[发明专利]一种基于飞行数据的三维飞行剖面设计方法

权利要求书

1.一种基于飞行数据的三维飞行剖面设计方法，其特征在于，根据历史飞行数据中的纬度序列B，单位：度、经度序列L，单位：度、高度序列H，单位：米、侧滑角β序列，单位：度、迎角序列α，单位：度、飞机滚转角序列φ，单位：度、飞机俯仰角序列θ，单位：度和飞机航向角序列ψ，单位：度，计算在地面坐标系下航迹带的边线1的三维坐标(X₁，Y₁，Z₁)、边线2的三维坐标(X₂，Y₂，Z₂)、边线3的三维坐标(X₃，Y₃，Z₃)、边线4的三维坐标(X₄，Y₄，Z₄)；然后根据边线1的三维坐标(X₁，Y₁，Z₁)、边线2的三维坐标(X₂，Y₂，Z₂)、边线3的三维坐标(X₃，Y₃，Z₃)、边线4的三维坐标(X₄，Y₄，Z₄)计算航迹带正面的三维坐标(X_f，Y_f，Z_f)和航迹带反面的三维坐标(X_b，Y_b，Z_b)，最后完成三维飞行剖面设计；在具体的操作过程中：

首先设定航迹带宽度b单位：米、航迹带厚度h单位：米；

然后以(B₀，L₀，H₀)为坐标原点，建立大地坐标系，所述大地坐标系的x轴指向东方，y轴指向南方，z轴指向地心；

最后根据(B_j，L_j，H_j)计算第t_j时刻飞机所在位置在大地坐标系中的坐标(x_j，y_j，z_j)；

需要注意的是纬度序列B、经度序列L、高度序列H、侧滑角β序列、迎角序列α、飞机滚转角序列φ、飞机俯仰角序列θ和飞机航向角序列ψ、边线1的三维坐标(X₁，Y₁，Z₁)、边线2的三维坐标(X₂，Y₂，Z₂)、边线3的三维坐标(X₃，Y₃，Z₃)、边线4的三维坐标(X₄，Y₄，Z₄)均按时间正序排列，为便于叙述，以下标j(j＝0，1，2，3，...)表示各参数在第t_j时刻的值，即B_j、L_j、H_j、β_j、α_j、φ_j、θ_j、ψ_j、(X_1j，Y_1j，Z_1j)、(X_2j，Y_2j，Z_2j)、(X_3j，Y_3j，Z_3j)和(X_4j，Y_4j，Z_4j)分别表示在t_j时刻的纬度、经度、高度、侧滑角、迎角、飞机滚转角、飞机俯仰角、飞机航向角、边线1的三维坐标、边线2的三维坐标、边线3的三维坐标、边线4的三维坐标；

在计算了第t_j时刻飞机所在位置在大地坐标系中的坐标(x_j，y_j，z_j)后，为第t_j时刻的边线1的坐标(X_1j，Y_1j，Z_1j)、边线2的坐标(X_2j，Y_2j，Z_2j)、边线3的坐标(X_3j，Y_3j，Z_3j)、边线4的坐标(X_4j，Y_4j，Z_4j)赋初值，并分别记为边线1的坐标初值(A_X_1j，A_Y_1j，A_Z_1j)、边线2的坐标初值(A_X_2j，A_Y_2j，A_Z_2j)、边线3的坐标初值(A_X_3j，A_Y_3j，A_Z_3j)、边线4的坐标初值(A_X_4j，A_Y_4j，A_Z_4j)，具体赋初值的公式如下：

其中i表示边线1、边线2、边线3、边线4的编号，j代表时刻t_j，b为航迹带宽度，h为航迹带厚度；

在赋初值以后，根据第t_j时刻的侧滑角β_j、迎角α_j、飞机滚转角φ_j、飞机俯仰角θ_j、飞机航向角ψ_j，对边线1的坐标初值(A_X_1j，A_Y_1j，A_Z_1j)、边线2的坐标初值(A_X_2j，A_Y_2j，A_Z_2j)、边线3的坐标初值(A_X_3j，A_Y_3j，A_Z_3j)、边线4的坐标初值(A_X_4j，A_Y_4j，A_Z_4j)进行旋转变换，并将变换结果记为坐标旋转值(B_X_1j，B_Y_1j，B_Z_1j)、坐标旋转值(B_X_2j，B_Y_2j，B_Z_2j)、坐标旋转值(B_X_3j，B_Y_3j，B_Z_3j)、坐标旋转值(B_X_4j，B_Y_4j，B_Z_4j)，具体的旋转变换公式如下：

公式(2)中，r1、r2、r3、r4、r5为旋转矩阵，具体定义如下：

在计算得到边线1-边线4的坐标旋转值(B_X_1j，B_Y_1j，B_Z_1j)、坐标旋转值(B_X_2j，B_Y_2j，B_Z_2j)、坐标旋转值(B_X_3j，B_Y_3j，B_Z_3j)、坐标旋转值(B_X_4j，B_Y_4j，B_Z_4j)后，根据坐标(x_j，y_j，z_j)，对坐标旋转值(B_X_1j，B_Y_1j，B_Z_1j)、坐标旋转值(B_X_2j，B_Y_2j，B_Z_2j)、坐标旋转值(B_X_3j，B_Y_3j，B_Z_3j)、坐标旋转值(B_X_4j，B_Y_4j，B_Z_4j)进行平移变换得到在第t_j时刻时，边线1的坐标(X_1j，Y_1j，Z_1j)、边线2的坐标(X_2j，Y_2j，Z_2j)、边线3的坐标(X_3j，Y_3j，Z_3j)、边线4的坐标(X_4j，Y_4j，Z_4j)，具体的平移变换的公式为：

其中，i表示边线1、边线2、边线3、边线4的编号，j代表时刻t_j；

接着，根据边线3的坐标(X_3j，Y_3j，Z_3j)、边线4的坐标(X_4j，Y_4j，Z_4j)计算航迹带正面的三维坐标(X_f，Y_f，Z_f)，根据(X_1j，Y_1j，Z_1j)、(X_2j，Y_2j，Z_2j)计算航迹带背面的三维坐标(X_b，Y_b，Z_b)；

最后根据边线1的三维坐标(X₁，Y₁，Z₁)、边线2的三维坐标(X₂，Y₂，Z₂)、边线3的三维坐标(X₃，Y₃，Z₃)、边线4的三维坐标(X₄，Y₄，Z₄)、航迹带正面的三维坐标(X_f，Y_f，Z_f)和航迹带背面的三维坐标(X_b，Y_b，Z_b)在大地坐标系中绘图，完成基于飞行数据的三维飞行剖面设计。