CN114115356A - 一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法 - Google Patents

一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，根据设定的表演飞行编队队形，跟随机收到领航机的航姿数据（俯仰角、翻滚角和航向角）、领航机实时经纬度坐标数据，结合本机的航姿数据、本机实时经纬度坐标数据，通过大地坐标转换计算出领航机与跟随机卫星定位点的差值，即相对于正北方向的间隔和距离；领航机、跟随机预设的机身数据及领航机、跟随机的航姿数据，通过旋转坐标及航姿映射法计算出相对地表面的正投影状态下的领航机和跟随机的间隔距离。本发明能够精确计算出基于地表面的正投影状态下的飞行队形的准确信息，使跟随机准确及时调整，从而避免了由于领航机与跟随机飞行时机身姿态问题所带来的参考数据不精确问题。

Description

一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法
技术领域
本发明涉及控制、调节技术领域，具体涉及一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法。
背景技术
飞机在进行表演飞行时，一般都会以特定的编队队形进行飞行，比如：梯队队形、楔队队形、纵队队形、蛇行队队形、横队队形、箭队队形、菱队队形以及特殊的数字图形。无论采用何种队形，跟随机都需要根据领航机当前飞行位置计算出本机应飞位置，这样才可保持编队飞行。
编队飞行优劣评判依据：地面专业拍照观测点向上垂直拍摄飞行编队，拍摄的照片相当于编队飞机在地表面的正投影。此时，根据照片投影的领航机真航向计算出跟随机相对于领航机的间隔、距离。根据计算出的间隔、距离与编队飞行任务要求进行对比，作出评判。
专利号为CN112214036A、名为《一种主从机编队飞行控制方法》的专利申请，只考虑经纬度坐标，未考虑其他因素。
专利号为CN111176335B、名为《编队飞行导引方法及相关装置》的专利申请，只考虑航向数据，未考虑其他航姿因素。
目前，编队队形参考数据主要采用“直接计算法”和“真航向修正法”这两种方法进行计算。
“直接计算法”:根据领航机航迹向、领航机与跟随机的经纬度坐标计算出间隔、距离，再根据卫星天线在本机的位置，把机身数据计算去除，最后得到真实的编队间隔和距离。当领航机飞行处于理想状态（航向角、俯仰角和翻滚角为0度）时，该方法可行。但由于飞机在飞行时受到气流、气压的影响，根本无法达到理想飞行状态，所以无法提供准确的编队队形参考数据。
“真航向修正法”：根据领航机真航向、领航机与跟随机的经纬度坐标计算出间隔、距离，再根据卫星天线在本机的位置，把机身数据计算去除，最后得到真实的编队间隔和距离。当领航机飞行姿态处于俯仰角和翻滚角为0度，该方法可行。但由于飞机在飞行时受到气流、气压的影响，根本无法保证俯仰角和翻滚角为0度，所以无法提供准确的编队队形参考数据，但数据准确度高于“直接计算法”。
发明内容
本发明是为了解决飞机飞行表演的编队队形的精度问题，提供一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，采用航姿映射法进行编队队形参考数据计算，从而解决在飞机表演飞行任务时，能够提供精确、真实有效的编队队形参考数据，保证跟随机正确跟随领航机飞行，飞行编队展示完美、无误差，最终实现“米秒不差”。
本发明提供一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，包括以下步骤：
S1、使用领航机定位点经度LONZ、领航机定位点纬度LATZ、跟随机定位点经度LONL、跟随机定位点纬度LATL、地球半径Mae和椭球曲率修正参数Tee通过大地坐标转换计算得到领航机与跟随机卫星定位点差值，领航机与跟随机卫星定位点差值包括大地坐标经度差值MapX和大地坐标纬度差值MapY；
S2、使用领航机与跟随机卫星定位点差值和领航机航向角YZ通过旋转坐标计算得到跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP、跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLP；
S3、使用飞机机身真实长度LP、飞机机身真实宽度WP、领航机俯仰角PZ、领航机翻滚角RZ、跟随机俯仰角PL和跟随机翻滚角RL通过航姿映射法计算得到领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ、领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ、跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL和跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL；
S4、使用跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP、跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLP、飞机机身真实长度LP、飞机机身真实宽度WP、领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ、领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ、跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL和跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL计算得到跟随机与领航机精确间隔JG、跟随机与领航机精确距离JL，跟随机与领航机精确间隔JG和跟随机与领航机精确距离JL为跟随机编队队形参考数据。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S1中，大地坐标经度差值MapX为：
