一种基于mls的地理位置信息获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于导航领域，涉及陆基导航系统，特别是一种利用微波着陆系统(MLS)的 测角和测距信息，获得地理位置信息(炜度、经度和高度)的方法。
【背景技术】
[0002] 微波着陆系统(MLS)是新一代飞机精密进近引导着陆系统，典型的地面设备组成 包括方位台、仰角台和测距台，分别为机载设备提供相对于方位台站的方位角，相对于仰角 台站的仰角和相对于测距台站的距离。方位台和测距台一般为共址架设，处于跑道出口后 端;仰角台架设在跑道入口一侧;所有台站均面向飞机着陆方向。飞机着陆时，飞行员或自 动驾驶仪操控飞机，将方位角和仰角保持在一定的数值上(典型值为方位〇°、仰角3° )，并参 考距离信息，调整飞机的速度和姿态，实现着陆。这种仪表着陆方式是采用测角信息作为导 航引导信息的。
[0003] 随着基于导航卫星(GPS、北斗等）的卫星导航系统的逐渐应用，越来越多的机载平 台采用地理位置信息（炜度、经度和高度）匹配航路图作为导航引导信息。为了适应这种应 用方式，着陆系统也需要具备输出地理位置信息的功能。
[0004] 传统的地理位置获取方法，可采用卫星导航接收机或惯导推算。采用卫星导航接 收机，特别是结合差分增强信息的运用，可使机载设备获得极高的地理位置精度(采用实时 载波相位差分技术后，定位精度可达厘米级），但是，卫星导航系统存在易损性和完好性问 题。所谓"易损性"是指卫星导航系统的易干扰问题，由于卫星离地面的距离太远，到达地面 上的信号非常微弱，极易受到干扰;所谓完好性问题是指卫星导航接收机难以判断卫星的 实时状态以及发送的信号是否异常。受此影响，在某些条件下(如存在卫星信号的压制式干 扰、欺骗式干扰），卫星导航接收机输出的地理位置信息是不可靠的。采用惯导推算的缺点 在于惯导的精度会随时间的推移而逐渐漂移，导致地理位置信息的精度逐渐恶化。
[0005] 目前，国内外MLS机载设备仅有输出角度和距离信息的功能，未发现具有地理位置 信息输出功能的相关文献报导。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种地理位置信息获取方法，基于MLS测角 和测距信息，结合MLS台站坐标信息和跑道地理位置信息，获得MLS机载设备所处的地理位 置信息(炜度、经度和高度），可用于将MLS机载设备输出信息与卫星导航接收机输出信息直 接比对、修正惯导信息、与地图匹配等应用。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0008] (1)获取MLS测量信息和机场信息，具体步骤如下：
[0009] (1.1)建立以跑道着陆点为原点的笛卡尔坐标系，X轴和Y轴在水平面上，X轴在跑 道中心延长线上，负值表示向跑道的末端方向；
[0010] (1.2)获得MLS地面设备中方位台、仰角台和测距台天线相位中心在MLS系统坐标 系中的坐标(Xa，Ya，Za)、（Xe，Ye，Ze#P(Xd，Yd，Z d)。
[0011] (1.3)获取MLS机载设备的测量信息，包括飞机相对方位天线的方位角Θ、飞机相对 仰角天线的仰角供以及飞机相对测距天线的距离Ρ;
[0012] (1.4)获取跑道地理信息，包括着陆点的大地坐标（Φ ο，λ〇，ho)和跑道的进场真北 角γ;
[0013] (2)若步骤(1)获取的MLS测量信息和机场信息有效，则采用旋转高斯-让德迭代算 法获得飞机在MLS坐标系中的位置(Χτ，Υτ，Ζτ);否则返回步骤(1)继续获取；
[0014] (3)计算飞机在大地坐标系中的坐标，具体步骤如下：
[0015] (3.1)将（Φο,λο,?ιο)转换为WGS-84坐标系的坐标(XQ，yo，ZQ)，其中，xo=(N+ho)cos Φ ocosA〇，y〇 = (N+ho)cos Φ osinA〇，zo = [ (N( l_e2)+ho) ]sin Φ 〇, Φ 〇为炜度，λ〇为经度，ho为高 度，N为基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e为椭球偏心率，e2 = 0 . 00669437999，
[0016] (3.2)将％々方)转换为站心坐标系下的坐标（八6，么11，么11)，其中，
[0018] (3.3)将（Δθ，Δη，Au)变换至WGS-84坐标系的坐标（六叉，八7，八 2)，其中，
