CN110502817B - 一种三维飞行剖面参数化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维飞行剖面参数化设计方法，涉及飞机飞行设计技术领域，通过分析飞行航迹的几何特点，将三维飞行航迹分解为数种航迹带单元，所有航迹带单元构成航迹带单元库，航迹带单元的特征由航迹带单元的属性参数基本属性参数和几何属性参数进行定义；再通过航迹带单元的选用、组合及参数赋值构建三维飞行剖面的参数化模型。本发明公开的一种三维飞行剖面参数化设计方法通过对航迹带单元的选用、组合及参数赋值进行三维飞行剖面的设计，得到三维飞行剖面的参数化模型，包含了绘制三维飞行剖面的全部信息，使其在飞行任务调整时无需推翻重来。该设计方法得到的三维飞行剖面模型使航迹更精确、姿态更规范，且其设计过程更灵活和高效。

Description

一种三维飞行剖面参数化设计方法

技术领域

本发明涉及飞机飞行任务设计技术领域，具体涉及一种三维飞行剖面参数化设计方法。

背景技术

飞行剖面是为完成某一特定的飞行任务而绘制的飞机航迹图形，是形象地表达飞行任务的一种形式。飞行剖面以飞机起飞基地为原点，由起飞、爬升、巡航、机动、下滑和着陆等若干个飞行阶段组成。飞行剖面有二维和三维两种形式。二维飞行剖面，由线条绘制而成，由于线条除了反映航迹以外所能承载的信息有限，二维飞行剖面在表达飞行任务要求和特点时更多地依靠注释信息；此外，由于缺乏第三维信息，二维飞行剖面需要结合垂直飞行剖面和水平飞行剖面才能完整地反映飞行航迹。三维飞行剖面，由航迹带绘制而成，航迹带既能反映航迹又能表达飞行姿态，可以大为简化表达飞行任务要求和特点所需的注释信息。与二维飞行剖面相比，三维飞行剖面更加形象、直观和简洁，因此后者得到越来越多的应用。

现有技术的技术方案是：用曲线绘制完整的飞行航迹，绘制航迹带截面并放样得到航迹带，根据任务需求对航迹带局部进行移动、拉伸和扭转等调整操作，最后添加注释信息。

现有技术存在的缺点：航迹带的调整过程繁琐、低效，调整结果不够精确、规范；飞行阶段的编辑、添加和删除不够灵活，飞行任务的局部调整意味着设计成果得推翻重来。

发明内容

本发明针对现有技术，提供了一种三维飞行剖面参数化设计方法，使航迹更精确、姿态更规范、设计更灵活和高效。

本发明通过下述技术方案实现：所述一种三维飞行剖面参数化设计方法，通过分析飞行航迹的几何特点，将三维飞行航迹分解为数种航迹带单元，所有航迹带单元构成航迹带单元库，航迹带单元的特征由航迹带单元的属性参数基本属性参数和几何属性参数进行定义；再通过航迹带单元的选用、组合及参数赋值构建三维飞行剖面的参数化模型。

上述设计得到的三维飞行剖面的参数化模型包括三维飞行剖面和航迹带单元的选用、结合及参数赋值情况，其包含了三维飞行剖面的全部信息。

进一步地，其具体包括以下步骤：

S1)将飞行任务分解为N项子飞行任务；

S2)初始化航迹带单元的基本属性参数值；

S3)绘制第1项子飞行任务的剖面；

S4)绘制第2至第N项子飞行任务的剖面，以上一项子飞行任务的航迹带的终点为起点，依次绘制第2至第N项子飞行任务的剖面；

S5)保存所设计的三维飞行剖面及其参数化模型；

S6)当飞行任务发生变化时，直接修改飞行剖面的参数化模型，即根据需要修改各航迹带单元的属性参数值或新增、插入和删除航迹带单元；根据修改后的参数化模型重新绘制整个飞行剖面；

S7)保存所修改的三维飞行剖面及其参数化模型。

进一步地，所述S3)具体包括：

S31)从航迹单元库中选取合适的航迹带单元；

S32)为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值，根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值；

