CN114464016A - 一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,先建立前视预测告警包络线,根据前视预测告警包络线以及飞机当前位置在数字地形数据库中提供地形数据块。数字地形数据库按照分层的方式存储,当数字地形数据库分为13层级时,地形数据库被划分为213个地形数据子块,其中地形数据块中包含一定数量的地形数据子块。判断每个地形数据子块是否处于前视预测告警包络线内,并将处于前视预测告警包络线内的地形数据子块保存。每个地形数据子块中包含256个网格,判断已保存的地形数据子块中的网格高程数据是否大于前视预测告警包络线对应的高度。本发明的有益效果:可满足于不同特性的飞机、不同前视预测告警包络线,具有广泛适用性。
Description
技术领域
本发明涉及航空电子技术,特别地是,一种增强型近地告警系统的前视预测告警功能的实现方法。
背景技术
增强型近地告警系统包括6种基本告警模式、前视预测告警以及地形显示功能。该系统极大地减少飞机可控飞行事故的发生。其中前视预测告警是增强型近地告警系统的一个重要组成部分,它可以为飞机提供一个全过程的告警保护。然而,前视预测告警功能的实现方法相对较少,需要进行深入系统的研究。
发明内容
本发明目的是提供一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,前视预测告警是增强型近地告警系统的一个重要组成部分,它可以为飞机提供一个全过程的告警保护。
为了实现上述目的,本发明是这样实现的:一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,包含有以下步骤,
步骤S1,根据飞机的地速、航向、航迹倾角、最大爬升角、机翼宽度、飞行员预留反应时间、机动拉起时间、爬升时间计算增强型近地告警系统的前视预测告警包络线;
步骤S2,根据前视预测告警包络线前视探测距离LAD、飞机的位置信息进行数字地形数据库扫描,并提取地形数据块;按照数字地形数据库分层级的存储方式,分别提取地形数据子块和网格,并顺序判断地形数据子块和网格是否处于前视预测告警包络线内。
步骤S3,提取处于前视预测告警包络线内的网格高程数据,并和前视预测告警包络线进行高度对比,从而进行防撞评估;
步骤S4,若网格的高程数据大于对应的前视预测告警包络线高度,执行语音和字符告警。
进一步地,
根据飞机的地速、飞行员预留反应时间、机动拉起时间、爬升时间计算出前视预测告警包络线前视探测距离LAD。根据飞机的机翼宽度确定前视预测告警包络线的探测宽度D;
根据飞机的航迹倾角计算出前视预测告警包络线下降段(飞行员预留反应时间和机动拉起时间所对应的前视预测告警包络线段)的下探距离H下;根据飞机的最大爬升角可以计算出前视预测告警包络线上升段(爬升时间所对应的前视预测告警包络线段)的上探距离H上;
由于飞机需要与地面保持一定的安全净空高度,且受数字地形数据库精度、测量元件精度、系统误差等因素影响,前视预测告警包络线应该包含一个向下的安全高度Hc。
进一步地,
根据计算得到的前视预探测距离LAD和探测宽度D,确定半径 以飞机当前所处的位置O为圆心,以R为半径绘制一个圆形。并沿着正南正北方向做该圆的一个外切正方形,使正方形包含整个圆。在数字地形数据库中查找飞机0当前所处的位置,并提取上述所描述的正方形,该正方形记为地形数据块。
数字地形数据库是以不同层级进行划分并存储。假设整个地形数据被分为N层,则意味着在经度方向和纬度方向被分成了2N个子块,即在经度方向每个子块所代表的度数为在纬度方向每个子块所代表的度数为为了减少计算,分别以13层级和17层级为标准。当数字地形数据库被划分为13层级时,地形数据块中包含M个地形数据子块;当数字地形数据库被划分为17层级时,相当于每个地形数据子块在经度方向和纬度方向分别被平均划分为16等份,即一个地形数据子块包含256个网格。
进一步地,
分别以飞机当前位置坐标O、前视预测告警包络线上边界点M、告警下边界点Q为极点,沿飞机航向方向引一条射线为极轴,建立3个不同的极坐标。
