CN113091746B - 航线转弯分析方法及大圆航线生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了航线转弯分析方法及大圆航线生成方法，涉及航空导航领域。航线转弯分析方法，包括如下步骤：获取飞行航线依次经过的起点A，第一航路点、转弯方式并计算转弯方向，第二航路点、转弯方式并计算转弯方向，第N航路点、转弯方式并计算转弯方向，以及终点D的坐标。从第一航路点开始，逐个航路点判断转弯方式并计算两个切点和圆心坐标。当所述航路点转弯方式为压点时，可以根据前点及后点坐标计算本航路点转弯参数，否则需要先计算下一点转弯参数，直至终点，然后再反向遍历航路点计算之前未解算出的各参数。本发明能分析大圆航线的转弯圆弧，并给出绘制曲线方式大圆航线的方法，实现了混合转弯方式下大圆航线参数的计算及生成。

Description

航线转弯分析方法及大圆航线生成方法

技术领域

本发明涉及航空导航领域，具体而言，涉及一种航线转弯分析方法及大圆航线生成方法。

背景技术

飞机在飞行前需在机载导航设备上确认飞行航线，飞行航线由多个航路点组成，飞机到达某航路点后需转弯对准下一航路点飞行，飞机的转弯方式包括压点、向点、绕点、切线。机载导航设备需根据航路点、转弯方式等数据自动生成大圆航线，并按该大圆航线进行导航解算。

如何减少航线的设计误差，对大圆航线的转弯圆弧进行计算，并且依据计算过程生成大圆航线属于本发明的设计重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航线转弯分析方法，其能够对大圆航线的转弯圆弧进行分析计算，解决了根据转弯方式设计转弯圆弧的问题。

本发明的另一目的在于提供一种大圆航线生成方法，其能够对大圆航线的各航段自动进行插值计算，从而生成准确的曲线方式的大圆航线，解决了航路点直连造成航线基准出现偏差而导致导航误差大的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供航线转弯分析方法，包括如下步骤：

(1)获取飞行航线依次经过的起点A，第一转弯圆弧的第一航路点、第二转弯圆弧的第二航路点...第N转弯圆弧的第N航路点、终点D的坐标以及所述第一航路点、所述第二航路点...所述第N航路点(N>＝3)的转弯方式、转弯方向和转弯半径；

(2)判断所述第一航路点是否为压点，当所述第一航路点为压点时，根据所述起点A、所述第一航路点B1和所述第一转弯圆弧半径R1计算所述第一转弯圆弧的圆心B的坐标；

(3)当所述第二航路点为压点转弯或是终点时，根据所述第一转弯圆弧的圆心B坐标和所述第二航路点C1计算所述第一转弯圆弧的改平点 B2的坐标，若第二航路点为其它转弯方式，则进入步骤(4)；

(4)依次类推，通过步骤(2)计算第N-1转弯圆弧的圆心坐标，并且通过步骤(3)计算所述第N-1转弯圆弧的改平点坐标。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)还包括如下步骤：当所述第一航路点不是压点时，判断所述第一航路点是否为向点，当所述第一航路点为向点B2时，根据C1B2长度及第一转弯圆弧的第一转弯半径R1计算所述第一转弯圆弧的圆心B的坐标。

在本发明的一些实施例中，根据三角形BB1A计算第一转弯圆弧的第一切点B1坐标。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)还包括：判断所述第二航路点是否为压点转弯或终点，当所述第二航路点既不是压点也不是终点时进入步骤(3)，计算所述第二航路点的坐标，并且通过所述第二航路点反向推算所述第一航路点的坐标。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)还包括：判断所述第一航路点是否为绕点转弯，当所述第一航路点是绕点时，根据绕点圆心B坐标、第一转弯半径R1、起点A坐标所成三角形计算B1的坐标，并根据第二航路点的转弯方向判断B2坐标的象限。

在本发明的一些实施例中，所述航线转弯分析方法还包括如下步骤：当所述第一转弯圆弧是切线转弯时，根据所述第一转弯圆弧的两个切线方向和第一转弯半径R1计算切点B1到起点A的距离，由所述第一转弯圆弧的转弯方向获得AB1的方位角，并根据AB1的方位角计算第一转弯圆弧的圆心B的坐标。

