[发明专利]一种对轨迹中跑马场形盘旋的特征识别方法

权利要求书

1.一种对轨迹中跑马场形盘旋的特征识别方法，其特征在于，首先定义所述方法中所采用的概念：

航迹定义为一个六维向量：

P＝(x,y,z,v,h,t)

式中：x、y、z、v、h、t分别表示航迹P的经度、纬度、高度、速度、航向和记录时刻；

轨迹定义为航迹的集合：

T＝{P₁,P₂,…,P_i,…,P_n}

式中：P_i表示轨迹T中第i个航迹，n为航迹总数；

第一特征转弯：跑马场形盘旋的第一个180度转弯；

第二特征转弯：跑马场形盘旋的第二个180度转弯；

第一特征航迹：第一特征转弯的转弯开始航迹；

第二特征航迹：第一特征转弯的转弯结束航迹；

第三特征航迹：第二特征转弯的转弯开始航迹；

第四特征航迹：第二特征转弯的转弯结束航迹；

第五特征航迹：第四特征航迹之后，最小编号的第一特征航迹的临近航迹；

所述方法有如下步骤：

一、输入轨迹

输入已知一条轨迹；

二、设定参数

设定进入转弯阈值、窗口长度、持续转弯阈值、特征转弯容差、临近经度阈值和临近纬度阈值六个自定义参数；设定盘旋圈数为0；

三、计算全部航向差

如果飞机向右转弯，计算方法如式(1)所示：

式中，h_i+1表示后一个航迹的航向，单位：度；h_i表示前一个航迹的航向，单位：度；Δh_i表示两个相邻航迹的航向差，单位：度；

如果飞机向左转弯，计算方法如式(2)所示：

式中，h_i+1表示后一个航迹的航向，单位：度；h_i表示前一个航迹的航向，单位：度；Δh_i表示两个相邻航迹的航向差，单位：度；

四、识别第一特征转弯

(1)、确定开始分析的编号：如果首次进入该步骤，从编号1开始分析；如果第m次进入该步骤，从第m-1个跑马场形盘旋的第五特征航迹的编号开始分析；

(2)、识别转弯开始航迹：设开始分析的编号为p，如果编号p的航向差Δh_p小于所设定的进入转弯阈值，则继续分析编号p+1的航向差Δh_p+1……依次类推，直到编号为b的航向差Δh_b大于所设定的进入转弯阈值，则标记该编号b的航迹P_b为转弯开始航迹；

(3)、计算窗口转弯航向：窗口转弯航向的计算方法如式(3)所示：

式中，W_b表示转弯开始航迹P_b的窗口转弯航向，单位：度；b表示转弯开始航迹P_b的编号；w表示窗口长度；Δh_i表示两个相邻航迹的航向差，单位：度；

(4)、识别转弯结束航迹：如果编号为b的窗口转弯航向W_b大于所设定的持续转弯阈值，则识别该编号b的航迹P_b在持续转弯，继续分析编号b+1的航迹P_b+1，计算编号b+1的航迹P_b+1的窗口转弯航向W_b+1……依次类推，直到编号为e的窗口转弯航向W_e小于所设定的持续转弯阈值，则标记该编号e的航迹P_e为转弯结束航迹；

(5)、计算总转弯航向：总转弯航向计算方法如式(4)所示：

式中，H表示总转弯航向，单位：度；b表示转弯开始航迹P_b的编号；e表示转弯结束航迹P_e的编号；Δh_i表示两个相邻航迹的航向差，单位：度；

如果总转弯航向0，识别并标记飞机转弯方向为左转弯；如果总转弯航向0，识别并标记飞机转弯方向为右转弯；

(6)、识别第一特征转弯：一个转弯是否是特征转弯的判断方法如式(5)所示：

-δ_t＜|H|-180＜δ_t (5)

式中，δ_t表示特征转弯容差，单位：度；H表示总转弯航向，单位：度；

如果飞机的转弯满足式(5)条件，识别为第一特征转弯，标记转弯开始航迹P_b为第一特征航迹，记为P_c1；标记转弯结束航迹P_e为第二特征航迹，记为P_c2；如果飞机的转弯不满足式(5)条件，则识别为非第一特征转弯，转到步骤十一；

