[go: up one dir, main page]

RU2388059C1 - Method of evaluating proximity of path of aircraft to earth's surface - Google Patents

Method of evaluating proximity of path of aircraft to earth's surface Download PDF

Info

Publication number
RU2388059C1
RU2388059C1 RU2008133801/11A RU2008133801A RU2388059C1 RU 2388059 C1 RU2388059 C1 RU 2388059C1 RU 2008133801/11 A RU2008133801/11 A RU 2008133801/11A RU 2008133801 A RU2008133801 A RU 2008133801A RU 2388059 C1 RU2388059 C1 RU 2388059C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
proximity
path
earth
spheres
Prior art date
Application number
RU2008133801/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008133801A (en
Inventor
Денис Владимирович Иванов (RU)
Денис Владимирович Иванов
Евгений Александрович Казанкин (RU)
Евгений Александрович Казанкин
Алексей Павлович Симоненко (RU)
Алексей Павлович Симоненко
Валентин Афанасьевич Сухолитко (RU)
Валентин Афанасьевич Сухолитко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Корпорация "Русские системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Корпорация "Русские системы" filed Critical Открытое акционерное общество "Корпорация "Русские системы"
Priority to RU2008133801/11A priority Critical patent/RU2388059C1/en
Publication of RU2008133801A publication Critical patent/RU2008133801A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2388059C1 publication Critical patent/RU2388059C1/en

Links

Landscapes

  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics; control. ^ SUBSTANCE: invention relates to air traffic control. According to the proposed method, position of an aircraft is determined using a navigation system. Parametres of the current dynamic status are determined. A forecast path is calculated and proximity of the path to topographical features is evaluated. The evaluation of the proximity of the path to the Earth's surface is done by constructing a set of spheres whose centres are on the path, and whose radii are equal to minimum distance to the topographical features and artificial obstacles to the corresponding centres. The spheres are constructed such that, the centre of each next sphere lies on the point of intersection of the approximated forecast path of the aircraft with the surface of the previous sphere. ^ EFFECT: invention increases flight safety of aircraft through dynamic evaluation of proximity of the path of the aircraft to the Earth's surface. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к области безопасности полетов и, в частности, к способам определения близости траекторий движения летательных аппаратов (ЛА) к элементам земной поверхности. Изобретение предназначено для использования на любых видах ЛА, в том числе обладающих высокими маневренными возможностями.The invention relates to the field of flight safety and, in particular, to methods for determining the proximity of the trajectories of aircraft (LA) to the elements of the earth's surface. The invention is intended for use on any type of aircraft, including those having high maneuverability.

Уровень техникиState of the art

Существуют и широко используются способы, предназначенные как для точного определения, так и для оценки близости траекторий ЛА к элементам рельефа местности. В их основе лежит определение положения ЛА с помощью навигационной системы, определение параметров текущего динамического состояния, вычисление прогнозируемой траектории, формирование зоны, определенной формы, обеспечивающей необходимое расстояние до элементов земной поверхности, сопоставление ее с рельефом местности и, как итог, различная по степени точности оценка близости траектории к рельефу местности на основе сопоставления размеров такой зоны и элементов рельефа, попавших в нее [RU 7000106, US 60097895, US 7321813, US 70185652, US 70050101].There are and are widely used methods designed both for accurate determination and for assessing the proximity of aircraft trajectories to terrain features. They are based on determining the position of the aircraft using the navigation system, determining the parameters of the current dynamic state, calculating the predicted trajectory, forming a zone of a certain shape that provides the necessary distance to the elements of the earth's surface, comparing it with the terrain and, as a result, varying in degree of accuracy assessment of the proximity of the trajectory to the terrain based on a comparison of the sizes of such a zone and the relief elements that fall into it [RU 7000106, US 60097895, US 7321813, US 70185652, US 70050101].

В указанных способах оценка близости траектории к земной поверхности производится путем анализа наличия элементов рельефа местности в пространственной области по курсу ЛА [см., например, RU 7000106, US 60097895, US 7321813, US 70185652, US 70050101].In these methods, the assessment of the proximity of the trajectory to the earth's surface is done by analyzing the presence of terrain features in the spatial region at the aircraft heading [see, for example, RU 7000106, US 60097895, US 7321813, US 70185652, US 70050101].

