CN101572019A - 雷达航迹拟合及统计分析的装置 - Google Patents

雷达航迹拟合及统计分析的装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种雷达航迹拟合及统计分析的装置包括：雷达航迹综合处理模块，其识别处理雷达数据并创建雷达航迹；空域数据地图模块，其对雷达飞行航迹数据的进行空间管理并真实复现该数据；雷达标称航迹分析模块，其对实际雷达飞行航迹与标称航迹间的偏差和航空器保持在标称航迹一定偏差范围内的飞行概率进行统计；雷达数据流量统计模块，其根据雷达航迹数据以多种方式统计指定空域单元的飞行流量；雷达航迹数据输出模块，其以图表显示雷达标称航迹偏航分析结果和雷达数据流量统计结果。该装置为空域规划以及提高空域容量提供了数据支持和理论支持。

Description

雷达航迹拟合及统计分析的装置
技术领域
本发明涉及一种雷达航迹拟合及统计分析的装置。
背景技术
PBN(Navigation based performance，基于性能导航)的推广，有利于减小航路间隔、优化航路间隔，并能够有效地提高空域利用率和容量。各国民航都在逐步推广PBN，尽管我国在这方面尚处于起步阶段，但正在以较快速的速度跟进。国内应用PBN之前，必须对当前空域的运行情况，特别是航空器的航迹保持能力进行科学的分析和研究，并根据分析结果为RNP(Required Navigation Performance，所需导航性能)实施提供策略支持。
我国目前已经完成了三大区域管制中心的建设，这标志着占全国航空运输总量80％以上的区域已经完成了雷达管制，为飞行轨迹数据的获取提供了数据基础。
随着我国航空运输业的快速发展，空域的限制成了制约我国民航空管发展的最重要的因素之一。在这种情况下，总局先后于2001年和2005年完成了“空域管理与评估系统”一、二期的建设，用于完成对机场、终端区和航路等特定空域的容量进行准确的评估。但是，由于在系统建设过程中，还不具备引接雷达数据的条件，因此，只引接了AFTN(AeronauticalFixed Telecommunication Network，航空固定电信网)和ACARS(AircraftAddressing and Reporting System，飞机通信寻址与报告系统)数据。但是，正是由于雷达数据的缺失，在一定程度上影响了评估结果的准确性。
与此同时，总局于2006年陆续开展航路网规划项目以及与波音公司的空域建模等合作项目。在这些项目中，也迫切需要对飞行航迹进行精确的拟合分析，作为决策的依据。我国目前没有成型的相关系统，因此，建立这样一套基于雷达数据的飞行航迹拟合分析装置是十分必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种为了对当前空域的运行情况特别是航空器的航迹保持能力进行科学的分析和研究，并为其它相关技术提供评估结果和决策依据的雷达航迹拟合及统计分析的装置。
本发明的技术方案是：这种雷达航迹拟合及统计分析的装置包括：雷达航迹综合处理模块，其识别处理雷达数据并创建雷达航迹；空域数据地图模块，其对雷达飞行航迹数据的进行空间管理并真实复现该数据；雷达标称航迹分析模块，其对实际雷达飞行航迹与标称航迹间的偏差和航空器保持在标称航迹一定偏差范围内的飞行概率进行统计；雷达数据流量统计模块，其根据雷达航迹数据以多种方式统计指定空域单元的飞行流量；雷达航迹数据输出模块，其以图表显示雷达标称航迹偏航分析结果和雷达数据流量统计结果。
