基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通讯技术领域，具体为一种基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告 警系统和方法。
【背景技术】
[0002] 在航空领域，按飞行高度把飞行过程分为超低空飞行、低空飞行、中空飞行、高空 飞行和超高空飞行，如下表所示。
【主权项】
1. 基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一，设定飞行目标任务航行轨迹，任务飞行空域，装载二维和三维地图，读取地图 高程信息； 步骤二，通过北斗卫星导航系统，实时获取飞行目标经度、炜度和高度值，生成当前时 刻飞行目标所在位置地形的横向和纵向剖面图； 步骤三，根据预设任务区域、高程数据、地图信息、预设航线以及飞行目标的当前飞行 信息，分别进行飞行目标的空域判断、高度判断、障碍判断和偏航判断； 步骤四，如果步骤三中任意一个判断结果显示飞行目标出现了安全威胁，则对飞行目 标进行安全告警，并记录和更新安全告警信息； 所述的安全威胁包括空域判断对应的飞离任务空域的结果，高度判断对应的飞行高度 低于安全高度的结果，障碍判断对应的前方有障碍的结果，以及偏航判断对应的航线偏离 的结果； 步骤五，如果步骤三中所有判断结果均显示飞行目标没有安全威胁，则更新飞行目标 的当前飞行信息，重复步骤二到步骤五，直到飞行任务完成；所述的飞行信息包括飞行目标 的经度、炜度、高度、航向角、翻滚角、俯仰角和速度。
2. 根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警方法，其特征在 于，步骤二中生成横向剖面时，以飞行目标为中心，按横向步进长度扫描横向安全距离内的 区域，计算地形高程与飞行目标高度，生成横向高度对比图；具体包括如下步骤， 2. Ia根据飞行目标当前的航向，计算出垂直于航向的横向单位向量； 2. 2a以飞行目标为中心，分别向垂直于航向的横向水平方向，扫描横向安全距离内的 区域，以横向步进长度为单位选择横向高程点，并计算每个横向高程点的经炜度值； 2. 3a通过得到的经炜度值查找地图高程数据，得到横向高程点的高度，形成横向剖面 高度列表，最后比对飞行目标高度，形成当前位置的横向剖面图； 步骤二中生成纵向剖面图时，按纵向步进长度扫描飞行目标前方纵向安全距离的区 域，获取地形高程与飞行高度，生成序列化的高度差图形，具体包括如下步骤， 2. Ib根据飞行目标当前的航向，计算沿航向的单位向量； 2.2b以飞行目标为起点，按纵向步进长度扫描飞行目标前方纵向安全距离的区域，以 纵向步进长度为单位选择纵向高程点，并计算每个纵向高程点的经炜度值； 2. 3b通过得到的经炜度值查找地图高程数据，得到纵向高程点的高度，形成纵向剖面 的高度列表，最后比对飞行目标高度，形成当前位置的纵向剖面图。
3. 根据权利要求2所述的基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警方法，其特征在 于，步骤三中障碍判断时，具体方法如下， 3. 1设置障碍告警标志为false ; 3. 2判定横向剖面高度列表中各横向高程点与飞行目标高度的关系，若其中任意一点 高度值大于等于飞行目标高度，设置障碍告警标志位ture，同时终止横向比对； 3. 3判定纵向剖面高度列表中各纵向高程点与飞行目标高度的关系，若其中任意一点 高度值大于等于飞行目标高度，设置障碍告警标志位ture，同时终止纵向比对； 3. 4告警判定； 若障碍告警标志为ture，则对飞行目标进行对应障碍判断的安全告警，并记录和更新 安全告警信息； 若障碍告警标志为false，则清除对应障碍判断的安全告警。
4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警方法，其特征在 于，步骤三中空域判断时，具体方法如下， 4. 1获取划定空域的多边形各顶点的经炜度坐标； 4. 2判定飞行目标当前位置与划定多边形空域的关系，若不在划定空域内，则对飞行目 标进行对应空域判断的安全告警，并记录和更新安全告警信息；否则，则清除对应空域判断 的安全告警。
5. 根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警方法，其特征在 于，步骤三中高度判断时，具体方法如下， 5. 1通过飞行目标当前经炜度，获取此位置的地图高程数据； 5. 2计算目标高度与地图高程的差值，判定该差值与安全高度的关系； 若差值小于安全警戒高度，则对飞行目标进行对应高度判断的安全告警，并记录和更 新安全告警信息； 若差值大于安全警戒高度，则清除对应高度判断的安全告警。
