CN106741985B - 一种合成视景系统障碍物告警实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种合成视景系统障碍物告警实现方法，根据飞机上传感器获取飞机的飞行的姿态、位置和速度，搜索飞机设定范围内的障碍物信息，将所搜索到的障碍物信息转换成三维场景坐标，并传输给飞机上的三维场景显示系统。依据飞机的位置、速度和姿态，计算障碍物到当前飞机的距离，并计算障碍物与当前飞机航迹处的高度差，依据定义好的告警范围值，判断障碍物是否告警，并依据告警信息在相应位置绘制障碍物，从而实现飞行员可以清晰的在视景显示系统上感知障碍物告警信息。本发明使飞行员可以尽早、准确、清晰的从视景显示系统上清晰感知障碍物告警信息，尽早避开障碍物，减少飞行员工作量，提高飞行品质和安全。

Description

一种合成视景系统障碍物告警实现方法

技术领域

本发明涉及民用航空技术领域，具体为一种合成视景系统障碍物告警实现方法。

背景技术

一直以来，“靠天吃饭”始终是困扰民航业的一项难题，由雨、雪、雾、霾等造成的低能见度气象条件和夜间运行都直接影响民航运输的安全和正点率。合成视景系统(Synthetic Vision System，简称SVS)是一种利用地形数据、障碍物数据、机场跑道数据生成三维虚拟视景，并将该虚拟视景与飞行信息融合在一起的系统。合成视景系统是解决低能见度气象条件下运行的一项关键技术。

可控飞行撞地是飞机失事的最大原因，利用TAWS(地形提示与告警系统)系统已经可以解决可控飞行撞地问题。但是，TAWS仅能提供低级的地形显示，主要是提供临界告警，并不能补偿情景意识的不足。而情景意识不足几乎是导致所有可控飞行撞地事故的必然原因。此外，过多的告警加重了机组的工作负荷。与此对应，实现主动地、尽早地避开撞地的先决条件便是足够的情景意识。因此，合成视景地形显示能够增强机组关于地形和障碍物方面的情景意识，并起到直观的、预测性的告警功能，能够很好的解决这一问题。

目前国内合成视景系统还处于初步研究阶段，多家单位都在投入人力物力研发合成视景系统，还没有成熟产品。具体实现方法目前还处于空白领域。

发明内容

本发明的目的是：提供一种合成视景系统中障碍物告警方法，该方法能够快速、直观的在合成视景三维场景中显示出障碍物告警的信息，能够让飞行员主动的、尽早的避开障碍物，降低飞行员的工作负担，提高飞行安全。

该方法根据飞机上传感器获取飞机的飞行的姿态、位置和航向，搜索飞机设定范围内的障碍物信息，将所搜索到的障碍物信息转换成三维场景坐标，并传输给飞机用于合成视景。依据飞机的航向、速度和姿态，计算障碍物到当前飞机的距离，并计算障碍物与当前飞机航迹处的高度差，依据定义好的告警范围值，判断障碍物是否告警，并依据告警信息在相应位置绘制障碍物，从而实现飞行员可以清晰的在视景显示系统上感知障碍物告警信息。本发明使飞行员可以尽早、准确、清晰的从视景显示系统上清晰感知障碍物告警信息，尽早避开障碍物，减少飞行员工作量，提高飞行品质和安全。

本发明的技术方案为：

所述一种合成视景系统障碍物告警实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过飞机传感器获得飞机当前姿态、位置和速度数据；根据获得的飞机当前姿态、位置和速度数据，通过障碍物数据库检索飞机前方设定范围内的障碍物信息，并将障碍物信息转换成三维场景坐标；将障碍物三维场景坐标输出给三维场景显示系统以显示障碍物；

步骤2：根据飞机当前姿态和位置，以及障碍物三维场景坐标判断是否需要告警；

步骤3：依据计算得到的告警信息，在三维场景显示系统中需要告警的障碍物位置绘制告警色的障碍物纹理。

进一步的优选方案，所述一种合成视景系统障碍物告警实现方法，其特征在于：步骤2中根据飞机当前姿态和位置，以及障碍物三维场景坐标判断是否需要告警的过程为：

步骤2.1：计算障碍物到飞机航迹的向量：

飞机当前坐标为(x1，y1，z1)，障碍物坐标为(x2，y2，z2)，计算障碍物到飞机当前位置的向量：

A(x3,y3,z3)＝(x2-x1,y2-y1,z2-z1)

取飞机航迹单位向量为(x4，y4，z4)，得到障碍物在飞机航迹上的投影向量为(x4*(x2-x1)，y4*(y2-y1)，z4*(z2-z1))；根据飞机航迹单位向量和障碍物在飞机航迹上的投影向量，得到飞机航迹上对应障碍物位置的点坐标(x6,y6,z6)；计算障碍物到飞机航迹的向量为(x7,y7,z7)＝(x2-x6,y2-y6,z2-z6)；

步骤2.2：根据障碍物到飞机航迹的向量，判断是否需要告警：如果障碍物高度高于飞机航迹对应位置点高度，则告警，否则依据预先定义的warning和caution区域值，判断障碍物是否告警。

