CN116541637B - 一种伞降着陆搜救区域的计算方法 - Google Patents

一种伞降着陆搜救区域的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种伞降着陆搜救区域的计算方法，根据降落伞开伞点海拔高度H、降落高度区域内是否存在横向风、横向风的信息，结合零漂移率条件下的降落伞漂移距离表、矢量闭合方程和插值算法，通过计算获得降落伞在海拔高度H内的横向风作用下的漂移距离L1、降落伞在着陆区域的海拔高度的漂移距离M和降落伞在无横向风情况下的滑行距离L2，从而尽可能精确计算出搜救基准点及搜救区半径。本发明的目的是提供一种计算精度高的伞降着陆搜救区域的计算方法。

Description

一种伞降着陆搜救区域的计算方法
技术领域
本发明涉及航空领域，尤其涉及一种伞降着陆搜救区域的计算方法。
背景技术
伞降，顾名思义即为是利用降落伞或动力伞等伞降装备实现降落的意思。民用领域的伞降一般出现在高空跳伞、飞行器失事紧急跳伞脱困等场景。伞降后对着陆点的计算尤为重要，尤其是飞行器失事紧急跳伞脱困的情况，与高空跳伞一定程度上可以主动控制着陆点不同，飞行器失事后紧急跳伞的人员通常没有额外准备，如果不能迅速、有效地寻找到失事人员并实施紧急救援的话，紧急跳伞的人员会处于较大的声明安全危机中。
现有技术通常是采用Monte Carlo（蒙特卡罗）随机粒子仿真算法来对伞降着陆点区域进行计算。Monte Carlo（蒙特卡罗）随机粒子仿真算法的优点在于其计算速度比较快，但是其也存在缺点，就是计算误差比较大，使得搜救人员很可能在错误的搜救区域搜救，非常不利于搜救工作及时、准确地展开。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种计算精度高的伞降着陆搜救区域的计算方法。
技术方案：本发明所述的一种伞降着陆搜救区域的计算方法，步骤如下：
第一步：获取降落伞开伞点P的经纬度坐标、降落伞开伞点海拔高度H及降落伞具体型号；
第二步：判断降落伞开伞点P在海拔高度H内是否存在横向风，不存在横向风进入第五步，存在横向风进入第三步；
第三步：计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风速度的单位矢量D（单位矢量为很行业内通用术语，是指速度为1的横向风的方向），结合零漂移率条件下的降落伞漂移距离表、矢量闭合方程和插值算法，获得降落伞在海拔高度H内的横向风作用下的漂移距离L1；
第四步：获取着陆区域的海拔高度，结合零漂移率条件下的降落伞漂移距离表和插值算法获得降落伞在着陆区域的海拔高度的漂移距离M；
第五步：根据降落伞型号计算降落伞在无横向风情况下的滑行距离L2；
第六步：得到搜救基准点及搜救区半径，搜救基准点的计算公式如下：P’= P + L1×D - M×D，搜救区半径R = L1 + L2。
进一步地，第三步包含如下子步骤：
（A）将降落伞开伞点海拔高度平均分割成至少三段，每段分别取名为h1、h2，以此类推直至hn，各个段的端点分别命名为H1、H2，以此类推直至Hn+1，从天气部门获取H1、H2……Hn+1的高空风矢量Vn；
（B）按如下公式计算高空风速度矢量总和：；
（C）按如下公式分别计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风速度的单位矢量D：，/>，其中/>为高空风速度的模；
（D）结合零漂移率条件下的降落伞漂移距离表和插值算法，获得降落伞在海拔高度H内的横向风作用下的漂移距离L1。
进一步地，第五步中按如下公式计算降落伞在无风情况下的滑行距离L2：L2 = Gr×ΔH，其中Gr为降落伞的滑行比参数，ΔH为降落伞实际伞降的高度。
