一种用于选择区域导航所需陆基导航台的方法

摘要

本发明公开了一种用于选择区域导航所需陆基导航台的方法，包括以下步骤：(1)获取飞机位置信息；(2)搜索导航台信息；(3)从导航台信息中搜索m个距离飞机最近的导航台；(4)逐个计算最近的导航台清单L0中各导航台的可用性；(5)根据区域导航设备中的航路航线信息，从可用的导航台中选择无线电设备VOR和DME第一通道的导航台；(6)选择DME第二通道的导航台。(7)选择DME第三通道的导航台。本发明充分利用飞机的当前位置信息和飞行航段信息，基于存储的导航台数据，考虑导航台的服务能力，设计选台算法公式，能够实现区域导航系统VOR和DME(三通道)导航台的自动选择和调谐功能。

说明书

技术领域

本发明属于区域导航技术领域。

背景技术

区域导航是一种导航方式，它可以使航空器在导航系统信号覆盖范围之内，或在 机载导航设备的工作能力范围之内，或二者的组合，沿任意期望的路径飞行。区域导航利用 多个导航源的信号，通过区域导航设备连续计算航空器的地理位置，从而得到实时的导航 信息。

目前可用于区域导航的信号源主要有：VOR/DME(伏尔/测距)、DME/DME(测距/测 距)、GNSS(全球导航卫星系统)、IRS(惯性参考系统)。为满足区域导航所需要求，区域导航 系统会配置有VOR收发机和DME收发机(三通道)。机组人员可以通过无线电管理面板或多功 能显示控制单元手动选择VOR或DME导航台，但人工选择导航台在一定程度上增加了飞行员 的工作负担，采用区域导航设备自动选择所需陆基导航台则可以有效降低飞行员的工作负 担。

对于有三个通道的DME收发机来说，通常第一个通道与VOR配对，可用于显示，也可 用于VOR/DME位置计算，第二和第三通道用于DME/DME位置计算。该如何进行各通道导航台 的选择成为区域导航系统亟待解决的关键技术。

美国的霍尼韦尔公司、柯林斯公司、GE公司以及法国的泰勒斯公司垄断了支线、干 线及商务飞机的该产品市场，掌握着区域导航系统的核心技术及其发展，在空客、波音等机 型上早已实现了陆基导航台的自动选择和调谐。我们国内与国外的差距较大，虽然目前还 没有一个成形的货架产品，但国内各大高校、院所一直在追赶国外技术发展的步伐，开展了 一系列利用各大导航传感器进行综合导航的技术研究，例如如何利用多传感器的信息和滤 波算法提升区域导航系统的性能。而对于前端工作，即如何为区域导航设备实时选择和调 谐所需陆基导航台，国内甚少涉足。

发明内容

本发明的目的，是为了解决现有区域导航系统手动选择陆基导航台不能满足实时 性的问题，提出一种选择区域导航所需陆基导航台的方法，充分利用飞机的当前位置信息 和飞行航段信息，基于存储的导航台数据，考虑导航台的服务能力，设计选台算法公式，实 现区域导航设备VOR和DME(三通道)导航台的自动选择和调谐功能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于选择区域导航所需陆基导航台的方法，包括以下步骤：

(1)以周期ΔT读取区域导航设备输出的飞机位置信息，飞机位置信息包含经度L、 纬度λ、高度h；

(2)以周期ΔT读取区域导航设备存储的导航台信息，导航台信息包括：导航台的 频率f_NAV(i)、经度λ_NAV(i)、纬度L_NAV(i)、标高h_NAV(i)、品质因数FOM(i)，其中i表示导航台的 编号；

