CN111127955A - 一种飞行计划航段自动激活方法 - Google Patents

Abstract

为了解决现有的航段自动激活方法计算冗余繁琐的技术问题，本发明提供一种飞行计划航段自动激活方法，包括：1)获取飞机当前位置及其磁差，航路点P1、P2、P3的经纬度及其磁差；2)计算航路点P2到P1、P2到P3的磁航向角；3)计算航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角；4)用航路点P2到P3的磁航向角，减去航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角，并对所得差值取绝对值记为K1；用航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角，减去航路点P2到P1的磁航向角，并对所得差值取绝对值记为K2；比较K1和K2的大小，若K1大于K2，则不激活P2到P3航段，并返回步骤1)；若K1小于等于K2，则激活P2到P3航段。

Description

一种飞行计划航段自动激活方法

技术领域

本发明属于机载飞行管理***领域，涉及一种飞行计划航段自动激活方法。

背景技术

目前已知的飞行计划航段激活方法有以下三种：

方法一：飞行员观察飞机位置信息，手动激活航段；该方法的缺点是费时费力，增加飞行员负担。

方法二：基于相对距离进行航段激活，若飞机与下一个航路点的相对位置小于某一个距离时自动激活下一个航路；该方法的缺点是通用相差，当飞行员通过绕飞模式切入时会造成距离太大而不在激活范围内，导致无法激活，出现错误。

方法三：根据飞机位置，划定激活区域，通过一系列过程计算激活区域，当飞机落在激活区域内时，才自动激活；该方法的缺点是:1.计算冗余繁琐，过于占用计算资源，而由于计算繁琐造成其可靠性进一步降低；2.如果飞机绕飞，远距离切入下一个航段，会导致未落入激活区域的情况发生，致使发生下一个航段无法激活情况。

发明内容

为了解决现有的航段自动激活方法计算冗余繁琐技术问题，本发明提供了一种飞行计划航段自动激活方法。

本发明的技术方案是：

一种飞行计划航段自动激活方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：获取信息

定义飞机当前飞行航段的航路点为P1、P2，下一飞行航段的航路点为P2、P3，定义飞机当前位置点为A；

获取飞机当前位置经纬度和飞机当前位置的磁差VarA，航路点P1、P2、P3的经纬度，航路点P1、P2、P3磁差信息VarP1、VarP2、VarP3；

步骤2：计算航路点P2到P1、P2到P3的磁航向角；

步骤3：计算航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角；

步骤4：激活判断

先用航路点P2到P3的磁航向角，减去航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角，然后将所得差值取绝对值，将该绝对值记为K1；

先用航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角，减去航路点P2到P1的磁航向角，然后将所得差值取绝对值，将该绝对值记为K2；

比较K1和K2的大小，若K1大于K2，则不满足下一个航段的激活条件，故不激活P2到P3航段，并返回步骤1；若K1小于等于K2，则满足下一个航段的激活条件，故激活P2到P3航段。

进一步地，步骤1具体是从飞行管理***已有的导航数据库中提取航路点P1、P2、P3的经纬度信息和P1、P2、P3的磁差信息VarP1、VarP2、VarP3，从已有的GPS或惯性导航***中提取飞机当前位置经纬度信息；从飞行管理***已有的导航数据库中提取飞机当前位置的磁差VarA。

进一步地，步骤2中：

航路点P2到P1的磁航向角的计算方法具体为：

2.1.1)将航路点P1、P2的经纬度分别投影到球坐标系中；

2.1.2)计算航路点P2沿P2到P1的大圆航线的单位切向量；

2.1.3)计算航路点P2沿着北向所指的单位切向量；

2.1.4)将航路点P2沿着北向所指的单位切向量，与航路点P2沿P2到P1的大圆航线的单位切向量叉乘，得到航路点P2到P1的真航向角；

2.1.5)结合步骤1)中获取的航路点P1、P2磁差VarP1、VarP2，用航路点P2到P1的真航向角，减去航路点P1、P2磁差VarP1、VarP2的平均值，得到航路点P2到P1的磁航向角；此过程中，定义磁差东经为正，西经为负；

步骤2中航路点P2到P3的磁航向角的计算方法与上述P2到P1的磁航向角的计算方法相同，具体为：

2.2.1)将航路点P2、P3的经纬度分别投影到球坐标系中；

2.2.2)计算航路点P2沿P2到P3的大圆航线的单位切向量；

2.2.3)计算航路点P2沿着北向所指的单位切向量；

2.2.4)将航路点P2的北向向量与航路点P2到P3的大圆航线切向向量叉乘，得到航路点P2到P3的真航向角；

2.2.5)结合步骤1)中获取的航路点P2、P3磁差VarP2、VarP3，用航路点P2到P3的真航向角，减去航路点P2、P3磁差VarP2、VarP3的平均值，得到航路点P2到P3的磁航向角；此过程中，定义磁差东经为正，西经为负。

