[發明專利]一種失控系留飛艇墜落路線預測方法

有效

• 申請號: 201711030826.2
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107871182B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 陳明健;李仕俊;曹暢;湯天然
• 申請（專利權）人: 南京俊全科技有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26;G06F17/18;G01S19/42
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

1.一種失控系留飛艇墜落路線預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，利用失控系留飛艇上搭載的GPS傳回的經緯度信息，選取數據集中的若干組GPS數據，計算每一時間間隔內系留飛艇的移動距離、速度和移動方向，該方法基于地球扁橢球體坐標，根據臨近兩點坐標所構成的橢圓方程，計算兩點之間地理距離，并給出移動的朝向；

步驟二，采用風速風向的矢量平均方法，對系留飛艇移動方向及移動速度數據進行矢量平均運算，所獲得的平均矢量移動速度及方向即為失控系留飛艇飄移的主方向，公式如下：

第i次采得的風矢量在x、y方向的分量為：

x_i＝sinθ_i

y_i＝cosθ_i；

在平均時間內取樣n次，則x，y方向分量的平均值分別為：

在得到后得出的矢量的模數，即是平均時間內的平均風速而輻角即為平均時間內的平均風向θ；

其中，

步驟三，鑒于高空湍流或風場的隨機及不確定性對失控系留飛艇飛行速度與方向的影響，基于蒙特克羅方法給出失控系留飛艇飛行速度和方向這兩個參數的不確定系數，并假設這一不確定性符合正態分布；基于蒙特克羅方法，通過程序隨機投取t秒內的n次結果，獲取相應的n組系留飛艇飛行的可能速度和方向；

步驟四，由系留飛艇空氣動力學分析：

系留飛艇受力包括重力，浮力，氣動升力，阻力，推力；

在垂直方向上，下降速率由氣動升力，以及浮力控制；在繩子斷裂的情況下，氣動升力將不再起影響作用，公式如下：

系留飛艇浮力F＝ρ_空氣vg

式中v是飛艇體積，g是重力，ρ_空氣是空氣密度；

控制過程如下，通過對系留氣艇進行放氣來縮小其體積，從而使系留氣艇下降；具體公式如下：

釋放的氣體體積V＝Q*T

流量公式Q＝S×V，且S＝(πD²/4)×(2/3)

式中Q為流量(m³/s)，D為管道內徑，V為流速(m/h)，S為水流截面積，T為放氣時間，π是圓周率常數；

氣艇高度檢測方法，在標準大氣情況下，飛行器高度h與大氣參數的關系如下：

h＝f(p_h,p_b,t_b,τ_b)

其中，p_h----飛行器所在高度的大氣靜壓力；

p_b----標準大氣下，各相應大氣層的壓力下限值(Pa)；

t_b----標準大氣下，各相應大氣層的溫度下限值(℃)；

τ_b----標準大氣下，各相應大氣層的溫度梯度(℃/km)；

按照上述標準氣壓公式求得飛行器的氣壓高度認定：

起飛點位置h₀＝f(p_h,p_b,t_b,τ_b),

所以實際飛行高度為H＝h-h₀；系留飛艇假設在假設氣艇在若干秒內將垂直方向上速度調節至V_Tm/s，所以：

降落時間T＝H/V_T

迭代次數為s＝T/t；

步驟五，上述迭代在飛艇高度為0時的十秒后停止，并給出系留飛艇最終的漂移方向和距離。

2.根據權利要求1所述的一種失控系留飛艇墜落路線預測方法，其特征在于，步驟三中，基于蒙特克羅方法，通過程序隨機投取10秒內的10000次結果，獲取相應的10000組系留飛艇飛行的可能速度和方向；根據這10000組系留飛艇飛行的速度和方向數據，程序將分別計算10000組10秒后、60秒后系留飛艇所在位置。

3.根據權利要求2所述的一種失控系留飛艇墜落路線預測方法，其特征在于，步驟四中，迭代次數為s＝T/10。

4.根據權利要求1所述的一種失控系留飛艇墜落路線預測方法，其特征在于，步驟四中，在氣球落地之前，根據實時傳回的GPS信號數據，每5秒重復步驟一至四，迭代一次，給出新的估算。