Vylepšený systém pro měření výšky

Abstract

Tato disertační práce se zabývá rozborem a návrhem možných zlepšení u některých metod měření výšky. Cílem těchto zlepšení je získání návrhu vylepšeného elektronického systému pro měření výšky, který by v porovnání se současnými měřícími systémy dosahoval vyšších kvalit měření, při snížených nákladech na jeho realizaci. Tím by mohlo být dosaženo vyššího rozšíření těchto elektronických systémů zejména v kategorii letadel všeobecného letectví, kde by tyto navržené systémy dodávaly těmto letadlům, v porovnání se současnými měřicími systémy, přesnější informace o stavu letu. To bylo také hlavní motivací při volbě tématu této disertační práce. Disertační práce se po úvodním teoretickém rozboru řešené problematiky zabývá ve své první části zejména možností zlepšení kvality měření u systémů založených na barometrickém principu měření výšky. K tomu využívá netradičního použití diferenčního snímače pro měření hodnoty tlaku vzduchu, na které je barometrický princip měření výšky založen. Dále je rozebrána možnost korigování modelu Mezinárodní standardní atmosféry (MSA) na základě změřeného reálného stavu atmosféry. To přináší možnost použití barometrického principu, který podle tohoto modelu přepočítává změřený tlak na výšku, i do aplikací, kde to bylo dříve problematické. V další části práce je popsán návrh vylepšeného systému pro měření výšky, provedený na základě zjištěných poznatků, využívající diferenční snímač tlaku a barometrický princip s korigovaným výpočetním modelem MSA. Nastíněn je také princip využití fúze změřených údajů z jednotlivých částí systému, navržených původně pouze pro pomocné funkce v systému, který může přinést další zlepšení celkové kvality měření navrženým systémem. V závěru práce je popsána experimentální realizace navrženého systému a ověření její funkce v laboratorních podmínkách i při skutečném letu. Práce je pak zakončena shrnutím splněných cílů této práce a základních dosažených výsledků experimentální realizace navrženého systému.

This doctoral thesis deals with an analysis and design of possible improvements in some methods of altitude measurement. The goal of these improvements is to design an Enhanced Electronic System for Altitude Measurement which – in comparison with the existing systems – could secure achievement of better quality of measurement and reduction of realization costs. This might lead to wider usage of these electronic systems, especially in the category of General Aviation airplanes, where these systems would provide more accurate information about the course of flight to these aircraft than the existing systems. This was also the main motivation for the choice of the doctoral thesis topic. After the initial theoretical analysis of the problems being solved herein, the first section of this doctoral thesis deals especially with a possible improvement of the qualities of measurement systems based on the barometric principle of altitude measurement. The improvement is achieved by innovative usage of differential pressure sensors for measurement of the value of air pressure on which the barometric principle is based. Further on, the possibility of correction of the International Standard Atmosphere (ISA) model based on the state of the real atmosphere is considered. This brings a possibility to use the barometric principle, which uses the ISA model to recalculate the value of pressure to the value of height, in applications where it used to be problematic. Further on in the thesis the design of the Enhanced System for Altitude Measurement based on all the available knowledge is described. This system is based on the differential pressure sensor and uses barometric principle with a corrected ISA model. Also the principle of utilization of the fusion of values measured in the individual parts of the system originally designed only for some auxiliary operations is outlined here as it may lead to further improvement of the overall quality of measurement by the designed system. At the end of the thesis an experimental realization of the designed system is described together with verification of its function both in laboratory condition and during a real flight. The thesis is concluded by a summary of the fulfilled goals of the thesis and the achieved performance results of the experimental realization of the designed system.