步骤3中航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角的计算方法与步骤2中航路点P2到P1的磁航向角的计算方法相同，在此不再赘述；航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角也可以采用现有已经公开的其他磁航向角计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明相对于现有技术，计算简便，仅需计算三组磁航向角，再对磁航向角进行简单的数学运算即可判断是否激活下一航段；

由于角度反应的是一个散射状态，故本发明计算出的激活区域是一个扇形区域，呈发散状态(如图3、图4所示)，较现有技术而言，本发明得到的激活范围更大、更准确，无论飞机是饶飞还是远距离切入，只要目的地是下一个航段，就会落入激活范围内，进而激活下一个航段，航段激活更可靠稳定。

2.本发明以飞机当前位置信息、飞机当前位置的磁差信息、航路点经纬度、航路点磁差信息为基础，计算飞机相对航段夹角作为自动激活判断的依据，算法简洁有效，抓住了问题本质，不论是过点转弯还是内切转弯情况都适用，通用性强。

3.本发明减轻了飞行员手动激活航段负担。

4.本发明的方法已基于模型进行SCADE SUITE建模实现，并通过仿真验证本发明有效性，仿真完成之后，可自动生成源码，加载到飞机的飞行管***中。

附图说明

图1是飞机内切转弯情况示意图。

图2是飞机过点转弯情况示意图。

图3是飞机内切转弯时，本发明确定的有效激活范围示意图。

图4是飞机过点转弯时，本发明确定的有效激活范围意图。

图5是地面经纬度坐标与球坐标转换关系图。

图6是本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图6所示，本发明所提供的飞行计划航段自动激活方法具体如下：

步骤1.获取信息

定义飞机当前飞行航段的航路点为P1、P2，下一飞行航段的航路点为P2、P3，飞机当前位置点为A；从飞机飞行管理***的导航数据库获取航路点P1、P2、P3的经纬度信息P1(N1,E1),P2(N2,E2),P3(N3,E3)，航路点P1、P2、P3磁差信息VarP1、VarP2、VarP3以及飞机当前位置的磁差信息VarA；通过导航设备(例如GPS或惯性导航***)获取飞机当前经纬度位置信息，其中，经纬度和磁差：东经，北纬为正，西经、南纬为负。

步骤2.计算航路点P2到P1、P2到P3的磁航向角；

航路点P2到P1的磁航向角的计算方法:

2.1.1)将航路点P1、P2的经纬度分别投影到球坐标系中；

2.1.2)计算航路点P2沿P2到P1的大圆航线的单位切向量；

2.1.3)计算航路点P2沿着北向所指的单位切向量；

2.1.4)将航路点P2沿着北向所指的单位切向量，与航路点P2沿P2到P1的大圆航线的单位切向量叉乘，得到航路点P2到P1的真航向角；

2.1.5)结合步骤1)中获取的航路点P1、P2磁差VarP1、VarP2，用航路点P2到P1的真航向角，减去航路点P1、P2磁差VarP1、VarP2的平均值，得到航路点P2到P1的磁航向角；此过程中，定义磁差东经为正，西经为负。

可以采用与上述相同的方法，计算航路点P2到P3的磁航向角，此处不再赘述。

上述步骤2.1.1)涉及地面坐标与球坐标系(也称地心坐标系)的转换，这里结合图5进行说明：

设P1(N1,E1)，P2(N2,E2),则P1：

θ1＝90-N1

或

(西经)

同理P2：

θ2＝90-N2

或

(西经)

这样就可以得到地面坐标系到球坐标系的转换关系，反之，由球坐标系到地面坐标系反解算即可。至此，地球表面任意一点转换到球坐标系都可以通过上式转换关系得到,从地面坐标系转换为球坐标系方便进一步计算磁航向角。

步骤3.计算航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角；

航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角可以采用与步骤2相同的方法，也可以采用目前已经公开的其他磁航向角计算方法。

步骤4.激活判断

依据步骤2、3所得磁航向角信息，进一步分别计算飞机当前位置A到航路点P2航段A-P2相对于航路点P2到航路点P1航段P2-P1、航路点P2到航路点P3航段P2-P3的夹角。

这里需要注意的是，航段A-P2相对于航段P2-P1、航段P2-P3的夹角默认规定都为锐角，这在飞机内切转弯(内切转弯如图1所示)时便于理解；如果飞机过点转弯(过点转弯如图2所示)，则需要用180°减去钝角后进行条件判断。

如果航段A-P2与航段P2-P3的夹角小于等于航段A-P2与航段P2-P1之间的夹角，则表明落入激活扇形区域内，下一个航段即航段P2-P3被激活；否则，不激活航段P2-P3，返回步骤1。

