[发明专利]一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法

说明书

本发明涉及一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，按照Dubins方法将过渡路径分为LSR，RSL，RSR以及LSL四种类型。构建过渡路径的具体步骤包括：1、根据飞机航向，目标航段航向以及飞机相对目标航段的方向，判断过渡路径的类型；2、通过飞机位置，目标航段航向以及终点位置，计算过渡路径直线段的航向；3、根据飞机位置和航向，首圆弧的转向，以及飞机最小转弯半径，计算首圆弧的圆心位置；4、根据首圆弧圆心的位置计算相对目标航段的侧偏距，再结合尾圆弧的转向，飞机最小转弯半径，计算尾圆弧的圆心位置，从而完成水平引导过渡路径的构建。本发明为水平引导过渡路径构建提供了一种关键技术，使得飞机在进行水平引导过渡时更加合理和安全。

技术领域

本发明涉及一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，属于民航技术领域。

背景技术

水平引导过渡是飞行管理系统(FMS,Flight Management System)核心功能之一，旨在引导飞机按照合理的飞行航路安全完成航行任务。在该过程中飞行管理系统根据飞机的位置信息以及期望截获的航段信息计算过渡路径以及引导指令信息，从而引导飞机平滑截获目标航段。在民机标准ARINC 424(Navigation Systems Data Base)中，水平引导过渡路径可以通过直线过渡、切线过渡等方法进行构建。这些方法主要处理飞机相对目标航段侧偏距较小情形下的航段过渡问题，但无法处理飞机相对目标航段侧偏距过大等复杂场景。因此如何在最大程度上保障飞行安全、节约飞行成本以及处理复杂场景的前提下进行水平引导过渡路径的构建，是未来很长时间内强化先进大型客机飞行管理系统核心竞争力的关键方向被各国航空领域进行重点研究。

1957年，Lester Eli Dubins证明连接平面两点的任何路径都可以由最大曲率的圆弧和直线段组成，该路径是在满足曲率约束和规定的始端和末端切线方向的条件下，连接两点的二维平面内最短路径。Dubins集合包括{LSL，RSR，RSL，LSR，RLR，LRL}六种情况，其中L表示从沿逆时针方向的圆弧运动，R表示沿顺时针方向圆弧运动，S表示沿直线运动。而水平引导过渡路径基于飞机位置以及目标航段的位置信息进行构建，与Dubins方法的中借助平面两点构建最短路径的思想相契合。本发明就是在此背景下提出的，基于Dubins方法进行水平引导过渡路径构建，就是在飞机相对目标航段较远时，使飞机以较短的距离完成目标航段的截获，进而节省飞行成本；同时过渡路径构建在考虑飞行安全的前提下，设计首尾圆弧段，使飞机平滑地进行水平过渡以及航段截获，最大程度上保障飞行安全。

发明内容

要解决的技术问题

为解决飞机相对目标航段侧偏距过大时的水平引导过渡路径构建问题，本发明提出一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，实现飞机快速且平滑截获目标航段，节约飞行成本，保证飞行安全。

技术方案

一种基于Dubins方法的水平引导过渡路径构建方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：载入所需数据信息，包括飞机初始位置P₀，经纬高坐标为(λ₀,L₀,H₀)，初始航向χ₀，初始速度V₀，最大滚转角φ_max，目标航段起点P_s，经纬高坐标为(λ_s,L_s,H_s)，目标航段终点P_e，经纬高坐标为(λ_e,L_e,H_e)；

步骤2：由目标航段起点P_s和终点P_e的位置信息计算目标航段航向χ_leg，计算公式为：

步骤3：计算飞机的最小转弯半径R_min，计算公式如下：