Nhận thấy điều này với những lý do nêu trên, nhóm chúng em quyết địnhchọn đề tài “Ứng dụng của WADGPS trong việc cải thiện NSE của dẫn đường bay theotính năng” với mục đích cải thiện độ
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu ở đây là phương pháp diễn dịch Phương pháp này gồm các bước sau:
- Phát biểu một giả thuyết (ở đây là việc đưa ra giả thuyết về ứng dụng
WADGPS trong cải thiện sai số tổng TSE).
- Thu thập dữ liệu thực tế để kiểm định giả thuyết.
- Đưa ra kết luận về giả thuyết này
Cấu trúc
Bài tiểu luận gồm 5 chương:
Chương 4: Minh chứng thực nghiệm
Phân công nhiệm vụ
Phần nội dung Đan Thanh, Tuyết Minh Chương I: Phần 1; Chương IV: Phần 1,
5; Chương V Trần Hùng, Trung Kiên Giới thiệu đề tài; Chương I: Phần 2;
Chương IV: Phần 2, 3 Nam Anh, Hoàng Thành Chương II; Chương III; Chương IV:
Tuyết Minh, Trần Hùng, Trung Kiên,
Chắt lọc nguồnNam Anh, Đan Thanh Format tiểu luận, kiểm tra lỗi
CẢI THIỆN NSE
Giới thiệu
Nghiên cứu và thử nghiệm cho thấy WADGPS cải thiện khả năng NSE gấp 10 lần so với các đài dẫn đường cổ điển và GPS độc lập Khi triển khai, các phiên bản khai thác của WADGPS, như WAAS của Hoa Kỳ và EGNOS của châu Âu, sẽ mang lại tính liên tục và toàn vẹn cao hơn cho sự cải thiện này.
Trong chương này, chúng ta sẽ khám phá những lợi ích bổ sung của WADGPS trong việc dẫn đường, bên cạnh việc cải thiện vị trí ước tính Nhiều nghiên cứu trước đây tập trung vào việc nâng cao độ chính xác vị trí, nhưng WADGPS đã chứng minh khả năng cải thiện vận tốc đáng kể so với GPS độc lập (với chế độ SA bật) Việc có được thông tin chính xác về vị trí và vận tốc sẽ mang lại lợi ích lớn cho người dùng WADGPS, đặc biệt trong ngành hàng không dân dụng, khi thông tin tốc độ có thể chỉ ra vector vận tốc và xác định đường bay tức thời của máy bay Mục 2 sẽ trình bày sự cải thiện này thông qua một thuật toán đơn giản, chứng minh rằng các ước tính về vị trí và tốc độ của WADGPS có thể xác định vị trí chính xác của máy bay Mục 3 sẽ xem xét kỹ thuật dẫn đường sử dụng pha sóng mang GPS để nâng cao NSE của WADGPS, trong khi mục 4 sẽ phân tích cách NSE của GPS và WADGPS ảnh hưởng đến tính thiết thực của màn hình chuyến bay phối cảnh.
Ước tính vận tốc 3 chiều
Vận tốc tức thời của máy thu GPS được tính toán thông qua phương pháp Doppler cho từng vệ tinh trong tầm nhìn, với độ chính xác cao hơn khi có nhiều vệ tinh Phương pháp xác định vận tốc GPS tương tự như thuật toán lặp dùng để tính toán vị trí GPS, nhưng thay vì sử dụng trị đo giả cự ly hoặc trị đo pha, phương pháp Doppler được áp dụng để tính toán.
Việc sử dụng điện văn hiệu chỉnh của WADGPS sẽ tăng cường độ chính xác trong tính toán vận tốc so với GPS độc lập, mặc dù vận tốc có thể được xác định với độ chính xác cao thông qua nguyên lý trị đo pha Độ trượt của chu kỳ sóng mang và số lượng vệ tinh trong tầm nhìn ảnh hưởng đến độ chính xác của vận tốc đã được WADGPS hiệu chỉnh Khi bật khả năng chọn lọc, dữ liệu ước tính vận tốc sẽ chính xác hơn so với GPS độc lập, và các lỗi như thay đổi tầng điện ly và lỗi quỹ đạo vệ tinh có thể được loại bỏ Thuật toán này không sử dụng phương pháp Doppler, mà thay vào đó, cả vận tốc thường và vận tốc đã được WADGPS hiệu chỉnh đều được tính toán bằng trị đo pha trong khoảng thời gian mẫu 0,2 giây, với độ chính xác tương tự nhau mặc dù có độ trễ.
Vận tốc từ người dùng đến máy thu được xác định thông qua hiệu của thành phần vận tốc vệ tinh theo tầm nhìn thẳng cho từng loại vệ tinh, kết hợp với độ lệch pha sóng mang trong khoảng thời gian xác định.