有益效果

本发明的优点是：

(1)所述的障碍物告警实现方法计算复杂度低，简单直观的展示障碍物告警信息。

(2)增强飞行员情景感知，尽早的避开障碍物，降低飞行员的工作负担，提高飞行安全。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明所述的合成视景系统障碍物告警实现方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种合成视景系统中障碍物告警方法，能够快速、直观的在合成视景三维场景中显示出障碍物告警的信息，能够让飞行员主动的、尽早的避开障碍物，降低飞行员的工作负担，提高飞行安全。

该方法根据飞机上传感器获取飞机的飞行的姿态、位置和航向，搜索飞机设定范围内的障碍物信息，将所搜索到的障碍物信息转换成三维场景坐标，并传输给飞机用于合成视景。依据飞机的位置、速度和姿态，计算障碍物到当前飞机的距离，并计算障碍物与当前飞机航迹处的高度差，依据定义好的告警范围值，判断障碍物是否告警，并依据告警信息在相应位置绘制障碍物，从而实现飞行员可以清晰的在合成视景系统上感知障碍物告警信息。本发明使飞行员可以尽早、准确、清晰的从合成视景系统上清晰感知障碍物告警信息，尽早避开障碍物，减少飞行员工作量，提高飞行品质和安全。

具体包括以下步骤：

步骤1：通过飞机总线分别从飞机的惯性参考系统和GPS接收机以及飞行管理计算机中获得飞机当前姿态、位置和速度数据；根据获得的飞机当前姿态、位置和速度数据，通过障碍物数据库检索飞机前方设定范围内的障碍物信息，并将障碍物信息转换成三维场景坐标；将障碍物三维场景坐标输出给三维场景显示系统以显示障碍物。

步骤2：根据飞机当前姿态和位置，以及障碍物三维场景坐标判断是否需要告警；

具体过程为：

步骤2.1：计算障碍物到飞机航迹的向量：

飞机当前坐标为(x1，y1，z1)，障碍物坐标为(x2，y2，z2)，计算障碍物到飞机当前位置的向量：

A(x3,y3,z3)＝(x2-x1,y2-y1,z2-z1)

取飞机航迹单位向量为(x4，y4，z4)，得到障碍物在飞机航迹上的投影向量为(x4*(x2-x1)，y4*(y2-y1)，z4*(z2-z1))；根据飞机航迹单位向量和障碍物在飞机航迹上的投影向量，得到飞机航迹上对应障碍物位置的点坐标(x6,y6,z6)；计算障碍物到飞机航迹的向量为(x7,y7,z7)＝(x2-x6,y2-y6,z2-z6)；

步骤2.2：根据障碍物到飞机航迹的向量，判断是否需要告警：如果障碍物高度高于飞机航迹对应位置点高度，则告警，否则依据预先定义的warning和caution区域值，判断障碍物是否告警。

步骤3：依据计算得到的告警信息，在三维场景显示系统中需要告警的障碍物位置绘制告警色的障碍物纹理。

目前，随着低空空域的开放，国内外市场对民用飞机需求巨大。本发明可作为显示软件产品驻留在其它显示器中，也可以作为单独的机载显示器产品。可以应用于各种类型的飞机，提高飞行安全，增强飞行员情景感知能力。合成视景系统在通航、直升机和公务机市场应用广泛，能够创造巨大的经济效益，应用前景广阔。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种合成视景系统障碍物告警实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过飞机传感器获得飞机当前姿态、位置和速度数据；根据获得的飞机当前姿态、位置和速度数据，通过障碍物数据库检索飞机前方设定范围内的障碍物信息，并将障碍物信息转换成三维场景坐标；将障碍物三维场景坐标输出给三维场景显示系统以显示障碍物；

步骤2：根据飞机当前姿态和位置，以及障碍物三维场景坐标判断是否需要告警；

步骤2.1：计算障碍物到飞机航迹的向量：

飞机当前坐标为(x1，y1，z1)，障碍物坐标为(x2，y2，z2)，计算障碍物到飞机当前位置的向量：

A(x3,y3,z3)＝(x2-x1,y2-y1,z2-z1)

取飞机航迹单位向量为(x4，y4，z4)，得到障碍物在飞机航迹上的投影向量为(x4*(x2-x1)，y4*(y2-y1)，z4*(z2-z1))；根据飞机航迹单位向量和障碍物在飞机航迹上的投影向量，得到飞机航迹上对应障碍物位置的点坐标(x6,y6,z6)；计算障碍物到飞机航迹的向量为(x7,y7,z7)＝(x2-x6,y2-y6,z2-z6)；

步骤2.2：根据障碍物到飞机航迹的向量，判断是否需要告警：如果障碍物高度高于飞机航迹对应位置点高度，则告警，否则依据预先定义的warning和caution区域值，判断障碍物是否告警；

步骤3：依据计算得到的告警信息，在三维场景显示系统中需要告警的障碍物位置绘制告警色的障碍物纹理。