S33)根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带。

进一步地，所述航迹带的绘制方法如下：

S331)根据航迹带带院的几何属性参数计算航迹带边线的三维坐标；

S332)根据航迹带边线的三维坐标计算航迹带正面的三维坐标和航迹带背面的三维坐标；

S333)根据航迹带边线的三维坐标、航迹带正面的三维坐标、航迹带背面的三维坐标和航迹带单元的基本属性参数绘制航迹带。

进一步地，所述航迹带单元库包括直线航迹带、转弯航迹带、倒转航迹带和箭头4种航迹带单元。

进一步地，所述基本属性参数为各航迹带单元的共有属性，包括航迹带宽度、航迹带厚度、航迹带正面颜色、航迹带背面颜色、航迹带边线颜色和航迹带备注信息。

进一步地，所述几何属性参数为各航迹带单元的特有属性，其中：

直线航迹带的几何属性参数包括：航迹长度、初始坡度、结束坡度、航迹倾角和航向角；

转弯航迹带的几何属性参数包括：初始转弯半径、结束转弯半径、转弯坡度、航迹倾角、初始转弯相角和结束转弯相角；

倒转航迹带的几何属性参数包括：倒转半径、倒转方向、初始倒转相角、结束倒转相角、初始航向角和倒转节距；

箭头的几何属性参数包括：航迹坡度、航迹倾角和航向角。

本发明所提供的一种三维飞行剖面参数化设计方法，通过对航迹带单元的选用、组合及参数赋值进行三维飞行剖面的设计，得到三维飞行剖面的参数化模型，包含了绘制三维飞行剖面的全部信息，使其在飞行任务调整时无需推翻重来。该设计方法得到的三维飞行剖面模型使航迹更精确、姿态更规范，且其设计过程更灵活和高效。

附图说明

图1为本发明的设计流程图；

图2为实施例三维飞行剖面；

图3为实施例航迹带结构组成图；

图4为图2所示飞行任务的任务分解图；

图5为实施例任务调整后的三维飞行剖面；

上述图中：1-边线A；2-边线B；3-边线C；4-边线D。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明中，所述的航迹带单元库，包括以下4种航迹带单元：直线航迹带、转弯航迹带、倒转航迹带和箭头。

其中，直线航迹带描述的是飞行航迹为直线可伴随飞机滚转的飞行任务；转弯航迹带描述的是飞行航迹在水平面内为弧线且存在高度变化的飞行任务；倒转航迹带描述的是飞行航迹在铅垂面内为弧线且存在横向平移的飞行任务；箭头描述的是飞机运动方向。

所述航迹带单元的属性参数的定义如下：

基本属性参数是所有航迹带单元的共同属性，基本属性参数包括：航迹带宽度、航迹带厚度、航迹带正面颜色、航迹带背面颜色、航迹带边线颜色和航迹带备注信息。

几何属性参数是各航迹带单元的特有属性，各航迹带单元的几何属性参数定义如下：

所述直线航迹带的几何属性参数包括：航迹长度、初始坡度、结束坡度、航迹倾角和航向角。

所述初始坡度的值和所述结束坡度的值为实数，坡度是指飞机绕机体纵轴倾斜的角度，飞机向右倾斜时坡度为正，飞机向左倾斜时坡度为负，结束坡度值与初始坡度值之差表示飞机滚转角度，滚转角度为零代表飞机绕机体纵轴无滚转，滚转角度为正代表飞机绕机体纵轴向右滚转，滚转角度为负代表飞机绕机体纵轴向左滚转；

所述航迹倾角的值为实数，以航迹在水平面的投影长度为底边、以航迹长度为斜边、以航迹终点和起点的高度差为高作直角三角形，航迹倾角是指所述斜边与所述底边构成的角度，航迹倾角的正负与所述高度差的正负一致；

所述航向角的值为实数，航向角是指绘图纵轴正半轴绕绘图竖轴旋转到飞机运动方向所经过的角度，逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。

所述转弯航迹带的几何属性参数包括：初始转弯半径、结束转弯半径、转弯坡度、航迹倾角、初始转弯相角和结束转弯相角。

所述初始转弯相角和结束转弯相角的值为实数。以转弯航迹圆心为原点建立坐标系，称为转弯坐标系，转弯坐标系的x轴称为转弯纵轴，转弯坐标系的y轴称为转弯横轴，转弯坐标系的z轴称为转弯竖轴，转弯纵轴、转弯横轴和转弯竖轴分别与绘图纵轴、绘图横轴和绘图竖轴同向。转弯相角是指转弯纵轴绕转弯横轴旋转到与转弯航迹点和转弯原点的连线重合时所经过的角度，转弯纵轴绕转弯横轴逆时针旋转时转弯相角为正，转弯纵轴绕转弯横轴顺时针旋转时相角为负；所述结束转弯相角与初始转弯相角之差表示飞机转弯角度，转弯角度为正，代表飞机向左转弯，转弯角度为负，代表飞机向右转弯。