Figure 815087DEST_PATH_IMAGE001
大地坐标纬度差值MapY为：
Figure 645509DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S1中，领航机与跟随机卫星定位点差值的参考方位为正北方向。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S2中，跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP为：
Figure 387200DEST_PATH_IMAGE003
跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLp为：
Figure 647280DEST_PATH_IMAGE004
。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S3中，领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ为：ΔMLZ = LP – MLZ；
其中，MLZ为领航机机身长度在垂直水平面的映射数值，MLZ = LP*cos(PZ)。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S3中，领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ为：ΔMWZ = WP – MWZ；
其中，MWZ为领航机机身宽度在垂直水平面的映射数值，MWZ = WP*cos(RZ)。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S3中，跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL为：ΔMLL= LP – MLL；
其中，MLL为跟随机机身长度在垂直水平面的映射数值，MLL= LP*cos(PL)。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S3中，跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL为：ΔMWL = WP – MWL；
其中，MWL为跟随机机身宽度在垂直水平面的映射数值，MWL = WP*cos(RL)。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S4中，跟随机与领航机精确间隔JG为：JG = JGP – WP + ΔMWZ + ΔMWL。
本发明所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，作为优选方式，步骤S4中，跟随机与领航机精确距离JL为：JL = JLP – LP + ΔMLZ + ΔMLL。
领航机：编队飞行中的带队飞机；
跟随机：编队飞行中跟随领航机遂行任务的飞机；
间隔：两架飞机翼尖之间的横向距离；
距离：前面一架飞机的尾端到后面一架飞机的头端之间的纵向距离；
航姿：飞机飞行时的航行姿态，用航向角、俯仰角和翻滚角进行诠释；
本申请提供一种用于飞机表演飞行的编队队形精确参考数据的计算方法，根据设定的表演飞行编队队形，跟随机收到领航机的航姿数据（俯仰角、翻滚角和航向角）、领航机实时经纬度坐标数据，结合本机的航姿数据（俯仰角、翻滚角和航向角）、本机实时经纬度坐标数据，通过大地坐标转换计算出领航机与跟随机卫星定位点的差值，即相对于正北方向的间隔和距离；领航机、跟随机预设的机身数据及领航机、跟随机的航姿数据，通过旋转坐标及航姿映射法计算出相对地表面的正投影状态下的领航机和跟随机的间隔距离。使跟随机实时准确知悉保持编队队形的跟飞误差，便于跟随机及时进行飞行调整，保证飞行编队展示完美、无误差。
本发明具有以下优点：
相比于现有技术，飞机表演飞行过程中，跟随机在跟随领航机飞行时，能够精确计算出基于地表面的正投影状态下的飞行队形的准确信息，使跟随机准确及时调整，从而避免了由于领航机与跟随机飞行时机身姿态问题所带来的参考数据不精确问题，以提升编队飞行质量，通过受阅地点。
附图说明
图1为一种用于飞机表演飞行的编队队形精确参考数据计算方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，包括以下步骤：
S1、使用领航机定位点经度LONZ、领航机定位点纬度LATZ、跟随机定位点经度LONL、跟随机定位点纬度LATL、地球半径Mae和椭球曲率修正参数Tee通过大地坐标转换计算得到领航机与跟随机卫星定位点差值，领航机与跟随机卫星定位点差值包括大地坐标经度差值MapX和大地坐标纬度差值MapY；
大地坐标经度差值MapX为：
Figure 381887DEST_PATH_IMAGE005
大地坐标纬度差值MapY为：
Figure 411023DEST_PATH_IMAGE002
；
领航机与跟随机卫星定位点差值的参考方位为正北方向；
S2、使用领航机与跟随机卫星定位点差值和领航机航向角YZ通过旋转坐标计算得到跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP、跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLP；
跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP为：
