CN113654557A - 一种备选过渡航迹生成方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

一种备选过渡航迹生成方法及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN113654557A CN202110762953.1A CN202110762953A CN113654557A CN 113654557 A CN113654557 A CN 113654557A CN 202110762953 A CN202110762953 A CN 202110762953A CN 113654557 A CN113654557 A CN 113654557A
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Abstract

本申请提供一种备选过渡航迹生成方法，包括实时获取起始航段参数、目标航段参数和航行特征，基于起始航段起点的坐标和起始航段真航线角的角度获得起始等角航线，基于目标航段终止点的坐标和目标航段真航线角的角度获得目标等角航线；基于起始等角航线、目标等角航线、航行特征中的真真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度，获得备选过渡航迹。根据本发明实施例，根据起始航段参数、目标航段参数和航行特征，通过建立等角航线并基于真真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度，得到备选过渡航迹，能够使航空器驾驶员在航路过渡时获得基于实时情况的参考路线，尤其在发生雷暴或风切变等情况下，可以提供更为灵活优化的备选过渡航迹，降低航空器驾驶难度，提高飞行安全性。

Description

一种备选过渡航迹生成方法及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及航空器导航技术领域，具体而言，涉及一种备选过渡航迹生成方法及计算机可读存储介质。
背景技术
根据航空管制和航路规划，引导航空器按照计划航路飞行，是目前航空管制保持有序稳定的一个重要管理手段。在航路规划过程中，大多使用航径终结码描述仪表飞行程序各航路段的属性，一条仪表飞行程序可能由多个航段顺序连接组成，每个航段根据空域计障碍物等限制要求可以采用不同的航径终结码进行定义。
一些航经终结码的组合所限定的航段可能会导致航空器的驾驶难度升高，例如在VI(按航切入下一航段且无确定终止点)航段后衔接CF(按航线角到达确定终止点)航段的情况下，由于前一航段没有终止点，两个航路之间没有过渡引导信息，航空器驾驶员需要根据飞机实时位置、速度、姿态、基本规则及经验等判断何时改出前一航段再切入下一航段，尤其在发生雷暴或风切变的情况下，驾驶难度更大。因此，亟待提供一种备选过渡航迹生成方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种备选过渡航迹生成方法及计算机可读存储介质，其能够至少部分地克服了现有技术中的不足。
根据本发明的一个方面，提供一种备选过渡航迹生成方法，包括：
实时获取起始航段参数、目标航段参数和航行特征，所述起始航段参数至少包括起始航段起点的坐标和起始航段真航线角的角度，所述目标航段参数至少包括目标航段终止点的坐标和目标航段真航线角的角度，所述航行特征至少包括真空速范围和最大转弯速率和/或所述最大坡度；
基于所述起始航段起点的坐标和所述起始航段真航线角的角度获得起始等角航线；基于所述目标航段终止点的坐标和所述目标航段真航线角的角度获得目标等角航线；
基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得备选过渡航迹。
优选地，所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，确定备选过渡航迹包括：
根据所述真空速范围，获得不少于两个基准真空速；
基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、全部的所述基准真空速和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得不少于两个所述备选过渡航迹。
优选地，所述基准真空速中至少有两个基准真空速的值分别为所述真空速范围的上限和下限,和/或
所述基准真空速中至少有一个基准真空速的值等于所述真空速范围的中值。
优选地，所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，确定备选过渡航迹包括：
