1.3.3 导航传感器信息融合技术研究现状

导航传感器信息融合技术在过去的几十年内得到了长足的发展，如何在CAT III A/B着陆阶段合理地利用信息融合技术，以提高导航信息精度对于民航客机自动安全着陆十分重要。为了把多源导航传感器的信息进行关联和融合，得到更精确的位置估计，国内外也开展了关于进近着陆段的信息融合技术研究，以期充分利用各类导航传感器的优势，取长补短，达到长时间、高精度的导航目的，从而使民航客机顺利着陆。目前，国外对CAT III着陆阶段的信息融合技术的研究，已经转向以星基导航设备为基础，对星基导航传感器进行融合以提高导航信息的可用性、稳定性和精度。在民用航空领域，美国联邦航空管理局与国际民航组织已经制定了一系列的标准和规范，对采用差分增强技术的地基增强系统和设备进行约束，地基增强系统是民用航空星基导航应用的基础设施，是未来终端区安全运行的保障手段，是取代仪表着陆系统的下一代着陆系统。

1997年，Cohen等人利用差分全球定位系统和微型低成本的伪卫星进行了110次的成功着陆，并达到了CAT III着陆标准。Clark E.Cohen等人扩展了传统进近航段的飞行引导方式，设置了完整信标台。完整信标台被成对设置在跑道的任意一侧，这些信标台的广播信号半径被设置在了一个“气泡”内，“气泡”的大小比标准进近高度大几倍。机场塔台则设置传统的差分全球定位系统基准站，向地面和空中的飞机发送全球定位系统测量信息。通过全球定位系统测量信息将飞机引导到“气泡”内部。飞机到达“气泡”内部后，可以从各个方向接收到全球定位系统测量的伪距信息，还可将六个或更多个独立有效的测量信息进行融合，从而将飞行引导精度提高到厘米级，并且整个系统具有高度的完整性。

2000年，Progri研究了一种用于CAT III着陆的全球定位系统和伪卫星组合导航的技术，目标是在恶劣的天气和干扰条件下实现CAT III着陆。该技术利用卫星和伪卫星导航系统进行飞机位置、速度的估计，并将飞机着陆轨迹、全球定位系统卫星星座、伪卫星位置、噪声输入参数构成系统输出量，计算并给出系统完整性的性能指标，为着陆系统提供了良好的垂直引导，保证在任何恶劣天气下都能达到最佳性能。

2001年，Cheney介绍了道格拉斯飞机公司建立的自动着陆飞行系统实验程序，该实验程序综合利用了坡度和定位偏差，采用无线电高度表和惯性参考系统融合的方式，有效地计算了飞机在进近着陆过程中的位置，并且已经成功用于部分机型的CAT III着陆。

2004年，Kiran对伪卫星实现局部增强的全球定位系统下的CAT II和CAT III着陆测试的结果进行分析，介绍了将伪卫星集成到局部增强系统的情况，分析了局部增强系统存在的误差性能。实验结果表明，伪卫星的加入使得导航性能的改善较为明显。

飞机在偏远地区着陆时，在预设环境下，着陆的准确位置、方位和高度并不总是一直不变的，并且飞机导航方案的精度不总是准确的。针对该问题，2005年，Alison采用图像处理的方法，把从着陆点的图像提取出的着陆点位置和当前导航设备输出量相融合，用于估计飞机的相对位置、速度和姿态。

2010年，Noshiravani针对仪表着陆系统受到地形环境干扰时信号较弱的问题，通过在地面设置反射台，由安装在飞机上的发射器向反射台发射信号，反射台截获信号并将其反馈给飞行管理系统。飞行管理系统将该信号与仪表着陆系统信号进行融合，增强仪表着陆系统信号的精度。

2017年，为了解决外部干扰导致飞机着陆时偏离轨道和基于全球定位系统着陆定位不准确的问题，Gautam提出了利用机载视觉设备探测和估计着陆平台坐标，并与控制律结合，实现更快速、更准确的三维着陆。

上述研究表明，国外在自动着陆系统方面的研究起步较早，已经积累了很多理论基础和具体实践经验。从目前来看，国外在CAT III着陆系统信息融合技术方面的研究已经趋向智能化、组合化，组合模式也由伪卫星、地面设备向视觉导航方向发展。

国内对CAT III着陆的研究仍以陆基导航设备为基础。2012年，西北工业大学的李四海等人针对民航客机的精密进近着陆过程受地场环境、电磁干扰等空间噪声和接收机噪声影响而产生的滤波相位滞后问题，提出基于INS-ILS-RA组合导航的自动着陆系统（Automatic Landing System, ALS）。仿真结果表明，INS-ILS-RA组合导航位置计算方位角偏差精度优于0.3°，下滑角偏差精度优于0.2°。该系统可显著地改善波束误差控制信号的动态品质，降低噪声影响，提高仪表着陆系统的自动进近着陆控制回路的稳定性和闭环性能。

2016年，北京航空航天大学的万嘉钰等人针对进近着陆过程中，仪表着陆系统（ILS）受密集空域和外界环境的干扰产生引导偏差，影响着陆引导精度的问题，提出一种INS-ILS组合导航系统，以提高着陆引导性能。仿真结果表明，INS-ILS组合导航系统明显减小了仪表着陆系统的引导偏差范围，航向引导偏差由0.3°减小至0.1°以内，下滑引导偏差由0.2°减小至0.1°以内。同时，该组合导航系统有效地抑制了仪表着陆系统的位置噪声，提高了位置引导精度。

2018年，中国民航大学的刘瑞华等人分析了基于北斗卫星导航系统的陆基增强系统在进近着陆段提供的导航性能，从地面、机载、空间三个层面仿真地基增强系统的运行。在MATLAB环境下对广播星历数据进行处理，仿真北斗卫星导航系统空间段星座和轨道运行情况；参考航空无线电技术委员会（Radio Technical Commission for Aeronautics, RTCA）发布的地基增强系统最低运行性能标准，建立地面端和机载端数据模型，对增强算法进行仿真，分析北斗卫星导航系统的定位误差及导航性能；并基于FlightGear和MATLAB/SIMULINK，搭建应用北斗卫星导航系统的飞机进近着陆可视化仿真平台。

2019年，沈阳航空航天大学的于耕等人针对进近着陆过程中，仪表着陆系统易受到外界环境及空域的干扰，导致导航精度降低的问题，提出一种利用改进的惯性导航系统-卫星导航系统的组合导航算法，将组合导航系统输出位置信息之间的差值作为基于BP神经网络改进的无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter, UKF）算法的测量值，通过最优加权的方法得到系统的全局最优估计值。相比于传统的联邦滤波算法，该算法能有效地降低测量噪声，减小飞机进近着陆时的误差，提高导航精度。

由于国内能够满足CAT III着陆的机场较少，并且北斗卫星导航系统仍处在发展阶段，因此国内对于CAT III着陆系统的研究仍处在理论阶段，融合的基准信号仍以陆基导航台为主。