,建立精确的数学模型,并估计其参数。

从20世纪40年代开始,W.E.To lles等[122]就研究了运动飞机产生的磁场,并完成了建模工作。

但对模型的求解和磁场的实时补偿未能提出有效的方法。

这主要是由于模型变量之间存在一定的相关性,使得模型具有很强的复共线性,故很难精确地估计模型参数。

常规解决模型复共线性的方法,如岭估计、主成分估计和遗传算法等[3],虽能估计线性模型的参数,但当模型线性方程存在严重病态时,其估计的误差则相当大。

1979年,B.W.L each[4]研究了影响补偿精度的因素,包括磁矢量传感器正交性,地磁场垂直梯度等。

但也没有提出稳定有效的模型系数求解方法。

1993年Peter M.W lliam s[5]提出了基于神经网络的飞机磁场补偿方法,但是网络的收敛速度慢有时会不稳定。

S.H.B ickel[6]和吴文福[7]提出小幅度机动磁干扰方程,利用测地磁补干扰的方法,设计了16项磁补偿系统,而这种方法是建立在飞机做小幅度运动的情况下,故具有一定的局限性。

但是在对飞机磁场模型参数估计时,由于测量数据的不充分和模型变量之间存在一定的相关性,使得模型具有很强的复共线性,很难精确估计模型参数。

本文提出基于有限脉冲响应(fin ite i m p u lse respon se,简称F I R)模型的参数估计,并忽略模型参数具体的物理含义,建立飞机磁场的F I R模型,通过估计F I R模型系数,实现对干扰磁场的补偿。

1　飞机磁场模型分析首先建立飞机本体坐标系[7],X轴与飞机纵轴平行,向前为正;轴与飞机横轴平行,向右为正;Z轴与飞机的垂直轴平行,向下为正(见图1)。

图1　飞机本体坐标系地磁场矢量H o的方向由地磁场与X,Y和Z轴形成的方向角X o,Y o和Z o决定,其方向余弦分别为(co s X o,co s Y o,co s Z o)。

则放置在坐标原点的矢量磁强计测量的磁矢量[122,6]为　第29卷第4期2009年12月振动、测试与诊断Jou rnal of V ib rati on,M easu rem en t&D iagno sisV o l.29N o.4D ec.2009Ξ昆明市科委重点科技计划资助项目(编号:昆科工字2000217)。

收稿日期:2008212216;修改稿收到日期:2009202220。

H c=H o+H p+H i+H e(1)其中:H o为地磁场矢量;H p为恒定磁场矢量;H i为感应磁场矢量;H e为涡流磁场矢量。

恒定磁场可以视为短时间稳定不变,并表示为H P=(H p x H p y H p z)T;感应磁场各分量与地磁场在飞机的各个轴上的投影成正比,定义感应矩阵K;而涡流磁场与投影到各坐标轴磁场的变化率成正比,定义涡流矩阵L。

则有H c=H o co s X Oco s Y Oco s Z O+H p xH p yH p z+Kco s X Oco s Y Oco s Z O+L (co s X O)′(co s Y O)′(co s Z O)′H o+H′o Lco s X Oco s Y Oco s Z O(2) 由式(2)可以看出,矢量磁传感器的输出与地磁场的方向余弦及其变化率、地磁总强度的变化率有关。

在已知K,L的情况下,可以从测量的地磁中分离出飞机干扰磁场,实时对测量的地磁场进行补偿。

由于矢量磁强计测量的方向为所有磁场的合成方向,其方向余弦为(co s X,co s Y,co s Z)。

在实际测量中,利用(co s X,co s Y,co s Z)代替(co s X O,co s Y O, co s Z O)。

当忽略由于地磁场变化引起的磁场时,总场测量磁强计的输出的近似值可由式(3)得出。

H d=H p+(co s X cox Y co s Z)K co s X Oco s Y Oco s Z O+L(co s X O)′(co s Y O)′(co s Z O)′H o(3) 假设已知地磁场,经过化简后的飞机磁场可以表示为方向余弦和其乘积项的线性函数,并由式(4)表达,可见飞机磁场只和飞机的方向余弦有关。

因此,如果估计出式(4)中的系数,就可以计算出飞机磁场,并从测量的总磁场中减去估计的飞机磁场,就可得到目标信号磁场强度H c=H p xH p yH p zk x x-k z zk x y+k y xk z x+k x zk y z+k z yk y y-k z zl x x-l z zl y xl z xl x yl y y-l z zl z yl x zl y zTco s Xco s Yco s Zco s2Xco s X co s Yco s X co s Zco s Y co s Zco s2Yco s X co s′Xco s X co s′Yco s X co s′Zco s Y co s′Xco s Y co s′Yco s Y co s′Zco s Z co s′Xco s Z co s′Y+k z z(4)2　飞机磁场F I R模型参数估计飞机磁场的补偿,就是在已知地磁场大小和方向的条件下,利用测量的磁场数据估计出式(4)中的18个系数,并代入式(4),就可以计算出飞机磁场。

