CN111060106B - 一种基于qar多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法，所述修正方法具体为：S1：提取着修正飞机着陆轨迹所需的QAR参数；S2：对提取的QAR参数进行数据清洗；S3：提取着陆阶段的QAR数据和航班降落跑道起始端端点的经纬度和结束端端点的经纬度；S4:将着陆阶段的轨迹坐标点均投影至跑道中心线上；S5：得到每个轨迹坐标点修正后的经度和纬度，依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹。本发明通过设置了第一基准轨迹坐标点和第二基准轨迹坐标点，并结合地速，得到了修正系数，修正了每个轨迹坐标点之间的距离，进而修正了每个轨迹坐标点的经纬度，然后根据修正后的轨迹坐标点修正了飞机着陆轨迹，本方法原理简单，稳定性高，适合大量推广。

Description

一种基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法

技术领域

本发明涉及航空信息可视化领域，具体的一种基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法。

背景技术

研究冲出跑道风险对飞机着陆阶段轨迹坐标点间的距离准确度要求非常高，而经纬度数据的采集误差导致轨迹坐标点并不完全在跑道内，且每个点之间的距离与速度推算的距离差距较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法，。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法，所述修正方法具体为：

S1：提取修正飞机着陆轨迹所需的QAR参数，包括每个时间点的无线电高度、发动机转速、纵向加速度、空速、地速、垂直速度、襟翼状态、缝翼状态、起落架空地电门状态、扰流板状态、真实高度、俯仰角；

S2：对提取的QAR参数进行数据清洗；

S3：基于S2，提取着陆阶段的QAR数据和航班降落跑道起始端端点的经纬度和结束端端点的经纬度；

S4:将着陆阶段的轨迹坐标点均投影至跑道中心线上；

S5：根据飞机在每个轨迹坐标点的地速得出修正系数，并得到每个轨迹坐标点修正后的经度和纬度，依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹。

进一步，所述S1具体为：

S11：对民用航空器中的QAR参数进行译码解析，得到一个CSV文件；

S12：提取修正飞行轨迹偏移所需要的参数数据。

进一步，所述S3具体为：

S31：针对飞行参数的取值对飞行阶段进行划分，所述飞行参数包括发动机转速、纵向加速度、空速、地速、垂直速度、襟翼状态、缝翼状态、高度和俯仰角；

S32：提取着陆阶段参数数据；

S33：从所述CSV文件的表头提取航班降落机场的跑道信息；

S34：根据所述跑道信息，查询航班降落跑道起始端端点的经纬度和结束端端点的经纬度。

进一步，所述S4具体为：

S41：将着陆阶段每个时间点的经纬度数据组合成轨迹坐标点，将着陆阶段的坐标点依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹；

S42：将所有所述轨迹坐标点都投影到跑道中心线上。

进一步，所述S5具体为：

S51：根据每个所述轨迹坐标点的QAR参数，选出第一基准轨迹坐标点和第二基准轨迹坐标点；

S52：根据两点的经纬度，计算出第一基准轨迹坐标点和第二基准轨迹坐标点的距离M1；

S53：根据地速，计算出每相邻所述轨迹坐标点在所述跑道中心线上的距离，并全部相加得到距离M2；

S54：根据误差M1-M2，按地速比例计算出修正系数，并得出每个所述轨迹坐标点修正距离；

S55：根据修正距离，反推每个点的修正经纬度，以修正经纬度构成坐标点，依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹。

进一步，所述第一基准轨迹坐标点为飞机接地点，所述第二基准轨迹坐标点为地速为30节的轨迹坐标点。

本发明的有益效果是：

本发明通过设置了第一基准轨迹坐标点和第二基准轨迹坐标点，并结合地速，得到了修正系数，修正了每个轨迹坐标点之间的距离，进而修正了每个轨迹坐标点的经纬度，然后根据修正后的轨迹坐标点修正了飞机着陆轨迹，本方法原理简单，稳定性高，适合大量推广。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

附图1为实施例S41示意图；

附图2为实施例着陆阶段轨迹修正结果示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本实施例提出了一种基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法，修正方法具体为：