V người dùng(nd) vệ tinh A
=los vệ tinh A v vệ tinh A( vt A ) −ϕ vệ tinh A (t)−ϕ vệ tinh A (t−∆ t)
V người dùng(nd) vệ tinh A
Vận tốc của người dùng so với vệ tinh A được xác định bởi vector tầm nhìn thẳng từ người dùng tới vệ tinh A Trong khoảng thời gian ∆t (0.2 giây), vận tốc của vệ tinh A cũng cần được xem xét Pha sóng mang tại thời gian t, ký hiệu là ϕ vệ tinh A (t), là yếu tố quan trọng trong việc tính toán này.
Vận tốc của người dùng được xác định thông qua phương pháp ước tính bình phương tối thiểu trọng số (2.1), dựa trên vận tốc của từng vệ tinh.
Vận tốc được hiệu chỉnh bởi WADGPS sẽ được tính toán tương tự như trước, nhưng vận tốc tương đối sẽ được điều chỉnh bằng cách sử dụng dữ liệu từ tín hiệu WADGPS.
V nd hc vệ tinh A = v vt A −[ B ( t )− B ( t − ∆ t )+ T ( t )− T ( t − ∆ t )−( I ( t )− I ( t − ∆ t )]
V nd hc vệ tinh A : vận tốc của người dùng đã được hiệu chỉnh so với vệ tinh A; v vt A : vận tốc vệ tinh A trong khoảng thời gian t;
B(t): hiệu chỉnh sai số đồng hồ vệ tinh WADGPS tại thời gian t;
T(t): hiệu chỉnh từ mô hình sai số do tầng đối lưu tại thời gian t;
I(t): hiệu chỉnh sai số do tầng điện ly tại thời gian t;
Khi đó, vận tốc người dùng ước tính (2.1) sẽ bằng
Với b là tỉ lệ thay đổi sai số đồng hồ của máy thu
Dữ liệu vận tốc của người dùng độc lập được thu thập thông qua phương pháp bình phương tối thiểu trọng số, tương tự như cách tính toán vận tốc bình thường Tuy nhiên, phương pháp này bổ sung thêm yếu tố vận tốc tầm nhìn thẳng độc lập.
Bộ code WADGPS được phát triển để hiệu chỉnh vận tốc, tuy nhiên không bao gồm các điều chỉnh cho sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu, lý do là do tính phức tạp trong việc xử lý các yếu tố này và ảnh hưởng của chúng đến độ chính xác của hệ thống.
1 Khi so sánh với hiệu chỉnh tỉ lệ SA thì nhìn chung, hai hiệu chỉnh này không quá quan trọng
2 Do một số thành phần tồn tại trong code, sai lệch của tầng điện ly và tầng đối lưu đã dẫn đến một số vấn đề không mong muốn trong việc ước tính vận tốc.
Để đánh giá hiệu quả của thuật toán, dữ liệu tĩnh cho người dùng được thu thập từ một ăng-ten trên mái toà nhà tại Đại học Stanford với chu kỳ khoảng 30 phút Đồng thời, dữ liệu ước tính vận tốc được lấy từ chuyến bay thử của chiếc Piper Dakota tại sân bay Palo Alto, California vào ngày 7 tháng 11 năm 1995, bao gồm thông tin GPS và các hiệu chỉnh từ WADGPS, từ khi máy bay lăn bánh cho đến khi hoàn thành vòng lượn bên phải Mỗi giai đoạn 0.2 giây được ghi lại để so sánh vận tốc giữa GPS độc lập và WADGPS Dữ liệu từ chuyến bay thử được phân tích để xác định các vấn đề còn tồn tại trong việc tính toán vận tốc trong môi trường bất tĩnh.
Cả vận tốc độc lập và vận tốc được hiệu chỉnh đều cho thấy độ chính xác cao Tuy nhiên, việc sử dụng vận tốc được hiệu chỉnh bởi WADGPS mang lại sự cải thiện rõ rệt trong ước tính vận tốc Hình 2-1 minh họa các thành phần vận tốc theo hướng đông, bắc và thẳng đứng từ bài kiểm tra tĩnh, cùng với các sai số có ý nghĩa và độ lệch chuẩn của dữ liệu độc lập cũng như dữ liệu đã được WADGPS hiệu chỉnh.
Hình 2-1 Vận tốc GPS độc lập và vận tốc được WADGPS hiệu chỉnh.
Hình 2-2 Độ sát của vận tốc người dùng.
Vận tốc độc lập cho thấy tỷ lệ thay đổi SA có thể biến thiên đáng kể, với nhược điểm lớn là đầu ra bị giật do độ dạt của SA giữa các điện văn WADGPS ngắt quãng (6 giây/30 khoảng) Tuy nhiên, độ giật này có thể được cải thiện bằng cách sử dụng bộ lọc độ trễ Mặc dù trên tàu bay không hiển thị vận tốc thực, nhưng sai số vận tốc đo được có thể được xác định khi tàu bay đứng yên trên mặt đất.
Hình 2-3 trình bày vận tốc đo được của tàu bay theo hướng bắc và đông khi đứng yên trên mặt đất trong khoảng thời gian khoảng 3.5 phút Trong khi sai số của vận tốc thô có xu hướng lệch từ bắc sang nam do tỷ lệ SA, thì sai số của vận tốc hiệu chỉnh lại tập trung gần về 0.