根据所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得不少于两个预设转弯速率，每个所述预设转弯速率的值不超过所述最大转弯速率和/或所述最大坡度；
基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和全部的所述预设转弯速率和/或全部的所述预设坡度，获得不少于两个备选过渡航迹。
优选地，所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得备选过渡航迹还包括：
在所述起始等角航线上随机选取第一随机点，在所述目标等角航线上随机选取第二随机点；
根据所述真空速范围、所述最大转弯速率和/或所述最大坡度、所述第一随机点的坐标及所述第二随机点的坐标获得随机过渡航迹；
判断所述随机过渡航迹的转弯角度是否小于一预设转弯阈值，若小于，则将所述随机过渡航迹作为所述备选过渡航迹。
优选地，所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得备选过渡航迹还包括：
获取所述第一随机点与所述第二随机点之间的相对方位；
基于所述相对方位获得所述备选过渡航迹的转弯方向提示信号；
显示所述备选过渡航迹的同时显示所述转弯方向提示信号。
优选地，在所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得备选过渡航迹之后，还包括：
根据所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述备选过渡航迹获得备选航路；
获取航图中的规划航路；
基于所述备选航路与所述规划航路获得导航显示图像，所述导航显示图像至少包括所述备选航路的图像及所述规划航路的图像根据本发明的另一方面，还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的备选过渡航迹生成方法。
根据本发明实施例，根据起始航段参数、目标航段参数和航行特征，通过建立等角航线并基于真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度，得到备选过渡航迹，能够使航空器驾驶员在切换航路时获得基于实时情况的参考路线，尤其在发生雷暴或风切变等情况下，可以提供更为优化的备选过渡航迹，降低了驾驶难度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本发明的备选过渡航迹生成方法的流程图；
图2是根据本发明的基于基准真空速获得备选过渡航迹的流程图；
图3是根据本发明的基于预设转弯速率和/或预设坡度预设转弯速率和/或预设坡度获得备选过渡航迹的流程图；
图4是根据本发明的基于随机过渡航迹获得备选过渡航迹的流程图；
图5是根据本发明的基于随机过渡航迹获得备选过渡航迹的说明性的示意图；
图6是根据本发明的获得导航显示图像的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在现行的航空器导航中，往往会使用航径终结码(PathTermi nator,PT)对航段属性进行定义定性。航经终结码是由航径和终结码两个字母组成的具特定意义的编码，它描述某个航段计划航迹特征。一条仪表飞行程序可能由多个航段顺序连接组成，每个航段根据空域或障碍物限制等可以采用不同的航径终结码进行定义。
传统航路规划时，驾驶员需要按照自身视野、空域及障碍物限制、航空器性能、驾驶经验和空中交通管制指令等来完成不同航段之间转换过渡，例如，按照空域或地形限制要求，航空器需要按当前航向切入到下一航路点/导航台某一方位线，按照导航数据库编码规则及航空器机载航电控制逻辑，则要求建立VI航段切CF航段。由于VI航段的特征为航空器自一个确定的起始航点沿一个确定的航向飞行，没有最终终点，而CF航段的特征为航空器自一个确定的起始航点沿一个确定的航线角飞行到一个确定的终点，其航行轨迹和终点都是固定的。在这种情况下飞行员需要阅读并参考航图，并按照操纵经验、仪表指示和/或雷达监视信息判断何时改出VI航段，并保持一定的转弯率/坡度转弯并切入CF航段。在这个航段转换过程中，需要驾驶员随机应变，在发生雷暴或风切变的情况下，驾驶难度更大。
此外，由于PT包含23种不同的航径终结码，可能存在VI切CF、VI切FC(从某一确定位置按某一航线角飞行)等上百种不同的组合，加上临时交通管制等人为因素，都进一步加大了航空器驾驶员在航段切换过程中的驾驶压力。
因此，本发明提供一种备选过渡航迹生成方法，如图1所示，包括下列处理：
