CN115801046A - 飞行状态自动识别方法、系统、设备及计算机存储介质 - Google Patents

飞行状态自动识别方法、系统、设备及计算机存储介质 Download PDF

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CN115801046A CN202310080464.7A CN202310080464A CN115801046A CN 115801046 A CN115801046 A CN 115801046A CN 202310080464 A CN202310080464 A CN 202310080464A CN 115801046 A CN115801046 A CN 115801046A
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Abstract

本发明公开了一种飞行状态自动识别方法、系统、设备及计算机存储介质，在一个滑动窗口周期内，主控单元接收重力计的各个轴向上的加速度值，并计算得到移动方差值NMV j ，随着滑动窗口沿时间轴滑动，主控单元接收到新的各个轴向上的加速度值，同时丢弃最老的一组各个轴向上的加速度值，并计算得到新的移动方差值NMV j+1 ，依次将移动方差值NMV j 和新的移动方差值NMV j+1 与匹配模型相比较，得到电子设备的在途状态，并根据判断结果向无线射频单元发送逻辑控制信号，以控制电子设备的无线射频单元的开闭，避免电子设备的无线射频单元发出的无线射频信号对飞机起降造成影响。所述自动识别方法适用于任意姿态的电子设备，提供符合飞行安全、高效工作的控制逻辑。

Description

飞行状态自动识别方法、系统、设备及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及电子设备飞行状态判断技术领域，具体涉及一种飞行状态自动识别方法、系统、设备及计算机存储介质。
背景技术
基于航空业安全飞行的技术要求，电子设备在起飞前和降落前需要关闭射频无线信号的发射功能，以避免无规则的射频无线信号干扰飞行器的无线通信和信号收发，从而对起飞和降落时的飞行安全构成威胁。由用户随身携带的电子设备通常会提供相应的工作模式和硬件开关来关闭电子设备的射频无线发射装置，这个操作通常需要人工执行。
对于随行李或货物装载到飞行器（比如货舱）的电子设备，通常远离权利人或监管人，但又要求电子设备能在落地后即时启用相应的无线通信（发射和接收射频无线信号）功能，这对于繁忙的机场运输而言，依靠人工完成这样的开关操作不具备可行性。因此需要电子设备感知在途状态并有效依据感知到的状态自动完成对电子设备射频无线功能单元的关闭和开启，在确保飞行安全的前提下进行无线信号发射。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种任意姿态下即时判断飞行状态、符合飞行安全的控制逻辑的飞行状态自动识别方法、系统、设备及计算机存储介质。
一种飞行状态自动识别方法，用于运输中基于重力计进行飞行状态的自动识别，所述方法包括以下步骤：采集重力计的三个轴向数据值，计算得到合加速度
Figure SMS_1
；根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列依次接收新采样数据，并丢弃最老采样数据，计算得到新的移动方差值NMV；根据预设匹配模型，将移动方差值NMV与时间统计模型进行匹配，得到设备的在途飞行状态的判决结果；依据判决结果对无线射频单元发出逻辑控制信号。
优选地，所述合加速度
Figure SMS_2
的计算公式如公式（1）所示：
Figure SMS_3
（1）。
其中，x j ，y j ，z j 为重力计的三个轴向数据值，即主控单元采集的重力计的三个轴向的采样加速度值。
优选地，所述根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列依次接收新采样数据，并丢弃最老采样数据，计算得到新的移动方差值NMV的步骤具体包括：设定滑动窗口宽度n，n为≥3的正整数；计算第j个滑动窗口内的所述合加速度的平均值
Figure SMS_4
，如公式（2）所示：
Figure SMS_5
（2）。