S1：提取着修正飞机着陆轨迹所需的QAR参数，包括每个时间点的无线电高度、发动机转速、纵向加速度、空速、地速、垂直速度、襟翼状态、缝翼状态、起落架空地电门状态、扰流板状态、真实高度、俯仰角；

S11：对民用航空器中的QAR参数进行译码解析，得到一个CSV文件。每个CSV文件包含多行，每行对应一个数据采集时刻(单位：秒)，即第i行表示QAR记录过程中的第i秒的飞行参数。每行对应多个QAR采集参数，大部分参数采集频率为1Hz(每秒采样1次)，部分参数采集频率高于1Hz(最大8Hz)，这类参数将在同一行中多次出现，也有部分参数为几秒采样1次(最小0.5Hz)，这类参数则隔几行出现1次。

S12：提取修正飞行轨迹偏移所需要的参数数据。

S2：对提取的QAR参数进行数据清洗；

原始QAR数据由于译码错位或采集误差等因素，会存在部分数据字段错位或信息缺失等明显异常情况。结合异常数据所处时间点附近一段时间内，飞机状态的所有参数数据，对异常数据进行识别、删除和推断补全。

异常数据识别范围：CSV文件不完整，没有从起飞到着陆的全过程；CSV文件为出发地和目的地都相同的飞行训练数据；译码输出的CSV文件参数错位，即在参数1那一列中的某一行，显示参数2的数据；参数取值超出理论取值范围；参数取值出现不合逻辑的跳变等。

删除操作：对于上述提到的CSV文件格式异常情况，视作无效数据而弃用；对于CSV文件本身格式正确，仅是参数取值偶有异常的数据，仅删去CSV文件中的异常数据，之后结合其他参数推断补全。

推断补全的方法：对于速度、经纬度、高度等连续数值类参数，一般取前后平均值；对于襟翼状态、缝翼状态等离散的状态类参数，一般取前值或后值填充。

S3：基于S2提取着陆阶段的QAR数据和航班降落跑道起始端端点的经纬度和结束端端点的经纬度；

S31：针对飞行参数的取值对飞行阶段进行划分，飞行参数包括发动机转速、纵向加速度、空速、地速、垂直速度、襟翼状态、缝翼状态、高度和俯仰角；

S32：提取着陆阶段参数数据；

S33：从CSV文件的表头提取航班降落机场的跑道信息；

S34：根据跑道信息，查询航班降落跑道起始端端点的经纬度和结束端端点的经纬度。

经搜索，提取出着陆阶段存在29个时间点，提取29个时间点的经纬度，转换为29个轨迹坐标点，即(lon1,lat1)、(lon2,lat3)……(lon28,lat28)和(lon29,lat29)，起始端端点的经纬度和结束端端点的经纬度为(lon1,lat1)和(lon29,lat29)。

S4:将着陆阶段的轨迹坐标点均投影至跑道中心线上；

S41：如图1所示，将着陆阶段每个时间点的经纬度数据组合成轨迹坐标点，将着陆阶段的坐标点依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹；

S42：如图2所示，运用向量投影公式将所有轨迹坐标点都投影到跑道中心线上，转换为(lon’1,lat’1)、(lon’2,lat’3)……(lon’28,lat’28)和(lon’29,lat’29)。向量空间投影公式：在二维平面上，将一个点投影到一条直线上，只需过这个点作直线的垂线，两条线的交点即为投影点。此步骤的的目的是：由于原始数据经纬度存在采集误差，因此轨迹呈锯齿状，与实际情况不符。先要将所有点投影到一个方向上，消除随机扰动误差，才能使用地速进行每个点间距离的修正。

S5：根据飞机在每个轨迹坐标点的地速得出修正系数，并得到每个轨迹坐标点修正后的经度和纬度，依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹。

S51：根据每个轨迹坐标点的QAR参数，选出第一基准轨迹坐标点和第二基准轨迹坐标点，第一基准轨迹坐标点为飞机接地点，第二基准轨迹坐标点为地速为30节的轨迹坐标点，不选择小于30节的点是因为飞机着陆后会以30节左右的地速在跑道上滑行进入脱离道，即可认为30节后飞机可控度较高。此方法主要是针对研究冲出跑道风险时遇到的轨迹点间距离不准的问题，30节也是目前业内研究冲出跑道风险使用较多的一个指标。

