CN114115344B - 一种直升机自动区域导航航段选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机自动区域导航航段选择方法，针对直升机自动区域导航过程中，如何尽快从直升机当前位置切换到指定航线的未飞航段，以实现最短时间完成飞行计划的航行更改的相关问题给出了一种实现的方法，能够根据当前位置来判断目前直升机离当前激活飞行计划中的哪个航段最近，目前已成功应用某国产直升机综合显示控制软件的开发，经实验和试飞验证，效果良好。

Description

一种直升机自动区域导航航段选择方法

技术领域

本发明属于直升机飞行导航技术领域，具体涉及一种直升机区域导航接通时的航段选择方法。

背景技术

区域导航(RNAV)是指允许在飞行员确立的点之间的任何直接航路上进行电子的航向引导。区域导航是一种可以使航空器在导航信号覆盖范围之内，或在机载自备导航设备的工作范围内，或二者的组合，沿任意期望的航路飞行，即RNAV设备通过自动确定航空器位置、建立期望的飞行航迹以及向下一航路点飞行提供航迹引导来运作的导航方式，有着传统导航没有的很多优点。

现代飞机实际使用的RNAV飞行方法是依靠飞行管理系统(FMS)，FMS自动识别下一个有效航路点，选择最合适的导航源进行定位，向自动驾驶仪提供飞向下一个航路点的信息，也可以提供飞行指引信息。

目前国产的大型民用直升机在设计自动区域导航时，充分考虑自动区域导航使用的背景，实现尽快切入航段，以最短时间完成飞行计划的航行更改。当满足一定条件时，飞行员按压飞控操纵台上的“导航”按键，飞控计算机发出自动区域导航“接通”指令给综合显示系统的综合显示处理机，综合显示处理机根据直升机当前的即时位置来判断目前直升机离飞行计划中的哪个航段最近，发送离最近航段的从点、到点及下一点给组合导航系统的导航计算机。

专利申请号201210096558.5“区域导航方法、导航终端”公开了一种区域导航方法、导航终端，其中，该方法包括：导航终端接收导航请求，所述导航请求包括目的地信息，该算法需要不断计算最佳路径，因此存在导航效率低的问题。

专利申请号201811568757.5“一种直升机航线规划方法”涉及一种直升机航线规划方法，其步骤为：构建地形威胁回避模型，计算飞行航线，构建包含综合坐标序列的随机航线集，实现全局最优航线的实时规划，该方法能够给直升机提供有效飞行服务同时提高了飞行的安全性和可靠性；该算法需要构建模型，方法整体较为复杂。

目前关于区域导航航路和进离场程序的设计方法、定位算法、导航台优选方法的相关研究较多，较少涉及如何尽快从直升机当前位置切换到指定航线的未飞航段，以实现最短时间完成飞行计划的航行更改的相关问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种直升机自动区域导航航段选择方法，根据直升机的当前地理位置信息以及飞行计划信息，判断距离直升机当前位置最近的未飞航段，作为接通自动区域导航功能时的待飞航段。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种直升机自动区域导航航段选择方法，包括以下步骤：

步骤1，从飞行计划中获取未飞的有效航路点数量；

步骤2，如未飞的有效航路点数量不小于1，则进行下一步；

步骤3，分别计算飞行计划上的各个航路点到直升机当前位置P的直线距离；

步骤4，分别计算飞行计划所有航段的直线距离；

步骤5，从未飞的第一个航路点开始，遍历直升机飞行计划所有的未飞航路点，根据直升机当前位置P与未飞的航路点的关系，确定是否接入自动区域导航；

步骤6，根据余弦定理计算直升机当前位置P与当前遍历的第i个航路点的下一个i+1航路点的连线PD与第i个航路点、第i+1个航路点构成的航段CD之间夹角的余弦值，并根据余弦值得到直升机到该航段的距离偏航距PQ；

按照相同的方法，计算直升机当前位置到所有未飞航段的偏航距；

步骤7，根据预设的判定准则，从未飞航路点中找出满足∠PP_i+1P_i的余弦值大于或等于0条件的航路点，根据直升机到这些航段的偏航距寻找最近的航段；其中，P_i、P_i+1表示飞行计划的航路点，两者之间的连线即为一个航段。

进一步地，所述预设的判定准则为：

若∠PP_i+1P_i的角度大于90°，即∠PP_i+1P_i的余弦值小于0，则直升机当前的位置P在航段延长线的逆向位置，在比较偏航距时舍弃P_iP_i+1之间的航段。

进一步地，所述预设的判定准则还包括：

若∠PP_i+1P_i的角度小于或等于90°，即∠PP_i+1P_i的余弦值大于或等于0，则偏航距在航段之内或者P在航段延长线的顺向位置，在比较偏航距时保留该段。

