一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，按照Dubins方法将过渡路径分为LSR，RSL，RSR以及LSL四种类型。构建过渡路径的具体步骤包括：1、根据飞机航向，目标航段航向以及飞机相对目标航段的方向，判断过渡路径的类型；2、通过飞机位置，目标航段航向以及终点位置，计算过渡路径直线段的航向；3、根据飞机位置和航向，首圆弧的转向，以及飞机最小转弯半径，计算首圆弧的圆心位置；4、根据首圆弧圆心的位置计算相对目标航段的侧偏距，再结合尾圆弧的转向，飞机最小转弯半径，计算尾圆弧的圆心位置，从而完成水平引导过渡路径的构建。本发明专利技术为水平引导过渡路径构建提供了一种关键技术，使得飞机在进行水平引导过渡时更加合理和安全。加合理和安全。加合理和安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法


[0001]本专利技术涉及一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，属于民航


技术介绍

[0002]水平引导过渡是飞行管理系统(FMS,Flight Management System)核心功能之一，旨在引导飞机按照合理的飞行航路安全完成航行任务。在该过程中飞行管理系统根据飞机的位置信息以及期望截获的航段信息计算过渡路径以及引导指令信息，从而引导飞机平滑截获目标航段。在民机标准ARINC 424(Navigation Systems Data Base)中，水平引导过渡路径可以通过直线过渡、切线过渡等方法进行构建。这些方法主要处理飞机相对目标航段侧偏距较小情形下的航段过渡问题，但无法处理飞机相对目标航段侧偏距过大等复杂场景。因此如何在最大程度上保障飞行安全、节约飞行成本以及处理复杂场景的前提下进行水平引导过渡路径的构建，是未来很长时间内强化先进大型客机飞行管理系统核心竞争力的关键方向被各国航空领域进行重点研究。
[0003]1957年，Lester Eli Dubins证明连接平面两点的任何路径都可以由最大曲率的圆弧和直线段组成，该路径是在满足曲率约束和规定的始端和末端切线方向的条件下，连接两点的二维平面内最短路径。Dubins集合包括{LSL，RSR，RSL，LSR，RLR，LRL}六种情况，其中L表示从沿逆时针方向的圆弧运动，R表示沿顺时针方向圆弧运动，S表示沿直线运动。而水平引导过渡路径基于飞机位置以及目标航段的位置信息进行构建，与Dubins方法的中借助平面两点构建最短路径的思想相契合。本专利技术就是在此背景下提出的，基于Dubins方法进行水平引导过渡路径构建，就是在飞机相对目标航段较远时，使飞机以较短的距离完成目标航段的截获，进而节省飞行成本；同时过渡路径构建在考虑飞行安全的前提下，设计首尾圆弧段，使飞机平滑地进行水平过渡以及航段截获，最大程度上保障飞行安全。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题
[0005]为解决飞机相对目标航段侧偏距过大时的水平引导过渡路径构建问题，本专利技术提出一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，实现飞机快速且平滑截获目标航段，节约飞行成本，保证飞行安全。
[0006]技术方案
[0007]一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，其特征在于步骤如下：
[0008]步骤1：载入所需数据信息，包括飞机初始位置P0，经纬高坐标为(λ0,L0,H0)，初始航向χ0，初始速度V0，最大滚转角φ
max
，目标航段起点P
s
，经纬高坐标为(λ
s
,L
s
,H
s
)，目标航段终点P
e
，经纬高坐标为(λ
e
,L
e
,H
e
)；
[0009]步骤2：由目标航段起点P
s
和终点P
e
的位置信息计算目标航段航向χ
leg
，计算公式为：
[0010][0011]步骤3：计算飞机的最小转弯半径R
min
，计算公式如下：
[0012][0013]其中V
GND
表示飞机的地速，g表示重力加速度；
[0014]步骤4：计算过渡路径中直线段的航向χ
line
；
[0015]步骤5：判断首圆弧的转向sturn和尾圆弧的转向eturn，转向为顺时针时，取值为
‑
1；转向为逆时针时，取值为1；
[0016]步骤6：计算过渡路径首圆弧的圆心位置经纬高坐标为在水平引导过渡情形下，的高度与目标航段高度保持一致，具体的计算方法为：
[0017]步骤6.1：计算飞机初始位置P0与首圆弧的圆心连线航向该航向可通过将飞机起始航向χ0旋转90
°
后得到，计算公式为：
[0018][0019]步骤6.2：以飞机初始位置P0为起点，计算首圆弧圆心的纬度，计算公式为：
[0020][0021]其中R
earth
为WGS
‑
84地球半径；
[0022]步骤6.3：以飞机初始位置P0为起点，计算首圆弧圆心的经度，计算公式为：
[0023][0024]步骤6.4：在已知最小转弯半径R
