CN109240327B - 一种固定翼飞机飞行阶段识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种固定翼飞机飞行阶段的识别方法是基于飞参数据中相关的飞行参数对飞行过程进行飞行阶段识别和划分。该方法首先对数据进行处理和平滑滤波，然后再求气压高度对时间的一阶和二阶求导，求取曲线的拐点，将首末两个拐点分别作为起飞点和着陆点，根据起飞点和着陆点分别对地面飞行状态和空中的飞行状态进一步识别，最后能完整的识别出飞行准备、滑行、起飞、爬升、巡航、机动飞行、下降、进近、着陆、复飞等阶段。本专利的飞行阶段识别方法以飞参采集的数据为基础，针对固定翼飞机进行飞行阶段识别，为飞参数据的深入分析和飞机维修保障提供基础数据。

Description

一种固定翼飞机飞行阶段识别方法

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，涉及基于飞参数据的飞行阶段识别方法。

背景技术

在飞参数据利用价值越来越高的背景下，要实现对飞参数据的深入利用，对飞机的飞行阶段识别是进行数据深入分析的基础。特别是在飞参数据判读和飞参数据挖掘领域，飞行阶段识别是首先需要处理的问题。飞行阶段识别因为受到外部环境、飞行操纵等多重因素的影响，导致各阶段间的边界条件不固定等，造成飞机阶段识别困难，特别是军用飞机的飞行阶段识别更为困难。

本专利提供了一种固定翼飞机的飞行阶段识别方法，利用飞行过程中气压高度曲线的特征，求其对时间的一阶、二阶导数，根据导数求取气压高度拐点，利用首末拐点首先识别飞机的地面和空中状态，再利用其他参数信息对飞行过程中各阶段进行详细划分，最终实现对飞行准备、滑行、起飞、爬升、巡航、机动飞行、下降、进近、着陆、复飞等阶段准确的识别。

发明内容

发明目的：

研究一种能够根据飞参数据中的主要飞行参数，如：姿态角、俯仰角、横滚角、无线电高度、指示空速、气压高度等，从数据中识别和划分出飞机整个飞行过程中出现的飞行准备、滑行、起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆、复飞、等飞行阶段，为飞参数据的深入分析及飞机的故障排查提供依据。

技术方案：

一种固定翼飞机飞行阶段的识别方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：提取飞行参数数据并进行处理；

步骤二：求气压高度数据曲线的导数和拐点：使用均值滤波法对气压高度数据进行平滑处理，分别对气压高度数据对时间变量求取一阶导数和二阶导数，并形成一阶导数序列和二阶导数序列；然后根据二阶导数序列的最值的位置求得气压高度曲线的拐点，记录每个拐点对应的相对时间点；

步骤三：识别起飞阶段和着陆阶段；

步骤四：识别初始爬升、进近阶段；

步骤五：识别地面的飞行准备、滑行阶段：

步骤六：识别空中的爬升、下降、巡航、机动飞行等阶段；

步骤七：识别复飞阶段。

步骤一中，所述的提取飞行参数数据并进行处理实现为；从飞行参数设备记录的数据中提取气压高度、俯仰角、横滚角、无线电高度、指示空速、发动机高压转子转速的数据，将每个参数的数据按照时间顺序形成一维数组；由于各参数采样率不同，为了便于处理且保持数据的特性，需对数据进行处理将其处理为每秒一个采样点的数据；对于采样率大于1的参数，将每秒的采样点数据进行加权平均形成该时刻的新数据。对于采样率小于1的参数，采用线性插值的方法，根据前后采样点的数据线性计算当前时刻的新数据。

步骤三中，起飞阶段和着陆阶段的识别方法为：按照气压高度曲线拐点出现的时间顺序，提取步骤二中的第一个拐点和最后一个拐点，则第一个拐点对应起飞点，最后一个拐点对应着陆点；然后，以时间为基准，从起飞点对应的时刻向前查找指示空速在60km/h的临界时间点，该点即为起飞阶段的开始点，在起飞点对应的时刻向后查找无线电高度大于10m的临界时间点，该点为起飞阶段的结束点；最后，从着陆点对应的时刻向前查找俯仰角大于1度的临界点，该点为着陆阶段的开始点，在着陆点对应的时刻向后查找到指示空速降为60km/h的临界点，该时刻为着陆阶段的结束点。