所述倒转航迹带的几何属性参数包括：倒转半径、倒转方向、初始倒转相角、结束倒转相角、初始航向角和倒转节距。

所述倒转方向的值为实数，倒转方向的值为正，代表倒转航迹的圆心位于飞机机背一侧；倒转方向的值为负，代表倒转航迹的圆心位于飞机机腹一侧；

所述初始倒转相角的值和结束倒转相角的值为实数。把倒转航迹绕绘图竖轴旋转，直到航向角为零，以倒转航迹圆心为原点建立坐标系，称为倒转坐标系，倒转坐标系的x轴称为倒转纵轴，倒转坐标系的y轴称为倒转横轴，倒转坐标系的z轴称为倒转竖轴，倒转纵轴、倒转横轴和倒转竖轴分别与绘图纵轴、绘图横轴和绘图竖轴同向。倒转相角是指倒转纵轴绕倒转横轴旋转到与倒转航迹点和倒转原点的连线重合时所经过的角度，倒转纵轴绕倒转横轴逆时针旋转时倒转相角为正，倒转纵轴绕倒转横轴顺时针旋转时相角为负；所述结束倒转相角与初始倒转相角之差表示飞机倒转角度，倒转角度为正，代表飞机绕倒转横轴逆时针倒转，倒转角度为负，代表飞机绕倒转横轴顺时针倒转；

所述倒转节距的值为实数，所述倒转节距是指飞机倒转一圈后飞机在倒转横轴上移动的距离，倒转节距为正，代表飞机沿倒转横轴正方向移动，倒转节距为负，代表飞机沿倒转横轴负方向移动。

箭头的几何属性参数包括：航迹坡度、航迹倾角和航向角。

本发明所公开的一种三维飞行剖面参数化设计方法，其技术方案如下：通过分析飞行航迹的几何特点，将三维飞行航迹分解为数种航迹带单元，所有航迹带单元构成航迹带单元库，航迹带单元的特征由航迹带单元的属性参数基本属性参数和几何属性参数进行定义；再通过航迹带单元的选用、组合及参数赋值构建三维飞行剖面的参数化模型。

本发明所公开的技术方案中的剖面图在在笛卡尔坐标系下绘制，其中x轴为纵轴、y为横轴、z为竖轴，三者分别称为绘图纵轴、绘图横轴和绘图竖轴；机体坐标系采用笛卡尔坐标系，其中x轴为纵轴、y为横轴、z为竖轴，三者分别称为机体纵轴、机体横轴和机体竖轴。

其具体包括以下步骤：

S1)将飞行任务分解为N项子飞行任务；

S2)初始化航迹带单元的基本属性参数值；

S3)绘制第1项子飞行任务的剖面；

S31)从航迹单元库中选取合适的航迹带单元；

S32)为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值，根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值；

S33)根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带；

S331)根据航迹带带院的几何属性参数计算航迹带边线的三维坐标；

S332)根据航迹带边线的三维坐标计算航迹带正面的三维坐标和航迹带背面的三维坐标；

S333)根据航迹带边线的三维坐标、航迹带正面的三维坐标、航迹带背面的三维坐标和航迹带单元的基本属性参数绘制航迹带；

S4)绘制第2至第N项子飞行任务的剖面，以上一项子飞行任务的航迹带的终点为起点，依次绘制第2至第N项子飞行任务的剖面；第2至第N项子飞行任务的剖面绘制方法与S3)基本相同；

S5)保存所设计的三维飞行剖面及其参数化模型；

S6)当飞行任务发生变化时，直接修改飞行剖面的参数化模型，即根据需要修改各航迹带单元的属性参数值或新增、插入和删除航迹带单元；根据修改后的参数化模型重新绘制整个飞行剖面；

S7)保存所修改的三维飞行剖面及其参数化模型。

上述具体步骤的流程图如图1所示。

以下列具体实施例为例：

本实施例将基于matlab软件，运用本发明所提供的一种三维飞行剖面的参数化设计方法完成如图2、图4所示的某飞行任务的三维飞行剖面的设计。

在本实施例中，航迹带由边线A1、边线B2、边线C3和边线D4共4条空间曲线组成，如图3所示。边线A1、边线B2、边线C3和边线D4统称为航迹带边线。航迹带边线彼此之间的间距恒定，其中边线A1和边线B2之间的间距与边线C3和边线D4之间的间距相等，该间距即航迹带宽度；边线A1和边线D4之间的间距与边线B2和边线C3之间的间距相等，该间距即航迹带厚度。

