一種飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及飛行器導航領域，具體涉及一種飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，包括以下步驟：S1獲得雷達站點分布數(shù)據(jù)、雷達屬性數(shù)據(jù)、雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)和飛行器屬性；S2根據(jù)地球曲率、雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)，計算雷達的可視范圍；S3計算雷達不可視區(qū)域內(nèi)柵格點的聯(lián)通性分析，得出所有可達柵格點集合構建為安全飛行規(guī)劃路徑；S4按照步驟S3中的安全飛行規(guī)劃路徑對飛機進行導航。本發(fā)明充分考慮了復雜的地形環(huán)境障礙，以及飛行器自身屬性約束，最突出的是考慮了雷達區(qū)的約束，對復雜的戰(zhàn)場環(huán)境進行了充分的模擬和分析，無限接近真實戰(zhàn)場地理環(huán)境，為飛行器安全通過雷達部署區(qū)域提供了優(yōu)化的路徑導航。
【專利說明】一種飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛行器導航領域，尤其涉及一種飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法。

【背景技術】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，路徑規(guī)劃作為一些領域的關鍵技術，國內(nèi)外有很多學者對路徑 規(guī)劃進行了研究并取得了不少成果。路徑規(guī)劃的應用范圍很廣，目前主要用于線路導航、虛 擬現(xiàn)實、智能計算以及機器人領域。
[0003] 路徑規(guī)劃是運動規(guī)劃的主要研究內(nèi)容之一。運動規(guī)劃由路徑規(guī)劃和軌跡規(guī)劃組 成，連接起點位置和終點位置的序列點或曲線稱之為路徑，構成路徑的策略稱之為路徑規(guī) 劃。路徑規(guī)劃在機器人學與虛擬現(xiàn)實中研究較多，主要研究內(nèi)容可概括為：1)靜態(tài)結構化 環(huán)境下的路徑規(guī)劃；2)動態(tài)已知環(huán)境下的路徑規(guī)劃；3)動態(tài)不確定環(huán)境下的路徑規(guī)劃。根 據(jù)規(guī)劃體對環(huán)境信息知道的程度不同，路徑規(guī)劃可分為兩種類型：環(huán)境信息完全已知的全 局路徑規(guī)劃，又稱靜態(tài)或離線路徑規(guī)劃；環(huán)境信息完全未知或部分未知，通過傳感器在線地 對機器人的工作環(huán)境進行探測，以獲取障礙物的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃， 又稱動態(tài)或在線路徑規(guī)劃。局部路徑規(guī)劃和全局路徑規(guī)劃并有本質(zhì)區(qū)別。很多適用于全局 路徑規(guī)劃的方法經(jīng)過改進都可以用于局部路徑規(guī)劃；而適用于局部路徑規(guī)劃的方法都可以 適用于全局路徑規(guī)劃。
[0004] 同時針對路徑規(guī)劃所服務的對象的不同，路徑規(guī)劃又可分為面向地面實體如坦 克、汽車、機器人等，以及面向空中實體的路徑規(guī)劃，如各種不同的飛行器。
[0005] 傳統(tǒng)的飛行路徑規(guī)劃，往往只考慮地球表層地形環(huán)境、氣象環(huán)境，是針對自動躲避 障礙物如高山等而設計，而少有同時考慮復雜地形環(huán)境下，雷達危險區(qū)域的約束控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術問題
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種參照復雜地形環(huán)境、雷達危險區(qū)域的約束控制，合理進 行飛行路徑預規(guī)劃的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法。
[0008] (二）技術方案
[0009] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0010] 一種飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，包括以下步驟：
[0011] Si獲得雷達站點分布數(shù)據(jù)、雷達屬性數(shù)據(jù)、雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)和飛行器屬 性；
[0012] S2根據(jù)地球曲率、雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)，計算雷達的可視范圍；
[0013] S3計算雷達不可視區(qū)域內(nèi)柵格點的聯(lián)通性分析，得出所有可達柵格點集合構建為 安全飛行規(guī)劃路徑；
[0014] S4按照步驟S3中的安全飛行規(guī)劃路徑對飛機進行導航。
[0015] 其中，所述步驟Sl中，雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)的處理分析采用數(shù)字地形分析中 DEM數(shù)據(jù)分析，提高了地形數(shù)據(jù)處理的清晰度。
[0016] 進一步，所述步驟Sl中，飛行器屬性包括飛機進入雷達部署區(qū)域的初始位置P、飛 機自身參數(shù)以及飛行最大限制高度，為雷達部署區(qū)域的計算提供必要的數(shù)據(jù)。
[0017] 其中，所述步驟S2具體包括以下步驟：
[0018] S21按照雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)的分辨率為基礎，以雷達部署點為中心點，考慮雷 達的可視半徑，計算無地形環(huán)境的可視范圍圖；
[0019] S22根據(jù)地球曲率、雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)，循環(huán)計算雷達中心點到平坦雷達可視 范圍內(nèi)可視數(shù)據(jù)柵格點，得出可視數(shù)據(jù)柵格點的集合。通過以上步驟可精確有效得出平坦 雷達可視范圍內(nèi)的可視數(shù)據(jù)柵格點。