min
时，首圆弧段起点位置与飞机初始位置P0相同，首圆弧段终点位置可由圆心位置计算得到，当sturn＝eturn时，执行步骤6.4.1和6.4.2，结束转入步骤7；否则转入步骤6.4.3；
[0025]6.4.1：计算首圆弧终点的纬度，计算公式为：
[0026][0027]6.4.2：计算首圆弧终点的经度，计算公式为：
[0028][0029]6.4.3：计算首圆弧终点的纬度，计算公式为：
[0030][0031]6.4.4：计算首圆弧终点的经度，计算公式为：
[0032][0033]步骤7：计算过渡路径尾圆弧的圆心位置经纬高坐标为在水平引导过渡情形下，的高度与目标航段高度保持一致，具体的计算方法为：
[0034]步骤7.1：首先由飞行管理系统得到首圆弧圆心相对目标航段的侧偏距如果sturn＝eturn，执行步骤7.1.1和7.1.2后转到步骤7.3，否则转到步骤7.2：
[0035]步骤7.1.1：以首圆弧圆心为起点，计算尾圆弧圆心的纬度，计算公式为：
[0036][0037]步骤7.1.2：以首圆弧圆心为起点，计算尾圆弧圆心的经度，计算公式为：
[0038][0039]步骤7.2：首先计算中间点P
temp
，经纬坐标高为(λ
temp
,L
temp
,H
temp
)，再借助中间点计算尾圆弧圆心计算方法为：
[0040]步骤7.2.1：以首圆弧圆心为起点，计算中间点P
temp
的纬度，计算公式为：
[0041][0042]步骤7.2.2：以首圆弧圆心为起点，计算中间点P
temp
的经度，计算公式为：
[0043][0044]步骤7.2.3：以中间点P
temp
为起点，计算尾圆弧圆心的纬度，计算公式为：
[0045][0046]步骤7.2.4：以中间点P
temp
为起点，计算尾圆弧圆心的经度，计算公式为：
[0047][0048]步骤7.3：在已知最小转弯半径R
min
时，尾圆弧段起点和终点位置可由首圆弧终点和圆心位置计算得到，计算方法为；
[0049]步骤7.3.1：计算尾圆弧起点的纬度，计算公式为：
[0050][0051]步骤7.3.2：计算尾圆弧起点的经度，计算公式为：
[0052][0053]步骤7.3.3：计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，其特征在于步骤如下：步骤1：载入所需数据信息，包括飞机初始位置P0，经纬高坐标为(λ0,L0,H0)，初始航向χ0，初始速度V0，最大滚转角φ
max
，目标航段起点P
s
，经纬高坐标为(λ
s
,L
s
,H
s
)，目标航段终点P
e
，经纬高坐标为(λ
e
,L
e
,H
e
)；步骤2：由目标航段起点P
s
和终点P
e
的位置信息计算目标航段航向χ
leg
，计算公式为：步骤3：计算飞机的最小转弯半径R
min
，计算公式如下：其中V
GND
表示飞机的地速，g表示重力加速度；步骤4：计算过渡路径中直线段的航向χ
line
；步骤5：判断首圆弧的转向sturn和尾圆弧的转向eturn，转向为顺时针时，取值为
‑
1；转向为逆时针时，取值为1；步骤6：计算过渡路径首圆弧的圆心位置经纬高坐标为在水平引导过渡情形下，的高度与目标航段高度保持一致，具体的计算方法为：步骤6.1：计算飞机初始位置P0与首圆弧的圆心连线航向该航向可通过将飞机起始航向χ0旋转90
°
后得到，计算公式为：步骤6.2：以飞机初始位置P0为起点，计算首圆弧圆心的纬度，计算公式为：其中R
earth
为WGS
‑
84地球半径；步骤6.3：以飞机初始位置P0为起点，计算首圆弧圆心的经度，计算公式为：步骤6.4：在已知最小转弯半径R
min
时，首圆弧段起点位置与飞机初始位置P0相同，首圆弧段终点位置可由圆心位置计算得到，当sturn＝eturn时，执行步骤6.4.1和6.4.2，结束转入步骤7；否则转入步骤6.4.3；6.4.1：计算首圆弧终点的纬度，计算公式为：6.4.2：计算首圆弧终点的经度，计算公式为：
6.4.3：计算首圆弧终点的纬度，计算公式为：6.4.4：计算首圆弧终点的经度，计算公式为：步骤7：计算过渡路径尾圆弧的圆心位置经纬高坐标为在水平引导过渡情形下，的高度与目标航段高度保持一致，具体的计算方法为：步骤7.1：首先由飞行管理系统得到首圆弧圆心相对目标航段的侧偏距如果sturn＝eturn，执行步骤7.1.1和7.1.2后转到步骤7.3，否则转到步骤7.2：步骤7.1.1：以首圆弧圆心为起点，计算尾圆弧圆心的纬度，计算公式为：步骤7.1.2：以首圆弧圆心为起点，计算尾圆弧圆心的经度，计算公式为：步骤7.2：首先计算中间点P
temp
，经纬坐标高为(λ
temp
,L
temp
,H
temp
)，再借助中间点计算尾圆弧圆心计算方法为：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广文，蔡伟杰，魏学东，贾秋玲，翟少博，杨锋，白云宇，徐遂，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：