航空航天学科评估范文

航空航天学科评估篇1

风险有很多不同的定义：若针对某个项目，风险指在项目执行过程中可能出现的不利事件，其发生会引起该项目在限定的费用、时间和技术约束条件下无法完成甚至完全失败；而GJB5852-2006中对风险的定义是在规定的技术、费用和进度等几个约束条件下，对不利于实现装备研制目标的可能性及所导致的后果严重性的度量。从中可以归纳出风险的两个基本要素，即发生的概率和影响的大小，风险发生的概率越大、影响越严重，风险水平就越高。风险管理就是对可能遇到的各种风险进行规划、识别、评估、应对和监控的过程，是以科学的管理方法实现最大安全保障的实践活动的总称。航天器环境试验是在模拟空间环境条件下，对航天器整体或部分进行考核的一系列试验项目的总称，它涵盖的试验项目主要包括：振动、冲击、噪声、模态、热真空、热平衡、EMC、电磁兼容等。从学科来说，这些试验项目基本上涵盖了航天器有关的力学、热学、电磁学、可靠性等学科。由于不同的试验项目涉及的设备、方法、条件等因素都各不相同，这就更加提高了航天器环境试验项目的风险性。环境试验本身是降低航天器研制风险的一种手段，可以通过模拟环境条件来考核或测试产品在空间环境下的功能、性能是否满足设计要求。合理有效的环境试验可以有效降低航天器的研制风险，但是环境试验本身又会引入新的风险，可能给安全、进度、经费等带来负面影响，所以对航天器研制及环境试验进行有效的风险管理十分重要。

二、国外航天领域风险管理的发展情况

（一）美国国家航空航天局（NASA）的风险管理20世纪50年代，美国国家航空航天局（NASA）开始采用概率计算的方法来对航天器的可靠性进行分析，同时应用故障树方法对导弹的可靠性进行了定性分析。60年代美国开始对大型航天项目进行风险管理，主要手段是失效模式及其影响分析（FMEA）和关键相关项目表（CIL），同时NASA开始将风险分析工作制度化。到70年代，为了提高核反应堆的安全性，研究者在故障树理论的基础上开发出了故障树分析（FTA）方法，使风险分析更加量化。80年代概率风险评价（PRA）法作为一种新的定量风险分析方法被用于核工业和化学工业，但并没有引起NASA的重视和应用。但随着1986年挑战者号航天飞机发生爆炸事故造成重大损失，NASA开始采用PRA方法对航天飞机的飞行过程进行全面的风险分析。1988年2月NASA了管理条例8070.4“载人飞行项目中的风险管理政策”，正式将风险分析工作制度化。1998年4月，NASA的程序和指南NPG7120.5A“型号计划和项目的管理过程与要求”中规定计划或项目的主管人员应将风险管理作为决策工具来保证在计划和技术上的成功，将风险管理和资源管理、性能管理、采购管理、安全和任务成功、环境管理并列，并在该文件的4.2节中对风险管理的目的、要求和方法做出了详细的规定。2002年4月，NASA又颁布了NPG8000.4“风险管理程序和指南”，其中详细规定了整个风险管理过程的实施要求，这充分体现了NASA对风险管理工作的重视程度。（二）欧洲空间局（ESA）的风险管理欧洲空间局（ESA）成立的时间相对较晚，但也对风险管理工作十分重视，风险分析贯穿在其航天项目的各个阶段，但各阶段的侧重点有所不同。ESA在风险管理上主要借鉴了美国的概率风险分析技术，并根据实际情况进行了改进。欧洲空间标准化合作组织（ECSS）也制定了风险管理标准ECSS-M-00-03A，这说明风险管理在欧洲也已经制度化和标准化，成为航天工程中的一项重要工作。

三、主要风险分析及管理方法

（一）专家评估专家评估法是通过咨询本领域或相关领域的专家，依靠专家丰富的知识和实践经验，对项目中可能出现的风险进行识别、预测和分析，并对风险控制措施提出建议的一种方法。专家评估一般是与评审活动同时进行的，在根据专家意见进行风险评估时可以根据专家的水平对其评估的权重加以调整，通过综合考量多个专家的评估意见形成项目风险识别和分析结果或补充。（二）风险矩阵（RiskMatrixMethod，RMM）风险矩阵法是一种定性和定量相结合的风险分析方法，最早由美国空军电子系统中心于20世纪90年代提出，并在美国军方的项目风险管理中得到了广泛的应用。风险矩阵法的基本思路是将风险的两个要素（发生概率和影响）划分为若干等级，然后分别作为矩阵表的行和列，交叉后的结果就是对风险水平的综合考量结果，根据风险水平高低对风险事件进行相应的处理。（三）故障树分析（(FaultTreeAnalysis，FTA）故障树分析技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，其主要思路是把所关注的系统风险事件作为分析的目标（即“顶事件”），然后逐级寻找直接导致风险事件发生的“中间事件”和无法或不需再深入研究的“底事件”，再用适当的逻辑关系把这些事件联系起来从而形成“故障树”，这样就能表明系统的风险事件和引发风险的众多因素之间的逻辑关系。故障树分析法可用于对风险定性分析，这时可通过故障树的生成和分析找到对风险事件出现起主要作用的底事件，然后采取相应的控制措施。故障树分析法还可以结合布尔运算对具有逻辑关系的故障树进行详细的风险定量分析。（四）失效模式及影响分析（FailureModeandEffectsAnalysis，FMEA）失效模式及影响分析是一种由底至顶的分析方法，是在产品的策划设计阶段，对构成产品的各子系统、零部件逐一分析，找出潜在失效模式，分析其可能的后果，从而预先采取措施以提高产品的质量的一种系统化的活动。这种方法的工作原理为：①明确潜在的失效模式，并对失效产生的后果进行评分；②客观评估各种失效原因出现的可能性；③对产品潜在的失效情况进行排序；④采取措施消除产品存在的问题。（五）概率风险评价（ProbabilisticRiskAssessment，PRA）概率风险评价是一种用于辨识与评估复杂系统风险的结构化、集成化的逻辑分析方法。它综合了系统工程、概率论、可靠性工程及决策理论等学科的知识，主要用于分析那些发生概率低、后果严重但统计数据比较有限的事件。PRA方法通过系统地构建事件链并对其进行量化分析来研究系统风险，事件链由一系列事件组成，这些事件孤立地看可能不严重或不重要，但如果组合在一起却可能引起严重的后果。PRA实施过程包括：定义目标与系统分析、识别初因事件、事件链建模、确定故障模式、数据收集和分析、模型量化和集成、不确定性与敏感性分析、评价结果与分析等步骤。

四、结语

本文介绍了风险管理在国外航天领域的发展历史，并给出了几种航天工程中常用的风险分析和管理方法。为保证航天任务的成功，除了提高相关的科学技术水平之外，风险管理水平也要同步提高，这样才能有效地控制风险，减少事故或问题出现的概率或减弱其影响。

作者:胡青 单位:上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

参考文献：

[1]金恂叔.航天器的风险管理及其在环境试验中的应用[J].航天器环境工程,2002,19(3):1-9.

[2]邱菀华,沈建明.现代项目风险管理导论[M].北京:电子工业出版社,2002.

[3]史国栋,翟源景.航天试验任务风险管理研究现状分析[A].科技信息,2012(35):81.

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[5]ECSS-M-00-03A.Spaceprojectmanagement:riskman⁃agement[R].2000-4.

航空航天学科评估篇2

关键词　雷电灾害；航空服务；雷击风险评估；防护措施

中图分类号P446 文献标识码A 文章编号　1674-6708（2013）83-0086-02

0　引言

新建的航空港位于许昌市东城新区，四周环境较为空旷，遭受雷击的概率较高。根据河南省气象条例、河南省防雷减灾实施办法、许昌市防御雷电灾害条例的有关规定，新、改、扩建建设项目应进行防雷安全风险评估。

1　许昌航空港概况

1.1　项目概况及评估范围

航空港建设项目位于许昌东城新区，北临天宝路，东侧徐州路，南邻学府街，一期项目包括：许昌民航大酒店25层，地下1层，楼高115.2m，建筑面积46　760.6m2，按五星级标准设计，为前来乘机的旅客提供优质的餐饮和住宿服务；许昌城市候机楼3层，楼高20.55m，建筑面积11　464.3m2，候机楼包括信息集成、航班信息显示、时钟、有线电视、公共广播、视频监控、门禁管理、停车场收费、楼宇控制、无线通信、内话、安检信息管理、离港、引导标识等15个系统，项目建成后，乘客可在许昌候机楼直接办理行李托运、换登机牌等登机手续，乘坐民航大巴到新郑机场直接登机。

1.2　气候及雷暴活动概况

许昌市位于河南省中部，属暖温带季风区，气候温和，光照充足，雨量充沛，无霜期长，四季分明。根据许昌国家基本气象站提供的三十五年（1971-2006）雷暴观测资料显示：许昌春、夏两季（5到9月）多雷暴天气发生，初雷日早，年平均雷暴日数为20.6天，最高达到30天[2-5]。依据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》标准划分　[6]，许昌属多雷区，是雷电灾害多发区。

2　雷击风险评估

3　应增加的雷电防护措施

3.1　外部防护措施

1）应将建筑物外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接；不在保护范围内的金属物应与建筑物屋面的接闪器作电气连接；竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接；

2）固定在建筑物上的用电设备的线路，应根据建筑物的使用性、重要性采取相应的防雷电波侵入措施，并应符合以下规定：无金属外壳或保护网罩的用电设备应处在接闪器的保护范围内，不宜布置在避雷网之外，并不宜高出避雷网（注：各种入户线缆切勿捆绑、搭接在避雷带等接闪器上）；

