CN108648556B - 多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法 - Google Patents

多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，包括：航迹发起端根据预设航迹和第一预设航迹方程，生成第一估计航迹，并判断飞行器是否进入自动移交适应性航迹；当判定飞行器进入自动移交适应性航迹时，航迹发起端发送第一估计航迹和实际航迹至航迹接收端；航迹接收端根据接收到的数据修正第二预设航迹方程，并判断飞行器是否到达移交点，当判定飞行器到达移交点时，航迹接收端根据第一估计航迹和第二预设航迹方程，生成第二估计航迹。通过本发明的技术方案，提高了多个仿真系统之间航迹自动移交的可靠性，降低了不同仿真系统间航迹移交时出现跳点、丢点或中断的可能性，提高了多模拟训练系统对航迹模拟的准确性真实性。

Description

多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法
技术领域
本发明涉及目标航迹仿真技术领域，具体而言，涉及一种多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法。
背景技术
航管教学模拟系统主要目的是模拟管制指挥场景，使管制员在模拟的环境下通过仿真训练提高对于程序管制、雷达管制、塔台飞行指挥等项目的管制技能。随着管制学员培养的要求不断提高，需要多个航管教学模拟系统之间能够数据互通，实现对管制学员的全过程、全要素的培训。而多系统之间的数据互通，关键在于目标航迹的自动移交。
而相关技术中，通常是在预设的位置，进行目标航迹的移交和仿真模型的转换，由于不同系统间采用不同的雷达探测模型对航迹进行模拟，因此，在航迹移交时容易出现跳点、丢点、中断等问题，进而降低了管制学员进行模拟训练的真实感，降低了管制训练的效果。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中或相关技术中存在的技术问题之一。
针对上述问题，本发明提出了一种多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，有利于提高多个仿真系统之间目标航迹自动移交的可靠性，降低了不同仿真系统间航迹移交时出现跳点、丢点或中断的可能性。
为了实现上述目的，本发明第一方面的技术方案提供了一种多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，适用于目标航迹发起端，目标航迹自动移交方法包括：步骤10，根据预设航迹，确定预设航迹上的自动移交适应性航迹；步骤20，根据预设航迹和第一预设航迹方程，生成第一估计航迹；步骤30，根据目标飞行器的实际航迹，判断目标飞行器是否进入自动移交适应性航迹；步骤40，当判定目标飞行器进入自动移交适应性航迹时，发送第一估计航迹和实际航迹至目标航迹接收端。
在上述任一项技术方案中，优选地，步骤20具体包括：步骤21，根据预设周期，获取目标飞行器的状态信息和实际航迹；步骤22，根据状态信息、实际航迹、预设航迹和第一预设航迹方程，生成第一估计航迹，其中，状态信息包括目标飞行器的速度信息、加速度信息和坐标信息。
在上述任一项技术方案中，优选地，步骤40，具体还包括：步骤41，发送移交请求消息至目标航迹接收端；步骤42，根据接收到的目标航迹接收端发送的移交请求确认消息，建立航迹传输信道，其中，航迹传输信道用于目标航迹发起端与目标航迹接收端之间的航迹信息传送，航迹信息包括第一估计航迹和实际航迹。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤50，当判断接收到目标航迹接收端发送的移交结束请求消息时，发送移交接收请求确认消息至目标航迹接收端。
