CN110617816A - 一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法及系统，属于民航监测领域。该方法包括：第一步，采集关键数据；第二步，采集测量探测设备输出的FOD物体的相对位置；第三步，建立直角坐标系；第四步，坐标变换：将第二步采集到的FOD物体的相对位置转换到第三步建立的直角坐标系中获得FOD物体的直角坐标；第五步，生成导航路径：在同一个坐标系下，计算得到机场工作人员到达FOD物体的导航路径；第六步，导航信息发布：将第五步生成的导航路径发布到机场工作人员的处理设备上。利用本发明能够精确引导机场工作人员进行FOD物体的清除。

Description

一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法及系统

技术领域

本发明属于民航监测领域，具体涉及一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法及系统。

背景技术

机场跑道异物(foreign object debris,简称FOD)是任何不属于机场但出现在机场运作区域并可能对机场造成损失或者对飞机造成损害的外来物品，如水泥块、螺钉、轮胎皮等。机场跑道异物给飞行安全带来重大隐患，必须及时发现并清除。

目前，已有报道的自动化机场跑道外来物(FOD)探测系统可以分为三种模式：光学探测、毫米波雷达探测和毫米波雷达+光学摄像机组合探测。

光学探测方式采用在跑道侧面一定距离安装多台高清摄像机，通过分析视频和图像发现和识别FOD。发现FOD后，参考摄像机的安装位置和摄像机运动转台的动作参数，给出FOD在跑道上的大概位置，例如：将跑道划分成一定数量的网格，系统输出该FOD物体位于哪个网格中，由机场工作人员前往跑道寻找并清除FOD物体。

毫米波雷达探测方式采用在跑道侧面一定距离或汽车车顶安装1台或多台雷达，扫描跑道并给出FOD物体在跑道上的位置。毫米波雷达工作时，以雷达天线馈源为极点，以雷达波束为极轴，以固定的速度循环扫描天线前方的扇形区域，输出FOD物体在雷达天线阵面极坐标系中的坐标。

毫米波雷达+光学摄像机组合探测方式则是上述两种探测方式的组合。

由于机场跑道上的FOD尺寸、材质、颜色多种多样，能够损伤发动机的FOD尺寸最小可达毫米级，肉眼需在近距离才能看见。而雷达和光学摄像机输出的FOD物体的位置信息都不是标准的直角坐标系坐标，依靠此信息前往跑道寻找和清除FOD物体存在很大的误差和不确定性，因此机场工作人员前往跑道寻找和清除FOD时需要花费较长的时间，给工作带来了极大的不便。

即便雷达输出FOD物体在雷达天线阵面极坐标系中的极坐标或者光学摄像机输出其运动转台的动作参数，这些信息也不足以用来生成导航路径。因此，机场工作人员缺乏自动路径导航引导其进行FOD物体清除操作的手段。

另外，FOD物体的清除导航与普通民用导航应用存在显著的不同，普通民用导航应用中，导航目标(如操作人员或运动载体)自身拥有GPS、北斗等卫星导航接收终端，可以获得自身的位置坐标，且导航目的地的位置坐标也是明确的，因此可以生成基于导航目标到导航目的地的路径规划。而FOD物体的清除导航中，雷达输出的FOD物体的极坐标或光学摄像机转台输出的对准FOD物体时的动作参数是相对的位置信息。FOD物体(即导航目的地)的位置信息不是标准的直角坐标系坐标，其坐标是不明确的。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法及系统，将FOD物体的位置信息与标准坐标系坐标相统一，再将该坐标叠加在机场二维GIS地图上实现路径导航引导工作人员进行跑道异物清除工作。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，包括：

第一步，采集关键数据；

第二步，采集测量探测设备输出的FOD物体的相对位置；

第三步，建立直角坐标系；

第四步，坐标变换：将第二步采集到的FOD物体的相对位置转换到第三步建立的直角坐标系中获得FOD物体的直角坐标；

第五步，生成导航路径：在同一个坐标系下，计算得到机场工作人员到达FOD物体的导航路径；

第六步，导航信息发布：将第五步生成的导航路径发布到机场工作人员的处理设备上。

所述第一步中的所述关键数据包括：机场跑道的跑道左端点的WGS84坐标、跑道中心圆圆心的WGS84坐标、跑道右端点的WGS84坐标、跑道方位角测量探测设备的安装位置的WGS84坐标。