S101：实时获取起始航段参数、目标航段参数和航行特征，起始航段参数至少包括起始航段起点的坐标和起始航段真航线角的角度，目标航段参数至少包括目标航段终止点的坐标和目标航段真航线角的角度，航行特征至少包括真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度；
S102：基于起始航段起点的坐标和起始点真航线角的角度获得起始等角航线，基于目标航段终止点的坐标和目标航段真航线角的角度获得目标等角航线；
S103：基于起始等角航线、目标等角航线、真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度，获得备选过渡航迹。
在处理S101中，起始航段参数和目标航段参数可以是实时地从机载导航数据库中导出，也可以是由空中交通管制员实时发布指令中获取。在航空器航行过程中，大部分航段必须严格按照仪表飞行程序参数，也就是前文所说的航径终结码(PT)飞行，以满足空中交通管理和越障的需求。而航行特征中至少包括的真空速范围、最大转弯速率以及最大坡度可以是由驾驶员输入，也可以是由具备估算功能的人工智能模块等自动处理设备根据探测器所探测到的数值进行估算得到。其具体过程可以是，当前航空器实时真空速为250m/s，同时气象雷达或管制员提示前方有雷暴区域，则人工智能模块自动估算出在接下来的真空速范围为250m/s至300m/s；或者当前航空器的坡度为23°，由驾驶员根据经验判断并输入接下来的最大坡度为20°，又或者航图中预设的最大转弯速率为3°/s，同时根据气象信息，下一航段中存在逆风，则驾驶员估算并输入航行特征中的最大转弯速率为2°/s，能够根据一定规则得到至少包括真空速范围和最大转弯坡度的航行特征即可。航行特征除真空速范围和最大转弯速率以及最大坡度之外，还可以包括航空器净重、燃料储量等其他能够影响航路的特征。需要说明的是，由于在最大转弯速率及最大坡度都可以影响过渡航迹，并且最大转弯速率及最大坡度存在着单独影响过渡航迹的情况，因此两者并非需要同时一并获得，可以仅获得最大转弯速率或仅获得最大坡度，也可以同时获得最大转弯速率及最大坡度，根据具体情况进行设置以不影响获得备选过渡航迹即可，此处不过多赘述。
在处理S101中，起始航段参数和目标航段参数至少包括起始航段起点的坐标和起始航段真航线角的角度，目标航段参数至少包括目标航段终止点的坐标和目标航段真航线角的角度，除此之外，起始航段参数和目标航段参数还可以包括航段爬升高度、航段限速等其他限制航段特征的信息。在需要单独进行过渡航路规划的航段组合中，如VI切CF航段，这四个参数对于建立等角航线是必要的。
在处理S102中，建立等角航线的过程可以是在WGS-84坐标系中，根据起始航段起点的坐标、起始点真航线角和目标航段终止点的坐标、目标航段真航线角获得起始等角航线和目标等角航线，也可以是在CGCS2000坐标系中进行上述过程，获得起始等角航线和目标等角航线后，则可以完成选取随机点或获得航线交点的操作。本申请中，等角航线为其延长线与所有经线相交构成相同角度的航线。等角航线作为一种简化的航行路线，不仅便于识别阅读理解，而且能够降低计算难度。
在处理S103中，备选过渡航迹的起点应当位于起始等角航线上，其终点可以是直接位于目标等角航线上，也可以是位于与目标等角航线夹角为30°的一条切入航线上，能够便于航空器驾驶员将航空器切入目标等角航线即可。作为一种优选的实施方式，基于起始等角航线、目标等角航线、真空速范围和最大转弯速率以及最大坡度，如图2所示，获得备选过渡航迹的具体实现方式可以包括如下处理：
S1031：根据真空速范围，获得不少于两个基准真空速；
S1032：基于起始等角航线、目标等角航线、全部的基准真空速和最大转弯速率和/或最大坡度，获得不少于两个备选过渡航迹。
在处理S1031中，根据真空速范围所获得的基准真空速可以包括真空速范围的上限和下限，这样后续得到的备选过渡航迹的分布范围可以清晰地显示出最极限情况下的转弯位置，从而能够使驾驶员明确操作的极限边界位置。也可以是按照一定规则，如选取真空速范围中的中值、三分点或四分点的速度值作为基准真空速等，选取真空速范围中的中值。
在处理S1032中，由于确定了基准真空速，加上航空器的起始等角航线及目标等角航线也已确定，作为一种示意性的示例，可以根据R＝vTAS/(20·π·ω)确定在过渡航路中航空器的转弯半径，其中vTAS为航空器真空速，ω为最大转弯速率下的一个预设的转弯速率。由于全部的vTAS为两个以上，则得到的R的同样为两个以上，进而可以得到两个以上的备选过渡航迹。
