专利名称：一种克服空间定向障碍和错觉的方法
技术领域：
本发明涉及交通安全，特别是涉及驾驶人员在驾驶中克服空间定向障碍和错觉的方法。
背景技术：
人的空间位置通过视觉、前庭觉、本体觉等进行判定，其中视觉起决定性的作用。当快速行驶的运动器，如飞机、高速列车或汽车在缺乏外界参照物或参照物不明确的条件下(不能通过视觉进行定位)，驾驶者可能会对自身(运动器)的空间位置不能形成正确的判断，导致空间定向障碍，而发生错觉，如各类飞行错觉。空间定向障碍并由此形成飞行错觉是导致飞行事故的一个重要原因。在错觉发生期间，一旦有了明确的视觉线索，如飞行中看到了天地线，则错觉通常会立刻消失。错觉在飞行活动中经常发生，目前采用克服错觉的方法有地面模拟，使飞行员了解和体验飞行错觉。如果在飞行中出现错觉，则要求飞行员要坚信仪表信息，按照仪表的显示进行飞行。但是由于目前仪表信息(如高度、速度等)有限，缺乏飞行员自身(或飞机)在空中的相对位置信息，导致飞行员更容易相信自己的感觉(前庭、本体觉)而不相信仪表信息，往往酿成飞行事故。另外，空间定向障碍分为可知型(约80%)和不可知型(约20%)，其中不可知性空间定向障碍对飞行安全危害更大。目前技术提供给飞机或其他运动器座舱(或驾驶室)内的信息主要是速度、高度等信息。GPS地图可以提供实时的平面交通信息，已经广泛用于汽车等交通工具，但是缺乏实时的空间信息。另外，GPS技术源自美国，不宜用于我军的各类运动器(如飞机)的空间定位。
发明内容
为了解决空间定向障碍和错觉问题，本发明提供一种克服空间定向障碍和错觉的方法，以便使驾驶员(如飞行员)实时了解自身(运动器)的空间相对位置，避免空间定向障碍和错觉的发生和交通事故。本发明的目的是这样实现的，一种克服空间定向障碍和错觉的方法，其特征是其具体步骤如下
步骤101，依据天体目标随时间变化规律建立时间和参考座标与天体目标空间座标位置对应数据库文件；
步骤102，在飞行器飞行后，通过空间定位器获取飞行器的空间座标；
步骤103，通过电子罗盘和陀螺确定飞行器方位姿态；
步骤104，时间定时器给出时间信息；
步骤105，通过时间信息调取当前数据库文件中参考座标与天体目标空间座标位置；步骤106，依据飞行器当空间座标与参考座标点计算当前天体目标空间座标与飞行器的相对位置；
步骤107，通过电子罗盘和陀螺确定飞行器方位姿态；
步骤108，依据飞行器方位姿态确定天体目标是否在显示器显示视场，不在显示视场，执行步骤111，清屏，重新返回步骤102，在显示视场，进行步骤109 ；
步骤109，通过显示器显示在飞行器方位姿态情况下的空间座标和天体目标位置；
步骤110，返回步骤102。所述的随时间变化规律建立时间和天体目标位置包括在某年、某月、某日、某时、某分、某秒时一个参考空间座标点的月亮或太阳或月亮和太阳的天体参考座标位置。所述的飞行器的空间座标和天体目标位置是随方位姿态变化而变化。所述的方位姿态计算通过电子罗盘和陀螺给出当前数据，依据飞行器速度和飞行器性能参数给出下一时刻计算信息。所述的步骤106中依据飞行器当空间座标与参考座标点计算当前天体目标空间座标与飞行器的相对位置包括
201)飞行器当空间座标与参考座标点进行比较；
202)相对天体目标方位可以忽略，以参考座标代替飞行器当前空间座标；
203)相对天体目标方位不可以忽略，以飞行器当前空间座标为A点，以参考座标为B点，以天体目标为C点，通过三解座标公式解折计算飞行器当前空间座标与天体目标方位；
204)将飞行器当前空间座标与天体目标方位放入缓存器中，以备调用。所述的飞行器当空间座标通过北斗卫星定位导航或gps定位导航。本发明的优点是通过实时提供飞机(运动器)相对与地面和天体间的视觉信息，使飞行员始终保持对自己(飞机)空间相对位置的线索就能够避免发生空间定向障碍，因此也就可以预防错觉和由此导致的交通事故(如飞行事故)的发生。同样，在快速行驶的火车、汽车、船只等在黑夜、大雾、雪地等视觉线索缺乏或不明确的条件下也会发生错觉，也可能会酿成交通事故，而如果驾驶员能够随时获取相关空间位置信息则可以有效的避免。本发明解决上述技术问题的技术方案是将空间信息实时耦合到飞机(或其他运动器)各类显示装置中，如平显、头盔显示器、飞行电子地图，驾驶员(飞行员)通过实时信息确定自己在空间的相对位置和姿态(如转弯、侧飞、倒飞、旋转)，判断是否处于失空间定向(错觉)姿态，以便及时纠正。实时信息可以通过平显、头盔显示器、膝上飞行地图显示器等进行显示，
