一種基于地形數(shù)據(jù)庫(kù)的前視預(yù)警快速尋址法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種快速尋址的方法，特別用在飛機(jī)近地告警系統(tǒng)中基于地形數(shù)據(jù)庫(kù) 的前視預(yù)警技術(shù)里。
【背景技術(shù)】
[0002] 近地告警系統(tǒng)(GPWS)是飛機(jī)在起飛、巡航及進(jìn)近著陸階段，根據(jù)飛行參數(shù)判斷是 否存在危險(xiǎn)，并向機(jī)組發(fā)出告警信號(hào)的航空機(jī)載系統(tǒng)。由于不具備前視功能，普通型近地告 警系統(tǒng)只有當(dāng)飛機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了對(duì)飛行構(gòu)成威脅的環(huán)境時(shí)才發(fā)出告警信號(hào)。因此，在遇到復(fù) 雜、突起的地形時(shí)，其面臨著報(bào)警太遲的危險(xiǎn)。
[0003] 新一代增強(qiáng)型近地告警系統(tǒng)(EGPWS)通過(guò)機(jī)載地形數(shù)據(jù)庫(kù)增加了前視預(yù)警功能， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)前方地形對(duì)飛行安全產(chǎn)生威脅時(shí)及時(shí)預(yù)警，使駕駛員有足夠的時(shí)間采取規(guī)避措 施。
[0004] 國(guó)內(nèi)對(duì)于增強(qiáng)型近地告警系統(tǒng)的研制還處于初步階段。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢 索，目前直接與EGPWS相關(guān)的中國(guó)發(fā)明專利主要有：
[0005] 申請(qǐng)?zhí)?200910081085.X"，授權(quán)公告號(hào):CN 101527089 A，公開(kāi)了一種基于地形數(shù) 據(jù)庫(kù)告警系統(tǒng)的構(gòu)成，并對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要敘述。
[0006] 申請(qǐng)?zhí)?201210575739.6"，授權(quán)公告號(hào)：CN 103903482 A，公開(kāi)了一種近地告警系 統(tǒng)中前視預(yù)測(cè)告警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和方法設(shè)計(jì)以最大限度的減少虛警和漏警。
[0007] 上述專利有力地推動(dòng)了 EGPWS技術(shù)的發(fā)展。然而，關(guān)于前視預(yù)警區(qū)域的地形高程數(shù) 據(jù)快速取數(shù)方面，未看到相關(guān)專利報(bào)道。近年來(lái)，有不少關(guān)于基于地形數(shù)據(jù)庫(kù)的前視預(yù)警算 法的研究文獻(xiàn)。其中文獻(xiàn)："增強(qiáng)型近地警告系統(tǒng)前視預(yù)警算法設(shè)計(jì)與仿真"，《系統(tǒng)仿真學(xué) 報(bào)》2009，10，21 (20)及文獻(xiàn)："增強(qiáng)型近地警告系統(tǒng)前視預(yù)警建模與算法研究"，《計(jì)算機(jī)測(cè) 量與控制》2010,18(4) :871-874對(duì)前視預(yù)警模塊的地形庫(kù)設(shè)計(jì)和預(yù)警算法進(jìn)行了詳細(xì)研 究，并通過(guò)正方形網(wǎng)格建模，研究了地形數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)警區(qū)域的確定方法。其確定預(yù)警區(qū)域的 方法如圖1所示，主要步驟如下：
[0008] 1.以飛機(jī)為中心建立緩存區(qū)域（以掃描半徑確定的正方形）；
[0009] 2.使用排除法，即通過(guò)在整個(gè)緩存區(qū)域內(nèi)計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)于飛機(jī)的距離和角 度是否符合預(yù)警區(qū)域要求，從而篩選出預(yù)警區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0010] 盡管使用上述方法可以獲得預(yù)警區(qū)域，然而，由于其涉及復(fù)雜的計(jì)算，這在工程應(yīng) 用上難以滿足實(shí)時(shí)性的要求。而隨著地形數(shù)據(jù)庫(kù)精度的提高，待處理的數(shù)據(jù)量將以平方關(guān) 系遞增，這會(huì)嚴(yán)重制約機(jī)載系統(tǒng)前視預(yù)警算法的實(shí)時(shí)性。因此，尋求快速便捷的數(shù)據(jù)尋址方 法十分必要。
