CN111122900B - 一种磁差修正方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁差修正方法及装置，涉及飞行数据处理技术领域，用于实现：获取待还原航迹的第一参数和第二参数；提取待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度；根据起始点的第一经纬度以及结束点的第一经纬度计算起始点与结束点的第一方位角；确定待还原航迹的基准点；以基准点为中心，根据第二参数分别对基准点前后两个方向进行递推计算，得到起始点和结束点的第二经纬度；根据起始点的第二经纬度以及结束点的第二经纬度计算起始点与结束点的第二方位角；根据第一方位角和第二方位角计算磁差。本发明的有益效果为：无需手工输入磁差值，避免了磁差值随着区域和/或时间的变化对航迹还原计算带来的误差，避免了输入的磁差值不准确导致的航迹还原计算结果不准确。

Description

一种磁差修正方法及装置
技术领域
本发明涉及飞行数据处理技术领域，特别涉及一种磁差修正方法及装置。
背景技术
在使用飞机飞行后的QAR数据进行飞行过程可视化还原的过程中，飞机的航迹计算与还原是其关键技术之一。在现有的航迹计算方法中，经常会使用飞机航向、速度和高度等参数进行积分。飞机的机载设备DAR或者FDR中记录的航向是飞机的磁航向，需要加上飞机当前位置的磁差才能换算成飞机的真航向。由于磁差在各个区域的值不同，并且随着时间的推移，在同一个区域磁差每年都存在变化，因此常规的飞机航迹还原中，往往需要使用人员查询相关航图等文档来手工输入这个磁差值。而且由于飞机上的仪表设备可能存在数据不准(例如没有校准，或者校准不够)或者译码不正确产生了误差(比如丢失了小数点后的数据)，这样即使是手工输入了正确的磁差，也会对航迹的计算带来不小的误差。
发明内容
为至少解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种磁差修正方法及装置，能够自动计算出磁差，无需手工输入正确的磁差，减小了手工输入的磁差数据对航迹还原带来的误差。
第一方面，提供一种磁差修正方法，所述方法包括如下步骤：
获取待还原航迹的第一参数和第二参数，所述第一参数包括第一经纬度数据，所述第二参数包括地速、磁航向和偏航角；
提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度；
根据所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度计算所述起始点与所述结束点的第一方位角；
确定所述待还原航迹的基准点，所述基准点为所述起始点和所述结束点之间的位置点；
以所述基准点为中心，根据所述第二参数分别对所述基准点前后两个方向进行递推计算，得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度；
根据所述起始点的第二经纬度以及所述结束点的第二经纬度计算所述起始点与所述结束点的第二方位角；
根据所述第一方位角和所述第二方位角计算磁差。
第二方面，提供一种磁差修正装置，所述装置包括：
参数获取模块，用于获取待还原航迹的第一参数和第二参数，所述第一参数包括第一经纬度数据，所述第二参数包括地速、磁航向和偏航角；
第一经纬度提取模块，用于提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度；
第一方位角计算模块，用于根据所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度计算所述起始点与所述结束点的第一方位角；
基准点确定模块，用于确定所述待还原航迹的基准点，所述基准点为所述起始点和所述结束点之间的位置点；
第二经纬度计算模块，用于以所述基准点为中心，根据所述第二参数分别对所述基准点前后两个方向进行递推计算，得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度；
第二方位角计算模块，用于根据所述起始点的第二经纬度以及所述结束点的第二经纬度计算所述起始点与所述结束点的第二方位角；
磁差修正模块，用于根据所述第一方位角和所述第二方位角计算磁差。
本发明提供的技术方案中，先使用飞行数据中的第一经纬度数据计算出待还原航迹的起始点和结束点的第一方位角，再使用飞行数据中的磁航向、偏航角和地速计算所述待还原航迹的起始点和结束点的第二经纬度，并根据所述待还原航迹的起始点和结束点的第二经纬度计算待还原航迹的起始点和结束点的第二方位角，使用两个方位角的差值作为磁差进行后续的航迹还原计算，无需手工输入磁差值，避免了磁差值随着区域和/或时间的变化对航迹还原计算带来的误差，避免了输入的磁差值不准确导致的航迹还原计算结果不准确。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提出的一种磁差修正方法第一实施例的流程框图；
