一种针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法，能够为飞行器规划出飞行代价最小的飞行航迹；而且能实现多飞行器、多航迹的协同任务规划工作。航迹分为进入航线路径P1、航线飞行路径P2和出航线路径P3；进入航线路径P1和出航线路径P3选用避开静态威胁的最短距离；航线飞行路径的飞行是从已规划的民航航线下方飞行，利用DijKstra算法寻找出最短飞行路径；然后多飞行器沿规划好的基础航迹，在数字地图上模拟飞行；根据飞行器的当前飞行状态，以及数字地图上预设的环境信息，进行安全检测和告警，输出告警信息；最后根据告警信息进行航迹优化。

A track planning method for low altitude medium long range transition flight

The invention discloses a method for path planning of long distance cross-country flight in the low altitude flight, can plan a minimum cost for aircraft flight path; cooperative mission planning work and can realize multi track and multi vehicle. The track is divided into to enter the route path P1, route P2 and route flight path path P3; route P1 and route path into the path of P3 use the shortest distance to avoid static threats; flight path is planned from the flight of civil aviation routes under flight, using the DijKstra algorithm to find the shortest flight path; then aircraft the basic route planning well, flight simulation on digital map; according to the current flight aircraft, as well as the default on the digital map information, security detection and alarm, alarm output information; according to the alarm information of the route optimization.

【技术实现步骤摘要】
一种针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法
本专利技术涉及航迹规划
，具体涉及一种针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法。
技术介绍
随着我国低空空域管理改革进入实质性操作阶段，通用航空产业面临战略性发展机遇。与之相配套的传统空中交通管制系统中，存在以下三个问题：一是需要人工查找航线周边最高障碍物，计算最低飞行安全高度；二是需要人工收集航线途经的飞行空域、导航台、位置报告点和备降场等空域环境情况；三是未能实现多飞行器、多航迹的协同任务规划工作。为解决以上制约通用航空发展的现实问题，需要突破“低空中长距离转场飞行的航迹规划”关键技术，辅助通用航空飞行计划制定人员，实现快速、高效的规划中长距离转场飞行航线。提高通用航空飞机在低空飞行中的运行效率，从技术层面促进通用航空的发展，为低空空域管理改革奠定坚实基础。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法，能够为飞行器规划出飞行代价最小的飞行航迹；而且能实现多飞行器、多航迹的协同任务规划工作。