一种飞机的飞行姿态聚类分析方法和分析系统技术方案

本发明专利技术提供一种飞机的飞行姿态聚类分析方法和分析系统，包括如下步骤：将飞机飞行信息分为设定数量的数据类型，并通过标定试验，得到与各类数据类型对应的飞机飞行姿态；在飞机飞行过程中获取飞机当前的飞行信息，对获取的飞行信息进行聚类，得到与当前飞行信息所对应的数据类型；判断与数据类型对应的飞行姿态，即为飞机的当前飞行姿态；所述飞机飞行信息包括飞机的俯仰角、滚转角、俯仰角加速度、滚转角加速度和飞机油箱的液位信息。由于本发明专利技术所提供的技术方案，能够根据多种数据信息，采用聚类算法得到飞机的飞行姿态，因此对飞机飞行姿态的计算结果准确性较高。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机的飞行姿态聚类分析方法和分析系统
本专利技术属于飞机飞行姿态计算的
，具体涉及一种飞机的飞行姿态聚类分析方法和分析系统。技术背景二十一世纪，随着高科技的不断注入，现代飞机的高集成化、高智能化以及分析处理问题的高效化日益增强，随之而来的飞机安全性、可靠性、经济性和维修保障等问题也日益突出，因此故障诊断技术得到了前所未有的关注。飞机在空中飞行与在地面运动的交通工具不同，它具有各种不同的飞行姿态。飞行姿态决定着飞机的动向，既影响飞行高度，也影响飞行的方向。低速飞行时，驾驶员靠观察地面，根据地平线的位置可以判断出飞机的姿态。但由于驾驶员身体的姿态随飞机的姿态而变化，因此这种感觉并不可靠。并且飞机在海上做夜间飞行，漆黑的天空与漆黑的大海同样都会闪烁着星光或亮光。在这茫茫黑夜中很难分辨哪里是天空，哪里是大海，稍有失误，很容易就把飞机开进海中。目前计算飞机飞行姿态的方法，是采用陀螺仪等设备检测飞机的俯仰角信息，并根据飞机的俯仰角度信息得到飞机的飞行姿态。但是这种方法所采集到的数据有限，造成计算结果的可靠性差，准确性较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种飞机的飞行姿态聚类分析方法和分析系统，用于解决现有技术中对飞机飞行姿态的计算结果准确性低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种飞机的飞行姿态聚类分析方法，包括如下步骤：(1)将飞机飞行信息分为设定数量的数据类型，并通过标定试验，得到与各类数据类型对应的飞机飞行姿态；(2)在飞机飞行过程中获取飞机当前的飞行信息，对获取的飞行信息进行聚类，得到与当前飞行信息所对应的数据类型；(3)判断与数据类型对应的飞行姿态，即为飞机的当前飞行姿态；所述飞机飞行信息包括飞机的俯仰角、滚转角、俯仰角加速度、滚转角加速度和飞机油箱的液位信息。进一步的，得到飞机当前设定时间内的飞行信息后，对飞行信息进行滤波处理、维度缩减和标准化处理。进一步的，对获取的飞行信息进行聚类处理的方法为：设第i时刻的飞机飞行信息为xi，各时刻得到的飞行信息组成矩阵Xi；设目标矩阵为P,目标矩阵P的逆方差矩阵为Θ；设第j类数据类型的代价函数为保持Θ不变，将矩阵Xi和P代入代价函数；保持P不变，将矩阵Xi和Θ代入代价函数；反复迭代，直至P和Θ趋于稳定，此时P即为对矩阵Xi的聚类结果。一种飞机的飞行姿态聚类分析系统，包括处理器，处理器连接有设定数量的液位传感器、俯仰角传感器和滚转角传感器，各液位传感器用于设置在飞机的油箱中的不同位置，检测飞机油箱的液位高度；所述处理器设有用于执行如下步骤的程序：(1)将飞机飞行信息分为设定数量的数据类型，并通过标定试验，得到与各类数据类型对应的飞机飞行姿态；(2)在飞机飞行过程中获取飞机当前的飞行信息，对获取的飞行信息进行聚类，得到与当前飞行信息所对应的数据类型；(3)判断与数据类型对应的飞行姿态，即为飞机的当前飞行姿态；所述飞机飞行信息包括飞机的俯仰角、滚转角、俯仰角加速度、滚转角加速度和飞机油箱的液位信息。进一步的，得到飞机当前设定时间内的飞行信息后，对飞行信息进行滤波处理、维度缩减和标准化处理。进一步的，对获取的飞行信息进行聚类处理的方法为：设第i时刻的飞机飞行信息为xi，各时刻得到的飞行信息组成矩阵Xi；设目标矩阵为P,目标矩阵P的逆方差矩阵为Θ；设第j类数据类型的代价函数为保持Θ不变，将矩阵Xi和P代入代价函数；保持P不变，将矩阵Xi和Θ代入代价函数；反复迭代，直至P和Θ趋于稳定，此时P即为对矩阵Xi的聚类结果。本专利技术所提供的技术问题，根据飞机的俯仰角、滚转角、俯仰角加速度、滚转角加速度和飞机油箱的液位信息计算飞机的飞行姿态。由于本专利技术所提供的技术方案，能够根据多种数据信息，采用聚类算法得到飞机的飞行姿态，因此对飞机飞行姿态的计算结果准确性较高。附图说明图1为实施例中飞机飞行姿态聚类算法的流程图。具体实施方式本专利技术提供一种飞机的飞行姿态聚类分析方法和分析系统，用于解决现有技术中对飞机飞行姿态的计算结果准确性低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种飞机的飞行姿态聚类分析方法，包括如下步骤：(1)将飞机飞行信息分为设定数量的数据类型，并通过标定试验，得到与各类数据类型对应的飞机飞行姿态；(2)在飞机飞行过程中获取飞机当前的飞行信息，对获取的飞行信息进行聚类，得到与当前飞行信息所对应的数据类型；(3)判断与数据类型对应的飞行姿态，即为飞机的当前飞行姿态；所述飞机飞行信息包括飞机的俯仰角、滚转角、俯仰角加速度、滚转角加速度和飞机油箱的液位信息。