CN106595632B - 机载侧视雷达区域覆盖性探测航路规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机载侧视雷达区域覆盖性探测航路规划方法，属于航路规划技术领域。本发明基于对拟探测的海(地)面区域进行圆形框定的方法实现航路规划，实现方式简单，尤其适用于近圆型或枝杈较多扩散均匀的区域；其中，使用种机载侧视雷达区域覆盖性探测矩形迂回航路的航点计算方法，根据侧视雷达探测盲区特点，采用迂回航路实现区域覆盖性探测，进一步考虑到航路算法的效率和可行性，采用单向航线长度和航线间距固定的矩形迂回航路；基于侧视雷达探测机理、安装参数和性能参数，以探测覆盖圆形框定区域为目标，计算合理的航路起始点、进入方向、终点以及单向航线长度和航线间距，确保完成区域覆盖性探测任务。

Description

机载侧视雷达区域覆盖性探测航路规划方法

技术领域

本发明涉及航路规划技术领域，具体涉及一种机载侧视雷达区域覆盖性探测航路规划方法。

背景技术

机载侧视雷达具有其他雷达所固有的全部功能，可日夜工作，除恶劣气候情况均能探测目标，尤其是大面积成像的独特能力使其经常用于海洋监测、区域巡视和地形测绘等任务中。

对于安装在飞机两侧的侧视雷达，其所能探测到的区域为与航线大致平行的两条带状区域，载机腹部下方存在探测盲区。在执行特定区域探测任务时，通常在起飞前进行航路规划，载机沿规划好的航路即可对该区域进行覆盖性探测。而对于飞行过程中发现或被临时指派的具有探测价值的区域，只能由飞行员根据经验临时估算航路，这种方式存在两个问题：一方面，估算航路会分散飞行员注意力，增加操作负担，不利于安全飞行和任务执行；另一方面，人工估算的航路不能保证对区域探测的覆盖性。如何通过飞行员简易的操作框定飞行过程中发现的待测区域，并实现区域覆盖性探测航路的自动生成，是目前的技术难点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种效率高，可行性好，易于实现，确保完成区域覆盖性探测任务的机载侧视雷达区域覆盖性探测航路规划方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种机载侧视雷达区域覆盖性探测航路规划方法，包括以下步骤：

S1、采用圆形对待探测的海面或地面区域进行框定，形成圆形框定区域，圆形框定区域的参数包括圆心所在点经纬度和圆半径，所述圆心所在点经纬度确定圆心位置，圆形框定区域以包含待探测的海面或地面区域的最小圆形为原则确定；

S2、确定机载侧视雷达探测范围；

S3、根据确定的圆形框定区域以及机载侧视雷达探测范围进行航路规划。

优选地，步骤S2具体为：首先，根据机载侧视雷达分辨率参数和飞机高度计算机载侧视雷达左向能够探测的最小距离Rmin_L、最大距离Rmax_L，以及右向能够探测的最小距离Rmin_R、最大距离Rmax_R；其次，计算Rmin＝max(Rmin_L，Rmin_R)，Rmax＝min(Rmax_L，Rmax_R)，并计算左、右均能够探测到的距离范围Rfw＝Rmax-Rmin。

优选地，步骤S3具体为：

首先按东西、南北四边方向，确定圆形框定区域外切正方形的四个顶点P1、P2、P3、P4，且设P1为西北角的顶点，P2为东北角的顶点，P3为东南角的顶点，P4为西北角的顶点，其中，各顶点的经纬度根据圆形框定区域圆心的经纬度和半径，利用大地主题正解过程计算得出；然后按以下原则确定航路规划的起点：利用大地反解过程确定飞机分别与P1、P2、P3、P4之间的距离，取距离最短的顶点为参考确定航路规划的起点。

优选地，记圆形框定区域的半径为r，当2r小于或等于Rfw时，采用南北方向直线航路完成圆形框定区域的探测，若飞机距离P1点最近，则将起点设置为距离P1点向西Rmin处，进入方向为南向，终点设置为距离P4向西Rmin处，从而完成直线航路规划；

当2r大于Rfw时，若飞机距离P1点最近，将起点设置为距离P1点向北Rmin处，进入方向为东向，终点设置为距离P3点向南Rmin处，东向进入后，单向行驶2r后以90度拐向南向，行驶Rmin后向西行驶，从而完成矩形航路规划。

优选地，所述圆形框定区域通过以下方式之一确定：通过在人机交互界面输入圆心位置和圆半径来定制圆形框定区域；通过手动拾取模式，即在人机交互界面的画面通过游标点击和拖拉的方式确定圆形框定区域。

优选地，通过在人机交互界面输入圆心位置和圆半径来定制圆形框定区域时，对于出现在画面中的每一个感兴趣的目标点，均通过将游标十字中心压向目标的方法进行标定，根据当前画面的距离量程和画面像素计算标定目标相对飞机大地方位角F_fm和距离R_fm，再根据惯导系统给出的飞机经度λ_f和纬度，利用大地正解公式求解目标经度λ_m、目标纬度，作为圆形框定区域的圆心位置。