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法，包括：第一步：基础航迹规划：将航迹分为进入航线路径P1、航线飞行路径P2和出航线路径P3；进入航线路径P1的起点为整个航迹的起点，终点为进入航线飞行路径P2的点I；出航线路径P3的起点为飞出航线飞行路径P2的点O，终点为整个航迹的终点；进入航线路径P1和出航线路径P3选用避开静态威胁、到达航线飞行路径P2的最短距离；航线飞行路径P2的飞行是从已规划的民航航线下方飞行；利用DijKstra算法寻找出最短飞行路径；然后，根据规划的基础航迹和飞行器参数计算飞行器飞行过程中的飞行指标；第二步：多飞行器多航迹仿真：多飞行器沿规划好的基础航迹，在数字地图上模拟飞行；根据飞行器的当前飞行状态，以及数字地图上预设的环境信息，进行安全检测和告警，输出告警信息；第三步：根据告警信息进行航迹优化。优选地，第一步所述的基础航迹规划包括如下步骤：步骤101、设D0为起飞点；A为从D0向航线飞行路径P2做垂线，与航线飞行路径P2相交的点；将D0加入集合W1，并令S＝D0，I＝A；其中，点I为进入航线飞行路径的点；步骤102、飞行器如果能够从点S直线飞到点I，中间不遇到任何静态威胁，则将点I加入到集合W1，进入航线路径P1规划完毕，跳到步骤104；如果从点S出发到点I遇到静态威胁，则在数据库中查找该静态威胁附近的地标点D1；从D1向航线飞行路径P2做垂线，与航线飞行路径P2相交的点记为点B；其中，找到的地标点D1满足从点S到点D1、从点D1到点B的路径之和最短，并且该路径不经过静态威胁，且能够从点S直线飞到该地标点D1；步骤103、令S＝D1，I＝B，将点D1加入集合W1，返回到步骤102；步骤104、将终点作为步骤102中的D0，将出航线路径P3的点O作为步骤102的点I；按照步骤102～103的方式规划飞行器从航线上离开到终点的路径，得到集合W0，将集合W0倒序排列即为要规划的出航线路径P3的路径点集合W3；步骤105、将进入航线的点I和出航线的点O加入航线飞行路径P2中航线点组成的无向连通图中；在无向连通图中利用DijKstra算法计算出点I到点O的最短路径W2；W1、W2和W3构成了基础航迹。优选地，第二步在进行多飞行器多航迹的仿真过程中进行如下安全检测和告警：(1)冲突告警根据飞行器的当前飞行状态，计算出任意飞行器对之间的水平距离和垂直距离，当该水平距离和垂直距离都小于用户规定的水平和垂直距离标准时，产生冲突告警；在有冲突告警发生时，记录冲突告警事件的详细信息，记录内容包括：告警、告警发生时间，飞行器标识对、位置对、高度对、飞行方向交角；(2)最低安全高度告警根据设置的最低安全高度告警标准对飞行器飞行高度进行跟踪，当发现飞行器飞行的有效高度低于飞行地点的最低安全高度时，产生最低安全高度告警；在有最低安全高度告警发生时，记录最低安全高度告警的详细信息，记录内容包括：告警类型、告警发生时间，飞行器标识、位置、高度、飞行方向与正北夹角；(3)侵入告警将禁区、限制区和危险区作为告警区域；当发现飞行器侵入或与告警区域的距离小于规定的安全距离时，产生侵入告警；在有侵入告警发生时，记录侵入告警的详细信息，记录内容包括：告警类型、告警发生时间、被侵入空域名，飞行器标识、位置、高度、飞行方向与正北夹角；(4)出/入界告警当飞行器与所属责任区边界的距离小于设定参数条件时，产生飞行器出界告警；当飞行器与下一责任区边界的距离小于设定参数条件时，产生飞行器入界告警；(5)燃油耗尽、飞行超时的告警当飞行器在飞行过程中燃油耗尽时，产生燃油耗尽告警；当飞行器在预先设置的到达时间内没有达到目的地时，产生飞行超时告警。有益效果：(1)为实现快速、高效地规划中长距离转场飞行航线，提高通用航空飞机在低空飞行中运行效率的目的，本“低空中长距离转场飞行的航迹规划”方案主要目标就是根据地形和任务等信息，考虑飞行器自身机动性能以及航程等约束，实现地形跟随、地形回避和威胁回避，计算飞行路线途经的军民航飞行空域、导航台、位置报告点情况，为飞行器规划出飞行代价最小的飞行航迹；而且航线周边最高障碍物、飞行空域、导航台等空域环境情况都预设在数据库中，因此不需要人为查找和收集，可以自动应用在航迹规划和仿真模拟过程中。(2)本专利技术令飞行器从已规划的民航航线下方飞行，并优化设计进入和飞出民航航线的进入段和飞出段，可以有效避开多数威胁，减小了航迹规划的难度，保证航迹规划的效果。(3)在模拟仿真过程中，能够通过数字地图叠加飞行路线，仿真通航飞机的低空飞行过程，实现检验评估低空飞行高度、燃油油耗等飞行指标的可行性，提供飞越静态威胁的警示信息，以及多航空器、多航迹飞行冲突的预警提示，进而指导任务决策者调整规划出更优的飞行航迹。(4)本专利技术在模拟仿真过程中，同时仿真多飞行器和多轨迹，从而实现多飞行器、多航迹的协同任务规划。