CN111210668B - 一种基于时序qar参数的着陆阶段飞行轨迹偏移修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时序QAR参数的着陆阶段飞行轨迹偏移修正方法，所述修正方法具体为：S1：提取着修正陆阶段飞行轨迹偏移所需的QAR参数；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；S4:根据不同时间点的飞机航向变化率为依据，搜索到着陆阶段的所有直行区间；S5：以修正后的所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和为0为目标函数，计算出飞机在跑道上的经、纬度的固定偏移量。本发明通过获取着陆阶段的QAR数据，找到接地时间点，并根据接地时间点之后的每个时间点的航向角的变化，判定直行区间，找到脱离道直行区间，并以修正后的所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和为0为目标函数，计算出经纬度的固定偏移量。

Description

一种基于时序QAR参数的着陆阶段飞行轨迹偏移修正方法
技术领域
本发明涉及航空信息可视化，具体的，涉及一种基于时序QAR参数的着陆阶段飞行轨迹偏移修正方法。
背景技术
冲出跑道风险研究中，还原飞机着陆阶段轨迹时发现，经纬度数据的采集误差、整体偏移等原因，导致轨迹并不完全在跑道内。尤其是轨迹的整体偏移，在可视化展示中这种不真实性被迅速放大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于时序QAR参数的着陆阶段飞行轨迹偏移修正方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于时序QAR参数的着陆阶段飞行轨迹偏移修正方法，所述修正方法具体为：
S1：提取着修正陆阶段飞行轨迹偏移所需的QAR参数，包括无线电高度、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；
S4:根据不同时间点的飞机航向变化率为依据，搜索到着陆阶段的所有直行区间；
S5：以修正后的所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和为0为目标函数，计算出飞机在跑道上的经、纬度的固定偏移量。
进一步，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，查询航班降落跑道两个端点的经纬度(lon1,lat1),(lon2,lat2)以及脱离道两个端点的经纬度(lon3,lat3),(lon4,lat4)。
进一步，所述S4具体为：
S41：构建跑道直线方程和脱离道直线方程；
其中跑道直线方程为：
Figure BDA0002347150980000021
脱离道直线方程为：
Figure BDA0002347150980000022
S42：根据QAR参数判断出飞机的接地时间点，将该时间点记为tstart；
S43：进行第一次遍历：以tstart为遍历起始时间点向后遍历，寻找两个相邻时间点ti和ti-1及其对应的航向角HEADi和HEADi-1，满足5＜HEADi-HEADi-1＜180的条件，则第一次遍历结束，取[tstart，ti-1]为第一个直行区间；
S44：以上一次遍历结束的时间点的下一个时间点为起始时间点，重复S43所述的方法；
S45：重复S44，直至搜索到所有的直行区间。
进一步，所述S5具体为：
S51：识别在脱离道上的脱离道直行区间；
S52：建立轨迹修正模型，轨迹修正模型具体为：
Figure BDA0002347150980000023
Figure BDA0002347150980000024
其中S1表示所有航段数据的修正后的第一个直行区间内所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和；
S2表示所有航段数据的修正后的脱离道直行区间内所有轨迹点到脱离道直线方程的距离总和。
n表示航段数据的条数，即在同一机场同一跑道产生了航段的次数；
c_lon和c_lat分别代表经度的固定偏移量和纬度的固定偏移量；
x和y分别代表对应时间点的经度和纬度。
S53：令S1和S2均为0，求解c_lon和c_lat。
进一步，所述S51的方法具体为：
计算每一个所述直行区间起始时间点对应的轨迹点到脱离道跑道头(lon3,lat3)的距离，距离最小的轨迹点所在的即是脱离道直行区间。
本发明的有益效果是：
