本發(fā)明涉及民用航空技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種合成視景系統(tǒng)障礙物告警實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

一直以來，“靠天吃飯”始終是困擾民航業(yè)的一項難題，由雨、雪、霧、霾等造成的低能見度氣象條件和夜間運行都直接影響民航運輸?shù)陌踩驼c率。合成視景系統(tǒng)(Synthetic Vision System，簡稱SVS)是一種利用地形數(shù)據(jù)、障礙物數(shù)據(jù)、機場跑道數(shù)據(jù)生成三維虛擬視景，并將該虛擬視景與飛行信息融合在一起的系統(tǒng)。合成視景系統(tǒng)是解決低能見度氣象條件下運行的一項關(guān)鍵技術(shù)。

可控飛行撞地是飛機失事的最大原因，利用TAWS(地形提示與告警系統(tǒng))系統(tǒng)已經(jīng)可以解決可控飛行撞地問題。但是，TAWS僅能提供低級的地形顯示，主要是提供臨界告警，并不能補償情景意識的不足。而情景意識不足幾乎是導(dǎo)致所有可控飛行撞地事故的必然原因。此外，過多的告警加重了機組的工作負荷。與此對應(yīng)，實現(xiàn)主動地、盡早地避開撞地的先決條件便是足夠的情景意識。因此，合成視景地形顯示能夠增強機組關(guān)于地形和障礙物方面的情景意識，并起到直觀的、預(yù)測性的告警功能，能夠很好的解決這一問題。

目前國內(nèi)合成視景系統(tǒng)還處于初步研究階段，多家單位都在投入人力物力研發(fā)合成視景系統(tǒng)，還沒有成熟產(chǎn)品。具體實現(xiàn)方法目前還處于空白領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種合成視景系統(tǒng)中障礙物告警方法，該方法能夠快速、直觀的在合成視景三維場景中顯示出障礙物告警的信息，能夠讓飛行員主動的、盡早的避開障礙物，降低飛行員的工作負擔(dān)，提高飛行安全。

該方法根據(jù)飛機上傳感器獲取飛機的飛行的姿態(tài)、位置和航向，搜索飛機設(shè)定范圍內(nèi)的障礙物信息，將所搜索到的障礙物信息轉(zhuǎn)換成三維場景坐標，并傳輸給飛機用于合成視景。依據(jù)飛機的航向、速度和姿態(tài)，計算障礙物到當前飛機的距離，并計算障礙物與當前飛機航跡處的高度差，依據(jù)定義好的告警范圍值，判斷障礙物是否告警，并依據(jù)告警信息在相應(yīng)位置繪制障礙物，從而實現(xiàn)飛行員可以清晰的在視景顯示系統(tǒng)上感知障礙物告警信息。本發(fā)明使飛行員可以盡早、準確、清晰的從視景顯示系統(tǒng)上清晰感知障礙物告警信息，盡早避開障礙物，減少飛行員工作量，提高飛行品質(zhì)和安全。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種合成視景系統(tǒng)障礙物告警實現(xiàn)方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：通過飛機傳感器獲得飛機當前姿態(tài)、位置和速度數(shù)據(jù)；根據(jù)獲得的飛機當前姿態(tài)、位置和速度數(shù)據(jù)，通過障礙物數(shù)據(jù)庫檢索飛機前方設(shè)定范圍內(nèi)的障礙物信息，并將障礙物信息轉(zhuǎn)換成三維場景坐標；將障礙物三維場景坐標輸出給三維場景顯示系統(tǒng)以顯示障礙物；

步驟2：根據(jù)飛機當前姿態(tài)和位置，以及障礙物三維場景坐標判斷是否需要告警；

步驟3：依據(jù)計算得到的告警信息，在三維場景顯示系統(tǒng)中需要告警的障礙物位置繪制告警色的障礙物紋理。

進一步的優(yōu)選方案，所述一種合成視景系統(tǒng)障礙物告警實現(xiàn)方法，其特征在于：步驟2中根據(jù)飛機當前姿態(tài)和位置，以及障礙物三維場景坐標判斷是否需要告警的過程為：

步驟2.1：計算障礙物到飛機航跡的向量：

飛機當前坐標為(x1，y1，z1)，障礙物坐標為(x2，y2，z2)，計算障礙物到飛機當前位置的向量：

A(x3,y3,z3)＝(x2-x1,y2-y1,z2-z1)

取飛機航跡單位向量為(x4，y4，z4)，得到障礙物在飛機航跡上的投影向量為(x4*(x2-x1)，y4*(y2-y1)，z4*(z2-z1))；根據(jù)飛機航跡單位向量和障礙物在飛機航跡上的投影向量，得到飛機航跡上對應(yīng)障礙物位置的點坐標(x6,y6,z6)；計算障礙物到飛機航跡的向量為(x7,y7,z7)＝(x2-x6,y2-y6,z2-z6)；