本发明第二方面的技术方案提供了一种多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，适用于目标航迹接收端，目标航迹自动移交方法包括：步骤60，根据预设航迹，确定预设航迹上的自动移交适应性航迹；步骤70，判断目标飞行器是否进入自动移交适应性航迹；步骤80，当判定目标飞行器进入自动移交适应性航迹时，根据接收到的第一估计航迹和实际航迹，修正目标航迹接收端的第二预设航迹方程。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤90，根据预设航迹和第一估计航迹，确定预设航迹上的移交点；步骤100，当判定目标飞行器到达移交点时，根据第一估计航迹和第二预设航迹方程，生成目标航迹接收端的第二估计航迹，其中，第二估计航迹的起始点为第一估计航迹的终止点。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤110，发送移交结束请求消息至目标航迹发起端；步骤120，根据接收到的目标航迹发起端发送的移交结束请求确认消息，发送第二估计航迹至目标航迹发起端。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤130，当判定接收到目标航迹发起端发送的移交请求信息时，发送移交请求确认信息至目标航迹发起端。
有益效果：
本发明中的技术方案，通过确定预设航迹上的自动移交适应性航迹，当判定目标飞行器进入自动移交适应性航迹时，目标航迹发起端周期性地向目标航迹接收端发送第一估计航迹和实际航迹，使得目标航迹接收端在航迹移交点之前，根据第一估计航迹和实际航迹对第二预设航迹方程进行修正，提高了目标航迹接收端的第二预设航迹方程的准确性，进而提高了目标航迹接收端模拟目标航迹的准确性和可靠性，降低了多个仿真系统之间航迹移交时出现跳点、丢点和中断的可能性，有利于提高航迹仿真系统模拟航迹的真实性，提高了管制学员进行模拟训练的真实感，有利于提高管制训练的效果。
本发明通过在目标飞行器进入自动移交适应性航迹之后，目标航迹发起端与目标航迹接收端进行移交请求消息应答，建立航迹传输信道，提高了目标航迹发起端与目标航迹接收端之间航迹信息传输的可靠性，有利于目标航迹接收端准确地接收到目标飞行器的实际航迹和第一估计航迹，进而提高了目标航迹接收端根据实际航迹和第一估计航迹模拟第二估计航迹的可靠性。
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是根据本发明的一个实施例的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法的示意流程图；
图2是根据本发明的一个实施例的目标航迹示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的建立航迹移交请求示意图；
图4是根据本发明的另一个实施例的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法的示意流程图；
图5是根据本发明的一个实施例的航迹移交终止示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一：
结合图1至图3对本发明的一个实施例进行说明。
图1是根据本发明的一个实施例的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法的示意流程图。
图2是根据本发明的一个实施例的目标航迹示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的建立航迹移交请求示意图。
如图1所示，根据本发明一个实施例的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，适用于目标航迹发起端，包括：
步骤10，根据预设航迹，确定预设航迹上的自动移交适应性航迹；
如图2所示，在该步骤中，根据目标飞行器的起始点S和终止点F，确定目标飞行器的预设航迹SF，再根据预设航迹SF，确定预设航迹SF在至少两个仿真系统之间的航迹移交点P，进而根据预设的航迹移交距离h，确定自动移交适应性航迹AP、PB，将A点作为目标航迹自动移交的起始点，B点作为目标航迹自动移交的终止点。
其中，预设航迹为航迹仿真系统的理论计算值，航迹移交距离h的取值可以设置为10km。
步骤20，根据预设航迹和第一预设航迹方程，生成第一估计航迹；
在该步骤中，目标飞行器由S点出发，由目标航迹发起端对目标飞行器的航迹进行模拟，具体包括：
步骤21，根据预设周期，获取目标飞行器的状态信息和实际航迹；
步骤22，根据状态信息、实际航迹、预设航迹和第一预设航迹方程，生成第一估计航迹，其中，状态信息包括目标飞行器的速度信息、加速度信息和坐标信息。
具体地，实际航迹为模拟雷达对目标飞行器的探测而生成的航迹，是一种存在误差的航迹，因此，采用卡尔曼滤波原理对航迹模拟进行处理，以降低雷达探测产生的误差，提高航迹仿真系统的真实性和可靠性。将目标航迹视为一个随机线性离散系统，目标飞行器的速度信息、加速度信息和坐标信息作为卡尔曼状态预测方程和观测方程的输入量。通过对航迹移交距离h的设定，可以将目标飞行器在自动移交适应性航迹AP、PB上的运动视为匀速直线运动。