本发明通过获取着陆阶段的QAR数据，找到接地时间点，并根据接地时间点之后的每个时间点的航向角的变化率，判定直行区间，并且为了算法的稳定性和准确性，人为设定了航向角变化的阈值，使得直行区间的判定更加准确，进而通过直行区间的判定，找到脱离道直行区间，并以修正后的所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和为0为目标函数，计算出经纬度的固定偏移量。
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为本发明流程图。
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。
实施例1
本实施例提出了一种基于时序QAR参数的着陆阶段飞行轨迹偏移修正方法，如图1所示，具体为：
S1：提取着修正陆阶段飞行轨迹偏移所需的QAR参数，包括无线电高度、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；
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，查询航班降落跑道两个端点的经纬度(lon1,lat1),(lon2,lat2)以及脱离道两个端点的经纬度(lon3,lat3),(lon4,lat4)。
S4:以不同时间点的飞机航向变化率为依据，搜索到着陆阶段的所有直行区间；
S41：由于机场跑道长度一般为3km，最长在5km左右，可将曲面近似看做平面，故直接以经纬度构建直角坐标系。构建跑道直线方程和脱离道直线方程；
其中跑道直线方程为：
Figure BDA0002347150980000041
脱离道直线方程为：
Figure BDA0002347150980000042
S42：根据QAR参数判断出飞机的接地时间点，将该时间点记为tstart；
飞机接地时间点的判定方法为：
分别提取着陆阶段数据的无线电高度、起落架空地电门状态、扰流板位置、纵向加速度和无线电高度五种类型参数的最高频率数据；
将五种类型参数的除最高频率数据外的其他数据分别处理为与对应的最高频率数据相同的频率，这些数据的频率从一秒一次到一秒八次不等，因此需要提升低频数据的频率至与最高频率数据一致，保证接地时间点的精确度更高。
对于不同数据采用不同的升频处理方法，如：起落架空地电门状态采用前值填充；扰流板位置采用线性插值(前后均值)；纵向加速度采用下降率推算每帧数据所占比例，然后按比例分配；无线电高度采用下降率计算结合二次样条插值的方法。
以决策条件为依据，判定飞机的接地时间。具体为：
从着陆阶段开始之后，找到无线电高度小于3的第一个时间点tstart，作为循环判断开始的时间起点；从tstart开始往后遍历每一个时间点，直到遇到一个满足决策条件中任意一个的点，将该点标记为接地点tTD并输出。其中，决策条件包括第一条件、第二条件和第三条件，满足任一条件，即为满足决策条件，其中第一条件为：任意从tstart往后遍历的时间点的扰流板位置较上一时间点的扰流板位置发生大于突变值I的变化，突变值I为4-6；第二条件为：任意从tstart往后遍历的时间点的纵向加速度较上一时间点的纵向加速度发生大于突变值II的变化，突变值II为0.025-0.035；第三条件为：任一从tstart往后遍历的时间点发生起落架空地电门状态转换。
S43：进行第一次遍历：以tstart为遍历起始时间点向后遍历，寻找两个相邻时间点ti和ti-1及其对应的航向角HEADi和HEADi-1，满足5＜HEADi-HEADi-1＜180的条件(防止飞机因转过360°而发生误判)，则第一次遍历结束，取[tstart，ti-1]为第一个直行区间；
S44：以上一次遍历结束的时间点的下一个时间点为起始时间点，重复S43所述的方法，第二次以ti为起始时间点；
S45：重复S44，直至搜索到所有的直行区间。
S5：以修正后的所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和为0为目标函数，计算出飞机在跑道上的经、纬度的固定偏移量。
S51：识别在脱离道上的脱离道直行区间，具体为：
计算每一个所述直行区间起始时间点对应的轨迹点到脱离道跑道头(lon3,lat3)的距离，距离最小的轨迹点所在的即是脱离道直行区间。
S52：建立轨迹修正模型，轨迹修正模型具体为：
Figure BDA0002347150980000051
Figure BDA0002347150980000061
其中S1表示所有航段数据的修正后的第一个直行区间内所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和；
S2表示所有航段数据的修正后的脱离道直行区间内所有轨迹点到脱离道直线方程的距离总和。
n表示航段数据的条数，即在同一机场同一跑道同一脱离道产生了航段的次数；
c_lon和c_lat分别代表经度的固定偏移量和纬度的固定偏移量；
x和y分别代表对应时间点的经度和纬度。