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明
图1是本发明实施例流程 图2是本发明实施例步骤6的流程 图3是本发明实施例显示器显示示意图。图中，1、显示器；2、第一空间体；3、第二空间体；4、姿态显示器；5、参数显示区；6、参考目标。
具体实施例方式如图1所示，一种克服空间定向障碍和错觉的方法，其具体步骤(以飞机为例)如下
步骤101，依据天体目标随时间变化规律建立时间和参考座标与天体目标空间座标位置对应数据库文件； 步骤102，在飞行器飞行后，通过空间定位器获取飞行器的空间座标；
步骤103，通过电子罗盘和陀螺确定飞行器方位姿态；
步骤104，时间定时器给出时间信息；
步骤105，通过时间信息调取当前数据库文件中参考座标与天体目标空间座标位置；步骤106，依据飞行器当空间座标与参考座标点计算当前天体目标空间座标与飞行器的相对位置；
步骤107，通过电子罗盘和陀螺确定飞行器方位姿态；
步骤108，依据飞行器方位姿态确定天体目标是否在显示器显示视场，不在显示视场，执行步骤111，清屏，重新返回步骤102，在显示视场，进行步骤109 ；
步骤109，通过显示器显示在飞行器方位姿态情况下的空间座标和天体目标位置；
步骤110，返回步骤102。如图2所示，所述的步骤106中依据飞行器当空间座标与参考座标点计算当前天体目标空间座标与飞行器的相对位置包括
201)飞行器当空间座标与参考座标点进行比较；
202)相对天体目标方位可以忽略，以参考座标代替飞行器当前空间座标；
203)相对天体目标方位不可以忽略，以飞行器当前空间座标为A点，以参考座标为B点，以天体目标为C点，通过三解座标公式解折计算飞行器当前空间座标与天体目标方位；
204)将飞行器当前空间座标与天体目标方位信息放入缓存器中，以备调用。飞行器当前空间座标与参考座标相对于天体目标都很远，相对于距离来讲，可以忽略，因此通过参考座标确定飞行器当前空间座标时，当距离有限时，可以简化算法。如图3所示，在显示器I上有一参考目标6，参考目标6是为了正确显示飞行器直视目标而引入的，任何飞行器的位置都是不确定的(处于运动状态)，只有引入参考目标6，才能建立天体目标随时间变化规律建立时间和参考座标与天体目标空间座标位置对应数据库文件。显示器I可以分成不同显示区(依具体运动器而定)，如大面积的上区为天体目标显示区，在左右下角各有姿态显示器4和飞行器参数显示区5。显示器I的天体目标随时间变化，同时也会随显示器4姿态变化。在显示器I天体目标主要由第一空间体太阳2和第二空间体月亮3，第一空间体太阳2和第二空间体月亮3相对参考目标6时时刻刻都在变化，飞行器相对参考目标6也是时时刻刻都在变化，飞行器正视前方的视场表现在显示器I上，飞行器姿态背靠第一空间体太阳2和第二空间体月亮3或第一空间体太阳2或第二空间体月亮3，显示器I内只会有姿态显示器4和飞行器参数显示区5或天地线。由于第一空间体太阳2和第二空间体月亮3相对参考目标6为无穷远，飞行器相对参考目标6为有限距离，只有都过上百公里时，飞行器与参考目标6之间相对第一空间体太阳2和第二空间体月亮3角度才会明显变化。本发明中，飞行前调校机载航电控制系统或膝上计算机内(简称服务器)日期时间和卫星定位实时参数；运动器(飞机)行驶后首先通过飞行参数(速度(马赫数)、高度、导航参数)、时间、日期、天体运行参数、卫星定位参数输入服务器后，服务器自行校准飞机运行轨迹、姿态；将校准后的飞机运行轨迹、姿态实时显示在座舱内显示装置上，驾驶员可以根据起飞时的方位核实飞机空间位置和姿态信息；显示装置所显示的飞机空间位置和姿态包括天地线、主要天体，如太阳、月亮、北极星等信息；飞行人员根据显示信息辅助判断自身(飞机)的姿态，如倒飞(头向下)、侧飞；飞机的空间位置，如与天体之间的相对位置，如面向太阳或月亮，背向太阳或月亮，与天地线间的角度等。