CN114485677B - 结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，属于民航导航设备技术领域，解决现有技术中没有针对变高度的飞行轨迹进行视距覆盖分析的方法，无法保证飞行安全的问题。本发明的方法包括以下步骤：S1.以真北为0度，计算所有障碍物相对于导航设备的方位角B；S2.筛选与飞行轨迹同方位的障碍物；S3.计算n个障碍物对飞行轨迹是否造成遮挡，以及计算遮挡位置。本发明首次提出障碍物对变高度飞行轨迹的遮挡计算方法，包括造成的具体遮挡位置，即接收信号从有到无的临界位置，以及遮挡后飞行轨迹上的信号覆盖情况，从而为障碍物的高度管控和飞机飞行高度的调整提供参考依据，有力地保证了飞行安全。

Description

结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法
技术领域
本发明属于民航导航设备技术领域，具体涉及结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法。
背景技术
民航陆基导航设备主要为飞机飞行提供指引，如全向信标台，为飞机在航路和进离场飞行时提供引导，而仪表着陆系统则为飞机进近提供航向道和下滑道指引，以便飞机对准跑道和沿着既定下滑角下降直至着陆。由于陆基导航设备为无线电设备，设备发射电磁波信号与飞机机载设备接收信号均易受地形和建筑物影响，如遇到较高的遮挡障碍物，如山体和高大建筑，则会导致信号覆盖距离出现缩减，严重时飞机会接收不到导航信号，从而影响飞行安全。
导航设备信号覆盖分析包括多种分析方法，其中最直接有效的则为视距覆盖，其可直观地判断障碍物是否对信号传播造成遮挡。现有技术中的视距覆盖分析多是发射信号被障碍物挡住后，在障碍物后方出现视觉盲区和阴影，没有结合接收机高度对信号覆盖缩减距离和覆盖缺口进行分析。信号覆盖分析方法中，如文献《仪表着陆系统设备信号覆盖评估与分析》中提到的信号覆盖分析，只能针对飞机在某一飞行高度上，如900米、600米等进行单一分析，而飞机在空中的飞行轨迹，特别在起飞爬升、进场以及进近着陆阶段，高度通常是变化的。如只采用一个高度进行分析，比如当飞机飞行高度为600米时，导航设备信号可以覆盖20公里，当飞机飞行高度为900米时，导航设备信号可以覆盖35公里，但无法得知飞机飞行高度从900米下降到600米的过程中，在距离导航台35公里至20公里范围内接收导航设备信号的情况，如果进场飞机飞行高度下降过快或离场飞机飞行高度上升过慢，可能导致飞机在距离导航台35公里至20公里范围内接收导航设备信号出现中断，信号覆盖不足的情况。
因此，针对变高度的飞行轨迹，判断障碍物是否对变高度飞行轨迹造成遮挡，对于确定飞机在变高度过程中信号覆盖情况，以及如果造成遮挡后，通过改变障碍物高度或者调整飞行高度都至关重要。但现有技术中并没有针对变高度的视距覆盖分析方法，因此，提供结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，解决现有技术中没有针对变高度的飞行轨迹进行视距覆盖分析的方法，无法保证飞行安全的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，包括以下步骤：
S1. 以真北为0度，计算所有障碍物相对于导航设备的方位角B；
S2.筛选与飞行轨迹同方位的障碍物；
S3. 假设所有障碍物中与飞行轨迹同方位的障碍物有n个，计算n个障碍物对飞行轨迹是否造成遮挡，以及计算遮挡位置。
本发明的部分实施方案中，所述S1中，方位角B的计算公式为：
B＝90-A+360×T （1）
T＝A/360，并向下取整 （2）
A＝atan2(x,y) ，换算成角度 （3）
x = sin(O j - N j ) ×cos(O w ) （4）
y ＝cos(N w )×sin(O w )- sin(N w ) ×cos(O w ) ×cos(O j - N j ) （5）
其中，(O w ，O j )：障碍物的坐标，其中，O w 为纬度，O j 为经度；
(N w ，N j )导航设备的坐标，其中，N w 为纬度，N j 为经度。
本发明的部分实施方案中，所述S2中，飞行轨迹与导航设备的连线与真北所形成的方位角为Fθ，障碍物相对于导航设备的方位角B与Fθ相同时，则判定障碍物与飞行轨迹同方位。