所述测量探测设备包括雷达和/或光学摄像机；

所述测量探测设备的安装位置的WGS84坐标是利用高精度测距设备或者全站仪测得的雷达天线阵面馈源的WGS84坐标或者光学摄像机的WGS84坐标。

所述第二步的操作包括：

采集雷达输出的FOD物体在雷达坐标系中的极坐标；

或者，采集光学摄像机输出的其对准FOD物体时其运动转台的方位角、俯仰角。

所述第三步的操作包括：

以跑道中心圆圆心为原点，以跑道中心线所在的直线为X轴，以垂直于跑道中心线的直线为Y轴，X轴、Y轴均位于地面内，以垂直于地面指向天空的直线为Z轴，建立直角坐标系。

所述第四步的操作包括：

1)将第一步获得的跑道中心圆圆心的WGS84坐标、雷达天线阵面馈源的WGS84坐标、光学摄像机的WGS84坐标分别转换为大地地心直角坐标系下的坐标：跑道中心圆圆心在大地地心直角坐标系下的坐标(X_p,Y_p,Z_p)、雷达天线阵面馈源在大地地心直角坐标系下的坐标(X₁,Y₁,Z₁)、光学摄像机在大地地心直角坐标系下的坐标(X₂,Y₂,Z₂)；

2)将雷达天线阵面馈源、光学摄像机在大地地心直角坐标系下的坐标分别转换为第三步创建的直角坐标系下的坐标：

利用下式求得雷达天线阵面馈源在所述直角坐标系中的坐标(X_r,Y_r,Z_r)：

利用下式求得光学摄像机在所述直角坐标系中的坐标(X_c,Y_c,Z_c)：

3)利用下式将雷达输出的FOD物体的极坐标转换为所述直角坐标系下的坐标(x,y,z)，即FOD物体的直角坐标：

其中，α为雷达安装好之后，天线阵面初始法线方向与Y轴的夹角，R_t、β_t分别是雷达输出的FOD物体的极坐标中的径向距离、方位角，ε_t为雷达天线的俯仰角，ε_t＝arcsin(Z_r/R_t)。

利用下式将光学摄像机的运动转台输出的方位角和俯仰角转换为所述直角坐标系下的坐标(x,y,z)，即FOD物体的直角坐标：

其中，β_c为摄像机转台初始方向与FOD物体之间的夹角，ε_c为摄像机对准FOD物体时俯仰的角度，θ为摄像机转台初始方向与Y轴的夹角。

所述第四步的操作进一步包括：将所述FOD物体的直角坐标(x,y,z)进行转换得到FOD物体的WGS84坐标：

利用下式求得FOD物体与跑道中心圆圆心的距离差(Δx₄,Δy₄,Δz₄)：

利用下式求得FOD物体在大地地心直角坐标系下的坐标(X₄,Y₄,Z₄)：

利用下式求得FOD物体的WGS84坐标(L₄,B₄,H₄)：

所述第五步的操作包括：

如果是在第三步建立的直角坐标系下计算导航路径，则将机场工作人员所在位置的WGS84坐标转换为在所述直角坐标系下的坐标，然后根据第四步得到的FOD物体的直角坐标和机场工作人员在所述直角坐标系下的坐标计算得到导航路径；

如果是在WGS84坐标系下计算导航路径，则根据第四步得到的FOD物体的WGS84坐标和机场工作人员所在位置的WGS84坐标计算得到导航路径。

所述处理设备采用集成了GPS或北斗导航系统的导航终端设备，包括：手机、平板电脑或者车载计算机；

优选地，所述处理设备上安装有机场二维GIS地图或自建地图，并能够将所述导航路径叠加在机场二维GIS地图或自建地图上，并在所述处理设备的屏幕上显示。

本发明还提供了一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的系统，包括：

数据采集单元，用于采集机场跑道的跑道左端点的WGS84坐标、跑道中心圆圆心的WGS84坐标、跑道右端点的WGS84坐标、跑道方位角测量探测设备的安装位置的WGS84坐标；