优选地，通过手动拾取模式确定圆形框定区域时，若起始的固定端点设置为圆周上的一点，则移动端点设置为圆周的中心点；若起始的固定端点设置为圆周的中心点，则移动端点设置为圆周上的一点。

(三)有益效果

本发明基于对拟探测的海(地)面区域进行圆形框定的方法实现航路规划，实现方式简单，尤其适用于近圆型或枝杈较多扩散均匀的区域；其中，使用种机载侧视雷达区域覆盖性探测矩形迂回航路的航点计算方法，根据侧视雷达探测盲区特点，采用迂回航路实现区域覆盖性探测，进一步考虑到航路算法的效率和可行性，采用单向航线长度和航线间距固定的矩形迂回航路；基于侧视雷达探测机理、安装参数和性能参数，以探测覆盖圆形框定区域为目标，计算合理的航路起始点、进入方向、终点以及单向航线长度和航线间距，确保完成区域覆盖性探测任务。

附图说明

图1为本发明实施例中圆形框定法适用区域特征示意图；

图2为本发明实施例中雷达探测画面标定示意图；

图3为本发明实施例中圆形区域定制画面示意图；

图4为本发明实施例中雷达探测画面圆形拾取示意图；

图5为本发明实施例中侧视雷达可达范围示意图；

图6为本发明实施例中两种情况下航路规划示意图；

图7为本发明实施例中矩形航路规划结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

首先需要说明的是，对于本发明实施例中涉及到的大地主题计算：已知点1经纬度和点2相对点1的方位、距离，计算点2经纬度为大地主题正解过程，已知两点经纬度计算相对方位和距离为大地主题反解过程。此外，所有计算过程中涉及的方位角均以真北为基准0°，向右转为正，角度范围取0°～360°。

本发明实施例提供了一种机载侧视雷达区域覆盖性探测航路规划方法，包括以下步骤：

S1、采用圆形对待探测的海面或地面区域进行框定，形成圆形框定区域，圆形框定区域的参数包括圆心所在点经纬度和圆半径，所述圆心所在点经纬度确定圆心位置，圆形框定区域以包含待探测的海面或地面区域的最小圆形为原则确定；图1示意给出了本发明提供的圆形框定方法所适用的典型区域。

所述圆形框定区域通过以下方式之一确定：通过在人机交互界面输入圆心位置和圆半径来定制圆形框定区域；通过手动拾取模式，即在人机交互界面的画面通过游标点击和拖拉的方式确定圆形框定区域。

在利用中心点位置和半径来定制圆形框定区域时，针对圆形框定区域的中心点位置信息确定问题，图2给出了雷达探测下目标点标定的简要说明示意图。通过在人机交互界面输入圆心位置和圆半径来定制圆形框定区域时，对于出现在画面中的每一个感兴趣的目标点，均通过将游标十字中心压向目标的方法进行标定，根据当前画面的距离量程和画面像素计算标定目标相对飞机大地方位角F_fm和距离R_fm，再根据惯导系统给出的飞机经度λ_f和纬度，利用大地正解公式求解目标经度λ_m、目标纬度，作为圆形框定区域的圆心位置。该操作过程也可以在电子地图画面进行，机理完全一致。图3给出利用中心点和半径信息进行圆形框定区域定制的说明性示意图，可作为人机交互界面设计参考。

图4给出了在雷达探测画面采用游标点击、拖拉方式拾取圆形框定区域的说明性示意图。通过手动拾取模式确定圆形框定区域时，若起始的固定端点设置为圆周上的一点，则移动端点设置为圆周的中心点；若起始的固定端点设置为圆周的中心点，则移动端点设置为圆周上的一点。

S2、确定机载侧视雷达探测范围；

步骤S2具体为：图5给出了侧视雷达探测范围的示意图，首先，根据机载侧视雷达分辨率参数和飞机高度计算机载侧视雷达左向能够探测的最小距离Rmin_L、最大距离Rmax_L，以及右向能够探测的最小距离Rmin_R、最大距离Rmax_R；其次，为规划运算方便，计算Rmin＝max(Rmin_L，Rmin_R)，Rmax＝min(Rmax_L，Rmax_R)，并计算左、右均能够探测到的距离范围Rfw＝Rmax-Rmin。