Hình 2-4 minh họa vận tốc người dùng và góc vệt bay trong suốt chuyến bay Độ sai lệch giữa vận tốc thô và vận tốc được hiệu chỉnh không rõ ràng tại mật độ này.
Hình 2-3 Dữ liệu vận tốc đo được khi tàu bay đứng yên trên mặt đất.
Hình 2-4 Vận tốc và góc vệt bay trong bài bay thử.
Hình 2-5 cho thấy vận tốc phương thẳng đứng trong giai đoạn flare và hạ cánh, với dữ liệu vận tốc được hiệu chỉnh hơn 0.5m/s so với dữ liệu thô Điều này cho thấy vận tốc phương thẳng đứng được hiệu chỉnh chính xác hơn, vì các giá trị sau khi hạ cánh thường giữ nguyên ở mức 0.
GPS vi sai diện rộng chuyển động
Khi áp dụng phương pháp giả cự ly kết hợp với pha mang, vận tốc ước tính từ WADGPS sẽ trở nên chính xác và mượt mà hơn Mặc dù các phép đo mã làm mịn sóng mang ít hơn so với các phép đo giả cự ly, nhưng chúng vẫn dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường và nhiễu từ máy thu Lỗi đa đường giả thường lớn hơn nhiều so với lỗi đa đường pha, và điều này vẫn tồn tại trong mã làm mịn sóng mang do thời gian trung bình hữu hạn (khoảng 100 giây) được sử dụng.
WADGPS động học tương tự như WADGPS, nhưng sử dụng phép đo pha sóng mang để ước tính vị trí Khái niệm này giống với DGPS động học, nơi pha sóng mang thay thế cho mã giả cự ly hoặc mã mịn sóng mang Tuy nhiên, WADGPS động học cung cấp vị trí tuyệt đối, khác với DGPS động học chỉ cung cấp vị trí tương đối với một trạm tham chiếu duy nhất.
Việc phân loại pha sóng mang yêu cầu giải quyết sự mơ hồ cho mỗi vệ tinh trong tầm nhìn, với những sự mơ hồ này là hằng số trừ khi xảy ra mất khóa trên vòng theo dõi Đối với DGPS động học cục bộ, những sự mơ hồ này luôn là số nguyên, giúp cải thiện việc giải quyết Ngược lại, sự mơ hồ trong WADGPS động học không nhất thiết phải là số nguyên, nhưng vẫn có thể ước tính là hằng số thực Kỹ thuật ước tính sự mơ hồ không phải số nguyên của WADGPS tương tự như phương pháp DGPS động học cục bộ, trong đó ước tính dưới dạng giá trị thực thay vì làm tròn thành số nguyên gần nhất.
WADGPS động học có giá trị thực tiễn cao nhờ khả năng ước lượng chính xác các yếu tố như khả năng chọn lọc, đồng hồ vệ tinh, sai số lịch thiên văn và sai số do tầng điện ly Hệ thống này sử dụng sóng mang để đo khoảng cách, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của lỗi đa đường và nhiễu pha mã, từ đó đạt được độ chính xác tương tự như định vị WADGPS Điều này chỉ khả thi khi các lỗi nhiễu đa đường và máy thu được loại bỏ.
Hệ thống WADGPS động học có thể hoạt động với bộ thu WADGPS dải tần L1 và phần mềm bổ sung Tuy nhiên, việc ước tính các điểm không rõ ràng là cần thiết Có thể sử dụng khảo sát tĩnh để ước tính trước những điểm này trước khi tiến hành đo vị trí Do đó, việc ước tính "tức thời", trong đó "tính mơ hồ" được xác định khi người dùng di chuyển, hoàn toàn khả thi về mặt lý thuyết.
2.3.1 Số dư đo lường và độ chính xác WADGPS động học
Nghiên cứu tính khả thi của WADGPS động học tập trung vào việc quan sát pha dư, yêu cầu pha dư phải tương đối ổn định sau khi loại bỏ lỗi đồng hồ người dùng Đối với người dùng tại vị trí đã khảo sát, pha dư được xác định theo công thức: pha dư vtA = ϕ vtA − ‖ X vtA + d X vtA − x ‖ +( B vtA + d B vtA )+ I vtA − T vtA.
Với tất cả các thông số bên phải dấu “=” đã được tính toán trước như: Đã được tính toán: ϕ vtA , I vtA Được phát quảng bá: X vtA , B vtA (*)
Tính toán từ WAAS, trắc diện của vệ tinh: d X vtA , d B vtA , T vtA
Vị trí đã biết của người dùng: x
Trong nghiên cứu này, lỗi tầng điện ly được đo bằng bộ thu tần số kép, nhưng ước tính tầng điện ly WADGPS cho bộ thu chỉ có L1 lại rất gần với lỗi thực Để hiểu rõ hơn về động học tần số đơn WADGPS, hãy tham khảo mục 5.1 Phạm vi pha bao gồm các thành phần như sau: ϕ vtA =‖ X ̅] vtA +dX ̅] vtA −x ̅] ‖ thực +b−( B vtA +d B vtA ) thực −I thực vtA +T thực vtA +N vtA λ+v.