3）出入口、露天场地等有直接雷击危险的处所应在显要位置采取警示措施，室外各种有可能因雷击而产生接触电压和跨步电压伤害的金属构件（如路灯杆等）应在显要位置采取警示措施；

4）严格对玻璃幕墙进行防雷设计。民航大酒店属于超高层建筑，玻璃幕墙顶部的女儿墙盖板，是雷击率最大的部位，可将盖板设计成接受雷击的装置，与建筑物防雷地网可靠连接，起到泄放雷电流的作用。

3.2　内部防护措施

1）各类入户的金属管线应在入户处进行等电位连接并连接到防直击雷接地装置。电缆的金属屏蔽层、金属保护管及走线的金属桥架应全程电气导通，并在两端及穿越不同防雷区处进行等电位连接并接地；

2）为防止雷电电磁脉冲沿电源线、信号线进入建筑物内对设备造成损坏，应加装三级浪涌保护器。应在地下室低压总配电室的低压配电柜加装第一级浪涌保护器，在各楼层配电箱内加装第二级浪涌保护器，在各重要设备前加装第三级浪涌保护器，对于消防、监控控制设备，应在信号线上加装信号浪涌保护器，在电源线上加装电源浪涌保护器，在室内配电箱内加装第一级浪涌保护器。

4　结论

本文运用组合评估法对许昌航空港项目进行了定量分析，估算出许昌航空港（民航大酒店）项目由雷击造成的人员生命损失风险R1=1.16×10-5，由雷击造成的人员生命损失风险R2=0.99×10-5，针对以上的评估分析为该项目的防雷设计、施工提供了科学的技术依据。

参考文献

[1]全国雷电防护标准化技术委员会.GB/T21714-2《雷电防护》第2部分：风险管理[M].中国标准出版社.　2008：73.

[2]王红艳，吴璐，王跃民，等.许昌雷暴气候特征分析[J].气象与环境科学，2008，31（1）：56-59.

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[3]刘佼，肖稳安，陈红兵.全国雷电灾害分析及雷灾经济损失预测[J].气象与环境科学，2010，33（4）：21-26.

[5]程丽丹，张永刚，杨美蓉，等.河南省雷电灾害易损性分析及风险区划[J].气象与环境科学，2011，34（3）：50-54.

航空航天学科评估篇3

航空交通管制负责对航空器的空中交通活动进行管理和控制，有效地维护和促进空中交通安全，维护空中交通秩序，保障空中交通畅通，因此航空交通管制的地位变得极为重要。文章论述了航空交通管制过程中各种差错的成因，并对这些差错成因进行了分析，介绍了航空交通管制中存在的风险管理，提出了相应的优化策略。

关键词：

航空；交通管制；差错成因；风险管理；空中交通活动

在我国实施改革开放战略以来，随着经济的发展和社会的进步，我国的交通事业也迎来了快速发展的好时机。与之前相比，航空事业也有了很大的进步，航空逐渐成为人们出行的重要交通工具之一。但是随之而来的关于航空交通管制方面的问题也越来越多，这逐渐引起社会各界的广泛关注。本文主要针对航空交通管制的差错成因进行分析，并提出了一些加强航空交通管制风险管理的措施，下面将展开详细介绍。

1航空交通管制中出现的差错成因分析

目前，我国航空交通业虽然得到迅速发展，在交通工具中逐渐占据比较重要的地位，但是与之相关的航空交通管制方面也存在很多差错和风险。我国航空交通管制中出现的差错成因具有多样性，通常有人为因素、自然因素、设备安置错误、配置和程序上出现差错等，其中人为因素占据主要部分。而航空交通管制中存在风险有很大原因也是人为造成的，下面将针对我国航空交通管制中存在的差错的成因和风险进行详细分析，下面展开具体论述：

1.1人为因素的影响

人是社会活动的主导者，在社会的各个层面内活动并有着主导权，航空交通方面也不例外。据相关资料调查显示，我国航空交通管制差错中人为原因是主要因素之一，这些差错都具有特殊性和个别性。调查显示，我国航空交通管制中差错出现次数较多，成因是由于管理人员对航空安全问题没有足够重视，在出现差错时很容易发生推脱现象，对工作岗位的责任感不强，在操作方面存在不按规章制度行事等现象。除此之外，在航空过程中，地面对运行中的航班指挥力度不够，两者之间的配合出现问题。同时部分技术人员责任心差，在航空交通管制出现差错时处理不及时导致问题不能迅速解决，带来很严重的恶劣影响等。这些都是在我国的航空交通管制中经常见问题，有关部门应该引起重视，采取有效的措施来应对这些问题。

1.2管理因素的影响

导致我国航空管制出现差错的另一个主要原因就是管理因素，管理人员对整个航空事业起着至关重要的作用，有时候直接影响着航空的发展。据资料显示，在航空交通管制中管理层面存在着一些问题，主要有以下四个方面：（1）有关规章制度执行力度不够，甚至存在违规操作；（2）对航班以及技术人员的工作安排不合理，工作分配不到位；（3）各个部门之间的协调不到位，出现差错时不能及时有效解决；（4）相关工作人员的选拔制度没有落实，存在徇私现象等。这些原因都给航空的顺利进行带来一定的影响，应该引起社会各界的关注，使这些问题能够得到有效解决，保障我国航空交通的安全。

1.3技术以及设备因素的影响

航空交通管制系统在实际应用中，要提供天气、航空交流量以及机场特别安排等信息，帮助飞行员和航空公司做出相应的安排，因此需要很多设备来联合进行。另外，在航班飞行时，飞行员也需要利用通信设备、监控传送设备等对飞行状况及时向地面传送，因此对设备精度等要求都很高。但是我国的航空事业中，普遍存在机器老旧、设备老化、技术不到位等现象，导致航空交通事业发展受阻，同时也给航空带来了一定的安全隐患。

1.4自然因素的影响

除了上面讲述到的对航空交通管制带来差错的人为因素以外，还有自然因素。我们可以采取一些积极的措施，减少人为因素对航空交通带来的不利影响，但是却无法预知自然因素，只能通过预测来减少差错出现的概率。自然环境因素具有多变性，例如暴雨、大风、雷电等自然因素，都会对航空交通带来影响，甚至会威胁到有关人员的生命安全。另外，由于外界通讯信号对航班电磁场造成干扰，严重影响航班与地面的信息传递，这都会对航空交通带来不利的影响。

2航空交通管制风险管理的优化措施

针对航空交通管制中存在的诸多差错，为了确保我国航空事业能顺利发展，必须要从根源上减少甚至解决上述差错，为我国航空事业的发展提供一个广阔的空间。下文将针对上述风险问题及原因，提出加强风险管理的有效措施：

2.1制定合理的风险评估体系

针对上文中讲述的我国航空交通管制中存在的差错，相关部门应该通过实践调查，制定出合理的风险评估体系。航空交通管制中存在的人为的或者自然的因素造成的差错，相关人员可以这些差错为根据，合理规划出风险等级，并制定相应的应对措施，防止在紧急情况发生时工作人员措手不及。另外还应该对风险评估体系进行演练，在实施过程中不断对其进行完善和优化，最终确立一套完整的、合理有效的风险评估体系。

2.2对航空交通管制定期进行风险评估

我国航空交通管制系统的各个部门应该根据各地方的实际情况，结合制定的风险评估体系和风险等级，安排专业人员在固定时期对航空交通管制系统进行风险评估，并及时记录在册，对相关差错制定合理的应对措施，还要对其进行操练，以免真正出现差错时反应不及时。除此之外，将风险评估工作落实到个人，强化工作人员的岗位责任制度，杜绝对风险评估工作草草了事的现象发生。

2.3完善有关法律法规，提高工作人员的专业素养

当前我国关于航空交通方面的相关法律法规已经不能满足现在的发展状况，为了防止有心之人钻漏洞，有关部门应该及时对航空交通管制方面的法律法规等进行完善，使航空风险管理真正做到“有法可依，违法必究”。同时还应该加强对工作人员进行培训，提高工作人员的专业知识，另外还应该采取一定的措施来提高工作人员的业务水平、应变能力和紧急处理能力，在航空出现紧急事件时，有关工作人员能在第一时间做出反应，安排技术人员队紧急情况进行解决，将危险降至最小，保障飞行员以及其他人员的生命安全。

3结语

综上所述，我国航空事业虽然有了较为广阔的发展前景，但是在实际生活中还是存在很多差错，自然因素虽然无可避免，但是人为因素可采取有效措施来将其降到最低。同时还可以通过加强工作人员的技术能力和提高各部门之间的协调能力来提高解决差错的效率，进而提高我国航空企业的服务质量。本文主要分析了我国航空交通管制系统存在的差错的成因，并对这些因素进行详细介绍，提出了有关加强风险管理的一些应对措施，可有效降低我国航空交通管制中差错出现的频率。

参考文献

[1]王超．探究民航空中交通管制差错成因机理与风险管理[J]．科学与财富，2015，（5）.

[2]吕健．民航空中交通管制差错成因机理与风险管理研究[J]．科学与财富，2016，（7）.

[3]张琼．民航空中交通管制差错成因机理与风险管理研究[J]．青年科学（教师版），2014，35（9）.