Недостаток таких, уже существующих, способов обусловлен ограниченностью в возможностях оценки близости поверхности земли к траектории для любого прогнозируемого момента времени, а также малой их применимостью к ЛА, обладающим высокими маневренными возможностями. Данные недостатки обнаруживаются в связи с тем, что определение близости поверхности земли основывается на анализе попадания элементов рельефа в пространственную зону фиксированной формы, которая в различных работах носит название «коридора безопасности», «профиля безопасности» или «зоны безопасности», и которая в недостаточной степени учитывает возможное развитие полетной ситуации во времени. Таким образом, элемент рельефа местности, находящийся в непосредственной близости к текущему положению ЛА или его прогнозируемой траектории, но не попавший в «зону безопасности», в силу особенностей ее построения, будет не учтен, что может привести к столкновению. Между тем, для избежания столкновения, во многих случаях, необходимо располагать сведениями относительно близости земли для всех точек прогнозируемой траектории по всем направлениям, чтобы иметь возможность заранее корректировать траекторию на основе постоянной оценки ее близости к земной поверхности, что приобретает особенное значение для высокоманевренных ЛА.The disadvantage of such existing methods is due to the limited ability to assess the proximity of the earth's surface to the trajectory for any predicted point in time, as well as their low applicability to aircraft with high maneuverability. These shortcomings are found due to the fact that determining the proximity of the earth’s surface is based on an analysis of the penetration of relief elements into a spatial zone of a fixed shape, which in various works is called a “security corridor”, “security profile” or “security zone”, and which degree takes into account the possible development of the flight situation in time. Thus, the terrain element located in close proximity to the current position of the aircraft or its predicted trajectory, but not falling into the “safety zone”, due to the peculiarities of its construction, will not be taken into account, which can lead to a collision. Meanwhile, in order to avoid a collision, in many cases, it is necessary to have information about the proximity of the earth for all points of the predicted trajectory in all directions in order to be able to pre-adjust the trajectory based on a constant assessment of its proximity to the earth's surface, which is of particular importance for highly maneuverable aircraft.

В качестве ближайшего аналога заявляемого способа выбран способ оценки близости траектории ЛА к рельефу местности, описанный в US60097895. Необходимо отметить, что данный способ является лишь частичным аналогом заявляемого.As the closest analogue of the proposed method, the selected method for assessing the proximity of the aircraft trajectory to the terrain described in US60097895. It should be noted that this method is only a partial analogue of the claimed.

В способе, выбранном в качестве ближайшего аналога, осуществляют наиболее общие и характерные действия, служащие для оценки близости траектории ЛА к земной поверхности, а именно, определяют местоположение летательного аппарата с помощью навигационной системы, производят определение параметров текущего динамического состояния, формируют так называемый «профиль безопасности», проверяют отсутствие элементов рельефа местности и искусственных препятствий в нем. В случае обнаружения элементов рельефа, получают оценку близости участка траектории, для которого построен «профиль безопасности», содержащий элемент рельефа, к земной поверхности.In the method selected as the closest analogue, the most common and characteristic actions are performed, which serve to assess the proximity of the aircraft trajectory to the earth's surface, namely, determine the location of the aircraft using the navigation system, determine the parameters of the current dynamic state, form the so-called "profile security ”, check the absence of terrain features and artificial obstacles in it. In case of detection of relief elements, an estimate is obtained of the proximity of the path section for which a “safety profile” containing the relief element to the earth's surface is built.

Данный способ предусматривает возможность определения близости земной поверхности лишь в достаточно ограниченной области вблизи непосредственного нахождения ЛА. Определение близости рельефа местности осуществляется без учета прогноза развития ситуации на определенное время вперед и только в случае его попадания в «профиль безопасности», в остальные моменты времени, когда «профиль безопасности» чист, пилот не имеет никакой информации относительно близости рельефа местности. Это обстоятельство делает невозможным заблаговременное принятие пилотом решений относительно дальнейших действий на основе текущей и прогнозируемой высоты над рельефом местности.This method provides the ability to determine the proximity of the earth's surface only in a fairly limited area near the immediate location of the aircraft. The determination of the proximity of the terrain is carried out without taking into account the forecast of the development of the situation for a certain time ahead and only if it falls into the “safety profile”, at other times when the “safety profile” is clear, the pilot does not have any information about the proximity of the terrain. This circumstance makes it impossible for the pilot to make early decisions regarding further actions based on the current and predicted altitude.