计算第j个滑动窗口内的移动方差值NMV j ，如公式（3）所示：
Figure SMS_6
（3）。
计算第j+1个滑动窗口内的移动方差值NMV j+1 ，如公式（4）所示：
Figure SMS_7
（4）。
计算相邻滑动窗口之间的移动方差值NMV之间的关系，如公式（5）所示：
Figure SMS_8
（5）。
其中，
Figure SMS_9
为移动平均值，连续计算公式如公式（6）所示：
Figure SMS_10
（6）。
其中，
Figure SMS_11
为当前最新的采样值，
Figure SMS_12
为将要被丢弃的最老的采样值，
Figure SMS_13
为前一采样值；n为滑动窗口宽度。
优选地，所述根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列依次接收新采样数据，并丢弃最老采样数据，计算得到新的移动方差值NMV的步骤之后，还包括以下步骤：对每一步的计算结果进行浮点数累计误差修正；其中，误差修正的迭代式如公式（7）所示：
Figure SMS_14
，
Figure SMS_15
（7）。
Figure SMS_16
；其中，初始值
Figure SMS_17
。
优选地，所述匹配模型
Figure SMS_18
为一个
Figure SMS_19
=（
Figure SMS_20
，
Figure SMS_21
）的时间序列，如公式（8）所示：
Figure SMS_22
，
Figure SMS_23
（8）。
优选地，所述根据预设匹配模型，将移动方差值NMV与时间统计模型进行匹配，得到设备的在途状态的判决结果的步骤具体包括：连续输出移动方差值NMV；依据
Figure SMS_24
的
Figure SMS_25
进入匹配状态，持续时间满足
Figure SMS_26
进入序列的下一个匹配单元
Figure SMS_27
，否则失配回到初始状态；当
Figure SMS_28
中的所有元素被匹配时，即可判决设备当前状态符合匹配模型对应的状态定义，并依此判决得出的飞行状态对设备进行相应的操作。
以及，一种飞行状态自动识别系统，所述系统包括：重力计数据采样单元，用于采集重力计的三个轴向数据值x j ，y j ，z j ；计算单元，用于根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列计算得到移动方差值NMV，并对移动方差值NMV进行浮点数累计误差修正；状态判断单元，用于依据移动方差值NMV与预设匹配模型
Figure SMS_29
进行匹配，并对设备的当前状态进行判断，得出设备的飞行状态；无线射频信号控制单元，用于根据判断得出的飞行状态发送控制信号。
以及，一种无线射频信号控制设备，用于实现如上所述的飞行状态自动识别系统，所述控制设备包括主控单元MCU、三轴重力计、射频信号控制装置和无线射频单元，所述三轴重力计将采集到的加速度数据传送至所述主控单元MCU，所述主控单元MCU计算合加速度
Figure SMS_30
和移动方差值NMV，依据匹配模型判断在途飞行状态，并依据判断结果向所述射频信号控制装置发送控制指令，所述射频信号控制装置用于依据所述主控单元MCU的控制指令控制所述无线射频单元的工作状态。
优选地，所述无线射频信号控制装置包括第二十五场效应管Q25和第二十六场效应管Q26，所述第二十五场效应管Q25的源极连接至电源输出端，所述第二十五场效应管Q25的漏极连接至无线射频单元，所述第二十五场效应管Q25的栅极通过第六七六电阻R676连接至所述第二十六场效应管Q26的漏极，所述第二十六场效应管Q26的源极接地，主控单元的输出端连接至所述第二十六场效应管Q26的栅极。
以及，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上所述的飞行状态自动识别方法。
