CN108897337B - 一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法，使得舰载机操作员能够在非可视环境下，如严重沙尘暴、浓雾或暴雨情况下的黑夜场景下，更加直观的了解到舰艇的位置、航行情况与着陆区域信息，提高了舰载机返航着舰的安全性和高效性。采用图形化和符号化的虚拟甲板着舰方法，形象地凸显了舰载机的飞行状态信息和舰艇的航行状态信息以及舰艇的轮廓与着舰地标信息，该方法在返航着舰第一阶段使用辅助着舰仪表指示信息和虚拟舰艇指示信息指引舰载机返航飞行，凸显了舰艇的信息；在返航着舰第二阶段提供辅助着舰仪表指示信息，虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息为安全着舰提供了着舰位置、方位等全方位的参考信息。

Description

一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法

技术领域

本发明舰载机甲板着舰技术，属于舰载机与海上舰艇联合作业领域，具体涉及一种在非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法。

背景技术

在恶劣的海况下，舰载机在执行完任务返航着舰过程中面临着重大挑战，尤其是在非可视环境下，如严重沙尘暴、浓雾或暴雨情况下的黑夜场景，机载光电吊舱系统中的可见光探测器和红外探测器不能“穿透”非可视环境，获取有效的飞行影像和探测信息以及舰艇轮廓、舰艇甲板、着舰区域信息等场景图像。舰载机分为有人舰载机和无人舰载机两种，对于有人舰载机，舰载机飞行员在非可视环境下操纵舰载机，由于视线受阻，心理压力巨大，极其容易出现操作失误的情况，对于无人舰载机，舰艇操作站无法提供清晰的感知影像，使得操作员态势感知能力下降，失去了可靠的辅助飞行指示。舰载机在非可视环境下无法完成精准的返航着舰操作，严重时甚至会影响飞行安全。

虚拟甲板着舰方法在非可视环境下以虚拟现实的方式形象地展示出舰艇的轮廓范围、舰艇的航行状态信息、目标着舰区域以及舰载机的飞行状态信息，降低舰载机操作员的心理压力，提升操作信心，减轻飞行负荷，提供精准的飞行指引、指示，保证着舰操作安全、有序执行。

发明内容

本发明的目的是提供一种非可视环境舰载机虚拟甲板着舰指示方法，以便简洁、清晰地为舰载机操作员提供返航着舰时所需的状态信息，从而克服非可视环境对舰载机视觉上的影响，减轻操作人员的心理压力，保证海上舰载机着舰的安全性和高效性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰指示方法，其特征是：至少包括通信单元、数据解算单元、机载信息单元、返航路径规划单元、计算处理单元以及显示终端单元；

通信单元用于与海上舰艇建立无线数据链路通信；用于请求连接和接收舰艇的航行状态信息以及在舰艇上的着舰区域信息与舰艇自身数据信息；

数据解算单元将通信单元提供的数据进行分析、处理；用于为返航路径规划单元提供舰艇的航向状态信息；用于为计算处理单元提供舰艇的着舰区域信息和舰艇信息；

机载信息单元用于获取舰载机返航着舰过程中的飞行状态数据；用于为返航路径规划单元提供舰载机的飞行状态信息；

返航路径规划单元用于计算舰载机和舰艇的相对位置与姿态关系；用于将飞行状态信息和舰艇航行状态信息通过算法动态规划出安全的飞行航道；

计算处理单元用于将舰艇自身信息进行三维数据重构模拟出舰艇的轮廓与舰艇上物体；用于在着舰区域计算生成虚拟着舰指示符；用于获取安全飞行路径；用于将上述信息进行融合，生成虚拟甲板着舰指示信息；

显示终端单元为舰艇上的一个或多个显示器，用于为操作人员提供虚拟甲板着舰指示信息的可视化显示；用于为舰载机着舰的整个过程提供引导。

所述的虚拟甲板着舰指示信息在非可视环境下为舰载机着舰提供了符号化的状态显示和飞行索引；虚拟甲板着舰指示信息包括辅助着舰仪表指示信息，虚拟舰艇标识信息以及虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息。

所述的舰载机着舰的整个过程包括两个阶段：返航着舰第一阶段、返航着舰第二阶段；返航着舰第一阶段是舰载机距离舰艇着舰区域中心点1000m之外的阶段，在此阶段主要是通过辅助着舰仪表指示信息和虚拟舰艇标识信息指引舰载机返航飞行；返航着舰第二阶段是舰载机距离舰艇着舰区域中心点1000m之内的阶段，在此过程中通过辅助着舰仪表指示信息，虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息辅助舰载机进行安全着舰操作。

所述的辅助着舰仪表指示信息以简洁直观的符号展示出舰载机的飞行状态信息、舰艇的航行情况以及二者的相对关系，包括舰载机高度指示信息，舰载机速度指示信息，舰载机对地速度指示信息，舰载机横滚角指示信息，舰载机航向角指示信息，舰载机俯仰角指示信息，GNSS信息指示符号和舰艇速度指示信息，经度指示信息、纬度指示信息和航行方向指示信息以及相对运动信息，如相对高度指示信息，相对距离指示信息，飞行航道指示信息。