进一步地，在步骤2中，如果未飞的有效航路点数量小于1，表示所有的点都已经飞过，则返回飞行计划的最后一个航路点，此时直升机直接飞往飞行计划的最后一个航路点。

进一步地，所述根据直升机当前位置P与未飞的航路点的关系，确定是否接入自动区域导航，包括：

如果直升机当前位置P与未飞的第i个航路点C点重合，则取C点为自动区域导航接通点，如果P与未飞的i+1个航路点D点重合，则取D点为自动区域导航接通点。

进一步地，如果C点与D点重合，则直接跳过C点，开始遍历下一个航路点。

进一步地，所述根据直升机到这些航段的偏航距寻找最近的航段，包括：

比较直升机到这些航段的偏航距，偏航距最小的航段即需要寻找的离直升机最近的航段。

一种直升机飞控系统，所述飞控系统中装载有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现所述直升机自动区域导航航段选择方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明针对直升机自动区域导航过程中，如何尽快从直升机当前位置切换到指定航线的未飞航段，以实现最短时间完成飞行计划的航行更改的相关问题给出了一种实现的算法，能够根据当前位置来判断目前直升机离当前激活飞行计划中的哪个航段最近，目前已成功应用于AC313直升机综合显示控制软件的开发，经实验和试飞验证，效果良好。

附图说明

图1为判断偏航距是否在航段之内的示意图；

图2为判断直升机在航段延长线顺逆向的示意图；

图3为计算最近未飞航段的示意图；

图4为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

参见附图，本发明公开了一种直升机自动区域导航航段选择方法，包括以下步骤：

步骤1，从飞行计划中获取未飞的有效航路点数量；

步骤2，如果未飞的有效航路点数量小于1，即所有的点都已经飞过，则返回飞行计划的最后一个航路点，此时直升机直接飞往飞行计划的最后一个航路点；如未飞的有效航路点数量不小于1，则进行下一步；

步骤3，分别计算飞行计划上的各个航路点到直升机当前位置P的直线距离；

步骤4，分别计算飞行计划所有航段的直线距离；

步骤5，从未飞的第一个航路点开始，遍历直升机飞行计划所有的未飞航路点，如果直升机当前位置P与未飞的第i个航路点C点重合，则取C点为自动区域导航接通点，如果P与未飞的i+1个航路点D点重合，则取D点为自动区域导航接通点；如果C点与D点重合，则直接跳过C点，开始遍历下一个航路点；

步骤6，根据余弦定理计算直升机当前位置P与当前遍历的第i个航路点的下一个i+1航路点的连线PD与第i个航路点、第i+1个航路点构成的航段CD之间夹角的余弦值，并根据余弦值得到直升机到该航段的距离偏航距PQ；

按照相同的方法，计算直升机当前位置到所有未飞航段的偏航距；

步骤7，根据判定准则，从未飞航路点中找出满足∠PP_i+1P_i的余弦值大于或等于0条件的航路点，比较直升机到这些航段的偏航距，偏航距最小的航段即需要寻找的离直升机最近的航段。

设计自动区域导航时，要充分考虑自动区域导航使用的背景，例如直升机在执行完任务之后，其所处位置可能不在飞行计划的某个航段上，需要尽快切入最近航段，以最短时间完成飞行计划的航行。

一条飞行计划最多有25个点，即24个航段；直升机综合显示系统根据当前位置来判断目前直升机离当前激活飞行计划中的哪个航段最近，只对偏航距在航段之内或在航段的顺向延长线位置的航段进行偏航距的比较，这两种航段的判断方法如下：

给定一个航段，可以在该航段的两端画出两条与该航段垂直的垂线，当前点在两个垂线之外则判断直升机到航段的垂直距离在航段的延长线上。

判定准则：判断直升机在航段延长线的顺逆向

图1和图2的情况可通过判断∠P P_i+1P_i的角度进行判断：

若∠PP_i+1P_i的角度大于90°，即∠PP_i+1P_i的余弦值小于0，则直升机当前的位置P在航段延长线的逆向位置，在比较偏航距(直升机当前的位置P到航段的垂线距离)时舍弃P_iP_i+1之间的航段；

若∠PP_i+1P_i的角度小于或等于90°,即∠PP_i+1P_i的余弦值大于或等于0，则偏航距在航段之内或者P在航段延长线的顺向位置，在比较偏航距时保留该段。

其中，P表示直升机当前的位置，P_i、P_i+1表示飞行计划的航路点，两者之间的连线即为一个航段。

综合显示处理机接收到飞控系统的自动区域导航“接通”指令后，根据直升机当前的即时位置来判断当前直升机离飞行计划中的哪个航段最近，发送离最近航段的从点P_i、到点P_i+1及下一点P_i+2(下一个航段的起点)给组合导航系统的导航计算机。

实施例：

本方法涉及如何判断当前直升机离飞行计划中的哪个航段最近，为便于理解，举例如图3所示的飞行计划，总共有7个航路点，其中航路点A和点B为已飞航路点，对应的航段用虚线表示，以下以此为例进行说明。