在本发明的一些实施例中，所述起点A到第一航路点方向、所述第一航路点到第二航路点方向以及所述转弯半径R1根据三角形正余弦定理计算第一转弯圆弧的切点B1、切点B2的坐标。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中：包括所述第一转弯圆弧的第一转弯半径R1根据所述第一转弯圆弧的坡度和飞行速度计算。

在本发明的一些实施例中，当无法计算当前航路点的圆心、改平点时依次计算下一航路点，直至最后的终点或压点，然后通过最后的终点或压点依次推算上一航路点的坐标。

第二方面，本申请实施例提供一种大圆航线生成方法，其包括第一方面所述航线转弯分析方法，还包括如下步骤：从航段起点以一段预设距离获得飞行航线上的下一推算点，重新计算所述推算点到航段终点的大圆航线角，根据所述推算点、所述大圆航线角，以及所述预设距离计算下一推算点坐标，重复上述过程直到所述航段终点，将所有推算点相连生成大圆航线曲线。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

第一方面，本申请实施例提供航线转弯分析方法，包括如下步骤：

(1)获取飞行航线依次经过的起点A，第一转弯圆弧的第一航路点、第二转弯圆弧的第二航路点...第N转弯圆弧的第N航路点、终点D的坐标以及所述第一航路点、所述第二航路点...所述第N航路点(N>＝3)的转弯方式、转弯方向和转弯半径；

(2)判断所述第一航路点是否为压点，当所述第一航路点为压点时，根据所述起点A、所述第一航路点B1和所述第一转弯圆弧半径R1计算所述第一转弯圆弧的圆心B的坐标；

(3)当所述第二航路点为压点转弯或是终点时，根据所述第一转弯圆弧的圆心B坐标和所述第二航路点C1计算所述第一转弯圆弧的改平点 B2的坐标，若第二航路点为其它转弯方式，则进入步骤(4)；

(4)依次类推，通过步骤(2)计算第N-1转弯圆弧的圆心坐标，并且通过步骤(3)计算所述第N-1转弯圆弧的改平点坐标。

针对第一方面：本申请实施例提供航线转弯分析方法，通过获取飞行航线的起点，第一转弯圆弧的第一航路点，第二转弯圆弧的第二航路点以及第一航路点和第二航路点的转弯方式、转弯半径，利用第一航路点和第二航路点计算出第一转弯圆弧的圆心，第一航路点和第二航路点均为压点转弯时计算第一转弯圆弧和第二转弯圆弧的起始切点，从而实现了航线转弯的正向分析方法，便于生成大圆航线。

第二方面，本申请实施例提供一种大圆航线生成方法，其包括第一方面所述航线转弯分析方法，还包括如下步骤：(7)从起点A以一段预设距离获得飞行航线上的下一推算点，计算所述推算点到航段终点的大圆航线角，根据所述推算点坐标、所述推算点到航线终点的航线角，以所述预设距离计算下一推算点的坐标，重复上述过程直到该航段终点，然后根据航段起点、所有推算点、航段终点生成大圆航段；将所有航段相连，连同转弯圆弧，生成大圆航线。

针对第二方面：其部分原理及有益效果与第一方面相同，在此不必重复描述，并且从起点以一段预设距离逐步推算大圆航段各关键点，能够形成曲线形式的大圆航线，为航线显示和导航解算提供了基准，提高了航段导航的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中第一航路点和第二航路点均为压点时的飞行航线示意图；

图2为本发明实施例1中第一航路点为向点和第二航路点为压点时的飞行航线示意图；

图3为本发明实施例1中第一航路点为绕点和第二航路点为压点时的飞行航线示意图；

图4为本发明实施例1中第一航路点为切线和第二航路点为压点时的飞行航线示意图；

图5为本发明实施例1中第一航路点为压点和第二航路点为向点时的飞行航线示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例1

本申请实施例提供的航线转弯分析方法，包括如下步骤：(1)获取飞行航线依次经过的起点A，第一转弯圆弧的第一航路点、第二转弯圆弧的第二航路点...第N转弯圆弧的第N航路点、终点D的坐标以及所述第一航路点、所述第二航路点...所述第N航路点(N>＝3)的转弯方式、转弯方向和转弯半径；