本发明的部分实施方案中，S3中，通过计算n个障碍物中第i个障碍物与导航设备的球面距离L i ，判断第i个障碍物是否可能会对飞行轨迹造成遮挡；其计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（6）
其中，R为地球半径，等于6371km；
(O w ，O j )：障碍物的坐标，其中，O w 为纬度，O j 为经度；
(N w ，N j )导航设备的坐标，其中，N w 为纬度，N j 为经度；
当第i个障碍物位于导航设备与飞机之间，即0<L i <D 2时，第i个障碍物可能会对飞行轨迹造成遮挡；D 2为飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米。
本发明的部分实施方案中，当障碍物可能对飞行轨迹造成遮挡时，计算障碍物对飞行轨迹造成遮挡的高度h xi，并与飞行轨迹的飞行高度进行比较，从而确定障碍物是否会对飞行轨迹造成遮挡，计算公式为:
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（7）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（8）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（9）
其中，h 1：导航设备天线顶部标高，单位米；
Hi：第i个障碍物的顶部标高，单位米；
L i ：第i个障碍物与导航设备的球面距离，单位米；
F 1：飞行轨迹1的飞行高度，单位米；
F 2：飞行轨迹2的飞行高度，单位米，且F 1< F 2；
D 1：飞行轨迹1与导航设备的距离，单位米；
D 2：飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米，且D 1< D 2；
k F ：行轨迹的下降/爬升率；
k i ：障碍物的遮挡率；
当k i ≤ k F 时，
①h xi< F 1，障碍物不会对飞行轨迹造成遮挡；
②h xi≥ F 1，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从F 1至 h xi 段造成遮挡；
针对进场飞机，由于障碍物遮挡，当飞行高度从F 2下降至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机下降高度的方式，或对障碍物高度进行处理，从而保证飞行安全；
当k i ＞k F 时，
①h xi＞ F 2，障碍物不会对飞行轨迹造成遮挡；
②h xi≤ F 2，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从h xi至 F 2段造成遮挡；
针对离场飞机，由于障碍物遮挡，当飞行高度从F 1爬升至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机爬升高度的方式，或对障碍物高度进行处理，从而保证飞行安全。
本发明的部分实施方案中，当F 2 ≥ h xi≥ F 1时，计算遮挡位置与导航设备的距离D xi，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（10）
Figure 172863DEST_PATH_IMAGE004
（7）
Figure 90004DEST_PATH_IMAGE006
（8）
其中，h 1：导航设备天线顶部标高，单位米；
Hi：第i个障碍物的顶部标高，单位米；
F 1：飞行轨迹1的飞行高度，单位米；
F 2：飞行轨迹2的飞行高度，单位米，且F 1< F 2；
D 1：飞行轨迹1与导航设备的距离，单位米；
D 2：飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米且D 1< D 2；
k F ：行轨迹的下降/爬升率；
k i ：障碍物的遮挡率。
本发明的部分实施方案中，当k i ≤ k F 时，在计算出的h xi≥ F 1中取h xi的最大值，得到n个障碍物对进场飞机飞行轨迹的最高遮挡高度h x，其对应的D x为最远遮挡距离；当k i ＞k F 时，在计算出的h xi≤ F 2中取h xi的最小值，得到n个障碍物对离场飞机飞行轨迹的最低遮挡高度h x，其对应的D x为最近遮挡距离。