在处理S103中，基于起始等角航线、目标等角航线、真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度，如图3所示，获得备选过渡航迹的具体实现方式还可以包括如下处理：
S1031’：根据最大转弯速率和/或最大坡度，获得不少于两个预设转弯速率和/或预设坡度；
S1032’：基于起始等角航线、目标等角航线、真空速范围和全部的预设转弯速率和/或全部的预设坡度，获得不少于两个备选过渡航迹。
处理S1031’和处理S1032’的实现方式和处理S1031及处理S1032大部分类似，其区别在于可以在真空速范围内只选择一个真空速值，但预设转弯速率必须为两个或两个以上，只要每个预设转弯速率均小于或等于最大转弯速率即可,以保证能够得到两个及两个以上的备选过渡航迹。这里两个或两个以上的全部预设转弯速率或预设坡度的其中一个优选地可以是最大转弯速率或最大坡度，根据公式R＝vTAS/(20·π·ω),可以帮助驾驶员确定最小转弯半径所构成的备选过渡航迹的位置。
作为一种优选的实施方式，处理S103：基于起始等角航线、目标等角航线、真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度，如图4所示的示例，确定过渡航路的实现方式可以包括如下处理：
S1031a：在起始等角航线上随机选取第一随机点，在目标等角航线上随机选取第二随机点；
S1032a：根据真空速范围、最大转弯速率和/或最大坡度、第一随机点的坐标及第二随机点的坐标获得随机过渡航迹；
S1033a：判断随机过渡航迹的转弯角度是否小于一预设转弯角度，若小于，则将随机过渡航迹作为备选过渡航迹。
为方便说明和理解，以图5作为示例进行说明。图5中，航空器1目前处于起始航段参数所限定的起始等角航线2上，即将转向目标航段参数所限定的目标等角航线3，起始等角航线2和目标等角航线3的两端及交点用星形标记在图5中标出。
因此，在处理S1031a中，在起始等角航线2上随机选取第一随机点，即图5中的点M；在目标等角航线3上随机选取第二随机点，即图5中的点N。点M及点N由于位于等角航线上，因此可以较为容易地获得其坐标。
在处理S1032a中，由于根据上述的公式R＝vTAS/(20·π·ω)，在确定了真空速范围及最大转弯速率和/或最大坡度后，即可以根据前述实施例中的规则确定R的大小，从而能够根据第一随机点M的坐标及第二随机点N的坐标，得到一条随机过渡航迹，即图5中连接M点和N点的弧线，弧线的圆心为图5中的O点，转弯角度为θ。
在处理S1033a中，获得随机过渡航迹后，即可根据R值的大小及随机过渡航迹确定该路线的转弯角度θ。由于在航空器1飞行过程中，应当尽量保证航空器1运行于起始航段参数所限定的起始等角航线2和目标航段参数所限定的目标等角航线3上，因此使用预设转弯阈值判断转弯角度θ的方式判断该条随机过渡航迹是否符合要求。预设转弯阈值可以根据航空管制规定选取，也可以根据实际情况确定。优选地，预设转弯阈值为135°，即当转弯角度θ小于135°时，判定该条随机过渡航迹满足要求，可以作为备选过渡航迹。当然，预设转弯阈值也可以为90°等其他角度。
作为一种优选的实施方式，在获得备选过渡航迹的同时，还可以获取第一随机点与第二随机点之间的相对方位，并基于相对方位获得备选过渡航迹的转弯方向提示信号。例如图4中，在选取了M点和N点的坐标之后，即可根据坐标值之差获得自M点至N点的转弯方向，将这个转弯方向生成转弯方向提示信号，并在显示备选过渡航迹的同时显示转弯方向提示信号，从而可以配合备选过渡航迹的提示作用，便于驾驶员驾驶航空器。
作为一种优选的实施方式，在基于起始等角航线、目标等角航线、真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度，获得备选过渡航迹之后，还包括下列处理
S201：根据起始等角航线、目标等角航线、备选过渡航迹获得；
S202：获取航图中的规划航路；
S203：基于备选航路与规划航路获得导航显示图像，导航显示图像至少包括备选航路的图像及规划航路的图像。
在处理S201中，由于已经得到了备选过渡航迹的前提下，就可以根据前面获得的起始等角航线和目标等角航线获得完整的备选航路，当然，在备选过渡航迹不止一条的情况下，备选航路同样不止一条。优选地，此时还可以包括平滑处理，使得得到的备选航路更加平滑。
在处理S202中，获取航图中的规划航路，可以是实时地从机载导航数据库中中导出，也可以是由地面管制员实时指令中得到。