(2)判断所述第一航路点是否为压点，当所述第一航路点为压点时，根据所述起点A、所述第一航路点B1和所述第一转弯圆弧半径R1计算所述第一转弯圆弧的圆心B的坐标；

如图1所示，(3)当所述第二航路点为压点转弯或是终点时，根据所述第一转弯圆弧的圆心B坐标和所述第二航路点C1计算所述第一转弯圆弧的改平点B2的坐标，若第二航路点为其它转弯方式，则进入步骤 (4)；

(4)依次类推，通过步骤(2)计算第N-1转弯圆弧的圆心坐标，并且通过步骤(3)计算所述第N-1转弯圆弧的改平点坐标。

详细的，飞机到达航路点后才开始转弯的方式称为压点转弯，轰炸机、歼击机通常采用压点转弯航线。详细的，当已知的第一航路点为压点转弯时，转弯圆弧起点B1即为第一个航路点，其坐标已知；由于点A、第一航路点B1和第一转弯圆弧圆心B依次连接成直角三角形，且AB1 长度、方向可通过计算得到，因此可根据转弯方向，按照推算点方法根据B1坐标、AB1方向、B1B方向、转弯半径R1长度，计算得到转弯圆心 B的坐标。

详细的，当第二航路点也为压点转弯时，C1即为第二航路点坐标，则C1B长度、方向可得到，C1B2长度可通过勾股定理计算得到，∠BC1B2 可通过正弦公式计算得到，进而通过C1B方向和∠BC1B2大小计算得到 C1B2方向，由C1坐标、C1B2方向、C1B2距离可通过计算得到B2点坐标。其中，转弯圆弧为飞机按照预定的转弯坡度(倾斜角)做的圆弧飞行，当转弯圆弧与下一目标航路点的连线相切时转弯结束。详细的，转弯圆弧包括起始转弯点、转弯改平点、圆心和转弯半径。

上述步骤(4)，以第一点为基准，推算第二点经纬度的方法如下：

其中：λ₂、代表推算点的经纬度；λ₁、/>代表起点的经纬度； S是推算的距离；FW是起点到推算点的方位。上述公式的意思是：已知起点经纬度、方向、距离，求下一个推算点的经纬度。

大圆航线航段距离计算，以及生成大圆航段中间各个推算点时，需要计算大圆航段距离及方位角，该计算方法在领航学教程中都有相应公式和说明。

如图2所示，在本发明的一些实施例中，步骤(2)还包括如下步骤：当所述第一航路点不是压点时，判断所述第一航路点是否为向点，当所述第一航路点为向点B2时，根据C1B2长度及第一转弯圆弧的第一转弯半径R1计算所述第一转弯圆弧的圆心B的坐标。

其中，第二航路点C1的坐标已知，则在三角形BB2C1中，通过C1B2 转弯方向计算C1B2距离、可通过计算得到，C1B距离可通过勾股定理得到，∠B2C1B可通过正弦公式计算得到，则根据C1B2方向、∠B2C1B大小可计算出C1B得方向，则根据C1坐标、C1B方向和距离可计算得到B 点坐标。进而按照此方法，在三角形AB1B中，通过计算得到B1坐标，从而完成第一航路点的转弯分析与计算。

在本发明的一些实施例中，根据三角形BB1A计算第一转弯圆弧的第一切点B1坐标。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)还包括：判断所述第二航路点是否为压点转弯或终点，当所述第二航路点既不是压点也不是终点时跳过步骤(2)，通过步骤(3)计算所述第二航路点的坐标，并且通过所述第二航路点反向推算所述第一航路点的转弯点坐标。

如图3所示，在本发明的一些实施例中，步骤(2)还包括：判断所述第一航路点是否为绕点转弯，当所述第一航路点是绕点时，根据绕点圆心B坐标、第一转弯半径R1、起点A坐标所成三角形计算B1的坐标，并根据第二航路点的转弯方向判断B2坐标的象限。

如图4所示，在本发明的一些实施例中，所述航线转弯分析方法还包括如下步骤：当所述第一转弯圆弧的转弯方式为切线转弯时，根据所述第一转弯圆弧的两个切线方向和第一转弯半径R1计算切点B1到起点 A的距离，由所述第一转弯圆弧的转弯方向获得AB1的方位角，并根据 AB1的方位角计算第一转弯圆弧的圆心B的坐标。