实施例：

我们在杰普逊航图上截取了航线上三个航路点P1(E1,N1)、P2(E2,N2)、P3(E3,N3)，飞行方向为飞机从航路点P1飞至航路点P2,再从航路点P2飞至航路点P3。

此处以飞机内切转弯情况进行测试仿真为例进行说明，飞机过点转弯情况与内切转弯类似。

第1组测试：

P1(N28°4.1′，E112°12.5′)；

P2(N28°12.4′，E113°12.9′)；

P3(N27°38.9′，E113°31.0′)；

P1点的磁差VarP1＝-4.2°；P2点的磁差VarP2＝-4.2°；P3点的磁差VarP3＝-4.3°；

飞机当前位置A(N28°10.1′，E113°12.2′),飞机当前位置的近似等于P2点磁差。

可依据本发明中航向角计算方法，基于SCADE SUITE搭建磁航向角计算模型，用该计算模型分别计算得到

航路点P2到飞机当前位置A(P2->A)的磁航向角为：199°；

航路点P2到航路点P3(P2->P3)的磁航向角为：158°；

航路点P2到航路点P1(P2->P1)的磁航向角为265°。

然后，进行航段激活条件判定：

|158°-199°|＝41°<|199°-265°|＝66°

满足激活条件，故自动激活P2->P3航段。

第2组测试：

P1(N38°49.0′，W103°37.3′)；

P2(N38°17.7′，W104°25.8′)；

P3(N37°15.5′，W103°36.0′)；

P1点的磁差VarP1＝8.2°，P2点的磁差VarP2＝8.1°，P3点的磁差VarP3＝7.9°；

飞机当前位置A(N38.3149986，W103.641663P1)；飞机当前位置的磁差近似等于P2航路点磁差。

利用基于SCADE SUITE搭建磁航向角计算模型，计算得到：

航路点P2到飞机当前位置A(P2->A)的磁航向角为80°；

航路点P2到航路点P3(P2->P3)的磁航向角为140°；

航路点P2到航路点P1(P2->P1)的磁航向角为42°；

然后，进行航段激活条件判定：

|140°-80°|＝60°>|80°-42°|＝38°

不满足下一个航段激活条件，故不激活P2->P3航段。

Claims (3)

1.一种飞行计划航段自动激活方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取信息

定义飞机当前飞行航段的航路点为P1、P2，下一飞行航段的航路点为P2、P3，飞机当前位置点为A；

获取飞机当前位置经纬度和飞机当前位置的磁差VarA，航路点P1、P2、P3的经纬度，航路点P1、P2、P3的磁差VarP1、VarP2、VarP3；

步骤2：计算航路点P2到P1、P2到P3的磁航向角；

步骤3：计算航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角；

步骤4：激活判断

用航路点P2到P3的磁航向角，减去航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角，并对所得差值取绝对值记为K1；

用航路点P2到飞机当前位置点A的磁航向角，减去航路点P2到P1的磁航向角，并对所得差值取绝对值记为K2；

比较K1和K2的大小，

若K1大于K2，则认为不满足下一个航段的激活条件，故不激活P2到P3航段，并返回步骤1；

若K1小于等于K2，则认为满足下一个航段的激活条件，故激活P2到P3航段。

2.根据权利要求1所述一种飞行计划航段自动激活方法，其特征在于：

步骤1具体是从飞机飞行管理***的导航数据库中提取航路点P1、P2、P3的经纬度信息和航路点P1、P2、P3的磁差信息VarP1、VarP2、VarP3，从GPS或惯性导航***中提取飞机当前位置经纬度信息；从飞机飞行管理***的导航数据库中提取飞机当前位置的磁差VarA。

3.根据权利要求1所述一种飞行计划航段自动激活方法，其特征在于：

步骤2中航路点P2到P1的磁航向角的计算方法具体为：

2.1.1)将航路点P1、P2的经纬度分别投影到球坐标系中；

2.1.2)计算航路点P2沿P2到P1的大圆航线的单位切向量；

2.1.3)计算航路点P2沿着北向所指的单位切向量；

2.1.4)将航路点P2沿着北向所指的单位切向量，与航路点P2沿P2到P1的大圆航线的单位切向量叉乘，得到航路点P2到P1的真航向角；

2.1.5)先计算步骤1)中获取的航路点P1、P2磁差VarP1、VarP2的平均值，然后用航路点P2到P1的真航向角减去航路点P1、P2磁差VarP1、VarP2的平均值，得到航路点P2到P1的磁航向角；此过程中，定义磁差东经为正，西经为负；

步骤2中航路点P2到P3的磁航向角的计算方法与P2到P1的磁航向角的计算方法相同。

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