6. 根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警方法，其特征在 于，步骤三中偏航判断时，具体方法如下， 6. 1根据当前飞行目标经炜度，获取航迹列表中两个最邻近航迹点； 6.2位置坐标变换；将飞行目标及两个最邻近航迹点的地理坐标值转化为笛卡尔坐标 值； 6. 3根据转化得到的笛卡尔坐标值计算飞行目标到两个最邻近航迹点形成的直线的距 离d ; 6. 4判定距离d是否为安全距离； 若d大于等于安全距离，则对飞行目标进行对应偏航判断的安全告警，并记录和更新 安全告警信息； 若d小于安全距离，则清除对应偏航判断的安全告警。
7. 根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警方法，其特征在 于，对飞行目标进行对应判断的安全告警时，通过形成告警消息队列，实时显示、存储、更新 安全告警信息； 形成告警消息队列时，根据告警的优先级顺序由高到低依次排列，其中，障碍告警、高 度告警、空域告警和偏航判断的优先级依次降低。
8. 基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警系统，其特征在于，包括， 用于设定飞行目标任务航行轨迹，任务飞行空域，装载二维和三维地图，读取地图高程 信息的装置； 用于通过北斗卫星导航系统，实时获取飞行目标经度、炜度和高度值，生成当前时刻飞 行目标所在位置地形的横向和纵向剖面图的装置； 用于根据飞行目标的当前飞行信息，分别进行飞行目标的空域判断、高度判断、障碍判 断和偏航判断的装置； 当任意一个判断结果显示飞行目标出现了安全威胁，用于对飞行目标进行安全告警， 并记录和更新安全告警信息的装置； 当所有判断结果均显示飞行目标没有安全威胁，用于更新飞行目标的当前飞行信息的 装置； 所述的安全威胁包括空域判断对应的飞离任务空域的结果，高度判断对应的飞行高度 低于安全高度的结果，障碍判断对应的前方有障碍的结果，以及偏航判断对应的航线偏离 的结果； 所述的飞行信息包括飞行目标的经度、炜度、高度、航向角、翻滚角、俯仰角和速度。
9. 根据权利要求8所述的基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警系统，其特征在 于，还包括， 用于以飞行目标为中心，按横向步进长度扫描横向安全宽度内的区域，计算地形高程 与飞行目标高度，生成横向高度对比图的装置； 用于按纵向步进长度扫描飞行目标前方纵向安全距离的区域，获取地形高程与飞行目 标高度，生成序列化的高度差图形显示的装置。
10. 根据权利要求9所述的基于北斗卫星导航系统的低空飞行目标告警系统，其特征 在于，用于飞行目标障碍判断的装置中，包括， 设置障碍告警标志为false的装置； 用于判定横向剖面高度列表中各横向高程点与飞行目标高度的关系的装置； 当横向判断结果为其中任意一点高度值大于等于飞行目标高度时，用于设置障碍告警 标志位ture，同时终止横向比对的装置； 用于判定纵向剖面高度列表中各纵向高程点与飞行目标高度的关系的装置； 当纵向判断结果若其中任意一点高度值大于等于飞行目标高度时，用于设置障碍告警 标志位ture，同时终止纵向比对的装置； 当障碍告警标志为ture，用于对飞行目标进行对应障碍判断的安全告警，并记录和更 新安全告警信息的装置； 当障碍告警标志为false，用于清除对应障碍判断的安全告警的装置。
【专利摘要】本发明提供一种能够对低空飞行目标进行安全监控和指挥引导，进行威胁综合评估，实时告警的基于北斗卫星导航系统的综合飞行安全告警系统和方法。其通过采用北斗卫星导航系统，不仅提供飞行目标的三维定位信息，还传输飞行参数，为实现综合告警应用提供了很好的技术支撑平台。本发明在全面分析各种安全威胁的前提下，对低空飞行目标实现了实时的安全告警；对于直接安全威胁方面的告警，不仅体现了飞行轨迹中最为关注的航向前方高度告警，同时，通过障碍告警方法也对飞行目标左右两侧进行地形感知、威胁评估和安全告警，健全了飞行目标前后左右全方位的障碍感知和告警体系。障碍告警方法的实现，规划出安全的航行轨迹，更确保整个飞行管道的安全。
【IPC分类】G08G5-00, G01S19-39
【公开号】CN104851322
【申请号】CN201510283482
【发明人】拓明福, 李宗哲, 张军, 白洋
【申请人】西安尚安隆软件科技有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月28日