所述的舰载机高度指示信息包括高度矩形框，箭头指示以及高度名称标识，高度矩形框由顶部、底部颜色指示区和中间高度数值指示组成，当飞行高度大于500m时颜色指示区呈现绿色，在100m 到500m之间呈现橙色，在小于100m时为红色，表示当前高度的告警，中间高度数值指示表示当前飞行的高度值，精度为0.1m，箭头指示有向上箭头和向下箭头两种，分别表示正在上升和下降过程，高度名称标识“HEIGHT”位于高度矩形框下面；舰载机速度指示信息包括同心圆指示区和速度数值指示，同心圆指示区外侧用绿、橙、红三色分别在不同速度范围时进行填充，用一条线段和一系列45°短直线表示地面，朝右的箭头在线段的上面，意味着大当前舰载机相对于地面向前飞行，速度数值指示表示当前舰载机飞行的速度值，在“V:”标识后显示；舰载机对地速度指示信息由一个圆形指示区和数值指示组成，圆形指示区内用一条线段和一系列45°短直线表示地面，朝下的箭头在线段的上面，表示当前舰载机相对于地面向下的速度分量，数值指示表示当前舰载机的垂直速度值，在“VS:”标识后显示；

所述的舰载机横滚角指示信息由弧形刻度盘，指示箭头，横滚角数值指示以及横滚角名称标识组成，弧形刻度盘代表横滚角的刻度值，指示箭头指向现在的横滚刻度，其绕着中间的连接支点旋转，右侧的菱形内部显示当前的横滚角数值，上方的“ROLL”为横滚角名称标识；舰载机航向角指示信息包括航向刻度，刻度数值指示，当前航向刻度数值指示以及航向名称标识，航向刻度随着当前舰载机的航向角实时左右滚动，下方的方框表示当前的航向角度，其指向航向指示符的中间位置，单位为度，精度为0.1度，右侧的航向名称标识为“HEADING”；舰载机俯仰角指示信息包括中心指示符号，滚动标识，数值指示以及名称标识，中心指示符号由两侧的长横线和中间的“W”标识组成，表示俯仰角参考水平线，滚动标识根据航向角实时滚动，同时也可以反映出横滚角的变化，左侧的数值为当前的俯仰角值，单位为度，精度为0.1度，右侧为名称标识“PITCH”； GNSS信息[全球卫星导航系统]指示符号由GNSS图标和当前的经纬度值组成，形象展示出当前无人机的位置信息。

所述的舰艇速度指示信息包括速度数值指示和速度名称标识，速度数值指示在方框中显示，单位为km/h，精度为 0.1km/h，以“速度”表示舰艇速度名称；经度指示信息、纬度指示信息的数值同样在方框中显示，以度分表示；舰艇航行方向指示信息由圆形表盘，箭头指示以及航向数值标识组成，圆形表盘根据当前舰艇的航向实时旋转，其中表盘上有正方向标识，其中：W代表正西方向，E代表正东方向，N代表正北方向，S代表正南方向，箭头指向当前的航向角度，方框内显示具体的航向数值，以度分表示。

所述的相对运动信息为舰载机与舰艇的相对关系，相对高度信息包括高度条和相对高度数值指示，高度条为竖条形区域，当前相对高度数值指示在菱形区域中显示，单位为米，精度为0.1m，菱形区域随着相对高度变化而上下移动，在高度数值指示下方的高度条为深色显示；相对距离信息由距离条，当前距离指示符和数值标识组成，距离条为细形矩形区域，当前距离指示符为横置矩形区域，数值标识在菱形区域中显示，单位为米，精度为1m；飞行航道指示信息包括航向指示表盘，包括航向指示表盘，方向标识符，舰艇航向指示箭头，舰载机航向指示箭头，舰载机指示符，飞行航道名称标识和航向差值数值指示，航向指示表盘会随着航行方向的变化而旋转，表盘上有正方向标识，其中：W代表正西方向，E代表正东方向，N代表正北方向，S代表正南方向，箭头指向当前的航向角度，当舰载机航向指示箭头和舰艇航向指示箭头重合时说明二者航行方向一致，航向差值数值标识以数值的方式显示两者之间航向差值，可通过该差值进行飞行航道的动态规划，调整舰载机的飞行轨迹。

所述的虚拟舰艇标识信息显示舰艇大致轮廓，当舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值大于1000m时显示该虚拟舰艇信息，舰艇大致轮廓的显示是通过计算处理单元将解算单元提供的舰艇信息进行数据重构后虚拟出实际舰艇轮廓，虚拟舰艇标识符号会根据当前舰艇的运动状态进行数据的同步与实时更新显示，指示舰载机飞行。

所述的虚拟甲板指示信息为近距离着舰时所重构的舰艇信息，包括舰艇清晰轮廓和舰艇上的物体，当舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值小于1000m时显示该虚拟甲板指示信息，舰艇轮廓详细的显示是通过计算处理单元将解算单元提供的舰艇信息进行数据重构后虚拟出实际舰艇轮廓，舰艇上的物体主要有舰艇操作仓和舰载机操作站，也是通过虚拟重构的方式进行三维绘制，虚拟舰艇标识符号会根据当前舰艇的运动状态进行数据的同步与实时更新显示，为着舰提供位置参照。