边线A1的三维坐标分别是x1,y1,z1，其中x1,y1,z1均是n×1(即n行1列)的数组；

边线B2的三维坐标分别是x2,y2,z2，其中x2,y2,z2均是n×1的数组；

边线C3的三维坐标分别是x3,y3,z3，其中x3,y3,z3均是n×1的数组；

边线D4的三维坐标分别是x4,y4,z4，其中x4,y4,z4均是n×1的数组；

航迹带正面的三维坐标是Z1,Z2,Z3,其中Z1,Z2,Z3均是2n×1的数组，Z1,Z2,Z3由x1,y1,z1和x2,y2,z2按以下规律计算得到：

Z1₁,Z2₁,Z3₁＝x1₁,y1₁,z1₁

Z1₂,Z2₂,Z3₂＝x2₁,y2₁,z2₁

Z1₃,Z2₃,Z3₃＝x1₂,y1₂,z1₂

Z1₄,Z2₄,Z3₄＝x2₂,y2₂,z2₂

……

Z1_2n-1,Z2_2n-1,Z3_2n-1＝x1_n,y1_n,z1_n

Z1_2n,Z2_2n,Z3_2n＝x2_n,y2_n,z2_n

航迹带背面的三维坐标是B1,B2,B3,其中B1,B2,B3均是2n×1的数组，B1,B2,B3由x3,y3,z3和x4,y4,z4按以下规律计算得到：

B1₁,B2₁,B3₁＝x3₁,y3₁,z3₁

B1₂,B2₂,B3₂＝x4₁,y4₁,z4₁

B1₃,B2₃,B3₃＝x3₂,y3₂,z3₂

B1₄,B2₄,B3₄＝x4₂,y4₂,z4₂

……

B1_2n-1,B2_2n-1,B3_2n-1＝x3_n,y3_n,z3_n

B1_2n,B2_2n,B3_2n＝x4_n,y4_n,z4_n

在设计过程中，涉及到的主要参数如表1所示：

表1

在设计过程中涉及到的主要函数如表2所示：

表2

其中，直线航迹带函数如下：

function[hjline,model]＝linetrace(model,kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,hjc,cs_pd,ed_pd,hjqj,hxj)

[m_model,n_model]＝size(model)；

model(m_model+1,:)＝{m_model+1,'直线航迹带',kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,hjc,cs_pd,ed_pd,hjqj,hxj,0}；

ori＝[0-kd/2hd/2 0kd/2hd/2 0-kd/2-hd/2 0kd/2-hd/2]；

x＝(0:1:hjc)'；hjline＝repmat(ori,length(x),1)；

hjline(:,1)＝x；hjline(:,4)＝x；hjline(:,7)＝x；hjline(:,10)＝x；

le_x＝length(x)；

pd＝linspace(0,(ed_pd-cs_pd)*pi/180,le_x)+cs_pd*pi/180；

for i＝1:le_x

rollx＝[1 0 0；0cos(pd(i))sin(pd(i))；0-sin(pd(i))cos(pd(i))]；

hjline(i,1:3)＝hjline(i,1:3)*rollx；

hjline(i,4:6)＝hjline(i,4:6)*rollx；

hjline(i,7:9)＝hjline(i,7:9)*rollx；

hjline(i,10:12)＝hjline(i,10:12)*rollx；

end

hjqj＝-hjqj*pi/180；

rolly＝[cos(hjqj)0-sin(hjqj)；0 1 0；sin(hjqj)0cos(hjqj)]；

hxj＝hxj*pi/180；

rollz＝[cos(hxj)sin(hxj)0；-sin(hxj)cos(hxj)0；0 0 1]；

hjline(:,1:3)＝hjline(:,1:3)*rollx*rolly*rollz；

hjline(:,4:6)＝hjline(:,4:6)*rollx*rolly*rollz；

hjline(:,7:9)＝hjline(:,7:9)*rollx*rolly*rollz；

hjline(:,10:12)＝hjline(:,10:12)*rollx*rolly*rollz；

转弯航迹带函数如下：

倒转航迹带函数如下：

箭头函数如下：

function[hjline,model]＝arrowtrace(model,kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,pd,hjqj,hxj)