根据目标飞行器当前时刻k对应的坐标信息(xk，yk，zk)、预估坐标值
Figure BDA0001650620860000051
和状态预测方程
Figure BDA0001650620860000052
计算k+1时刻目标飞行器的预估坐标值
Figure BDA0001650620860000053
式中φ(k+1，k)为状态转移矩阵，T为雷达扫描周期，
Figure BDA0001650620860000054
其中，
Figure BDA0001650620860000055
表示目标飞行器的速度在X轴方向上的分量，
Figure BDA0001650620860000056
表示目标飞行器的速度在Y轴方向上的分量，
Figure BDA00016506208600000513
表示目标飞行器的速度在Z轴方向上的分量。
求得预估坐标值
Figure BDA0001650620860000057
之后，通过观测方程
Figure BDA0001650620860000058
求出k+1时刻系统观测量的预估观测值
Figure BDA0001650620860000059
式中，Vk是零均值、白色高斯过程噪声序列，Hk是观测矩阵，
Figure BDA00016506208600000510
其中，ρ为目标飞行器距离雷达中心的距离，θ为目标飞行器飞行方向的方位角，ε为目标飞行器飞行方向的俯仰角。
设定P(k，k)为当前时刻k目标飞行器实际坐标值X(k，k)与预估坐标值
Figure BDA00016506208600000511
的均方差，即卡尔曼滤波误差的协方差矩阵，根据P(k，k)和一步预测误差方差阵公式计算预测协方差矩阵P(k+1，k)，其中一步预测误差方差阵公式为：
Figure BDA00016506208600000512
式中
Figure BDA0001650620860000061
Qk为Vk的协方差，即E[Vk×Vk']＝Qk×δkj，其中，δ为Kronecker Delta函数。
进一步地，根据公式
Figure BDA0001650620860000062
可以求得Kk+1，式中，
Figure BDA0001650620860000063
，
Figure BDA0001650620860000064
Figure BDA0001650620860000065
分别为距离、方位角测量和俯仰角测量误差的方差。
更进一步地，根据预设计算公式可以求得预估航迹坐标值
Figure BDA0001650620860000066
得出第一估计航迹，其中，预设计算公式为：
Figure BDA0001650620860000067
步骤30，根据目标飞行器的实际航迹，判断目标飞行器是否进入自动移交适应性航迹；
步骤40，当判定目标飞行器进入自动移交适应性航迹时，发送第一估计航迹和实际航迹至目标航迹接收端。
在该步骤中，目标航迹发起端每一次按照预设周期获取状态信息和实际航迹，并生成第一估计航迹之后，都要向目标航迹接收端发送第一估计航迹和实际航迹，发送航迹的过程具体包括：
步骤41，发送移交请求消息至目标航迹接收端；
如图3所示，当目标飞行器的航迹通过点A时，通过“握手”机制，目标航迹发起端向目标航迹接收端发送移交请求消息，目标航迹接收端接收到移交请求消息后，向目标航迹发起端发送移交请求确认消息。
步骤42，根据接收到的目标航迹接收端发送的移交请求确认消息，建立航迹传输信道，其中，航迹传输信道用于目标航迹发起端与目标航迹接收端之间的航迹信息传送，航迹信息包括第一估计航迹和实际航迹。
具体地，在目标航迹发起端接收到移交请求确认消息后，目标航迹发起端与目标航迹接收端之间完成“握手”机制的建立，目标航迹发起端向目标航迹接收端发送移交信息。
进一步地，目标航迹发起端与目标航迹接收端之间“握手”机制的建立可以是在目标飞行器达到点A时仅建立一次，也可以是按照预设周期发送第一估计航迹和实际航迹至目标航迹接收端之前，两者之间均建立一次“握手”机制。
其中，移交请求消息中包括开始移交请求信息SYN(m)和目标飞行器的各项状态信息，移交请求确认消息中包括开始移交请求信息SYN(m+1)和ACK(n)，移交信息包括ACK(n+1)和目标飞行器的各项状态更新信息，m为移交请求消息发送次数，n为移交信息发送次数。
在本发明实施例中，适用于目标航迹发起端的目标航迹自动移交方法，还包括：
步骤50，当判断接收到目标航迹接收端发送的移交结束请求消息时，发送移交接收请求确认消息至目标航迹接收端。