Các thông số “thực” có thể là thực tế hoặc chưa biết Kết hợp các thông số này với nhau, ta có công thức tính pha dư vtA, bao gồm các thành phần như trung bình X ̅ và các biến dX ̅, cùng với các thông số thực tế khác như B vtA, I vtA, T vtA và N vtA Công thức này giúp xác định sự khác biệt giữa các giá trị thực và giá trị ước lượng, từ đó hỗ trợ trong việc phân tích và đưa ra quyết định chính xác hơn.
Độ không rõ ràng cố định vtA λ thường đi cùng với việc tính toán trị đo pha, trong đó b là sai số đồng hồ của máy thu người dùng và a là sai lệch giữa các thông số đã được tính toán hoặc phát quảng bá và thông số thực tế Độ nhiễu v phân pha dư vtA (1) − pha dư vtA (2) cần phải gần như không đổi với sai số nhiễu nhỏ hơn 1 mét Để làm rõ, pha dư vtA (1) − pha dư vtA (2) được coi là sai phân từ vệ tinh đến vệ tinh.
Hình 2-7 Tính toán bằng phương pháp sai phân.
Hình 2-8 minh họa sơ đồ đặc trưng của pha dư vệ tinh vtA (1) và vtA (2) trong khoảng thời gian 5 giờ, với độ cao của các vệ tinh tương ứng Các đường màu đen và xám thể hiện cùng một vệ tinh trong hai ngày thiên văn liên tiếp Nhiễu pha chênh lệch giữa các vệ tinh được duy trì trong phạm vi ± 0,5 m trong hầu hết thời gian bay qua Sự chênh lệch này rất mượt mà và ít biến động trong khoảng thời gian hàng chục phút, nhưng có xu hướng rời khỏi giá trị tương đối không đổi ở cuối Điều này cho thấy rằng những lần rời khỏi có thể là do khả năng hạn chế của máy thu.
GPS đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi chính xác các phép đo pha sóng mang ở độ cao vệ tinh thấp Để giảm thiểu sai số trong pha dư giữa các phép đo, bước sóng của sóng mang L1 thường không phải là hằng số mà thay đổi do hiệu ứng Doppler giữa người dùng và vệ tinh Khi vệ tinh đến gần, bước sóng ngắn hơn, và khi di chuyển ra xa, bước sóng dài hơn Trong LADGPS động học, bước sóng thường được coi là hằng số, do hiệu ứng thay đổi giữa người dùng và trạm tham chiếu gần như không đáng kể Tuy nhiên, sự thay đổi giữa vệ tinh ở chân trời và thiên đỉnh là rõ rệt hơn Do đó, cần xem xét bước sóng thực tế không hằng số trong phép đo Mặc dù phân tích cho thấy hệ số hiệu chỉnh chỉ ở mức vài cm, các thuật toán WADGPS động học vẫn không cải thiện hiệu suất khi áp dụng hiệu chỉnh này.
Hình 2-8 Độ lệch đơn giữa vệ tinh với vệ tinh (2 lần quét) và độ cao vệ tinh.
Độ lệch dư được đo theo mét trên trục dọc, trong khi thời gian được tính theo giây trên trục ngang Bên cạnh đó, độ cao của vệ tinh cũng được thể hiện theo độ trên trục dọc, với thời gian vẫn được đo bằng giây.
Kết quả kiểm tra nhiễu pha đơn giữa các vệ tinh cho thấy rằng phạm vi pha đã hiệu chỉnh WADGPS rất chính xác sau khi tính đến độ lệch mơ hồ Một phân tích sơ bộ về WADGPS động học được thực hiện để đánh giá độ chính xác vị trí của người dùng trong năm giờ, với giả định rằng độ lệch mơ hồ có thể được ước tính chính xác trước khi sử dụng các phép đo phạm vi pha Phương pháp ước tính vị trí tương tự như phương pháp tiêu chuẩn GPS, chỉ khác ở chỗ sử dụng các phép đo phạm vi pha đã hiệu chỉnh.
WAAS đã được áp dụng thay cho các phép đo phạm vi mã được làm mịn bằng sóng mang, với việc loại bỏ độ lệch cố định và sửa chữa các lần trượt chu kỳ Biểu đồ tần số lỗi vị trí theo thời gian cho thấy rằng lỗi vị trí 1 sigma đối với WADGPS động học chỉ bằng khoảng 1/3 so với WADGPS mã được làm mịn bằng sóng mang Mặc dù có sự cải thiện, nhưng điều này không đáng kể khi xem xét tính phức tạp của việc ước tính độ không rõ ràng cần thiết cho pha sóng mang, trong khi máy thu WADGPS không nhất thiết phải sử dụng pha sóng mang.