[m_model,n_model]＝size(model)；

model(m_model+1,:)＝{m_model+1,'箭头',kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,pd,hjqj,hxj,0,0,0}；

ori＝[0-kd/2hd/2 0kd/2hd/2 0-kd/2-hd/2 0kd/2-hd/2]；

hjc＝ori(5)*4.5；x＝(0:1:hjc)'；

hjline＝repmat(ori,length(x),1)；

hjline(:,1)＝x；hjline(:,4)＝x；hjline(:,7)＝x；hjline(:,10)＝x；

hjline(:,2)＝linspace(ori(2)*2.25,0,length(x))；hjline(:,8)＝hjline(:,2)；

hjline(:,5)＝linspace(ori(5)*2.25,0,length(x))；hjline(:,11)＝hjline(:,5)；

pd＝pd*pi/180；rollx＝[1 0 0；0cos(pd)sin(pd)；0-sin(pd)cos(pd)]；

hjqj＝-hjqj*pi/180；rolly＝[cos(hjqj)0-sin(hjqj)；0 1 0；sin(hjqj)0cos(hjqj)]；

hxj＝hxj*pi/180；rollz＝[cos(hxj)sin(hxj)0；-sin(hxj)cos(hxj)0；0 0 1]；

hjline(:,1:3)＝hjline(:,1:3)*rollx*rolly*rollz；

hjline(:,4:6)＝hjline(:,4:6)*rollx*rolly*rollz；

hjline(:,7:9)＝hjline(:,7:9)*rollx*rolly*rollz；

hjline(:,10:12)＝hjline(:,10:12)*rollx*rolly*rollz；

航迹带单元连接函数如下：

航迹带单元绘图函数如下：

参数化模型存盘函数如下：

飞行剖面重绘函数如下：

三维飞行剖面参数化设计过程中，根据航迹带单元的几何属性参数值计算航迹带边线的三维坐标，然后根据航迹带边线的三维坐标计算航迹带正面和航迹带背面的三维坐标。其中，航迹带边线的三维坐标、航迹带正面的三维坐标和航迹带背面的三维坐标统称为航迹带三维坐标，然后根据航迹带三维坐标和航迹带单元的基本属性参数绘制航迹带，进而绘制出每个自飞行项目的航迹带，以得到三维飞行剖面的参模型。

在实际运用过程中，以某飞行任务包括6项子飞行项目为例，其设计过程具体如下：

S1)将飞行任务分解为6项子飞行任务：

如图2所示，该飞行任务包含通场、半斤斗、翻转、水平转弯和巡航5项子飞行任务，计及修饰性的箭头，共包含6项子飞行任务。其飞行任务的任务分解图如图所示，图中①、②、③、④、⑤、⑥分别代表第1、2、3、4、5、6项子飞行任务；图中o-xyz代表绘图坐标系，图中o’-x’y’z’代表倒转坐标系，图中o”-x”y”z”代表转弯坐标系。

S2)初始化航迹带单元的基本属性参数值：

kd＝40；

hd＝1；

zmys＝c；(青色)

bmys＝k；(黑色)

bxys＝b；(蓝色)

bzxx＝‘null’；(无)

S3)绘制第1项子飞行任务的剖面：

S31)从航迹单元库中选取合适的航迹带单元。通场飞行的航迹为直线，因此选择直线航迹带；

S32)为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值：

hjc＝300；

cs_pd＝0；

ed_pd＝0；(通场飞行过程中，飞机保持水平飞行，飞机绕机体纵轴倾斜的角度始终为0，因此初始坡度和结束坡度均为0)

hjqj＝0；(通场飞行过程中，飞机保持水平飞行，因此航迹倾角为0)

hxj＝0；(通场飞行的方向与绘图纵轴正半轴同向，因此航向角为0)

根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值：修改航迹带单元备注信息：

bzxx＝‘通场’；

S32)根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带：

S331)根据直线航迹带的几何属性参数计算直线航迹带边线的三维坐标：

[hjline,model]＝linetrace(model,kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,hjc,cs_pd,ed_pd,hjqj,hxj)；