本发明的部分实施方案中，如果造成飞行轨迹遮挡的障碍物尚未修建，当k i ≤ k F 时，则令h xi＝F 1，反算障碍物高度Hi；当k i ＞k F 时，则令h xi＝F 2，反算障碍物高度Hi，从而可提前对障碍物高度进行管控，以保证障碍物高度不对飞行轨迹造成遮挡。
本发明的部分实施方案中，如果造成飞行轨迹遮挡的障碍物已经存在，则通过计算出遮挡的飞行高度和遮挡距离，给飞机提供预警信息。
本发明的部分实施方案中，当k i ≤ k F 时，进场飞机在飞行高度从F 2下降至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机下降高度的方式（减小下降率或平飞后再下降），或对障碍物高度进行处理，否则D 1至D x段将被障碍物遮挡，造成进场飞机接收信号中断，此种情况对进场飞机危害极大；
当k i ＞k F 时，离场飞机在飞行高度从F 1爬升至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机爬升高度的方式（增大爬升率），或对障碍物高度进行处理，否则D x至D 2段将被障碍物遮挡，造成离场飞机接收信号中断，此种情况对离场飞机危害极大。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计科学，构思巧妙，本发明首次针对飞机的变高度飞行轨迹进行视距覆盖分析，本发明方法创造性地基于飞机在起飞爬升、进场以及进近着陆阶段时飞行轨迹的高度变化情况，进行视距覆盖分析，提出障碍物对变高度飞行轨迹的遮挡计算方法，包括造成的具体遮挡位置，即接收信号从有到无的临界位置，以及遮挡后飞行轨迹上的信号覆盖情况，从而为障碍物的高度管控和飞机飞行高度的调整提供参考依据，有力地保证了飞行安全。
附图说明
附图1为本发明方法流程图。
附图2为本发明筛选与飞行轨迹同方位的障碍物原理示意图。
附图3为k i ≤ k F 时的原理示意图。
附图4为k i ＞k F 时的原理示意图。
附图5为本发明某机场实例中分析图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，本发明提供的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，设计科学合理，使用方便，可以根据飞机起飞爬升、进场以及进近着陆阶段时飞行轨迹的高度变化情况，进行视距覆盖分析，计算出具体遮挡位置，即接收信号从有到无的临界位置，以及遮挡后飞行轨迹上的信号覆盖情况，从而为障碍物的高度管控和飞机飞行高度的调整提供参考依据。本发明结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法包括以下步骤：
S1. 以真北为0度，计算所有障碍物相对于导航设备的方位角B，单位°；
所述S1中，方位角B的计算公式为：
B＝90-A+360×T （1）
T＝A/360，并向下取整 （2）
A＝atan2(x,y) ，换算成角度 （3）
x = sin(O j - N j ) ×cos(O w ) （4）
y ＝cos(N w )×sin(O w )- sin(N w ) ×cos(O w ) ×cos(O j - N j ) （5）
其中，(O w ，O j )：障碍物的坐标，其中，O w 为纬度，O j 为经度；
(N w ，N j )导航设备的坐标，其中，N w 为纬度，N j 为经度。
S2.筛选与飞行轨迹同方位的障碍物；飞行轨迹与导航设备的连线与真北所形成的方位角为Fθ，障碍物相对于导航设备的方位角B与Fθ相同时，则判定障碍物与飞行轨迹同方位；如附图2所示。
S3. 假设所有障碍物中与飞行轨迹同方位的障碍物有n个，计算n个障碍物对飞行轨迹是否造成遮挡，以及计算遮挡位置；
S31. 通过计算n个障碍物中第i个障碍物与导航设备的球面距离L i ，判断第i个障碍物是否可能会对飞行轨迹造成遮挡；其计算公式为：
Figure 604162DEST_PATH_IMAGE002
（6）
其中，R为地球半径，等于6371km；
(O w ，O j )：障碍物的坐标，其中，O w 为纬度，O j 为经度；
(N w ，N j )导航设备的坐标，其中，N w 为纬度，N j 为经度；
当第i个障碍物位于导航设备与飞机之间，即0<L i <D 2时，第i个障碍物可能会对飞行轨迹造成遮挡；D 2为飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米。