图2是本发明提出的一种磁差修正方法第二实施例的流程框图；
图3是本发明实施例提出的一种磁差修正装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提出的磁差修正装置中第二经纬度计算模块的结构示意图。
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作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。
应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
还应当提到的是，在一些替换实现方式中，所提到的功能/动作可以按照不同于附图中标示的顺序发生。举例来说，取决于所涉及的功能/动作，相继示出的两幅图实际上可以基本上同时执行或者有时可以按照相反的顺序来执行。
请参考图1，图1是本发明提出的一种磁差修正方法第一实施例的流程框图。如图所示，本发明实施例中的方法包括：
S101，获取待还原航迹的第一参数和第二参数，所述第一参数包括第一经纬度数据，所述第二参数包括地速、磁航向和偏航角。
具体实现中，可以从飞机的机载设备(例如QAR、FDR等)上获取得到所述第一参数和第二参数。QAR是一种机载飞行数据记录仪，是用于提供快速、方便的方式访问原始飞行数据，例如通过USB或蜂窝网络连接，和/或使用标准存储卡。QAR常被航空公司用于提高飞行安全和运行效率，通常属飞行品质监控计划的一部分。与飞机的飞行数据记录仪(FDR)相同，QAR从飞行数据采集单元(FDAU)接收输入，记录超过2000项飞行参数。QAR可使用比FDR更高的采样率，并且在某些情况下记录周期更长。
S102，提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度。
具体实现中，从所述第一经纬度数据中提取出所述待还原航迹的起始点(本实施例中将所述起始点记为A点)以及结束点(本实施例中将所述结束点记为B点)的第一经纬度，本发明的所述起始点和所述结束点的磁差值必须是相同的，因此，所述起始点和所述结束点的距离需要满足一定的距离要求，不能太长，也不能太短，可以根据相关航图等文档查看所述起始点和所述结束点的磁差值是否相同，或者根据经验预设一个距离阈值范围，在该距离阈值范围内的航迹的起始点和结束点的磁差值是相同的。
S103，根据所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度计算所述起始点与所述结束点的第一方位角。
具体实现中，所述第一方位角的计算方法可以使用球面余弦公式，也可以把经纬度展开成距离再用基于平面的三角函数简化计算，或者可以使用特定GIS中的计算方位角的方法(例如基于椭球面的GIS***)；本实施例中以把第一经纬度展开成距离再用基于平面的三角函数简化计算的方法为例，计算公式为：
Figure BDA0002325336360000041
其中，Aj1为所述起始点A的经度，Bj1为所述结束点B的经度，Aw1为所述起始点A的纬度，Bw1为所述结束点B的纬度，这里的经度和纬度均为第一经纬度。
S104，确定所述待还原航迹的基准点，所述基准点为所述起始点和所述结束点之间的位置点。
具体实现中，待还原航迹的基准点可以选取关注的事件发生的时刻，比如在起飞阶段可以选取飞机抬轮离地的时刻，在降落阶段，可以选取机轮触地的时刻，如果没有关注的事件或者不在起飞或降落阶段，还可以选取起始点和结束点的中间时刻，本实施例中将所述基准点记为C点。
S105，以所述基准点为中心，根据所述第二参数分别对所述基准点前后两个方向进行递推计算，得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度。
具体实现中，以所述基准点C为中心，用地速、磁航向、偏航角向前后两个方向分别进行递推计算基准点C前一个点和后一个点的经纬度坐标，到所述待还原航迹的起始点和结束点位置为止，得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度。递推计算基准点C前一个点和后一个点的经纬度坐标的方法可以使用球面余弦公式，也可以使用GIS的矩阵坐标转换法，本发明不作限定，这里以GIS矩阵坐标转换法为例。