[0011] 基于此問(wèn)題，本專利為前視預(yù)警區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)取數(shù)提供一種高效快速的尋址 方法，從而可以快速獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能很好的滿足實(shí)時(shí)性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提供一種基于地形數(shù)據(jù)庫(kù)的前視預(yù)警快速尋址法，解決了前視預(yù)警存在取 址算法復(fù)雜、實(shí)時(shí)性難以保證等問(wèn)題。
[0013] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于地形數(shù)據(jù)庫(kù)的前視預(yù)警快 速尋址法，包括以下步驟:A、獲取飛機(jī)預(yù)警半徑;B、以0經(jīng)煒度為原點(diǎn)，根據(jù)飛機(jī)預(yù)警半徑， 以網(wǎng)格為基本單位確定一個(gè)圓形掃描區(qū)域;C、將掃描區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)表示成極坐標(biāo)形 式，首先將極徑按由小到大的次序劃分成不同層次數(shù)據(jù)組，然后組間數(shù)據(jù)按極角順次排列； D、接收飛機(jī)的位置(x，y)和航向角Φ，若掃描角度為α，則預(yù)警區(qū)域的邊界角范圍是[Φ_α，Φ+ α]，在步驟C中所得數(shù)組中取出所有滿足邊界角范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將上述選點(diǎn)位置移動(dòng)(x，y) 得到的新的數(shù)據(jù)點(diǎn)即為飛機(jī)預(yù)警區(qū)域。
[0014] 通過(guò)在數(shù)字地圖原點(diǎn)附近對(duì)飛行中的預(yù)警區(qū)域進(jìn)行映射，利用映射端區(qū)域與飛機(jī) 預(yù)警區(qū)域地址間固定的平移關(guān)系來(lái)確定預(yù)警區(qū)域地址，整個(gè)算法由地面的預(yù)處理階段與飛 行實(shí)時(shí)階段構(gòu)成。預(yù)處理階段根據(jù)飛機(jī)預(yù)警半徑在地圖數(shù)據(jù)原點(diǎn)附近構(gòu)造一個(gè)圓形區(qū)域 (該區(qū)域只是地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中很小的一部分），并對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)加入極坐標(biāo)描述，為快速映射到預(yù) 警區(qū)域提供了充分條件，極坐標(biāo)描述了數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的距離和角度（極徑和極角）信 息，為預(yù)警區(qū)域映射過(guò)程中掃描角度和弧段劃分提供了依據(jù)，極大地提高了前視預(yù)警區(qū)域 數(shù)據(jù)處理速度。同時(shí)，將預(yù)警區(qū)域的數(shù)據(jù)按方便映射和檢索的方式排列。上述預(yù)處理后的信 息存儲(chǔ)在告警系統(tǒng)前視預(yù)警模塊上，為實(shí)時(shí)處理階段每個(gè)周期的預(yù)警區(qū)域的快速映射提供 條件。預(yù)處理階段在起飛前可完成，極大的提高了算法的實(shí)時(shí)性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:算法 簡(jiǎn)潔明了，避免了常規(guī)方法中涉及的復(fù)雜運(yùn)算，且把實(shí)時(shí)階段需要的一些特殊處理方式(按 距離飛機(jī)由近及遠(yuǎn)排序的工作)放入了預(yù)處理階段，極大地提高了飛行過(guò)程中預(yù)警算法的 執(zhí)行速度。本發(fā)明不僅易于操作，將部分實(shí)時(shí)性的處理工作分解并放到預(yù)處理階段的思想， 可以為相近工程領(lǐng)域提供參考。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為近地告警系統(tǒng)預(yù)警區(qū)域示意圖。
[0016] 圖2為近地告警系統(tǒng)預(yù)警區(qū)域映射示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明的預(yù)處理階段的算法結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明的實(shí)時(shí)階段的算法結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下文中將提出一種基于地形數(shù)據(jù)庫(kù)的前視預(yù)警快速尋址法，此算法原理基于以下 兩點(diǎn)：
