CN103528598B - 一种飞机航迹模拟的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航管领域，尤其是涉及一种模拟飞机航迹的模拟方法。本发明针对现有技术存在的问题，提供根据飞机当前所在位置和飞机的速度等信息，灵活地模拟精确的飞机航迹的一种飞机航迹模拟的方法，本发明是根据飞机在椭球体上投影点K的经度L、纬度B、经度圈上的分速度VL和纬度圈上的分速度VB，求取单位时间t后飞机所在位置的经度L2，纬度B2，进而求出飞机一系列航迹。

Description

一种飞机航迹模拟的方法
技术领域
本发明涉及航管领域，尤其是涉及一种飞机航迹模拟的方法。
背景技术
在航管领域中,飞行器的空中位置、高度、速度等飞行情况报告是该领域重要的检测内容。对飞行情况的精确、实时监视，是未来航管监视的重要发展方向。航管监视技术研究试验和航管监视设备的高精度检测迫切需要一种能够灵活和准确地模拟飞机航迹的方法。
目前，国内航迹模拟方法主要包括：记录空中真实飞机航迹和基于地球球体模型的条件进行的航迹计算。第一种方法精确度较高但非常不灵活，第二种方法灵活但不精确，均无法满足科研试验和测试要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供根据飞机当前所在位置和飞机的速度等信息，灵活地模拟精确的飞机航迹的一种飞机航迹模拟的方法，其根据飞机在椭球体上投影点K的经度L、纬度B、经度圈上的分速度VL和纬度圈上的分速度VB，求取单位时间t后飞机所在位置的经度L2，纬度B2，进而求出飞机一系列航迹。
本发明采用的技术方案如下：
一种飞机航迹模拟的方法包括：
步骤1：将飞机当前所在位置投影在地球上，得到WGS-84坐标系中，飞机投影点K经度坐标B、纬度坐标L；
步骤2：计算飞机投影点K所在位置的经度半径RL和纬度半径RB；
步骤3：将飞机飞行速度，在地球经度线方向和地球纬度线方向进行分解，得到地球经度线上的分速度VL和地球纬度线上的分速度VB；结合步骤2所得的经度半径RL和纬度半径RB，计算出单位时间t内，飞机所在位置经度改变量dl和纬度改变量db；
步骤4：根据飞机当前位置的经度坐标L和纬度坐标B，和步骤3得到飞机所在位置经度改变量dl和纬度改变量dB，得到单位时间t后，飞机所在位置的经度坐标L2，纬度坐标B2；
步骤5：以(B2,L2)为起始点，结合飞机在经度线上分速度VL、纬度线上的分速度VB，再次利用该算法计算下一个点，重复利用该算法产生一条飞机航迹。
所述步骤2具体步骤包括：
步骤21：从K点向坐标轴做垂线，交点为C,M，圆弧DE的半径为椭球短半轴b，圆弧FG的半径为椭球长半轴a，椭圆弧DG为椭球体经度线的一部分，K1点为CK的延长线与圆弧FG的交点；
步骤22：在WGS-84坐标系中，从飞机投影点k点做切线，交P轴于T点；从K点做KT的垂线，交z轴于N点，NK即为飞机在地球上投影点的经度半径；
步骤23：kT为切线，KN垂直于KT，所述KN与椭圆长轴夹角为B，投影点K到椭圆圆心的夹角为α；
由椭圆方程：
（1）
由公式（1）可得：（2）
步骤24：Kt是椭圆上K点的切线，其斜率为公式（3），
（3）
步骤25：结合公式（2）、公式（3）得到公式（4）：
（4）
其中
步骤26：结合公式（3）、（4）得到公式（5）、（6）：
（5）
（6）
步骤27：k点的纬度半径RB和经度半径RL：
（7）
（8）
所述步骤3具体步骤包括：由于飞机在较短时间内飞行的距离比较短，地球的长半径和短半径相对较大，所以在较短时间内飞机在半径为RL的经度圆弧上以速度VL做近似圆周运动，同时在半径为RB的纬度圆弧上以速度VB做近似圆周运动；由此得到单位时间t后，飞机经度改变量dl和纬度改变量db：
（9）
（10）
所述步骤4具体步骤为：根据飞机当前位置的经度坐标B、纬度坐标L、经度改变量dl和纬度改变量db，得到单位时间t后，飞机所在位置经度坐标L2，纬度坐标B2：
L2=L+dl：(11)
B2=B+db;(12)。
所述较短时间范围小于0.5s。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1）本航迹模拟算法的实现，根据飞机当前所在位置和飞机的速度等信息，灵活地模拟精确的飞机航迹。可以为航管监视设备的功能检测提供逼真的航迹环境；缩短航管监视技术研究及试验时间，节省大量人力和物力成本；为提高航管监视设备的质量提供有力保障。
2）根据飞机当前所在位置和飞机的速度信息，灵活地模拟精确的飞机航迹。根据WGS-84坐标系的定义和图1，已知飞机在椭球体上投影点K的经度L、纬度B、经度圈上的分速度VL和纬度圈上的分速度VB，求取单位时间t后飞机所在位置的经度L2，纬度B2。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1飞机初始点在WGS-84坐标图上地球经度线剖面图示。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明相关说明：