[0020] 進一步，所述步驟S21中，雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)以10米分辨率為基礎，設置雷達 可視域的柵格計算圖，提供清晰的柵格計算圖。
[0021] 其中，所述步驟S22包括以下步驟：
[0022] I.采用下述公式1計算雷達中心點和目標點的最大直視距離L ;

【權利要求】
1. 一種飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，包括以下步驟： S1獲得雷達站點分布數(shù)據(jù)、雷達屬性數(shù)據(jù)、雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)和飛行器屬性； S2根據(jù)地球曲率、雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)，計算雷達的可視范圍； S3計算雷達不可視區(qū)域內(nèi)柵格點的聯(lián)通性分析，得出所有可達柵格點集合構建為安全 飛行規(guī)劃路徑； S4按照步驟S3中的安全飛行規(guī)劃路徑對飛機進行導航。
2. 根據(jù)權利要求1所述的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，所述步驟S1中， 雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)的處理分析采用數(shù)字地形分析中DEM數(shù)據(jù)分析。
3. 根據(jù)權利要求1所述的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，所述步驟S1中， 飛行器屬性包括飛機進入雷達部署區(qū)域的初始位置P、飛機自身參數(shù)以及飛行最大限制高 度。
4. 根據(jù)權利要求3所述的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，所述步驟S2具 體包括以下步驟： S21按照雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)的分辨率為基礎，以雷達部署點為中心點，考慮雷達的 可視半徑，計算無地形環(huán)境的可視范圍圖； S22根據(jù)地球曲率、雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)，循環(huán)計算雷達中心點到平坦雷達可視范圍 內(nèi)可視數(shù)據(jù)柵格點，得出可視數(shù)據(jù)柵格點的集合。
5. 根據(jù)權利要求4所述的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，所述步驟S21 中，雷達部署區(qū)域地形數(shù)據(jù)以10米分辨率為基礎，設置雷達可視域的柵格計算圖。
6. 根據(jù)權利要求4所述的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，所述步驟S22包 括以下步驟： I. 采用下述公式1計算雷達中心點和目標點的最大直視距離L; 公式1
然后以雷達中心點為視點，計算視點和目標點的地心慣性坐標計算兩者之間的直線距 離d，若d大于L，則判定不能通視；否則，進行以下步驟的計算； II. 計算雷達中心點與目標點連線之間球面所經(jīng)過柵格數(shù)據(jù)點的經(jīng)緯度坐標的視點集 S也，P2,P3,? ? ?Pn}，其中P代表視線所經(jīng)過的每個柵格點； III. 循環(huán)計算視點集S中的柵格數(shù)據(jù)點的真實高程值Hti ;高程Hti為所處經(jīng)緯度點原 始高程HOTi與地面曲率影響下所抬高的高程Hs之和，建立雷達中心點與目標點所經(jīng)每個柵 格點的可視高程閾值氏與當前柵格點與雷達中心點距離屯之間的變量關系； 公式2 : Hj=k(dj-D) +Ht 其中，屯為當前柵格點與雷達中心點距離；D為雷達中心點與目標點之間的距離，Ht為 目標點的真實高程，k為直線斜率； 公式3 : k= (Ht-HJAD-O)，其中，H。為雷達中心點的真實高程； 如果在視點集中，存在計算的真實高程值Hti大于當前計算點的高程閾值氏，則判斷雷 達中心點與目標點兩點不可視；如果循環(huán)結束，真實高程Hti均小于高程閾值氏，則兩點可 視。
7. 根據(jù)權利要求6所述的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，所述步驟S3具 體包括以下步驟： S31根據(jù)飛行器的屬性，從飛機進入雷達部署區(qū)域位置P開始，逐個柵格點計算飛行路 徑，且計算當前柵格點是否滿足以下條件，如果滿足以下條件，則當前柵格點作為路徑點之 a. 屬于雷達不可視范圍區(qū)域； b. 飛機飛行高度值小于相鄰最近的一個或多個雷達點被阻擋的高程； c. 計算與當前所處雷達半徑范圍內(nèi)雷達站點是否可視； d. 飛機高度小于飛機的最大高程限制； S32循環(huán)至整個雷達部署區(qū)域，找出所有滿足步驟S31條件的柵格點進行聯(lián)通性判斷， 所有相鄰并具有聯(lián)通性的柵格點集合構建為安全可達飛行路徑。
8. 根據(jù)權利要求7所述的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，所述步驟S32的 聯(lián)通性判斷方法是：判斷當前柵格點與八方向相鄰柵格單元是否均屬于當前柵格點的可視 柵格區(qū)域；如果屬于當前柵格點的可視柵格區(qū)域，則判斷為可聯(lián)通，否則，判斷為不可聯(lián)通。
9. 根據(jù)權利要求1?8任一項所述的飛行器穿越雷達區(qū)的飛行方法，其特征在于，所述 步驟S4中，飛行器可從規(guī)劃的多條安全飛行規(guī)劃路徑中，根據(jù)最短距離或最短時間，確定 一條為安全飛行規(guī)劃路徑。
【文檔編號】G01C21/20GK104406589SQ201410641242
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權日:2014年11月13日
【發(fā)明者】陶坤旺, 張福浩, 胡璐錦, 仇阿根 申請人:中國測繪科學研究院