Таким образом, определение близости опасного рельефа реализуется не в полной мере.Thus, the determination of the proximity of a dangerous terrain is not fully implemented.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В основу заявляемого изобретения положена задача повышения безопасности полетов, обеспечивающаяся путем оценки близости траектории ЛА к земной поверхности. Оценка близости траектории к рельефу местности используется в системах обеспечения безопасности полетов, в том числе активных, для оказания экипажу помощи в принятии решений относительно режимов управления ЛА и, как следствие, предотвращения столкновений с земной поверхностью.The basis of the claimed invention is the task of improving flight safety, which is achieved by assessing the proximity of the aircraft trajectory to the earth's surface. An assessment of the proximity of the trajectory to the terrain is used in flight safety systems, including active ones, to assist the crew in making decisions regarding aircraft control modes and, as a result, to prevent collisions with the earth's surface.

В соответствии с этим, для реализации способа необходимо располагать данными о прохождении в пространстве траектории, близость которой к элементам рельефа местности оценивается. В случае определения близости земной поверхности к прогнозируемой траектории, начальные условия для ее расчета задаются текущими динамическими параметрами ЛА.In accordance with this, to implement the method, it is necessary to have data on the passage in space of the trajectory, the proximity of which to the elements of the terrain is estimated. In the case of determining the proximity of the earth's surface to the predicted trajectory, the initial conditions for its calculation are set by the current dynamic parameters of the aircraft.

Сущность заявляемого способа основывается на оценке минимального расстояния до элементов рельефа местности для каждой из точек, принадлежащих прогнозируемой траектории. При этом определение минимального расстояния производится по всем направлениям и основывается на принципе построения сфер, свободных от элементов рельефа местности и искусственных препятствий, с центром в точке прогнозируемой траектории, для которой производится оценка близости земной поверхности. Построение сфер производится таким образом, что центр каждой последующей сферы находится в точке пересечения аппроксимируемой прогнозной траектории летательного аппарата с поверхностью предыдущей сферы.The essence of the proposed method is based on an estimate of the minimum distance to terrain features for each of the points belonging to the predicted trajectory. In this case, the determination of the minimum distance is made in all directions and is based on the principle of constructing spheres free from terrain features and artificial obstacles, centered at the point of the predicted trajectory, for which the proximity of the earth's surface is estimated. The construction of the spheres is carried out in such a way that the center of each subsequent sphere is located at the intersection of the approximate predicted trajectory of the aircraft with the surface of the previous sphere.

Таким образом, для участка траектории, находящегося внутри зоны, образованной сферами, формируется оценочное расстояние до рельефа местности, определяющееся радиусом соответствующей сферы. В процессе объединения построенных таким образом сфер, оценивается близость траектории ЛА к земной поверхности для любого прогнозного момента времени.Thus, for a section of the trajectory located inside the zone formed by the spheres, an estimated distance to the terrain is formed, which is determined by the radius of the corresponding sphere. In the process of combining the spheres constructed in this way, the proximity of the aircraft trajectory to the earth's surface is estimated for any predicted point in time.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На чертеже представлен набор сфер, радиус каждой из которых формирует минимальное расстояние от точки центра сферы, принадлежащей траектории ЛА, до элементов земной поверхности. Точка траектории, находящаяся внутри сферы, считается настолько же удаленной от рельефа местности, каково кратчайшее расстояние от этой точки до поверхности сферы, при условии, что данная поверхность не является частью последующей или предыдущей сферы.The drawing shows a set of spheres, the radius of each of which forms the minimum distance from the center point of the sphere belonging to the aircraft trajectory to the elements of the earth's surface. A trajectory point inside the sphere is considered as far from the terrain as the shortest distance from this point to the surface of the sphere, provided that this surface is not part of the subsequent or previous sphere.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Заявляемый способ реализуется следующей последовательностью действий.The inventive method is implemented by the following sequence of actions.

С помощью навигационной системы производится определение местоположения и текущих параметров динамического состояния летательного аппарата 1 (путевая скорость - Wп, вертикальная скорость - Wy, путевой угол - ПУ, скорость разворота -

Figure 00000001
ωу и др.).Using the navigation system, the location and current parameters of the dynamic state of the aircraft 1 are determined (ground speed - W p , vertical speed - W y , track angle - PU, turn speed -
Figure 00000001
ω y , etc.).

Следующим шагом является вычисление прогнозируемой траектории 2, на определенное время вперед. Прогнозируемая траектория вычисляется в отдельном функциональном блоке решением системы дифференциальных уравнений движения ЛА.The next step is to calculate the predicted trajectory 2, for a certain time ahead. The predicted trajectory is calculated in a separate functional block by solving the system of differential equations of motion for the aircraft.