实施例二：
结合图4和图5对本发明的另一个实施例进行说明。
图4是根据本发明的另一个实施例的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法的示意流程图。
图5是根据本发明的一个实施例的航迹移交终止示意图。
如图4所示，根据本发明的另一个实施例的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，适用于目标航迹接收端，包括：
步骤60，根据预设航迹，确定预设航迹上的自动移交适应性航迹；
步骤70，判断目标飞行器是否进入自动移交适应性航迹；
步骤80，当判定目标飞行器进入自动移交适应性航迹时，根据接收到的第一估计航迹和实际航迹，修正目标航迹接收端的第二预设航迹方程。
在该步骤中，目标航迹接收端在通过上述步骤40至步骤42中的方法与目标航迹发起端建立“握手”机制之后，目标航迹接收端根据接收到的第一估计航迹，修正目标航迹接收端的预设航迹方程。
步骤90，根据预设航迹和第一估计航迹，确定预设航迹上的移交点；
步骤100，当判定目标飞行器到达移交点时，根据第一估计航迹和第二预设航迹方程，生成目标航迹接收端的第二估计航迹，其中，第二估计航迹的起始点为第一估计航迹的终止点。
步骤110，发送移交结束请求消息至目标航迹发起端；
如图5所示，在该步骤中，当目标飞行器的航迹到达或超过移交点时，目标航迹接收端向目标航迹发起端发送移交结束请求消息，目标航迹发起方接收到移交结束请求消息后，向目标航迹接收方发送移交结束请求确认消息，其中，移交结束请求消息中包括结束移交请求信息FIN(p)和目标飞行器的各项状态信息，移交结束请求确认消息中包括结束移交请求信息FIN(p+1)和ACK(q)。
步骤120，根据接收到的目标航迹发起端发送的移交结束请求确认消息，发送第二估计航迹至目标航迹发起端。
在该步骤中，当目标航迹接收端接收到目标航迹发起端发送的移交结束请求确认消息后，向目标航迹发起端发送第二估计航迹，目标航迹发起端根据接收到的第二估计航迹，更新目标航迹发起端内的各项状态信息，结束目标航迹自动移交过程。
在本发明实施例中，适用于目标航迹接收端的目标航迹自动移交方法，还包括：
步骤130，当判定接收到目标航迹发起端发送的移交请求信息时，发送移交请求确认信息至目标航迹发起端。
实施例三：
根据本发明又一个实施例的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，包括：
步骤601，根据预设航迹，确定预设航迹上的自动移交适应性航迹和移交点；
步骤602，根据预设航迹，采用第一航迹模型，生成第一估计航迹；
步骤603，根据目标飞行器的实际航迹，判断目标飞行器是否进入自动移交适应性航迹；
步骤604，当判定目标飞行器进入自动移交适应性航迹时，第一航迹模型向第二航迹模型发送移交请求消息；
步骤605，当第二航迹模型接收到第一航迹模型发送的移交请求消息时，第二航迹模型向第一航迹模型发送移交请求确认消息；
步骤606，当第一航迹模型接收到移交请求确认消息后，建立第一航迹模型与第二航迹模型之间的第一航迹传输信道；
步骤607，第一航迹模型通过第一航迹传输信道，周期性地向第二航迹模型发送第一估计航迹和目标飞行器的实际航迹，
具体地，在第一航迹模型周期性地发送第一估计航迹和目标飞行器的实际航迹之前，第一航迹模型均向第二航迹模型发送移交请求消息，并在接收到第二航迹模型发送的移交请求确认消息后，向第二航迹模型发送第一估计航迹和目标飞行器的实际航迹；
步骤608，第二航迹模型根据接收到的第一估计航迹和实际航迹，修正第二航迹模型中的航迹模拟方程；
步骤609，判断目标飞行器是否到达移交点；
步骤610，当判断目标飞行器到达移交点时，第二航迹模型根据第一估计航迹和修正后的航迹模拟方程生成第二估计航迹，并向第一航迹模型发送移交结束请求消息；
步骤612，当第一航迹模型接收到移交结束请求消息时，第一航迹模型向第二航迹模型发送移交结束请求确认消息；
步骤613，当第二航迹模型接收到移交结束请求确认消息后，建立第二航迹模型与第一航迹模型之间的第二航迹传输信道，
其中，第二航迹传输信道可以与第一航迹传输信道相同；
步骤614，第二航迹模型通过第二航迹传输信道，周期性地向第一航迹模型发送第二估计航迹和目标飞行器的实际航迹，
具体地，在第二航迹模型周期性地发送第二估计航迹和目标飞行器的实际航迹之前，第二航迹模型均向第一航迹模型发送移交结束请求消息，并在接收到第一航迹模型发送的移交结束请求确认消息后，向第一航迹模型发送第二估计航迹和目标飞行器的实际航迹；