Để ước tính vị trí hiệu quả bằng DGPS động học hoặc WADGPS động học, cần giải quyết độ lệch mơ hồ trong phép đo phạm vi pha cho từng vệ tinh trong tầm nhìn Một trong những phương pháp đơn giản nhất là thực hiện khảo sát tĩnh, trong đó vị trí của người dùng được giữ cố định trong khung tham chiếu ECEF Qua thời gian, độ lệch của vệ tinh có thể được quan sát thông qua sự thay đổi hình học của chúng.
Kết luận
GPS, đặc biệt là WADGPS, mang lại triển vọng lớn cho ngành hàng không nhờ khả năng định vị chính xác và liên tục Việc sử dụng WADGPS không chỉ giới hạn trong định vị mà còn có thể mang lại lợi ích cho nhiều lĩnh vực khác nhau Đặc biệt, vận tốc của WADGPS rất chính xác, bất kể chế độ SA có được bật hay tắt, điều này rất hữu ích cho các hệ thống dẫn đường sử dụng trực tiếp vận tốc của phương tiện, như thiết bị đo lường.
WADGPS động học cần được nghiên cứu và cải tiến để trở thành một hệ thống dẫn đường thực tế, có khả năng nâng cao chức năng và giá trị của các hệ thống như WAAS và EGNOS Hệ thống này có tiềm năng lấp đầy khoảng trống trên thị trường với vai trò là một giải pháp định vị chính xác và giá rẻ Ngoài ra, WADGPS động học còn hỗ trợ các ứng dụng hàng không, đặc biệt là trong lĩnh vực khảo sát trên không.
Trong chương này, chúng ta đã xem xét cách WADGPS nâng cao hiệu quả sử dụng màn hình HITS Các chương tiếp theo sẽ tập trung vào việc hiển thị chuyến bay từ góc nhìn, nhằm giảm thiểu FTE và nâng cao nhận thức tình huống cho phi công WADGPS sẽ cải thiện độ mượt mà của các màn hình này, giúp HITS trở nên dễ tiếp cận và vận hành hơn cho người dùng trong lĩnh vực hàng không.
CẢI THIỆN FTE
Giới thiệu
Các công nghệ dẫn đường mới như hệ thống GPS vi sai diện rộng mang lại độ chính xác vượt trội cả về chiều ngang và chiều dọc so với các công nghệ cũ như đài DME và VOR Độ chính xác này không chỉ phụ thuộc vào hệ thống dẫn đường mà còn vào khả năng của phi công trong việc giữ tàu bay trên đường tâm Việc tính toán khoảng cách địa hình và chướng ngại vật là cần thiết để đảm bảo an toàn trong các giai đoạn bay Ngoài ra, việc áp dụng công nghệ kỹ thuật số để cải thiện FTE có thể giúp phát triển quy trình bay cho các sân bay hiện chưa có thiết bị dẫn đường.
Các loại khí cụ
Tất cả các tàu bay có người lái hiện đại đều được trang bị các thiết bị trong buồng lái cung cấp thông tin về vị trí và trạng thái của tàu bay, cùng với các hệ thống cần thiết cho việc điều khiển và dẫn đường Trong các hoạt động bay bằng mắt, phi công chủ yếu dựa vào cảnh quan trực quan qua cửa sổ, nhưng trong điều kiện bay bằng thiết bị như mây, sương mù hoặc ban đêm, các thiết bị đo lường trở thành phương tiện duy nhất để dẫn đường cho tàu bay.
Nhiều tàu bay hiện đại được trang bị hệ thống lái tự động, cho phép phi công nhập lệnh để điều khiển Tuy nhiên, việc theo dõi các thiết bị đo chính vẫn rất quan trọng để đảm bảo tàu bay không lệch khỏi lộ trình Đối với các tàu bay cũ hoặc chỉ có chế độ lái tự động thủ công, phi công phải tích hợp thông tin từ các thiết bị để điều khiển tàu bay, một nhiệm vụ không hề đơn giản, ngay cả với phi công dày dạn kinh nghiệm Do đó, Cục Hàng không Liên bang yêu cầu phi công phải có xếp hạng thiết bị, số giờ bay thiết bị tối thiểu và thực hiện các phương pháp tiếp cận bằng khí tài gần đây khi bay theo quy tắc bay bằng thiết bị.
Trong suốt năm mươi năm qua, thiết bị bay chính không có nhiều thay đổi do hệ thống dẫn đường vẫn giữ nguyên Tuy nhiên, sự phát triển trong công nghệ hiển thị điện tử đã mang đến những màn hình bay mới với kích thước hợp lý, khả năng đọc tốt dưới ánh sáng mặt trời, độ tin cậy cao và chi phí thấp Với khả năng trình bày thông tin chuyến bay ở nhiều định dạng và các hệ thống dẫn đường 3-D chính xác, việc nghiên cứu các khái niệm mới cho màn hình bay chính là cần thiết nhằm cải thiện hiệu suất hoạt động của tàu bay Sự thay đổi tốc độ không khí được chỉ báo gián tiếp, cho biết tàu bay đang tăng tốc hoặc giảm tốc.