上述航线转弯分析方法，B3为第一航路点且坐标已知，当第二航路点为压点转弯，根据已知的第二航路点C1坐标、AB3转弯方向和B3C1 转弯方向计算得到∠AB3C1、∠AB3B的角度，则在三角形B1B3B中，可通过正切公式计算得到B1B3长度，则由B3坐标、B3B1长度和转弯方向可计算得到B1坐标，进而计算得到B点坐标和B2坐标，从而完成第一航路点的转弯分析。

在本发明的一些实施例中，所述起点A到第一航路点方向、所述第一航路点到第二航路点方向以及所述转弯半径R1根据三角形正余弦定理计算第一转弯圆弧的切点B1、切点B2的坐标。其中，本实施例在于对航线进行分析，利用正余弦定理计算切点的方式为本领域技术人员的常规手段，因此计算方式在此可以不必详细描述。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中：包括所述第一转弯圆弧的第一转弯半径R1根据所述第一转弯圆弧的坡度和飞行速度计算。同样的，可以根据起点A、第二航路点、终点D、第二转弯圆弧的转弯坡度和飞行速度计算第二转弯圆弧的第二圆弧半径R2。上述圆弧半径的计算方式为航线计算的常规手段，在此不必详细描述。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中当无法计算当前航路点的圆心、改平点时依次计算下一航路点，直至最后的终点或压点，然后通过最后的终点或压点依次推算上一航路点的坐标，便于对航线进行整体分析。

如图5所示，可选的，当第一航路点为压点、第二航路点为向点转弯时，由于C1未知，则在第一航路点的转弯分析中，由于第一航路点 B1、第一圆弧半径R1已知，根据B1坐标和第一圆弧半径R1可以计算B 点坐标，B2坐标不能直接计算得到，此时暂时略过转而分析第二航路点；而第二航路点的C2已知，终点D已知，则计算C点坐标的方法同上，则在BCC3三角形中，BC长度和转弯方向可计算得到，CC3长度为两个半径之和，因此可以计算出∠BCC3，则在三角形OCC1中，OC1长度、CC1方位可经计算得到；三角形OB2B中，OB2长度、BB2方位可经计算得到；则根据B点坐标、BB2方向可计算得到B2经纬度，根据C点坐标、CC1 方向可得到C1经纬度。

实施例2

本申请实施例提供一种大圆航线生成方法，其包括实施例1所述航线转弯分析方法，还包括如下步骤：从航段起点以一段预设距离获得飞行航线上的下一推算点，重新计算所述推算点到航段终点的大圆航线角，根据所述推算点、所述大圆航线角，以及所述预设距离计算下一推算点坐标，重复上述过程直到所述航段终点，并将所有推算点相连生成大圆航线曲线。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，也可以通过其它的方式实现。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，步骤中所标注的数字顺序也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本申请实施例提供的航线转弯分析方法及大圆航线生成方法：通过获取飞行航线的起点，第一转弯圆弧的第一航路点，第二转弯圆弧的第二航路点以及及第一航路点和第二航路点的转弯方式、转弯半径，利用起点、终点坐标、第一航路点和第二航路点计算出第一转弯圆弧的圆心、第一航路点和第二航路点均为压点转弯时计算第一转弯圆弧和第二转弯圆弧的起始切点，从而实现了航线转弯的正向分析方法，便于生成大圆航线。本发明通过综合利用现有已知条件、正向分析、反向分析，并利用推算、中间差值的方法得到大圆航线各转弯圆弧关键点信息，及各航段中间点信息，从而形成带混合转弯方式的大圆航线，解决了单一转弯方式分析不能满足实际使用需求、两点之间连线造成基准航线不准确，进而导致导航参数偏差大的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.航线转弯分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取飞行航线依次经过的起点A，第一转弯圆弧的第一航路点、第二转弯圆弧的第二航路点...第N转弯圆弧的第N航路点、终点D的坐标以及所述第一航路点、所述第二航路点...所述第N航路点的转弯方式、转弯方向和转弯半径；其中N>＝3；