S32. 当障碍物可能对飞行轨迹造成遮挡时，计算障碍物对飞行轨迹造成遮挡的高度h xi，并与飞行轨迹的飞行高度进行比较，从而确定障碍物是否会对飞行轨迹造成遮挡，计算公式为:
Figure 592846DEST_PATH_IMAGE004
（7）
Figure 141639DEST_PATH_IMAGE006
（8）
Figure 698522DEST_PATH_IMAGE008
（9）
其中，h 1：导航设备天线顶部标高，单位米；
Hi：第i个障碍物的顶部标高，单位米；
L i ：第i个障碍物与导航设备的球面距离，单位米；
F 1：飞行轨迹1的飞行高度，单位米；
F 2：飞行轨迹2的飞行高度，单位米，且F 1< F 2；
D 1：飞行轨迹1与导航设备的距离，单位米；
D 2：飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米且D 1< D 2；
k F ：行轨迹的下降/爬升率；
k i ：障碍物的遮挡率；
当k i ≤ k F 时，
①h xi< F 1，障碍物不会对飞行轨迹造成遮挡；
②h xi≥ F 1，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从F 1至 h xi 段造成遮挡；
针对进场飞机，由于障碍物遮挡，当飞行高度从F 2下降至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机下降高度的方式（减小下降率或平飞后再下降），或对障碍物高度进行处理，从而保证飞行安全；
当k i ＞k F 时，
①h xi＞ F 2，障碍物不会对飞行轨迹造成遮挡；
②h xi≤ F 2，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从h xi至 F 2段造成遮挡；
针对离场飞机，由于障碍物遮挡，当飞行高度从F 1爬升至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机爬升高度的方式（增大爬升率），或对障碍物高度进行处理，从而保证飞行安全。
S33. 当F 2 ≥ h xi≥ F 1时，计算遮挡位置与导航设备的距离D xi，计算公式为：
Figure 699977DEST_PATH_IMAGE010
（10）
Figure 898877DEST_PATH_IMAGE004
（7）
Figure 426810DEST_PATH_IMAGE006
（8）
其中，h 1：导航设备天线顶部标高，单位米；
Hi：第i个障碍物的顶部标高，单位米；
F 1：飞行轨迹1的飞行高度，单位米；
F 2：飞行轨迹2的飞行高度，单位米，且F 1< F 2；
D 1：飞行轨迹1与导航设备的距离，单位米；
D 2：飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米且D 1< D 2；
k F ：行轨迹的下降/爬升率；
k i ：障碍物的遮挡率。
当k i ≤ k F 时，在计算出的h xi≥ F 1中取h xi的最大值，得到n个障碍物对进场飞机飞行轨迹的最高遮挡高度h x，其对应的D x为最远遮挡距离；当k i ＞k F 时，在计算出的h xi≤ F 2中取h xi的最小值，得到n个障碍物对离场飞机飞行轨迹的最低遮挡高度h x，其对应的D x为最近遮挡距离。
当计算出n个障碍物对飞行轨迹造成遮挡的位置D x和遮挡高度h x，则可以从两个方面进行优化：
（1）建设前控制。如障碍物未建，当k i ≤ k F 时，则令h xi＝F 1，反算障碍物高度Hi；当k i ＞k F 时，则令h xi＝F 2，反算障碍物高度Hi；从而保证障碍物高度不对飞行轨迹造成遮挡，在规划前进行优化控制，可避免建成后造成影响再进行拆除或搬迁，具有很重要的社会效益和经济效益。
（2）建设后确定遮挡位置，提前预警，保证飞行安全。如障碍物已经存在，则可以计算出遮挡的飞行高度和遮挡距离，给飞机提供预警信息；
当k i ≤ k F 时，进场飞机在飞行高度从F 2下降至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机下降高度的方式（减小下降率或平飞后再下降），或对障碍物高度进行处理，否则D 1至D x段将被障碍物遮挡，造成进场飞机接收信号中断，此种情况对进场飞机危害极大；当k i ＞k F 时，离场飞机在飞行高度从F 1爬升至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机爬升高度的方式（增大爬升率），或对障碍物高度进行处理，否则D x至D 2段将被障碍物遮挡，造成离场飞机接收信号中断，此种情况对离场飞机危害极大。
