CN107704683A - 一种空管系统航空器场面运行仿真方法 - Google Patents
一种空管系统航空器场面运行仿真方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种空管系统航空器场面运行仿真方法，包括：步骤1：提取航空器活动路径，分配存取空间，计算路径点到达时间、滑行距离，存储场面航空器信息和活动路径；步骤2：启动定时器，按照节点路径模型推算航空器在场面上的滑行姿态；步骤3：根据航空器的场面滑行姿态，判断场面航空器是否处于场面雷达探测范围之内，如果航空器处于场面雷达探测范围内，雷达产生监视数据，报出当前姿态。
Description
技术领域
本发明属于空中交通管理系统技术，还涉及一种空管系统航空器场面运行仿真方法。
背景技术
近年来，随着我国航空运输业的飞速发展，大型枢纽机场航空器数量日益增多，机场场面活动繁忙，其机场场面交通拥挤、航空器之间冲突等问题日益显著，为了提高机场场面活动运行能力和航空器安全，航空器场面运行仿真技术的发展和应用得到了广泛重视。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空管系统航空器场面运行仿真方法。本发明的前提是已经规划好航空器的仿真场面活动路径，包括路径点的目标速度、高度等信息。
本发明包括以下步骤：
步骤1：提取航空器活动路径，分配存取空间，计算路径点到达时间、滑行距离，存储场面航空器信息(场面航空器信息包括：3/A模式代码、航班号、初始状态等，存储在场面航空器目标结构中，在后续的步骤中，3/A模式代码和航班号标识一架航空器。当场面有多个航空器时，3/A模式代码和航班号具有标识某航空器的作用)和活动路径；
步骤2：启动定时器，按照节点路径模型推算航空器在场面上的滑行姿态；
步骤3：根据航空器的场面滑行姿态，判断场面航空器是否处于场面雷达探测范围之内，如果航空器处于场面雷达探测范围内，雷达产生监视数据，报出当前姿态。
步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：输入系统中心点经纬度坐标，作为坐标转换的基点；输入初始化场面雷达站基点坐标，对场面雷达站基点坐标进行坐标转换，转换成以系统中心点的直角坐标(Xrd,Yrd)；
步骤1-2：读取当前机器日时间，记为Tnow，以午夜零点为初始时间，读取间隔为10ms；
步骤1-3：读取场面活动路径脚本(场面活动路径脚本是一个XML文件，本发明的前提是已经规划好航空器的场面活动路径，即场面活动路径脚本已经存在)，提取航空器活动路径，对路径点的经纬度进行坐标转换，转换成以步骤1-1系统中心点为中心的直角坐标Xn、Yn，形成n个活动路径点，n个活动路径点按照0～n进行排序，第n个活动路径点记为(Xn,Yn)；
步骤1-4：根据活动路径点(Xn,Yn)及航空器速度Vn，计算活动路径点之间滑行距离Disn、滑行时间ΔTn、路径点到达时间Tn，计算公式如下：
n＝0时，Disn＝0；Tn＝Tnow；ΔTn＝0；
n>0时，
ΔTn＝2*(Disn)/(Vn+Vn-1)，
Tn＝Tn-1+ΔTn；
步骤1-5：建立场面航空器目标结构，存储场面航空器信息、活动路径点坐标(Xn,Yn)、航空器速度Vn、滑行距离Disn、路径点到达时间Tn。
步骤2包括以下步骤：
步骤2-1：启动定时器，按照周期1秒/次触发，根据已知路径点参数、当前时间等，推算航空器当前位置和速度等，具体执行步骤为2-2、步骤2-3、步骤3；
步骤2-2：调用系统函数(系统函数是系统固有的函数，使用Windows系统中的API函数GetLocalTime()取当前日时间)取得当前时间Tnow，判断Tnow和路径点到达时间Tn，确定航空器处于活动路径的位置(该判断过程每一秒判断一次)：当Tnow<T0，表示航空器未开始运动，返回定时器；当Tnow≥T0并且Tn-1≤Tnow≤Tn，表示航空器已开始运动，根据Tn-1≤Tnow≤Tn确定航空器处于活动路径的第n段；当Tnow>Tn，表示航空器已结束运动，结束推算；
步骤2-3：根据已知路径点的参数(Xn-1,Yn-1,Vn-1,Tn-1)、(Xn,Yn,Vn,Tn)、当前时间Tnow和当前时间Tnow与上一个路径点的时间差ΔTc，推算航空器当前的位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，计算公式如下：
Disn≈0.0时，
Xc＝Xn-1；Yc＝Yn-1；Vc＝0，
ΔTc＝Tnow-Tn-1；
Disn>0.0时，