Дальнейшая реализация способа осуществляется с помощью функционального блока бортовой базы данных (ББД).Further implementation of the method is carried out using the on-board database (BDB) functional block.

ББД содержит цифровую модель местности, представляющую собой совокупность значений отметок превышений рельефа 3, привязанных к углам координатной сетки и являющихся цифровым выражением высотных характеристик рельефа на топографической карте. Дополнительно в ББД содержится информация об искусственных препятствиях антропогенного происхождения, включающая в себя сведения об аэродромах (координаты и превышения контрольных точек аэродромов, координаты и превышения порогов взлетно-посадочной полосы (ВПП), магнитные/истинные путевые углы ВПП). Бортовая база данных может быть реализована в отдельном функциональном блоке.The BBB contains a digital terrain model, which is a set of elevation elevation elevation 3 values that are tied to the corners of the grid and are a digital expression of the elevation characteristics of the terrain on a topographic map. Additionally, the BDB contains information on man-made obstacles of anthropogenic origin, including information on aerodromes (coordinates and excess of control points of aerodromes, coordinates and excess of thresholds of the runway (runway), magnetic / true runway track angles). The on-board database can be implemented in a separate functional unit.

На основе текущих координат летательного аппарата в виде X, Y, Z (где X - текущая географическая широта, Y - текущая географическая долгота, Z - высота ЛА над геоидом в текущий момент), полученных с помощью навигационной системы, и фактического курса, на вход блока ББД передается прогнозируемая траектория, заданная, например, в виде массива точек, аппроксимирующих кривую в пространстве, или любым другим способом.Based on the current coordinates of the aircraft in the form of X, Y, Z (where X is the current geographic latitude, Y is the current geographic longitude, Z is the aircraft altitude above the geoid at the current moment) obtained using the navigation system, and the actual heading block BDB transmitted predicted trajectory specified, for example, in the form of an array of points approximating a curve in space, or in any other way.

На выходе блока ББД, после обработки поступившей информации, возвращается массив радиусов 5, равных минимальному расстоянию 4 до рельефа и искусственных препятствий для центров соответствующих сфер, и истинных высот ЛА в этих же центрах.At the output of the BBB block, after processing the received information, an array of radii 5 is returned, equal to the minimum distance 4 to the terrain and artificial obstacles for the centers of the corresponding spheres, and the true heights of the aircraft in the same centers.

Данные, полученные от блока ББД, объединяются вместе, в результате чего сферы 6, в соответствии с вычисленными радиусами, формируют оценку близости траектории ЛА к земной поверхности.The data received from the BBB block are combined together, as a result of which the spheres 6, in accordance with the calculated radii, form an estimate of the proximity of the aircraft trajectory to the earth's surface.

Claims (2)

1. Способ оценки близости траекторий летательных аппаратов (ЛА) к земной поверхности, согласно которому определяют местоположение ЛА с помощью навигационной системы, определяют параметры текущего динамического состояния, с использованием полученных параметров и фактического курса ЛА вычисляют прогнозируемую траекторию ЛА, отличающийся тем, что строят набор свободных от элементов рельефа местности сфер с центрами, располагаемыми на прогнозируемой траектории, и радиусами, равными минимальному расстоянию от соответствующих центров до элементов рельефа и искусственных препятствий, и о близости участка траектории, находящегося внутри зоны, образованной сферами, судят по радиусам соответствующих сфер.1. A method for assessing the proximity of the trajectories of aircraft (LA) to the earth's surface, according to which the location of the aircraft is determined using the navigation system, the parameters of the current dynamic state are determined, using the obtained parameters and the actual course of the aircraft, the predicted aircraft trajectory is calculated, characterized in that they build a set terrain-free spheres with centers located on the predicted trajectory and radii equal to the minimum distance from the corresponding centers to lementov terrain and man-made obstacles, and the proximity portion of the trajectory located within the zone formed by spheres, is judged by the respective radii of the spheres. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что построение сфер производят таким образом, что центр каждой последующей сферы находится в точке пересечения аппроксимируемой прогнозной траектории ЛА с поверхностью предыдущей сферы. 2. The method according to claim 1, characterized in that the construction of the spheres is carried out in such a way that the center of each subsequent sphere is at the intersection of the approximated predicted trajectory of the aircraft with the surface of the previous sphere.
RU2008133801/11A 2008-08-19 2008-08-19 Method of evaluating proximity of path of aircraft to earth's surface RU2388059C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008133801/11A RU2388059C1 (en) 2008-08-19 2008-08-19 Method of evaluating proximity of path of aircraft to earth's surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008133801/11A RU2388059C1 (en) 2008-08-19 2008-08-19 Method of evaluating proximity of path of aircraft to earth's surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008133801A RU2008133801A (en) 2010-02-27
RU2388059C1 true RU2388059C1 (en) 2010-04-27