附图说明图1为针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法流程图。图2为飞行器进入航线示意图。图3为冲突告警示意图。图4为最低安全高度告警示意图。图5为侵入告警示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。低空中长距离转场飞行距离长，限制多，不仅要考虑飞行器自身特点，还要考虑外部各种环境限制，本专利技术令飞行器从已规划的民航航线下方飞行，并优化设计进入和飞出民航航线的进入段和飞出段，可以有效避开多数威胁，另外通过仿真评估修改完善规划的航迹方案，为飞行器高效完成任务提供了可靠的规划方案。本专利技术的方案分三大部分：第一步：基础航迹规划：将航迹分为进入航线路径P1、航线飞行路径P2和出航线路径P3；进入航线路径P1的起点为整个航迹的起点，终点为进入航线飞行路径P2的点I；出航线路径P3的起点为飞出航线飞行路径P2的点O，终点为整个航迹的终点；进入航线路径P1和出航线路径P3根据数据库对静态威胁的记载，规划避开静态威胁、到达航线飞行路径P2的最短距离；航线飞行路径P2的飞行从已规划的民航航线下方飞行；利用DijKstra算法寻找出最短飞行路径；然后，根据规划的基础航迹和飞行器参数计算飞行器飞行过程中的飞行指标。第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法，其特征在于，包括：第一步：基础航迹规划：将航迹分为进入航线路径P1、航线飞行路径P2和出航线路径P3；进入航线路径P1的起点为整个航迹的起点，终点为进入航线飞行路径P2的点I；出航线路径P3的起点为飞出航线飞行路径P2的点O，终点为整个航迹的终点；进入航线路径P1和出航线路径P3选用避开静态威胁、到达航线飞行路径P2的最短距离；航线飞行路径P2的飞行是从已规划的民航航线下方飞行；利用DijKstra算法寻找出最短飞行路径；然后，根据规划的基础航迹和飞行器参数计算飞行器飞行过程中的飞行指标；第二步：多飞行器多航迹仿真：多飞行器沿规划好的基础航迹，在数字地图上模拟飞行；根据飞行器的当前飞行状态，以及数字地图上预设的环境信息，进行安全检测和告警，输出告警信息；第三步：根据告警信息进行航迹优化。

【技术特征摘要】
1.一种针对低空中长距离转场飞行的航迹规划方法，其特征在于，包括：第一步：基础航迹规划：将航迹分为进入航线路径P1、航线飞行路径P2和出航线路径P3；进入航线路径P1的起点为整个航迹的起点，终点为进入航线飞行路径P2的点I；出航线路径P3的起点为飞出航线飞行路径P2的点O，终点为整个航迹的终点；进入航线路径P1和出航线路径P3选用避开静态威胁、到达航线飞行路径P2的最短距离；航线飞行路径P2的飞行是从已规划的民航航线下方飞行；利用DijKstra算法寻找出最短飞行路径；然后，根据规划的基础航迹和飞行器参数计算飞行器飞行过程中的飞行指标；第二步：多飞行器多航迹仿真：多飞行器沿规划好的基础航迹，在数字地图上模拟飞行；根据飞行器的当前飞行状态，以及数字地图上预设的环境信息，进行安全检测和告警，输出告警信息；第三步：根据告警信息进行航迹优化。2.如权利要求1所述的航迹规划方法，其特征在于，第一步所述的基础航迹规划包括如下步骤：步骤101、设D0为起飞点；A为从D0向航线飞行路径P2做垂线，与航线飞行路径P2相交的点；将D0加入集合W1，并令S＝D0，I＝A；其中，点I为进入航线飞行路径的点；步骤102、飞行器如果能够从点S直线飞到点I，中间不遇到任何静态威胁，则将点I加入到集合W1，进入航线路径P1规划完毕，跳到步骤104；如果从点S出发到点I遇到静态威胁，则在数据库中查找该静态威胁附近的地标点D1；从D1向航线飞行路径P2做垂线，与航线飞行路径P2相交的点记为点B；其中，找到的地标点D1满足从点S到点D1、从点D1到点B的路径之和最短，并且该路径不经过静态威胁，且能够从点S直线飞到该地标点D1；步骤103、令S＝D1，I＝B，将点D1加入集合W1，返回到步骤102；步骤104、将终点作为步骤102中的D0，将出航线路径P3的点O作为步骤102的点I；按照步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽，费林鹤，张国荣，闫永恒，
申请(专利权)人：华北计算技术研究所中国电子科技集团公司第十五研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11