航空航天学科评估篇4

虚拟技术慨述

虚拟现实技术是将现实世界映射到虚拟世界的技术，随着人类对客观世界认识的不断加深和新技术的不断产生，虚拟现实技术的内涵在不断扩展。目前，常用的又包括计算机图形(cg：computergraphicj技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、 网络 并行处理等技术在内的最新 发展 成果。事实上，虚拟现实技术是以计算机技术为核心的一系列新技术的集成。

虽然人们对于什么是虚拟现实并无统一的认识，但是诸多学者却公认虚拟现实具有浸没感(immersion)、交互性(interactivity)和构想性(imagination)的特点，简称为所谓浸没感，又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度，理想的模拟环境能够使用户全身心地投入到由计算机所创建的三维虚拟环境中，如同在现实世界中的感觉～样：交互性指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的 自然 程度(包括实时性)；而构想性则强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以构想客观不存在的甚至是不可能发生的情境。wWW.133229.COm

由于虚拟现实具有的以上特点，而虚拟现实技术是利用计算机技术对现实世界中已知的客观 规律 进行模拟，因而在各种领域中得到了广泛的应用，最常见的应用莫过于各种场景逼真的游戏，玩家在虚拟的环境中可以过着现实生活中向往却无法实现的生活，身心得到一种接近现实又超越现实的体验。除了用于娱乐之外，虚拟现实技术在规划、设计和人员培训方面也有着突出的表现，在民航安全管理中也有不少应用。

虚拟现实技术在民航安全管理中的应用

安全是民航运输业的生命线。虚拟现实技术应用于民航行业，从航空器设计、机场应急救援演练、事故模拟再现、事故征候调查仿真、到各类行业运行人员(飞行人员、机务维修人员及空中 交通 管制人员)的 教育 培训与训练，不仅在很大程度上提高技术水平，而且将节约资金、大大提高运行安全水平。从国内外 参考 文献 看，虚拟现实技术在民航行业的应用主要包括以下几个方面：

(一)人员培训

空中交通管制人员、飞行人员和机务维修人员的培训中广泛应用了虚拟现实技术。以我国某软件股份有限公司开发的cdzs机场塔台视景模拟机、drs航管雷达模拟机和dps程序管制模拟机为例，这些系统是为训{练机场塔台管制员而设计的大型虚拟现实系统，能真实再现塔台管制工作环境，以360。开阔的机场和近空视景，逼真的飞机滑行、起飞、降落，各种天气如雨、雪、雾以及夜航等，通过预先设计出的各种繁忙和危险情况用以对塔台管制员进行系统训练，并可以对训练结果进行评估，同时支持多种训练组合方式，是培训空中交通管制人员的主要手段和标准设备。虚拟现实技术的应用更加真实地模拟机场复杂、大流量的运营环境提供高画质、高清晰度视景，具有很好的沉浸感，因而具有较好的训l练效果。

模拟机是各种虚拟现实技术的综合应用，在高性能计算机为核心的虚拟环境处理器的支持下，利用二维或者三维的显示技术创造逼真的虚拟环境，使用各种传感器感受用户操纵动作或者身体方位作为输入，计算出相应的响应并输出反馈给用户。使用模拟机可以将现实中较少发生的危险状况模拟出来，使受训l者短期内反复操作以至熟练掌握却不面临任何实际的危险，避免了训练事故，提高了训练水平，在飞行员、机务维修人员和管制员的训练中占有极其重要的地位。自2006年以来，随着具有我国自主知识产权的飞行训练器的出现，攻克了原来由空客、波音垄断的盲点和局面。

对于机务维修人员的培训，亦可应用模拟机。如飞机试车是项高技术、高风险的工作，用飞行模拟机替代飞机进行试车培训，机务人员一方面可以熟悉试车的相关规程和工作步骤，另一方面也可以有效地降低飞机成本，更为重要的是规避了因误操作带来的一切风险。

(二)计算机辅助设计

航空器设计耗资巨大而且时间漫长。采用虚拟现实技术，将设计图纸转变成三维模型，并可与实物一样进行装配，使设计人员有如身临其境观察航空器及其部件的外形、内部结构及布局效果，甚至可以进行计算机模拟的强度、刚度、振动、风洞等试验，及时发现问题并可以随时修改设计，避免了生产试件所需的大量时间和资金浪费，提高了安全性。

(三)安全管理

美国国家航空和宇宙航行局(nasa，nationalaviationspaceagency)启动了航空安全计划(asp：aviationsafetyprogram)，广泛使用了虚拟现实技术。该计划通过对航空系统建模和监控，向管理者提供实时详尽的数据以支持决策，进行事故预警，从而达到避免事故发生的效果，具体措施包括：通过虚拟现实的训i练设备，加强训练，避免人为因素造成的事故：通过探测恶劣天气，并向飞行员提供及时、准确的天气信息，增强低能见度下的情境意识从而避免事故；向飞行员提供合成的视景，显示地面地形及目标、空中交通管制状态、着陆进近模式以及跑道表面状况等信息，提高着陆安全性。

利用虚拟现实技术，搭建数字化得的民航运行系统

随着我国民航行业的迅速发展，各种先进技术陆续被引进，上文提到的各种训练设备在我国都有应用，也有了很好的效果，但是从应用领域来看都是单项局部的应用，未能体现民航运行高度系统性的特点。虚拟现实技术在我国民航运行安全管理方面的应用还不充分，还有较大的扩展空间。从民航运行的系统性出发，本文提出利用虚拟现实技术搭建数字化的民航运行系统的观点。

物质世界的 发展 变化 规律 是可以被认识的，虚拟现实技术是将现实世界的物质及其演变规律映射到数字空间，从而更加有利于人们认识客观世界。虚拟的“现实”空间有多大内涵有多丰富，取决于人们对客观世界的认识程度。民航运行系统是完全“人造”的系统，理论上说，利用虚拟现实技术可以制造出一个与实际完全相同的“数字化”的运行系统，人们可以利用这个系统对民航运行进行更加深入的研究，解决民航运行中存在的难点和热点问题，尤其是由于种种人为原因、组织失效造成的“系统性”问题。下面对当前民航运行安全管理中存在的几个方面问题进行探讨，用以说明数字化民航运行系统的应用。

(一)机场设计安全问题

机场运行安全在很大程度上受设计水平影响。由于目前我国在机场布局规划和设计中主要还是靠经验和 参考 同等级别机场的布局规划，许多机场都存在由于先天缺陷而造成的对运行的困扰，甚至造成各类不安全事件的发生。例如跑道滑行道系统设计的不合理可能导致跑道侵入事件，停机坪滑行路线和停机位设计缺陷则可能导致车辆与航空器抢道、车辆刮蹭甚至航空器与航空器刮蹭的事件，而候机楼通道设计缺陷则可能造成楼内控制区边界上的薄弱点，形成空防安全的隐患与威胁。另一种情况是在更改设计时，由于缺乏 科学 的评估手段，对更改设计的影响估计不足，破坏了原有设计的完整性和系统性，从而引发运行中的问题，这种情况更为常见。

机场运行涉及众多航空器、保障车辆和人员，要在图纸上预见并避免未来运行中的问题的确不是一件容易的事情。因此，虽然机场立项、设计、施工、竣工验收到最后投入运行，中间经过多次专家评审，但是仍然难以避免有考虑不周而遗留下的问题。

如果采用虚拟现实技术，在机场初始设计结束之后利用图纸进行建模，根据预期的吞吐量设置相应的参数，配置相应数量的运行车辆和运行人员，使机场在 计算 机中先行“运行”起来，统计模拟运行中的不安全事件，分析引发原因中的设计因素，修改设计以避免“木已成舟”后再发现设计中的缺陷，实现机场的设计安全。

(二)航班延误的评估与应对

航班延误是一个长期存在而又令人无可奈何的情况。造成航班延误的原因很多，可能是航路上的天气原因，也可能是流量控制原因，也可能是由于航空公司飞机调配造成的，还有一种可能是航空公司为了提高飞机利用率而安排了实际上难以准确执行的航班计划，造成航班延误。

航班延误具有累加效应和扩散效应，一个航段的延误极可能导致该飞机执行的后续航段继续延误，甚至由于打乱原有的时刻表占用跑道、滑行道和停机位而使正点到达的其他飞机无法落地或者出发航班无法正点起飞，造成更多的航班延误和机场保障的混乱，航班密度大的繁忙机场受到的影响更大。准确的预测航班延误的后果，及时采取应对措施，可以最大程度地降低航班延误造成的影响。

采用虚拟现实技术计算航班延误的后果，可以对延误的后续影响和扩散影响得到直观的评估结果，航空公司可以根据评估结果灵活调整飞机派遣计划，机场也可及时调整跑道、滑行道以及机位和登机口的分配，而民航主管机关也可根据评估结果及时发现航空公司虚占航线的情况。

(三)机场容量评估和扩容

机场容量同样是一个系统性的问题。影响机场容量的因素很多，包括空域容量、跑道滑行道容量、机位数、货运能力和候机楼布局乃至地面 交通 限制等。一个机场的容量符合“木桶效应”规律，即取决于航空器运行流程、行李和货物流程及旅客流程中的“瓶颈”环节，对机场容量进行评估，或者要采取恰当的措施实现机场扩容，本质上是要找到这个“瓶颈”。实际生产运行中，由于以上众多因素相互交织，相互影响，很难准确找到影响机场容量的根本原因。

采用虚拟现实技术，可以将这些因素统统视为变量，调整某一个变量数值，而保持其余变量不变并观察容量的变化，依次类推得到机场容量对各个变量的经验公式，从而方便地找到不同运行条件下的容量“瓶颈”，使得评估结果和扩容措施有了科学的依据。

以上提到的几个方面，仅是数字化民航运行系统的极小一部分应用。事实上虚拟现实技术是模拟客观世界已知的客观规律，并利用这些客观规律进行现实生产运行中无法进行的试验，从而获得更好的运行方案，节约资金和时间，并规避风险。利用虚拟现实技术对民航运行系统进行仿真，能够使决策更加具有数据支持，从而具有更强的科学性，将对民航运行安全管理起到极大的促进作用。