(2)判断所述第一航路点是否为压点，当所述第一航路点为压点时，根据所述起点A、所述第一航路点B1和所述第一转弯圆弧半径R1计算所述第一转弯圆弧的圆心B的坐标；其中，当已知的第一航路点为压点转弯时，转弯圆弧起点B1即为第一个航路点，其坐标已知；由于点A、第一航路点B1和第一转弯圆弧圆心B依次连接成直角三角形，且AB1长度、方向可通过计算得到，因此可根据转弯方向，按照推算点方法根据B1坐标、AB1方向、B1B方向、转弯半径R1长度，计算得到转弯圆心B的坐标；

(3)当所述第二航路点为压点转弯或是终点时，根据所述第一转弯圆弧的圆心B坐标和所述第二航路点C1计算所述第一转弯圆弧的改平点B2的坐标，若第二航路点为其它转弯方式，则进入步骤(4)；其中，当第二航路点也为压点转弯时，C1即为第二航路点坐标，则C1B长度、方向可得到，C1B2长度可通过勾股定理计算得到，∠BC1B2可通过正弦公式计算得到，进而通过C1B方向和∠BC1B2大小计算得到C1B2方向，由C1坐标、C1B2方向、C1B2距离可通过计算得到B2点坐标，其中，转弯圆弧为飞机按照预定的转弯坡度或倾斜角做的圆弧飞行，当转弯圆弧与下一目标航路点的连线相切时转弯结束，转弯圆弧包括起始转弯点、转弯改平点、圆心和转弯半径；

(4)依次类推，通过步骤(2)计算第N-1转弯圆弧的圆心坐标，并且通过步骤(3)计算所述第N-1转弯圆弧的改平点坐标；以第一点为基准，推算第二点经纬度的方法如下：

其中：λ₂、代表推算点的经纬度；λ₁、/>代表起点的经纬度；S是推算的距离；FW是起点到推算点的方位；上述公式的意思是：已知起点经纬度、方向、距离，求下一个推算点的经纬度；

步骤(2)还包括：判断所述第一航路点是否为绕点转弯，当所述第一航路点是绕点时，根据绕点圆心B坐标、第一转弯半径R1、起点A坐标所成三角形计算B1的坐标，并根据第二航路点的转弯方向判断B2坐标的象限；

从航段起点以一段预设距离获得飞行航线上的下一推算点，重新计算所述推算点到航段终点的大圆航线角，根据所述推算点、所述大圆航线角，以及所述预设距离计算下一推算点坐标，重复上述过程直到所述航段终点，将所有推算点相连生成大圆航线曲线。

2.如权利要求1所述航线转弯分析方法，其特征在于，步骤(2)还包括如下步骤：当所述第一航路点不是压点时，判断所述第一航路点是否为向点，当所述第一航路点为向点B2时，根据C1B2长度及第一转弯圆弧的第一转弯半径R1计算所述第一转弯圆弧的圆心B的坐标。

3.如权利要求2所述航线转弯分析方法，其特征在于，根据三角形BB1A计算第一转弯圆弧的第一切点B1坐标。

4.如权利要求1所述航线转弯分析方法，其特征在于，步骤(3)还包括：判断所述第二航路点是否为压点转弯或终点，当所述第二航路点既不是压点也不是终点时进入步骤(4)，计算所述第二航路点的坐标，并且通过所述第二航路点反向推算所述第一航路点的坐标。

5.如权利要求1所述航线转弯分析方法，其特征在于，还包括如下步骤：根据转动方向判断所述第一转弯圆弧是否为切线转弯，当所述第一转弯圆弧是切线转弯时，根据所述第一转弯圆弧的两个切线方向和第一转弯半径R1计算切点B1到起点A的距离，由所述第一转弯圆弧的转弯方向获得AB1的方位角，并根据AB1的方位角计算第一转弯圆弧的圆心B的坐标。

6.如权利要求5所述航线转弯分析方法，其特征在于，所述起点A到第一航路点方向、所述第一航路点到第二航路点方向以及所述转弯半径R1根据三角形正余弦定理计算第一转弯圆弧的切点B1、切点B2的坐标。

7.如权利要求1所述航线转弯分析方法，其特征在于，步骤(2)中：包括所述第一转弯圆弧的第一转弯半径R1根据所述第一转弯圆弧的坡度和飞行速度计算。

8.如权利要求1所述航线转弯分析方法，其特征在于，当无法计算当前航路点的圆心、改平点时依次计算下一航路点，直至最后的终点或压点，然后通过最后的终点或压点依次推算上一航路点的坐标。