1、WGS-84坐标系采用经度B、纬度L、高度H三个参数来描述，用于表示空间中的点。地球长半轴a为6378137.1米，地球短半轴b为6356752.3米。
2、因为计算飞机投影点的运动航迹，所以H值可以忽略不计。
3、弧段DE是以地球短半轴为半径的圆弧）、弧段DG是地球实际纬度线的一部分、弧段FG是以地球长半轴为半径的圆弧。
4、所以在较短时间内飞机在半径为RL的经度圆弧上以速度VL做近似圆周运动，同时在半径为RB的纬度圆弧上以速度VB做近似圆周运动，近似圆周运动采用微积分思想。
工作原理：已知飞机在椭球体上投影点K的经度L、纬度B、经度圈上的分速度VL和纬度圈上的分速度VB，求取单位时间t后飞机所在位置的经度L2，纬度B2，重复利用该算法，进而得到飞机一条航迹。
实施例一：如图1所示，一种飞机航迹模拟的方法，包括：
步骤1：圆弧DE的半径为椭球短半轴b，圆弧FG的半径为椭球长半轴a，椭圆弧DG为椭球体经度线的一部分。K点是飞机在椭球体的投影点，经度坐标为L,纬度坐标为B,从K点向坐标轴做垂线，交点为C,M。K1点为CK的延长线与圆弧FG的交点。kT为切线，KN垂直于KT。
步骤1：根据椭圆的参数方程有：
（1）
由公式（1）可得：（2）
步骤2：由图1可知，KT是椭圆上K点的切线，其斜率为公式（3），
（3）
步骤3：根据（2）式和（3）式得到公式（4）：
（4）
其中；
步骤4：根据公式（3）、（4）得到公式（5）、（6）
（5）
（6）。
步骤5：由图1，知K点的纬度半径RB和经度半径RL为：
（7）
（8）
步骤6：由于飞机在较短时间内飞行的距离比较短，地球的长半径和短半径相对较大，所以在较短时间内飞机在半径为RL的经度圆弧上以速度VL做近似圆周运动，同时在半径为RB的纬度圆弧上以速度VB做近似圆周运动；由此得到单位时间t后，飞机经度改变量dl和纬度改变量db：
（9）
（10）
步骤7：根据飞机当前位置的经度坐标B、纬度坐标L、经度改变量dl和纬度改变量db，得到单位时间t后，飞机所在位置经度坐标L2，纬度坐标B2：
L2=L+dl：(11)
B2=B+db;(12)
步骤8：以(B2,L2)为起始点，结合飞机在经度线上分速度VL、纬度线上的分速度VB，再次利用该算法计算下一个点，重复利用该算法产生一条飞机航迹。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种飞机航迹模拟的方法，其特征在于包括：
步骤1：将飞机当前所在位置投影在地球上，得到WGS-84坐标系中，飞机投影点K经度坐标B、纬度坐标L；
步骤2：计算飞机投影点K所在位置的经度半径RL和纬度半径RB；
步骤3：将飞机飞行速度，在地球经度线方向和地球纬度线方向进行分解，得到地球经度线上的分速度VL和地球纬度线上的分速度VB；结合步骤2所得的经度半径RL和纬度半径RB，计算出单位时间t内，飞机所在位置经度改变量dl和纬度改变量db；
步骤4：根据飞机当前位置的经度坐标L和纬度坐标B，和步骤3得到飞机所在位置经度改变量dl和纬度改变量dB，得到单位时间t后，飞机所在位置的经度坐标L2，纬度坐标B2；
步骤5：以(B2,L2)为起始点，结合飞机在经度线上分速度VL、纬度线上的分速度VB；
步骤6：重复利用步骤2至5计算下一个点，以产生一条飞机航迹。
2.根据权利要求1所述的一种飞机航迹模拟的方法，其特征在于所述步骤2具体步骤包括：
步骤21：从K点向坐标轴做垂线，交点为C,M，圆弧DE的半径为椭球短半轴b，圆弧FG的半径为椭球长半轴a，椭圆弧DG为椭球体经度线的一部分，K1点为CK的延长线与圆弧FG的交点；
步骤22：在WGS-84坐标系中，从飞机投影点k点做切线，交P轴于T点；从K点做KT的垂线，交z轴于N点，NK即为飞机在地球上投影点的经度半径；
步骤23：KT为切线，KN垂直于KT，所述KN与椭圆长轴夹角为B，投影点K到椭圆圆心的夹角为α；
由椭圆方程：
（1）
由公式（1）可得：（2）
步骤24：Kt是椭圆上K点的切线，其斜率为公式（3），
（3）
步骤25：结合公式（2）、公式（3）得到公式（4）：
（4）
其中
步骤26：结合公式（3）、（4）得到公式（5）、（6）：
（5）
（6）
步骤27：k点的纬度半径RB和经度半径RL：
（7）
（8）。
3.根据权利要求1所述的一种飞机航迹模拟的方法，其特征在于所述步骤3具体步骤包括：由于飞机在较短时间内飞行的距离比较短，地球的长半径和短半径相对较大，所以在较短时间内飞机在半径为RL的经度圆弧上以速度VL做近似圆周运动，同时在半径为RB的纬度圆弧上以速度VB做近似圆周运动；由此得到单位时间t后，飞机经度改变量dl和纬度改变量db：
（9）
（10）。
4.根据权利要求3所述的一种飞机航迹模拟的方法，其特征在于所述步骤4具体步骤为：根据飞机当前位置的经度坐标B、纬度坐标L、经度改变量dl和纬度改变量db，得到单位时间t后，飞机所在位置经度坐标L2，纬度坐标B2：
L2=L+dl：(11)
B2=B+db;(12)。
5.根据权利要求4所述的一种飞机航迹模拟的方法，其特征在于所述较短时间小于0.5s。
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