所述的虚拟着舰地标指示信息包括同心圆限定区域，着舰水平面参考指示，着舰地标区域，高度参考三棱柱，同心圆限定区域为两个同心圆组成，内侧同心圆显示着舰地标，外侧同心圆表示安全着舰的最大许可范围，着舰水平参考指示以四条粗实线绘制在同心圆限定区域内侧的同心圆的四个顶部位置，用于着舰时对着舰区域的进行标定，提供可靠的参考；着舰地标区域以“H”符号样式的地标进行指示，为舰载机提供准确的着舰位置；高度参考三棱柱为舰载机着舰时提供高度参考，高度参考三棱柱由三个三棱柱组成，在内侧同心圆左右两侧分别放置一个高为10m的三棱柱，在内侧同心圆顶部放置一个高为2m的三棱柱。

本发明的优点是：本发明采用图形化和符号化的虚拟甲板着舰方法，形象地凸显了舰载机的飞行状态信息和舰艇的航行状态信息以及舰艇的轮廓与着舰地标信息，使得舰载机操作员能够在非可视环境下更加直观的了解到舰艇的位置与航行情况，提高了舰载机返航着舰的安全性和高效性。该方法在返航着舰第一阶段使用辅助着舰仪表指示信息和虚拟舰艇指示信息指引舰载机返航飞行，凸显了舰艇的信息；在返航着舰第二阶段提供辅助着舰仪表指示信息，虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息为安全着舰提供了着舰位置、方位等全方位的参考信息。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

附图说明

图1为一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法的结构框图；

图2为生成虚拟甲板符号信息显示的流程示意图；

图3为返航着舰第一阶段的虚拟甲板着舰指示信息显示示意图；

图4为返航着舰第二阶段的虚拟甲板着舰指示信息显示示意图；

图5为飞行航道指示信息的显示图；

图6为虚拟着舰地标指示信息的显示图。

图中，101、通信单元；102、数据解算单元；103、机载信息单元；104、返航路径规划单元；105、计算处理单元；106、显示终端单元。

具体实施方式

实施例1

一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰指示方法，至少包括通信单元101、数据解算单元102、机载信息单元103、返航路径规划单元104、计算处理单元105以及显示终端单元106；

通信单元用于与海上舰艇建立无线数据链路通信；用于请求连接和接收舰艇的航行状态信息以及在舰艇上的着舰区域信息与舰艇自身数据信息；

数据解算单元将通信单元提供的数据进行分析、处理；用于为返航路径规划单元提供舰艇的航向状态信息；用于为计算处理单元提供舰艇的着舰区域信息和舰艇信息；

机载信息单元用于获取舰载机返航着舰过程中的飞行状态数据；用于为返航路径规划单元提供舰载机的飞行状态信息；

返航路径规划单元用于计算舰载机和舰艇的相对位置与姿态关系；用于将飞行状态信息和舰艇航行状态信息通过算法动态规划出安全的飞行航道；

计算处理单元用于将舰艇自身信息进行三维数据重构模拟出舰艇的轮廓与舰艇上物体；用于在着舰区域计算生成虚拟着舰指示符；用于获取安全飞行路径；用于将上述信息进行融合，生成虚拟甲板着舰指示信息；

显示终端单元为舰艇上的一个或多个显示器，用于为操作人员提供虚拟甲板着舰指示信息的可视化显示；用于为舰载机着舰的整个过程提供引导。

所述的虚拟甲板着舰指示信息在非可视环境下为舰载机着舰提供了符号化的状态显示和飞行索引；虚拟甲板着舰指示信息包括辅助着舰仪表指示信息，虚拟舰艇标识信息以及虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息。

所述的舰载机着舰的整个过程包括两个阶段：返航着舰第一阶段、返航着舰第二阶段；返航着舰第一阶段是舰载机距离舰艇着舰区域中心点1000m之外的阶段，在此阶段主要是通过辅助着舰仪表指示信息和虚拟舰艇标识信息指引舰载机返航飞行；返航着舰第二阶段是舰载机距离舰艇着舰区域中心点1000m之内的阶段，在此过程中通过辅助着舰仪表指示信息，虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息辅助舰载机进行安全着舰操作。

所述的辅助着舰仪表指示信息以简洁直观的符号展示出舰载机的飞行状态信息、舰艇的航行情况以及二者的相对关系，包括舰载机高度指示信息，舰载机速度指示信息，舰载机对地速度指示信息，舰载机横滚角指示信息，舰载机航向角指示信息，舰载机俯仰角指示信息，GNSS信息指示符号和舰艇速度指示信息，经度指示信息、纬度指示信息和航行方向指示信息以及相对运动信息，如相对高度指示信息，相对距离指示信息，飞行航道指示信息。