FOD物体的位置采集单元，用于采集测量探测设备输出的FOD物体的相对位置；

直角坐标系建立单元，用于建立直角坐标系；

坐标变换单元：分别与所述数据采集单元、FOD物体的位置采集单元、直角坐标系建立单元连接，将FOD物体的位置采集单元采集到的FOD物体的相对位置转换到直角坐标系建立单元建立的直角坐标系下获得FOD物体的直角坐标；将FOD物体的直角坐标转换到WGS84坐标系中获得FOD物体的WGS84坐标；

导航路径生成单元：与所述坐标变换单元连接，将机场工作人员所在位置的WGS84坐标转换为在所述直角坐标系下的坐标，然后根据坐标变换单元得到的FOD物体的直角坐标和机场工作人员在所述直角坐标系下的坐标计算得到导航路径；或者根据坐标变换单元得到的FOD物体的WGS84坐标和机场工作人员所在位置的WGS84坐标计算得到导航路径；

导航信息发布单元：与所述导航路径生成单元连接，将所述导航路径生成单元生成的导航路径发布到机场工作人员的处理设备上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过自建直角坐标系描述跑道上FOD物体的坐标，为FOD物体的清除工作提供了基于统一的坐标进行导航路径计算可行性。

(2)本发明通过自建直角坐标系，最终获得的FOD物体的直角坐标精度可达厘米级，远远高于使用民用GPS、北斗等卫星导航设备测量获得的位置精度，且方法简单可靠，经济实用。

(3)利用转换后的直角坐标或标准坐标系坐标，将其与机场工作人员的位置坐标结合起来生成的导航路径可以精确引导机场工作人员进行FOD物体的清除。

附图说明

图1是本发明种导航精确引导进行机场跑道异物清除的方法的实现过程示意图。

图2是本发明一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法建立的直角坐标系示意图；

图3是本发明一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法建立的直角坐标系与大地地心直角坐标系这两个新、旧坐标系的转换示意图

图4是本发明一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法中雷达极坐标系中FOD物体的坐标在建立的直角坐标系中的示意图。

图5是本发明一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法中FOD物体的光学摄像机转台对应的参数在建立的直角坐标系中的示意图；

图6是本发明方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图6所示，本发明精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，包括：采集关键数据、获取FOD物体的相对位置、建立直角坐标系、坐标变换、生成导航路径、导航信息发布，具体如下：

第一步，采集关键数据：获得机场跑道关键数据，包括：跑道左端点7的WGS84坐标、跑道中心圆圆心1的WGS84坐标、跑道右端点8的WGS84坐标、跑道方位角测量探测设备2(如雷达、光学摄像机)的安装位置的WGS84坐标。

首先需要收集机场现有关键数据。机场场道工程建设时，都会精确测量出跑道的关键数据并上报管理单位，如跑道中心圆圆心1的WGS84坐标、跑道两个端点的WGS84坐标、跑道方位角(跑道方位角一般以跑道磁方向角度表示，由北顺时针转动为正)等，这些数据均可以从机场相关部门获取到。

进一步的，还需要使用高精度测距设备如RTK(Real-time kinematic)实时动态差分法或者全站仪来测量跑道外来物(FOD)探测系统的雷达天线阵面馈源和光学摄像机CCD成像器件安装位置的WGS84坐标。

第二步，获取FOD物体的相对位置：获得雷达输出的FOD物体的极坐标或者光学摄像机的运动转台的动作参数(对于“毫米波雷达+光学摄像机组合探测方式”，不需要同时获得雷达和光学摄像机的参数，也只需要雷达输出的FOD物体的极坐标或者光学摄像机的运动转台的动作参数即可。)：

