[发明专利]基于测地线的大圆航线计算体系方法及装置

说明书

一种基于测地线的大圆航线计算体系方法及装置，针对美国联邦航空管理局提出的大圆航线体系结合中国空域特点进行了修正和扩充，计算准确度更高，坐标系可以扩展到多个国内常用坐标系，将国内空域设计从二维计算扩展到三维，更好地满足于实际空域规划设计以及飞行程序设计过程中的计算需求。方法包括：(1)基础算法，其基于测地线积分的泰勒展开式，适用于所有扁率小于0.02的地球模型；(2)利用球面三角公式，计算出所求空间点的位置；(3)使用正割法，将误差的线性逼近作为方程的可调参数，通过反复迭代使误差逐步缩小；(4)一系列二维扩展算法(5)三维扩展算法。

技术领域

本发明涉及民航空域数据处理的技术领域，尤其涉及基于测地线的大圆航线计算体系方法，还涉及基于测地线的大圆航线计算体系装置。

背景技术

大圆航线的基本算法大体分为三类。最简单的一种是基于球坐标系直接计算球面最大半径的圆，这种方法误差较大，已经远远不能满足现代导航对远距离、高精度的要求。其次是基于椭球坐标系计算大椭圆，这种算法在距离上计算准确度较高，可算出的航线位置偏差有时会较大，在进行航线设计时，存在一定风险，并且这类算法对模型依赖度较高，当椭球模型发生变化时，算法的误差可能会增大。我国国内目前大圆航线的研究和使用大都还局限于前两种算法。

最后一类是使用地球椭球体的测地线积分法来计算测地线，这类算法复杂度高，但准确度也较高，并且可以适应于多种椭球模型，是国外研究和使用的主流算法，国内目前只有少量研究。

目前国内大圆航线的研究还集中在计算距离和方位角的基础算法，对于空域规划设计以及飞行程序设计过程中的复杂场景计算要求是远远不够，美国联邦航空管理局FAA依据美国的空域和飞行程序设计规则，提出了一套基于WGS84坐标系、较为完备的大圆航线算法体系。该体系以T.Vincenty’s于1975年提出的测地线算法为基础，通过对球面三角公式计算误差的迭代逼近，来获取多种条件下、高准确度的大圆航线计算结果，解决了美国空域和飞行程序设计中需要的各类大圆算法，但是却不足以满足更为复杂的中国空域和飞行程序设计需求。并且T.Vincenty’s提出的测地线算法对于个别输入参数在计算中会因为无法收敛，而造成计算失败。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于测地线的大圆航线计算体系方法，其针对美国联邦航空管理局提出的大圆航线体系结合中国空域特点进行了修正和扩充，计算准确度更高，坐标系可以扩展到多个国内常用坐标系，将国内空域设计从二维计算扩展到三维，更好地满足于实际空域规划设计以及飞行程序设计过程中的计算需求。

本发明的技术方案是：这种基于测地线的大圆航线计算体系方法，其包括以下步骤：

(1)基础算法，其基于测地线积分的泰勒展开式，适用于所有扁率小于0.02的地球模型；

(2)利用球面三角公式，计算出所求空间点的位置；

(3)使用正割法，将误差的线性逼近作为方程的可调参数，通过反复迭代使误差逐步缩小，从而达到所需的计算准确度；

(4)结合目前国内航空制图、空域规划和飞行程序设计需求，本体系在上述迭代算法的基础上，衍生出一系列二维扩展算法；

(5)本体系中的测地线算法通过模型参数调整，适用于所有扁率小于0.02的模型，再依据实际航空器飞行过程中的高度，扩展到三维算法。

本发明先采用基础算法，再利用球面三角公式，计算出所求空间点的位置，然后使用正割法，将误差的线性逼近作为方程的可调参数，通过反复迭代使误差逐步缩小，从而达到所需的计算准确度，结合目前国内航空制图、空域规划和飞行程序设计需求，本体系在上述迭代算法的基础上，衍生出一系列二维扩展算法，以及三维算法，因此本方法针对美国联邦航空管理局提出的大圆航线体系结合中国空域特点进行了修正和扩充，计算准确度更高，坐标系可以扩展到多个国内常用坐标系，将国内空域设计从二维计算扩展到三维，更好地满足于实际空域规划设计以及飞行程序设计过程中的计算需求。