Figure 589194DEST_PATH_IMAGE006
跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLP为：
Figure 70991DEST_PATH_IMAGE007
S3、使用飞机机身真实长度LP、飞机机身真实宽度WP、领航机俯仰角PZ、领航机翻滚角RZ、跟随机俯仰角PL和跟随机翻滚角RL通过航姿映射法计算得到领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ、领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ、跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL和跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL；
领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ为：ΔMLZ = LP – MLZ；
其中，MLZ为领航机机身长度在垂直水平面的映射数值，MLZ = LP*cos(PZ)；
领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ为：ΔMWZ = WP – MWZ；
其中，MWZ为领航机机身宽度在垂直水平面的映射数值，MWZ = WP*cos(RZ)；
跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL为：ΔMLL= LP – MLL；
其中，MLL为跟随机机身长度在垂直水平面的映射数值，MLL= LP*cos(PL)；
跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL为：ΔMWL = WP – MWL；
其中，MWL为跟随机机身宽度在垂直水平面的映射数值，MWL = WP*cos(RL)；
S4、使用跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP、跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLP、飞机机身真实长度LP、飞机机身真实宽度WP、领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ、领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ、跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL和跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL计算得到跟随机与领航机精确间隔JG、跟随机与领航机精确距离JL，跟随机与领航机精确间隔JG和跟随机与领航机精确距离JL为跟随机编队队形参考数据；
跟随机与领航机精确间隔JG为：JG = JGP – WP + ΔMWZ + ΔMWL；
跟随机与领航机精确距离JL为：JL = JLP – LP + ΔMLZ + ΔMLL。
实施例2
本发明编队队形参考数据计算方法，主要包括以下步骤：
步骤一、根据飞机尺寸实际情况，预设置飞机机身真实长度和宽度分别为LP和WP；预设值地球半径为Mae，椭球曲率修正参数为Tee；
步骤二、飞机编队飞行时，跟随机通过数据链接收到领航机当前位置的经度（LONZ）、纬度（LATZ）、航向角（YZ）、俯仰角（PZ）、翻滚角（RZ）等信息；
步骤三、计算领航机机身长度在垂直水平面的映射数值MLZ = LP*cos(PZ)；
步骤四、计算领航机机身长度的映射偏离值ΔMLZ = LP – MLZ；
步骤五、计算领航机机身宽度在垂直水平面的映射数值MWZ = WP*COS(RZ)；
步骤六、计算领航机机身宽度的映射偏离值ΔMWZ = WP – MWZ；
步骤七、通过映射得到的领航机机身长度映射偏离值和宽度映射偏离值（ΔMLZ、ΔMWZ）为最终计算使用的修正数值；
步骤八、飞机编队飞行时，跟随机采集本机当前位置的经度（LONL）、纬度（LATL）、航向角（YL）、俯仰角（PL）、翻滚角（RL）等信息；
步骤九、计算跟随机机身长度在垂直水平面的映射数值MLL = LP*COS(PL)；
步骤十、计算跟随机机身长度的映射偏离值ΔMLL = LP – MLL；
步骤十一、计算跟随机机身宽度在垂直水平面的映射数值MWL = WP*COS(RL)；
步骤十二、计算跟随机机身长度的映射偏离值ΔMWL = WP – MWL；
步骤十三、通过映射得到的跟随机机身长度映射偏离值和宽度映射偏离值（ΔMLL、ΔMWL）为最终计算使用的修正数值；
步骤十四、由领航机定位点经纬度（LONZ、LATZ）、跟随机定位点经纬度（LONL、LATL）（单位）计算出大地坐标差值MapX、MapY（卫星定位点差值），即相对于正北向间隔、距离；
Figure 343709DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 227352DEST_PATH_IMAGE009
步骤十五、通过MapX、MapY计算出跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角的间隔（JGP）、距离(JLP)；
Figure 576425DEST_PATH_IMAGE006
Figure 279939DEST_PATH_IMAGE007
步骤十六、跟随机通过间隔（JGP）、距离(JLP)、飞机机身真实长度（LP）、飞机机身真实宽度（WP）、领航机机身长度映射偏离值（ΔMLZ）、领航机机身宽度映射偏离值（ΔMWZ）、跟随机机身长度映射偏离值（ΔMLL）、跟随机机身宽度映射偏离值（ΔMWL）计算出本机与领航机的精确间隔（JG）、距离(JL)参考数据；