上述飞行状态自动识别方法、系统、设备及计算机存储介质中，宽度为n的滑动窗口沿时间轴滑动，在一个滑动窗口周期内，所述主控单元接收重力计的各个轴向上的加速度值，并计算得到移动方差值NMV j ，随着滑动窗口沿时间轴滑动，所述主控单元接收到新的各个轴向上的加速度值，同时丢弃最老的一组各个轴向上的加速度值，并计算得到新的移动方差值NMV j+1 ，依次将移动方差值NMV j 和新的移动方差值NMV j+1 与匹配模型相比较，得到电子设备的在途状态，并根据判断结果向所述无线射频单元发送逻辑控制信号，以控制电子设备的所述无线射频单元的开闭，避免电子设备的无线射频单元发出的无线射频信号对飞机起降造成影响。所述自动识别方法适用于任意姿态的电子设备，提供符合飞行安全、高效工作的控制逻辑，控制电子设备的无线信号发射单元和传输设备开启或关闭，确保既能及时传输数据，又保证飞行安全。本发明的算法合理、判断结果准确、可靠性高，易于实现，成本低廉，便于推广。
附图说明
图1是本发明实施例飞行状态自动识别方法的流程图。
图2是本发明实施例飞行状态自动识别方法的移动方差值NMV的时间统计模型图。
图3是本发明实施例无线射频信号控制设备的结构示意图。
图4是本发明实施例无线射频信号控制设备的射频信号控制装置的电路结构示意图。
具体实施方式
本实施例以飞行状态自动识别方法、系统及射频单元控制装置为例，以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
请参阅图1和图2，示出本发明实施例提供的一种飞行状态自动识别方法，用于运转中基于重力计进行飞行状态的自动识别，所述方法包括以下步骤：步骤S10，采集重力计的三个轴向数据值，计算得到合加速度
Figure SMS_31
；具体地，所述合加速度
Figure SMS_32
的计算公式如公式（1）所示：
Figure SMS_33
（1）。
其中，x j ，y j ，z j 为重力计的三个轴向数据值，即主控单元采集的重力计的三个轴向的采样加速度值。
步骤S20，根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列依次接收新采样数据，并丢弃最老采样数据，计算得到新的移动方差值NMV；具体包括以下步骤：步骤S21，设定滑动窗口宽度n，n为≥3的正整数；优选地，滑动窗口宽度n的取值范围为4~20，滑动窗口宽度n优选为16。
步骤S22，计算第j个滑动窗口内的所述合加速度的平均值
Figure SMS_34
，如公式（2）所示：
Figure SMS_35
（2）。
步骤S23，计算第j个滑动窗口内的移动方差值NMV j ，如公式（3）所示：
Figure SMS_36
（3）。
步骤S24，计算第j+1个滑动窗口内的移动方差值NMV j+1 ，如公式（4）所示：
Figure SMS_37
（4）。
步骤S25，计算相邻滑动窗口之间的移动方差值NMV之间的关系，如公式（5）所示：
Figure SMS_38
（5）。
其中，
Figure SMS_39
为移动平均值，连续计算公式如公式（6）所示：
Figure SMS_40
（6）。
其中，
Figure SMS_41
为当前最新的采样值，
Figure SMS_42
为将要被丢弃的最老的采样值，
Figure SMS_43
为前一采样值，n为滑动窗口宽度。
步骤S30，对每一步的计算结果进行浮点数累计误差修正；其中，误差修正的迭代式如公式（7）所示：
Figure SMS_44
，
Figure SMS_45
（7）。
Figure SMS_46
。
其中，初始值
Figure SMS_47
。
步骤S40，根据预设匹配模型，将移动方差值NMV与时间统计模型进行匹配，得到设备的在途飞行状态的判决结果；具体地，所述匹配模型
Figure SMS_48
为一个
Figure SMS_49
=（
Figure SMS_50
，
Figure SMS_51
）的时间序列，如公式（8）所示：
Figure SMS_52
，
Figure SMS_53
（8）。
具体包括以下步骤：步骤S41，连续输出移动方差值NMV；步骤S42，依据
Figure SMS_54
的
Figure SMS_55
进入匹配状态，持续时间满足
Figure SMS_56
进入序列的下一个匹配单元
Figure SMS_57
，否则失配回到初始状态；步骤S43，当
Figure SMS_58
中的所有元素被匹配时，即可判决设备当前状态符合匹配模型对应的状态定义，并依此判决得出的飞行状态对设备进行相应的操作。
具体地，所述预设匹配模型中，匹配序列可以对输出的移动方差值NMV输出进行多阈值比较，每个阈值还有持续时间和时序先后的要求，从根本上改变了单一阈值匹配容易误判的问题。