步骤四中，初始爬升、进近阶段的识别方法为：首先，按照时间顺序提取步骤二中求得的第二个拐点，则该拐点对应初始爬升结束点，从步骤三中计算的起飞阶段的结束点，作为初始爬升的开始点，则初始爬升阶段确定；然后，从步骤三中着陆的开始点向前查找气压高度的拐点，则该拐点对应进近的开始点，进近的结束点为着陆的开始点。

步骤五中，地面的飞行准备、滑行阶段识别方法为：从数据开始记录到起飞阶段的开始点，该时间区间为起飞前地面阶段，包括有飞行准备、滑行两个阶段；从数据记录开始查找连续3秒空速大于5km/h的开始时刻，此时间点为飞行准备阶段与起飞前滑行阶段的划分点，从数据开始到该时间点为飞行准备阶段，从该时刻到起飞阶段开始点，该时间段为起飞前滑行阶段；从着陆阶段的结束点到数据结束记录或指示空速小于等于0km/h，该时间段为着陆后滑行阶段。

步骤六中，空中的爬升、下降、巡航、机动飞行阶段识别方法为：

从初始爬升结束到近进开始点之间的飞行阶段，根据气压高度曲线的拐点信息，将该时间段划分为若干子区间，每个区间对应一种飞行状态，根据不同的飞行情况，该阶段可能出现空中的爬升、下降、巡航、机动飞行；

爬升识别：当气压高度的一阶导数大于0且俯仰角在[0～30]度范围内，且横滚角在±30度范围内则为爬升阶段；

下降阶段，当气压高度的一阶导数小于0且俯仰角在[-30～0]度范围内，且横滚角在±30度范围内则为下降阶段；

巡航阶段：当气压高度一阶导数等于0且俯仰角在±10度范围内，横滚角在±30度范围内，指示空速变化率在±20km/h为巡航阶段；

机动飞行阶段：当飞行状态不在上述三种状态之内的，属于机动飞行阶段。

步骤七中，复飞阶段的识别方法为：

在步骤四中识别的初始爬升结束点和进近开始点之间，查看是否出现了气压高度与起飞点的气压高度差值小于200m的时间段，若未出现这样的时间段，则不存在复飞阶段；若存在该时间段，且在该时间段内发动机转速由小变大，则认为有复飞动作，复飞阶段以发动机转速变化率为正开始，直到气压高度一阶导数大于0且持续10结束。

附图说明：

图1为飞行过程气压高度图及其拐点示意图。

有益效果：

本发明提供一种固定翼飞机飞行阶段的识别方法，能根据飞参采集的部分飞行参数识别飞机所处的飞行阶段，其为飞参数据深入分析和飞机设备故障判读提供了基础数据，其主要有益效果如下：

a)为飞参数据分析提供基础

飞参数据分析首先要结合飞机所处的飞行状态，才能够对飞行数据进行深入分析，提供技术支持。

b)为飞机设备故障诊断提供支持

飞机设备故障诊断与飞机的使用状态密切相关，飞机的使用状态对飞机设备的故障诊断提供前提条件，因此飞机的飞行阶段是进行设备故障诊断的前提条件。

c)为提高飞行技术提供支持

飞行阶段是识别和判断飞行动作的前提条件，其为飞行动作识别和飞行动作评定提供技术支持。

实施方式：

一种固定翼飞机飞行阶段的识别方法需要按照以下步骤进行实施：

步骤一：提取飞参数据并进行处理

下载飞参记录设备中的数据，并进行还原。从还原后的飞参数据中提取气压高度、俯仰角、横滚角、无线电高度、指示空速、发动机高压转子转速等参数的原始数据，并按照时间顺序形成一维数组。对每个参数一秒内的多采样点采用加权平均或线性插值的方法形成新的数据值，使每个参数在每秒内只有一个采样点数据。

