用于横向避开固定区域的飞行器自动驾驶方法技术

为了横向避开固定区域（１０），按照本发明专利技术的方法包括以下步骤：用凸多边形（１１）模拟被避开区域（１０）的形状；确定相对于模拟区域（１１）的计划航线（２）；计算用于退出计划航线（２）和用于返回计划航线（２）的航线左、右两侧区段（Ａ１－Ａ２、Ｂ１－Ｂ２、Ａ３－Ａ４、Ｂ３－Ｂ４）以便得到由航线的退出区段（Ａ１－Ａ２、Ｂ１－Ｂ２）和返回区段（Ａ３－Ａ４、Ｂ３－Ｂ４）以及模拟形状（１１）区段（Ａ２－Ａ３、Ｂ２－Ｂ３）构成的左侧避开航线（Ｂ１－Ｂ４）和右侧避开航线（Ａ１－Ａ４），其中，航线的左侧退出区段、左侧返回区段、右侧退出区段、右侧返回区段与计划航线（２）的夹角均为预定角度（ａ）；选择两条避开航线中的一条避开航线（Ａ１－Ａ４）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉飞行器自动驾驶方法，该方法能使飞行器横向避开固定区域，例如横向避开禁止飞越的区域。该方法尤其适用于，但不仅仅适用于其原始计划航线要经过一个固定区域具有预定形状的重飞行器的自动驾驶，该区域是禁入的。例如在飞行过程中，当驾驶员接收到有关禁止他飞越某个位于他的航线上的区域的信息时会发生这种情况。尤其当禁止飞越诸如军事区域或国家之类的空中区域时会发生这种情况。重飞行器利用数字数据发送设备，如数据链发送设备来接收这种由地面站发出的信息。要避开区域的形状可以塑造在机载文件中或者可以从地面站发送过来。当前，执行避开所述区域视线范围的工作问题由驾驶员人工处理，这些操作必须要考虑重飞行器的许多参数，特别是要考虑在经过的空间范围内对飞行器性能的有效调节以及考虑重飞行器油箱中的燃油重量。此外，也可能出现这种情况驾驶员只是在进入禁飞区之前的非常短的时间接收到这种信息，这个时间可能使驾驶员无法顾及用于决定最佳避开航线的所有必要的参数。本专利技术的目的是消除这些缺点。本专利技术的目的还在于确定飞行距离尽可能短的新航线。为此目的，提出了一种用于横向避开待避开的固定区域的飞行器自动驾驶方法。按照本专利技术的方法，其特征在于它包括以下步骤*通过用一系列线段来逼近区域的形状将被避开区域的形状模拟成凸多边形，并消除凹点和过分短的线段；*相对于模拟的区域定位计划航线；*计算用于退出计划航线和用于返回计划航线的航线左侧区段和右侧区段以便获得由航线的退出区段和返回区段以及由模拟形状区段构成的左侧避开航线和右侧避开航线，其中，航线的左侧退出区段、左侧返回区段、右侧退出区段、右侧返回区段与计划航线的夹角均为预定角度，模拟形状区段分别连接到左侧退出、返回区段和右侧退出、返回区段上；和*作为预定准则的函数，选择左侧避开航线和右侧避开航线中的一条避开航线。借助于这些措施，可以完全解除驾驶员为避开禁飞区而修改飞行计划和驾驶飞行器的工作负担。此外，通过尽量缩短飞行距离优选新航线。本专利技术还涉及用于改变航向以便避开用凸多边形模拟的禁飞区的优化方法，也就是说，通过强迫改变飞行方向来禁止进入拐角内侧飞域。当前，这些航向变化以取决于飞行器的飞行速度的预定的恒定转动半径来进行，以便保持恒定的回转角。为了遵守预定的回转半径，需要在越过转折点时立刻开始转弯，在这种情况下，重飞行器在飞越转折点之后将位于计划转角的外侧航行，然后必需跟踪用于与原始计划航线相接的航线。如图4所示，其结果是在方向改变Δψ的过程中，在飞越转折点的时刻，重飞行器严重偏离计划航线R1、R2，甚至离开计划航线比较大的距离d，这一方面使航线比较长，另一方面，对监视与空中控制(依照可调的偏离宽度边界)来说也是不希望的。为了消除这些缺点，按照本专利技术的驾驶方法包括在被避开区域的凸多边形的每个拐角点处，飞行器计算并跟踪穿越所述拐角点的航向执道的曲率变化区段，其回转中心位于由与拐角点相接的航线的两个直线区段所构成的夹角的内等分线上。这个航向航线的变化区段与图4所示的已有航线相比具有很多优点。这是因为它能节省数秒钟时间(每转过90度最多可节省35秒钟或少飞行4.5海里)。它不太偏离由航线的两个直线区段所规定的计划航线(小于由一般过渡航线所造成的偏离量的30％)，这对于监视和空中控制来说是相当有益的。并且，倘若航线区段较短，在一系列转弯链接处也不太会有多险。此外，如果将这个航向航线变化区段与位于转角内的由两段航线的切线构成的一般航线相比便可以看到，按照本专利技术的航线偏离航线的距离要比一般航线偏离航线的距离短。按照本专利技术的方法包括对两个曲线链接航线区段进行计算和跟踪，这两个链接航线区段分别位于航线的第一区段与航向航线变化区段之间和航向航线变化区段与航线的第二区段之间，这两个链接航线区段具有与航向航线变化区段相同的典率半径，它们分别与航向航线的变化区段以及与航线的两个区段相切。