本发明的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法的原理如附图3所示：
首先以真北为0度，计算所有障碍物相对于导航设备的方位角B；再将方位角B同Fθ比较，以筛选与飞行轨迹同方位的障碍物；假设所有障碍物中与飞行轨迹同方位的障碍物有n个，计算n个障碍物对飞行轨迹是否造成遮挡，以及计算遮挡位置：
通过计算n个障碍物中第i个障碍物与导航设备的球面距离L i ，判断第i个障碍物是否可能会对飞行轨迹造成遮挡；在可能造成遮挡的情况下，再通过计算障碍物可能对飞行轨迹造成遮挡位置的飞行高度h xi，并与飞行轨迹的飞行高度进行比较，从而确定障碍物是否会对飞行轨迹造成遮挡；在确定造成遮挡的情况下，当k i ≤ k F 时，在计算出的h xi≥ F 1中取h xi的最大值，得到n个障碍物对进场飞机飞行轨迹的最高遮挡高度h x，其对应的D x为最远遮挡距离；当k i ＞k F 时，在计算出的h xi≤ F 2中取h xi的最小值，得到n个障碍物对离场飞机飞行轨迹的最低遮挡高度h x，其对应的D x为最近遮挡距离。
当计算出n个障碍物对飞行轨迹造成遮挡的位置D x和遮挡高度h x，则可以进行障碍物的建设前控制、以及建设后预警，从而有力保证飞行安全。
实施例1
如附图5所示，本发明提供了某机场应用本发明方法进行视距覆盖分析的实例，具体包括以下步骤：
S1. 以真北为0度，计算所有障碍物相对于导航设备的方位角B，单位°；
所述S1中，方位角B的计算公式为：
B＝90-A+360×T （1）
T＝A/360，并向下取整 （2）
A＝atan2(x,y) ，换算成角度 （3）
x = sin(O j - N j ) ×cos(O w ) （4）
y ＝cos(N w )×sin(O w )- sin(N w ) ×cos(O w ) ×cos(O j - N j ) （5）
其中，(O w ，O j )：障碍物的坐标，其中，O w 为纬度，O j 为经度；
(N w ，N j )导航设备的坐标，其中，N w 为纬度，N j 为经度。
S2.筛选与飞行轨迹同方位的障碍物；飞行轨迹与导航设备的连线与真北所形成的方位角为Fθ，障碍物相对于导航设备的方位角B与Fθ相同时，则判定障碍物与飞行轨迹同方位；如附图2所示。
S3. 假设所有障碍物中与飞行轨迹同方位的障碍物有n个，计算n个障碍物对飞行轨迹是否造成遮挡，以及计算遮挡位置；
S31. 通过计算n个障碍物中第i个障碍物与导航设备的球面距离L i ，判断第i个障碍物是否可能会对飞行轨迹造成遮挡；其计算公式为：
Figure 154595DEST_PATH_IMAGE002
（6）
其中，R为地球半径，等于6371km；
(O w ，O j )：障碍物的坐标，其中，O w 为纬度，O j 为经度；
(N w ，N j )导航设备的坐标，其中，N w 为纬度，N j 为经度；
当第i个障碍物位于导航设备与飞机之间，即0<L i <D 2时，第i个障碍物可能会对飞行轨迹造成遮挡；D 2为飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米。
S32. 当障碍物可能对飞行轨迹造成遮挡时，计算障碍物对飞行轨迹造成遮挡的高度h xi，并与飞行轨迹的飞行高度进行比较，从而确定障碍物是否会对飞行轨迹造成遮挡，计算公式为:
Figure 643345DEST_PATH_IMAGE004
（7）
Figure 114777DEST_PATH_IMAGE006
（8）
Figure 497217DEST_PATH_IMAGE008
（9）
其中，h 1：导航设备天线顶部标高，单位米；
Hi：第i个障碍物的顶部标高，单位米；
L i ：第i个障碍物与导航设备的球面距离，单位米；
F 1：飞行轨迹1的飞行高度，单位米；
F 2：飞行轨迹2的飞行高度，单位米，且F 1< F 2；
D 1：飞行轨迹1与导航设备的距离，单位米；
D 2：飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米且D 1< D 2；
k F ：行轨迹的下降/爬升率；
k i ：障碍物的遮挡率；