S332)根据航迹带单元边线的三维坐标计算其正面和背面的三维坐标，将当前子飞行任务航迹带的起点连接至上一子飞行任务航迹带的终点：

[HJLINE,hjline,hjface]＝execonnect(HJLINE,hjline)；

S333)根据航迹带三维坐标和航迹带单元的基本属性参数值绘制航迹带：

drawfxpm(HJLINE,hjline,hjface,zmys,bmys,bxys,bzxx)；

S4)绘制第2至第6项子飞行任务的剖面：

S41)绘制第2项子飞行任务的剖面：

S411)从航迹单元库中选取合适的航迹带单元。半斤斗飞行的航迹为竖直平面内的圆弧，因此选择倒转航迹带；

S412)为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值：

r＝80；

dzfx＝1；(做半斤斗飞行时，航迹的圆心位于飞机机背一侧)

stangle＝-90；(倒转纵轴绕倒转横轴顺时针旋转到与初始倒转航迹点和倒转原点的连线重合时所经过的角度为90°)

edangle＝90；(倒转纵轴绕倒转横轴逆时针旋转到与结束倒转航迹点和倒转原点的连线重合时所经过的角度为90°)

cs_hxj＝0；(进入半斤斗飞行时，飞机的方向与绘图纵轴正半轴同向，因此航向角为0)

jieju＝0；(在半斤斗飞行过程中，飞机未沿倒转横轴移动)

根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值：修改航迹带单元备注信息：

bzxx＝‘半斤斗’；

S413)以第1项子飞行任务的航迹带的终点为起点，根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带；

S4131)根据倒转航迹带的几何属性参数计算倒转航迹带边线的三维坐标：

[hjline,model]＝reversetrace(model,kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,r,dzfx,stangle,edangle,cs_hxj,jieju)；

S4132)根据航迹带单元边线的三维坐标计算其正面和背面的三维坐标，将当前子飞行任务航迹带的起点连接至上一子飞行任务航迹带的终点：

[HJLINE,hjline,hjface]＝execonnect(HJLINE,hjline)；

S4133)根据航迹带三维坐标和航迹带单元的基本属性参数值绘制航迹带：

drawfxpm(HJLINE,hjline,hjface,zmys,bmys,bxys,bzxx)；

S42)绘制第3项子飞行任务的剖面：

S421)从航迹单元库中选取合适的航迹带单元。翻转飞行的航迹为直线，因此选择直线航迹带；

S422)为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值：

hjc＝200；

cs_pd＝180；(半斤斗飞行的结束时刻即翻转飞行的初始时刻，此时，飞机机腹朝上，飞机绕机体纵轴倾斜的角度为180°)

ed_pd＝0；(翻转飞行的结束时刻，飞机机腹朝下，飞机绕机体纵轴倾斜的角度为0°)

hjqj＝0；(翻转飞行过程中，飞机航迹保持水平，因此航迹倾角为0)

hxj＝180；(进入翻转飞行时，飞机的方向与绘图纵轴正半轴反向，绘图纵轴正半轴绕绘图竖轴逆时针旋转到飞机运动方向所经过的角度为180°)

根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值：修改航迹带单元备注信息：

bzxx＝‘翻转’；

S423)以第2项子飞行任务的航迹带的终点为起点，根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带；

S4231)据直线航迹带的几何属性参数计算直线航迹带边线的三维坐标：

[hjline,model]＝linetrace(model,kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,hjc,cs_pd,ed_pd,hjqj,hxj)；

S4232)根据航迹带单元边线的三维坐标计算其正面和背面的三维坐标，将当前子飞行任务航迹带的起点连接至上一子飞行任务航迹带的终点：

[HJLINE,hjline,hjface]＝execonnect(HJLINE,hjline)；

S4233)根据航迹带三维坐标和航迹带单元的基本属性参数值绘制航迹带：

drawfxpm(HJLINE,hjline,hjface,zmys,bmys,bxys,bzxx)；

S43)绘制第4项子飞行任务的剖面：

S431)从航迹单元库中选取合适的航迹带单元。为水平转弯飞行子任务选择转弯航迹带；

S432)为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值：

r1＝100；

r2＝100；

pd_max＝30；(水平转弯飞行时，飞机保持30°坡度)

hjqj＝0；(水平转弯飞行时，航迹终点和起点的高度差为0，因此航迹倾角为0)

stangle＝270；(进入水平转弯飞行时，转弯纵轴绕转弯横轴逆时针旋转到与初始转弯航迹点和转弯原点的连线重合时所经过的角度为270°)

edangle＝90；(结束水平转弯飞行时，转弯纵轴绕转弯横轴逆时针旋转到与结束转弯航迹点和转弯原点的连线重合时所经过的角度为90°)

