CN106529705A - 一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，包括以下步骤：根据原始飞行轨迹数据，获取相邻两个轨迹点A和B的经纬度点、速度与飞行方向；设定航班的转弯角速度w，依据w求算点A和B的转弯半径；分别绘制外切于点A和B的圆e和h、c和d；绘制出圆c和e、c和h、d和e、d和h之间所有的公切线；将每一条公切线模拟形成一个飞行轨迹，选取总长度最短的作为最终模拟飞行轨迹；隔一定长度取一个点作为轨迹点，依据当前轨迹点与上一轨迹点之间的距离和速度求得当前轨迹点的时间，从而最终获得各轨迹点经纬度和对应预测时间的函数关系。本发明可以在数据传输更新频率较低时自动完善预测数据，实现对飞行轨迹的优化。

Description

一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法

技术领域

本发明涉及一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，属于航空器飞行轨迹优化方法技术领域。

背景技术

随着航空运输业的迅猛发展，航线网络的繁忙程度日益剧增，航空器位置监控的需求越来越迫切，空中交通管理活动中所获取的航迹信息，不仅对于本区域实施是必需的，对于跨越飞行情报区特别是不同空管体制的情报区的边界飞行实施“无缝隙”管制尤为重要，对于提高航空公司运行管理效率，都是十分宝贵的资源。

但是由于机载应答设备发射范围有限，在基站覆盖范围边缘，飞行轨迹数据可能会数十秒乃至几分钟更新一次，此时的数据质量不管是在轨迹展示或是数据分析上都难以达到利用的标准。因此基于上述原因，有必要提供一种技术方案，可以在数据传输更新频率比较低的情况下，通过自动完善补充一些预测数据，实现对飞行轨迹的优化。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，可以在数据传输更新频率比较低的情况下，通过自动完善补充一些预测数据，实现对飞行轨迹的优化。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，包括以下步骤：

S1、根据原始飞行轨迹数据，获取相邻两个轨迹点A和B的经纬度点，并通过三次多项式拟合算法求算出A点的速度v1与飞行方向、以及B点的速度v2与飞行方向；

S2、设定航班的转弯角速度w，依据w求算A点的转弯半径r1=180 v1/wπ、B点的转弯半径r2=180 v2/wπ，需要平滑的模拟轨迹就增大w的设定值，需要锐利的模拟轨迹就减小w的设定值；

S3、绘制两个外切于A点的圆e和h，且e和h的半径均为r1，e和h的圆心连线垂直于A点的飞行方向；绘制两个外切于B点的圆c和d，且c和d的半径均为r2，c和d的圆心连线垂直于B点的飞行方向；

S4、绘制出圆c和e、c和h、d和e、d和h之间所有的公切线；

S5、若圆c和e、c和h、d和e、d和h之间没有公切线，则判断A和B之间为直线飞行；若圆c和e、c和h、d和e、d和h之间有公切线，则继续后续步骤S6；

S6、将每一条公切线模拟形成一个飞行轨迹：模拟的飞行轨迹依据先后顺序依次包括第一弧形飞行段、直线飞行段和第二弧形飞行段，所述第一弧形飞行段为A点飞行至圆e或h上的切点，所述直线飞行段为圆e或h上的切点飞行至圆c或d上的切点，所述第二弧形飞行段为圆c或d上的切点飞行至B点；

S7、从步骤S6获得的所有公切线模拟形成的飞行轨迹中选取总长度最短的作为最终模拟飞行轨迹；

S8、在最终模拟飞行轨迹的所述第一弧形飞行段和所述第二弧形飞行段中每隔π/36的弧度取一个点作为轨迹点，在最终模拟飞行轨迹的所述直线飞行段中每隔10千米取一个点作为轨迹点；然后依据当前轨迹点与上一轨迹点之间的距离和速度求得当前轨迹点的时间，从而最终获得各轨迹点经纬度和对应预测时间的函数关系。

所述“依据当前轨迹点与上一轨迹点之间的距离和速度求得当前轨迹点的时间”，具体地，在所述第一弧形飞行段和所述第二弧形飞行段中可视为匀速飞行，在所述直线飞行段中可视为速度v1匀加速至v2，由此可以获得当前轨迹点与上一轨迹点之间的速度。

作为上述技术方案的改进，在步骤S2中，设定的航班转弯角速度为1°/s。

作为上述技术方案的改进，在步骤S6中，若A点与圆e或h上的切点之间的弧度值≥/-18且≤0，则跳过弧线，由A点直接向圆c或d上的切点作直线；若B点与圆c或d上的切点之间的弧度值≥/-18且≤0，则跳过弧线，由B点直接向圆e或h上的切点作直线。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明所述的一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，通过各个轨迹点的经纬度[]与该点对应的预测时间[]组成，之间的模拟飞行轨迹，可以在数据传输更新频率比较低的情况下，通过自动完善补充一些预测数据，实现对飞行轨迹的优化。