航空航天学科评估篇5

1相关研究现状及发展动态

基于上述简要分析，影响航天器安全可靠运行的因素很多，但按其来源及影响过程大致可以分为3大类：事故或故障、状态异常变化以及空间环境变化．围绕上述3个方面，简要述评相关领域的国际研究及其进展．

1．1事故调查与故障处置

航天工程系统的事故与故障是影响航天器安全的主要方面之一．据资料统计［2］，1995年底之前，美国和前苏联的249次载人航天发射飞行，出现重大故障166起，1965—1990年，25年间国际卫星组织200多颗地球同步轨道通信卫星和广播卫星，发生的严重故障就多达350余次．近年来，尽管航天器材料、制造、工艺、控制和管理等技术都有显著发展，但国际国内航天界依然故障不断，损失和影响巨大．能否准确查明航天器在轨运行过程中出现的各种事故或故障，及时发现航天器运行过程中隐藏的危险苗头或可能发生的故障，有效地防范后续类似故障发生，或正确地对当前的故障实施有效处置，对保障航天安全至关重要．相关技术的探索和研究一直受到国际学术界和工程界的高度关注．在20世纪40年代或更早，航天器出现之前，人们就为航空器安全运行大伤脑筋，并开始探索飞机运行过程安全管理．飞机出现后的半个世纪历程中，由行过程故障和灾难成为影响航空安全的头号杀手，各航空大国高度关注并着力开展事故调查研究．20世纪30年代，美、英等国花费大量人力和财力加强对重大飞行事故的记录和调查，英国于1937年专门成立航空事故调查组，1944年英国皇家空军还专门成立飞行安全机构，负责军用飞机的重大事故调查，《飞行安全》杂志同年在美国创刊，推进了航空安全事故的调查与分析．二战后至20世纪60年代中期的20多年时间里，美、英空军在不断完善事后追究式的事故记录、调查和分析方法．例如，利用事故调查和分析得到的信息，探究引发系统发生事故的可重复性或共性起因，研究和建立纠正措施，以期从源头上防止类似故障再次发生．这种间接性“事故预防”式处理思路改变，对后续事故的预防带来的效果有明显改进．例如，1955年美国启动“先驱者”号地球卫星计划，进行的11次试验中，发生了8次事故，仅有3次发射成功，其主要原因恰是没能很好地吸取之前经验教训，进行防范，事故预防或预案措施不力，以前出现过的零部件质量控制不严、系统关键部件没有保留设计余度等共性问题一再发生．鉴于此，在随后“大力神”火箭和“双子星座”飞船计划实施过程中，吸收“先驱者”计划的经验教训，采取更严格的事故预防措施，严控质量关，并对导航和供电等关键子系统都采用双余度设计，一系列故障预防措施保证了后续“大力神”火箭在14次飞行试验中仅发生2次事故．这种建立在对历史事故调查和分析基础上的事故预防模式［3］，对探索基于数据挖掘和典型故障案例的航天安全技术有重要的参考借鉴价值．这一阶段形成的事故调查分析法，被美国NASA和欧空局等继承并沿用至今，并推广到航天安全领域．例如，2007年Hubble望远镜故障调查和2010年欧洲对“阿丽雅娜5号”火箭故障调查等，都显示了事故调查法的重要性和实用性．但是，对航天器的安全运行管理而言，由于航天器部件多、结构复杂、功能多样、运行环境千变万化、控制操作遥不可及，事故调查与分析工作无疑要远比飞机故障调查艰难得多．当然，无需讳言，事故调查法本身固有的弱点，譬如事后分析模式不可能用于事故预防，调查分析过程通常持续时间跨度长，存在时间滞后等局限性也一定程度上影响了其时效．20世纪60年代，伴随着系统论和系统思想的提出和广泛被接受，系统安全作为一种新的安全管理思路和模式，受到航空航天领域的关注．20世纪60年代初期，美国空军“民兵”洲际导弹的研制首先引入系统安全原理，并颁布“空军弹道导弹系统安全工程”等军用规范；1969年7月，美国国防部制定“系统及其有关分系统、设备的系统安全大纲”作为军用标准MIL－STD－882，明确规定了系统安全管理、设计、分析和评价的基本要求；NASA在参照MIL－STD－882标准的基础上，于1970年颁布面向航天工程的“系统安全”标准NHB．1700．1（V3），并在“阿波罗4号”发射失败后全面采用系统安全的思想，对后续“阿波罗”计划进行了包括故障模式、故障影响及其危害性分析和故障树分析在内的系统安全分析，严格的安全性设计与评价，定性与定量相结合的风险评估，以及全过程的质量管控，收到了好的效果．NASA的“阿波罗”飞船飞行安全程序负责人Lederer曾明确指出，系统安全覆盖了风险管理各个方面，远远超出了设备硬件及与之关联的系统安全工程过程［3］．伴随着系统安全标准的全面贯彻和实施，NASA分别于20世纪70年代末和80年代中期又颁布NHB．5300．4（ID－2）“航天飞机的安全性、可靠性、维修性和质量条例”以及NHB．1700．1（V7）“系统安全手册”．另外，欧空局在“使神号”航天飞机计划中，吸收美国在系统安全方面的成功经验，也制定专门的安全性设计分析与管理程序．纵观美国和欧空局的做法，可明显感觉到系统安全的核心是系统的思想和系统工程的方法．采用系统工程技术，将航天器从设计、发射、测控、管理到最后变成空间垃圾的完整过程作为一个不可割裂的航天器生命周期，将保障安全贯彻在航天器全生命周期的各个阶段、各个环节，在系统的全寿命周期中都必须识别、分析和控制危险与灾变．这种面向系统生命过程的系统安全工程技术和方法，对保障航天器在轨安全运行无疑是有帮助的．20世纪70年代以后，故障检测、诊断与处理技术研究成为跨多个学科的持续性研究热点，同时也逐步成为系统安全技术关注的核心内容之一，既有明确的带共性的研究目标，又有大量兼具基础性和应用性双重特征的科学问题，逐步形成较为复杂的研究体系和多学科知识融合的研究群．在故障检测与诊断（FDD）技术研究方面，自1971年前后Beard和Britov分别提出基于解析冗余的FDD这一创新思想，突破早期设备FDD依赖硬件冗余的局限性之后，经40多年持续发展，现已基本形成的体系：按研究内容分，包括故障在线检测、影响分析、朔源定位、时间推断、幅度辨识、模式识别和反演推演等；按技术手段分，包括基于冗余法（物理、解析、信息、知识冗余等）、关联分析法（故障树推理、Petri网、有向图、等价关系、等价空间）、信号处理法（特征分析、残差分析、检测滤波／观测器、统计诊断、模式识别等）和仿真对比法等；按研究领域分，有设备／装备、过程和流程FDD等；按时间关系分，有在线、离线FDD和故障预测等；按量化程度分，有定量和定性FDD等［4－8］．并且，大量学者结合不同应用背景，进行了卓有成效的开发应用，例如，航天工程领域，美国在饱受“阿波罗”登月工程期间的系列重大事故困扰后，NASA和美国海军研究室成立机械故障预防小组，在卫星故障的机理分析、在轨检测、诊断、预测等方面取得大量卓有成效的研究成果；美国HRL实验室的PeteTinker等建立卫星快速类比推理系统，结果显示可达到80％的准确度；德国Maieijvic在20世纪90年代初就开发了基于模式识别的故障诊断专家系统，用于对液体火箭发动机的故障诊断；法国马特拉空间系统中心Dinh等开发基于案例推理技术，建立协助卫星测试期内应对突发性事件的故障诊断系统，分析异常事件成因，能够在异常事件发生时提取事件特征并与相关的历史类似事件检索匹配，融合案例推理、规则推理与模型推理等技术形成一个混合知识系统推理核心，并在异常事件发生时自动生成基于多推理技术融合的诊断方案；国内在测控过程的安全监控、基于系统仿真的FDD［6］和容错设计等方面也有卓有成效的研究进展．在故障处理技术研究方面，典型方法有故障硬处理和软处理两大类．其中，硬处理的常规方法包括故障设备修复、备件替换和故障系统组成的重构等，例如，设计航天器自主自组装可重构模块［8］、采用多Agent优化方法等实现多体航天器重构［7］、建立适当形式的混合控制策略［9］实现将多体航天器从一种形态改变到另一种形态，并使系统达到新的稳定状态等，都不失为可尝试的技术途径；软处理的典型方法包括功能重置、功能降级与被动容错等．无论是硬处理还是软处理，通常是建立在模块设计或一定形式冗余基础上的，冗余是实施故障处置的基础．面向航天工程的冗余技术，途径很多，如物理、结构、时间、数据、解析和知识冗余等．适当形式的冗余，可以为选用合适方式进行故障处理（特别是容错处理）提供有利条件．所谓容错，顾名思义就是要求处理手段能容允系统已经发生或正在发生故障，至少不会因为系统故障而发生功能失调或算法崩溃．具体地，在系统或部件发生故障的情况下，仍可利用冗余资源将制定的控制策略、处理流程、软件算法等继续完成．容错处理技术核心就是防范故障和避免非致命性故障带来的不利影响．基于冗余的容错是一种先进理念和提高系统可靠性的先进技术，通过合理的系统设计，使系统在出现某些局部故障时能借助“冗余”实现对故障进行有效处置．容错技术通常可以分为主动容错和被动容错两大类．主动容错大多是以故障检测与诊断为基础，通过对系统进行适当形式重构，达到避免或削弱故障影响的目的［10］；被动容错主要是基于有界影响分析与设计、鲁棒控制、补偿技术和完整性设计等方法，使被控系统对某些类型故障或某些环节故障具备不敏感性、完整性和免疫性［10－11］．近30年来，冗余与容错处理的思想在美国和俄罗斯等航天大国得到广泛应用．例如，美国曾大力研制可用于控制航天器飞行的容错计算方法和容错机，对可靠性要求高的系统用双重、三重、四重甚至五重冗余；前苏联“联盟”TM型载人飞船上也曾使用了三重冗余的主电气系统以及双重冗余的气动液压管路和生命保障系统．至行器故障的容错处理技术，美国NASA的专题技术报告［12］介绍了多个成功实例：一是故障检测和容错计算技术在空间试验室、空间飞船、Hubble望远镜、Galileo卫星、Landsat－7卫星，以及A320和波音777飞机等航天、航空工程中应用情况；二是容错计算等技术在Landsat－7卫星试验中的应用情况，容错系统可进行72h自主安全模式的操作，能满足卫星任何单个部件故障恢复的处理需求，并具备危险分析能力；三是A320飞机飞控等多个子系统进行了容错设计，机上计算机系统具备运行自检功能，若各通道之间的差异超出门限值则隔离自检，并自动地从已检出问题的计算机控制对象切换到另一个，显示了良好的工程价值．此外，在提高航天器在轨运行过程可靠性与安全性方面，“挑战者”号航天飞机爆炸后，促使NASA重新考虑原来的可靠性管理方法有效性，加强对卫星在轨可靠性管理的研究．1991年，美国国防部颁布标准《综合诊断MIL－STD－1814》，作为提高新一代卫星可靠性和降低使用维修费用的重要途径，标志着美国卫星可靠性管理研究进入了一个新阶段．近年来，NASA专家还提出了以可靠性为中心的维护（RCM）和可靠性／可维护性／可用性（RMA）方法，以提高卫星在轨运行可靠性．由于拥有低轨运行的航天飞机并参与了国际空间站工程，NASA据此提出建立在轨诊断维修基地（ORB）的系统可靠性管理构想，该构想把航天飞机和轨道空间站作为维修低轨道故障卫星的基地．