所述的舰载机高度指示信息包括高度矩形框，箭头指示以及高度名称标识，高度矩形框由顶部、底部颜色指示区和中间高度数值指示组成，当飞行高度大于500m时颜色指示区呈现绿色，在100m到500m之间呈现橙色，在小于100m时为红色，表示当前高度的告警，中间高度数值指示表示当前飞行的高度值，精度为0.1m，箭头指示有向上箭头和向下箭头两种，分别表示正在上升和下降过程，高度名称标识“HEIGHT”位于高度矩形框下面；舰载机速度指示信息包括同心圆指示区和速度数值指示，同心圆指示区外侧用绿、橙、红三色分别在不同速度范围时进行填充，用一条线段和一系列45°短直线表示地面，朝右的箭头在线段的上面，意味着大当前舰载机相对于地面向前飞行，速度数值指示表示当前舰载机飞行的速度值，在“V:”标识后显示；舰载机对地速度指示信息由一个圆形指示区和数值指示组成，圆形指示区内用一条线段和一系列45°短直线表示地面，朝下的箭头在线段的上面，表示当前舰载机相对于地面向下的速度分量，数值指示表示当前舰载机的垂直速度值，在“VS:”标识后显示；

所述的舰载机横滚角指示信息由弧形刻度盘，指示箭头，横滚角数值指示以及横滚角名称标识组成，弧形刻度盘代表横滚角的刻度值，指示箭头指向现在的横滚刻度，其绕着中间的连接支点旋转，右侧的菱形内部显示当前的横滚角数值，上方的“ROLL”为横滚角名称标识；舰载机航向角指示信息包括航向刻度，刻度数值指示，当前航向刻度数值指示以及航向名称标识，航向刻度随着当前舰载机的航向角实时左右滚动，下方的方框表示当前的航向角度，其指向航向指示符的中间位置，单位为度，精度为0.1度，右侧的航向名称标识为“HEADING”；舰载机俯仰角指示信息包括中心指示符号，滚动标识，数值指示以及名称标识，中心指示符号由两侧的长横线和中间的“W”标识组成，表示俯仰角参考水平线，滚动标识根据航向角实时滚动，同时也可以反映出横滚角的变化，左侧的数值为当前的俯仰角值，单位为度，精度为0.1度，右侧为名称标识“PITCH”； GNSS信息[全球卫星导航系统]指示符号由GNSS图标和当前的经纬度值组成，形象展示出当前无人机的位置信息。

所述的舰艇速度指示信息包括速度数值指示和速度名称标识，速度数值指示在方框中显示，单位为km/h，精度为0.1km/h，以“速度”表示舰艇速度名称；经度指示信息、纬度指示信息的数值同样在方框中显示，以度分表示；舰艇航行方向指示信息由圆形表盘，箭头指示以及航向数值标识组成，圆形表盘根据当前舰艇的航向实时旋转，其中表盘上有正方向标识，其中：W代表正西方向，E代表正东方向，N代表正北方向，S代表正南方向，箭头指向当前的航向角度，方框内显示具体的航向数值，以度分表示。

所述的相对运动信息为舰载机与舰艇的相对关系，相对高度信息包括高度条和相对高度数值指示，高度条为竖条形区域，当前相对高度数值指示在菱形区域中显示，单位为米，精度为0.1m，菱形区域随着相对高度变化而上下移动，在高度数值指示下方的高度条为深色显示；相对距离信息由距离条，当前距离指示符和数值标识组成，距离条为细形矩形区域，当前距离指示符为横置矩形区域，数值标识在菱形区域中显示，单位为米，精度为1m；飞行航道指示信息包括航向指示表盘，包括航向指示表盘，方向标识符，舰艇航向指示箭头，舰载机航向指示箭头，舰载机指示符，飞行航道名称标识和航向差值数值指示，航向指示表盘会随着航行方向的变化而旋转，表盘上有正方向标识，其中：W代表正西方向，E代表正东方向，N代表正北方向，S代表正南方向，箭头指向当前的航向角度，当舰载机航向指示箭头和舰艇航向指示箭头重合时说明二者航行方向一致，航向差值数值标识以数值的方式显示两者之间航向差值，可通过该差值进行飞行航道的动态规划，调整舰载机的飞行轨迹。

所述的虚拟舰艇标识信息显示舰艇大致轮廓，当舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值大于1000m时显示该虚拟舰艇信息，舰艇大致轮廓的显示是通过计算处理单元将解算单元提供的舰艇信息进行数据重构后虚拟出实际舰艇轮廓，虚拟舰艇标识符号会根据当前舰艇的运动状态进行数据的同步与实时更新显示，指示舰载机飞行。

所述的虚拟甲板指示信息为近距离着舰时所重构的舰艇信息，包括舰艇清晰轮廓和舰艇上的物体，当舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值小于1000m时显示该虚拟甲板指示信息，舰艇轮廓详细的显示是通过计算处理单元将解算单元提供的舰艇信息进行数据重构后虚拟出实际舰艇轮廓，舰艇上的物体主要有舰艇操作仓和舰载机操作站，也是通过虚拟重构的方式进行三维绘制，虚拟舰艇标识符号会根据当前舰艇的运动状态进行数据的同步与实时更新显示，为着舰提供位置参照。

