一种飞行器穿越雷达区的飞行方法
【专利摘要】本发明涉及飞行器导航领域，具体涉及一种飞行器穿越雷达区的飞行方法，包括以下步骤：S1获得雷达站点分布数据、雷达属性数据、雷达部署区域地形数据和飞行器属性；S2根据地球曲率、雷达部署区域地形数据，计算雷达的可视范围；S3计算雷达不可视区域内栅格点的联通性分析，得出所有可达栅格点集合构建为安全飞行规划路径；S4按照步骤S3中的安全飞行规划路径对飞机进行导航。本发明充分考虑了复杂的地形环境障碍，以及飞行器自身属性约束，最突出的是考虑了雷达区的约束，对复杂的战场环境进行了充分的模拟和分析，无限接近真实战场地理环境，为飞行器安全通过雷达部署区域提供了优化的路径导航。
【专利说明】一种飞行器穿越雷达区的飞行方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及飞行器导航领域，尤其涉及一种飞行器穿越雷达区的飞行方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，路径规划作为一些领域的关键技术，国内外有很多学者对路径 规划进行了研究并取得了不少成果。路径规划的应用范围很广，目前主要用于线路导航、虚 拟现实、智能计算以及机器人领域。
[0003] 路径规划是运动规划的主要研究内容之一。运动规划由路径规划和轨迹规划组 成，连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径，构成路径的策略称之为路径规 划。路径规划在机器人学与虚拟现实中研究较多，主要研究内容可概括为：1)静态结构化 环境下的路径规划；2)动态已知环境下的路径规划；3)动态不确定环境下的路径规划。根 据规划体对环境信息知道的程度不同，路径规划可分为两种类型：环境信息完全已知的全 局路径规划，又称静态或离线路径规划；环境信息完全未知或部分未知，通过传感器在线地 对机器人的工作环境进行探测，以获取障碍物的位置、形状和尺寸等信息的局部路径规划， 又称动态或在线路径规划。局部路径规划和全局路径规划并有本质区别。很多适用于全局 路径规划的方法经过改进都可以用于局部路径规划；而适用于局部路径规划的方法都可以 适用于全局路径规划。
[0004] 同时针对路径规划所服务的对象的不同，路径规划又可分为面向地面实体如坦 克、汽车、机器人等，以及面向空中实体的路径规划，如各种不同的飞行器。
[0005] 传统的飞行路径规划，往往只考虑地球表层地形环境、气象环境，是针对自动躲避 障碍物如高山等而设计，而少有同时考虑复杂地形环境下，雷达危险区域的约束控制。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 本发明的目的是提供一种参照复杂地形环境、雷达危险区域的约束控制，合理进 行飞行路径预规划的飞行器穿越雷达区的飞行方法。
[0008] (二）技术方案
[0009] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0010] 一种飞行器穿越雷达区的飞行方法，包括以下步骤：
[0011] Si获得雷达站点分布数据、雷达属性数据、雷达部署区域地形数据和飞行器属 性；
[0012] S2根据地球曲率、雷达部署区域地形数据，计算雷达的可视范围；
[0013] S3计算雷达不可视区域内栅格点的联通性分析，得出所有可达栅格点集合构建为 安全飞行规划路径；
[0014] S4按照步骤S3中的安全飞行规划路径对飞机进行导航。
[0015] 其中，所述步骤Sl中，雷达部署区域地形数据的处理分析采用数字地形分析中 DEM数据分析，提高了地形数据处理的清晰度。
[0016] 进一步，所述步骤Sl中，飞行器属性包括飞机进入雷达部署区域的初始位置P、飞 机自身参数以及飞行最大限制高度，为雷达部署区域的计算提供必要的数据。
[0017] 其中，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0018] S21按照雷达部署区域地形数据的分辨率为基础，以雷达部署点为中心点，考虑雷 达的可视半径，计算无地形环境的可视范围图；
[0019] S22根据地球曲率、雷达部署区域地形数据，循环计算雷达中心点到平坦雷达可视 范围内可视数据栅格点，得出可视数据栅格点的集合。通过以上步骤可精确有效得出平坦 雷达可视范围内的可视数据栅格点。
[0020] 进一步，所述步骤S21中，雷达部署区域地形数据以10米分辨率为基础，设置雷达 可视域的栅格计算图，提供清晰的栅格计算图。
[0021] 其中，所述步骤S22包括以下步骤：
[0022] I.采用下述公式1计算雷达中心点和目标点的最大直视距离L ;
【权利要求】