该装置在现有空域结构、交通流量数据采集系统以及流量统计分析模型的基础上，通过收集、分析、处理所需数据，通过应用分析结果给出的数据以及图表，为空域规划以及提高空域容量提供了数据支持和理论支持。其对当前空域的运行情况特别是航空器的航迹保持能力进行了科学的分析和研究，并为其它相关技术提供了评估结果和决策依据。
附图说明
图1为本发明的系统功能模块图；
图2为雷达航迹综合处理模块的功能模块图；
图3为空域数据地图模块的功能模块图；
图4为雷达标称航迹分析模块的功能模块图；
图5为雷达数据流量统计模块的功能模块图；
图6为雷达航迹数据输出模块的功能模块图；
图7为雷达航迹综合处理的流程图；
图8为空域数据地图维护的流程图；
图9为雷达航迹偏航分析单元的流程图；
图10为雷达数据流量统计模块的流程图；
图11为指定空域单元流量统计分析的流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的系统功能模块图。这种雷达航迹拟合及统计分析的装置包括：雷达航迹综合处理模块，其识别处理雷达数据并创建雷达航迹；空域数据地图模块，其对雷达飞行航迹数据的进行空间管理并真实复现该数据；雷达标称航迹分析模块，其对实际雷达飞行航迹与标称航迹间的偏差和航空器保持在标称航迹一定偏差范围内的飞行概率进行统计；雷达数据流量统计模块，其根据雷达航迹数据以多种方式统计指定空域单元的飞行流量；雷达航迹数据输出模块，其以图表显示雷达标称航迹偏航分析结果和雷达数据流量统计结果。
图2为雷达航迹综合处理模块的功能模块图。优选地，所述雷达航迹综合处理模块包括：DOD(DEPARTMENT OF DEFENCE，美国国防部)雷达航迹数据格式转换和提取单元，其将欧洲猫雷达自动化系统输出的二进制文件形式的DOD雷达航迹数据依据接口文件规范读取并转换为十进制数据或字符；雷达航迹数据预处理单元，其从依据规范文件转换后的数据提取航班号、机型、当前时间、航空器飞行高度、经纬度位置等信息并进行数据录入，同时进行异常数据处理；雷达航迹空间数据处理单元，将雷达航迹数据依据区域和时间进行雷达航迹空间数据的生成。
图3为空域数据地图模块的功能模块图。优选地，所述空域数据地图模块包括：空域地图和要素的显示与控制单元，其进行图形化仿真视窗下的地图管理与地图操作，包括空域静态地图和雷达轨迹图的显示控制等；雷达轨迹空间数据的管理单元，其进行空域数据处理和雷达航迹生成，主要依据区域、机型、标称航迹生成具有空间信息的雷达数据图层，为偏航分析提供数据基础。
图4为雷达标称航迹分析模块的功能模块图。优选地，所述雷达标称航迹分析模块包括：航迹保持精度分析单元，其分析指定航路上航迹在分析区域内的保持时间以及根据分析的轨迹精度进行航班的误差分析，同时绘制出在标称航迹设定精度范围内飞行的区域边界；区域半宽分析单元，其根据设置采样区域宽度将航路的两侧离散成带状空间，分析每带出现的航空器密度概率；标称航迹的最大偏航误差分析单元，其分析飞行于当前标称航迹周围的航空器偏离该标称航迹的最大偏移距离和该航班的相关信息，同时计算该航班出现偏航的概率；偏航概率分析单元，其进行航班的偏航分析和依据机型划分的偏航分析(航班的偏航分析，通过设置标称航迹周围合理的均匀区域，分析在整个飞行过程都在该区域内航班；按机型的偏航概率分析，依据机型进行偏航概率的正反向分析：即指定机型，统计出在标称航迹设置的偏差范围内的航迹比例或者根据实际航迹的分布，计算出航迹合理宽度)。
图5为雷达数据流量统计模块的功能模块图。优选地，所述雷达数据流量统计模块包括：枢纽机场的航班信息统计分析单元，其进行指定有效范围内的枢纽机场航班信息流量统计以及进场、离场、飞越航班情况的统计分析；指定空域单元的流量统计分析单元，其依据某一特定单元的雷达数据，分时段分高度层进行飞行流量统计，同时动态保存、查询以及动态显示统计记录等。