当k i ≤ k F 时，
①h xi< F 1，障碍物不会对飞行轨迹造成遮挡；
②h xi≥ F 1，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从F 1至 h xi 段造成遮挡；
针对进场飞机，由于障碍物遮挡，当飞行高度从F 2下降至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机下降高度的方式，或对障碍物高度进行处理，从而保证飞行安全；
当k i ＞k F 时，
①h xi＞ F 2，障碍物不会对飞行轨迹造成遮挡；
②h xi≤ F 2，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从h xi至 F 2段造成遮挡；
针对离场飞机，由于障碍物遮挡，当飞行高度从F 1爬升至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机爬升高度的方式，或对障碍物高度进行处理，从而保证飞行安全。
S33. 当F 2 ≥ h xi≥ F 1时，计算遮挡位置与导航设备的距离D xi，计算公式为：
Figure 661482DEST_PATH_IMAGE010
（10）
Figure 637528DEST_PATH_IMAGE004
（7）
Figure 647073DEST_PATH_IMAGE006
（8）
其中，h 1：导航设备天线顶部标高，单位米；
Hi：第i个障碍物的顶部标高，单位米；
F 1：飞行轨迹1的飞行高度，单位米；
F 2：飞行轨迹2的飞行高度，单位米，且F 1< F 2；
D 1：飞行轨迹1与导航设备的距离，单位米；
D 2：飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米且D 1< D 2；
k F ：行轨迹的下降/爬升率；
k i ：障碍物的遮挡率。
当k i ≤ k F 时，在计算出的h xi≥ F 1中取h xi的最大值，得到n个障碍物对进场飞机飞行轨迹的最高遮挡高度h x，其对应的D x为最远遮挡距离；当k i ＞k F 时，在计算出的h xi≤ F 2中取h xi的最小值，得到n个障碍物对离场飞机飞行轨迹的最低遮挡高度h x，其对应的D x为最近遮挡距离。
当计算出n个障碍物对飞行轨迹造成遮挡的位置D x和遮挡高度h x，则可以建设前控制、以及建设后预警，从而有力保证飞行安全。
实例数据计算：
为展示计算方法，验证计算精度，仅用一个障碍物进行进离场飞行轨迹视距覆盖示例，如一个障碍物计算正确，则公式正确，从而可推广至n个障碍物的情况。
假设：
障碍物左边界的坐标(O w ，O j )=（27.734480，120.628289），
障碍物右边界的坐标(O w ，O j )=（27.734442，120.629049），
导航设备的坐标(N w ，N j )=（27.721249，120.624924）；
例1：Fθ=20°， h 1=100米，Hi =250米，F 1=300米，D 1=2500m，F 2=900米，D 2=6000m。
1、由于障碍物有宽度，因为根据障碍物的边界，计算障碍物与真北所成的方位角范围。经计算，障碍物左、右边界与真北所成的方位角分别为11.90°和21.5°，因此障碍物的方位角范围为11.9°~21.5°。
2、Fθ则位于障碍物方位角11.9°~21.5°范围内，因此，障碍物与飞行轨迹同方位。
3、经计算，障碍物左右边界与导航设备所成最近距离L i =1508m。
满足0< L i <D 2，因此可能会对飞行轨迹造成遮挡。
4、经计算，k i ＝0.1，k F ＝0.17，k i < k F ，h xi＝416米，因此，h xi＞ F 1，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从300米至416米段造成遮挡，标记为虚线，416米至900米未造成遮挡，标记为实线。
5、经计算，遮挡位置与导航设备距离D xi = 3177米。
6、结论：飞机在距离导航设备6000m处，飞行高度900米，逐渐下降高度，在距离导航设备2500m处，飞行高度下降至300米。如障碍物已建，由于障碍物遮挡，飞机在距离导航设备6000m~3177m段，飞行高度不能下降至416米，否则飞机会提前无法接收到导航设备信号，飞机需在飞行高度到达416米后，调整飞机下降高度方式，以更小的下降率下降或平飞后再下降。如障碍物未建，则可以提前控制障碍物高度，当障碍物高度Hi=220米时，不会对该飞行轨迹造成遮挡。