获取跑道外来物(FOD)探测系统中雷达输出的FOD物体在雷达坐标系中的极坐标，或者获取光学摄像机输出的其对准FOD物体时摄像机的运动转台的方位角、俯仰角。

根据公知的技术，雷达输出的极坐标为FOD物体的方位角和极径。具体的，雷达以雷达天线阵面馈源为极点，以雷达天线初始法线方向为极角的0度，雷达输出的FOD物体方位角为其与初始法线方向的夹角，径向距离为其极径。

根据公知的光学成像原理，光学摄像机对准FOD物体时，摄像机的运动转台输出的方位角是CCD成像器件与FOD物体之间的直线与运动转台初始法线之间的夹角，输出的俯仰角是CCD成像器件与FOD物体之间的直线与水平面之间的夹角。

第三步，建立直角坐标系：

建立以跑道中心圆圆心为原点，以跑道中心线所在的直线为X轴，以垂直于跑道中心线为Y轴(X轴、Y轴位于地面即水平面内)，垂直于地面指向天空为Z轴，建立的直角坐标系，创建了如图2所示的直角坐标系3，该直角坐标系既可以是左手直角坐标系，也可以是右手直角坐标系，图2中给出的实施例是建立的左手直角坐标系。

第四步，坐标变换：将雷达输出的FOD物体4的极坐标转换为直角坐标，或进一步转换为WGS84坐标。或者是将光学摄像机运动转台的动作参数转换为FOD物体4的直角坐标，或进一步转换为WGS84坐标。

1)将第一步获得的跑道中心圆圆心1、雷达天线阵面馈源、光学摄像机CCD成像器件的WGS84坐标转换为公知的大地地心直角坐标系下的坐标。其转换过程如下：

假设某点的WGS84坐标为经度L、纬度B和高度H，通过简单矢量运算和三角函数运算，可求得其大地地心直角坐标系下的坐标(X,Y,Z)为：

其中，N为卯酉圈曲率半径；e为椭球第一偏心率，e²＝0.00669437999013。

通过公式(1)，将机场已知的跑道中心圆圆心的WGS84坐标转换得到大地地心直角坐标系下的坐标(X_p,Y_p,Z_p)；将雷达天线阵面馈源的WGS84坐标转换得到大地地心直角坐标系下的坐标(X₁,Y₁,Z₁)；将光学摄像机CCD成像器件的WGS84坐标转换得到大地地心直角坐标系下的坐标(X₂,Y₂,Z₂)。

2)将上述大地地心直角坐标系下的坐标转换为第三步创建的左手直角坐标系下坐标。

自建直角坐标系与大地地心直角坐标系两个新、旧坐标系的转换如图3所示，存在坐标系平移、旋转和尺度比，平移量为Δx、Δy、Δz，旋转角ε_X、ε_Y、ε_Z，尺度比为m。可以用公知的空间直角坐标系转换方法Bursa七参数坐标转换模型表示：

在使用Bursa七参数法转换时,必须已知自建直角坐标系的参考椭球和地图投影参数,该数据的获取比较困难。经典的Bursa七参数转换方法往往因为高程精度低于平面位置,导致转换后的平面精度的不合理降低。由于机场范围比较小，跑道长度一般小于5Km，宽度不大于60米。因此，其相对于地球椭球面的高程误差几乎可以忽略不计，该误差不会传播给平面位置,平面位置的误差也不会影响高程的转换精度。因此，在自建直角坐标系与大地地心直角坐标系两个坐标转换时投影模型可近似为线性模型，投影变形可忽略不计，因此可将公式2的模型简化，忽略旋转角和尺度比，直接进行平面转换。

