基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法。本发明专利技术将FlightGear平台的内置飞行动力学求解器JSBSim编译成动态链接库，利用测风激光雷达的实时测量起飞和下降区域的风廓线，通过调用JSBSim动态链接库和相关飞行脚本对飞行轨迹进行预测，飞行数据结果通过UDP接口实现显示于用户界面，实现飞机起降的危险预警。根据飞行参数和飞机轨迹进行预警使用户能更加直观判断风切变和湍流对飞机的影响，提高危险的预警的效率和准确度。本发明专利技术应用于保障民航飞机的起飞和降落的安全，具有灵活性强、响应速度快，准确度高的优点。

Aircraft take-off and landing early warning method based on flight simulation platform and wind lidar

【技术实现步骤摘要】
基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法
本专利技术涉及飞行仿真技术和测风激光雷达领域，特别涉及一种基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法。
技术介绍
近年来，航空飞行安全备受瞩目。而风切变是导致大型客机坠落的罪魁祸首之一。低空风切变为高度600m以下空间一点到另一点风矢量的变化，是两点间风速的矢量差。遭遇低空风切变会造成飞机速度瞬时产生改变，进而致使飞机升力会产生变化，引起飞行航迹偏离航道发生事故。国际航空界认为在整个飞行过程中风切变所导致的后果主要严重影响民航客机起飞和降落过程中.由此人们赋予了低空风切变称为影响客机飞行安全的“无形杀手”和“空中陷阱”的称号，低空风切变严重威胁民航客机的飞行安全。据不完全资料数据的统计，在1970年代初到1980年代中期的十多年间发生的与风切变有关的32起飞行事故中，导致974人遇难，达到了全部空难人数的大约36％。复杂的大气环境和地理地形因素决定了我国是风切变多发国家。近今年来多普勒气象雷达和测风激光雷达广泛于机场风切变预报。风切变的产生机理与存在形式随机场位置、环境地形、大气气候等的变化而变化，同时低空风切变存在发生突然、尺度小而且持续时间的特征，导致很难对其进行准确探测并预报，所以单纯的使用低空风切变识别和预警设备很难从根本上解决问题。FlightGear是一款开源的飞行模拟器，项目开发的主要目标是在学术科研领域创造一个尖端的飞行模拟器框架。JSBSim是FlightGear默认飞行动力学模型(FDM)，由C++语言编写，支持在Windows、Cygwin、Linux、Macintosh、IRIX等多种操作系统下编译运行，是目前应用最广泛、效果最接近真实的飞行动力学模型之一。JSBSim通过基于XML格式的文本文件对飞行控制系统、空气动力学模型、推进器、起落架装置等进行配置，数据可输出到显示器、文件、套接字等，并可自由配置输出格式。JSBSim具有体积小、灵活性好和准确度高的特点。目前，国内外用于低空风切变与飞行仿真融合研究的风速数据，大多基于模拟数据和数据库，缺乏基于实测风速数据的融合研究。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法，能够根据测风激光雷达实时测量的飞机降落和起飞区域的风速，结合飞行动力学模块实时输出飞机飞行参数，直观的评估风切变对飞机起降的影响，对危险及时预警。本专利技术是这样实现的：一种基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法，基于测风激光雷达，所述激光雷达系统设置在目标机场，所述方法包括：获取目标机场的跑道信息；获取实时航班信息，根据航班信息，设置针对目标飞机的飞机控制面板；配置测风激光雷达的扫描策略，根据目标飞机的初始状态和跑道信息对飞机的起飞或降落路径进行标定；根据设置好的飞机控制面板信息和目标跑道信息，控制测风激光雷达测量目标飞机起飞和着陆的下滑道区域内的下滑道风廓线；根据获取的下滑道风廓线和飞机控制面板信息，利用预设的飞行动力学求解器进行飞行仿真；输出飞行仿真结果，所述飞行仿真结果包括飞行参数和飞行轨迹；根据飞行仿真结果对起飞和降落过程进行危险预警。进一步的，所述跑道信息包括跑道代码、经度、纬度、海拔高度、跑道长度、跑道宽度、起飞点号码和降落点号码。进一步的，从机场指挥中心获取实时航班信息。进一步的，根据航班信息，完成飞机控制面板基本设置。所述飞机控制的面板包括，飞行模式设置、飞机型号设置、机场跑道设置、初始状态设置、飞行环境设置、输出参数设置。进一步的，配置测风激光雷达，选择下滑道扫描策略，根据飞机的初始状态和跑道信息对飞机的起飞或降落路径进行标定。进一步的，配置测风激光雷达，根据测风激光雷达的下滑道扫描方式的，获得飞机下滑道迎头风廓线。其中在下滑道风廓线重组时，选择光束上距离下滑道距离最小的测点风速数据。进一步的，所述飞机控制面板包括飞行模式设置、飞机型号设置、机场跑道设置、初始状态设置、飞行环境设置、输出参数设置。进一步的，飞行模式包括起飞模式和降落模式；初始状态设置的数据来源于飞机状态监控系统；飞行环境设置主要包括气压、温度、湿度参数设置；飞行脚本和飞机参数以XML脚本文件的形式存储；输出参数设置包括计算时间步长、数据输出频率、输出格式。进一步的，所述测风激光雷达的扫描策略为下滑道扫描策略，用于测量飞机下滑道迎头风廓线；所述控制测风激光雷达测量目标飞机起飞和着陆的下滑道区域内的下滑道风廓线，包括：控制测风激光雷达在扫描的过程中俯仰角和方向角同时变化，扫描下滑道附近的区域，对各个跑道的起飞和着陆进行分别扫描，将离下滑道最近的飞机会遇到的迎头风提取出来，从而得到飞机下滑道迎头风廓线；下滑道的起点和终点通过飞机初始状态和跑道位置进行标定；其中测风激光雷达的位置，直接从雷达内置GPS数据中获得；以测风激光雷达的位置为原点O,跑道的方向为X；垂于跑道方向为Y轴，竖直方向为Z建立参考坐标系OXY；设下滑道身上某点的坐标位置为(x,y,z),则雷达的方位角θ和仰角φ可分别表示为：其中在下滑道风廓线重组时，选择光束上距离下滑道距离最小的测点风速数据。进一步的，利用预设的飞行动力学求解器进行飞行仿真,包括：用JSBSim飞行动力学求解器进行飞行仿真。将测风激光雷达实时测量的下滑数据，输入JSBSim飞行动力学求解器，进行飞行仿真。所述JSBSim为飞行仿真平台FlightGear的内置求解器，将JSBsim编译撑动态链接库，通过调用动态链接库的相关函数和读取XML脚本文件来实现飞行仿真计算。进一步的，所述飞行参数包括空速、姿态角、下沉速率、高度；根据飞行仿真结果对起飞和降落过程进行危险预警，包括：当预测的俯仰角在短时间内变化超过预设的第一阈值时，发出第一危险警报；当下降速率短时间内改变超过预设的第二阈值时，发出第二危险警报。进一步的，通过UDP通信输出位置、速度等飞行数据。进一步的，根据输出的飞行数据，正在客户端显示飞行参数和飞行轨迹。进一步的，根据飞行参数进行起降预警，所述预警的判据依据相关民航标准和飞机制造商提供的标准。相应的，本专利技术还提供了一种基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警系统，包括：测风激光雷达，所述激光雷达系统设置在目标机场，所述系统还包括：跑道信息获取模块，用于获取目标机场的跑道信息；控制面板设置模块，用于获取实时航班信息，根据所述航班信息，设置针对目标飞机的飞机控制面板；标定模块，用于配置测风激光雷达的扫描策略，根据目标飞机的初始状态和跑道信息对飞机的起飞或降落路径进行标定；风速测量模块，用于根据设置好的飞机控制面板信息和目标跑道信息，控制测风激光雷达测量目标飞机起飞和着陆的下滑道区域内的下滑道风廓线；仿真模块，用于根据获取的下滑道风廓线和飞机控制面板信息，利用预设的飞行动力学求解器进行飞行仿真；结果输出模块，用于输出飞行仿真结果，所述飞行仿真结果包括飞行参数和飞行轨迹；预警模块，用于根据飞行仿真结果对起飞和降落过程进行危险预警。综上所述，本专利技术一种基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法，克服了机场风切变预报困难问题。根据雷达实测风场数据和飞行仿真平台，预测风速对飞机的起降的影响，能更够准确、直观的进行危险预报，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法，其特征在于：基于测风激光雷达，所述激光雷达系统设置在目标机场，所述方法包括：获取目标机场的跑道信息；获取实时航班信息，根据航班信息，设置针对目标飞机的飞机控制面板；配置测风激光雷达的扫描策略，根据目标飞机的初始状态和跑道信息对飞机的起飞或降落路径进行标定；根据设置好的飞机控制面板信息和目标跑道信息，控制测风激光雷达测量目标飞机起飞和着陆的下滑道区域内的下滑道风廓线；根据获取的下滑道风廓线和飞机控制面板信息，利用预设的飞行动力学求解器进行飞行仿真；输出飞行仿真结果，所述飞行仿真结果包括飞行参数和飞行轨迹；根据飞行仿真结果对起飞和降落过程进行危险预警。