一种飞机的飞行姿态聚类分析系统，用于根据飞机油箱的变化规律，采用聚类算法计算出飞机的飞行姿态。本实施例所提供飞机的飞行姿态聚类分析系统，包括处理器，处理器连接有k个液位传感器、俯仰角传感器和滚转角传感器，各液位传感器用于设置在飞机的油箱中的不同位置，检测飞机油箱的液位高度，俯仰角传感器和滚转角传感器用于检测飞机的俯仰角度、滚转角度、俯仰角加速度和滚转角加速度。首先获取飞机飞行姿态与飞机飞行信息之间的对应关系，飞机的飞行信息包括各液位传感器检测到的飞机油箱的液位信息，以及飞机的俯仰角度、滚转角度、俯仰角加速度和滚转角加速度信息，方法为：将飞机的飞行信息进行分类，共划分为K个数据类型；通过标定试验，得到与各数据类型对于的飞机飞行姿态。本实施例所提供飞机的飞行姿态聚类分析系统，其中的处理器采用聚类算法，根据各传感器检测到的数据得到飞机的飞行姿态，具体方法为：在飞机飞行过程中，对飞机的俯仰角度、滚转角度、俯仰角加速度和滚转角加速度进行检测；设有时间长度为T的时序信号为X＝[x1，x2，…，xT]其中每一时刻的信号xi为n维向量，其中s1，s2，…，sk表示飞机油箱内k个不同位置的油面高度传感器数据；α为飞机的俯仰角，β为飞机的滚转角，θ为飞机的俯仰角加速度，为飞机的滚转角加速度表示飞机飞行姿态传感器数据；使用中值滤波技术对原始数据进行处理，消除噪声数据的影响：首先设定一个固定奇数k值，然后，对于每个时间序列数据，选取其周围k个临近值，并对临近值排序，使用中值代替原始数据。使用自底向上的分段线性表示法对数据进行压缩处理，只保留主要信息，降低时间序列的复杂度：首先将时间序列划分为相邻点的短序列，此时滤波处理后的原始点都落在线段上，拟合误差为0。将相邻两个线段连接起来，此时每条线段包含三个原始点，计算中间那个点的拟合误差。之后，找出误差最小且误差小于阀值R的分段，作为第一条包含三个点的线段。在此基础上，第一条分段同样的和相邻线段连接，然后计算每一条分段的拟合误差，再找出误差最小且小于阀值R的分段，作为第二个分段。依此方式循环，直到所有分段的拟合误差都不小于阀值R，分段结束。使用正规标准化方法对数据进行处理，减少平移和缩放对相似性的影响：首先，计算时间序列数据的算术平均值μ和标准差s；然后对时间序列数据进行标准化处理：其中x′i表示处理后的数据。为了便于考察时序信号相关性，以每一时刻为基准，向前截取宽度为w的一段：Xi＝[x′i-w+1，…，x′i-1，x′i]其中i＝1，2，…，T；设目标矩阵为P，并且假定每一类时序信号服从0均值高斯分布，其协方差逆矩阵为Θ,则其中，A(0)，A(1)，…，A(w-1)∈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机的飞行姿态聚类分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将飞机飞行信息分为设定数量的数据类型，并通过标定试验，得到与各类数据类型对应的飞机飞行姿态；(2)在飞机飞行过程中获取飞机当前的飞行信息，对获取的飞行信息进行聚类，得到与当前飞行信息所对应的数据类型；(3)判断与数据类型对应的飞行姿态，即为飞机的当前飞行姿态；所述飞机飞行信息包括飞机的俯仰角、滚转角、俯仰角加速度、滚转角加速度和飞机油箱的液位信息。

【技术特征摘要】
1.一种飞机的飞行姿态聚类分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将飞机飞行信息分为设定数量的数据类型，并通过标定试验，得到与各类数据类型对应的飞机飞行姿态；(2)在飞机飞行过程中获取飞机当前的飞行信息，对获取的飞行信息进行聚类，得到与当前飞行信息所对应的数据类型；(3)判断与数据类型对应的飞行姿态，即为飞机的当前飞行姿态；所述飞机飞行信息包括飞机的俯仰角、滚转角、俯仰角加速度、滚转角加速度和飞机油箱的液位信息。2.根据权利要求1所述的飞机的飞行姿态聚类分析方法，其特征在于，得到飞机当前设定时间内的飞行信息后，对飞行信息进行滤波处理、维度缩减和标准化处理。3.根据权利要求1或2所述的飞机的飞行姿态聚类分析方法，其特征在于，对获取的飞行信息进行聚类处理的方法为：设第i时刻的飞机飞行信息为xi，各时刻得到的飞行信息组成矩阵Xi；设目标矩阵为P，目标矩阵P的逆方差矩阵为Θ；设第j类数据类型的代价函数为保持Θ不变，将矩阵Xi和P代入代价函数；保持P不变，将矩阵Xi和Θ代入代价函数；反复迭代，直至P和Θ趋于稳定，此时P即为对矩阵Xi的聚类结果。4.一种飞机的飞行姿态聚类分析系统，包括处理器，处理器连接有设定数量的液位传感器、俯...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明亮，郭毅博，谷立新，陈广豪，王华，薛均晓，姜晓恒，周兵，吕培，牛猛，
申请(专利权)人：郑州大学，中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心，
类型：发明
国别省市：河南,41