下面将利用参照附图的非限制性例子来说明按照本专利技术的方法的实施例，在附图中附图说明图1表示装载在重飞行器上的能实施本专利技术的避开方法的电子设备；图2表示实施避开方法的执行算法；图3示出了用于说明避开方法的位于重飞行器的航线上的禁飞区；图4表示按照已有技术的位于两段航线之间的过渡航线；图5示出了用本专利技术的驾驶方法算出的航向航线的变化区段；和图6示出了在两个航向变化区段间较近的情况下的优化过渡航线。如图1所示，按照本专利技术的避开方法尤其适用于用装载在重飞行器上的计算机4执行。计算机4通过被称之为“飞行器总线”的数据传输总线5连接到导般设备、数据传输装置15和人/机接口装置(MMI)6上，其中导航设备包括自动驾驶装置14和导航仪器16，数据传输装置15比如为数据链，人/机接口装置(MMI)6包括控制部件和诸如装在驾驶室内的显示屏7和喇叭8之类的发信号的部件。在已知的方法中，自动驾驶装置14包括记录了重飞行器计划航线的存储器，其中，计划航线由一系列位于出发位置与目的地位置之间的直线区段和能使一个区段与另一个区段连接的过渡航线所组成。数据传输装置15接收指示暂时禁止飞越由区域名指定的某个空中区域的指示信息。此外，计算机4例如可耦合到特地存有重飞行器通常飞越的地区的空中区域形状的地理导航数据库9上。对重飞行器驾驶员本身来说，还可以通过人/机接口6输入禁飞区的形状。图2所示的算法是由装载在重飞行器内的计算机4执行的。其包括首先驾驶员先通过人/机接口6获取由数据传输装置15提供的数据(步骤21)。当接收到有关禁止通过某个空中区域的信息时，计算机4便定位相对于禁飞区由计划的飞行计划所规定的航线。为此，当接收到的信息中没有补充区域形状的定义时，计算机4便会在其数据库9中搜索这个信息并对例如储存在自动驾驶装置14中的安排好的飞行计划的定义进行访问(步骤22)。如果重飞行器不会进入禁飞区，那么便返回到算法的起始步骤20，继续对数据传输装置15和MMI6提供的信息进行分析。在相反的情况下，计算机4便在步骤23中发送供显示器7使用的信息以便预先告诉驾驶员重飞行器1要飞行的航线2将经过禁飞区10(图3)。这种信息可以通过显示屏7上显示的覆盖了禁飞指示(或许还有禁飞区特性指示)的飞行飞域图得到补充。然后，计算机触发计算避开航线(步骤24)，这种计算首先在于模拟禁飞区10的形状。这种模拟包括把禁飞区10的形状化作多边形，然后消除多边形上的凹角和过分短的边，以便得到完全凸的多边形11。然后需要确定用于退出计划航线的左侧航线区段B1-B2和右侧航线区段A1-A2以便避开禁飞区10。为此目的，计算机4确定计划航线2相对于区域10的模拟形状的位置。这些航线区段偏离计划航线2一个预定角度α，并分别与多边形11上离计划航线2最近的点A2、B2相接。其中，预定角α取决于在飞越区域内的有效空中调节，它可以为45°或30°，点A2、B2分别位于计划航线2与多边形11之间的进入点Z的两侧。不过可以证明，当重飞行器1离禁飞区10太近时，要确定航线的退出区段是不可能的。当从原始航线退出的角度大于预定角度a时会发生这种情况。当这种情况发生时，计算机4便从步骤29开始执行算法，在步骤29中启动信息“不能自动避开”的显示。在相反的情况下，计算机4便接着确定用于返回到计划航线2上的航线左侧区段B3-B4和航本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于根据飞行器（１）的位置与当前速度和区域（１０）的形状横向避开原始计划航线上的固定区域（１０）的飞行器驾驶方法，其特征在于该方法包括以下步骤：＊通过用一系列线段来逼近区域（１０）的形状将被避开区域的形状模拟成凸多边形（１１），并消 除凹点和过分短的线段；＊确定相对于模拟区域（１１）的计划航线；＊计算用于退出计划航线（２）和用于返回计划航线（２）的航线左侧区段和右侧区段（Ａ１－Ａ２、Ｂ１－Ｂ２、Ａ３－Ａ４、Ｂ３－Ｂ４）以便获得由航线的退出区段（Ａ１－Ａ２、Ｂ１－ Ｂ２）和返回区段（Ａ３－Ａ４、Ｂ３－Ｂ４）以及由模拟形状（１１）区段（Ａ２－Ａ３、Ｂ２－Ｂ３）构成的左侧避开航线（Ｂ１－Ｂ４）和右侧避开航线（Ａ１－Ａ４），其中，航线的左侧退出区段、左侧返回区段、右侧退出区段、右侧返回区段与计划航线（２）的夹角均为预定角度（ａ），模拟形状（１１）区段（Ａ２－Ａ３、Ｂ２－Ｂ２）分别连到左侧退出、返回区段（Ｂ１－Ｂ２、Ｂ３－Ｂ４）和右侧退出、返回区段（Ａ１－Ａ２、Ａ３－Ａ４）上；和＊选择左侧避开航线（Ｂ１－Ｂ４）和右侧避开航线（Ａ１－Ａ４）中 的一条避开航线作为预定准则的函数。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：居伊德凯尔，
申请(专利权)人：塞克斯丹航空电子公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]