设C+1是C点向结束点方向的下一个点，C-1是C点向起始点方向的前一个点，GS(C)是C时刻的地速，H(C)是C时刻的磁航向，D(C)是C时刻的偏航角，以C++语言的GIS矩阵坐标计算方法为例，其他计算机语言可能调用的method不同，但计算方法同理。
计算C-1点的经纬度坐标的第一递推公式为：Matrix(C-1)＝Matrix::translate(0，GS(C-1))*Matrix::rotate(-H(C)-D(C)-180，0，0，1)*Matrix(C)；
计算C+1点的经纬度坐标的第二递推公式为：Matrix(C+1)＝Matrix::translate(0，GS(C+1))*Matrix::rotate(-H(C)-D(C)，0，0，1)*Matrix(C)；
其中，Matrix()为矩阵坐标计算方法，C为所述基准点，C+1为所述基准点向所述结束点方向的下一个点，C-1为所述基准点向所述起始点方向的前一个点，GS(C)为所述基准点对应时刻的地速，H(C)为所述基准点对应时刻的磁航向，D(C)为所述基准点对应时刻的偏航角。
得到C-1点的矩阵坐标和C+1点的矩阵坐标后，将其转换为GIS坐标则分别得到C-1点和C+1点的经纬度坐标，继续使用上述递推公式进行计算，直到得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度。
S106，根据所述起始点的第二经纬度以及所述结束点的第二经纬度计算所述起始点与所述结束点的第二方位角。
具体实现中，所述第二方位角的计算方法可以使用球面余弦公式，也可以把经纬度展开成距离再用基于平面的三角函数简化计算，或者可以使用特定GIS中的计算方位角的方法(例如基于椭球面的GIS***)；本实施例中以把第二经纬度展开成距离再用基于平面的三角函数简化计算的方法为例，计算公式为：
Figure BDA0002325336360000051
其中，Aj2为所述起始点A的经度，Bj2为所述结束点B的经度，Aw2为所述起始点A的纬度，Bw2为所述结束点B的纬度，这里的经度和纬度均为所述第二经纬度。
S107，根据所述第一方位角和所述第二方位角计算磁差。
具体实现中，用上述计算得到的第二方位角b减去第一方位角a，得到一个方位角差值c，使用该方位角差值c作为磁差进行后续的航迹计算。
进行后续的航迹计算时，对所述方位角差值c进行积分即可计算出航迹。由于本发明待还原航迹的起始点和结束点必须拥有相同的磁差，因此使用本发明计算出的磁差计算航迹只适用于短距离的局部区域，如果需要较长距离的航迹还原，可以将航迹切分成若干小段，对每段计算磁差后积分得到多段的航迹，再把多段航迹进行融合即可还原出较长距离的航迹。
在本发明的实施例中，先使用机载设备中记录的第一经纬度数据计算出待还原航迹的起始点和结束点的第一方位角，再使用飞行数据中的磁航向、偏航角和地速计算所述待还原航迹的起始点和结束点的第二经纬度，并根据所述待还原航迹的起始点和结束点的第二经纬度计算待还原航迹的起始点和结束点的第二方位角，使用两个方位角的差值作为磁差进行后续的航迹还原计算，无需手工输入磁差值，不用另外维护一个基于坐标区域或者具***置的磁差的数据库，只需要用到经纬度，磁航向，偏航角，地速就能计算出某一飞行阶段的磁差，避免了磁差值随着区域和/或时间的变化对航迹还原计算带来的误差，避免了输入的磁差值不准确导致的航迹还原计算结果不准确，并且自动计算磁差比人工调整速度更快更准确。
请参阅图2，图2是本发明提出的一种磁差修正方法第二实施例的流程框图。如图所示，本发明实施例中的方法包括：
S201，获取待还原航迹的第一参数和第二参数，所述第一参数包括第一经纬度数据，所述第二参数包括地速、磁航向和偏航角。
S202，提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度。
S203,对所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度进行纠错和平滑处理。
具体实现中，因为要用到经纬度数据，所以必须要保证经纬度数据的正确性和平滑性，这里可以使用一些常规的快速的算法，比如用滑窗算法。
S204，根据所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度计算所述起始点与所述结束点的第一方位角。
S205，确定所述待还原航迹的基准点，所述基准点为所述起始点和所述结束点之间的位置点。
S206，以所述基准点为中心，根据所述第二参数分别对所述基准点前后两个方向进行递推计算，得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度。
S207，根据所述起始点的第二经纬度以及所述结束点的第二经纬度计算所述起始点与所述结束点的第二方位角。
