一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，分别构建到两段转弯航迹的球面距离为转弯半径的球小圆，以两个球小圆的交点中离转弯航路点近的交点作为转弯中心。该转弯中心计算方法简单、位置精度高，避免了航行器在沿航线进行较大半径的转弯时，转弯中心位置计算误差较大的问题，保证了航行器在出弯后精准的实现航线对准。

【技术实现步骤摘要】
一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法
本专利技术属于航迹控制
，具体涉及一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法。
技术介绍
在巡航器按照指定航线运动的过程中需要提前设定航路点和各航路的转弯半径，则巡航器在完成沿一段航迹的巡航后，进行按设定的转弯半径进行转弯，并在完成转弯后对准下一条航迹。当设定的转弯半径较小时，可以利用局部平面坐标系求取转弯中心，但在转弯半径较大的情况下，使用平面坐标系所得转弯中心位置与实际转弯中心位置有较大出入，使得巡航器完成转弯后与原设定航线之间存在较大的误差。
技术实现思路
针对现有技术中巡航器完成半径较大的转弯后与设定航线之间存在较大误差的技术问题，本专利技术提供了一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，能够准确计算球大圆航迹转弯中心位置，保证航行器转弯后按照设定航线航行。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案如下：一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，包括如下步骤：S1、获取两段转弯航迹AB、BC的三个航路点位置信息和转弯半径信息，并进行数据预处理；S2、分别沿方向、方向构建航迹AB、BC对应的球小圆，两个球小圆与对应航迹所在球大圆平行，且到对应航迹所在球大圆的球面距离均为转弯半径，计算两个球小圆圆心坐标，其中，分别为航迹AB、BC所在球大圆的单位法向量；S3、根据转弯中心同时位于两个球小圆和地球球面上，建立转弯中心计算方程组；S4、若方程组存在奇异现象，则进行奇异值处理，否则进入下一步；S5、对转弯中心方程组进行化简和求解；S6、对得到的两组可行解进行检验，取距离航路点B较近的解作为转弯中心。进一步的，所述步骤S1中数据预处理包括：角度调整，将三个航路点A、B、C经纬度信息调整到经度范围为(-180，180]，纬度范围为(-90,90]；坐标转换，将经纬度坐标系转化为以地心为原点的直角坐标系；航向转换，若A、B、C三个航路点按照顺时针方向排列，则不处理；否则将A和C点位置信息互换，使A、B、C按照顺时针方向排列；对转弯半径进行限幅处理，令转弯半径r0满足rmin≤r0≤rmax，其中，rmin为航行器最小转弯半径，rmax为转弯半径上限；若r0＞rmax，则r0＝rmax；若r0＜rmin，则r0＝rmin。进一步的，所述转弯半径上限为其中，O为地球球心。进一步的，所述步骤S2中计算两个球小圆圆心坐标的方法如下：航迹AB对应球小圆的圆心O1坐标为航迹BC对应球小圆的圆心O2坐标为其中，λAB为航迹AB对应的圆心角λBC为航迹BC对应的圆心角(xA、yA、zA)、(xB、yB、zB)、(xC、yC、zC)分别为航路点A、B、C的直角坐标；hr为球小圆到对应航迹所在球大圆的圆心距hr＝R0sinθr，Rr为球小圆的半Rr＝R0cosθr，其中，r0为转弯半径，R0为三个航路点到地球球心的距离。进一步的，所述步骤S3中转弯中心Q(x，y，z)计算方程组为进一步的，所述步骤S4中奇异值处理方法为：在导致奇异值出现数值为0的变量上加上一个小值，若转弯半径在10km以上，则该小值选为0.0001～0.001之间；若转弯半径在10km以下，则该小值选为10-7量级。进一步的，所述步骤S4中奇异值处理方法为：将地球坐标系沿着y、z轴旋转一个角度得到新地球坐标系，求解转弯中心在新地球坐标系的坐标，再通过坐标变换方法求取转弯中心相对于原地球坐标系的坐标。进一步的，进行坐标变换使用方向余弦矩阵或者四元数方法。进一步的，所述步骤S6还包括坐标转换，计算转弯中心的经纬度坐标：如果y＜0，则输出的经度λQ＝-λ'Q，否则λQ＝λQ'。其中，x、y、z为转弯中心的直角坐标值，R0为地球半径即三个航路点到地球球心的距离；角度调整，将输出角度调整到经度范围为(-180，180]，纬度范围为(-90,90]。本专利技术与现有技术相比的有益效果：本专利技术提供的一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，分别构建两段转弯航迹的球面距离为转弯半径的球小圆，以两个球小圆的交点中离转弯航路点近的交点作为转弯中心，该转弯中心精度高，避免了航行器在沿(大圆)航线进行较大半径的转弯时，转弯中心位置计算误差较大的问题，保证了航行器在出弯后可以较为精准的实现航线对准。附图说明所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术具体实施例提供的计算转弯中心的原理示意图；图2为本专利技术具体实施例提供的构建球小圆的示意图；图3为采用本专利技术计算转弯中心的试验结果；其中,(a)输入航路点信息为A(144,46)、B(150,32)、C(138,18)，转弯半径为r0＝500km；(b)输入航路点信息为A(-160,0)、B(0,0)、C(0,20)，转弯半径为r0＝1000km；(c)输入航路点信息为A(-10,0)、B(0,0)、C(0,20)，转弯半径为r0＝2000km；(d)输入航路点信息为A(-10,0)、B(10,10)、C(30,-10)，转弯半径为r0＝700km。具体实施方式本专利技术从立体几何的角度进行球大圆航迹转弯中心的计算，计算航迹转弯的转弯中心所需信息有两段航迹信息和转弯半径大小。如图1所示，航迹信息以航路点的方式给出，为方便说明，将转弯前的航迹用AB表示，转弯后的航迹用BC表示。当前航迹AB和之后航迹BC都是球大圆航迹(其圆心与地球球心重合)，而转弯中心Q到AB、BC两航迹的球面距离相同，因此转弯中心相对于两条航迹对称。本专利技术提供了一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，包括如下步骤：S1、获取两段转弯航迹AB、BC的三个航路点位置信息和转弯半径信息，并进行数据预处理。获取航迹AB、BC的航路点A、B、C的经纬坐标，分别记为转弯半径为r0。数据预处理方法如下：S1.1、角度调整：对采集数据进行范围和格式的调整经度范围为(-180，180]，东经为正，西经为负；纬度范围为(-90,90]，北纬为正，南纬为负。如果输入角度超出这个范围，则通过角度周期调整，将角度调整到上述范围之内。S1.2、坐标转换：将经纬度坐标系转化为以地心为原点的直角坐标系本专利技术中直角坐标系以地球球心为原点，x轴指向0°经线与赤道交点为正，z轴由坐标系原点指向北极为正，y轴满足右手本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、获取两段转弯航迹AB、BC的三个航路点位置信息和转弯半径信息，并进行数据预处理；/nS2、分别沿