1．2状态监控与健康管理

本节所谓状态是一个相对广泛的概念，包括航天器在轨运行状态（如轨道位置、空间姿态），航天器构成部件或子系统的工作状态（如是否正常工作、是否功能衰减），航天器运行趋势，以及航天器各系统或结构部件所处寿命阶段．评估在轨航天器所处状态、分析其运行过程的状态演化趋势、预测其未来时刻状态变化、预估其故障后的剩余寿命、监视与诊断其运行过程及可能的异常变化，不仅是保障航天器按照预期目标安全可靠运行的前提，也是保障航天安全的技术基础．状态监控的核心技术是异变检测．异变检测又称变化检测，是检测和分析系统在其运行过程中发生变化，以及变化的发生时间、部位、表现形式、作用方式和影响大小等相关问题的一门新兴学科．异变检测的理论最早可追朔到20世纪50年代中期Page等［13－14］的奠基性工作，但作为一门独立学科则应归功于1993年Basseville和Nikiforov在专著《突变检测———理论与应用》中建立的系统性框架和精巧的研究思路［15］．异变检测技术应用面很广，诸如设备运行过程的状态检测、计算机集成制造系统的有条件维护、生产过程质量控制、复杂系统实时监控、核电站安全保障、运载火箭安全控制、载人飞船安全管理、导航系统监视、气候与环境变化监测和预报、地震等灾变预警、人体病理检查、图像边界确定和控制系统故障检测等，都可以在变化检测的框架下探索和研究．最近10年多来，变化检测的理论研究和应用开发一直受到国际统计界和控制工程界广泛重视．国内关于异变检测的技术研究，起步于2000年前后系列文献［16－20］系统地对系统输出、输入－输出和输入－状态－输出等3种不同情形展开研究，并建立了在线检测、幅度估计和突变时间辨识等一系列新方法和算法，提出的“安全管道”设计等方法突破了门限监测模式的局限性，初步实现了门限内异常变化的在线监控．但是，从总体上看，仅处于起步阶段，见诸报道的研究成果大多混杂在故障检测与诊断技术文献中；另一方面，故障检测与诊断领域的大量研究成果中，也有相当部分属于过程与数据异变检测的范畴．健康管理是近30年基于管理工程发展起来的研究热点之一．美、俄等航天大国为保障航天器安全和满足在轨卫星运行管理需要，采用系统分析、管理工程、信号处理和风险评估等多种不同方法与技术，围绕着航天器的运行管理问题，对状态评估及相关问题进行了系统研究，提出和形成了包括趋势分析、过程监控、寿命预测、状态预诊和健康管理等在内的一系列新方法与技术，人们将上述研究统一在健康管理这一研究框架下，形成了有一定影响度和参与度的研究方向．广义的健康管理是一项多功能聚成的综合分析与评估技术，包括了趋势分析、过程监控、余寿预测、影响分析、异变预警、健康状态分析与评估、风险分析与综合管理等作为其重要构成部分的综合性技术，核心是基于智能系统的预诊，从反应性定期维护转向在准确时间对准确部位进行主动的准确维修，借助各种算法（如Gabor变换和FFT变换）和智能模型（如神经网络和模糊逻辑等），预测、监控和管理飞行器状态，实现由事件主宰式事后／定期维修转向基于状态与健康状况维护．健康管理技术较早用于直升机系统，例如，美国海军有综合状态评估系统、P－8A多任务海上飞机有飞机健康监测系统、陆军有诊断改进计划、NASA第2代可重复使用运载器有飞行器综合健康管理系统、航空无线电通信公司飞机状态分析与管理系统近20年来，健康管理技术被推广应用到航天器安全运行管理中，发挥越来越重要的作用．20世纪90代中期，NASA在戈达德航天飞控中心、休斯敦任务控制中心、马歇尔航天飞控中心等建立具有卫星健康状态综合分析、状态评估、寿命预测、降级运行策略分析制定等功能的在轨卫星运行管理系统；俄罗斯借助自身在健康监控技术方面的先进技术和丰富实践经验，Katorgin等开发了大功率液体火箭发动机RD－170健康监测和寿命评估与预测系统，Vasilchenko等开发了“暴风雪”号航天飞机轨道实时自动监测、预测系统，并向航天员提供可视化信息，便于其监测和控制航天飞机运行状况．近10多年，NASA通过在轨卫星运行管理系统实时对在轨航天器健康状态进行综合分析、评估、寿命预测、故障预防预警，并对已丧失部分功能的在轨卫星采取合理、有效的测控，有力地保障了在轨航天器的稳定、可靠运行，充分发挥在轨航天器应用潜能，取得了巨大效益．近年来，美国投大量资金用于研制集成健康管理系统（IVHM），包含机载健康管理分系统和地面健康管理分系统（IGHM），机载健康管理分系统负责实时监视和管理航天飞机的运行状态，对异常现象进行本地诊断后，诊断结果连同其他信息下传至IGHM，该系统则依据航天器下行健康信息，进行远程专家会诊，诊断结果用作航天飞机机载诊断系统诊断结果的补充和校核，连同处理策略被回传至航天飞机，整个IVHM系统实际上是一系列使航天器健康管理行为自动化工具和过程的集合．据资料介绍，IVHM系统的投入应用，使航天飞机飞行风险降低了50％，运行预算降低了1／3．

1．3环境监测与碎片规避

复杂多变的空间环境也是影响航天安全的重要因素．本文所谓的环境不仅包括航天器运行过程依存的自然环境，也包括长期航天工程产生的外在环境以及航天器本体的内部环境．文献［21］中指出，空间环境对卫星等各种航天器安全运行带来的潜在威胁和影响是不可忽视的，根据统计卫星故障的40％与空间环境有关．例如，对于高轨道航天器，高真空度环境的压力差效应可能会导致机载设备因外压力的剧变而变形、损坏、泄露，美国第一颗航天飞机爆炸致7人罹难的事故，就是因泄漏引发爆炸造成的；对于低轨航天器，低真空范围的放电效应和辐射传热效应，会直接影响到航天器安全运行．另外，太阳辐照、太阳风暴、空间碎片也无时不威胁着航天器在轨安全运行．例如，2010年4月，国际通信卫星组织Intelsat公司“银河－15”卫星故障，就是因4月3日—5日期间太阳风暴引起的［22］，类似事故还多次发生在国内外不同卫星上，如1998年“银河－4”卫星．至于空间碎片引发事故和灾害性事件以及对卫星通信系统的破坏性影响，更是司空见惯．对于空间环境异常变化对航天安全的影响和空间碎片对航天器的威胁，从安全技术的角度必须区别对待．环境扰动是不可控的，其影响与危害多采用提前预测和区别性防范．对太阳及空间环境变化及其对航天器影响，美、俄、韩等国家多位学者围绕太阳活动周期性、地磁活动、辐射带电子通量模型AE－8和离子通量模型AP－8及改进南大西洋异常区检验、大气密度影响和空间环境对航天器安全运行的影响等，从不同角度进行了多项研究［22－23］．并且，为研究和利用空间环境，多个国际组织在全球各地布设了广泛的地面站（如NOAA空间气象预报中心和NWRA／SWS）与天基观察网（如美国行星际、地球同步轨道、中轨、低轨等不同轨道天基空间环境监测系统），监视太阳活动、行星际扰动和近地空间环境扰动．对大量存在于太空中的各种碎片或垃圾，多采用提前预示和及时规避等方法，防范其威胁航天器的运行安全，国际学术技术界对此有大量研究，通过数学模型或数学方法描述空间的分布、运动和物理特点，建立可用于预示确定域10年内空间碎片分布和碎片数量的短期碎片环境状态模型和预示空间碎片10年以上环境演变数学模型，采用屏蔽防护和规避机动等不同的方式规避其对航天器安全运行的威胁．其中，屏蔽防护法是采用屏蔽方式对微小碎片进行防护；规避机动法则是对直径大于10cm的大型空间碎片进行碰撞规避．规避机动决策方法，主要有Box区域判定方法和基于碰撞概率法等．Box区域判定法通过定义航天器周围警戒区域和规避区域，用以判断航天器与空间碎片之间的距离是否构成碰撞危险，进而采取相应对策，属平均方法，偏保守；碰撞概率主要考虑两目标交会时的位置、速度、几何关系以及危险目标的位置／速度的不确定性以及误差协方差矩阵等信息，当碰撞概率大于黄色门限时，在机动动作不会对主要任务和有效载荷造成冲击就进行机动规避．空间环境研究是一项长期的研究工作，特别是空间环境对航天器的安全可靠运行方面，需要长期地观察数据的积累．