具体地，判决结果中的飞行状态包括但不限于起飞中、空中巡航、降落中、落地等。
步骤S50，依据判决结果对无线射频单元发出逻辑控制信号。
以及，一种飞行状态自动识别系统，所述系统包括：重力计数据采样单元，用于采集重力计的三个轴向数据值x j ，y j ，z j ；计算单元，用于根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列计算得到移动方差值NMV，并对移动方差值NMV进行浮点数累计误差修正；状态判断单元，用于依据移动方差值NMV与预设匹配模型
Figure SMS_59
进行匹配，并对设备的当前状态进行判断，得出设备的飞行状态；无线射频信号控制单元，用于根据飞行状态发送控制信号。
以及，请参阅图3和图4，示出一种无线射频信号控制设备，用于实现如上所述的飞行状态自动识别系统，所述控制设备包括主控单元MCU、三轴重力计、射频信号控制装置和无线射频单元，所述三轴重力计将采集到的加速度数据传送至所述主控单元MCU，所述主控单元MCU计算合加速度
Figure SMS_60
和移动方差值NMV，依据匹配模型判断在途飞行状态，并依据判断结果向所述射频信号控制装置发送控制指令，所述射频信号控制装置用于依据所述主控单元MCU的控制指令控制所述无线射频单元的工作状态。
优选地，所述无线射频信号控制装置包括第二十五场效应管Q25和第二十六场效应管Q26，所述第二十五场效应管Q25的源极连接至电源输出端，所述第二十五场效应管Q25的漏极连接至无线射频单元，所述第二十五场效应管Q25的栅极通过第六七六电阻R676连接至所述第二十六场效应管Q26的漏极，所述第二十六场效应管Q26的源极接地，主控单元的输出端连接至所述第二十六场效应管Q26的栅极。
具体地，所述主控单元MCU的输出端为无线射频单元使能端GSM_EN，当无线射频单元使能端GSM_EN输出高电平时，所述第二十六场效应管Q26导通，使所述第二十五场效应管Q25的栅极处于低电平，所述第二十五场效应管Q25导通，所述第二十五场效应管Q25的漏极输出高电平，向无线射频单元供电，使无线射频单元正常工作。
反之，当无线射频单元使能端GSM_EN输出低电平时，所述第二十六场效应管Q26和所述第二十五场效应管Q25均处于截止状态，无线射频单元无供电，则，设备无射频信号输出。
优选地，三轴重力计使用等距采样方法，遵守固定的时间间隔获取加速度数据。
可选地，固定的时间间隔依据实际应用需求和实际应用效果选择和调整，实际应用中还受三轴重力计的输出能力限制。
优选地，三轴重力计在检测到进入静止状态时，设备各功能单元可以进入休眠状态以减少电能消耗。
优选地，还包括存储器和电池，所述存储器采用内置存储器或者外接存储单元，存储器类型可以是RAM，Flash硬盘，或其它使用光电磁记录方法的存储部件；电池可以是一次电池或二次电池。
具体地，所述主控单元MCU接收所述三轴重力计采样得到的加速度数据，计算得到合加速度分量
Figure SMS_61
，依照时间顺序依次存储到存储器中，并在填充满采样时间窗口后滑动时间窗口并计算移动方差值NMV序列。
前置地，所述主控单元MCU控制三轴重力计广泛采集各种运输条件下，包括但不限于行走或跑动的行人，载人或载货的车辆，水平、上行或下行的电梯，普通或高速的铁路运输，主要的民用航空客货运输机型多次完整起飞降落的加速度数据，并提取关键数据特征，遵从通用的数据拟合方法（如，曲线拟合、多项式拟合等），包括但不限于阈值、相关时序、匹配算子、匹配目标操作函数等，形成数据匹配模型
Figure SMS_62
存储到设备的所述存储器中。
优选地，存储数据匹配模型
Figure SMS_63
的存储器应当是非易失性存储器。
可选地，所述匹配算子优选为计数器加减。
在本实施例中，所述飞行状态自动识别方法的处理步骤如下所示：步骤i，准备数据匹配模型
Figure SMS_64
并预置到设备的非易失存储器中，
Figure SMS_65
以四元组为基本的匹配单元，时间序列
Figure SMS_66
如公式（9）所示：
Figure SMS_67
（9）。
Figure SMS_68
，
Figure SMS_69
；其中，above表示高于阈值，below表示低于阈值，rising表示移动方差值NMV样本是随时间增长上升，falling表示移动方差值NMV样本是随时间增长下降；switch_on表示开启功能，swich_ off表示关闭功能。