例2：Fθ=20°，h 1=100米，Hi =400米，F 1=600米，D 1=2000m，F 2=900米，D 2=6000m。
由于飞行轨迹与导航设备的连线与真北所形成的方位角为Fθ、障碍物坐标(O w ，O j )和导航设备坐标(N w ，N j )未变，因此，前面3步判断障碍物是否可能会对飞行轨迹造成遮挡的计算过程与例1相同，故不再赘述，以下从第4步开始计算。
4、经计算，k i ＝0.20，k F ＝0.075，k i ＞ k F ，h xi＝661米，因此，h xi< F 2，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从661米至900米段造成遮挡，标记为虚线，600米至661米未造成遮挡，标记为实线。
5、经计算，遮挡位置与导航设备距离D xi=2823米。
6、结论：飞机在距离导航设备2000m处，飞行高度600米，逐渐爬升高度，在距离导航设备6000m处，飞行高度上升至900米。如障碍物已建，由于障碍物遮挡，飞机在距离导航设备2000m~2823m段，飞行高度需爬升至661米，否则飞机会提前无法接收到导航设备信号，飞机需在飞行高度到达661米后，调整飞机爬升高度方式，以更大的上升率爬升。如障碍物未建，则可以提前控制障碍物高度，当障碍物高度Hi= 301 米时，不会对该飞行轨迹造成遮挡。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 以真北为0度，计算所有障碍物相对于导航设备的方位角B；
S2.筛选与飞行轨迹同方位的障碍物；
S3. 假设所有障碍物中与飞行轨迹同方位的障碍物有n个，计算n个障碍物对飞行轨迹是否造成遮挡，以及计算遮挡位置；
所述S2中，飞行轨迹与导航设备的连线与真北所形成的方位角为Fθ，障碍物相对于导航设备的方位角B与Fθ相同时，则判定障碍物与飞行轨迹同方位；
当障碍物可能对飞行轨迹造成遮挡时，计算障碍物对飞行轨迹造成遮挡的高度h xi，并与飞行轨迹的飞行高度进行比较，从而确定障碍物是否会对飞行轨迹造成遮挡，计算公式为：
Figure 867413DEST_PATH_IMAGE001
（7）
Figure 744102DEST_PATH_IMAGE002
（8）
Figure 566564DEST_PATH_IMAGE003
（9）
其中，h 1：导航设备天线顶部标高，单位米；
Hi：第i个障碍物的顶部标高，单位米；
L i ：第i个障碍物与导航设备的球面距离，单位米；
F 1：飞行轨迹1的飞行高度，单位米；
F 2：飞行轨迹2的飞行高度，单位米，且F 1< F 2；
D 1：飞行轨迹1与导航设备的距离，单位米；
D 2：飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米，且D 1< D 2；
k F ：飞行轨迹的下降/爬升率；
k i ：障碍物的遮挡率；
当k i ≤ k F 时，
①h xi< F 1，障碍物不会对飞行轨迹造成遮挡；
②h xi≥ F 1，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从F 1至 h xi 段造成遮挡；
针对进场飞机，由于障碍物遮挡，当飞行高度从F 2下降至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机下降高度的方式，或对障碍物高度进行处理，从而保证飞行安全；
当k i ＞k F 时，
①h xi＞F 2，障碍物不会对飞行轨迹造成遮挡；
②h xi≤ F 2，障碍物会对飞行轨迹中飞行高度从h xi至 F 2段造成遮挡；
针对离场飞机，由于障碍物遮挡，当飞行高度从F 1爬升至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机爬升高度的方式，或对障碍物高度进行处理，从而保证飞行安全。
2.根据权利要求1所述的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，其特征在于，所述S1中，方位角B的计算公式为：
B＝90-A+360×T （1）
T＝A/360，并向下取整（2）
A＝atan2(x,y) ，换算成角度（3）