2几点思考

综合上述分析，无论是围绕航天过程故障、航天器运行状态，还是围绕运行环境，国际学术技术界和工程应用领域都对如何降低航天风险与保障航天安全这一重大课题进行了卓有成效的理论研究与技术探索．但是，现有研究成果只是向降低航天工程安全风险方向迈进了一步，并没有也不能够从根本上杜绝安全事故或故障的发生．面向航天工程这样的大规模复杂结构人－机－环境系统工程，降低工程风险和保障运行安全，尚有大量亟待解决的重大科技问题与技术难题，需要创新观念、创新方法和创新技术措施．（1）技术研究的观念亟待创新．航天工程安全性，不能等同于测控设备的可靠性，也不能简单地归结于航天器构成部件的故障检测与诊断．航天器结构复杂，以美国2005年7月发射的“发现号”航天飞机为例，该航天飞机约有250万个部件、4万多个传感器．如果每个部件可靠性为0．9999999，即发生故障的几率为千万分之一，则这250万个部件中至少有1个发生故障的概率高达22．1％；如果每个传感器可靠性为0．99999，即故障的几率为十万分之一，则这4万多个传感器至少有1个发生故障的概率高达33％．如果再考虑到发射系统、测控系统和气象保障等辅助系统，规模会更加庞大．对规模如此庞大、部件数量多且结构耦合的复杂工程系统，航天安全的技术研究既必须关注关键部件故障与否，又不能停留在部件级上，更不能不分主次平均用力于诊断每个部件的故障，或者不切实际试图期待从航天器到地面测控庞大系统中每个部件都绝对无故障运行，而是将系统工程的理论引入到航天系统的安全性研究，开展面向系统安全性和安全技术的研究．（2）技术研究的方法途径亟待创新．由于航天系统是一个超大规模的复杂结构动态系统，不仅有一般复杂系统常见的自主性、发展性、分散性和不确定、不确知等典型特性，还具有许多其他复杂系统不常见的特性［1］，诸如不可重复性、不可逆性、过程特性、主体系统与环境之间的强关联性等．这些特殊性决定了航天工程故障不仅具有一般复杂系统故障的层次性、传播性、相关性、放射性和延时性等常见特征，更有体现航天工程特色的继发性（航天器生命周期内故障会多次发生）、并发性（不同子系统／部件同时故障或连锁故障）、模式多样性、危害性、小样本性和处置过程的巨大风险性等特点．此外，从航天工程过程安全分析的角度，还有测控和真实运行过程难以精确量化建模、解析模型与实际状态间多存在难以忽略的差异、故障与航天器运行状态紧耦合、异变现象和系统部件故障间“多对多”网状关联等工程特性．上述复杂特征和过程特性在多个方面制约了包括故障树分析、解析冗余、正向／逆向推理在内的多种常规诊断在航天故障诊断过程中应用，有必要在吸收经典方法的合理内核基础上，创新技术路线，借鉴基于容错处理的“安全管道”监视［22］、“抑制历史故障影响”的继发故障检测［24］、数据驱动自适应仿真的故障诊断和关联矩阵布尔运算的故障定位［25］等各类创新方法的技术思路，将航天器运行过程故障预测、监控、诊断以及余寿预测和健康状态评估等安全管理核心方法与算法，从遥测数据等表象推进到航天器本体．（3）技术研究的集成度亟待创新，建立集“危险分析、故障预警、故障检测、故障诊断和故障处理”于一体的综合性处理方法．航天工程系统的安全技术研究，必须面向航天测控工程的实际，系统分析影响航天测控工程安全性的主要因素，建立能够定性与定量描述不同危险因素对航天安全的影响关系模型与风险评估模型，面向航天器全生命周期，研究整个工程系统（特别是测控系统和航天器分系统级以上）的风险分析与健康评估技术、建立全寿命周期健康管理模型和整星（或功能系统）状态异变后的余寿预测模型、实现面向安全分析的多源异构的数据－信息－知识融合和不同类型故障诊断方法的集成，构建航天工程全过程的在线监控、趋势分析、异变预警、故障诊断、辅助决策与容错处理全流程无缝衔接的安全保障机制和技术实现平台．总之，航天工程全寿命周期安全管理是一项复杂系统工程，涉及多学科知识融合，应用基础研究必须与工程实际紧密结合．目前大部分研究工作还处在研究的初步阶段，局限在比较单一的方向，必须理清思路、围绕有限目标、坚持应用与创新并重、方法创新与集成创新相结合，集智攻关，建立符合航天测控与运行管理工程实际的安全管理技术．

航空航天学科评估篇6

美国网媒称，2003年中国成功发射载人飞船，之后共送12人进入太空，并进行了首次太空行走和太空授课。专家表示，尽管这些成就的取得比美俄晚了数十年，仍足以使中国成为人类太空事业中不可忽视的力量。约翰逊・弗里泽说：“他们显然已进入航天国家的第一梯队。”

CNN的报道着重评价了中国任命首位女宇航员刘洋执行太空任务。文章称，中国成为继美国和俄罗斯之后第三个实现手控交会对接的国家，而这些努力也证明中国正在向一个独立掌握先进空间技术的航天强国发展。

英国广播公司说，中国的太空项目正在创造新历史，这是通过将该国首位女航天员送进太空实现的。中国即将加入这样一个小型俱乐部：迄今为止，全世界只有七个国家的女性上过太空，而只有美国和俄罗斯是通过自己的飞船完成这项壮举的。

法新社说，中国将航天计划视作其全球地位日益增强的技术能力，当前计划的目的是使中国具有一个空间站，能让航天员在其中独立生活数月，就像以前俄罗斯的“和平”号轨道站和国际空间站一样。

第一，在发展太空精确导航技术，宇航材料技术，太空辐射防护技术，深太空飞行器测控技术，太空环境下生命保障技术，以及微重力条件下的生物、医学、材料等科学实验技术等一系列高科技领域抢占制高点，带动和引领相关领域的基础科学与应用研究深入开展，提升科学技术综合竞争力。

第二，在显示国家综合实力方面，也具有不可估量的战略意义。

第三，从军事应用来讲，可以安全地登陆其他天体或准确地撞击其他天体，就不难准确地捕捉、控制或摧毁敌方的卫星和其他航天器。在高度依赖天地一体化信息支持系统可靠运行的现代战争中，这意味着可以对敌方信息链乃至整个国家军事能力进行灾难性攻击，这种能力具有军事上的战略威慑意义。

第四，在探索宇宙形成、生命起源，推进理论物理和现代天文学等基础理论研究深入开展方面，起到不可替代的作用。

航空航天学科评估篇7

关键词：着舰；控制系统；评估；指标体系

中图分类号： TN95文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

引言

近年来舰载机自动着舰系统得到广泛研究，出现了许多方法。相应地，对着舰控制系统性能优劣的评估也得到充分发展。如何对舰载机自动着舰系统建立科学合理的评估体系，成为了迫切需要解决的问题。

国外对舰载机自动着舰系统的评估的研究较少，相关文献仅局限于对作战飞机的性能评估[1～4]，或者对民航着陆阶段进行评估分析[5]。本文从舰载机着舰过程出发，结合着舰过程对各个阶段的关键因素分析，并建立相互独立的子评估体系，最后根据子体系给出多层次评价指标体系结构。

1 指标体系建立原则

舰载机着舰控制系统是具有机动性的复杂系统，并且着舰过程受风干扰、甲板运动等影响。要对其建立合理的评估体系，应从以下两方面考虑：

1.评估系统模块化处理 由于着舰控制系统本身是个复杂的大系统，要对其做出合理准确的综合评估，首先应该对各分系统给出合理评估。所以应将总系统根据其不同的性能要求划分成若干模块分别进行评估；

2.各模块下评估指标的选择 评估指标的选择是评估中最为重要的一个环节，选择合适的评估指标，不但可以对系统做出合理有效的评估，也给系统的进一步优化提供指标参考。

在评估系统中，根据指标本身功能要求，每一个指标的建立都需要一定的计算方法。另外，根据每个指标在评估系统中的地位以及所起的作用，对整体性能的评估给出合理的评估方法。

2 着舰控制系统指标的分析

根据上述原则，以着舰过程不同阶段的性能为参考标准划分评估系统的模块。主要针对进场着舰性能、机舰耦合作用、边界保护性能、着舰点误差以及着舰成功率五个方面建立各自的评估指标体系。根据着舰不同阶段对控制系统的具体要求，结合指标在控制系统中所起的作用及其权重的大小，建立上述五个指标体系为基础的着舰控制系统多层次评价指标体系结构，并对其关键指标进行定量分析。