Chỉ báo cao độ (Attitude Indicator) là thiết bị quan trọng trong hàng không, sử dụng con quay hồi chuyển để hiển thị một đường chân trời nhân tạo Thiết bị này thường có vùng màu nâu phía dưới và vùng màu xanh lam phía trên đường chân trời, giúp phi công tham khảo độ cao và độ nghiêng của tàu bay một cách chính xác.
Thiết bị đo độ cao (Altimeter): Một mặt số hiển thị độ cao so với mực nước biển dựa trên áp suất tĩnh
Hình 3-1 Các khí cụ chính.
Bộ điều phối vòng quay là một thiết bị con quay hồi chuyển, có chức năng hiển thị sự kết hợp giữa tốc độ lăn và tốc độ lệch của máy bay Thiết bị này giúp phi công nhận biết khi nào máy bay đạt được tốc độ vòng quay chuẩn trong vòng 2 phút.
Con quay hồi chuyển định hướng (Directional gyro) là thiết bị hiển thị hướng bay hiện tại của tàu bay Do con quay hồi chuyển trong thiết bị này có hiện tượng tiến động theo thời gian, nên cần phải định hướng lại thiết bị theo hướng la bàn từ một cách định kỳ.
Chỉ báo tốc độ thẳng đứng (Vertical Speed Indicator) là thiết bị hiển thị tốc độ lên hoặc xuống của máy bay Thiết bị này hoạt động dựa trên sự thay đổi của áp suất không khí tĩnh, tuy nhiên, nó phản ánh tốc độ thẳng đứng chậm hơn vài giây so với tốc độ thực tế.
Ngoài các thiết bị đã đề cập, còn có chỉ báo độ lệch hướng bay (CDI) giúp xác định lỗi hiện tại sang trái hoặc phải so với đường bay mong muốn Trong các phương pháp tiếp cận chính xác sử dụng hệ thống hạ cánh bằng thiết bị (ILS), có một kim độ lệch thứ hai cho biết lỗi lên/xuống so với mặt cắt tiếp cận, được gọi là chỉ báo độ lệch đường trượt.
Khi được thiết kế ban đầu, khí cụ là các thiết bị cơ học dùng để hiển thị thông tin từ con quay hồi chuyển và áp suất không khí Nhiều mẫu tàu bay giá rẻ vẫn sử dụng thiết bị đo lường cơ học này, không thay đổi trong nhiều thập kỷ Ngay cả trên các tàu bay chở khách hiện đại, màn hình bay chính vẫn chỉ hiển thị biểu diễn điện tử của các thiết bị cơ học Các phi công được đào tạo để kết hợp các chỉ báo này trong đầu, giúp họ điều khiển tàu bay và kiểm tra chéo giữa các thiết bị để phát hiện sự cố.
3.2.1 Chỉ báo vị trí theo phương ngang có vệt bay
Chỉ báo vị trí theo phương ngang (HSI) là một thiết bị cơ điện kết hợp giữa con quay hồi chuyển và chỉ báo độ lệch hướng Thiết bị này cung cấp một hình ảnh trực quan về hướng và vị trí mong muốn của tàu bay, giống như cách mà phi công nhìn từ trên cao xuống.
Hình 3-2 Biểu tượng vệt bay trên HSI.
Mũi tên trắng trên HSI chỉ hướng bay hiện tại của tàu bay, trong khi biểu tượng vệt bay thể hiện vệt bay tức thời so với mặt đất Cần lưu ý về gió ngang bên trái trong các trường hợp sau: (a) Tàu bay lệch sang trái so với hướng bay mong muốn và đang điều chỉnh; (b) Tàu bay đang bay đúng hướng.
Tàu bay hiện đại thường được trang bị hệ thống dẫn đường quán tính (INS), cho phép hiển thị một con trỏ hoặc đường thẳng trên Hệ thống Hiển thị Thông tin Bay (HSI) để chỉ vệt bay tức thời Mặc dù hầu hết các hệ thống HSI trong hàng không dân dụng hiện nay không tích hợp tính năng vệt bay thẳng, nhưng sự phát triển công nghệ đang mở ra nhiều khả năng mới cho việc cải thiện khả năng dẫn đường.
3.2.2 Dự báo độ dốc trượt
WADGPS cung cấp phép đo chính xác về vận tốc tàu bay theo ba chiều, trước đây chỉ có trên các tàu bay sử dụng thiết bị dẫn đường quán tính đắt tiền Tính toán vận tốc tức thời không tốn kém giới thiệu khái niệm dự báo độ dốc trượt, kết hợp với chỉ báo độ lệch độ dốc trượt, giúp phi công nhận biết độ hội tụ hoặc phân kỳ so với độ dốc trượt, bất kể vận độ không khí hay gió Mũi tên di chuyển lên xuống tương tự như vận tốc thẳng đứng, cho phép phi công điều chỉnh tốc độ hạ độ cao của tàu bay Việc triển khai dự báo độ dốc trượt là rất quan trọng, vì các chỉ báo vận tốc thẳng đứng di chuyển lên khi tăng độ cao và xuống khi hạ độ cao.