S208，根据所述第一方位角和所述第二方位角计算磁差。
上述S201-S208的相关步骤与第一实施例的对应步骤实施方式相同，不再赘述。
请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种磁差修正装置的结构示意图。如图所示，本发明实施例中的装置包括：
参数获取模块31，用于获取待还原航迹的第一参数和第二参数，所述第一参数包括第一经纬度数据，所述第二参数包括地速、磁航向和偏航角；
第一经纬度提取模块32，用于提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度；
预处理模块33，用于在所述提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度之前，对所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度进行纠错和平滑处理；
第一方位角计算模块34，用于根据所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度计算所述起始点与所述结束点的第一方位角；
基准点确定模块35，用于确定所述待还原航迹的基准点，所述基准点为所述起始点和所述结束点之间的位置点；
第二经纬度计算模块36，用于以所述基准点为中心，根据所述第二参数分别对所述基准点前后两个方向进行递推计算，得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度；
第二方位角计算模块37，用于根据所述起始点的第二经纬度以及所述结束点的第二经纬度计算所述起始点与所述结束点的第二方位角；
磁差修正模块38，用于根据所述第一方位角和所述第二方位角计算磁差；
航迹还原模块39，用于对所述磁差进行积分以实现航迹还原。
所述第一方位角计算模块预设有第一方位角计算公式：
Figure BDA0002325336360000061
其中，Aj1为所述起始点A的经度，Bj1为所述结束点B的经度，Aw1为所述起始点A的纬度，Bw1为所述结束点B的纬度，这里的经度和纬度均为第一经纬度。
请参阅图4，图4是本发明实施例提出的磁差修正装置中第二经纬度计算模块的结构示意图。如图所示，所述第二经纬度计算模块36包括：
第一递推计算模块361，用于采用第一递推公式计算所述起始点的第二经纬度，所述第一递推公式为：
Matrix(C-1)＝Matrix::translate(0，GS(C-1))*Matrix::rotate(-H(C)-D(C)-180，0，0，1)*Matrix(C)；
第二递推计算模块362，用于采用第二递推公式计算所述结束点的第二经纬度，所述第二递推公式为：
Matrix(C+1)＝Matrix::translate(0，GS(C+1))*Matrix::rotate(-H(C)-D(C)，0，0，1)*Matrix(C)；
其中，Matrix()为矩阵坐标计算方法，C为所述基准点，C+1为所述基准点向所述结束点方向的下一个点，C-1为所述基准点向所述起始点方向的前一个点，GS(C)为所述基准点对应时刻的地速，H(C)为所述基准点对应时刻的磁航向，D(C)为所述基准点对应时刻的偏航角。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的磁差修正方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种磁差修正方法，其特征在于，包括：
获取待还原航迹的第一参数和第二参数，所述第一参数包括第一经纬度数据，所述第二参数包括地速、磁航向和偏航角；
提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度；
根据所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度计算所述起始点与所述结束点的第一方位角；
确定所述待还原航迹的基准点，所述基准点为所述起始点和所述结束点之间的位置点；
以所述基准点为中心，根据所述第二参数分别对所述基准点前后两个方向进行递推计算，到所述待还原航迹的起始点和结束点位置为止，得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度；
根据所述起始点的第二经纬度以及所述结束点的第二经纬度计算所述起始点与所述结束点的第二方位角；
根据所述第一方位角和所述第二方位角计算磁差。
2.根据权利要求1所述的磁差修正方法，其特征在于，所述提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度之后，还包括：