附图说明

图1为本发明具体实施例步骤2中U，V向量的示意图；

图2为本发明具体实施例步骤4中圆c，d，e，h的示意图；

图3为本发明具体实施例步骤5中ce，ch，de，dh公切线的示意图；

图4为本发明具体实施例步骤7中飞行轨迹AGHB的示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

本实施例提供的一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，通过机载设备对飞行器位置进行监控，由各个轨迹点的经纬度[]与该点对应的预测时间[]组成，之间的模拟飞行轨迹。

具体步骤如下：

1、设两个相邻的经纬度点为，，利用三次多项式拟合算法求得，时刻的速度与角度值：

2、根据与得出如图1所示的U，V向量。

3、根据数据观察，普通民航客机转弯角速度约为即1°每秒，从而得出转弯半径：

通过增大或减小转弯角速度可以使最终的轨迹更平滑或更锐利。

4、求过射线起点距离起点的点为圆心，为半径的圆c，d，e，h，结果如图2所示。

5、分别作ce，ch，de，dh的公切线，结果为如图3所示的若干个直线。

6、若无切线，则判断为两点之间直线飞行。

7、根据u，v向量，由步骤5中得出的每一个公切线模拟出一个两点之间的飞行轨迹，求每一个飞行轨迹的长度；如图4所示，为其中一条公切线模拟得出的飞行轨迹AGHB的长度：因为飞行器按照向量的方向飞行，需要按照圆弧转弯（向量左侧圆为逆时针飞行，右侧圆为顺时针飞行），由A运动到达切点G后，沿切线方向飞行，到达下一个切点H后，按照下一个圆的圆弧转弯（向量左侧圆为逆时针飞行，右侧圆为顺时针飞行），直至到达下一个向量的起点B，结果如图4所示的粗线。

若向量起点与切点间弧度值≥/-18且弧度值≤0，则将向量跳过弧线，直接向下一个圆的切点作直线，避免小角度误差造成的需要绕一段大圆线的问题。

因为总是通过圆弧切入向量起点，这就避免了三个点之间，中间点相邻的两个线段不平滑的问题。

8、在所有路径可能性中，取总长度最短的作为合理飞行轨迹。从起点开始，在弧线中每间隔/36弧度取一个点作为轨迹点，在直线上每10公里取一个点作为轨迹点，并根据与上一轨迹点之间的距离，速度求得当前点的时间。

最终各个轨迹点的经纬度[]与该点对应的预测时间[]组成，之间的模拟飞行轨迹。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，其特征是，包括以下步骤：

S1、根据原始飞行轨迹数据，获取相邻两个轨迹点A和B的经纬度点，并通过三次多项式拟合算法求算出A点的速度v1与飞行方向、以及B点的速度v2与飞行方向；

S2、设定航班的转弯角速度w，依据w求算A点的转弯半径r1=180 v1/wπ、B点的转弯半径r2=180 v2/wπ，需要平滑的模拟轨迹就增大w的设定值，需要锐利的模拟轨迹就减小w的设定值；

S3、绘制两个外切于A点的圆e和h，且e和h的半径均为r1，e和h的圆心连线垂直于A点的飞行方向；绘制两个外切于B点的圆c和d，且c和d的半径均为r2，c和d的圆心连线垂直于B点的飞行方向；

S4、绘制出圆c和e、c和h、d和e、d和h之间所有的公切线；

S5、若圆c和e、c和h、d和e、d和h之间没有公切线，则判断A和B之间为直线飞行；若圆c和e、c和h、d和e、d和h之间有公切线，则继续后续步骤S6；

S6、将每一条公切线模拟形成一个飞行轨迹：模拟的飞行轨迹依据先后顺序依次包括第一弧形飞行段、直线飞行段和第二弧形飞行段，所述第一弧形飞行段为A点飞行至圆e或h上的切点，所述直线飞行段为圆e或h上的切点飞行至圆c或d上的切点，所述第二弧形飞行段为圆c或d上的切点飞行至B点；

S7、从步骤S6获得的所有公切线模拟形成的飞行轨迹中选取总长度最短的作为最终模拟飞行轨迹；

S8、在最终模拟飞行轨迹的所述第一弧形飞行段和所述第二弧形飞行段中每隔π/36的弧度取一个点作为轨迹点，在最终模拟飞行轨迹的所述直线飞行段中每隔10千米取一个点作为轨迹点；然后依据当前轨迹点与上一轨迹点之间的距离和速度求得当前轨迹点的时间，从而最终获得各轨迹点经纬度和对应预测时间的函数关系。

2.如权利要求1所述的一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，其特征是，在步骤S2中，设定的航班转弯角速度为1°/s。

3.如权利要求1所述的一种低频率经纬度数据补充优化飞行轨迹的方法，其特征是，在步骤S6中，若A点与圆e或h上的切点之间的弧度值≥/-18且≤0，则跳过弧线，由A点直接向圆c或d上的切点作直线；若B点与圆c或d上的切点之间的弧度值≥ /-18且≤0，则跳过弧线，由B点直接向圆e或h上的切点作直线。