1. 一种飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，包括以下步骤： S1获得雷达站点分布数据、雷达属性数据、雷达部署区域地形数据和飞行器属性； S2根据地球曲率、雷达部署区域地形数据，计算雷达的可视范围； S3计算雷达不可视区域内栅格点的联通性分析，得出所有可达栅格点集合构建为安全 飞行规划路径； S4按照步骤S3中的安全飞行规划路径对飞机进行导航。
2. 根据权利要求1所述的飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，所述步骤S1中， 雷达部署区域地形数据的处理分析采用数字地形分析中DEM数据分析。
3. 根据权利要求1所述的飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，所述步骤S1中， 飞行器属性包括飞机进入雷达部署区域的初始位置P、飞机自身参数以及飞行最大限制高 度。
4. 根据权利要求3所述的飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，所述步骤S2具 体包括以下步骤： S21按照雷达部署区域地形数据的分辨率为基础，以雷达部署点为中心点，考虑雷达的 可视半径，计算无地形环境的可视范围图； S22根据地球曲率、雷达部署区域地形数据，循环计算雷达中心点到平坦雷达可视范围 内可视数据栅格点，得出可视数据栅格点的集合。
5. 根据权利要求4所述的飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，所述步骤S21 中，雷达部署区域地形数据以10米分辨率为基础，设置雷达可视域的栅格计算图。
6. 根据权利要求4所述的飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，所述步骤S22包 括以下步骤： I. 采用下述公式1计算雷达中心点和目标点的最大直视距离L; 公式1
然后以雷达中心点为视点，计算视点和目标点的地心惯性坐标计算两者之间的直线距 离d，若d大于L，则判定不能通视；否则，进行以下步骤的计算； II. 计算雷达中心点与目标点连线之间球面所经过栅格数据点的经纬度坐标的视点集 S也，P2,P3,? ? ?Pn}，其中P代表视线所经过的每个栅格点； III. 循环计算视点集S中的栅格数据点的真实高程值Hti ;高程Hti为所处经纬度点原 始高程HOTi与地面曲率影响下所抬高的高程Hs之和，建立雷达中心点与目标点所经每个栅 格点的可视高程阈值氏与当前栅格点与雷达中心点距离屯之间的变量关系； 公式2 : Hj=k(dj-D) +Ht 其中，屯为当前栅格点与雷达中心点距离；D为雷达中心点与目标点之间的距离，Ht为 目标点的真实高程，k为直线斜率； 公式3 : k= (Ht-HJAD-O)，其中，H。为雷达中心点的真实高程； 如果在视点集中，存在计算的真实高程值Hti大于当前计算点的高程阈值氏，则判断雷 达中心点与目标点两点不可视；如果循环结束，真实高程Hti均小于高程阈值氏，则两点可 视。
7. 根据权利要求6所述的飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，所述步骤S3具 体包括以下步骤： S31根据飞行器的属性，从飞机进入雷达部署区域位置P开始，逐个栅格点计算飞行路 径，且计算当前栅格点是否满足以下条件，如果满足以下条件，则当前栅格点作为路径点之 a. 属于雷达不可视范围区域； b. 飞机飞行高度值小于相邻最近的一个或多个雷达点被阻挡的高程； c. 计算与当前所处雷达半径范围内雷达站点是否可视； d. 飞机高度小于飞机的最大高程限制； S32循环至整个雷达部署区域，找出所有满足步骤S31条件的栅格点进行联通性判断， 所有相邻并具有联通性的栅格点集合构建为安全可达飞行路径。
8. 根据权利要求7所述的飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，所述步骤S32的 联通性判断方法是：判断当前栅格点与八方向相邻栅格单元是否均属于当前栅格点的可视 栅格区域；如果属于当前栅格点的可视栅格区域，则判断为可联通，否则，判断为不可联通。
9. 根据权利要求1?8任一项所述的飞行器穿越雷达区的飞行方法，其特征在于，所述 步骤S4中，飞行器可从规划的多条安全飞行规划路径中，根据最短距离或最短时间，确定 一条为安全飞行规划路径。
【文档编号】G01C21/20GK104406589SQ201410641242
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】陶坤旺, 张福浩, 胡璐锦, 仇阿根 申请人:中国测绘科学研究院