在处理S203中，导航显示图像可以在ND(Navigation Display，导航显示器)屏幕上进行显示，也其他CDTI(Cockpit Display of Traffic Information，驾驶舱交通信息显示器)进行显示等。其内容除备选航路的图像及规划航路的路径图像外，还可以包括上述的转弯方向提示信号等其他能够辅助驾驶航空器的内容。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本申请还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上的备选过渡航迹生成方法。该计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动，媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种备选过渡航迹生成方法，其特征在于，包括：
实时获取起始航段参数、目标航段参数和航行特征，所述起始航段参数至少包括起始航段起点的坐标和起始航段真航线角的角度，所述目标航段参数至少包括目标航段终止点的坐标和目标航段真航线角的角度，所述航行特征至少包括真空速范围和最大转弯速率和/或最大坡度；
基于所述起始航段起点的坐标和所述起始航段真航线角的角度获得起始等角航线；基于所述目标航段终止点的坐标和所述目标航段真航线角的角度获得目标等角航线；
基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得备选过渡航迹。
2.如权利要求1所述的备选过渡航迹生成方法，其特征在于，所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，确定备选过渡航迹包括：
根据所述真空速范围，获得不少于两个基准真空速；
基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、全部的所述基准真空速和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得不少于两个所述备选过渡航迹。
3.如权利要求2所述的备选过渡航迹生成方法，其特征在于,所述基准真空速中至少有两个基准真空速的值分别为所述真空速范围的上限和下限,和/或
所述基准真空速中至少有一个基准真空速的值等于所述真空速范围的中值。
4.如权利要求1所述的备选过渡航迹生成方法，其特征在于，所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，确定备选过渡航迹包括：
根据所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得不少于两个预设转弯速率和/或预设坡度，每个所述预设转弯速率和/或所述预设坡度的值不超过所述最大转弯速率和/或所述最大坡度；
基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和全部的所述预设转弯速率和/或全部的所述预设坡度，获得不少于两个备选过渡航迹。
5.如权利要求1至4任一所述的备选过渡航迹生成方法，其特征在于，所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得备选过渡航迹还包括：
在所述起始等角航线上随机选取第一随机点，在所述目标等角航线上随机选取第二随机点；
根据所述真空速范围、所述最大转弯速率和/或所述最大坡度、所述第一随机点的坐标及所述第二随机点的坐标获得随机过渡航迹；
判断所述随机过渡航迹的转弯角度是否小于一预设转弯阈值，若小于，则将所述随机过渡航迹作为所述备选过渡航迹。
6.如权利要求5所述的备选过渡航迹生成方法，其特征在于，所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得备选过渡航迹还包括：
获取所述第一随机点与所述第二随机点之间的相对方位；
基于所述相对方位获得所述备选过渡航迹的转弯方向提示信号；
显示所述备选过渡航迹的同时显示所述转弯方向提示信号。
7.如权利要求1所述的备选过渡航迹生成方法，其特征在于，在所述基于所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述真空速范围和所述最大转弯速率和/或所述最大坡度，获得备选过渡航迹之后，还包括：
根据所述起始等角航线、所述目标等角航线、所述备选过渡航迹获得备选航路；
获取航图中的规划航路；
基于所述备选航路与所述规划航路获得导航显示图像，所述导航显示图像至少包括所述备选航路的图像及所述规划航路的图像。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的备选过渡航迹生成方法。
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