所述的虚拟着舰地标指示信息包括同心圆限定区域，着舰水平面参考指示，着舰地标区域，高度参考三棱柱，同心圆限定区域为两个同心圆组成，内侧同心圆显示着舰地标，外侧同心圆表示安全着舰的最大许可范围，着舰水平参考指示以四条粗实线绘制在同心圆限定区域内侧的同心圆的四个顶部位置，用于着舰时对着舰区域的进行标定，提供可靠的参考；着舰地标区域以“H”符号样式的地标进行指示，为舰载机提供准确的着舰位置；高度参考三棱柱为舰载机着舰时提供高度参考，高度参考三棱柱由三个三棱柱组成，在内侧同心圆左右两侧分别放置一个高为10m的三棱柱，在内侧同心圆顶部放置一个高为2m的三棱柱。

实施例2

如图1所示，一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰信息显示系统，至少包括通信单元101、数据解算单元102、机载信息单元103、返航路径规划单元104、计算处理单元105以及显示终端单元106；

通信单元101用于与海上舰艇建立无线数据链路通信；用于请求连接和接收舰艇的航行状态信息以及在舰艇上的着舰区域信息与舰艇自身数据信息；

数据解算单元102将通信单元提供的数据进行分析、处理；用于为返航路径规划单元提供舰艇的航向状态信息；用于为计算处理单元提供舰艇的着舰区域信息和舰艇信息；

机载信息单元103用于获取舰载机返航着舰过程中的飞行状态数据；用于为返航路径规划单元提供舰载机的飞行状态信息；

返航路径规划单元104用于计算舰载机和舰艇的相对位置与姿态关系；用于将飞行状态信息和舰艇航行状态信息通过算法动态规划出安全的飞行航道；

计算处理单元105用于将舰艇自身信息进行三维数据重构模拟出舰艇的轮廓与舰艇上物体；用于在着舰区域计算生成虚拟着舰指示符；用于获取安全飞行路径；用于将上述信息进行融合，生成虚拟甲板着舰指示信息；

显示终端单元106为舰艇上的一个或多个显示器，用于为操作人员提供虚拟甲板着舰指示信息的可视化显示；用于为舰载机着舰的整个过程提供引导。

结合图2说明一种用于非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰指示方法的具体步骤：

步骤201：舰载机通过机载信息单元103获取机载导航传感器数据；

步骤202：根据机载导航传感器数据计算出舰载机飞行状态信息；

步骤203：通过通信单元101获取舰艇的相关数据信息；

步骤204：由数据解算单元103计算出舰艇的运动状态信息；

步骤205：返航路径规划单元104依据舰载机航行状态信息、舰艇运动状态信息动态规划出返航路径；

步骤206：由数据解算单元103分析并解算得到舰艇轮廓与着舰地标信息；

步骤207：计算处理单元105计算舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值，如果距离值大于1000m，选择返航着舰第一阶段的虚拟甲板着舰指示信息进行显示，如果距离值小于1000m，选择返航着舰第二阶段的虚拟甲板着舰指示信息进行显示；

步骤208：将所生成的虚拟甲板着舰指示信息显示在显示终端单元106上，虚拟甲板着舰指示信息在非可视环境下为舰载机着舰提供了符号化的状态显示和飞行索引；虚拟甲板着舰指示信息包括辅助着舰仪表指示信息，虚拟舰艇标识信息以及虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息。

舰载机着舰的整个过程包括两个阶段：返航着舰第一阶段返航、着舰第二阶段；着舰第一阶段是舰载机距离舰艇着舰区域中心点 1000m之外的阶段，在此阶段主要是通过辅助着舰仪表指示信息和虚拟舰艇标识信息指引舰载机返航飞行；所述的着舰第二阶段是舰载机距离舰艇着舰区域中心点1000m之内的阶段，在此过程中通过辅助着舰仪表指示信息，虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息辅助舰载机进行安全着舰操作。下面将详细介绍舰载机着舰过程中两个阶段的虚拟甲板着舰指示信息。

图3为返航着舰第一阶段的虚拟甲板着舰信息显示实例，其内容最终是显示在显示终端单元上106，并输出显示屏幕上，包括了辅助着舰仪表指示信息和虚拟舰艇标识信息。辅助着舰仪表指示信息由舰载机高度指示信息，舰载机速度指示信息，舰载机对地速度指示信息，舰载机横滚角指示信息，舰载机航向角指示信息，舰载机俯仰角指示信息，GNSS信息指示符号和舰艇速度指示信息，经度指示信息、纬度指示信息和舰艇航行方向指示信息以及二者相对运动信息组成。

符号301～303表示舰载机高度指示信息，包括高度矩形框301，箭头指示302以及高度名称标识303。高度矩形框301由顶部、底部颜色指示区和中间高度数值指示组成，当飞行高度大于500m时颜色指示区呈现绿色，在100m到500m之间呈现橙色，在小于100m时为红色，表示当前高度的告警，中间高度数值指示表示当前飞行的高度值，精度为0.1m，箭头指示302有向上箭头和向下箭头两种，分别表示正在上升和下降过程，高度名称标识303“HEIGHT”位于高度矩形框下面，表示为高度指示符号；

符号311～312表示舰载机速度指示信息，包括同心圆指示区311 和速度数值指示312。同心圆指示区311外侧用绿、橙、红三色分别在不同速度范围时进行填充，用一条线段和一系列45°短直线表示地面，朝右的箭头在线段的上面，意味着大当前舰载机相对于地面向前飞行，速度数值指示312表示当前舰载机飞行的速度值，在“V:”标识后显示；