[0019] 根据着陆点在WGS-84坐标系下的坐标(χο,υο,ζο)得到飞机在WGS-84坐标系中的坐
标（X，y，Z)，其中，Χ=Δ X+X0，y = Δ y+y〇，z = Δ Ζ+Ζ0;
[0020] (3.4)将飞机坐标(x，y，z)转化到大地坐标系坐标（Φ，A，h)，其中，
[0021 ]所述的步骤(1)中，跑道地理信通过数据链路上传或预先输入得到。
[0022] 所述的步骤(3.4)采用迭代法来逐次逼进，先假设Φ的值为0,依次计算出N，h和 Φ，然后再将得到的Φ值重新代入式中计算，再次更新N，h和Φ值，如此循环，直到Φ值保持 不变。
[0023]本发明的有益效果是:基于MLS自身的测角和测距信息，结合MLS台站坐标信息和 跑道地理位置信息，获得MLS机载设备所处的地理位置信息。由于MLS信号难于干扰，自身具 有良好的完好性保障手段，系统精度稳定，再加上MLS台站位置(各台站在MLS系统坐标系下 的坐标)及跑道信息(跑道真北角和着陆点的地理坐标)都是事先可精确测量并且固定不变 的，因此，本发明可避免采用卫星导航接收机受卫星信号影响导致的易损性和完好性问题， 也可避免采用惯导推算方法所导致的精度随时间漂移的问题，保证了机载设备地理位置信 息输出的可靠性。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的流程不意图；
[0025] 图2是以跑道着陆点为原点的笛卡尔坐标系示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0027]本发明提出一种基于MLS的地理位置信息获取方法，包括以下步骤：
[0028] (1)获取MLS测量信息和机场信息，如下：
[0029] a)建立MLS系统坐标系。参照图2，建立以跑道着陆点为原点的笛卡尔坐标系，X轴 和Y轴为水平面，坐标系的X轴选在跑道中心延长线上，负值表示向跑道的末端方向。
[0030] b)获得MLS地面设备中方位台、仰角台和测距台天线相位中心在MLS系统坐标系中 的坐标。这些坐标会通过MLS地面设备自身的数据链路上传给机载设备，机载设备通过接收 地面设备发播的数据字信息可以获得方位天线相位中心、仰角天线相位中心、测距天线相 位中心在笛卡尔坐标系中的坐标位置，分别设为(Xa，Ya，Z A)，（XE，YE，ZE)，（XD，Y D，ZD)。
[0031] c)获取MLS机载设备的测量信息。机载设备测量得到的角度数据和距离数据分别 是飞机相对方位天线的方位角Θ，飞机相对仰角天线的仰角P ,飞机相对测距天线的距离P。
[0032] d)获取跑道地理信息。包括着陆点的地理大地坐标（Φ o，AQ，h())和跑道的进场真北 角γ (指跑道中心线与地理真北的夹角，即X轴与地理真北的夹角）。需要指出的是，标准的 MLS数据字中已包含跑道信息的内容，但精度较差(炜度和经度精度为100毫秒、高度精度为 1米、真北角精度为〇.〇1°)，仅可作为机场跑道参考信息，无法作为本发明所述的变换算法 的输入精度要求(炜度和经度精度要求为1毫秒、高度精度要求为0.06米、真北角精度要求 为0.002°)参与运算，因此，需要通过其余技术途径（如通过数据链路上传，或根据任务安 排，提前输入拟降落机场的跑道信息)为MLS机载设备提供跑道地理信息。
[0033] (2)若MLS机载设备已获得上述信息并判断有效，则执行坐标变换，采用旋转高斯- 让德迭代算法获得飞机在MLS坐标系中的位置(Χτ，Υτ，Ζτ);若未获得有效信息，则继续获取。 [0034] (3)已知着陆点的地理大地坐标（巾〇，人()，11())、跑道的进场真北角丫、飞机相对着陆 点的坐标(Χτ，Υτ，Ζτ)，通过以下计算步骤便可计算出飞机在地理大地坐标系中的坐标：
[0035] (1)将着陆点的大地坐标转换为WGS-84坐标系坐标(xo，yo，ζο)。计算方法为：
[0036] 从大地坐标（Φ 〇，λ〇，ho)到地心地固直角坐标系(xo，yo，zo)之间的变换公式为：
[0037] x〇= (N+ho)cos Φ ocosA〇
[0038] y〇= (N+ho)cos Φ osinA〇
[0039] zo= [ (N( l_e2)+ho) ]sin Φ o
[0040] 其中，Φ〇为炜度，λ〇为经度，ho为高度。N为基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e为椭球 偏心