x = sin(O j - N j ) ×cos(O w ) （4）
y ＝cos(N w )×sin(O w )- sin(N w ) ×cos(O w ) ×cos(O j - N j ) （5）
其中，(O w ，O j )：障碍物的坐标，其中，O w 为纬度，O j 为经度；
(N w ，N j )导航设备的坐标，其中，N w 为纬度，N j 为经度。
3.根据权利要求2所述的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，其特征在于，S3中，通过计算n个障碍物中第i个障碍物与导航设备的球面距离L i ，判断第i个障碍物是否可能会对飞行轨迹造成遮挡；其计算公式为：
Figure 833598DEST_PATH_IMAGE004
（6）
其中，R为地球半径，等于6371km；
(O w ，O j )：障碍物的坐标，其中，O w 为纬度，O j 为经度；
(N w ，N j )导航设备的坐标，其中，N w 为纬度，N j 为经度；
当第i个障碍物位于导航设备与飞机之间，即0<L i <D 2时，第i个障碍物可能会对飞行轨迹造成遮挡；D 2为飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米。
4.根据权利要求3所述的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，其特征在于，当F 2 ≥ h xi≥ F 1时，计算遮挡位置与导航设备的距离D xi，计算公式为：
Figure 94815DEST_PATH_IMAGE005
（10）
Figure 763694DEST_PATH_IMAGE006
（7）
Figure 757057DEST_PATH_IMAGE007
（8）
其中，h 1：导航设备天线顶部标高，单位米；
Hi：第i个障碍物的顶部标高，单位米；
F 1：飞行轨迹1的飞行高度，单位米；
F 2：飞行轨迹2的飞行高度，单位米，且F 1< F 2；
D 1：飞行轨迹1与导航设备的距离，单位米；
D 2：飞行轨迹2与导航设备的距离，单位米且D 1< D 2；
k F ：飞行轨迹的下降/爬升率；
k i ：障碍物的遮挡率。
5.根据权利要求4所述的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，其特征在于，当k i ≤ k F 时，在计算出的h xi≥ F 1中取h xi的最大值，得到n个障碍物对进场飞机飞行轨迹的最高遮挡高度h x，其对应的D x为最远遮挡距离；当k i ＞k F 时，在计算出的h xi≤ F 2中取h xi的最小值，得到n个障碍物对离场飞机飞行轨迹的最低遮挡高度h x，其对应的D x为最近遮挡距离。
6.根据权利要求5所述的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，其特征在于，如果造成飞行轨迹遮挡的障碍物尚未修建，当k i ≤k F 时，则令h xi＝F 1，反算障碍物高度Hi；当k i ＞k F 时，则令h xi＝F 2，反算障碍物高度Hi，从而可提前对障碍物高度进行管控，以保证障碍物高度不对飞行轨迹造成遮挡。
7.根据权利要求5所述的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，其特征在于，如果造成飞行轨迹遮挡的障碍物已经存在，则通过计算出遮挡的飞行高度和遮挡距离，给飞机提供预警信息。
8.根据权利要求7所述的结合飞行轨迹变高度的民航导航设备视距覆盖分析方法，其特征在于，当k i ≤k F 时，进场飞机在飞行高度从F 2下降至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机下降高度的方式或对障碍物高度进行处理，否则D 1至D x段将被障碍物遮挡，造成进场飞机接收信号中断，此种情况对进场飞机危害极大；
当k i ＞k F 时，离场飞机在飞行高度从F 1爬升至h xi后，飞机会从能接收到导航设备信号变为不能接收到导航设备信号，为信号中断的临界点，为避免障碍物遮挡，此时应调整飞机爬升高度的方式或对障碍物高度进行处理，否则D x至D 2段将被障碍物遮挡，造成离场飞机接收信号中断，此种情况对离场飞机危害极大。
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