Hình 3-3 Màn hình dự báo độ dốc trượt.
Biểu tượng dự báo độ dốc trượt hiển thị bên cạnh thang đo độ lệch độ dốc trượt trên bảng điều khiển Trong năm trường hợp cụ thể, tàu bay luôn thấp hơn hai điểm (a) Tàu bay hiệu chỉnh nhanh theo độ dốc trượt, (b) tàu bay hiệu chỉnh mượt mà, (c) tàu bay hiệu chỉnh chậm, (d) tàu bay không hiệu chỉnh và vẫn thấp hơn hai điểm khi biểu tượng dự báo trung tính, và (e) tàu bay rẽ ra khỏi độ dốc trượt Việc đặt dự báo độ dốc trượt cạnh chỉ báo độ lệch giúp tàu bay thực hiện hiệu chỉnh một cách trơn tru mà không bị lệch quá nhiều.
Dự báo độ dốc trượt sở hữu nhiều tính năng thú vị, với thiết kế không phụ thuộc vào động lực học của tàu bay, đảm bảo tính đồng nhất cho tất cả các loại tàu bay Mặc dù dự báo này chỉ là chỉ báo thô về xu hướng của tàu bay và không phải là tín hiệu hướng dẫn chính xác, nhưng nó vẫn mang lại lợi thế trong việc chứng nhận Cuối cùng, bộ dự báo độ dốc trượt có thể dễ dàng được triển khai trên cả chỉ báo độ dốc trượt cơ điện và màn hình điện tử.
Bảng 3-1 Vị trí tương đối của biểu tượng dự báo độ dốc trượt trên màn hình.
Tiến hành mô phỏng: Các kí hiệu trên màn hình trong phương thức tiếp cận bằng khí tài
tiếp cận bằng khí tài
Nghiên cứu mô phỏng bay đã được thực hiện nhằm định lượng khả năng cải thiện FTE với các khái niệm hiển thị bay chính mới, tập trung vào hiệu suất của phi công khi điều khiển tàu bay thay vì sử dụng chế độ lái tự động Nghiên cứu chỉ xem xét các phương pháp tiếp cận bằng thiết bị đo lường thẳng đứng với hướng dẫn theo chiều dọc (APV) Kết quả cho thấy những lợi thế rõ rệt của các biểu tượng hiển thị mới so với các khí cụ chính truyền thống, qua đó khẳng định hiệu quả của các khái niệm thiết bị đo lường bay chính hiện đại.
3.3.1 Các khái niệm được thử nghiệm Điều kiện kiểm soát được thử nghiệm trong nghiên cứu mô phỏng là biểu diễn điện tử của khí cụ chính thông thường, nghĩa là một HSI thông thường thay thế con quay hồi chuyển định hướng Các mặt số và kim được khử răng cưa để tạo hoạt ảnh thiết bị thực tế và mượt mà Khái niệm hiển thị kiểm soát bao gồm khoảng cách DME đến điểm hạ cánh và đèn hiệu đánh dấu, mặc dù không cần thiết cho quá trình tiếp cận.
Ba khái niệm được thử nghiệm là:
Khí cụ chính thông thường với HSI có ký hiệu vệt bay (được biểu thị bằng đường màu xanh lá cây).
Khí cụ chính thông thường với HSI được trang bị ký hiệu vệt bay và bộ dự đoán độ dốc trượt Màn hình HITS bao gồm các thông số như vận tốc không khí kỹ thuật số, độ cao kỹ thuật số, hướng kỹ thuật số, DME và đèn hiệu đánh dấu Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, các chỉ báo độ lệch theo chiều ngang và chiều dọc, thường có trong màn hình HITS, đã bị loại bỏ để kiểm tra khả năng của tunnel.
Màn hình CRT hiển thị các khái niệm thiết bị và được kết xuất bằng máy tính công nghiệp Pentium 90 MHz với card đồ họa Glint 3-D cao cấp, với tốc độ cập nhật 15 Hz đủ mượt cho nghiên cứu Trình mô phỏng PC FS-100 của Jeppesen, Inc mô phỏng Beechcraft Bonanza, tạo ra mô hình tàu bay thời gian thực Trong quá trình bay, phi công không cần điều khiển thông thường do tất cả chuyến bay đều tự động, không sử dụng bàn đạp bánh lái hay cần gạt trượt điều khiển van tiết lưu Chỉ có một nút nhấn trên cần điều khiển được sử dụng cho nhiệm vụ khối lượng công việc thứ cấp, với đèn báo nhiệm vụ màu xanh lá cây có thể đọc dưới ánh sáng mặt trời, đặt cách màn hình khoảng năm feet bên trái.
Nghiên cứu được thực hiện với tám phi công, có tổng thời gian bay từ 270 đến 3300 giờ, trung bình khoảng 800 giờ Mặc dù họ sử dụng các thiết bị bay thử nghiệm, tất cả phi công đều được đào tạo trên mô phỏng trước khi tiến hành thu thập dữ liệu Các phi công tham gia đều là tình nguyện viên và là sinh viên tốt nghiệp của Đại học Stanford hoặc là phi công từ Sân bay Palo Alto địa phương.
