本发明涉及一种系留飞艇，尤其涉及一种失控系留飞艇坠落路线预测方法。
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：系留飞艇(也叫系留气球)是一种用作低空任务的载体，其区别与普通热气球和氢气球相比，具有承载能力大，安全性好，升空高度较高，抗风能力强及防雷电能力等特点。一般升空高度为2000-3500米，可长期滞留空中15-30天。气球需提供足够大的浮力，根据搭载设备的重量、升空高度、抗风能力及姿态稳定性要求，所需空中浮力大约在1-10吨的范围。为保证球上设备的安全，球体内充一定压力的氦气，充气后球体呈飞艇形状，末端具有尾翼，可在空中保持稳定的姿态，表皮为高强度、高密度轻质材料，具有良好的隐形功能，主要可用作通信中继，地形地貌勘察、高空摄影，边境侦察等民用和军事用途。美国是目前系留飞艇应用最多的国家，在美国与南美国家边界部署大量的低空系留飞艇用于贩毒、走私和偷越边境的侦查任务，美国还曾在伊拉克战争中使用小型的机动式系留飞艇用于军事目的。系留飞艇的功能相对卫星和预警飞机具有独特的优势，具有定点空中滞留、全天侯、实时性强、成本低等优势。由于气球本身和球上搭载设备的重要性和较高价值，系留飞艇升空回收系统作为整个系统地面支撑的关键设备，对系留飞艇工作的安全性、可靠性和有效性具有至关重要的影响。系留飞艇分为固定式和机动式，固定式系留飞艇的地面设备与大地固定安装，结构尺寸可不受空间限制，适用于球体体积较大、承载能力较大及升空高度较高的场合。机动式系留飞艇的升空回收设备为车载式，将气球氦气回收后可灵活转移部署，机动性强。由于系留飞艇上装载有多种检测设备，价格昂贵，还有宝贵的检测数据，一旦丢失会造成大量损失，然而现有的系留飞艇在缆绳意外断裂后，受到天气、风速等影响，其坠落路线和落点很难预测，导致设备丢失或损毁。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对
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的不足提供了一种失控系留飞艇坠落路线预测方法，其能够根据系留飞艇坠落时的环境因素，准确预测系留飞艇的落点方向和距离。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种失控系留飞艇坠落路线预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，利用失控系留飞艇上搭载的gps传回的经纬度信息，选取数据集中的若干组gps数据，计算每一时间间隔内系留飞艇的移动距离、速度和移动方向该方法基于地球扁椭球体坐标，根据临近两点坐标所构成的椭圆方程，计算两点之间地理距离，并给出移动的朝向；步骤二，采用风速风向的矢量平均方法，对系留飞艇移动方向及移动速度数据进行矢量平均运算，所获得的平均矢量移动速度及方向即为失控系留飞艇飘移的主方向，公式如下：第i次采得的风矢量在x、y方向的分量为：xi＝sinθiyi＝cosθi；在平均时间内取样n次，则x，y方向分量的平均值分别为：在得到后得出的矢量的模数，即是平均时间内的平均风速而辐角即为平均时间内的平均风向θ；其中，步骤三，鉴于高空湍流或风场的随机及不确定性对失控系留飞艇飞行速度与方向的影响，基于蒙特克罗方法给出失控系留飞艇飞行速度和方向这两个参数的不确定系数，并假设这一不确定性符合正态分布；基于蒙特克罗方法，通过程序随机投取t秒内的n次结果，获取相应的n组系留飞艇飞行的可能速度和方向；步骤四，由系留飞艇空气动力学分析：系留飞艇受力包括重力，浮力，气动升力，阻力，推力；在垂直方向上，下降速率率由动升力，以及浮力控制；在绳子断裂的情况下，气动升力将不再起影响作用，公式如下：系留飞艇浮力f＝ρ空气vg式中v是飞艇体积，g是重力，ρ空气是空气密度；控制过程如下，通过对系留气艇进行放气来缩小其体积，从而使系留气艇下降；具体公式如下：释放的气体体积v＝q*t流量公式q＝s×v，且s＝(πd2/4)×(2/3)式中q为流量(m3/s)，d为管道内径，v为流速(m/h)，s为水流截面积，t为放气时间，π是圆周率常数；气艇高度检测方法，在标准大气情况下，飞行器高度h与大气参数的关系如下：h＝f(ph，pb，tb，τb)其中，ph----飞行器所在高度的大气静压力；pb----标准大气下，各相应大气层的压力下限值(pa)；tb----标准大气下，各相应大气层的温度下限值(℃)；τb----标准大气下，各相应大气层的温度梯度(℃/km)；按照上述标准气压公式求得飞行器的气压高度认定：起飞点位置h0＝f(ph，pb，tb，τb),所以实际飞行高度为h＝h-h0；系留飞艇假设在假设气艇在若干秒内将垂直方向上速度调节至vtm/s，所以：降落时间t＝h/vt迭代次数为s＝t/t；步骤五，上述迭代在飞艇高度为0时的十秒后停止，并给出系留飞艇最终的漂移方向和距离。进一步的，步骤三中，基于蒙特克罗方法，通过程序随机投取10000次结果，获取相应的10000组系留飞艇飞行的可能速度和方向；根据这10000组系留飞艇飞行的速度和方向数据，程序将分别计算10000组10秒后、60秒后系留飞艇所在位置。进一步的，步骤四中，迭代次数为s＝t/10。进一步的，步骤四中，在气球落地之前，根据实时传回的gps信号数据，每5秒重复步骤一至四，迭代一次，给出新的估算。