对所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度进行纠错和平滑处理。
3.根据权利要求1所述的磁差修正方法，其特征在于：所述起始点和所述结束点的距离值处于预设距离范围。
4.根据权利要求1所述的磁差修正方法，其特征在于，所述根据所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度计算所述起始点与所述结束点的第一方位角，使用如下公式：
Figure FDA0003103663230000011
其中，Aj1为所述起始点A的经度，Bj1为所述结束点B的经度，Aw1为所述起始点A的纬度，Bw1为所述结束点B的纬度。
5.根据权利要求1所述的磁差修正方法，其特征在于，所述根据所述第二参数分别对所述基准点前后两个方向进行递推计算，采用如下递推公式：
Matrix(C-1)＝Matrix::translate(0，GS(C-1))*Matrix::rotate(-H(C)-D(C)-180，0，0，1)*Matrix(C)；
Matrix(C+1)＝Matrix::translate(0，GS(C+1))*Matrix::rotate(-H(C)-D(C)，0，0，1)*Matrix(C)；
其中，Matrix()为矩阵坐标计算方法，C为所述基准点，C+1为所述基准点向所述结束点方向的下一个点，C-1为所述基准点向所述起始点方向的前一个点，GS(C)为所述基准点对应时刻的地速，H(C)为所述基准点对应时刻的磁航向，D(C)为所述基准点对应时刻的偏航角。
6.一种磁差修正装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取待还原航迹的第一参数和第二参数，所述第一参数包括第一经纬度数据，所述第二参数包括地速、磁航向和偏航角；
第一经纬度提取模块，用于提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度；
第一方位角计算模块，用于根据所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度计算所述起始点与所述结束点的第一方位角；
基准点确定模块，用于确定所述待还原航迹的基准点，所述基准点为所述起始点和所述结束点之间的位置点；
第二经纬度计算模块，用于以所述基准点为中心，根据所述第二参数分别对所述基准点前后两个方向进行递推计算，到所述待还原航迹的起始点和结束点位置为止，得到所述起始点和所述结束点的第二经纬度；
第二方位角计算模块，用于根据所述起始点的第二经纬度以及所述结束点的第二经纬度计算所述起始点与所述结束点的第二方位角；
磁差修正模块，用于根据所述第一方位角和所述第二方位角计算磁差。
7.根据权利要求6所述的磁差修正装置，其特征在于，还包括：
预处理模块，用于在所述提取所述待还原航迹的起始点以及结束点的第一经纬度之前，对所述起始点的第一经纬度以及所述结束点的第一经纬度进行纠错和平滑处理。
8.根据权利要求6所述的磁差修正装置，其特征在于：所述起始点和所述结束点的距离值处于预设距离范围。
9.根据权利要求6所述的磁差修正装置，其特征在于，所述第一方位角计算模块预设有第一方位角计算公式：
Figure FDA0003103663230000021
其中，Aj1为所述起始点A的经度，Bj1为所述结束点B的经度，Aw1为所述起始点A的纬度，Bw1为所述结束点B的纬度。
10.根据权利要求6所述的磁差修正装置，其特征在于，所述第二经纬度计算模块包括：
第一递推计算模块，用于采用第一递推公式计算所述起始点的第二经纬度，所述第一递推公式为：
Matrix(C-1)＝Matrix::translate(0，GS(C-1))*Matrix::rotate(-H(C)-D(C)-180，0，0，1)*Matrix(C)；
第二递推计算模块，用于采用第二递推公式计算所述结束点的第二经纬度，所述第二递推公式为：
Matrix(C+1)＝Matrix::translate(0，GS(C+1))*Matrix::rotate(-H(C)-D(C)，0，0，1)*Matrix(C)；
其中，Matrix()为矩阵坐标计算方法，C为所述基准点，C+1为所述基准点向所述结束点方向的下一个点，C-1为所述基准点向所述起始点方向的前一个点，GS(C)为所述基准点对应时刻的地速，H(C)为所述基准点对应时刻的磁航向，D(C)为所述基准点对应时刻的偏航角。
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