进一步地，当降落伞开伞点P在海拔高度H内的不存在横向风时，第六步中的K= 0，M = 0，L1 = 0。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、与Monte Carlo（蒙特卡罗）随机粒子仿真算法相比，本发明将降落伞自降落伞开伞点后的下降高度分割成若干段，通过对若干段内风速的矢量求和，精确计算出高空的横向风对降落伞的影响，因此计算精度更高；2、本发明考虑到降落伞在无横向风的环境下也会存在位移，因此在计算过程中把受横向风影响的位移和在无风情况下的滑行分开计算，兼顾了计算的简便性和实际情况的复杂性，在尽可能贴合真实降落数据的前提下做到简便运算，从而快速得到计算结果，有更高的计算效率；3、本发明还考虑到了不同降落伞的特性及着陆区域实际海拔高度的问题，能够更精确地计算分析得到降落伞的着陆地点及救援区域。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明中将开伞点海拔高度平均分割成四段的示意图。
图3为本发明中横向风的俯视矢量示意图。
图4为本发明中高空风速度矢量总和的示意图。
实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参见附图1～图4，无横向风情况下，本发明所示的一种伞降着陆搜救区域的计算方法，步骤如下：
第一步：获取降落伞开伞点P的经纬度坐标、降落伞开伞点海拔高度H及降落伞具体型号；
第二步：判断降落伞开伞点P在海拔高度H内不存在横向风，
第三步：根据降落伞型号计算降落伞在无横向风情况下的滑行距离L2，公式为L2 =Gr×ΔH，其中Gr为降落伞的滑行比参数，ΔH为降落伞实际伞降的高度；
第四步：得到搜救基准点及搜救区半径，搜救基准点：P’= P，搜救区半径R = L2。
即，当降落伞开伞点P在海拔高度H内的不存在横向风时，K= 0，M = 0，L1 = 0，P’=P ，搜救区半径R = L2。
参见附图1～图4，有横向风情况下，本发明所示的一种伞降着陆搜救区域的计算方法，步骤如下：
第一步：获取降落伞开伞点P的经纬度坐标、降落伞开伞点海拔高度H及降落伞具体型号；
第二步：判断降落伞开伞点P在海拔高度H内存在横向风，
第三步：计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风的速度的单位矢量D，结合矢量闭合方程和插值算法，获得降落伞在海拔高度H内的横向风作用下的漂移距离L1，第二步具体的步骤如下：
（A）将降落伞开伞点海拔高度平均分割成至少三段，每段分别取名为h1、h2，以此类推直至hn，各个段的端点分别命名为H1、H2，以此类推直至Hn+1，从天气部门获取H1、H2……Hn+1的高空风矢量Vn；
（B）按如下公式计算高空风速度矢量总和：；
（C）按如下公式分别计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风速度的单位矢量D：，/>，其中/>为高空风速度的模；
第四步：获取着陆区域的海拔高度，结合零漂移率条件下的降落伞漂移距离表和插值算法获得降落伞在着陆区域的海拔高度的漂移距离M；
第五步：根据降落伞型号计算降落伞在无横向风情况下的滑行距离L2，L2的计算公式如下：
L2 = Gr×ΔH，其中Gr为降落伞的滑行比参数，ΔH为降落伞实际伞降的高度；
第六步：得到搜救基准点及搜救区半径，搜救基准点的计算公式如下：P’= P + K×D - M×D，搜救区半径R = L1 + L2。
表1 零漂移率条件下的降落伞漂移距离表（标准）
实施例1
假设降落伞开伞点P处不存在横向风，降落伞开伞点海拔高度H =2000米，地形高度400米，降落伞的滑行比参数Gr = 6。
第一步：获取降落伞开伞点P的经纬度坐标（A,B）、降落伞开伞点海拔高度H =2000米及降落伞具体型号；
第二步：判断降落伞开伞点P在海拔高度H内不存在横向风；
第三步：根据降落伞型号计算降落伞在无横向风情况下的滑行距离L2，L2的计算公式如下：
L2 = Gr×ΔH = 6×1.6 = 9.6（千米）；
第四步：得到搜救基准点及搜救区半径，搜救基准点的计算公式如下：P’= P ，搜救区半径R = L2，即搜救基准点P’的经纬度坐标依然为（A,B），搜救区半径R = 9.6（千米）。