步骤1，从飞行计划中获取未飞的有效航路点数量；

步骤2，如果未飞的有效航路点数量小于1，即所有的点都已经飞过，则返回飞行计划的最后一个航路点，此时直升机直接飞往飞行计划的最后一个航路点；如未飞的有效航路点数量不小于1，则进行下一步；

步骤3，分别计算飞行计划上的各个航路点到直升机当前位置P的直线距离，即PA，PB，PC……的距离；

步骤4，分别计算飞行计划所有航段(包括已飞和未飞航段)的直线距离，即AB，BC，CD……的距离；

步骤5，从未飞的第一个航路点开始，遍历直升机飞行计划所有的未飞航路点，对应图3从C点开始遍历，如果直升机当前位置P与未飞的第i个航路点C点重合，则取C点为自动区域导航接通点，如果P与未飞的i+1个航路点D点重合，则取D点为自动区域导航接通点；如果C点与D点重合(避免飞行计划中可能存在连续两个点是同一个点的情况)，则直接跳过C点，开始遍历下一个航路点；

步骤6，根据余弦定理计算直升机当前位置P与当前遍历的第i个航路点的下一个航路点i+1的连线PD与航路点i、航路点i+1构成的航段CD之间夹角的余弦值，并根据余弦值得到直升机到该航段的距离PQ(偏航距)；对应图3，根据△PCD的三条边，计算∠PDC的余弦值，根据该余弦值得到∠PDC的正弦值，从而计算出点P到CD的直线距离PQ；

按照相同的方法，计算直升机当前位置到所有未飞航段的偏航距；

步骤7，根据判定准则，从未飞航路点中找出满足∠PP_i+1P_i的余弦值大于或等于0条件的航路点，比较直升机到这些航段的偏航距，偏航距最小的航段即需要寻找的离直升机最近的航段；算法的流程图如图4所示。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直升机自动区域导航航段选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，从飞行计划中获取未飞的有效航路点数量；

步骤2，如未飞的有效航路点数量不小于1，则进行下一步；

步骤3，分别计算飞行计划上的各个航路点到直升机当前位置P的直线距离；

步骤4，分别计算飞行计划所有航段的直线距离；

步骤5，从未飞的第一个航路点开始，遍历直升机飞行计划所有的未飞航路点，根据直升机当前位置P与未飞的航路点的关系，确定是否接入自动区域导航；

步骤6，根据余弦定理计算直升机当前位置P与当前遍历的第i个航路点的下一个i+1航路点的连线PD与第i个航路点、第i+1个航路点构成的航段CD之间夹角的余弦值，并根据余弦值得到直升机到该航段的距离偏航距PQ；

按照相同的方法，计算直升机当前位置到所有未飞航段的偏航距；

步骤7，根据预设的判定准则，从未飞航路点中找出满足∠PP_i+1P_i的余弦值大于或等于0条件的航路点，根据直升机到这些航段的偏航距寻找最近的航段；其中，P_i、P_i+1表示飞行计划的航路点，两者之间的连线即为一个航段。

2.根据权利要求1所述的直升机自动区域导航航段选择方法，其特征在于，所述预设的判定准则为：

若∠PP_i+1P_i的角度大于90°，即∠PP_i+1P_i的余弦值小于0，则直升机当前的位置P在航段延长线的逆向位置，在比较偏航距时舍弃P_iP_i+1之间的航段。

3.根据权利要求2所述的直升机自动区域导航航段选择方法，其特征在于，所述预设的判定准则还包括：

若∠PP_i+1P_i的角度小于或等于90°，即∠PP_i+1P_i的余弦值大于或等于0，则偏航距在航段之内或者P在航段延长线的顺向位置，在比较偏航距时保留该段。

4.根据权利要求1所述的直升机自动区域导航航段选择方法，其特征在于，在步骤2中，如果未飞的有效航路点数量小于1，表示所有的点都已经飞过，则返回飞行计划的最后一个航路点，此时直升机直接飞往飞行计划的最后一个航路点。

5.根据权利要求1所述的直升机自动区域导航航段选择方法，其特征在于，所述根据直升机当前位置P与未飞的航路点的关系，确定是否接入自动区域导航，包括：

如果直升机当前位置P与未飞的第i个航路点C点重合，则取C点为自动区域导航接通点，如果P与未飞的i+1个航路点D点重合，则取D点为自动区域导航接通点。

6.根据权利要求5所述的直升机自动区域导航航段选择方法，其特征在于，如果C点与D点重合，则直接跳过C点，开始遍历下一个航路点。

7.根据权利要求1所述的直升机自动区域导航航段选择方法，其特征在于，所述根据直升机到这些航段的偏航距寻找最近的航段，包括：

比较直升机到这些航段的偏航距，偏航距最小的航段即需要寻找的离直升机最近的航段。

8.一种直升机飞控系统，所述飞控系统中装载有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时，实现根据权利要求1至7中任一权利要求所述方法的步骤。

Images