步骤二：求气压高度数据曲线的导数和拐点

使用均值滤波法对气压高度数据进行平滑处理，分别对气压高度数据对时间变量求取一阶导数和二阶导数，并形成一阶导数序列和二阶导数序列。然后根据二阶导数序列的最值的位置求得气压高度曲线的拐点，记录每个拐点对应的相对时间点，即可把整个飞行过程划分为若干阶段。

步骤三：识别起飞阶段和着陆阶段

按照气压高度曲线拐点出现的时间顺序，提取步骤二中的第一个拐点和最后一个拐点，则第一个拐点对应起飞点，最后一个拐点对应着陆点。

然后，以时间为基准，从起飞点对应的时刻向前查找指示空速在60km/h的临界时间点，该点即为起飞阶段的开始点，在起飞点对应的时刻向后查找无线电高度大于10m的临界时间点，该点为起飞阶段的结束点。

最后，从着陆点对应的时刻向前查找俯仰角大于1度的临界点，该点为着陆阶段的开始点，在着陆点对应的时刻向后查找到指示空速降为60km/h的临界点，该时刻为着陆阶段的结束点。

步骤四：识别初始爬升、进近阶段

首先，按照时间顺序提取步骤二中求得的第二个拐点，则该拐点对应初始爬升结束点，从步骤三中计算的起飞阶段的结束点，作为初始爬升的开始点，则初始爬升阶段确定；然后，从步骤三中着陆的开始点向前查找气压高度的拐点，则该拐点对应进近的开始点，进近的结束点为着陆的开始点。

步骤五：识别地面的飞行准备、滑行阶段

从数据开始记录到起飞阶段的开始点，该时间区间为起飞前地面阶段，包括有飞行准备、滑行两个阶段。从数据记录开始查找连续3秒空速大于5km/h的开始时刻，此时间点为飞行准备阶段与起飞前滑行阶段的划分点，从数据开始到该时间点为飞行准备阶段，从该时刻到起飞阶段开始点，该时间段为起飞前滑行阶段。从着陆阶段的结束点到数据结束记录或指示空速小于等于0km/h，该时间段为着陆后滑行阶段。

步骤六：识别空中的爬升、下降、巡航、机动飞行等阶段

该步骤识别从初始爬升结束到近进开始点之间的飞行阶段，根据气压高度曲线的拐点信息，将该时间段划分为若干子区间，每个区间对应一种飞行状态，根据不同的飞行情况，该阶段可能出现空中的爬升、下降、巡航、机动飞行等。

爬升识别：当气压高度的一阶导数大于0且俯仰角在[0～30]度范围内，且横滚角在±30度范围内则为爬升阶段。

下降阶段，当气压高度的一阶导数小于0且俯仰角在[-30～0]度范围内，且横滚角在±30度范围内则为下降阶段。

巡航阶段：，当气压高度一阶导数等于0且俯仰角在±10度范围内，横滚角在±30度范围内，指示空速变化率在±20km/h为巡航阶段。

机动飞行阶段：当飞行状态不在上述三种状态之内的，属于机动飞行阶段。

步骤七：识别复飞阶段

在步骤四中识别的初始爬升结束点和进近开始点之间，查看是否出现了气压高度与起飞点的气压高度差值小于200m的时间段，若未出现这样的时间段，则不存在复飞阶段。若存在该时间段，且在该时间段内发动机转速由小变大，则认为有复飞动作，复飞阶段以发动机转速变化率为正开始，直到气压高度一阶导数大于0且持续10结束。

Claims (2)

1.一种固定翼飞机飞行阶段的识别方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：提取飞行参数数据并进行处理；