[0020] 1、以直角坐標(biāo)建模時(shí)，全球地形數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)格滿足統(tǒng)一的分布規(guī)律(網(wǎng)格建模法， 將全球地形數(shù)據(jù)庫(kù)按統(tǒng)一的方法分割成連續(xù)的覆蓋地球表面的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格的值代表著 該區(qū)域內(nèi)最尚地形的尚度）。
[0021] 2、地形數(shù)據(jù)庫(kù)的高程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址分配同網(wǎng)格建模分布規(guī)律保持一致。
[0022]通常情況下，上述兩點(diǎn)容易滿足。
[0023] 算法詳細(xì)步驟如下：
[0024] 1.以0經(jīng)煒度為原點(diǎn)，并根據(jù)飛機(jī)預(yù)警半徑（以網(wǎng)格為基本單位)確定一個(gè)圓形掃 描區(qū)域。
[0025] 2.以元素 a表示為掃描區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)，建立雙重坐標(biāo)體系（即引入極坐標(biāo)）， 以（r，0)表示其極坐標(biāo);首先按極徑由小到大的順序劃分成不同層次數(shù)據(jù)組心，其中i = l， 2，3，……η;(通常，前視預(yù)警包絡(luò)是按與飛機(jī)的距離次第展開(kāi)的，按距離排序便于實(shí)時(shí)階段 的后續(xù)數(shù)據(jù)處理），然后組間數(shù)據(jù)按極角順次排列，即：
[0026]假設(shè)數(shù)據(jù)組心表示的網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)元素集合為?1={&1,&2，"_，辦}，則對(duì)任意 &1^?1滿 足k 且存在1<m時(shí)，見(jiàn)X,，這里，\&分別表示元素 ak的極徑 和極角。
[0027] 3.循環(huán)執(zhí)行以下操作：
[0028]接收飛機(jī)的位置(x，y)和航向角Φ。若掃描角度為α，則預(yù)警區(qū)域的邊界角范圍是 [φ-α，φ+α]，在步驟2所得數(shù)組中取出所有滿足邊界角范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的掃 描形狀與飛機(jī)預(yù)警區(qū)域相同，且數(shù)組間區(qū)按距離飛機(jī)距離由近及遠(yuǎn)分成不同弧段。因此，將 上述選點(diǎn)位置移動(dòng)(x，y)得到的新的數(shù)據(jù)點(diǎn)即為飛機(jī)預(yù)警區(qū)域，預(yù)警區(qū)域映射選擇如圖2所 示。此步驟預(yù)警區(qū)域的更新頻率按需求決定，最高可與飛參數(shù)據(jù)更新頻率保持一致。
[0029]此算法的前兩步屬于數(shù)據(jù)的預(yù)處理階段，在飛機(jī)起飛前可以處理好，并將上述預(yù) 處理信息存儲(chǔ)到前視預(yù)警模塊中，便于實(shí)時(shí)階段使用;第三步屬于實(shí)時(shí)處理階段，通過(guò)與預(yù) 處理數(shù)據(jù)的映射關(guān)系直接尋址預(yù)警區(qū)域數(shù)據(jù)，提高了算法的實(shí)時(shí)性。本發(fā)明的特點(diǎn)是在預(yù) 處理階段為快速映射，采用雙重坐標(biāo)體系（引入極坐標(biāo)信息），在預(yù)處理階段完成原實(shí)時(shí)階 段的部分處理工作(如利用極徑排序）。
[0030] 補(bǔ)充說(shuō)明：
[0031] 1、飛機(jī)在飛行過(guò)程中，飛機(jī)航向角是時(shí)域變化的，預(yù)警掃描區(qū)域的夾角依需求而 定，因此，預(yù)處理階段需構(gòu)造整個(gè)圓形區(qū)域。