a)获得雷达天线阵面馈源在创建的直角坐标系中的坐标

求得雷达天线阵面馈源与跑道中心圆圆心的距离差：

根据第一步获知的跑道方位角雷达天线阵面馈源在自建直角坐标系中的坐标(X_r,Y_r,Z_r)可表示为：

b)获得光学摄像机CCD成像器件在创建的直角坐标系中的坐标

求得光学摄像机CCD成像器件与跑道中心圆圆心的距离差为：

根据第一步获知的跑道方位角为则光学摄像机CCD成像器件在自建直角坐标系中的坐标(X_c,Y_c,Z_c)可表示为：

3)将雷达输出的FOD物体的极坐标转换为创建的直角坐标系中的坐标；或将光学摄像机转台的方位角和俯仰角转换为创建的直角坐标系中的坐标。

a)雷达输出的FOD物体的极坐标转换为创建的直角坐标系中的坐标

根据第二步，雷达输出的FOD物体位置信息以径向距离R_t、方位角β_t的形式表示，如图4所示。

其中，α为雷达安装好之后，天线阵面初始法线方向与Y轴的夹角，ε_t为雷达天线的俯仰角。将FOD物体位置信息由雷达极坐标系转换为自建直角坐标系下坐标(x,y,z)：

其中，ε_t＝arcsin(Z_r/R_t)。

b)光学摄像机的运动转台输出的FOD物体位置信息转换为创建的直角坐标系中的坐标

根据第二步，光学摄像机的运动转台输出的FOD物体位置信息以方位角β_c和俯仰角ε_c表示。β_c为摄像机转台初始方向与FOD物体之间的夹角，即摄像机从初始方向开始到对准FOD物体时转台转动的方位角度。ε_c为摄像机对准FOD物体时俯仰的角度。θ为摄像机转台初始方向与Y轴的夹角，如图5所示。

将FOD物体位置信息由光学摄像机转台的参数转换为自建直角坐标系下坐标(x,y,z)：

第五步，生成导航路径：利用坐标变换后的FOD物体的直角坐标以及机场工作人员的WGS84坐标，计算出到达FOD物体的最优物理路径5，即导航路径，如图1中的从移动终端6到FOD物体4之间的粗实线所示。

利用集成了GPS或北斗导航系统接收终端的设备，如平板电脑、手机、车载计算机等导航终端设备，获得机场工作人员所在位置的WGS84坐标，利用公式(1)转换得到工作人员的大地地心直角坐标系下的坐标(X₃,Y₃,Z₃)。

利用公式(9)求得工作人员与跑道中心圆圆心的距离差为：

利用公式(10)转换得到工作人员的直角坐标(X_m,Y_m,Z_m)：

利用工作人员的直角坐标(X_m,Y_m,Z_m)和第四步转换得到的FOD物体的直角坐标，通过自定义路径规划算法(如参考机场场务部门当天制定的场道开放计划，规避按计划要求关闭的跑道、或者不走滑行道等(图1中的两个小长方形黑色框表示的是滑行道关闭。)可以计算出到达FOD物体的最优物理路径，即导航路径。自定义的路径规划算法采用现在的商用导航软件中的算法即可，比如手机里的高德导航APP,设定好目的地后，其提供的“距离最近”、“不走高速”、“高速优先”、“用时最少”、“躲避拥堵”等选项分别对应高德导航自定义的路径规范算法。在清除FOD的时候，可以利用这些现有的自定义路径规划算法获得最优路径，只是参数不同而已，例如“参考机场场务部门当天制定的场道开放计划，规避按计划要求关闭的跑道”需要从机场场务部门那里获取当天的场道开放计划，将其作为参数进行计算即可，本发明不保护路径规划算法，在此不再赘述。

也可以反过来将FOD物体的坐标转换成WGS84坐标等标准地理坐标系坐标，具体实施方式为将第四步转换得到的FOD物体直角坐标(x,y,z)通过公式(11)求得距离差(Δx₄,Δy₄,Δz₄)：