步驟2.2：根據(jù)障礙物到飛機航跡的向量，判斷是否需要告警：如果障礙物高度高于飛機航跡對應(yīng)位置點高度，則告警，否則依據(jù)預(yù)先定義的warning和caution區(qū)域值，判斷障礙物是否告警。

有益效果

本發(fā)明的優(yōu)點是：

(1)所述的障礙物告警實現(xiàn)方法計算復(fù)雜度低，簡單直觀的展示障礙物告警信息。

(2)增強飛行員情景感知，盡早的避開障礙物，降低飛行員的工作負擔(dān)，提高飛行安全。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明所述的合成視景系統(tǒng)障礙物告警實現(xiàn)方法流程圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的目的是提供一種合成視景系統(tǒng)中障礙物告警方法，能夠快速、直觀的在合成視景三維場景中顯示出障礙物告警的信息，能夠讓飛行員主動的、盡早的避開障礙物，降低飛行員的工作負擔(dān)，提高飛行安全。

該方法根據(jù)飛機上傳感器獲取飛機的飛行的姿態(tài)、位置和航向，搜索飛機設(shè)定范圍內(nèi)的障礙物信息，將所搜索到的障礙物信息轉(zhuǎn)換成三維場景坐標，并傳輸給飛機用于合成視景。依據(jù)飛機的位置、速度和姿態(tài)，計算障礙物到當前飛機的距離，并計算障礙物與當前飛機航跡處的高度差，依據(jù)定義好的告警范圍值，判斷障礙物是否告警，并依據(jù)告警信息在相應(yīng)位置繪制障礙物，從而實現(xiàn)飛行員可以清晰的在合成視景系統(tǒng)上感知障礙物告警信息。本發(fā)明使飛行員可以盡早、準確、清晰的從合成視景系統(tǒng)上清晰感知障礙物告警信息，盡早避開障礙物，減少飛行員工作量，提高飛行品質(zhì)和安全。

具體包括以下步驟：

步驟1：通過飛機總線分別從飛機的慣性參考系統(tǒng)和GPS接收機以及飛行管理計算機中獲得飛機當前姿態(tài)、位置和速度數(shù)據(jù)；根據(jù)獲得的飛機當前姿態(tài)、位置和速度數(shù)據(jù)，通過障礙物數(shù)據(jù)庫檢索飛機前方設(shè)定范圍內(nèi)的障礙物信息，并將障礙物信息轉(zhuǎn)換成三維場景坐標；將障礙物三維場景坐標輸出給三維場景顯示系統(tǒng)以顯示障礙物。

步驟2：根據(jù)飛機當前姿態(tài)和位置，以及障礙物三維場景坐標判斷是否需要告警；

具體過程為：

步驟2.1：計算障礙物到飛機航跡的向量：

飛機當前坐標為(x1，y1，z1)，障礙物坐標為(x2，y2，z2)，計算障礙物到飛機當前位置的向量：

A(x3,y3,z3)＝(x2-x1,y2-y1,z2-z1)

取飛機航跡單位向量為(x4，y4，z4)，得到障礙物在飛機航跡上的投影向量為(x4*(x2-x1)，y4*(y2-y1)，z4*(z2-z1))；根據(jù)飛機航跡單位向量和障礙物在飛機航跡上的投影向量，得到飛機航跡上對應(yīng)障礙物位置的點坐標(x6,y6,z6)；計算障礙物到飛機航跡的向量為(x7,y7,z7)＝(x2-x6,y2-y6,z2-z6)；

步驟2.2：根據(jù)障礙物到飛機航跡的向量，判斷是否需要告警：如果障礙物高度高于飛機航跡對應(yīng)位置點高度，則告警，否則依據(jù)預(yù)先定義的warning和caution區(qū)域值，判斷障礙物是否告警。

步驟3：依據(jù)計算得到的告警信息，在三維場景顯示系統(tǒng)中需要告警的障礙物位置繪制告警色的障礙物紋理。

目前，隨著低空空域的開放，國內(nèi)外市場對民用飛機需求巨大。本發(fā)明可作為顯示軟件產(chǎn)品駐留在其它顯示器中，也可以作為單獨的機載顯示器產(chǎn)品。可以應(yīng)用于各種類型的飛機，提高飛行安全，增強飛行員情景感知能力。合成視景系統(tǒng)在通航、直升機和公務(wù)機市場應(yīng)用廣泛，能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，應(yīng)用前景廣闊。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。