实施例2
假设降落伞开伞点P处存在横向风，降落伞开伞点海拔高度H = 2400米（8000尺），降落点的地形海拔高度0米，降落伞的滑行比参数Gr = 6。
第一步：获取降落伞开伞点P的经纬度坐标（C,D）、降落伞开伞点海拔高度H =2400米及降落伞具体型号；
第二步：判断降落伞开伞点P在海拔高度H内存在横向风；
第三步：计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风的速度的单位矢量D，具体的步骤如下：
（A）将降落伞开伞点海拔高度平均分割成四段，每段由上往下分别取名为h1、h2、h3、h4，各个段的端点由上往下分别命名为H1（8000尺高度的点）、H2（6000尺高度的点）、H3（4000尺高度的点）、H4（2000尺高度的点）和H5（海平面高度的点），从天气部门获取h1的高空风矢量V1为30/270（即风速30节，方向为270度），h2的高空风矢量V2为25/300（即风速25节，方向为300度），h3的高空风矢量V3为25/330（即风速25节，方向为330度），h4的高空风矢量V4为23/0（即风速23节，方向为0度），h5的高空风矢量V5为44/225（即风速44节，方向为225度）；
（B）按如下公式计算高空风速度矢量总和：Sn = V1 + V2 + V3 + V4+ V5 = 160/335（即风速160节，方向为335度） ；
（C）按如下公式分别计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风的速度的单位矢量D：，D = （1，335），即横向风的平均方向为335度，根据表1，L1=2.3英里=3.68（千米）；
第四步：获取着陆区域的海拔高度，根据表1，由于降落点的地形海拔高度0米，因此降落伞在着陆区域的海拔高度的漂移距离M = 0；
第五步：根据降落伞型号计算降落伞在无横向风情况下的滑行距离L2，L2的计算公式如下：
L2 = Gr×ΔH = 6×2.4 = 14.4（千米）；
第六步：得到搜救基准点及搜救区半径，搜救基准点的计算公式如下：P’= P +3.68×（1，335），即搜救基准点P’点（C’,D’）在降落伞开伞点P点（C,D）的335度方向，P’点与P点距离为3.68（千米），搜救区半径R = L1 + L2 = 3.68+14.4 =18.08（千米）。
实施例3
假设降落伞开伞点P处存在横向风，降落伞开伞点海拔高度H = 2100米（7000尺），降落点的地形海拔高度600米（2000尺），降落伞的滑行比参数Gr = 6。
第一步：获取降落伞开伞点P的经纬度坐标（E,F）、降落伞开伞点海拔高度H =2100米及降落伞具体型号；
第二步：判断降落伞开伞点P在海拔高度H内存在横向风；
第三步：计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风的速度的单位矢量D，具体的步骤如下：
（A）将降落伞开伞点海拔高度平均分割成三段，每段由上往下分别取名为h1、h2、h3，各个段的端点由上往下分别命名为H1（7000尺高度的点）、H2（4666.67尺高度的点）、H3（2333.33尺高度的点）和H4（海平面高度的点），从天气部门获取h1的高空风矢量V1为50/330（即风速50节，方向为330度），h2的高空风矢量V2为40/300（即风速40节，方向为300度），h3的高空风矢量V3为38/330（即风速38节，方向为330度），h4的高空风矢量V4为60/0（即风速60节，方向为0度）；
（B）按如下公式计算高空风速度矢量总和：Sn = V1 + V2 + V3 + V4 = 175/335（即风速175节，方向为333度） ；
（C）按如下公式分别计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风的速度的单位矢量D：，D = （1，333），即横向风的平均方向为333度，由于表1根据表1中并没有高度为7000尺、横向风的速度标量大小K为25节的直接数据，因此需要采用插值算法计算出数据，其过程如下：