(3)以飞机当前位置为圆心，导航台的最大作用距离D_max为半径，从所述导航台信 息中搜索m个距离飞机最近的导航台，形成最近的导航台清单L0；

(4)逐个计算最近的导航台清单L0中各导航台的可用性，并形成可用导航台清单 L1；

(5)根据区域导航设备中的航路航线信息，从可用导航台清单L1中选择无线电设 备VOR和DME第一通道的导航台；

(6)从可用导航台清单L1中去除步骤(5)选择的导航台，形成DME第二通道导航台 选择清单L2，计算DME第二通道导航台选择清单L2中各导航台的影响因数K₂(i)，选择影响 因数最大的导航台作为DME第二通道的导航台。

(7)从DME第二通道导航台选择清单L2中去除步骤(6)选择的导航台，形成DME第三 通道导航台选择清单L3，计算DME第三通道导航台选择清单L3中各导航台的影响因数K₃(i)，选择影响因数最大的导航台作为DME第三通道的导航台。

优选地，所述步骤(4)中各导航台的可用性的计算方法为：

(4.a)计算飞机相对导航台清单L0中各导航台的距离D₁(i)和高度差H₁(i)；

(4.b)根据最近的导航台清单L0中各导航台的品质因数FOM(i)，对照不同品质因 数导航台的服务区域限制表，计算各导航台服务的距离限制D_restrict(i)和高度限制H_restrict(i)；

(4.c)将飞机相对导航台的距离D₁(i)和高度差H₁(i)分别与各导航台的距离限制 D_restrict(i)和高度限制H_restrict(i)相比较，若D₁(i)<D_restrict(i)且H₁(i)<H_restrict(i)，则认为 飞机在导航台的服务区域内；

(4.d)计算在服务区域内各导航台的锥形盲区H_cone：

H_cone(i)＝D₁(i)cosθ，其中θ为导航台的锥形角；

(4.e)计算飞机是否在各导航台的锥形盲区内，若飞机不在导航台的锥形盲区内 则认为该导航台对于当前飞机位置是可用的。

优选地，所述步骤(5)中VOR和DME第一通道导航台选择的具体步骤是：

(5.a)若当前飞机处于进近阶段，那么从可用导航台清单L1中选择进近参考导航 台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.b)若当前飞机处于进场阶段，那么从可用导航台清单L1中选择到达机场参考 导航台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.c)若当前飞机处于离场阶段，那么从可用导航台清单L1中选择离场参考导航 台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.d)若飞机处于巡航阶段，那么从可用导航台清单L1中选择航段所指定的导航 台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.e)若可用导航台清单L1中没有当前航段所指定的导航台，那么从可用导航台 清单L1中选择下一航段的参考导航台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.f)若可用导航台清单L1中没有参考导航台可用，那么从可用导航台清单L1选 择离飞机最近的可用导航台作为VOR和DME第一通道的导航台。

优选地，所述步骤(6)影响因数K₂(i)的计算方法为：

(6.a)计算飞机与DME第二通道导航台选择清单L2中各导航台的距离D₂(i)；

(6.b)计算飞机与DME第二通道导航台选择清单L2中各导航台的相对方位角B₂(i)；

(6.c)若|B₂(i)|≤90°，则$K_2\left(i\right)=10+100(1-\frac{|0.5D_{max}-D_2\left(i\right)|}{0.5D_{\max }}){\mathrm{cosB}}_2\left(i\right),$若|B₂(i)| ＞90°，则K₂(i)＝10，其中0≤D₂(i)≤D_max。

优选地，所述步骤(7)中影响因数K₃(i)的计算方法是：

(7.a)计算飞机与DME第三通道导航台选择清单L3中各导航台的距离D₃(i)；

(7.b)将DME第二通道的导航台与DME第三通道导航台选择清单L3中的导航台一一 配对，以配对导航台的位置为圆心，以导航台信号覆盖范围R为半径画两个圆P和S；以两个 配对导航台之间的距离为半径r，以两个配对导航台之间的连线为两个相交圆的弦，画两个 圆C1和C2；则有效导航区域为C₁∪C₂-C₁∩C₂；

