[發(fā)明專利]一種自動(dòng)防撞地航跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810526389.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108549408B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳碧波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川九洲空管科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌

本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)防撞地航跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：步驟1，建立基于本機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系的前向柱狀防撞地探測(cè)空域和沖突空域；步驟2，對(duì)地形進(jìn)行防撞地沖突探測(cè)，若沖突空域內(nèi)存在障礙物，則判定存在撞地沖突，選取最近鄰沖突面為首要障礙，對(duì)首要障礙進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換；步驟3，根據(jù)首要障礙位置計(jì)算等效沖突點(diǎn)徑向距離、等效沖突角，形成沖突面對(duì)本機(jī)的虛擬作用力與作用方向角；步驟4，根據(jù)運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理，計(jì)算本機(jī)在虛擬作用力下的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；步驟5，規(guī)劃完整規(guī)避航跡。本發(fā)明提供的方法計(jì)算量小，指導(dǎo)飛機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多維防撞地航跡規(guī)劃，既能滿足復(fù)雜地形低空飛行快速反應(yīng)需求，又能充分利用飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)防撞地航跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

自飛機(jī)誕生以來(lái)，可控飛行撞地一直都是航空事故主要元兇，即在飛機(jī)未發(fā)生故障或發(fā)動(dòng)機(jī)失效的情況下，由于機(jī)組人員未能及時(shí)地覺(jué)察地形障礙物的危險(xiǎn)接近，或者機(jī)組人員操控失誤，致使飛機(jī)撞山、撞地或掉入水中。尤其當(dāng)高機(jī)動(dòng)性飛機(jī)飛行在高過(guò)載或復(fù)雜地面環(huán)境條件下，由于飛行員意識(shí)喪失或?qū)臻g位置及姿態(tài)的誤判導(dǎo)致飛機(jī)撞地的風(fēng)險(xiǎn)更大。

目前大多數(shù)飛機(jī)使用語(yǔ)音、視覺(jué)或者兩者兼而有之的方式提前發(fā)出撞地告警，提示飛行員手動(dòng)操控飛行實(shí)現(xiàn)防撞規(guī)避。自動(dòng)對(duì)地防撞系統(tǒng)可以在手動(dòng)防撞機(jī)動(dòng)措施失敗的情況下，在碰撞地面之前的最后瞬間由機(jī)載系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前態(tài)勢(shì)自動(dòng)調(diào)整飛行狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防撞。自動(dòng)對(duì)地防撞技術(shù)是避免飛機(jī)撞地事故的發(fā)生，確保飛機(jī)安全的最后保障。

現(xiàn)有大多數(shù)飛機(jī)采用近地告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用警告方式來(lái)讓飛行員手動(dòng)恢復(fù)飛機(jī)正常飛行。地形提示與告警系統(tǒng)在保持原有的近地告警系統(tǒng)能力基礎(chǔ)上，增加了前視地形警戒和地形顯示功能。上述兩種防撞地系統(tǒng)只具備告警功能而沒(méi)有自動(dòng)防撞地航跡規(guī)劃功能，在飛行員誤操作或者意識(shí)喪失的情況下無(wú)法保證飛行安全。目前，僅美國(guó)研制出自動(dòng)防撞地系統(tǒng)，使用GPS和數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)地圖結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防撞地規(guī)避，該系統(tǒng)計(jì)算量巨大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間要求高，在規(guī)避航跡規(guī)劃方面，主要采用在本機(jī)飛行垂直平面內(nèi)爬升方法實(shí)現(xiàn)規(guī)避。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種自動(dòng)防撞地航跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)，通過(guò)建立基于本機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系的前向柱狀防撞地探測(cè)空域和沖突空域、障礙物最近鄰沖突面坐標(biāo)變換規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)撞地風(fēng)險(xiǎn)的探測(cè)與計(jì)算，該方法不依賴數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)地圖，也不需要地形掃描計(jì)算，計(jì)算量小，存儲(chǔ)空間要求低，并計(jì)算障礙物對(duì)本機(jī)產(chǎn)生的虛擬作用力，該虛擬作用力引導(dǎo)本機(jī)自動(dòng)調(diào)整飛行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)完整防撞地規(guī)避航跡規(guī)劃。

本發(fā)明提供的一種自動(dòng)防撞地航跡規(guī)劃方法，包括以下步驟：

步驟1，建立基于本機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系的前向柱狀防撞地探測(cè)空域和沖突空域；

步驟2，對(duì)地形進(jìn)行防撞地沖突探測(cè)，若沖突空域內(nèi)存在障礙物，則判定存在撞地沖突，選取最近鄰沖突面為首要障礙，對(duì)首要障礙進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換；

步驟3，根據(jù)首要障礙位置計(jì)算等效沖突點(diǎn)徑向距離、等效沖突角，形成沖突面對(duì)本機(jī)的虛擬作用力與作用方向角；

步驟4，根據(jù)運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理，計(jì)算本機(jī)在虛擬作用力下的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；

步驟5，規(guī)劃完整規(guī)避航跡。

進(jìn)一步，所述步驟1具體包括：

步驟11，建立本機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系，以飛機(jī)的質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)O，OX軸位于飛機(jī)參考平面內(nèi)平行于機(jī)身軸線并指向飛機(jī)前方，OY軸垂直于飛機(jī)參考面并指向飛機(jī)右方，OZ軸在參考面內(nèi)垂直于XOY平面，指向飛機(jī)下方；

步驟12，建立探測(cè)空域，以當(dāng)前本機(jī)質(zhì)心位置為起點(diǎn)，本機(jī)轉(zhuǎn)滾軸正向?yàn)閳A柱體軸，建立截面半徑為R，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的圓柱體，半徑R和長(zhǎng)度L的選擇與本機(jī)機(jī)動(dòng)能力以及機(jī)載探測(cè)能力有關(guān)；