图6为雷达航迹数据输出模块的功能模块图。优选地，所述雷达航迹数据输出模块包括：雷达航迹偏航数据输出单元，其显示雷达航迹偏航数据空间数据，并输出偏航数据的实时分析图表和分析结果数据；枢纽机场统计输出单元，其分类复现机场终端区进离场航班空间航迹数据，并输出航班信息统计结果的图表；指定空域单元的流量统计输出单元，其依据真实航迹数据进行流量统计结果的数据表格输出和多种形式图表输出。
图7为雷达航迹综合处理的流程图，主要包括以下步骤：(a1)通过进行数据采集和相关方法，获取相关的二进制DOD文件数据并存储到相应文件路径；(a2)依据相应的文件接口规范进行依次读取雷达数据；(a3)对读取的雷达数据进行分析和异常处理，筛选雷达航迹的信息包括航班呼号，飞行高度，飞行位置等具体信息并入库；(a4)针对雷达航迹中的每一条记录，依据航班时刻表等空域结构数据处理和修正航班标识；(a5)提取经纬度信息，转换经纬度信息等格式问题；(a6)更新数据记录，保存各种处理后的最终数据记录。
图8为空域数据地图维护的流程图，主要包括以下步骤：(b1)通过应用空域数据维护模块生成空域结构数据以及雷达航迹综合处理模块处理的雷达航迹数据生成航迹地理数据；(b2)提取部分雷达轨迹空间数据，将数据在二维空域地图上进行绘制，为分析准备空间数据；(b3)应用空域数据的管理和维护模块，可以进行空间数据的管理包括风格管理、样式管理等，同时可以进行雷达空间数据的管理包括数据的查询显示、增删查改等。
图9为雷达航迹偏航分析单元的流程图，主要包括以下步骤：(c1)在航迹偏航分析模块进行的相应设置，依据设置信息提取雷达标称航迹信息；(c2)依据相应的规范，分析该标称航迹的最大容忍区域同时地图生成并显示容忍区域范围；(c3)依据设置情况，进行相应区域内雷达航迹点的筛选同时判断该雷达航迹点与标称航迹的位置关系；(c4)根据步骤(c2)和步骤(c3)生成的标称航迹区域范围和雷达航迹范围等信息，分析雷达轨迹的偏航情况，并将分析结果存储入库；(c5)根据步骤(c4)的分析，输出该标称航迹的航班数量以及最大偏航距离等位置信息。
图10为雷达数据流量统计模块的流程图，主要包括以下步骤：(d1)首先设置统计空间信息，具体包括航路点、航路、管制区和扇区，然后进行统计时间、统计类型、以及显示字段等信息设置；(d2)依据步骤(d1)的相应设置情况，分类别进行雷达文件数据的提取，并存储到内存；(d3)针对上述雷达数据，依据相应的字段以及步骤(d1)的不同设置情况进行飞行流量的统计以及分析；(d4)统计结果入库并以文字表格和图表的形式输出。
图11为指定空域单元流量统计分析的流程图，主要包括以下步骤：(e1)首先生成和获取静态空域结构数据，并应用雷达数据综合处理模块处理雷达数据；(e2)进行空域静态数据的选择和统计时间的设置；(e3)依据不同的空域数据类型分别为航路点、航路、管制区、扇区，进行对应不同的统计分支；(e4)依据空域数据类型，提取和显示该空域数据类型对应的数据列表，选择具体的空域数据名称；(e5)判断统计的空间名称是单条记录统计还是多条记录同时统计；(e6)如果步骤(e5)判断的统计是单条记录统计，则进行高度层相关约束条件设置；(e7)判断步骤(e6)设置的高度层是否逐层进行统计；(e8)如果步骤(e7)不是逐层统计，则进行机型约束条件的设置；(e9)进行统计类型的设置；(e10)当前操作按日进行飞行流量统计；(e11)当前操作按小时进行飞行流量统计；(e12)如果步骤(e7)判断的结果是逐层统计，则提取所有层数记录；(e13)判断当前是否是最后一条记录，如果不是最后一条记录，则执行步骤(e8)至步骤(e11)的过程；(e14)如果步骤(e5)判断的统计是多条记录，则对记录逐一进行提取；(e15)判断步骤(e4)记录是否是最后一条记录，如果不是最后一条记录，则执行步骤(e6)至步骤(e13)的过程；(e16)进行统计结果存储并显示数据；(e17)结束。