(7.c)将飞机的位置A点和下一航路点W连接，连接线AW与最近的有效导航区域相 交点M，计算AM有效导航距离VND₃(i)；

(7.d)若VND₃(i)＝0，则K₃(i)＝0，若VND₃(i)≠0，则

$K_3\left(i\right)=\exp [-{\left(\frac{\left(D_{\max }-D_3\left(i\right)\right)}{75}\right)}^2]*\exp [-{\left(\frac{\left(D_{\max }-{\mathrm{VND}}_3\left(i\right)\right)}{60}\right)}^2].$

本发明的优点及显著效果：本发明充分利用飞机的当前位置信息和飞行航段信 息，基于存储的导航台数据，考虑导航台的服务能力，设计选台算法公式，能够实现区域导 航系统VOR和DME(三通道)导航台的自动选择和调谐功能。本发明方法简便，能够充分利用 区域导航系统现有的资源，包括飞机当前位置信息和存储的导航台信息，实时为区域导航 系统选择所需陆基导航台。该发明方法是一种易于工程实现的方法，对于航空器在民用领 域飞行，满足区域导航所需功能要求具有重要的现实应用意义。

附图说明

图1是本发明方法的工作流程示意图。

图2是本发明方法中有效导航距离的附图，其中P和S分别为两个配对的导航台，阴 影部分为这两个配对导航台的有效导航区域，A为飞机位置，W为下一个航路点，M为AW沿着 飞机飞行方向与有效导航区域的相交点，AM为有效导航距离。

具体实现方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本发明针对区域导航系统对无线电导航台调谐的需求，充分利用飞机 的当前位置信息和飞行航段信息，基于存储的导航台数据，考虑导航台的服务能力，设计选 台算法公式，能够实现区域导航系统VOR和DME(三通道)导航台的自动选择和调谐功能。具 体包括以下步骤：

(1)以周期ΔT读取区域导航设备输出的飞机位置信息，飞机位置信息包括：经度 L、纬度λ、高度h。

(2)以周期ΔT读取区域导航设备存储的导航台信息，导航台信息包括：导航台的 频率f_NAV(i)、经度λ_NAV(i)、纬度L_NAV(i)、标高h_NAV(i)、品质因数FOM(i)，其中i表示导航台的 编号。

(3)搜索区域导航台的步骤：

以飞机当前位置为圆心，导航台的最大作用距离D_max为半径，从区域导航设备存储 的导航台信息中搜索m个距离飞机最近的导航台，形成最近的导航台清单L0；

(4)逐个计算最近导航台清单L0中各导航台的可用性步骤：

(4.a)计算飞机相对导航台清单L0中各导航台的距离D₁(i)和高度差H₁(i)；

(4.b)计算导航台服务的距离限制和高度限制

根据导航台的品质因数FOM(i)，对照不同品质因数导航台的服务区域限制表(如 表1所示)，计算该导航台服务的距离限制D_restrict(i)和高度限制H_restrict(i)；

FOM 距离限制 高度限制 0 40海里 12000英尺 1 70海里 18000英尺 2 130海里 无限制 3 160海里 无限制

表1

(4.c)判断飞机是否在导航台服务区域内

将飞机相对导航台的距离D₁(i)和高度差H₁(i)分别与导航台的距离限制D_restrict(i)和高度限制H_restrict(i)相比较，若D₁(i)<D_restrict(i)且H₁(i)<H_restrict(i)，则认为飞机在 导航台的服务区域内。若飞机在导航台的服务区域内，则认为该导航台对于当前飞机位置 是可用的。

(4.d)计算服务区域内各导航台的锥形角为θ时的斜距在高度方向投影H_cone(i)， 即：导航台的锥形盲区

H_cone(i)＝D₁(i)cosθ

(4.e)判断飞机是否在导航台的锥形盲区内

比较H_cone(i)与H₁(i)，若H_cone(i)>H₁(i)，则认为飞机在导航台的锥形盲区内。若飞 机不在导航台的锥形盲区内，但在导航台的服务区域内，则认为该导航台具有可用性。