Family

ID=42127455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008133801/11A RU2388059C1 (en) 2008-08-19 2008-08-19 Method of evaluating proximity of path of aircraft to earth's surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2388059C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786276C1 (en) * 2022-05-23 2022-12-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" Method and device for flight control of a group of aircraft

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116401622B (en) * 2023-04-10 2024-06-18 航科院中宇(北京)新技术发展有限公司 Method and system for screening failure obstacle during take-off of multi-source data fusion aircraft

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153195C1 (en) * 1994-03-22 2000-07-20 Секстант Авьоник Device for preventing aircraft collision to ground
RU2211489C2 (en) * 1998-01-12 2003-08-27 Дассо Электроник Method and device for avoidance of collision of flying vehicle provided with updated visualization system with ground
RU2234739C1 (en) * 2003-01-15 2004-08-20 Фальков Эдуард Яковлевич Method of prevention of collision of flying vehicle with earth
US20060052912A1 (en) * 2002-12-13 2006-03-09 Thales Anticollision equipment on board an aeroplane with normal flight reversion aid
US20060097895A1 (en) * 2002-12-20 2006-05-11 Zachary Reynolds Aircraft terrain warning systems and methods

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153195C1 (en) * 1994-03-22 2000-07-20 Секстант Авьоник Device for preventing aircraft collision to ground
RU2211489C2 (en) * 1998-01-12 2003-08-27 Дассо Электроник Method and device for avoidance of collision of flying vehicle provided with updated visualization system with ground
US20060052912A1 (en) * 2002-12-13 2006-03-09 Thales Anticollision equipment on board an aeroplane with normal flight reversion aid
US20060097895A1 (en) * 2002-12-20 2006-05-11 Zachary Reynolds Aircraft terrain warning systems and methods
RU2234739C1 (en) * 2003-01-15 2004-08-20 Фальков Эдуард Яковлевич Method of prevention of collision of flying vehicle with earth

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786276C1 (en) * 2022-05-23 2022-12-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" Method and device for flight control of a group of aircraft

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008133801A (en) 2010-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ruchti et al. Localization on openstreetmap data using a 3d laser scanner
CN109934868B (en) Vehicle positioning method based on matching of three-dimensional point cloud and satellite map
CN115342821B (en) A method for constructing navigation cost map for unmanned vehicles in complex and unknown environments
EP3432287B1 (en) Navigation driving metric
US7937191B2 (en) Termination secured route planning
Davidson et al. Application of particle filters for indoor positioning using floor plans
EP2372611A2 (en) Scene matching reference data generation system and position measurement system
EP2372607A2 (en) Scene matching reference data generation system and position measurement system
JPWO2018221453A1 (en) Output device, control method, program, and storage medium
CN112132144B (en) A risk assessment method for UAV route collision based on remote sensing images
JP2023153955A (en) Map making device, method for control, program, and storage medium
CN109903592B (en) High-precision aircraft automatic near-ground collision avoidance system terrain scanning method based on error theory
JP2015155903A (en) Automated driving system, method for automated driving, and computing device
CN112204346A (en) Method for determining vehicle location
CN114518566A (en) Method and sensing system for a vehicle
CN114419573A (en) Dynamic occupancy grid estimation method and device
US11536844B2 (en) Dynamic sensor range detection for vehicle navigation
Grewe et al. Evaluation method and results for the accuracy of an automotive occupancy grid
CN113448340A (en) Unmanned aerial vehicle path planning method and device, unmanned aerial vehicle and storage medium
Wilk et al. Optimization of map matching algorithms for indoor navigation in shopping malls
CN109903367A (en) Construct the method, apparatus and computer readable storage medium of map
RU2388059C1 (en) Method of evaluating proximity of path of aircraft to earth's surface
CN103678925A (en) Flight path classification method based on auxiliary information source
CN110006432A (en) A method of based on the Indoor Robot rapid relocation under geometry prior information
Choi et al. Point cloud-based lane detection for optimal local path planning

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150820

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170503