[0032] 2、由于飛機(jī)的預(yù)警半徑不會(huì)太遠(yuǎn)，因此，在預(yù)處理階段要處理的數(shù)據(jù)量并不大。也 就是說(shuō)本文提出的以少量存儲(chǔ)空間換時(shí)間的代價(jià)是很小的，這一點(diǎn)對(duì)于實(shí)時(shí)性要求很高的 近地告警系統(tǒng)而言，是十分必要的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于地形數(shù)據(jù)庫(kù)的前視預(yù)警快速尋址法，包括W下步驟:A、獲取飛機(jī)預(yù)警半徑； B、W〇經(jīng)締度為原點(diǎn)，根據(jù)飛機(jī)預(yù)警半徑，W網(wǎng)格為基本單位確定一個(gè)圓形掃描區(qū)域;C、將 掃描區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)表示成極坐標(biāo)形式，首先按極徑大小劃分成不同層次數(shù)據(jù)組，然 后組間數(shù)據(jù)按極角順次排列;D、接收飛機(jī)的位置(x，y)和航向角Φ，若掃描角度為α，則預(yù)警 區(qū)域的邊界角范圍是[Φ-α，Φ+α]，在步驟C中所得數(shù)組中取出所有足邊界角范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)， 將上述選點(diǎn)位置移動(dòng)(x，y)得到的新的數(shù)據(jù)點(diǎn)即為飛機(jī)預(yù)警區(qū)域。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地形數(shù)據(jù)庫(kù)的前視預(yù)警快速尋址法，其特征在于， 步驟B:W〇經(jīng)締度為原點(diǎn)，并根據(jù)飛機(jī)預(yù)警半徑網(wǎng)格為基本單位)確定一個(gè)圓形掃 描區(qū)域； 步驟C:W元素 a表示為掃描區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)，建立雙重坐標(biāo)體系（即引入極坐標(biāo)）， W(r，0)表示其極坐標(biāo);首先按極徑由小到大的順序劃分成不同層次數(shù)據(jù)組Ri，其中i = l， 2,3,……η;然后組間數(shù)據(jù)按極角順次排列，即：假設(shè)數(shù)據(jù)組Ri表示的網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)元素集合 為Pi = {ai,日2，...，ap}，則對(duì)任意ak e Pi滿足 r。，E 心且存在 1 <m時(shí)，巧4 < 0。,,，（ai e Pi，am e Pi)。運(yùn)里，r。,、氣/分別表示元素 ak的極徑和極角。 步驟D:循環(huán)執(zhí)行W下操作， 接收飛機(jī)的位置(x，y)和航向角Φ。若掃描角度為α，則預(yù)警區(qū)域的邊界角范圍是[Φ-曰，Φ +曰]，在步驟C所得數(shù)組中取出所有滿足邊界角范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，運(yùn)些數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的掃描形狀 與飛機(jī)預(yù)警區(qū)域相同，且數(shù)組間區(qū)按距離飛機(jī)距離由近及遠(yuǎn)分成不同弧段。將上述選點(diǎn)位 置移動(dòng)(x，y)得到的新的數(shù)據(jù)點(diǎn)即為飛機(jī)預(yù)警區(qū)域。
【專利摘要】本發(fā)明為一種基于地形數(shù)據(jù)庫(kù)的前視預(yù)警快速尋址法，包括以下步驟：A、獲取飛機(jī)預(yù)警半徑；B、以0經(jīng)緯度為原點(diǎn)，根據(jù)飛機(jī)預(yù)警半徑，以網(wǎng)格為基本單位確定一個(gè)圓形掃描區(qū)域；C、將掃描區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)據(jù)點(diǎn)表示成極坐標(biāo)形式，首先按極徑大小劃分成不同層次數(shù)據(jù)組，然后組間數(shù)據(jù)按極角順次排列；D、接收飛機(jī)的位置(x,y)和航向角ψ，若掃描角度為α，則預(yù)警區(qū)域的邊界角范圍是[ψ-α,ψ+α]，在步驟C中所得數(shù)組中取出所有滿足邊界角范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將上述選點(diǎn)位置移動(dòng)(x,y)得到的新的數(shù)據(jù)點(diǎn)即為飛機(jī)預(yù)警區(qū)域。該方法的特點(diǎn)在于將數(shù)據(jù)處理分為預(yù)處理階段和實(shí)時(shí)處理階段，預(yù)處理階段在起飛前可完成，極大的提高了算法的實(shí)時(shí)性。
【IPC分類】G06F17/30, G08G5/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105551310
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510875979
【發(fā)明人】詹振球, 張侃, 陳普華, 王鵬云
【申請(qǐng)人】上海航空電器有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日