符号321～322表示舰载机对地速度指示信息，包括圆形指示区 321和数值指示322。圆形指示区321内用一条线段和一系列45°短直线表示地面，朝下的箭头在线段的上面，表示当前舰载机相对于地面向下的速度分量，数值指示322表示当前舰载机的垂直速度值，在“VS:”标识后显示；

符号331～334表示舰载机横滚角指示信息，包括弧形刻度盘331，指示箭头332，横滚角数值指示333以及横滚角名称标识334。弧形刻度盘331代表横滚角的刻度值，指示箭头332指向现在的横滚刻度，其绕着中间的连接支点旋转，横滚角数值指示333为右侧的菱形区域，其内部显示当前的横滚角数值，上方的“ROLL”为横滚角名称标识334；

符号341～344表示舰载机航向角指示信息，包括航向刻度341，刻度数值指示342，当前航向刻度数值指示343以及航向名称标识344。航向刻度341随着当前舰载机的航向角实时左右滚动，刻度数值指示342显示刻度盘342对应的航向角数值，下方的方框为当前航向刻度数值指示343，表示当前的航向角度，其指向航向指示符的中间位置，单位为度，精度为0.1度，右侧的航向名称标识334为“HEADING”；

符号351～354表示舰载机俯仰角指示信息，包括中心指示符号 351，滚动标识352，数值指示353以及名称标识354。中心指示符号351由两侧的长横线和中间的“W”标识组成，表示俯仰角参考水平线，滚动标识352根据航向角实时滚动，同时也可以反映出横滚角的变化，数值指示353为左侧的数值，表示为当前的俯仰角值，单位为度，精度为0.1度，右侧为名称标识354“PITCH”；

符号361～362表示GNSS信息指示符号，由GNSS图标361和当前的经纬度值362组成，形象展示出当前无人机的位置信息。

符号371表示信息显示框，用于显示舰艇的航行状态信息和与舰载机的相对运动信息。

符号372～374分别表示了舰艇速度指示信息，舰艇的经度信息，舰艇的纬度信息。速度数值指示372在方框中显示，单位为km/h，精度为0.1km/h，以“速度”表示舰艇速度名称；经度指示信息373 和纬度指示信息374数值同样在方框中显示，以度分表示；

符号375～377为舰艇航行方向指示信息，由圆形表盘375，箭头指示376以及航向数值标识377组成，圆形表盘375根据当前舰艇的航向实时旋转，其中表盘上有正方向标识，其中：W代表正西方向，E代表正东方向，N代表正北方向，S代表正南方向，箭头指示 376指向当前的航向角度，航向数值标识377为方框内显示具体的航向数值，以度分表示。

符号381～383为相对高度指示信息，表示舰载机与舰艇的相对高度，包括括高度条381，相对高度数值指示382和相对高度名称标识383，高度条为竖条形区域，当前相对高度数值指示在菱形区域中显示，单位为米，精度为0.1m，菱形区域随着相对高度变化而上下移动，在高度数值指示下方的高度条为深色显示。

符号384～386为相对距离指示信息，表示舰载机与舰艇的相对距离，由距离条384，当前距离指示符385和数值标识386组成，距离条384为细形矩形区域，当前距离指示符385为横置矩形区域，数值标识386在菱形区域中显示，单位为米，精度为1m。

符号387表示飞行航道指示信息，这个符号会在图5中进行详细说明，这里不再赘述。

符号391表示虚拟舰艇标识信息，是舰艇大致轮廓，当舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值大于1000m时显示该虚拟舰艇信息，舰艇大致轮廓的显示是通过计算处理单元将解算单元提供的舰艇信息进行数据重构后虚拟出实际舰艇轮廓，虚拟舰艇标识符号会根据当前舰艇的运动状态进行数据的同步与实时更新显示，指示舰载机飞行。

图4为返航着舰第二阶段的虚拟甲板着舰信息显示实例，包括了辅助着舰仪表指示信息，虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息，其内容最终是显示在显示终端单元上106，并输出显示屏幕上。其中辅助着舰仪表指示信息与图3中所述的辅助着舰仪表指示信息一致，这里不再赘述。

符号401～402为虚拟甲板指示信息，包括舰艇清晰轮廓401和舰艇上的物体402，当舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值小于 1000m时显示该虚拟甲板指示信息，舰艇轮廓详细的显示是通过计算处理单元将解算单元提供的舰艇信息进行数据重构后虚拟出实际舰艇轮廓，舰艇上的物体主要有舰艇操作仓和舰载机操作站，也是通过虚拟重构的方式进行三维绘制，虚拟舰艇标识符号会根据当前舰艇的运动状态进行数据的同步与实时更新显示，为着舰提供位置参照。

符号403表示虚拟着舰地标指示信息，这个符号会在图6中进行详细说明，这里不再赘述。

如图5所示为飞行航道指示信息的显示图。

符号501～506表示飞行航道指示信息，包括航向指示表盘501，方向标识符502，舰艇航向指示箭头503，舰载机航向指示箭头504，舰载机指示符505，飞行航道名称标识506和航向差值数值指示507，航向指示表盘501会随着航行方向的变化而旋转，表盘上有正方向标识，其中：W代表正西方向，E代表正东方向，N代表正北方向， S代表正南方向，箭头指向当前的航向角度，当舰载机航向指示箭头 503和舰艇航向指示箭头504重合时说明二者航行方向一致，航向差值数值标识507以数值的方式显示两者之间航向差值，可通过该差值进行飞行航道的动态规划，调整舰载机的飞行轨迹。