S3、根据确定的圆形框定区域以及机载侧视雷达探测范围进行航路规划。

如图7所示，步骤S3具体为：

首先按东西、南北四边方向，确定圆形框定区域外切正方形的四个顶点P1、P2、P3、P4，且设P1为西北角的顶点，P2为东北角的顶点，P3为东南角的顶点，P4为西北角的顶点，其中，各顶点的经纬度根据圆形框定区域圆心的经纬度和半径，利用大地主题正解过程计算得出；矩形航路规划的起点和终点均与这四个顶点直接关联。然后按以下原则确定航路规划的起点：利用大地反解过程确定飞机分别与P1、P2、P3、P4之间的距离，取距离最短的顶点为参考确定航路规划的起点。具体计算方式见下面的说明。

记圆形框定区域的半径为r，当2r小于或等于Rfw时，采用南北方向直线航路完成圆形框定区域的探测，若飞机距离P1点最近，则将起点设置为距离P1点向西Rmin处，进入方向为南向，终点设置为距离P4向西Rmin处，从而完成直线航路规划。同理，根据飞机所处位置，可规划其他情况下东西、南北直线航路。

当2r大于Rfw时，若飞机距离P1点最近，将起点设置为距离P1点向北Rmin处，进入方向为东向，终点设置为距离P3点向南Rmin处，东向进入后，单向行驶矩形航路带宽(单向航线长度)2r后以90度拐向南向，行驶航路间距Rmin后向西行驶，从而完成矩形航路规划。其中重复进行大地主题正解过程完成矩形航路所有航路点(拐点)经纬度的计算。

综上所述，使用本发明能够简单操作实现探测区域的圆形框定，并基于侧视雷达的探测范围，合理在线自动规划飞行航路，进而实现区域覆盖性探测。使用本发明航路规划方法克服了区域覆盖性探测人工估算航路难度大、精确度低等问题，提高了探测任务执行的效率；使用本发明提供的探测区域圆形框定方式操作方便，实现了航路在线规划自动化，减轻了飞行员操作负担；使用本发明航路规划方法能够自动引导飞机到达探测区域附近，为紧急探测任务的快速响应和执行奠定了基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种机载侧视雷达区域覆盖性探测航路规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用圆形对待探测的海面或地面区域进行框定，形成圆形框定区域，圆形框定区域的参数包括圆心所在点经纬度和圆半径，所述圆心所在点经纬度确定圆心位置，圆形框定区域以包含待探测的海面或地面区域的最小圆形为原则确定；

S2、确定机载侧视雷达探测范围；

S3、根据确定的圆形框定区域以及机载侧视雷达探测范围进行航路规划；

步骤S2具体为：首先，根据机载侧视雷达分辨率参数和飞机高度计算机载侧视雷达左向能够探测的最小距离Rmin_L、最大距离Rmax_L，以及右向能够探测的最小距离Rmin_R、最大距离Rmax_R；其次，计算Rmin＝max(Rmin_L，Rmin_R)，Rmax＝min(Rmax_L，Rmax_R)，并计算左、右均能够探测到的距离范围Rfw＝Rmax-Rmin；

步骤S3具体为：

首先按东西、南北四边方向，确定圆形框定区域外切正方形的四个顶点P1、P2、P3、P4，且设P1为西北角的顶点，P2为东北角的顶点，P3为东南角的顶点，P4为西南角的顶点，其中，各顶点的经纬度根据圆形框定区域的圆心所在点经纬度和圆半径，利用大地主题正解过程计算得出；然后按以下原则确定航路规划的起点：利用大地主题反解过程确定飞机分别与P1、P2、P3、P4之间的距离，取距离最短的顶点为参考确定航路规划的起点；

记圆形框定区域的半径为r，当2r小于或等于Rfw时，采用南北方向直线航路完成圆形框定区域的探测，若飞机距离P1点最近，则将起点设置为距离P1点向西Rmin处，进入方向为南向，终点设置为距离P4向西Rmin处，从而完成直线航路规划；

当2r大于Rfw时，若飞机距离P1点最近，将起点设置为距离P1点向北Rmin处，进入方向为东向，终点设置为距离P3点向南Rmin处，东向进入后，单向行驶2r后以90度拐向南向，行驶Rmin后向西行驶，从而完成矩形航路规划。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述圆形框定区域通过以下方式之一确定：通过在人机交互界面输入圆心位置和圆半径来定制圆形框定区域；通过手动拾取模式，即在人机交互界面的画面通过游标点击和拖拉的方式确定圆形框定区域。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过在人机交互界面输入圆心位置和圆半径来定制圆形框定区域时，对于出现在画面中的每一个感兴趣的目标点，均通过将游标十字中心压向目标的方法进行标定，根据当前画面的距离量程和画面像素计算标定目标相对飞机大地方位角F_fm和距离R_fm，再根据惯导系统给出的飞机经度λ_f和纬度利用大地主题正解公式求解目标经度λ_m、目标纬度作为圆形框定区域的圆心位置。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过手动拾取模式确定圆形框定区域时，若起始的固定端点设置为圆周上的一点，则移动端点设置为圆周的中心点；若起始的固定端点设置为圆周的中心点，则移动端点设置为圆周上的一点。