步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：判断雷达性质及开关机状态，如果雷达性质为场面监视雷达，并且状态为开机，则对场面航空器进行扫描探测；如果雷达性质为非场面监视雷达，或者状态为关机状态，则对场面航空器不进行扫描探测；
步骤3-2：根据航空器当前的位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，以及场面雷达站基点的坐标(Xrd,Yrd)，计算航空器与场面雷达站基点的距离R；
步骤3-3：判断R和雷达探测半径r_l关系，如果R≤r_l，则判定航空器在雷达探测范围之内，报出当前航空器的活动位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，否则不报出。
空管系统使用仿真技术进行管制人员的岗位培训与养成训练。本发明用于仿真场面航空器的运动过程，结合场面雷达探测机制，产生航空器场面运行监视数据。本发明的前提是已经规划好航空器的仿真场面活动路径，首先提取航空器活动路径，分配存取空间，计算路径点到达时间、滑行距离；启动定时器，按照节点路径模型推算航空器在场面上的滑行姿态；根据雷达性质、开关机状态和航空器当前的滑行姿态，判断场面航空器是否处于场面雷达探测范围之内，对处于探测范围内的航空器，报出当前姿态。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明提取航空器活动路径，分配存取空间，计算路径点到达时间、滑行距离，存储场面航空器信息、活动路径，功能分布明确，信息交互清晰；2)按照节点路径模型推算航空器在场面上的滑行姿态，推测精确，推算点连续、平滑，适用航空器在地面的变、加、减速的运动；3)根据航空器的场面滑行姿态结合雷达探测方法，报出航空器当前姿态，更结合实际运行。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1场面活动路径选取图。
图2场面活动路径脚本。
图3节点路径模型。
图4场面航空器滑行姿态图。
图5航空器场面运行仿真流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明包括以下步骤：
步骤1：提取航空器活动路径，分配存取空间，计算路径点到达时间、滑行距离，存储场面航空器信息(场面航空器信息包括：3/A模式代码、航班号、初始状态等，存储在场面航空器目标结构中，在后续的步骤中，3/A模式代码和航班号标识一架航空器。当场面有多个航空器时，3/A模式代码和航班号具有标识某航空器的作用)和活动路径；
步骤2：启动定时器，按照节点路径模型推算航空器在场面上的滑行姿态；
步骤3：根据航空器的场面滑行姿态，判断场面航空器是否处于场面雷达探测范围之内，如果航空器处于场面雷达探测范围内，雷达产生监视数据，报出当前姿态。
步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：输入系统中心点经纬度坐标，作为坐标转换的基点；输入初始化场面雷达站基点坐标，对场面雷达站基点坐标进行坐标转换，转换成以系统中心点的直角坐标(Xrd,Yrd)；
步骤1-2：读取当前机器日时间，记为Tnow，以午夜零点为初始时间，读取间隔为10ms；
步骤1-3：读取场面活动路径脚本(场面活动路径脚本是一个XML文件，本发明的前提是已经规划好航空器的场面活动路径，即场面活动路径脚本已经存在)，提取航空器活动路径，对路径点的经纬度进行坐标转换，转换成以步骤1-1系统中心点为中心的直角坐标Xn、Yn，形成n个活动路径点，n个活动路径点按照0～n进行排序，第n个活动路径点记为(Xn,Yn)；
步骤1-4：根据活动路径点(Xn,Yn)及航空器速度Vn，计算活动路径点之间滑行距离Disn、滑行时间ΔTn、路径点到达时间Tn，计算公式如下：
n＝0时，Disn＝0；Tn＝Tnow；ΔTn＝0；
n>0时，
ΔTn＝2*(Disn)/(Vn+Vn-1)，
Tn＝Tn-1+ΔTn；
步骤1-5：建立场面航空器目标结构，存储场面航空器信息、活动路径点坐标
(Xn,Yn)、航空器速度Vn、滑行距离Disn、路径点到达时间Tn。
步骤2包括以下步骤：
步骤2-1：启动定时器，按照周期1秒/次触发，根据已知路径点参数、当前时间等，推算航空器当前位置和速度等，具体执行步骤为2-2、步骤2-3、步骤3；