根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值：修改航迹带单元备注信息：

bzxx＝‘水平转弯’；

S433)以第3项子飞行任务的航迹带的终点为起点，根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带；

S4331)根据转弯航迹带的几何属性参数计算转弯航迹带边线的三维坐标：

[hjline,model]＝turntrace(model,kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,r1,r2,pd_max,hjqj,stangle,edangle)；

S4332)根据航迹带单元边线的三维坐标计算其正面和背面的三维坐标，将当前子飞行任务航迹带的起点连接至上一子飞行任务航迹带的终点：

[HJLINE,hjline,hjface]＝execonnect(HJLINE,hjline)；

S4333)根据航迹带三维坐标和航迹带单元的基本属性参数值绘制航迹带：

drawfxpm(HJLINE,hjline,hjface,zmys,bmys,bxys,bzxx)；

S44)绘制第5项子飞行任务的剖面：

S441)从航迹单元库中选取合适的航迹带单元。巡航飞行的航迹为直线，因此选择直线航迹带；

S442)为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值：

hjc＝200；

cs_pd＝0；

ed_pd＝0；(巡航飞行过程中，飞机保持水平飞行，飞机绕机体纵轴倾斜的角度始终为0，因此初始坡度和结束坡度均为0°)

hjqj＝0；(巡航飞行过程中，飞机航迹保持水平，因此航迹倾角为0)

hxj＝0；(巡航飞行的方向与绘图纵轴正半轴同向，因此航向角为0)

根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值：修改航迹带单元备注信息：

bzxx＝‘巡航’；

S443)以第4项子飞行任务的航迹带的终点为起点，根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带；

S4431)根据直线航迹带的几何属性参数计算直线航迹带边线的三维坐标：

[hjline,model]＝linetrace(model,kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,hjc,cs_pd,ed_pd,hjqj,hxj)；

S4432)根据航迹带单元边线的三维坐标计算其正面和背面的三维坐标，将当前子飞行任务航迹带的起点连接至上一子飞行任务航迹带的终点：

[HJLINE,hjline,hjface]＝execonnect(HJLINE,hjline)；

S4433)根据航迹带三维坐标和航迹带单元的基本属性参数值绘制航迹带：

drawfxpm(HJLINE,hjline,hjface,zmys,bmys,bxys,bzxx)；

S45)绘制第6项子飞行任务的剖面：

S451)从航迹单元库中选取合适的航迹带单元。第6项子飞行任务为起修饰作用的箭头，因此选择箭头；

S452)为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值：

pd＝0；

hjqj＝0；

hxj＝0；(箭头的航迹坡度、航迹倾角和航向角均分别与上一项子飞行任务结束时的坡度、航迹倾角和航向角一致)

根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值：修改航迹带单元备注信息：

bzxx＝‘null’；(无)

S453)以第5项子飞行任务的航迹带的终点为起点，根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带；

S4531)根据箭头的几何属性参数计算箭头边线的三维坐标：

[hjline,model]＝arrowtrace(model,kd,hd,zmys,bmys,bxys,bzxx,pd,hjqj,hxj)；

S4532)根据航迹带单元边线的三维坐标计算其正面和背面的三维坐标，将当前子飞行任务航迹带的起点连接至上一子飞行任务航迹带的终点：

[HJLINE,hjline,hjface]＝execonnect(HJLINE,hjline)；

S4533)根据航迹带三维坐标和航迹带单元的基本属性参数值绘制航迹带：

drawfxpm(HJLINE,hjline,hjface,zmys,bmys,bxys,bzxx)；

S5)保存所设计的三维飞行剖面及其参数化模型；

S51)保存所设计的三维飞行剖面：在figure界面依次执行以下操作：File→SaveAs→输入文件名“实施例飞行剖面”→选择保存类型“JPEG image(*.jpg)”→保存；

S52)把飞行剖面的参数化模型以txt格式文件存储：

执行savemodel(model)函数，在此过程中输入文件名“实施例飞行剖面”。

由S51)得到的三维飞行剖面见图2，由S52)保存的参数化模型见表3：

表3

S6)任务调整：将第3项子飞行任务“翻转”修改为“水平横滚540°”

S61)直接修改“实施例飞行剖面.txt”文件中的数据：根据坡度的定义，“翻转”实际上是滚转角度为180°的水平横滚，因此只需将“翻转”对应的直线航迹带的结束坡度的值由360修改为720，同时适当增加该项子任务的航迹长度，即将“翻转”对应的直线航迹带的航迹长度的值由200修改为300，最后把该项子任务的航迹带单元备注信息值由“翻转”改为“水平横滚540°”，修改完毕保存文件。修改后的参数化模型见表4：

