题目：PBN导航中飞行技术误差的估计模型与方法研究

随着航空运输的飞速发展，传统陆基导航方式因覆盖范围有限、精度较低，难以在有限的空域资源中满足持续增长的航空运输需求，也无法满足终端区高密度航班运行的要求。基于性能的导航（Performance Based Navigation，PBN）由于其在改进航空系统效率、航空运行安全性、导航精度、空域利用率以及降低成本、保护环境等方面的显著优势，由国际民航组织倡导作为新航行系统的主要组成部分在全球推广。PBN导航要求对以飞行技术误差为主的导航总系统误差做出航前估计和运行中实时估计，以满足飞行计划中对PBN导航精度等级的确定和飞行中机载导航性能监视与告警的需求。现存基于飞行试验得到飞行技术误差的实验统计方法，数据采集代价高昂，且实验结果因依赖飞行试验条件和机型而存在局限性。而目前尚没有基于理论分析和研究的飞行技术误差估计方法。为了解决上述问题，本文系统地分析了飞行技术误差的影响因素，剖析了各因素的影响机理，由于湍流扰动直接阻碍飞行器对目标飞行高度、速度和航径的精确跟踪，而摄动会导致飞行器对扰动的抑制特性恶化。针对这两个重要的影响因素，将飞行技术误差的估计抽象为：根据系统扰动输入以及系统特性估计系统输出的问题，研究了侧向、纵向飞行技术误差的方差估计方法；针对PBN导航中的飞行技术误差实时估计问题，研究了侧向飞行技术误差的实时估计方法。1. 针对飞行技术误差影响因素众多、异质、相互耦合、影响方式缺乏研究的问题，基于对PBN导航中飞行技术误差特性的研究，分析了飞行技术误差的影响因素；并根据各因素的主要特性，将其梳理为人为因素、环境因素和飞行器因素三大类。剖析了各因素的影响机理，为飞行技术误差估计模型的建立奠定了基础。2. 针对侧向飞行技术误差的估计问题，由于侧向湍流扰动是侧向航迹控制系统输入向量的主分量，因而采用基于控制系统奇异值理论的向量增益法，提出了湍流引致的侧向飞行技术误差估计模型和算法。该算法可给出侧向飞行技术误差的方差上界。通过时域仿真和与实测数据的比较，验证了估计模型和算法的正确性和有效性。3. 针对纵向飞行技术误差的估计问题，由于纵向控制系统的输入向量包含高度湍流扰动和沿机体纵轴的湍流扰动两个分量，基于系统特定输入输出对的传递函数增益分析方法，提出了湍流引致纵向飞行技术误差的估计模型和算法。该算法可给出高度飞行技术误差和速度飞行技术误差的方差上界。通过时域仿真和与实测数据的比较，验证了估计模型和算法的正确性和有效性。4. 针对由飞行器不确定性产生的系统摄动，与湍流扰动共同导致飞行技术误差的耦合问题，基于-分析提出了先获取摄动影响下的最差鲁棒性能系统以解耦，继而基于诱导增益理论估计湍流引致侧向飞行技术误差的方法，该方法可给出摄动与湍流共同导致的飞行技术误差的方差估计。通过时域仿真和与实测数据的比较，验证了估计模型和算法的正确性和有效性。5. 针对PBN导航中侧向飞行技术误差的实时估计问题，提出了通过机载导航设备估计位置和定义航径，得到侧向飞行技术误差实时估计值的方法，以及实际导航性能（ANP）的计算方法，给出了不同导航位置更新方式下，利用侧向飞行技术误差的实时估计得到导航总系统误差的方法。本文的研究成果，为PBN导航中飞行技术误差的航前估计和实时估计提供了有关的理论模型和计算方法，从而为完成导航精度标准的选择，为航行中飞行技术误差的实时显示，以及机载导航性能监视与告警的实时判断等应用建立了理论依据。