步骤二：求气压高度数据曲线的导数和拐点：使用均值滤波法对气压高度数据进行平滑处理，分别对气压高度数据对时间变量求取一阶导数和二阶导数，并形成一阶导数序列和二阶导数序列；然后根据二阶导数序列的最值的位置求得气压高度曲线的拐点，记录每个拐点对应的相对时间点；

步骤三：识别起飞阶段和着陆阶段；按照气压高度曲线拐点出现的时间顺序，提取步骤二中的第一个拐点和最后一个拐点，则第一个拐点对应起飞点，最后一个拐点对应着陆点；然后，以时间为基准，从起飞点对应的时刻向前查找指示空速在60km/h的临界时间点，该点即为起飞阶段的开始点，在起飞点对应的时刻向后查找无线电高度大于10m的临界时间点，该点为起飞阶段的结束点；最后，从着陆点对应的时刻向前查找俯仰角大于1度的临界点，该点为着陆阶段的开始点，在着陆点对应的时刻向后查找到指示空速降为60km/h的临界点，该时刻为着陆阶段的结束点；

步骤四：识别初始爬升、进近阶段；首先，按照时间顺序提取步骤二中求得的第二个拐点，则该拐点对应初始爬升结束点，从步骤三中计算的起飞阶段的结束点，作为初始爬升的开始点，则初始爬升阶段确定；然后，从步骤三中着陆的开始点向前查找气压高度的拐点，则该拐点对应进近的开始点，进近的结束点为着陆的开始点；

步骤五：识别地面的飞行准备、滑行阶段：从数据开始记录到起飞阶段的开始点，该时间区间为起飞前地面阶段，包括有飞行准备、滑行两个阶段；从数据记录开始查找连续3秒空速大于5km/h的开始时刻，此时间点为飞行准备阶段与起飞前滑行阶段的划分点，从数据开始到该时间点为飞行准备阶段，从该时刻到起飞阶段开始点，该时间段为起飞前滑行阶段；从着陆阶段的结束点到数据结束记录或指示空速小于等于0km/h，该时间段为着陆后滑行阶段；

步骤六：识别空中的爬升、下降、巡航、机动飞行等阶段；从初始爬升结束到近进开始点之间的飞行阶段，根据气压高度曲线的拐点信息，将该时间段划分为若干子区间，每个区间对应一种飞行状态，根据不同的飞行情况，该阶段可能出现空中的爬升、下降、巡航、机动飞行；

爬升识别：当气压高度的一阶导数大于0且俯仰角在[0到30]度范围内，且横滚角在±30度范围内则为爬升阶段；

下降阶段，当气压高度的一阶导数小于0且俯仰角在[－30到0]度范围内，且横滚角在±30度范围内则为下降阶段；

巡航阶段：当气压高度一阶导数等于0且俯仰角在±10度范围内，横滚角在±30度范围内，指示空速变化率在±20km/h为巡航阶段；

机动飞行阶段：当飞行状态不在上述三种状态之内的，属于机动飞行阶段；

步骤七：识别复飞阶段；在步骤四中识别的初始爬升结束点和进近开始点之间，查看是否出现了气压高度与起飞点的气压高度差值小于200m的时间段，若未出现这样的时间段，则不存在复飞阶段；若存在该时间段，且在该时间段内发动机转速由小变大，则认为有复飞动作，复飞阶段以发动机转速变化率为正开始，直到气压高度一阶导数大于0且持续10结束。

2.根据权利要求1所述的一种固定翼飞机飞行阶段的识别方法，其特征在于，步骤一中，所述的提取飞行参数数据并进行处理实现为；从飞行参数设备记录的数据中提取气压高度、俯仰角、横滚角、无线电高度、指示空速、发动机高压转子转速的数据，将每个参数的数据按照时间顺序形成一维数组；由于各参数采样率不同，为了便于处理且保持数据的特性，需对数据进行处理将其处理为每秒一个采样点的数据；对于采样率大于1的参数，将每秒的采样点数据进行加权平均形成该时刻的新数据；对于采样率小于1的参数，采用线性插值的方法，根据前后采样点的数据线性计算当前时刻的新数据。

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