将每个地形数据子块的边界的点球面坐标转换成3个极坐标下的极坐标。假设飞机当前位置球面坐标为O(lono,lato)。以飞机当前位置O点为极点的极坐标为例,对于平面内任意一点R(lonR,latR)进行坐标转换,转换后坐标为转换方法如下。其中LAT表示在经线上,纬度每差1度,实地距离大约为LAT米;LON表示在纬线上,经度每差1度,实际距离差LON米;θ表示飞机当前航向。
在以Q点为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角是否小于0。若小于0说明地形数据子块不在前视预测告警包络线内,则删除该地形数据子块;若大于0说明地形数据子块在前视预测告警包络线内,则保存地形数据子块。
在以M点为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角是否大于0。若大于0说明地形数据子块不在前视预测告警包络线内,则删除该地形数据子块;若小于0说明地形数据子块在前视预测告警包络线内,则保存该地形数据子块。
在以O为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角的绝对值是否大于90度,且极径在航向的方向的投影是否大于前视探测距离LAD。若满足上述条件说明地形数据子块不在前视预测告警包络线内,则删除该地形数据子块;若不满足说明地形数据子块在前视预测告警包络线内,则保存该地形数据子块。
提取保存后的地形数据子块中的最大高程数据,且计算前视预测告警包络线的最低值,若最大高程数据小于前视预测告警包络线的最低值,则无地形数据子块可以出发告警;若最大高程数据大于前视预测告警包络线最低值,则对保存后的地形数据子块进行进一步的网格化处理。
进一步地,
对保存后的地形数据子块按照数字地形数据库17层的划分方式提取,即对地形数据子块进行了网格划分。
判断每个网格的4个顶点中是否至少有一个顶点满足以下三个条件::
③
若不满足说明网格不在前视预测告警包络线内,则删除网格;若满足说明网格在前视预测告警包络线内,则保存网格。
进一步地,
判断网格的高程数据是否大于相应的前视预测告警包络线高度,若大于,该网格触发告警。
网格相应的前视预测告警包络线高度计算方法:
对于任意一个网格T,在以O点为极点的极坐标内的坐标为网格对应的前视预测告警包络线高度为HT。其中LAD下代表前视预测告警包络线下降段前视探测距离;HP代表飞机当前绝对气压高度;HC代表前视预测告警包络线安全高度;γc代表航迹倾角;θmax代表最大爬升角;
进一步地,
当有网格侵入前视预测告警包络线内时即网格高程数据高于对应的前视预测告警包络线时,系统产生告警:播报“地形”告警语音,显示“地形”告警字符,提示飞行机组前方存在撞地风险。
本发明的优势包括:
该前视预测告警实现方法可满足于不同特性的飞机、不同前视预测告警包络线,具有广泛适用性。
本发明的另一个优势包括:
该方法为增强型近地告警系统提供了一个飞机飞行全过程的告警方法。
附图说明
图1为前视预测告警包络线俯视图。
图2为前视预测告警包络线剖面图。
图3为地形数据块提取方法示意图。
图4为地形数据子块网格划分方法示意图。
图5为本发明的方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种前视预测告警实现方法,该方法首先建立前视预测告警包络线,根据前视预测告警包络线以及飞机当前位置在地形数据库中提供地形数据块。数字地形数据库按照分层的方式存储,当地形数据库分为13层级时,地形数据库被划分为213个地形数据子块,其中地形数据块中包含一定数量的地形数据子块。判断每个地形数据子块是否处于前视预测告警包络线内,并将处于前视预测告警包络线内的地形数据子块保存。当地形数据库分为17层级时,提取网格,其中每个地形数据子块包含256个网格。判断已保存的地形数据子块中的网格高程数据是否大于前视预测告警包络线对应的高度,若网格高程数据大于前视预测告警包络线对应的高度则触发告警,则触发语音及字符告警。
参考图1,前视预测告警包络线俯视图。D代表前视预测告警包络线探测宽度,该宽度等于飞机机翼的宽度;LAD代表前视预测告警包络线向前探测距离,LAD=地速×(飞行员预留反应时间+机动拉起时间+爬升时间)。