然后通过公式(12)求得大地地心直角坐标系下的坐标(X₄,Y₄,Z₄)：

再将大地地心直角坐标系坐标(X₄,Y₄,Z₄)代入公式(1)得到FOD物体的WGS84坐标(L₄,B₄,H₄)：

然后再利用得到的工作人员的WGS84坐标和FOD物体的WGS84坐标进行上述生成导航路径过程。

在上述反向求解过程中，本发明中的自建直角坐标系相当于是一个从非标准坐标系到标准的WGS84坐标系的过渡坐标系。1条机场跑道有几千米长，一般是2500～3000米，如果要安装雷达来检测FOD，必须要多部雷达，假设每部雷达各自探测例如500米长的跑道，那么3000米长的跑道需要6部雷达。这些雷达的安装位置都不一样，有可能是均匀的每500米安装1部，有可能中间某个位置有滑行道或者联络道，需要避开这些位置，不一定就是500米安装1部。假如有1号FOD物体时被雷达1探测到，那么1号雷达会输出1号FOD物体在1号雷达的极坐标系中的极坐标。假如有2号FOD物体被雷达2探测到，那么2号雷达会输出2号FOD物体在2号雷达的极坐标系中的极坐标。很显然，不同的FOD物体有可能被不同的雷达探测到，它们的极坐标系都不是1个统一的极坐标系，都是基于不同雷达的天线阵面馈源为极点的各自的极坐标。因此，如果直接用这些极坐标转换成WGS84坐标，需要建立很多不同的方程来进行转换，方程的数量与雷达的数量成正比，不同的机场跑道就要建立不同数量的方程。另外，因为雷达的极坐标系的极点与WGS84坐标系的原点并不重合，有多部雷达就有多个极点，而且极轴与WGS84坐标系的X轴的正半轴也不重合，所以将FOD物体在不同雷达的极坐标直接转换成WGS84坐标是非常复杂的，因此，本发明通过自建的直角坐标系作为过渡，这样雷达的安装位置、FOD物体、机场跑道，都可以认为是在1个平面内。光学摄像机转台同理。

第六步，导航信息发布：将生成的导航路径发布到工作人员的处理设备6上，如手机、平板电脑、车载计算机等导航终端设备，导航路径发布可通过3G、4G、Wi-Fi等无线通信方式实施。优选地，所述移动终端或车载设备安装有机场二维GIS地图或自建地图，可以将第五步计算得到的导航路径叠加在机场二维GIS地图上(导航路径与地图的叠加采用现有的方法即可实现，在此不再赘述。)，在所述设备的屏幕上显示，工作人员按照地图上显示的导航路径进行FOD物体清除操作。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述方法包括：

第一步，采集关键数据；

第二步，采集测量探测设备输出的FOD物体的相对位置；

第三步，建立直角坐标系；

第四步，坐标变换：将第二步采集到的FOD物体的相对位置转换到第三步建立的直角坐标系中获得FOD物体的直角坐标；

第五步，生成导航路径：在同一个坐标系下，计算得到机场工作人员到达FOD物体的导航路径；

第六步，导航信息发布：将第五步生成的导航路径发布到机场工作人员的处理设备上。

2.根据权利要求1所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述第一步中的所述关键数据包括：机场跑道的跑道左端点的WGS84坐标、跑道中心圆圆心的WGS84坐标、跑道右端点的WGS84坐标、跑道方位角测量探测设备的安装位置的WGS84坐标。

3.根据权利要求2所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述测量探测设备包括雷达和/或光学摄像机；

所述测量探测设备的安装位置的WGS84坐标是利用高精度测距设备或者全站仪测得的雷达天线阵面馈源的WGS84坐标或者光学摄像机的WGS84坐标。

4.根据权利要求3所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述第二步的操作包括：

采集雷达输出的FOD物体在雷达坐标系中的极坐标；

或者，采集光学摄像机输出的其对准FOD物体时其运动转台的方位角、俯仰角。

5.根据权利要求4所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述第三步的操作包括：

以跑道中心圆圆心为原点，以跑道中心线所在的直线为X轴，以垂直于跑道中心线的直线为Y轴，X轴、Y轴均位于地面内，以垂直于地面指向天空的直线为Z轴，建立直角坐标系。

6.根据权利要求5所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述第四步的操作包括：

1)将第一步获得的跑道中心圆圆心的WGS84坐标、雷达天线阵面馈源的WGS84坐标、光学摄像机的WGS84坐标分别转换为大地地心直角坐标系下的坐标：跑道中心圆圆心在大地地心直角坐标系下的坐标(X_p,Y_p,Z_p)、雷达天线阵面馈源在大地地心直角坐标系下的坐标(X₁,Y₁,Z₁)、光学摄像机在大地地心直角坐标系下的坐标(X₂,Y₂,Z₂)；