【技术特征摘要】
1.一种基于飞行仿真平台和测风激光雷达的飞机起降预警方法，其特征在于：基于测风激光雷达，所述激光雷达系统设置在目标机场，所述方法包括：获取目标机场的跑道信息；获取实时航班信息，根据航班信息，设置针对目标飞机的飞机控制面板；配置测风激光雷达的扫描策略，根据目标飞机的初始状态和跑道信息对飞机的起飞或降落路径进行标定；根据设置好的飞机控制面板信息和目标跑道信息，控制测风激光雷达测量目标飞机起飞和着陆的下滑道区域内的下滑道风廓线；根据获取的下滑道风廓线和飞机控制面板信息，利用预设的飞行动力学求解器进行飞行仿真；输出飞行仿真结果，所述飞行仿真结果包括飞行参数和飞行轨迹；根据飞行仿真结果对起飞和降落过程进行危险预警。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跑道信息包括跑道代码、经度、纬度、海拔高度、跑道长度、跑道宽度、起飞点号码和降落点号码。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞机控制面板包括飞行模式设置、飞机型号设置、机场跑道设置、初始状态设置、飞行环境设置、输出参数设置。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，飞行模式包括起飞模式和降落模式；初始状态设置的数据来源于飞机状态监控系统；飞行环境设置主要包括气压、温度、湿度参数设置；飞行脚本和飞机参数以XML脚本文件的形式存储；输出参数设置包括计算时间步长、数据输出频率、输出格式。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测风激光雷达的扫描策略为下滑道扫描策略，用于测量飞机下滑道迎头风廓线；所述控制测风激光雷达测量目标飞机起飞和着陆的下滑道区域内的下滑道风廓线，包括：控制测风激光雷达在扫描的过程中俯仰角和方向角同时变化，扫描下滑道附近的区域，对各个跑道的起飞和着陆进行分别扫描，将离下滑道最近的飞机会遇到的迎头风提取出来，从而得到飞机下滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁金龙，岳斌，夏海云，
申请(专利权)人：国耀量子雷达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31