[发明专利]一种失控系留飞艇坠落路线预测方法

权利要求书

1.一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：

x_i＝sinθ_i

y_i＝cosθ_i；

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，下降速率由气动升力，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(p_h,p_b,t_b,τ_b)

其中，p_h----飞行器所在高度的大气静压力；

p_b----标准大气下，各相应大气层的压力下限值(Pa)；

t_b----标准大气下，各相应大气层的温度下限值(℃)；

τ_b----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(p_h,p_b,t_b,τ_b),

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V_Tm/s，所以：

降落时间T＝H/V_T

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。

2.根据权利要求1所述的一种失控系留飞艇坠落路线预测方法，其特征在于，步骤三中，基于蒙特克罗方法，通过程序随机投取10秒内的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。

3.根据权利要求2所述的一种失控系留飞艇坠落路线预测方法，其特征在于，步骤四中，迭代次数为s＝T/10。

4.根据权利要求1所述的一种失控系留飞艇坠落路线预测方法，其特征在于，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。