【技术特征摘要】
1.一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取两段转弯航迹AB、BC的三个航路点位置信息和转弯半径信息，并进行数据预处理；
S2、分别沿方向、方向构建航迹AB、BC对应的球小圆，两个球小圆与对应航迹所在球大圆平行，且到对应航迹所在球大圆的球面距离均为转弯半径，计算两个球小圆圆心坐标，其中，分别为航迹AB、BC所在球大圆的单位法向量；
S3、根据转弯中心同时位于两个球小圆和地球球面上，建立转弯中心计算方程组；
S4、若方程组存在奇异现象，则进行奇异值处理，否则进入下一步；
S5、对转弯中心方程组进行化简和求解；
S6、对得到的两组可行解进行检验，取距离航路点B较近的解作为转弯中心。


2.根据权利要求1所述的一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中数据预处理包括：
角度调整，将三个航路点A、B、C经纬度信息调整到经度范围为(-180，180]，纬度范围为(-90,90]；
坐标转换，将经纬度坐标系转化为以地心为原点的直角坐标系；
航向转换，若A、B、C三个航路点按照顺时针方向排列，则不处理；否则将A和C点位置信息互换，使A、B、C按照顺时针方向排列；
对转弯半径进行限幅处理，令转弯半径r0满足rmin≤r0≤rmax，其中，rmin为航行器最小转弯半径，rmax为转弯半径上限；若r0＞rmax，则r0＝rmax；若r0＜rmin，则r0＝rmin。


3.根据权利要求2所述的一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，其特征在于，所述转弯半径上限为












其中，O为地球球心。


4.根据权利要求3所述的一种球大圆航迹转弯过程中转弯中心的计算方法，其特征在于，所述步骤S2中计算两个球小圆圆心坐标的方法如下：
航迹AB对应球小圆的圆心O1坐标为









航迹BC对应球小圆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯冀川，徐骋，胡松，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11