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：在系留气艇失控后，不仅能回传gps的地理位置信息，还能根据已有或正实时传回的gps数据，不断迭代计算并更新飞艇在空中的移动速度及方向，实时向地面搜寻人员发送系留气艇下一时刻的潜在飞行轨迹，并最终给出降落位置的概率分布图，有利于地面搜寻人员把握失控飞艇位置的动态变化，规避降落对地面人员、财物的潜在风险，显著增加飞艇寻回的可能性。本方案在估算潜在轨迹及降落位置的算法中，充分考虑飞艇形态、迫降放气速率、大气边界层风廓线等物理特性，对回传数据深度筛选、研判，基于概率统计方法，给出最优解。附图说明图1为系留飞艇速度波动图；图2a为一次运算中系留飞艇飘移方向图，图中各移动方向的概率，以相应的比例长度表示；图2b为一次运算中10s后系留飞艇飘移位置概率；图2c为一次运算中60s后系留飞艇飘移位置概率；图3a为系留飞艇最终的降落方向概率示意；图3b为系留飞艇最终的降落距离概率示意。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：一种失控系留飞艇坠落路线预测方法，包括如下步骤：步骤一，利用失控系留飞艇上搭载的gps传回的经纬度信息，选取数据集中的11组6ps数据(如表1所示)，计算每一时间间隔内系留飞艇的移动距离、速度和移动方向该方法基于地球扁椭球体坐标(其中系留飞艇速度波动参照附图1)，根据临近两点坐标所构成的椭圆方程，计算两点之间地理距离，并给出移动的朝向；朝向已正北为0°，顺时针为正。该方法要求椭圆偏心率小等于0.08，因此仅不适合赤道或极地地区的飞艇追踪。计算方法由带有matlab程序的软件实现。表1系留飞艇经纬度数据原始数据1234567891011经度118.7157118.7157118.7158118.7158118.7158118.715118.7162118.7162118.7163118.7163118.7165纬度32.203432.2034532.2035232.2036432.2037732.2038232.2039432.2039532.2041432.2042732.20453结果角度32.2343728.902197.74765210.84437274.240683.0281281.7674811.4100917.502831.52481速度0.0006550.0008990.0013320.0014560.0077980.0108710.0006970.0021490.0014770.003343位移0.0006550.0008990.0013320.0014560.0077980.0108710.0006970.0021490.0014770.003343步骤二，采用风速风向的矢量平均方法，对系留飞艇移动方向及移动速度数据进行矢量平均运算，所获得的平均矢量移动速度及方向即为失控系留飞艇飘移的主方向，公式如下：第i次采得的风矢量在x、y方向的分量为：xi＝sinθiyi＝cosθi；在平均时间内取样n次，则x，y方向分量的平均值分别为：在得到后得出的矢量的模数，即是平均时间内的平均风速而辐角即为平均时间内的平均风向θ。其中，各情况下系留飞艇的漂移方向如表2所示。表2系留飞艇飘移方向步骤三，鉴于高空湍流或风场的随机及不确定性对失控系留飞艇飞行速度与方向的影响，基于蒙特克罗方法给出失控系留飞艇飞行速度和方向这两个参数的不确定系数，并假设这一不确定性符合正态分布。基于蒙特克罗方法，通过程序随机投取10000次结果，获取相应的10000组系留飞艇飞行的可能速度和方向；根据这10000组系留飞艇飞行的速度和方向数据，程序将分别计算10000组10秒后、60秒后系留飞艇所在位置。步骤四，由系留飞艇空气动力学分析：系留飞艇受力包括重力，浮力，气动升力，阻力，推力；在垂直方向上，下降速率率由动升力，以及浮力控制；在绳子断裂的情况下，气动升力将不再起影响作用，公式如下：系留飞艇浮力f＝ρ空气vg式中v是飞艇体积，g是重力，ρ空气是空气密度；控制过程如下，通过系留气艇上设置的plc控制器控制电磁阀对系留气艇进行放气来缩小其体积，从而使系留气艇下降；具体公式如下：释放的气体体积v＝q*t流量公式q＝s×v，且s＝(πd2/4)×(2/3)式中q为流量(m3/s)，d为管道内径，v为流速(m/h)，s为水流截面积，t为放气时间，π是圆周率常数；气艇高度检测方法，在标准大气情况下，飞行器高度h与大气参数的关系如下：h＝f(ph，pb，tb，τb)其中，ph----飞行器所在高度的大气静压力；pb----标准大气下，各相应大气层的压力下限值(pa)；tb----标准大气下，各相应大气层的温度下限值(℃)；τb----标准大气下，各相应大气层的温度梯度(℃/km)；按照上述标准气压公式求得飞行器的气压高度认定：起飞点位置h0＝f(ph，pb，tb，τb),所以实际飞行高度为h＝h-h0；系留飞艇假设在假设气艇在15s内将垂直方向上速度调节至5m/s，所以：降落时间t＝h/5迭代次数为s＝t/10；在气球落地之前，根据实时传回的gps信号数据，每5秒重复步骤一至四，迭代一次，给出新的估算。通过连续运算，最终获得未来10秒后和60s后的扇形的系留飞艇潜在位置分布图(参照图2a、图2b和2c)。步骤五，上述迭代在气艇高度为0时的十秒后停止，并给出系留飞艇最终的降落位置的范围。通过将扇形区域栅格化(5m*5m)，把计算获得总的飞艇可能位置落入每个小栅格区域内数据量，最终获取飞艇潜在所处位置的概率分布的权重，并通过填色绘图以可视化的方案呈献给地面搜寻人员(参照图3a、3b)。本
技术领域：
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。当前第1页12