2.1 进场着舰性能

进场着舰性能[6]指标体系包括美国海军联适用规范指南中已有和现有的进场着舰相关指标。主要包括下滑跃升机动、最小视场角度、失速速度边界、飞控极限速度、大油门响应、着舰下滑角等6个指标，指标具体说明如下：

a.下滑跃升机动：在机动开始的5s内，能够从初始航迹修正到50ft（15m）高的新航迹的最低速度。

b.最小视场角度：在相对于航母吃水线上方600ft（183m）高度与下滑航迹相交处，从飞行员设计眼位看到舰艉吃水线时的最小视场角度。

c.失速速度边界：失速边界的功率标准是：在使着舰构型产生1.15倍无动力失速速度的推力作用下，平飞时可获得1.1倍有动力失速速度。

d.飞控极限速度：对于舰载机进场着舰阶段而言，飞控极限速度是指基于边界范围内飞行控制的最小速度。

e.大油门响应：在推油门和减速板收回后纵向加速度能在2.5s内达到5ft/s2（1.74m/s2）的最低加速度。

f.着舰下滑角：在光学助降系统下，舰载机着舰的下滑轨迹与海平面的夹角。舰载喷气式飞机一般均以3.5°～4°的固定下滑角进场着舰，最大下滑角受垂直下沉率强加机结构上的载荷所约束，过大的下滑角将使飞机起落架及机体的纵向结构强度难以承受，甚至造成着舰时起落架折断。而最小下滑角是受精确操纵及舰尾扰流所约束，可归纳为以下几方面因素的限制[6，7]：

1.航母静止的情况下，飞机着舰时应有3.05m（10ft）的通过尾舷高度， 由于理想着舰点与尾舷之间的水平距离有限，飞机的下滑角不应过小。

2.下滑角越小，对于垂直方向相同的高度偏差的触舰点，引起的水平距离偏差就越大。另外，受地效作用的影响，在小下滑角时，触舰点距离偏差也会相应增大。如果低于所需要的下滑角，飞机可能被下洗尾流打入舰尾有坠毁的危险。

3.下滑角偏小时，驾驶员对下滑面的控制较难。进场的最后10s内，驾驶员通常采用的控制方法是操纵升降舵和发动机推力。对于喷气式飞机，建议甲板风为25kn时用3.5°下滑，甲板风大于30kn用4°下滑[8，9]。

进场着舰性能指标如图1所示：

2.2 机舰耦合作用

机舰耦合作用[10]性能指标包括：最大纵摇角、最大横摇角、最大下沉高度、甲板中线夹角等4个指标。

通常航母是以30海里/小时的速度行驶，加之海况所造成的舰体横摇、纵摇和升沉等，从而使飞机的预期着舰点实际上是三维空间的活动点。美国海军规定，舰载机着舰时，航母纵摇不得超过2°，横摇不得超过7°，舰艉下沉不得超过1.5m，否则着舰上钩将非常困难。同样，在舰载机起飞离舰时舰艏不得下沉，经计算每下沉1°，舰载机离舰速度必须提高20kn（37km/h），方能保证安全离舰。

机舰耦合作用指标如图2所示：

2.3 边界保护性能

在着舰阶段舰载机许多参数的边界限制中[11]，过载及迎角限制最为重要。最大过载和临界迎角一般与人体的忍耐极限和飞机的结构载荷有关。

根据设计，临界迎角可以从16°到20°变化。通过增大进场着舰迎角，可以有效提高升力系数，提高着舰性能。但限于鸡头前部视场、飞行品质，保证尾部攻击能力等其他限制条件，实际迎角一般不会达到迎角边界。F/A-18A的安全着舰迎角约为8°。

过载限制的范围应根据飞机用途确定，各国规范都是根据本国实际情况对飞机进行分类，并规定其过载的大小，如表1所示：

2.4 着舰点误差

ACLS的主要功能是对着舰下滑航迹进行精确控制。衡量舰载机着舰精度的指标是着舰偏差的大小。着舰偏差是指舰载机的实际着舰点与理想着舰点之间的位置关系，包括纵向偏差、横向偏差以及轨迹跟踪精度。其中，纵向偏差又包括水平位置偏差和垂直高度偏差，轨迹跟踪精度是在三维空间上跟踪轨迹与理想轨迹的偏差，其表达式为：

（1）

航母甲板上一般布置有4根拦阻索，第1根位于距船尾50m左右处，其余3根按照舰尾至舰首方向每隔约12m设1根。理想着舰点位于第2根和第3根拦阻索的中心位置。水平位置偏差指实际着舰点与理想着舰点之间的水平距离；垂直高度偏差指在理想着舰点处舰载机的实际下滑轨迹与理想下滑轨迹之间的垂直距离；横向偏差是指舰载机在进舰过程末端到达理想着舰点处时，机身中轴线偏离拦阻区的甲板跑道中心线的横向距离。偏差等级分类标准如表2所示。

2.5 着舰成功率

着舰成功率是飞机没有发生事故且未发生复飞和逃逸的概率。据国外舰载机飞行训练的统计数据表明，在安全着舰、复飞、逃逸、撞舰（撞击母舰舰尾）这几种现象中，复飞概率最大，为40%～50%[12]。着舰成功率=1-着舰事故率-着舰逃逸率-着舰复飞率。

2.6 着舰控制系统性能指标体系

根据以上对各个指标的分析，对着舰控制系统建立评估体系，主要包括进场着舰性能、机舰耦合作用、边界保护性能、着舰误差指标和着舰成功率五个方面。具体的评估体系见图5所示。

结论

本文简要分析了着舰过程的关键指标，建立了以着舰过程各阶段为基础的进场着舰性能、机舰耦合作用、边界保护性能、着舰误差指标以及着舰成功率各模块的评估指标模型，并构建了着舰控制系统的多层次评价指标体系结构。对研究舰载机着舰控制系统性能评估提供了可靠的理论依据。

参 考 文 献

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航空航天学科评估篇8

关键词：北斗卫星导航 接收机 定位精度 测试

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0053-04

随着我国自主产权的北斗二号卫星导航系统一期建设的完成，并正式投入使用，我国的卫星导航产业迅猛发展。与卫星导航相关的产业，包括运控系统、维保系统、终端产业和运营产业等都进入了快速发展时期。卫星导航接收机是卫星导航终端系统中核心设备，卫星导航系统的功能、性能和作用是通过导航接收机设备得以实现和发挥效益的[1]。而卫星导航接收机品种多样、用途功能不一，难以评判其档次。为了保证日益增长的卫星导航接收机的需求和规范卫星导航接收机的性能指标，对卫星导航接收机的性能指标进行合理评价是必要的。

其中，卫星导航接收机最主要的性能指标即是定位精度。定位精度是用来描述卫星导航接收机在一定条件下，能达到的定位水平。换言之，即是卫星导航接收机确定的坐标与真实的坐标之间的差异度、离散度。

定位精度的评估，需要与一定的测试条件和导航接收机的状态相对应，具体包括如下几个方面：

卫星导航接收机的状态，包括静态、动态；

定位精度测试的坐标系统，包括大地坐标系，地方坐标系等；

由于北斗二号一期卫星导航系统特殊性，还要考察不同时段的定位精度；

该文从以上几个方面展开，讨论卫星导航接收机的定位精度测试方法。

1 定位精度评估方法

评估定位精度方法一般采用内符合精度和外符合精度两种。内符合精度用来表述定位结果的离散度，其参考值是一组定位结果的平均值；外符合定位精度用来表述定位结果与真实坐标的差异，其参考值是真实坐标。

1.1 内符合定位精度

2 静态定位精度测试方法

静态定位精度的评估方法一般采用内符合定位精度和外符合定位精度相结合的方式进行。内符合定位精度不需要已知坐标，只要卫星通视状况良好，无电磁信号干扰的场地即可进行。外符合定位精度的测试，除需要卫星通视状况良好，无电磁信号干扰的场地外，一般还需要将被测试的卫星导航接收机的天线安置于已知坐标的点位上进行。无论是内符合，还是外符合定位精度，其评估的基本原则是概率统计方法，将误差定义为白噪声类型，所以，需要测试的样本量要足够多，才能满足统计要求。对于每次开机取一组定位结果的测试方法，内符合定位精度要求样本量不少于15个，外符合定位精度测试样本量不小于8个。对于开机一次连续接收定位结果的测试方法，内符合定位精度的样机量不少于300个，外符合定位精度测试样本量不小于200个[2]。

对于定位结果数据采集，一般包括两种方法：

（1）每取一次定位结果，需要重新启动接收机一次。这种方法考虑了接收机内部噪声对观测量精度的影响。具体的操作方法是：

①将被测导航接收机的天线安置于基准点上，如果使用三脚架，还需要将三脚架与基准点位的垂直距离测量出。

②被测接收机开机，进行定位，取第一次定位结果（HDOP≤4，VDOP≤4，定位标识为已定位）。

③将被测接收机天线移开，接收机关机。

④被测导航接收机的天线重新安置于基准点上，开机，采集定位结果。

⑤重复①～③操作，直至采集足够的样本。

（2）卫星导航接收机开机一次后，连续采集定位结果。

对于以上两种方法，测试情况各有优缺点。第一种方法，对卫星卫星导航接收机要求严格，性能要求更高，但测试流程复杂。第二种方法测试流程简单，特别是对于长时间的样本采集，可以进行实时存储，事后分析的方式进行，缺点是没有考察接收机的稳定性和接收机内部噪声的影响。用户可以根据自身的需求和测试条件选择合适的方法。

3 动态定位精度测试方法

卫星导航接收机在静态模式下，可以采用平滑、滤波等数据处理方法，对定位结果进行粗差剔除，而且由于静态测试时，被试设备和参考点位都是静止不动的，坐标参考比较容易选择，所以，静态测量的定位精度一般较好。但在实际工作中，卫星导航接收大多数情况下，并不是静止不动的，动态定位是其常用的工作模式，所以，动态定位精度测试显得尤为重要。