参考图2,前视预测告警包络线剖面图。HC代表飞机预留安全高度;γc代表飞机航迹倾角;θmax代表飞机最大爬升角;t下代表飞机下降段时间;t上代表飞机爬升段时间;H下代表下降段下探距离;H上代表上升段上探距离;LAD下代表下降段前视探测距离;LAD上代表上降段前视探测距离;
t下=飞行员预留反应时间+机动拉起时间
t上=飞机爬升时间
H下=地速·t下·tanγc
H上=地速·t上·tanθmax
LAD下=地速·t下
LAD上=地速·t上
参考图4:地形数据子块网格划分方法示意图。其中ABCD代表地形数据块。①②③……代表地形数据子块,该子块是数字地形数据库被划分为13层级后提取所得。A'B'C'D'代表网格,该网格是数字地形数据库被划分17层级后提取所得。每个地形数据子块在经度方向和纬度方向分别被平均划分为16等份,即每个地形数据子块包含256个网格。
参考图5:本发明的方法流程图,
根据框5-1,根据飞机的地速、航向、航迹倾角、最大爬升角、机翼宽度、飞行员预留反应时间、机动拉起时间、爬升时间计算增强型近地告警系统的前视预测告警包络线;
根据框5-2、5-3,根据前视预测告警包络线前视探测距离LAD、飞机的位置信息进行数字地形数据库扫描,并提取一个地形数据块;按照数字地形数据库分层存储的方式,当数字地形数据库分为13层时,地形数据块被分成一定数据的地形数据子块。
根据框5-4,分别以飞机当前位置坐标O、前视预测告警包络线上边界点M、告警下边界点Q为极点,沿飞机航向方向引一条射线为极轴,建立3个不同的极坐标。并将每个地形数据子块的4个顶点的球面坐标转换成在3个不同极坐标系下的极坐标。
根据框5-5,在以Q点为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角是否小于0。若小于0说明地形数据子块不在前视预测告警包络线内,则删除该地形数据子块;若大于0说明地形数据子块在前视预测告警包络线内,则保存地形数据子块。
在以M点为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角是否大于0。若大于0说明地形数据子块不在前视预测告警包络线内,则删除该地形数据子块;若小于0说明地形数据子块在前视预测告警包络线内,则保存该地形数据子块。
在以O为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角的绝对值是否大于90度,且极径在航向的方向的投影是否大于前视探测距离LAD。若满足上述条件说明地形数据子块不在前视预测告警包络线内,则删除该地形数据子块;若不满足说明地形数据子块在前视预测告警包络线内,则保存该地形数据子块。
根据框5-6、5-7、5-8,提取地形数据子块中的最大高程数据,且计算前视预测告警包络线的最低值,若最大高程数据小于前视预测告警包络线的最低值,则无地形数据子块可以出发告警;若最大高程数据大于前视预测告警包络线最低值,则对保存后的地形数据子块进行进一步的网格化处理。
根据5-9,对保存后的地形数据子块按照数字地形数据库17层的划分方式提取,即对地形数据子块进行了网格划分,即每个地形数据子块中包含256个网格。
判断每个网格的4个顶点中是否至少有一个顶点满足以下三个条件:
若不满足说明网格不在前视预测告警包络线内,则删除网格;若满足说明网格在前视预测告警包络线内,则保存网格。
根据5-12、5-13,计算网格对应的前视预测告警包络线对应的高度,并判断网格的高程数据是否大于相应的前视预测告警包络线高度,若大于,该网格触发告警。
根据5-14,当有网格侵入前视预测告警包络线内时即网格高程数据高于对应的前视预测告警包络线时,系统产生告警:播报“地形”告警语音,显示“地形”告警字符,提示飞行机组前方存在撞地风险。
以上仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,其特征在于,包含有以下步骤,
步骤S1,确定前视预测告警包络线;
步骤S2,根据前视预测告警包络线中前视探测距离LAD、飞机位置信息进行数字地形数据库扫描,提取地形数据块,按照数字地形数据库分层级的存储方式分别提取地形数据子块和网格并且顺序判断地形数据子块和网格是否处于前视预测告警包络线内;
步骤S3,提取处于前视预测告警包络线内网格的高程数据并且和前视预测告警包络线进行高度对比,从而进行防撞评估;以及,