步骤2-2：调用系统函数(系统函数是系统固有的函数，使用Windows系统中的API函数GetLocalTime()取当前日时间)取得当前时间Tnow，判断Tnow和路径点到达时间Tn，确定航空器处于活动路径的位置(该判断过程每一秒判断一次)：当Tnow<T0，表示航空器未开始运动，返回定时器；当Tnow≥T0并且Tn-1≤Tnow≤Tn，表示航空器已开始运动，根据Tn-1≤Tnow≤Tn确定航空器处于活动路径的第n段；当Tnow>Tn，表示航空器已结束运动，结束推算；
步骤2-3：根据已知路径点的参数(Xn-1,Yn-1,Vn-1,Tn-1)、(Xn,Yn,Vn,Tn)、当前时间Tnow和当前时间Tnow与上一个路径点的时间差ΔTc，推算航空器当前的位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，计算公式如下：
Disn≈0.0时，
Xc＝Xn-1；Yc＝Yn-1；Vc＝0，
ΔTc＝Tnow-Tn-1；
Disn>0.0时，
步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：判断雷达性质及开关机状态，如果雷达性质为场面监视雷达，并且状态为开机，则对场面航空器进行扫描探测；如果雷达性质为非场面监视雷达，或者状态为关机状态，则对场面航空器不进行扫描探测；
步骤3-2：根据航空器当前的位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，以及场面雷达站基点的坐标(Xrd,Yrd)，计算航空器与场面雷达站基点的距离R；
步骤3-3：判断R和雷达探测半径r_l关系，如果R≤r_l，则判定航空器在雷达探测范围之内，报出当前航空器的活动位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，否则不报出。
实施例
如图5所示，本发明公开了一种空管系统航空器场面运行仿真方法，具体包括以下步骤：
步骤1：根据场面节点路径模型，如图1所示(在图1所示的浦东机场场面图上规划场面活动路径，形成场面活动路径脚本。黑色加粗线是选取的场面活动路径，其中“310”、“311”是停机坪代号，“C11”、“C12”是滑行道代号，“17R”是跑道代号)，建立存储空间，存储场面航空器信息、活动路径、活动姿态等信息，具体步骤包括：
步骤1-1：模块初始化，初始化系统中心点经纬度坐标，作为坐标转换的基点；初始化场面雷达站基点，对雷达站基点进行坐标转换，转换成以系统中心点的直角坐标；
步骤1-2：取当前机器日时间，以午夜零点为开始；
步骤1-3：读取场面活动路径脚本(场面活动路径脚本是一个XML文件，如图2为场面活动路径脚本。它是通过在图1上规划场面活动路径而形成的，本发明的前提是已经规划好航空器的场面活动路径，即场面活动路径脚本已经存在)，如图2所示(图中point为每个活动路径点的经度和纬度)，提取航空器活动路径，对路径点的经纬度进行坐标转换，转换成以步骤1-1为中心的直角坐标，形成n个活动路径点，第n个活动路径点记为(Xn,Yn)，如图3所示；
步骤1-4：根据活动路径点及航空器速度，计算滑行距离、路径点到达时间；
步骤1-5：建立场面航空器目标结构，存储场面航空器信息(3A模式代码、航空器标识)、活动路径点、航空器速度、滑行距离、路径点到达时间等；
定义场面航空器最大目标数最大容量为1000；
定义一架航空器场面活动路径最大点数为2000；
定义场面活动路径描述结构如下：
定义路径点到达时间Tn，单位10毫秒；
定义路径点坐标(Xn,Yn)，单位米；
定义路径点速度Vn，单位米/10毫秒；
定义路径点之间滑行距离Disn，单位米；
定义场面航空器目标结构体如下：
定义航空器在场面路径点个数；
定义航空器3/A模式代码，每一位均为八进制数；
定义航空器航班号；
定义航空器当前滑行位置(Xc,Yc)坐标，单位米；
定义航空器当前滑行速度Vc，单位米/10毫秒；
定义雷达站参数结构如下：
定义雷达站站号；
定义雷达站站名；
定义雷达站基点Xrd坐标，单位米；
定义雷达站基点Yrd坐标，单位米；
定义雷达站低空探测半径，单位米；
步骤2：启动定时器，按照周期1秒/次，按照节点路径模型(如图3所示)推算航空器在场面上的滑行姿态，具体步骤包括：
步骤2-1：启动定时器，按照周期1秒/次触发执行下列步骤2-2、2-3、3；
步骤2-2：调用系统函数取得当前时间Tnow，根据Tn-1<Tnow<Tn确定航空器处于活动路径的第n段；
步骤2-3：根据已知路径点的(Xn-1,Yn-1,Vn-1,Tn-1)、(Xn,Yn,Vn,Tn)和当前时间Tnow，推算航空器当前的位置和速度(Xc,Yc,Vc)；
步骤3：根据雷达性质、开关机状态和航空器当前的滑行姿态，判断场面航空器是否处于雷达探测范围之内，具体步骤包括：
