CN113253274B - 直升机防撞地表电力线的融合处理方法 - Google Patents
直升机防撞地表电力线的融合处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113253274B CN113253274B CN202110480637.5A CN202110480637A CN113253274B CN 113253274 B CN113253274 B CN 113253274B CN 202110480637 A CN202110480637 A CN 202110480637A CN 113253274 B CN113253274 B CN 113253274B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iron tower
- information
- power line
- iron
- helicopter
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 title claims abstract description 34
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 442
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 222
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 6
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 9
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000007500 overflow downdraw method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/886—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for alarm systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
- G01S13/933—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of aircraft or spacecraft
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
本发明公开的一种直升机防撞地表电力线的融合处理方法,安全性好,维护成本低,信息损失小,融合精度高。本发明通过下述技术方案实现:直升机控制模块将防撞地表电力线的融合处理分为铁塔电力线告警提示的阶段A和实时执行飞行任务的阶段B。阶段A在地面上固定雷达位置,采集传感器系统数据,获取系统的误差因子参数;直升机控制模块求取铁塔在地理坐标系投影的信息和到铁塔在地理坐标系投影的信息;绘制出铁塔之间的电力线,计算铁塔相对直升机的位置,将导航、航向传感器采集的数据连同直升机控制模块输出的融合数据送入图像处理单元,对阶段A铁塔目标进行纠正,利用阶段A获得的误差因子对实时飞行探测的目标进行纠正融合告警显示。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于雷达探测信息实现直升机前方铁塔电力线告警提示的方法,尤其信息融合领域基于雷达探测实时铁塔电力线与已知预存铁塔电力线目标进行融合的方法,为飞行员提供电力线预警和提示作用,起到保障飞行安全目的。
背景技术
随着我国航空运输的不断增长,防止飞机与碰撞和刮蹭事故已成为当前和今后一个时期内民航安全的重要任务。与汽车防撞系统不同的是,飞机由于体积庞大,两翼的顶端及尾翼等均有可能受到碰撞,且各种型号的飞机外型和大小不同,对于飞机的上述可能受到碰撞的危险点,采用地面防撞系统进行多点位测距。单一传感器及探测方法难以保证在任何时刻提供完全可靠的信息,难以实现对目标的辨识,无法根本解决飞机在地面的防撞问题。只用单一传感器很难适应各种条件,做出判断容易产生虚警或漏警。单一种类的传感器因为传感器本身的硬件限制而不能很准确且高效地探测目标。为了提高对目标的识别和估计能力,需要引入多传感器融合技术。多传感器数据融合可以综合多种传感器的优势来弥补各个传感器的不足或缺失,提高系统的准确性和可靠性。多传感器数据融合的方法有很多,数据融合处理过程较为复杂,工作环境恶劣,干扰因素众多,在跟踪目标中受到的环境干扰较强,检测角度小,有的甚至是直线传播,这样容易造成很多虚假目标,判断容易产生虚警。多传感器信息融合的基本原理就像人脑综合处理信息的过程一样,它充分地利用多个传感器资源,通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用,将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来,产生对观测环境的一致性解释和描述。信息融合的目标是基于各传感器分离观测信息,通过对信息的优化组合导出更多的有效信息。这是最佳协同作用的结果,它的最终目的是利用多个传感器共同或联合操作的优势,来提高整个传感器系统的有效性。数据融合通常被定义为对按时序获得的多个传感器的观测数据或已经处理后的数据在一定准则下加以分析、处理和综合,以完成需要的估计和决策所进行的处理过程。数据融合最容易理解的含义是:对多源信息进行检测、关联、相关、估计和综合处理,以得到更加精确的状态估计、目标种类识别以及完整、及时的念势和威胁评估。在进行数据融合之前还应先对多源数据进行时空配准。一般多传感器系统不仅是简单数量的集合,而是在总体功能上互补、协同地组成一个整体。但由于所有传感器数据都送到融合中心处理,因此中心数据处理工作量大。需要在通信和计算上要付出昂贵的代价。