图6为虚拟着舰地标指示信息的显示图。

符号601～606表示虚拟着舰地标指示信息，包括着舰水平面参考指示601，同心圆限定区域602，高度参考三棱柱603，着舰地标 606，同心圆限定区域602为两个同心圆组成，内侧同心圆显示着舰地标606，外侧同心圆表示安全着舰的最大许可范围，着舰水平参考指示601以四条粗实线绘制在同心圆限定区域内侧的同心圆的四个顶部位置，用于着舰时对着舰区域的进行标定，提供可靠的参考；着舰地标区域606以“H”符号样式的地标进行指示，为舰载机提供准确的着舰位置；高度参考三棱柱由三个三棱柱组成，在内侧同心圆左右两侧分别放置一个较高的三棱柱(603，605)，在内侧同心圆顶部放置一个较低的三棱柱604，为舰载机着舰时提供高度参考。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法，其特征是：至少包括通信单元、数据解算单元、机载信息单元、返航路径规划单元、计算处理单元以及显示终端单元；

通信单元用于与海上舰艇建立无线数据链路通信，用于请求连接和接收舰艇的航行状态信息以及在舰艇上的着舰区域信息与舰艇自身数据信息；

数据解算单元将通信单元提供的数据进行分析、处理，用于为返航路径规划单元提供舰艇的航向状态信息，用于为计算处理单元提供舰艇的着舰区域信息和舰艇信息；

机载信息单元用于获取舰载机返航着舰过程中的飞行状态数据，用于为返航路径规划单元提供舰载机的飞行状态信息；

返航路径规划单元用于计算舰载机和舰艇的相对位置与姿态关系，用于将飞行状态信息和舰艇航行状态信息通过算法动态规划出安全的飞行航道；

计算处理单元用于将舰艇自身信息进行三维数据重构模拟出舰艇的轮廓与舰艇上物体，用于在着舰区域计算生成虚拟着舰指示符，用于获取安全飞行路径，用于将上述信息进行融合，生成虚拟甲板着舰指示信息；

显示终端单元为舰艇上的一个或多个显示器，用于为操作人员提供虚拟甲板着舰指示信息的可视化显示，用于为舰载机着舰的整个过程提供引导；

所述的虚拟甲板着舰指示信息在非可视环境下为舰载机着舰提供了符号化的状态显示和飞行索引；虚拟甲板着舰指示信息包括辅助着舰仪表指示信息，虚拟舰艇标识信息以及虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息；

所述的舰载机着舰的整个过程包括两个阶段：返航着舰第一阶段、返航着舰第二阶段；返航着舰第一阶段是舰载机距离舰艇着舰区域中心点1000m之外的阶段，在此阶段主要是通过辅助着舰仪表指示信息和虚拟舰艇标识信息指引舰载机返航飞行；返航着舰第二阶段是舰载机距离舰艇着舰区域中心点1000m之内的阶段，在此过程中通过辅助着舰仪表指示信息，虚拟甲板指示信息和虚拟着舰地标指示信息辅助舰载机进行安全着舰操作；

所述的辅助着舰仪表指示信息以符号展示出舰载机的飞行状态信息、舰艇的航行情况以及二者的相对关系，包括舰载机高度指示信息、舰载机速度指示信息、舰载机对地速度指示信息、舰载机横滚角指示信息、舰载机航向角指示信息、舰载机俯仰角指示信息、GNSS信息指示符号；以及舰艇速度指示信息、经度指示信息、纬度指示信息、航行方向指示信息和相对运动信息，相对运动信息包括相对高度指示信息、相对距离指示信息、飞行航道指示信息；

所述的舰载机高度指示信息包括高度矩形框、箭头指示以及高度名称标识，高度矩形框由顶部、底部颜色指示区和中间高度数值指示组成，当飞行高度大于500m时颜色指示区呈现绿色，在100m到500m之间呈现橙色，在小于100m时为红色，表示当前高度的告警，中间高度数值指示表示当前飞行的高度值，精度为0.1m，箭头指示有向上箭头和向下箭头两种，分别表示正在上升和下降过程，高度名称标识“HEIGHT”位于高度矩形框下面；舰载机速度指示信息包括同心圆指示区和速度数值指示，同心圆指示区外侧用绿、橙、红三色分别在不同速度范围时进行填充，用一条线段和一系列45°短直线表示地面，朝右的箭头在线段的上面，意味着当前舰载机相对于地面向前飞行，速度数值指示表示当前舰载机飞行的速度值，在“V:”标识后显示；舰载机对地速度指示信息由一个圆形指示区和数值指示组成，圆形指示区内用一条线段和一系列45°短直线表示地面，朝下的箭头在线段的上面，表示当前舰载机相对于地面向下的速度分量，数值指示表示当前舰载机的垂直速度值，在“VS:”标识后显示；