S53：令S1和S2均为0，求解c_lon和c_lat。
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。
实施例2
本实施例采用实施例1所述的方法，对A跑道的着陆轨迹的偏移进行修正，A跑道存在2条航段数据，两端点的经纬度(lon1,lat1),(lon2,lat2)，具体为(2,0)，(2,10)，以及脱离道两个端点的经纬度(lon3,lat3),(lon4,lat4)，具体为(2,5)，(0,5)。
跑道直线方程为：
Figure BDA0002347150980000062
跑道直线方程为：lon＝2
脱离道直线方程为：
Figure BDA0002347150980000063
脱离道直线方程为lat＝5
A航段的第一条其跑道部分轨迹点分别为(3.39,0.7)，(3.32,3.7)，(3.4,6.0)，(3.35,7.4)，(3.35,8.4)，(3.33,9.4)，(3.37,10.2)，(3.41,10.7),脱离道部分轨迹点分别为(3.3,5.72)，(2.8,5.71)，(2.3,5.72)，(1.8,5.72)，(1.3,5.78)；
第二条其跑道部分轨迹点分别为(3.31,0.7)，(3.39,3.7)，(3.41,6.0)，(3.32,7.4)，(3.37,8.4)，(3.32,9.4)，(3.38,10.2)，(3.37,10.7)，脱离道部分轨迹点分别为(3.3,5.79)，(2.8,5.79)，(2.3,5.78)，(1.8,5.8)，(1.3,5.74)。
以第一条航段数据的跑道部分第一个轨迹点为例，其到跑道直线方程的距离为-c_lon-1.39，重复此操作，计算2条航段数据所有对应部分轨迹点到跑道和脱离道的距离S1和S2，分别令S1和S2等于0，联合解得c_lon＝-1.361875,c_lat＝-0.755。

Claims (1)

1.一种基于时序QAR参数的着陆阶段飞行轨迹偏移修正方法，其特征在于：所述修正方法具体为：
S1：提取着陆阶段飞行轨迹偏移所需的QAR参数，包括无线电高度、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；
S4:以不同时间点的飞机航向变化率为依据，搜索到着陆阶段的所有直行区间；
S5：以修正后的所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和为0为目标函数，计算出飞机在跑道上的经、纬度的固定偏移量；
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；
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，查询航班降落跑道两个端点的经纬度(lon1,lat1),(lon2,lat2)以及脱离道两个端点的经纬度(lon3,lat3),(lon4,lat4)；
所述S4具体为：
S41：构建跑道直线方程和脱离道直线方程；
其中跑道直线方程为：
Figure FDA0003403186350000011
脱离道直线方程为：
Figure FDA0003403186350000012
S42：根据QAR参数判断出飞机的接地时间点，将该时间点记为tstart；
S43：进行第一次遍历：以tstart为遍历起始时间点向后遍历，寻找两个相邻时间点ti和ti-1及其对应的航向角HEADi和HEADi-1，满足5＜|HEADi-HEADi-1|＜180的条件，则第一次遍历结束，取[tstart，ti-1]为第一个直行区间；
S44：以上一次遍历结束的时间点的下一个时间点为起始时间点，重复S43的方法；
S45：重复S44，直至搜索到所有的直行区间；
所述S5具体为：
S51：识别在脱离道上的脱离道直行区间；
S52：建立轨迹修正模型，轨迹修正模型具体为：
Figure FDA0003403186350000021
Figure FDA0003403186350000022
其中S1表示所有航段数据的修正后的第一个直行区间内所有轨迹点到跑道直线方程的距离总和；
S2表示所有航段数据的修正后的脱离道直行区间内所有轨迹点到脱离道直线方程的距离总和；
n表示航段数据的条数，即在同一机场同一跑道同一脱离道产生了航段的次数；
c_lon和c_lat分别代表经度的固定偏移量和纬度的固定偏移量；
x和y分别代表对应时间点的经度和纬度；
S53：令S1和S2均为0，求解c_lon和c_lat；
所述S51的方法具体为：
计算每一个所述直行区间起始时间点对应的轨迹点到脱离道跑道头(lon3,lat3)的距离，距离最小的轨迹点所在的即是脱离道直行区间。
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