具体地，采样间隔interval=10毫秒，则
Figure SMS_71
计数表示的连续时间为
Figure SMS_73
秒，
Figure SMS_75
包含的有序集定义如下：
Figure SMS_72
{20, above, 300,无动作} 滑行匹配不少于3秒；
Figure SMS_74
{200, above&falling, 120000, 无动作}起飞匹配不少于1200秒；
Figure SMS_76
{50,above,120000,无动作} 巡航匹配不少于1200秒；
Figure SMS_77
{200, above&rising, 120000,无动作} 降落匹配不少于1200秒；
Figure SMS_70
{10,below,30000,开启无线模块} 静止匹配不少于300秒。
步骤ii，设备启动或依据检测到的外部条件自动启动。
步骤iii，主控单元MCU按照等时间间隔采集加速度数据，计算合加速度g j 及其移动方差值NMV作为样本。
步骤iv，将移动方差值NMV样本代入数据匹配模型
Figure SMS_78
，按照
Figure SMS_79
与
Figure SMS_80
比较得到一次匹配结果。
步骤v，匹配结果序列与数据匹配模型
Figure SMS_81
的目标序列吻合，依据预设
Figure SMS_82
操作目标控制部件。
步骤vi，返回步骤ii，进入下一个控制循环。
以及，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上所述的飞行状态自动识别方法。
上述飞行状态自动识别方法、系统、设备及计算机存储介质中，宽度为n的滑动窗口沿时间轴滑动，在一个滑动窗口周期内，所述主控单元接收重力计的各个轴向上的加速度值，并计算得到移动方差值NMV j ，随着滑动窗口沿时间轴滑动，所述主控单元接收到新的各个轴向上的加速度值，同时丢弃最老的一组各个轴向上的加速度值，并计算得到新的移动方差值NMV j+1 ，依次将移动方差值NMV j 和新的移动方差值NMV j+1 与匹配模型相比较，得到电子设备的在途状态，并根据判断结果向所述无线射频单元发送逻辑控制信号，以控制电子设备的所述无线射频单元的开闭，避免电子设备的无线射频单元发出的无线射频信号对飞机起降造成影响。所述自动识别方法适用于任意姿态的电子设备，提供符合飞行安全、高效工作的控制逻辑，控制电子设备的无线信号发射单元和传输设备开启或关闭，确保既能及时传输数据，又保证飞行安全。本发明的算法合理、判断结果准确、可靠性高，方法简单，易于实现，成本低廉，便于推广。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞行状态自动识别方法，用于运输中基于重力计进行飞行状态的自动识别，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
采集重力计的三个轴向数据值，计算得到合加速度
Figure QLYQS_1
；
根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列依次接收新采样数据，并丢弃最老采样数据，计算得到新的移动方差值NMV；
根据预设匹配模型，将移动方差值NMV与时间统计模型进行匹配，得到设备的在途飞行状态的判决结果；
依据判决结果对无线射频单元发出逻辑控制信号。
2.如权利要求1所述的飞行状态自动识别方法，其特征在于，所述合加速度
Figure QLYQS_2
的计算公式如公式（1）所示：
Figure QLYQS_3
（1），
其中，x j ，y j ，z j 为重力计的三个轴向数据值，即主控单元采集的重力计的三个轴向的采样加速度值。
3.如权利要求1所述的飞行状态自动识别方法，其特征在于，所述根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列依次接收新采样数据，并丢弃最老采样数据，计算得到新的移动方差值NMV的步骤具体包括：
设定滑动窗口宽度n，n为≥3的正整数；
计算第j个滑动窗口内的所述合加速度的平均值
Figure QLYQS_4
，如公式（2）所示：
Figure QLYQS_5