所述的舰载机横滚角指示信息由弧形刻度盘、指示箭头、横滚角数值指示以及横滚角名称标识组成，弧形刻度盘代表横滚角的刻度值，指示箭头指向现在的横滚刻度，其绕着中间的连接支点旋转，右侧的菱形内部显示当前的横滚角数值，上方的“ROLL”为横滚角名称标识；舰载机航向角指示信息包括航向刻度、刻度数值指示，当前航向刻度数值指示以及航向名称标识，航向刻度随着当前舰载机的航向角实时左右滚动，下方的方框表示当前的航向角度，其指向航向指示符的中间位置，单位为度，精度为0.1度，右侧的航向名称标识为“HEADING”；舰载机俯仰角指示信息包括中心指示符号、滚动标识、数值指示以及名称标识，中心指示符号由两侧的长横线和中间的“W”标识组成，表示俯仰角参考水平线，滚动标识根据航向角实时滚动，同时反映出横滚角的变化，左侧的数值为当前的俯仰角值，单位为度，精度为0.1度，右侧为名称标识“PITCH”；GNSS信息指示符号由GNSS图标和当前的经纬度值组成，展示出当前无人机的位置信息。

2.根据权利要求1所述的一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法，其特征是：所述的舰艇速度指示信息包括速度数值指示和速度名称标识，速度数值指示在方框中显示，单位为km/h，精度为0.1km/h，以“速度”表示舰艇速度名称；经度指示信息、纬度指示信息的数值同样在方框中显示，以度分表示；舰艇航行方向指示信息由圆形表盘、箭头指示以及航向数值标识组成，圆形表盘根据当前舰艇的航向实时旋转，其中表盘上有正方向标识，其中：W代表正西方向，E代表正东方向，N代表正北方向，S代表正南方向，箭头指向当前的航向角度，方框内显示具体的航向数值，以度分表示。

3.根据权利要求1所述的一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法，其特征是：所述的相对运动信息为舰载机与舰艇的相对关系，相对高度信息包括高度条和相对高度数值指示，高度条为竖条形区域，当前相对高度数值指示在菱形区域中显示，单位为米，精度为0.1m，菱形区域随着相对高度变化而上下移动，在高度数值指示下方的高度条为深色显示；相对距离信息由距离条、当前距离指示符和数值标识组成，距离条为细形矩形区域，当前距离指示符为横置矩形区域，数值标识在菱形区域中显示，单位为米，精度为1m；飞行航道指示信息包括航向指示表盘、方向标识符、舰艇航向指示箭头、舰载机航向指示箭头、舰载机指示符、飞行航道名称标识和航向差值数值指示，航向指示表盘会随着航行方向的变化而旋转，表盘上有正方向标识，其中：W代表正西方向，E代表正东方向，N代表正北方向，S代表正南方向，箭头指向当前的航向角度，当舰载机航向指示箭头和舰艇航向指示箭头重合时说明二者航行方向一致，航向差值数值标识以数值的方式显示两者之间航向差值，可通过该差值进行飞行航道的动态规划，调整舰载机的飞行轨迹。

4.根据权利要求1所述的一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法，其特征是：所述的虚拟舰艇标识信息显示舰艇大致轮廓，当舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值大于1000m时显示该虚拟舰艇标识信息，舰艇大致轮廓的显示是通过计算处理单元将解算单元提供的舰艇信息进行数据重构后虚拟出实际舰艇轮廓，虚拟舰艇标识符号会根据当前舰艇的运动状态进行数据的同步与实时更新显示，指示舰载机飞行。

5.根据权利要求1所述的一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法，其特征是：所述的虚拟甲板指示信息为近距离着舰时所重构的舰艇信息，包括舰艇清晰轮廓和舰艇上的物体，当舰载机距离舰艇着舰区域中心点的距离值小于1000m时显示该虚拟甲板指示信息，舰艇轮廓详细的显示是通过计算处理单元将解算单元提供的舰艇信息进行数据重构后虚拟出实际舰艇轮廓，舰艇上的物体主要有舰艇操作仓和舰载机操作站，也是通过虚拟重构的方式进行三维绘制，虚拟舰艇标识符号会根据当前舰艇的运动状态进行数据的同步与实时更新显示，为着舰提供位置参照。

6.根据权利要求1所述的一种非可视环境下舰载机虚拟甲板着舰方法，其特征是：所述的虚拟着舰地标指示信息包括同心圆限定区域、着舰水平面参考指示、着舰地标区域、高度参考三棱柱，同心圆限定区域为两个同心圆组成，内侧同心圆显示着舰地标，外侧同心圆表示安全着舰的最大许可范围，着舰水平参考指示以四条粗实线绘制在同心圆限定区域内侧的同心圆的四个顶部位置，用于着舰时对着舰区域的进行标定，提供可靠的参考；着舰地标区域以“H”符号样式的地标进行指示，为舰载机提供准确的着舰位置；高度参考三棱柱为舰载机着舰时提供高度参考，高度参考三棱柱由三个三棱柱组成，在内侧同心圆左右两侧分别放置一个高为10m的三棱柱，在内侧同心圆顶部放置一个高为2m的三棱柱。

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