其中飞机接地点的判断方法为：采用空地电门转换识别飞机着陆的时间点，QAR数据中的起落架状态的参数是通过空地电门传感器变化来识别起落架状态的，空地电门转换就是使用起落架状态参数。

经过搜索，飞机接地点的经纬度为(lon1,lat1)，地速为30节的轨迹坐标点的经纬度为(lon22,lat22)。

S52：根据(lon’1,lat’1)和(lon’22,lat’22)，利用大圆计算公式计算出两点的距离，即为M1；

S53：假设飞机两个时间点间的地速减速率保持不变，积分算出每段时间内移动的距离即s1,s2,s3…,s21，并全部相加得到距离M2，将距离记为[s1，s2……s20，s21]，M2＝s1+s2+……s20+s21；

S54：根据误差M1-M2按地速比例计算出修正系数，并得出每个轨迹坐标点修正距离，得到距离修正量[c1，c2……c20，c21]，修正距离为[s1+c1，s2+c2……s20+c20，s21+c21]；

具体为：取每段时间两个端点的地速均值GS1,GS2,…,GS21，第一段的修正系数为GS1/(GS1+GS2+…+GS21)，修正量c为修正系数*(M1-M2)，以此类推。

S55：根据修正距离，反推每个点的修正经纬度，以修正经纬度构成坐标点，依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹。此处方法为大圆距离公式的推广应用，由于已将所有点投影到跑道中心线方向，因此已知两点间距离和一个点位置时，可以反推另一个点的位置。修正结果如图2所示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法，其特征在于：所述修正方法具体为：

S1：提取修正飞机着陆轨迹所需的QAR参数，包括每个时间点的无线电高度、发动机转速、纵向加速度、空速、地速、垂直速度、襟翼状态、缝翼状态、起落架空地电门状态、扰流板状态、真实高度、俯仰角；

S2：对提取的QAR参数进行数据清洗；

S3：基于S2，提取着陆阶段的QAR数据和航班降落跑道起始端端点的经纬度和结束端端点的经纬度；

S4:将着陆阶段的轨迹坐标点均投影至跑道中心线上；

S5：根据飞机在每个轨迹坐标点的地速得出修正系数，并得到每个轨迹坐标点修正后的经度和纬度，依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹，所述S5具体为：

S51：根据每个所述轨迹坐标点的QAR参数，选出第一基准轨迹坐标点和第二基准轨迹坐标点，所述第一基准轨迹坐标点为飞机接地点，所述第二基准轨迹坐标点为地速为30节的轨迹坐标点；

S52：根据两点的经纬度，利用大圆计算公式计算出第一基准轨迹坐标点和第二基准轨迹坐标点的距离M1；

S53：根据地速，计算出每相邻所述轨迹坐标点在所述跑道中心线上的距离，并全部相加得到距离M2；

S54：根据误差M1-M2，按地速比例计算出修正系数，并得出每个所述轨迹坐标点修正距离；

S55：根据修正距离，反推每个点的修正经纬度，以修正经纬度构成坐标点，依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹。

2.根据权利要求1所述的基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法，其特征在于：所述S1具体为：

S11：对民用航空器中的QAR参数进行译码解析，得到一个CSV文件；

S12：提取修正飞行轨迹偏移所需要的参数数据。

3.根据权利要求2所述的基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法，其特征在于：所述S3具体为：

S31：针对飞行参数的取值对飞行阶段进行划分，所述飞行参数包括发动机转速、纵向加速度、空速、地速、垂直速度、襟翼状态、缝翼状态、高度和俯仰角；

S32：提取着陆阶段参数数据；

S33：从所述CSV文件的表头提取航班降落机场的跑道信息；

S34：根据所述跑道信息，查询航班降落跑道起始端端点的经纬度和结束端端点的经纬度。

4.根据权利要求3所述的基于QAR多维参数融合的飞机着陆轨迹修正方法，其特征在于：所述S4具体为：

S41：将着陆阶段每个时间点的经纬度数据组合成轨迹坐标点，将着陆阶段的坐标点依次标记在平面地图上还原飞机的着陆轨迹；

S42：将所有所述轨迹坐标点都投影到跑道中心线上。

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