步骤S4,若网格的高程数据大于对应的前视预测告警包络线高度,则执行报警,诸如,语音和/或字符告警。
2.根据权利要求1所述的一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,其特征在于,步骤S1中包含有,
步骤S11,由飞机的地速、飞行员预留反应时间、机动拉起时间、爬升时间计算出前视预测告警包络线前视探测距离LAD,根据飞机的机翼宽度确定前视预测告警包络线的探测宽度D;
步骤S12,根据飞机的航迹倾角计算出前视预测告警包络线下降段(飞行员预留反应时间和机动拉起时间所对应的前视预测告警包络线段)的下探距离H下,根据飞机的最大爬升角计算出前视预测告警包络线上升段(爬升时间所对应的前视预测告警包络线段)的上探距离H上;以及,
步骤S13,前视预测告警包络线包含一个向下的安全高度Hc。
3.根据权利要求1所述的一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,其特征在于,步骤S2中包含有,
步骤S21,由前视预探测距离LAD和探测宽度D确定半径R:以飞机当前所处的位置O为圆心,以R为半径绘制一圆形,并沿着正南正北方向做与圆形外切的一正方形,在数字地形数据库中查找飞机O当前所处的位置,并提取上述所描述的正方形,该正方形记为地形数据块;以及,
4.根据权利要求1所述的一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,其特征在于,步骤S3中包含有,
步骤S31,判断每个地形数据子块是否在前视预测告警包络线内,将在前视预测告警包络线内的地形数据子块保存;
步骤S32,判断保存后的地形数据子块中每个网格是否在前视预测告警包络线内,将在前视预测告警包络线内的网格保存;以及,
步骤S33,判断已保存的网格的高程数据是否大于相应的前视预测告警包络线高度,若大于,该网格触发告警。
5.根据权利要求4所述的一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,其特征在于,在步骤S31中,
步骤S311,分别以飞机当前位置坐标O、前视预测告警包络线上边界点M、告警下边界点Q为极点,沿飞机航向方向引一条射线为极轴,建立3个不同的极坐标;
步骤S312,将每个地形数据子块的边界点的球面坐标转换成3个极坐标下的极坐标;
步骤S313,在以Q点为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角是否小于0,若小于0,则删除该地形数据子块;若大于0,则保存地形数据子块;
在以M点为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角是否大于0,若大于0,则删除该地形数据子块;若小于0,则保存该地形数据子块;在以O为极点的极坐标下,判断每一个地形数据子块的4个边界点的极角的绝对值是否大于90度,且极径在航向的方向的投影是否大于前视探测距离LAD,若满足上述条件,则删除该地形数据子块;若不满足,则保存该地形数据子块;
步骤S314,提取保存后的地形数据子块中的最大高程数据,且计算前视预测告警包络线的最低值,若最大高程数据小于前视预测告警包络线的最低值,则无地形数据子块可以出发告警;若最大高程数据大于前视预测告警包络线做低值,则对保存后的地形数据子块网格化处理。
7.根据权利要求1所述的一种增强型近地告警系统的前视预测告警实现方法,其特征在于,步骤S4中包含有,
当有网格侵入前视预测告警包络线内时即网格高程数据高度高于对应的前视预测告警包络线时,系统产生告警:播报“地形”告警语音,显示“地形”告警字符,提示飞行机组前方存在撞地风险。
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CN114973779A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-30 | 深圳市边界智控科技有限公司 | 一种无人机地形感知与告警方法及系统 |
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