步骤3-1：判断雷达性质及开关机状态，假如雷达性质为场面监视雷达，并且状态为开机，则对场面航空器进行扫描探测；
步骤3-2：计算航空器当前活动位置和场面雷达站基点的距离；
步骤3-3：判断当前航空器活动位置和雷达站基点的距离和雷达探测半径的关系，假如处于雷达探测范围之内，产生监视数据，报出当前航空器的活动姿态(如图4所示)。图4中显示的CSN0002和CSN0003为两架航空器在场面滑行的位置、高度、速度信息。
本发明提供了一种空管系统航空器场面运行仿真方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种空管系统航空器场面运行仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：提取航空器活动路径，分配存取空间，计算路径点到达时间、滑行距离，存储场面航空器信息和活动路径；
步骤2：启动定时器，按照节点路径模型推算航空器在场面上的滑行姿态；
步骤3：根据航空器的场面滑行姿态，判断场面航空器是否处于场面雷达探测范围之内，如果航空器处于场面雷达探测范围内，雷达产生监视数据，报出当前姿态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：输入系统中心点经纬度坐标，作为坐标转换的基点；输入场面雷达站基点坐标，对场面雷达站基点坐标进行坐标转换，转换成以系统中心点的直角坐标(Xrd,Yrd)；
步骤1-2：读取当前机器日时间，记为Tnow，以午夜零点为初始时间，读取间隔为10ms；
步骤1-3：读取场面活动路径脚本，提取航空器场面活动路径，对路径点的经纬度进行坐标转换，转换成以步骤1-1系统中心点为中心的直角坐标Xn、Yn，形成n个活动路径点，第n个活动路径点记为(Xn,Yn)；
步骤1-4：根据活动路径点及航空器速度Vn，计算活动路径点之间滑行距离Disn、滑行时间ΔTn、路径点到达时间Tn，计算公式如下：
n＝0时，Disn＝0；Tn＝Tnow；ΔTn＝0；
n>0时，
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ΔTn＝2*(Disn)/(Vn+Vn-1)，
Tn＝Tn-1+ΔTn；
步骤1-5：建立场面航空器目标结构，存储场面航空器信息、活动路径点坐标(Xn,Yn)、航空器速度Vn、滑行距离Disn、路径点到达时间Tn。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：
步骤2-1：启动定时器，按照周期1秒/次触发；
步骤2-2：调用系统函数取得当前时间Tnow，判断Tnow和路径点到达时间Tn，确定航空器处于活动路径的位置：当Tnow<T0，表示航空器未开始运动，返回定时器；当Tnow≥T0并且Tn-1≤Tnow≤Tn，表示航空器已开始运动，根据Tn-1≤Tnow≤Tn确定航空器处于活动路径的第n段；当Tnow>Tn，表示航空器已结束运动，结束推算；
步骤2-3：根据已知路径点的参数(Xn-1,Yn-1,Vn-1,Tn-1)、(Xn,Yn,Vn,Tn)、当前时间Tnow和当前时间Tnow与上一个路径点的时间差ΔTc，推算航空器当前的位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，计算公式如下：
Disn≈0.0时，
Xc＝Xn-1；Yc＝Yn-1；Vc＝0，
ΔTc＝Tnow-Tn-1；
Disn>0.0时，
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4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：判断雷达性质及开关机状态，如果雷达性质为场面监视雷达，并且状态为开机，则对场面航空器进行扫描探测；如果雷达性质为非场面监视雷达，或者状态为关机状态，则对场面航空器不进行扫描探测；
步骤3-2：根据航空器当前的位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，以及场面雷达站基点的坐标(Xrd,Yrd)，计算航空器与场面雷达站基点的距离R；
步骤3-3：判断R和雷达探测半径r_l关系，如果R≤r_l，则判定航空器在雷达探测范围之内，报出当前航空器的活动位置坐标(Xc,Yc)和速度Vc，否则不报出。
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