卫星导航接收机无论是静态还是动态定位，其基本的信号处理和数据处理方法是相同的，不同点在于，动态定位需要接收机的基带、环路具有一定的动态特性，数据处理也不能采用普通的平滑处理。一般的测试方法包括如下4种。

3.1 静态定位替代动态定位精度方法

采用这种方法的一般是由于不具备动态测试条件的用户，或是动态定位精度要求不高的情况下，测试方法同第3节描述。

3.2 地图拟合方法

地图拟合方法是将跑车得到的动态定位结果在地图上显示，判断行车轨迹与道路符合程度的一种概略评估定位精度的方法，该方法无法精确评估出精度，只能说明动态定位的概略水平，有无跳点、野值等情况。GOOGLE EARTH支持提取标识点的经纬度及高程信息，但操作流程十分繁琐，在此不予以介绍。概略的评估方法具体操作流程如下：

被试接收机采集动态定位数据。无论是何种接收机，一般都会输出NMEA格式的数据，将输出的NMEA格式数据进行存储；定位结果采集的原则是在野外空旷的道路上跑车，最佳路线是环形路线，按固定线路跑车2圈以上。

使用转换工具将NMEA格式数据转换成KML格式的文件。

在GOOGLE EARTH上打开该KML文件，查看跑车线路与实际道路的符合程度，不同圈的定位结果的符合程度，是否存在野值等动态定位情况。

此方法只能概略的评估动态定位精度，无法给出准确的定位精度值。

3.3 固定轨道测试方法

在地图拟合方法测试时，车辆在道路上行进，难免会进行超车、变道等行为，所以其轨迹并不是一成不变的，基于同样思路，可以采用固定轨道的方法进行测试。一般采用环状的轨道，例如公园内儿童乘坐的小火车等即可。环状轨道的半径可通过测量得到，轨道的中心位置和北向也可通过标定精确确定，因而此轨道上的每一点位坐标都可精确获得。

（1）确定被试设备的初始位置（可选在正北）。

（2）载车在轨道上匀速行进，记录载车跑完完整一圈花费的时间记为T s，记录下每秒的定位结果并存储。

（3）进行事后精度评估。

3.4 差分定位方法

当具有差分GPS设备和已知基准点时，可以采用本方法。

（1）差分GPS设备正常工作。

（2）将差分GPS的流动站接收天线与被试设备的接收天线尽可能安置一起，同时进行定位数据采集，并将采集的定位结果样本分别进行存储。

（3）按2.2节所述外符合定位精度评估方法，以差分GPS流动站的定位结果为基准值，进行动态定位结果的评估。

此方法的优点是差分GPS的定位精度较高，因此，被试设备的定位精度评估较为精确，能给出具体的外符合水平和高程定位精度；同时，因为差分GPS流动站设备与被试设备是同步采样，可以考察定位结果的时间特性。

3.5 卫星信号模拟源方法

使用卫星信号模拟源方法，采用动态运动场景，卫星导航接收机采用有源方式接入模拟源，通过评估报告，可直接评定动态定位精度。

4 不同测试方法引起的定位精度差异

对于卫星导航接收机定位精度指标，通常的定义是分为水平方向和高程方向，这符合用户的正常使用习惯。但对于卫星导航接收机来说，其原始的定位结果是大地坐标系下的结果，这样，为评定水平定位精度和高程定位精度，需要将大地坐标系下的定位结果转为平面坐标和高程坐标。定位结果的转换存在不同的方法，而不同的方法之间，又存在着转换的精度误差。这几种方法的优劣下面进行分别阐述。

4.1 近似计算方法

所谓由大地坐标系转为平面坐标的近似计算方法，即是不考虑地球的实际形状，将地球视为一个球体，这样地球上每一个点位的坐标只与其纬度值有关。根据这种特性，将大地经度，大地纬度和大地高这三个方向的误差值近似换算为距离值的方法。其具体方法如下：

（1）计算定位点经、纬圈周长。

从示例看，经度和纬度方向的范围均为厘米级，对于非测量型用户机，此方法近似精度能够满足评定其定位精度的标准。对于测量型用户机，特别是静态测量，精度较高，不建议采用此方法评估定位精度。

通常，在近似计算中，将地球假设为半径为a的球形计算即可。

4.2 高斯投影计算方法

高斯投影的投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点O作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴（x），以赤道的投影为横坐标轴（y），这样便形成了高斯平面直角坐标系[4]。

高斯投影方法就是将北斗卫星导航接收机测量得到的大地坐标转为高斯坐标，与高斯平面坐标形式的基准值（如果基准值是大地坐标形式，也可以通过（11）式转为高斯平面坐标）进行比较，求得外符合精度。

高斯投影，将中央经线投影为直线，其长度没有变形，与球面实际长度相等，其余经线为向极点收敛的弧线，距中央经线愈远，变形愈大。赤道线投影后是直线，但有长度变形。除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。经线和纬线投影后仍然保持正交。所有长度变形的线段，其长度变形比均大于1。就是说，如果求得的水平误差精度向量距离中央子午线越远，长度变形越大。

4.3 站心地平坐标系计算方法

站心坐标系的定义为：原点位于观测站A，Z轴与A点的椭球法线相重合（天），X轴垂直于Z轴指向椭球的短轴（北），而Y轴垂直于XAZ平面（东），构成左手坐标系，也就是我们通常所说的北东天坐标系（NEU坐标系）。站心坐标系通常用来表述一点相对于另一点在站心坐标系下的三维分量[2]。

站心坐标系计算水平定位精度的方法是将测量值和真值在同一坐标框架下的空间直角坐标系误差向量转为站心地平坐标系下，从而求得水平和高程定位精度的一种方法。其计算过程如下：

测量值和坐标真值由式（12）转为空间直角坐标系。

求出每个测量值与坐标真值在空间直角坐标系下的误差向量。

按式（13）将误差向量转为水平方向和高程方向。

4.4 几种方法确定的水平定位精度比较

为直观体现以上几种方法的水平定位精度，现以一组数据为例进行前阐述。（见表1）

由表2可以看出，三种方法在水平方向上的定位精度相差不到1 mm，其中高斯投影方法和站心坐标系方法更为接近，但近似计算的方法更快捷，不需要编程，Excel表格即可计算出结果。所以，在实际工作中，如果是非测量型卫星导航接收机的水平定位精度评估，优先选择站心坐标系方法，如果精度要求不高时，三种方法均可。

5 定位精度测试需要考虑的其它因素

对于卫星导航接收机，影响其定位精度的因素有两个，一个是观测量精度（UERE）；另一个是精度衰减因子，由当前卫星星空布局决定。定位精度测试除上述的考虑静态、动态接收机状态的因素外，对于北斗系统的定位精度测试，还需要考虑不同时段和不同地区的定位精度差异性。另外，坐标系的统一问题，也是值注意的因素。

5.1 时段因素

北斗二号一期卫星导航系统的星座构成包括5颗GEO卫星，5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星。5颗GEO卫星横跨中国地区的经度，位于赤道上空。相对卫星导航接收机几乎是静止不动的，其它IGSO和MEO卫星按各自的轨道升降，这样，在不同时段，同一地点的卫星数量是不同的，其几何布局也是不同的，所以，严格来说，定位精度的测试还要考虑不同时段的影响。

由图3可见，各个时段的可用卫星数量是不同的。时段因素是评定北斗卫星导航接收机定位精度的重要因素之一，在时间允许的条件下，建议进行24 h循环试验，每3～4 h为一时段，在每一时段内进行若干次重复开关机定位或连续定位，将每个时段内的定位结果进行一次评估。这样，对于一天内的6～8个时段的相应时段内的定位精度均要达到指定的要求，该接收机的定位精度才算达标。

5.2 地区因素

由上节分析，某一地区北斗二号可见卫星数量是不同的，因而其构成的卫星几何精度因子也不尽相同，导致接收机的定位精度有所差别。（见图4）

但在实际测试中，如果考虑不同地区卫星星座的不同，某一设备需要到全国几个典型地区进行现场实测才能把该因素体现出来，这样对于测试的人力、物力及时间要求较高，故可以采用卫星信号模拟器来模拟不同地区的卫星星座，从而评估不同地区的定位精度。该模拟星座遵守所有卫星的轨道尽量模拟现实，不同地区采用同一个星座，这样才能起到评估的作用。

5.3 坐标系因素

北斗卫星导航接收机的原始定位结果是基于CGCS2000坐标系下的大地坐标。而用来评估定位精度的基准点坐标可能是多种多样的，有BJ54、WGS84框架下的大地坐标，或是高斯平面坐标。高程有可能是我国经常使用的85高程系统下的正常高，不同坐标框架下的坐标是无法直接进行比较的。如果基准点是BJ54坐标系下的坐标值，建议重新进行CGCS2000坐标系下点位进行标点，由七参数进行两个坐标系的坐标转换，误差较大，不建议采用。对于WGS84坐标系下的坐标值，如果是非测量型接收机的定位精度评定，可以直接进行比较（误差在厘米级）。对于CGCS2000坐标系下的高斯平面坐标，可以把基准值通过高斯正反算转成大地坐标，也可以把测量值转到高斯平面坐标，此时注意投影是3度带还是6度带。

6 结语

该文对北斗卫星导航接收机的定位精度的方法进行了探讨，介绍了几种常用的静态和动态定位的测试方法，同时介绍了影响定位精度测试方法的影响因素，最后，针对不同测试方法引起的定位精度差异进行了分析，并根据算例，分析了几种测试方法的优劣，并对具体测试给出了建议。

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