Thí nghiệm mô phỏng bao gồm ba giai đoạn chính: đào tạo trên máy bay mô phỏng, thực hành với các khái niệm thiết bị bay thử nghiệm, và thu thập dữ liệu Trong mỗi giai đoạn, các phi công được yêu cầu thực hiện bay thẳng theo phương pháp tiếp cận bằng thiết bị tương tự như ILS, bắt đầu từ vị trí cách điểm hạ cánh khoảng 6 hải lý và kết thúc ở độ cao quyết định 200 ft so với mặt đất.
Hình 3-5 Các phương pháp tiếp cận thẳng đã thực hiện.
Trong giai đoạn thứ hai của nghiên cứu, các phi công được giới thiệu về từng bộ thiết bị thử nghiệm và thực hiện các phương pháp tiếp cận dựa trên ba khái niệm hiển thị Họ phải thực hiện nhiệm vụ khối lượng công việc thứ cấp, bao gồm việc bay trong khi điều chỉnh trạng thái của chỉ báo nhiệm vụ bằng cách sử dụng nút nhấn trên cần điều khiển Đèn khối lượng công việc sẽ sáng và tắt ngẫu nhiên trong khoảng thời gian từ 1 đến 4 giây Sau đó, các phi công tiếp tục thực hành bốn phương pháp tiếp cận, mỗi phương pháp tương ứng với một khái niệm hiển thị, đồng thời cố gắng hoàn thành nhiệm vụ thứ cấp một cách tốt nhất.
Trong giai đoạn thu thập dữ liệu, mỗi đối tượng thực hiện sáu lần tiếp cận cho mỗi khái niệm hiển thị, tổng cộng là 24 phương pháp tiếp cận Trình tự các khái niệm hiển thị được thực hiện ngẫu nhiên, đảm bảo rằng mỗi đối tượng thực hiện số lần tiếp cận gần như tương đương với từng khái niệm Mỗi lần tiếp cận diễn ra với luồng gió ổn định từ một hướng ngẫu nhiên và vận tốc từ 0 đến 18 knots, trong khi hướng gió trên cao có độ ngẫu nhiên ± 20 độ và cường độ từ 1/4 đến 3/4 gió trên cao Các đối tượng được hướng dẫn thực hiện tiếp cận mà không lệch quá một điểm so với điểm định hướng hoặc đường trượt, đồng thời phải hoàn thành nhiệm vụ khối lượng công việc trong khi vẫn tập trung vào việc bay.
Trong giai đoạn thứ ba, dữ liệu về vị trí và độ cao của tàu bay được ghi nhận với tần suất 5 lần mỗi giây Bên cạnh đó, trạng thái của đèn báo khối lượng công việc (bật/tắt) và trạng thái của nút nhấn do phi công điều khiển (ấn/thả) cũng được thu thập với cùng tần suất 5 lần mỗi giây.
Dữ liệu thu thập được xác định bằng lỗi bình phương trung bình căn bậc hai theo chiều ngang từ máy định vị và theo chiều dọc từ đường trượt, kết hợp với điểm khối lượng công việc cho mỗi lần tiếp cận giữa điểm giao cắt đường trượt và độ cao quyết định Điểm khối lượng công việc được tính bằng thời gian mà đối tượng khớp với trạng thái nút nhấn chia cho tổng thời gian tiếp cận, nhân với 100 Kết quả là điểm khối lượng công việc đạt 100 tương ứng với hiệu suất hoàn hảo khi khớp trạng thái nút nhấn với đèn; trong khi không có hoạt động nào trên nhiệm vụ khối lượng công việc sẽ dẫn đến điểm xấp xỉ 50, vì trung bình, đèn khối lượng công việc chỉ được chiếu sáng một nửa thời gian.
3.3.5 Kết quả và kết luận
Các phi công thường cải thiện hiệu suất khi có thêm các thông tin hiển thị Dữ liệu được phân tích thông qua Statistics Toolbox trong Matlab™, với kết quả từ phân tích phương sai đa biến được thể hiện dưới dạng tỷ lệ phương sai, F Giá trị F này dựa trên số điều kiện so sánh và tổng số biện pháp thực hiện, từ đó tạo ra xác suất p, cho thấy khả năng sự khác biệt giữa các điều kiện là do ngẫu nhiên.
Giá trị F cao hơn dẫn đến giá trị p thấp hơn, với xác suất 0,1 hoặc thấp hơn được coi là có ý nghĩa Cụ thể, giá trị p nhỏ hơn 0,01 được xem là có ý nghĩa thống kê, cho thấy sự quan trọng của phép so sánh đang được nghiên cứu Kết quả cho thấy có một hiệu ứng chính đáng kể đối với ký hiệu hiển thị, liên quan đến lỗi rms theo chiều ngang (F(3,160)U,36, p