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1、雷达航迹拟合及统计分析的装置，其特征在于，该装置包括：
雷达航迹综合处理模块，其识别处理雷达数据并创建雷达航迹；
空域数据地图模块，其对雷达飞行航迹数据的进行空间管理并真实复现该数据；
雷达标称航迹分析模块，其对实际雷达飞行航迹与标称航迹间的偏差和航空器保持在标称航迹一定偏差范围内的飞行概率进行统计；
雷达数据流量统计模块，其根据雷达航迹数据以多种方式统计指定空域单元的飞行流量；
雷达航迹数据输出模块，其以图表显示雷达标称航迹偏航分析结果和雷达数据流量统计结果。
2、根据权利要求1所述的雷达航迹拟合及统计分析的装置，其特征在于，所述雷达航迹综合处理模块包括：
DOD雷达航迹数据格式转换和提取单元，其将欧洲猫雷达自动化系统输出的二进制文件形式的DOD雷达航迹数据依据接口文件规范读取并转换为十进制数据或字符；
雷达航迹数据预处理单元，其从依据规范文件转换后的数据提取航班号、机型、当前时间、航空器飞行高度、经纬度位置等信息并进行数据录入，同时进行异常数据处理；
雷达航迹空间数据处理单元，将雷达航迹数据依据区域和时间进行雷达航迹空间数据的生成。
3、根据权利要求1所述的雷达航迹拟合及统计分析的装置，其特征在于，所述空域数据地图模块包括：
空域地图和要素的显示与控制单元，其进行图形化仿真视窗下的地图管理与地图操作；
雷达轨迹空间数据的管理单元，其进行空域数据处理和雷达航迹生成。
4、根据权利要求1所述的雷达航迹拟合及统计分析的装置，其特征在于，所述雷达标称航迹分析模块包括：
航迹保持精度分析单元，其分析指定航路上航迹在分析区域内的保持时间以及根据分析的轨迹精度进行航班的误差分析，同时绘制出在标称航迹设定精度范围内飞行的区域边界；
区域半宽分析单元，其根据设置采样区域宽度将航路的两侧离散成带状空间，分析每带出现的航空器密度概率；
标称航迹的最大偏航误差分析单元，其分析飞行于当前标称航迹周围的航空器偏离该标称航迹的最大偏移距离和该航班的相关信息，同时计算该航班出现偏航的概率；
偏航概率分析单元，其进行航班的偏航分析和依据机型划分的偏航分析。
5、根据权利要求1所述的雷达航迹拟合及统计分析的装置，其特征在于，所述雷达数据流量统计模块包括：
枢纽机场的航班信息统计分析单元，其进行指定有效范围内的枢纽机场航班信息流量统计以及进场、离场、飞越航班情况的统计分析；
指定空域单元的流量统计分析单元，其依据某一特定单元的雷达数据，分时段分高度层进行飞行流量统计，同时动态保存、查询以及动态显示统计记录。
6、根据权利要求1所述的雷达航迹拟合及统计分析的装置，其特征在于，所述雷达航迹数据输出模块包括：
雷达航迹偏航数据输出单元，其显示雷达航迹偏航数据空间数据，并输出偏航数据的实时分析图表和分析结果数据；
枢纽机场统计输出单元，其分类复现机场终端区进离场航班空间航迹数据，并输出航班信息统计结果的图表；
指定空域单元的流量统计输出单元，其依据真实航迹数据进行流量统计结果的数据表格输出和多种形式图表输出。
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