五、识别第二特征转弯

(1)、确定开始分析的编号：从第二特征航迹的编号开始分析；

(2)、识别转弯开始航迹：如果第二特征航迹编号c2的航向差Δh_c2小于所设定的进入转弯阈值，则继续分析编号c2+1的航向差Δh_c2+1……依次类推，直到编号为b的航向差Δh_b大于所设定的进入转弯阈值，则标记该编号b的航迹P_b为转弯开始航迹；

(3)、计算窗口转弯航向：窗口转弯航向的计算方法如式(3)所示；

(4)、识别转弯结束航迹：如果编号为b的窗口转弯航向W_b大于所设定的持续转弯阈值，则识别该编号b的航迹P_b在持续转弯，继续分析编号b+1的航迹P_b+1，计算编号b+1的航迹P_b+1的窗口转弯航向W_b+1……依次类推，直到编号为e的窗口转弯航向W_e小于所设定的持续转弯阈值，则标记该编号e的航迹P_e为转弯结束航迹；

(5)、计算总转弯航向：总转弯航向计算方法如式(4)所示；如果总转弯航向小于0，识别并标记飞机转弯方向为左转弯；如果总转弯航向大于0，识别并标记飞机转弯方向为右转弯；

(6)、识别第二特征转弯：如果飞机的转弯满足式(5)条件，而且飞机转弯方向与第一特征转弯的飞机转弯方向相同，则识别为第二特征转弯，标记转弯开始航迹P_b为第三特征航迹，记为P_c3；标记转弯结束航迹P_e为第四特征航迹，记为P_c4；如果飞机的转弯不满足式(5)条件，或飞机转弯方向与第一特征转弯的飞机转弯方向不同，则识别为非第二特征转弯，转到步骤十一；

六、识别第五特征航迹

两个航迹是否是临近航迹的判断方法如式(6)所示：

|x_i-x_j|＜δ_x且|y_i-y_j|＜δ_y (6)

式中，x_i表示第i个航迹P_i的经度，单位：度；x_j表示第j个航迹P_j的经度，单位：度；δ_x表示临近经度阈值；y_i表示第i个航迹P_i的纬度，单位：度；y_j表示第j个航迹P_j的纬度，单位：度；δ_y表示临近纬度阈值；

从第四特征航迹的下一个航迹P_c4+1开始分析，如果编号c4+1的航迹P_c4+1不是第一特征航迹的临近航迹，则继续分析第c4+2个航迹P_c4+2……依次类推，如果寻找到第一特征航迹的临近航迹，标记编号最小的临近航迹为第五特征航迹，记为P_c5；如果不能寻找到第一特征航迹的临近航迹，转到步骤十一；

七、计算盘旋圈数

至此，识别轨迹中存在一圈完整的跑马场形盘旋，将盘旋圈数增加1；

八、标记盘旋起止航迹

标记第一个跑马场形盘旋的第一特征航迹为盘旋开始航迹，标记最后一个跑马场形盘旋的第五特征航迹为盘旋结束航迹；

九、计算盘旋等待时间

盘旋等待时间计算方法如式(7)所示：

Δt＝t_e-t_b (7)

式中，Δt表示盘旋等待时间；t_e表示盘旋结束时刻，即盘旋结束航迹的记录时刻；t_b表示盘旋开始时刻，即盘旋开始航迹的记录时刻；

十、继续识别跑马场形盘旋

如果第五特征航迹不是轨迹中最后一个航迹，从编号c5的航向差Δh_c5开始继续分析，识别可能存在的下一个跑马场形盘旋，转到步骤四；

十一、输出跑马场形盘旋特征

如果盘旋圈数为0，则输出盘旋开始航迹、盘旋结束航迹、盘旋等待时间为空值；如果盘旋圈数不为0，输出识别出的盘旋开始航迹、盘旋结束航迹、盘旋等待时间、盘旋圈数。