JG = JGP – WP + ΔMWZ + ΔMWL；
JL = JLP – LP+ ΔMLZ + ΔMLL；
步骤十七、本发明的编队队形参考数据计算方法，保证参考数据精确、真实有效。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、使用领航机定位点经度LONZ、领航机定位点纬度LATZ、跟随机定位点经度LONL、跟随机定位点纬度LATL、地球半径Mae和椭球曲率修正参数Tee通过大地坐标转换计算得到领航机与跟随机卫星定位点差值，所述领航机与跟随机卫星定位点差值包括大地坐标经度差值MapX和大地坐标纬度差值MapY；
S2、使用所述领航机与跟随机卫星定位点差值和领航机航向角YZ通过旋转坐标计算得到跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP、跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLP；
S3、使用飞机机身真实长度LP、飞机机身真实宽度WP、领航机俯仰角PZ、领航机翻滚角RZ、跟随机俯仰角PL和跟随机翻滚角RL通过航姿映射法计算得到领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ、领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ、跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL和跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL；
S4、使用所述跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP、所述跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLP、所述飞机机身真实长度LP、所述飞机机身真实宽度WP、所述领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ、所述领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ、所述跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL和所述跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL计算得到跟随机与领航机精确间隔JG、跟随机与领航机精确距离JL，所述跟随机与领航机精确间隔JG和所述跟随机与领航机精确距离JL为所述跟随机编队队形参考数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S1中，所述大地坐标经度差值MapX为：
Figure 151743DEST_PATH_IMAGE001
所述大地坐标纬度差值MapY为：
Figure 30837DEST_PATH_IMAGE002
。
3.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S1中，所述领航机与跟随机卫星定位点差值的参考方位为正北方向。
4.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S2中，所述跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角间隔JGP为：
Figure 675445DEST_PATH_IMAGE003
所述跟随机定位点相对于领航机定位点飞行航向角距离JLP为：
Figure 866255DEST_PATH_IMAGE004
。
5.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S3中，所述领航机机身长度映射偏离值ΔMLZ为：ΔMLZ = LP – MLZ；
其中，MLZ为领航机机身长度在垂直水平面的映射数值，MLZ = LP*cos(PZ)。
6.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S3中，所述领航机机身宽度映射偏离值ΔMWZ为：ΔMWZ = WP – MWZ；
其中，MWZ为领航机机身宽度在垂直水平面的映射数值，MWZ = WP*cos(RZ)。
7.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S3中，所述跟随机机身长度映射偏离值ΔMLL为：ΔMLL= LP – MLL；
其中，MLL为跟随机机身长度在垂直水平面的映射数值，MLL= LP*cos(PL)。
8.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S3中，所述跟随机机身宽度映射偏离值ΔMWL为：ΔMWL = WP – MWL；
其中，MWL为跟随机机身宽度在垂直水平面的映射数值，MWL = WP*cos(RL)。
9.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S4中，所述跟随机与领航机精确间隔JG为：JG = JGP – WP + ΔMWZ + ΔMWL。
10.根据权利要求1所述的一种用于飞机飞行表演的编队队形参考数据计算方法，其特征在于：步骤S4中，所述跟随机与领航机精确距离JL为：JL = JLP – LP + ΔMLZ + ΔMLL。
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