2)将雷达天线阵面馈源、光学摄像机在大地地心直角坐标系下的坐标分别转换为第三步创建的直角坐标系下的坐标：

利用下式求得雷达天线阵面馈源在所述直角坐标系中的坐标(X_r,Y_r,Z_r)：

利用下式求得光学摄像机在所述直角坐标系中的坐标(X_c,Y_c,Z_c)：

3)利用下式将雷达输出的FOD物体的极坐标转换为所述直角坐标系下的坐标(x,y,z)，即FOD物体的直角坐标：

其中，α为雷达安装好之后，天线阵面初始法线方向与Y轴的夹角，R_t、β_t分别是雷达输出的FOD物体的极坐标中的径向距离、方位角，ε_t为雷达天线的俯仰角，ε_t＝arcsin(Z_r/R_t)。

利用下式将光学摄像机的运动转台输出的方位角和俯仰角转换为所述直角坐标系下的坐标(x,y,z)，即FOD物体的直角坐标：

其中，β_c为摄像机转台初始方向与FOD物体之间的夹角，ε_c为摄像机对准FOD物体时俯仰的角度，θ为摄像机转台初始方向与Y轴的夹角。

7.根据权利要求6所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述第四步的操作进一步包括：将所述FOD物体的直角坐标(x,y,z)进行转换得到FOD物体的WGS84坐标：

利用下式求得FOD物体与跑道中心圆圆心的距离差(Δx₄,Δy₄,Δz₄)：

利用下式求得FOD物体在大地地心直角坐标系下的坐标(X₄,Y₄,Z₄)：

利用下式求得FOD物体的WGS84坐标(L₄,B₄,H₄)：

8.根据权利要求7所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述第五步的操作包括：

如果是在第三步建立的直角坐标系下计算导航路径，则将机场工作人员所在位置的WGS84坐标转换为在所述直角坐标系下的坐标，然后根据第四步得到的FOD物体的直角坐标和机场工作人员在所述直角坐标系下的坐标计算得到导航路径；

如果是在WGS84坐标系下计算导航路径，则根据第四步得到的FOD物体的WGS84坐标和机场工作人员所在位置的WGS84坐标计算得到导航路径。

9.根据权利要求8所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法，其特征在于：所述处理设备采用集成了GPS或北斗导航系统的导航终端设备，包括：手机、平板电脑或者车载计算机；

所述处理设备上安装有机场二维GIS地图或自建地图，并能够将所述导航路径叠加在机场二维GIS地图或自建地图上，并在所述处理设备的屏幕上显示。

10.实现权利要求1－9任一项所述的精确导航引导进行机场跑道异物清除的方法的系统，其特征在于：所述系统包括：

数据采集单元，用于采集机场跑道的跑道左端点的WGS84坐标、跑道中心圆圆心的WGS84坐标、跑道右端点的WGS84坐标、跑道方位角测量探测设备的安装位置的WGS84坐标；

FOD物体的位置采集单元，用于采集测量探测设备输出的FOD物体的相对位置；

直角坐标系建立单元，用于建立直角坐标系；

坐标变换单元，分别与所述数据采集单元、FOD物体的位置采集单元、直角坐标系建立单元连接，将FOD物体的位置采集单元采集到的FOD物体的相对位置转换到直角坐标系建立单元建立的直角坐标系下获得FOD物体的直角坐标；将FOD物体的直角坐标转换到WGS84坐标系中获得FOD物体的WGS84坐标；

导航路径生成单元，与所述坐标变换单元连接，将机场工作人员所在位置的WGS84坐标转换为在所述直角坐标系下的坐标，然后根据坐标变换单元得到的FOD物体的直角坐标和机场工作人员在所述直角坐标系下的坐标计算得到导航路径；或者根据坐标变换单元得到的FOD物体的WGS84坐标和机场工作人员所在位置的WGS84坐标计算得到导航路径；

导航信息发布单元，与所述导航路径生成单元连接，将所述导航路径生成单元生成的导航路径发布到机场工作人员的处理设备上。