飞行前，地面人员对机载系统进行检验，(I)关闭飞机空间位置和姿态信息，按常规方式进行飞行；(2)当飞机处于倒飞、倾斜飞行等不正常姿态时自动启动该显示装置，对飞行人员进行语音提示；(3)信息可同时通过实时通讯方式反馈于地面指挥塔，地面指挥员掌握飞机空间位置和姿态信息，适时提醒飞行员。
权利要求
1.一种克服空间定向障碍和错觉的方法，其特征是其具体步骤如下步骤101，依据天体目标随时间变化规律建立时间和参考座标与天体目标空间座标位置对应数据库文件；步骤102，在飞行器飞行后，通过空间定位器获取飞行器的空间座标；步骤103，通过电子罗盘和陀螺确定飞行器方位姿态；步骤104，时间定时器给出时间信息；步骤105，通过时间信息调取当前数据库文件中参考座标与天体目标空间座标位置；步骤106，依据飞行器当空间座标与参考座标点计算当前天体目标空间座标与飞行器的相对位置；步骤107，通过电子罗盘和陀螺确定飞行器方位姿态；步骤108，依据飞行器方位姿态确定天体目标是否在显示器显示视场，不在显示视场， 执行步骤111，清屏，重新返回步骤102，在显示视场，进行步骤109 ；步骤109，通过显示器显示在飞行器方位姿态情况下的空间座标和天体目标位置；步骤110，返回步骤102。
2.根据权利要求1所述的一种克服空间定向障碍和错觉的方法，其特征是所述的随时间变化规律建立时间和天体目标位置包括在某年、某月、某日、某时、某分、某秒时一个参考空间座标点的月亮或太阳或月亮和太阳的天体参考座标位置。
3.根据权利要求1所述的一种克服空间定向障碍和错觉的方法，其特征是所述的飞行器的空间座标和天体目标位置是随方位姿态变化而变化。
4.根据权利要求1所述的一种克服空间定向障碍和错觉的方法，其特征是所述的方位姿态计算通过电子罗盘和陀螺给出当前数据，依据飞行器速度和飞行器性能参数给出下一时刻计算信息。
5.根据权利要求1所述的一种克服空间定向障碍和错觉的方法，其特征是所述的步骤106中依据飞行器当空间座标与参考座标点计算当前天体目标空间座标与飞行器的相对位置包括201)飞行器当空间座标与参考座标点进行比较；202)相对天体目标方位可以忽略，以参考座标代替飞行器当前空间座标；203)相对天体目标方位不可以忽略，以飞行器当前空间座标为A点，以参考座标为B 点，以天体目标为C点，通过三解座标公式解折计算飞行器当前空间座标与天体目标方位；204)将飞行器当前空间座标与天体目标方位放入缓存器中，以备调用。
6.根据权利要求1所述的一种克服空间定向障碍和错觉的方法，其特征是所述的飞行器当空间座标通过北斗卫星定位导航或gps定位导航。
全文摘要
本发明涉及驾驶人员在驾驶中克服空间定向障碍和错觉的方法，步骤如下1)依据天体目标随时间变化规律建立时间和参考座标与天体目标空间座标位置对应数据库文件；2)在飞行器飞行后，通过空间定位器获取飞行器的空间座标；3)通过电子罗盘和陀螺确定飞行器方位姿态；4)时间定时器给出时间信息；5)通过时间信息调取当前数据库文件中参考座标与天体目标空间座标位置；6)依据飞行器当空间座标与参考座标点计算当前天体目标空间座标与飞行器的相对位置；7)通过电子罗盘和陀螺确定飞行器方位姿态；8)依据飞行器方位姿态确定天体目标是否在显示器显示视场；9)通过显示器显示在飞行器方位姿态情况下的空间座标和天体目标位置；10)返回步骤2。避免交通事故。
文档编号G01C21/00GK103017759SQ201210561969
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月22日 优先权日2012年12月22日
发明者张作明, 张 浩 申请人:中国人民解放军第四军医大学