（1）以高度7000尺、风速为10节为例，假设高度7000尺、风速为10节的漂移距离为T，参照高度8000尺、风速为10节的漂移距离，以及高度6000尺、风速为10节的漂移距离，列出如下公式（T-0.9）/（1.2-0.9）=（7000-6000）/（8000-6000），从而得出T=1.05，高度7000尺、其他风速的的漂移距离以此类推；
（2）高度7000尺、风速为25节的漂移距离为2（英里），高度7000尺、风速为30节的漂移距离为3.05（英里），假设高度7000尺、风速为25节的漂移距离为N，列出如下公式（N-2）/（3.05-2）=（25-20）/（30-20），从而得出N=2.525（英里），高度7000尺、其他风速的的漂移距离以此类推；
（3）从而得到如表2所示的经过扩展后的零漂移率条件下的降落伞漂移距离表：
表2 零漂移率条件下的降落伞漂移距离表（扩展）
，
从而得到L1=2.525（英里）=4.04（千米）；
第四步：获取着陆区域的海拔高度，根据表2，由于降落点的地形海拔高度600米，因此降落伞在着陆区域的海拔高度的漂移距离M = 0.75（英里）=1.2（千米）；
第五步：根据降落伞型号计算降落伞在无横向风情况下的滑行距离L2，L2的计算公式如下：
L2 = Gr×ΔH = 6×1.5 = 9（千米）；
第六步：得到搜救基准点及搜救区半径，搜救基准点的计算公式如下：P’= P +4.04×（1，333）-1.2×（1，333）= P +2.84×（1，333），即搜救基准点P’点（E’,F’）在降落伞开伞点P点（E,F）的333度方向，P’点与P点距离为2.84（千米），搜救区半径R = L1 + L2 =4.04+9 =13.04（千米）。

Claims (4)

1.一种伞降着陆搜救区域的计算方法，步骤如下：
第一步：获取降落伞开伞点P的经纬度坐标、降落伞开伞点海拔高度H及降落伞具体型号；
第二步：判断降落伞开伞点P在海拔高度H内是否存在横向风，不存在横向风进入第五步，存在横向风进入第三步；
第三步：计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风速度的单位矢量D，结合零漂移率条件下的降落伞漂移距离表、矢量闭合方程和插值算法，获得降落伞在海拔高度H内的横向风作用下的漂移距离L1；
第四步：获取着陆区域的海拔高度，结合零漂移率条件下的降落伞漂移距离表和插值算法获得降落伞在着陆区域的海拔高度的漂移距离M；
第五步：根据降落伞型号计算降落伞在无横向风情况下的滑行距离L2；
第六步：得到搜救基准点及搜救区半径，搜救基准点的计算公式如下：P’= P + L1×D -M×D，搜救区半径R = L1 + L2。
2.根据权利要求1所述的一种伞降着陆搜救区域的计算方法，其特征在于：第三步包含如下子步骤：
（A）将降落伞开伞点海拔高度平均分割成至少三段，每段分别取名为h1、h2，以此类推直至hn，各个段的端点分别命名为H1、H2，以此类推直至Hn+1，从天气部门获取H1、H2……Hn+1的高空风矢量Vn；
（B）按如下公式计算高空风速度矢量总和：；
（C）按如下公式分别计算降落伞降落过程中横向风的速度标量大小K和横向风速度的单位矢量D：，/>，其中/>，为高空风速度的模；
（D）结合零漂移率条件下的降落伞漂移距离表和插值算法，获得降落伞在海拔高度H内的横向风作用下的漂移距离L1。
3.根据权利要求1所述的一种伞降着陆搜救区域的计算方法，其特征在于：第五步中按如下公式计算降落伞在无风情况下的滑行距离L2：L2 = Gr×ΔH，其中Gr为降落伞的滑行比参数，ΔH为降落伞实际伞降的高度。
4.根据权利要求3所述的一种伞降着陆搜救区域的计算方法，其特征在于：当降落伞开伞点P在海拔高度H内的不存在横向风时，第六步中的K= 0，M = 0，L1 = 0。
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