(5)VOR和DME第一通道导航台选择的步骤：

根据区域导航设备中的航路航线信息，基于可用导航台清单L1，根据如下优先级 计算VOR和DME第一通道的导航台，数字越低级别越高。

(5.a)判断是否是进近参考导航台

若当前飞机处于进近阶段，如果可用导航台清单L1中存在进近参考导航台，那么 选择该进近参考导航台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.b)判断是否是到达机场参考导航台

若当前飞机处于进场阶段，如果可用导航台清单L1存在到达机场参考导航台，那 么选择该到达机场参考导航台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.c)判断是否是离场参考导航台

若当前飞机处于离场阶段，如果可用导航台清单L1存在离场参考导航台，那么该 选择离场参考导航台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.d)判断是否是航段指定导航台

若飞机处于巡航阶段，如果可用导航台清单L1存在当前航段所指定的参考导航 台，那么选择该航段所指定的导航台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.e)判断是否存在下一航段的参考导航台

如果可用导航台清单L1不存在当前航段所指定的参考导航台，但存在下一航段的 参考导航台，那么选择该下一航段的参考导航台作为VOR和DME第一通道的导航台；

(5.f)选择最近的可用导航台

如果可用导航台清单L1没有下一航段的参考导航台，那么选择离飞机最近的可用 导航台作为VOR和DME第一通道的导航台。

(6)DME第二通道导航台选择的步骤：

(6.a)从可用导航台清单L1中选择DME导航台，去除步骤(4)中选择的DME第一通道 的导航台，形成第二通道导航台选择清单L2；

(6.b)计算飞机与第二通道导航台选择清单L2中各导航台的距离D₂(i)；

(6.c)计算飞机与第二通道导航台选择清单L2中导航台的相对方位角B₂(i)；

(6.d)计算第二通道导航台选择清单L2中每个导航台的影响因数：

若|B₂(i)|≤90°，则$K_2\left(i\right)=10+100(1-\frac{|0.5D_{max}-D_2\left(i\right)|}{0.5D_{\max }}){\mathrm{cosB}}_2\left(i\right),$若|B₂(i)|＞ 90°，则K₂(i)＝10，其中0≤D₂(i)≤D_max；

(6.e)确定DME第二通道导航台

选择K₂(i)最大的DME导航台作为第二通道导航台。

(7)DME第三通道导航台选择的步骤：

(7.a)从第二通道导航台选择清单L2中去除已经选择的第二通道导航台，形成DME 第三通道导航台选择清单L3；

(7.b)计算飞机与第三通道导航台选择清单L3中各导航台的距离D₃(i)；

(7.c)计算第三通道导航台选择清单L3中每个导航台的有效导航距离:

将第二通道导航台与第三通道导航台选择清单L3中的导航台一一配对，计算第三 通道导航台选择清单L3中每个导航台的有效导航距离VND₃(i)；

确定配对导航台的有效导航区域。如图2所示，以配对导航台的位置为圆心，以导 航台信号覆盖范围R(取值200Nm)为半径画两个圆P和S；以两个配对导航台之间的距离为半 径r，以两个配对导航台之间的连线为两个相交圆的弦，画两个圆C1和C2；则有效导航区域 为C₁∪C₂-C₁∩C₂；

计算配对导航台的有效导航距离。假设飞机的位置为A，下一航路点为W，连接点 AW，AW与有效导航区域相交，假设沿着AW方向最近的相交点为M，则AM有效导航距离VND₃(i)；

(7.d)计算第三导航台清单L3中每个导航台的影响因数K₃(i)，若VND₃(i)＝0，则K₃(i)＝0，若VND₃(i)≠0，则$K_3\left(i\right)=\exp [-{\left(\frac{\left(D_{\max }-D_3\left(i\right)\right)}{75}\right)}^2]*\exp [-{\left(\frac{\left(D_{\max }-{\mathrm{VND}}_3\left(i\right)\right)}{60}\right)}^2].$

(7.e)选择K₃(i)最大的DME导航台作为DME第三通道的导航台。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发 明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保 护范围。