步骤615，判断目标飞行器是否驶出自动移交适应性航迹；
步骤616，当判定目标飞行器驶出自动移交适应性航迹时，第二航迹模型停止向第一航迹模型发送第二估计航迹和目标飞行器的实际航迹。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，包括：航迹发起端根据预设航迹和第一预设航迹方程，生成第一估计航迹，并判断飞行器是否进入自动移交适应性航迹；当判定飞行器进入自动移交适应性航迹时，航迹发起端发送第一估计航迹和实际航迹至航迹接收端；航迹接收端根据接收到的数据修正第二预设航迹方程，并判断飞行器是否到达移交点，当判定飞行器到达移交点时，航迹接收端根据第一估计航迹和第二预设航迹方程，生成第二估计航迹。通过本发明的技术方案，提高了目标航迹接收端的预设航迹方程的准确性，进而提高了目标航迹接收端模拟目标航迹的准确性和可靠性，降低了多个仿真系统之间航迹移交时出现跳点、丢点和中断的可能性，有利于提高航迹仿真系统模拟航迹的真实性，提高了管制学员进行模拟训练的真实感，有利于提高管制训练的效果。
本发明中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
本发明装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本使用新型的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，其特征在于，所述目标航迹自动移交方法包括：
步骤10，根据预设航迹，确定所述预设航迹上的自动移交适应性航迹；
步骤20，目标航迹发起端根据所述预设航迹和第一预设航迹方程，生成第一估计航迹；
步骤30，根据目标飞行器的实际航迹，判断所述目标飞行器是否进入所述自动移交适应性航迹；
步骤40，当判定所述目标飞行器进入所述自动移交适应性航迹时，所述目标航迹发起端发送所述第一估计航迹和所述实际航迹至目标航迹接收端；
步骤80，当判定所述目标飞行器进入所述自动移交适应性航迹时，所述目标航迹接收端根据接收到的第一估计航迹和实际航迹，修正所述目标航迹接收端的第二预设航迹方程；
步骤90，根据所述预设航迹和所述第一估计航迹，确定所述预设航迹上的移交点；
步骤100，当判定所述目标飞行器到达所述移交点时，所述目标航迹接收端根据所述第一估计航迹和修订后的所述第二预设航迹方程，生成所述目标航迹接收端的第二估计航迹，其中，所述第二估计航迹的起始点为所述第一估计航迹的终止点。
2.根据权利要求1所述的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，其特征在于，所述步骤20具体包括：
步骤21，根据预设周期，获取所述目标飞行器的状态信息和所述实际航迹；
步骤22，根据所述状态信息、所述实际航迹、所述预设航迹和所述第一预设航迹方程，生成所述第一估计航迹，
其中，所述状态信息包括所述目标飞行器的速度信息、加速度信息和坐标信息。
3.根据权利要求1所述的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，其特征在于，所述步骤40，具体还包括：
步骤41，发送移交请求消息至所述目标航迹接收端；
步骤42，根据接收到的所述目标航迹接收端发送的移交请求确认消息，建立航迹传输信道，
其中，所述航迹传输信道用于所述目标航迹发起端与所述目标航迹接收端之间的航迹信息传送，所述航迹信息包括所述第一估计航迹和所述实际航迹。
4.根据权利要求1所述的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，其特征在于，还包括：
步骤50，当判断接收到所述目标航迹接收端发送的移交结束请求消息时，发送移交接收请求确认消息至所述目标航迹接收端。
5.根据权利要求1所述的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，其特征在于，还包括：
步骤110，发送移交结束请求消息至目标航迹发起端；
步骤120，根据接收到的所述目标航迹发起端发送的移交结束请求确认消息，发送所述第二估计航迹至所述目标航迹发起端。
6.根据权利要求1所述的多模拟训练系统联合训练目标航迹自动移交方法，其特征在于，还包括：
步骤130，当判定接收到所述目标航迹发起端发送的移交请求信息时，发送移交请求确认信息至所述目标航迹发起端。
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