再从测量的总磁场中减去飞机磁场,就可以得到目标的磁场信号数据。

由于式(4)中的18个系数之间存在很强的相关性,以及很难测量到整个空间遍历的磁场数据,因此用常规方法很难准确估计这18个系数。

而采用用F I R模型飞机磁场估计方法就能避免直接对18个系数的估计,从而可计算得飞机磁场。

在实际测量中,用高精度光泵磁强计测量磁场总强度,用三轴磁强计测量地磁场方向余弦。

由于地磁场变化频率极低,而干扰磁场的频率要相对较高。

此外,电器装置产生的磁场具有很高的频率,所以通过带通滤波器既可消除掉地磁场和式(4)中的常数项k z z,又可消除高频干扰。

飞机磁场F I R模型补偿原理见图2。

图2　飞机磁场补偿F I R模型原理三轴磁强计输出的3个分量为U,V和W,利用光泵磁强计输出进行标准化,即成为单位向量(u,v,w),经过带通滤波器处理记为uζ(k),vζ(k),w(k);光泵输出的H(k)经过带通滤波器为H(k)。

令w(k),vζ(k),w(k)为F I R模型的输入;H(k)为模型的输出,并可以表达为H(k)=a1uζ(k-1)+…+a na uζ(k-n na)+b1vζ(k-1)+…+b na vζ(k-n nb)+c1w(k-1)+…+c na vζ(k-n nc)(5)其中:n a,n b,n c为模型的阶数;a1,…,a nb,b1,…,b nb,c1,…,c nc为模型参数。

分别定义P和Q(k)364　第4期庞学亮等:基于有限脉冲响应模型的飞机磁场补偿方法　P =[a 1,…,a nb ,b 1,…,b nb ,c 1,…,c nc ]TQ (k )=[u ζ(k -1),…,u ζ(k -n na),v ζ(k -1),…,v ζ(k -n nb ),w (k -1),…,w (k -n nc )T 则飞机干扰磁场总强度:H (k )=P T Q (k ),写成z 变换的形式为A (z )=a 1z -1+…+a na z -naB (z )=b 1z-1+…+b nb z -nb C (z )=c 1z-1+…+c nb z -nc 滤波后磁场信号H (k )=B (z )u ζ(k )+C (z )v ζ(k )+D (z )w (k )　(6) 模型的参数a 1,…,a nb ,b 1,…,b nb ,c 1,…,c nc 可以利用最小方差方法求得。

当将估计的参数代入式(6)中,经计算可得补偿磁场H ^(k )=B (z )u ζ(k )+C (z )v ζ(k )+D (z )w (k )因此,实际测量变化磁场为H c (k )=H (k )-H ^(k )(7)3　计算机仿真分析假设飞机航行方向不变,飞机分别作俯仰、横滚和偏航运动,最大运动角度为5°,频率012H z ;飞机的磁航向和磁俯仰角分别为Π 4和Π 6。

分别设定感应矩阵、涡流矩阵及恒定磁场。

500阶带通滤波器带通频率为0106～3H z 。

该滤波器特性见图3。

图3　滤波器特性曲线图4为磁场信号曲线。

图5为三轴磁强计测得方向余弦经过带通后的信号,分别为u ζ(k ),v ζ(k ),w (k )。

利用磁场数据和方向余弦数据估计F I R 模型参数,并从测量的数据中减去估计的飞机磁场,得到目标信号,实现了对飞机磁场补偿。

为了验证算法的有图4　磁场信号曲线图5　方向余弦曲线效性,在飞机横滚运动中加入目标信号(见图6)。

图6　飞机横滚中加入目标信号图7为补偿后的信号。

可见,干扰噪声明显得到补偿,且并未对目标信号产生影响,说明该补偿算法的有效性。

此外,飞机运动状态发生改变时,补偿后464振　动、测　试　与　诊　断第29卷　还有很大的干扰脉冲,这主要是由于仿真时状态改变不连续所造成。

在实际应用中不会存在这种情况。

图7　补偿后信号为了估计F I R 模型的阶数,定义补偿误差J =1N6[H c (k )]2(8) 图8给出了不同阶数下的补偿误差。

可见,当F I R 的模型阶数大于3,误差减小并不明显。

根据仿真结果,实际应用中可以选定模型的阶数3阶。

图8　不同阶数补偿误差4　结　论基于F I R 模型飞机干扰磁场补偿方法,是利用地磁场方向余弦和磁场总强度作为输入信号,通过带通滤波器得到变化磁场,从而估计F I R 模型参数。

再利用模型参数估计飞机干扰磁场,从测量的磁场信号中减去估计的干扰磁场,得到实际目标磁场数据。