（2）；
计算第j个滑动窗口内的移动方差值NMV j ，如公式（3）所示：
Figure QLYQS_6
（3）；
计算第j+1个滑动窗口内的移动方差值NMV j+1 ，如公式（4）所示：
Figure QLYQS_7
（4）；
计算相邻滑动窗口之间的移动方差值NMV之间的关系，如公式（5）所示：
Figure QLYQS_8
（5）；
其中，
Figure QLYQS_9
为移动平均值，连续计算公式如公式（6）所示：
Figure QLYQS_10
（6）；
其中，
Figure QLYQS_11
为当前最新的采样值，
Figure QLYQS_12
为将要被丢弃的最老的采样值，
Figure QLYQS_13
为前一采样值；n为滑动窗口宽度。
4.如权利要求1所述的飞行状态自动识别方法，其特征在于，所述根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列依次接收新采样数据，并丢弃最老采样数据，计算得到新的移动方差值NMV的步骤之后，还包括以下步骤：
对每一步的计算结果进行浮点数累计误差修正；
其中，误差修正的迭代式如公式（7）所示：
Figure QLYQS_14
，
Figure QLYQS_15
（7）
Figure QLYQS_16
；
其中，初始值
Figure QLYQS_17
。
5.如权利要求1所述的飞行状态自动识别方法，其特征在于，所述匹配模型
Figure QLYQS_18
为一个
Figure QLYQS_19
=（
Figure QLYQS_20
，
Figure QLYQS_21
）的时间序列，如公式（8）所示：
Figure QLYQS_22
，
Figure QLYQS_23
（8）。
6.如权利要求5所述的飞行状态自动识别方法，其特征在于，所述根据预设匹配模型，将移动方差值NMV与时间统计模型进行匹配，得到设备的在途状态的判决结果的步骤具体包括：
连续输出移动方差值NMV；
依据
Figure QLYQS_24
的
Figure QLYQS_25
进入匹配状态，持续时间满足
Figure QLYQS_26
进入序列的下一个匹配单元
Figure QLYQS_27
，否则失配回到初始状态；
当
Figure QLYQS_28
中的所有元素被匹配时，即可判决设备当前状态符合匹配模型对应的状态定义，并依此判决得出的飞行状态对设备进行相应的操作。
7.一种飞行状态自动识别系统，其特征在于，所述系统包括：
重力计数据采样单元，用于采集重力计的三个轴向数据值x j ，y j ，z j ；
计算单元，用于根据时间统计模型，使用滑动窗口按照时间序列计算得到移动方差值NMV，并对移动方差值NMV进行浮点数累计误差修正；
状态判断单元，用于依据移动方差值NMV与预设匹配模型
Figure QLYQS_29
进行匹配，并对设备的当前状态进行判断，得出设备的飞行状态；
无线射频信号控制单元，用于根据判断得出的飞行状态发送控制信号。
8.一种无线射频信号控制设备，用于实现如权利要求7所述的飞行状态自动识别系统，其特征在于，所述控制设备包括主控单元MCU、三轴重力计、射频信号控制装置和无线射频单元，所述三轴重力计将采集到的加速度数据传送至所述主控单元MCU，所述主控单元MCU计算合加速度
Figure QLYQS_30
和移动方差值NMV，依据匹配模型判断在途飞行状态，并依据判断结果向所述射频信号控制装置发送控制指令，所述射频信号控制装置用于依据所述主控单元MCU的控制指令控制所述无线射频单元的工作状态。
9.如权利要求8所述的无线射频信号控制设备，其特征在，所述无线射频信号控制装置包括第二十五场效应管Q25和第二十六场效应管Q26，所述第二十五场效应管Q25的源极连接至电源输出端，所述第二十五场效应管Q25的漏极连接至无线射频单元，所述第二十五场效应管Q25的栅极通过第六七六电阻R676连接至所述第二十六场效应管Q26的漏极，所述第二十六场效应管Q26的源极接地，主控单元的输出端连接至所述第二十六场效应管Q26的栅极。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1-6任一项所述的飞行状态自动识别方法。
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