1	直线航迹带	40	1	c	k	b	通场	300	0	0	0	0	0
														2	倒转航迹带	40	1	c	k	b	半斤斗	80	1	-90	90	0	0
3	直线航迹带	40	1	c	k	b	水平横滚540°	300	180	720	0	180	0
														4	转弯航迹带	40	1	c	k	b	水平转弯	100	100	30	0	270	90
5	直线航迹带	40	1	c	k	b	巡航	200	0	0	0	0	0
														6	箭头	40	1	c	k	b	null	0	0	0	0	0	0

表4

S62)根据修改后的参数化模型重新绘制整个飞行剖面：

执行redrawfxpm函数，选择“实施例飞行剖面.txt”文件以重新绘制整个飞行剖面。

S7)保存所修改的三维飞行剖面及其参数化模型：

S71)按照S51)所述方法保存所修改的三维飞行剖面；

S72)保存修改后的参数化模型(这一步已由S61)完成)。

由S71)得到的三维飞行剖面见图5。至此，针对图2所示的某飞行任务的三维飞行剖面的设计过程结束。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三维飞行剖面参数化设计方法，其特征在于：通过分析飞行航迹的几何特点，将三维飞行航迹分解为数种航迹带单元，所有航迹带单元构成航迹带单元库，航迹带单元的特征由航迹带单元的属性参数基本属性参数和几何属性参数进行定义；再通过航迹带单元的选用、组合及参数赋值构建三维飞行剖面的参数化模型；基本属性参数是所有航迹带单元的共同属性，几何属性参数是各航迹带单元的特有属性，具体包括以下步骤：

S1）将飞行任务分解为N项子飞行任务；

S2）初始化航迹带单元的基本属性参数值；

S3）绘制第1项子飞行任务的剖面；

S31）从航迹单元库中选取合适的航迹带单元；

S32）为所选取的航迹带单元的几何属性参数赋值，根据需要修改航迹带单元的基本属性参数值；

S33）根据所选取的航迹带单元的属性参数值绘制航迹带；

S4）绘制第2至第N项子飞行任务的剖面，以上一项子飞行任务的航迹带的终点为起点，依次绘制第2至第N项子飞行任务的剖面；

S5）保存所设计的三维飞行剖面及其参数化模型；

S6）当飞行任务发生变化时，直接修改飞行剖面的参数化模型，即根据需要修改各航迹带单元的属性参数值或新增、插入和删除航迹带单元；根据修改后的参数化模型重新绘制整个飞行剖面；

S7）保存所修改的三维飞行剖面及其参数化模型。

2.根据权利要求1所述的一种三维飞行剖面参数化设计方法，其特征在于：所述航迹带的绘制方法如下：

S331）根据航迹带单元 的几何属性参数计算航迹带边线的三维坐标；

S332）根据航迹带边线的三维坐标计算航迹带正面的三维坐标和航迹带背面的三维坐标；

S333）根据航迹带边线的三维坐标、航迹带正面的三维坐标、航迹带背面的三维坐标和航迹带单元的基本属性参数绘制航迹带。

3.根据权利要求1~2任一项所述的一种三维飞行剖面参数化设计方法，其特征在于：所述航迹带单元库包括直线航迹带、转弯航迹带、倒转航迹带和箭头4种航迹带单元。

4.根据权利要求3所述的一种三维飞行剖面参数化设计方法，其特征在于：所述基本属性参数为各航迹带单元的共有属性，包括航迹带宽度、航迹带厚度、航迹带正面颜色、航迹带背面颜色、航迹带边线颜色和航迹带备注信息。

5.根据权利要求4所述的一种三维飞行剖面参数化设计方法，其特征在于：所述几何属性参数为各航迹带单元的特有属性，

直线航迹带的几何属性参数包括：航迹长度、初始坡度、结束坡度、航迹倾角和航向角；

转弯航迹带的几何属性参数包括：初始转弯半径、结束转弯半径、转弯坡度、航迹倾角、初始转弯相角和结束转弯相角；

倒转航迹带的几何属性参数包括：倒转半径、倒转方向、初始倒转相角、结束倒转相角、初始航向角和倒转节距；

箭头的几何属性参数包括：航迹坡度、航迹倾角和航向角。

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