直升机自诞生以来以其独特的飞行能力和气动特性受到军民航各领域的热爱,比如低空复杂环境飞行、垂直起降和空中悬停等。然而,正是由于直升机具备其它飞行器所不具有的特点,经常需要在低空复杂环境中完成一些特殊的任务,给飞行安全带来极大的挑战。在低空复杂环境中障碍物包括山丘、树木、电线杆、高压线以及楼房等威胁直升机飞行的障碍物。每一个障碍物图象的方位、俯仰信息连同飞机的飞行数据被用以形成对驾驶员告警显示。
随着直升机应用领域的推广,直升机对前方目标物的提示至关重要,尤其是前方电力线的告警及提示。现有的直升机电力线告警提示系统是基于已预存的电力线数据,根据飞机的位置加载前方预存的电力线目标,从而实现告警提示的目的。但这种告警方式完全依赖与预存的电力线数据库的精准性,机载电力线数据库未及时更新时或出现标记误差时,缺乏对电力线的实时性告警提示,会导致告警提示失效影响飞行安全。或者直接使用纯雷达探测的目标直接使用高价提示,容易产生较大误差和探测盲区,从而使告警信息不精准。如果预存电力线更新不及时也不会出现告警提示失效或者目标电力线丢失。
目前国内外使用测绘技术对地表电力线进行测绘后,将测绘获得数据进行处理预存,直升机告警系统通过获取预存的测绘预存电力线数据进行加载告警;由于需要人为的测绘出地表所有电力线信息数据,导致电力线数据更新不及时达不到飞行任务的要求。如要达到告警实时性要求,需投入大量时间和人力做测绘工作以及后期大量电力数据库的维护工作。纯雷达探测技术主要是使用毫米波雷达进行前方目标探测,将探测目标直接投影在飞机正前方,实现的结果误差较大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种安全性好,维护成本低,信息损失小,融合精度高。基于雷达探测数据分类出电力线与已知预存电力线融合处理,将雷达实时探测的电力线作为修正或补充预存电力线数据的不足的新方法,尤其是对直升机前方铁塔电力线的预警提示方法,以解决直升机在飞行过程中及时发现前方铁塔电力线并发出警告,防撞发生碰撞的问题。
本发明实现上述目的技术方案是:一种直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:直升机控制模块将防撞地表电力线的融合处理分为铁塔电力线告警提示的阶段A和实时执行飞行任务的阶段B,两个阶段实现,阶段A在地面上固定雷达位置,对传感器系统进行数据采集,获取系统的误差因子参数;直升机控制模块提取地面固定的雷达探测的铁塔目标,对上述的雷达探测的铁塔目标进行坐标转换,求取铁塔在地理坐标系投影的信息和到铁塔在地理坐标系投影的信息,从预存在铁塔数据库中提取出对应的铁塔目标信息,将投影的铁塔坐标和提取预存的铁塔坐标输入系统误差求解方程,获取到一组系统误差因子;对上述雷达探测的铁塔目标进行坐标转换,实现从雷达坐标系到地理坐标系的转换,在地理坐标系中获取到铁塔在地理坐标系中的投影后;使用误差因子对上述的铁塔坐标进行纠正补偿处理,获取到纠正后的地理坐标信息数据,读取预存在铁塔数据库、地形数据库中预存的铁塔坐标数据和雷达探测数据,找出对应的铁塔坐标数据,将上述的铁塔坐标信息与预存的预存提取的数据进行融合处理,获取到最终的铁塔目标信息;直升机模块对铁塔进行建模操作,建立两种不同颜色的铁塔模型,将铁塔模型绘制到三维地形中,绘制出铁塔之间的电力线,计算铁塔相对直升机的位置,根据飞机的姿态、速度、位置的系统误差,判断是否对电力线进行告警提示,绘制告警提示框,显示告警距离、高度、碰撞时间,将导航传感器、航向传感器采集的数据连同直升机控制模块输出的融合数据送入图像处理单元,对阶段A铁塔目标进行纠正,利用阶段A获得的误差因子对实时飞行探测的目标进行纠正融合告警显示。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果
本发明将防撞地表电力线的融合处理分为铁塔电力线告警提示的阶段A和实时执行飞行任务的阶段B,两个阶段实现,阶段A在地面上固定雷达位置,对传感器系统进行数据采集,获取系统的误差因子参数;相比于传统的铁塔告警方法具备了准确性高,安全性好,维护成本低。
本发明采用直升机控制模块提取地面固定的雷达探测的铁塔目标,对上述的雷达探测的铁塔目标进行坐标转换,求取铁塔在地理坐标系投影的信息和到铁塔在地理坐标系投影的信息,从预存在铁塔数据库中提取出对应的铁塔目标信息,将投影的铁塔坐标和提取预存的铁塔坐标输入系统误差求解方程,获取到一组系统误差因子;使用雷达探测数据与预存的铁塔电力线数据进行信息融合,对系统产生的误差进行纠错,提高了数据的准确性。
本发明采用雷达探测的铁塔目标进行坐标转换,实现从雷达坐标系到地理坐标系的转换,在地理坐标系中获取到铁塔在地理坐标系中的投影后;使用误差因子对上述的铁塔坐标进行纠正补偿处理,获取到纠正后的地理坐标信息数据,通过读取预存在铁塔数据库、地形数据库中预存的铁塔坐标数据和雷达探测数据,找出对应的铁塔坐标数据,将铁塔坐标信息与预存的预存提取的数据进行融合处理,获取到最终的铁塔目标信息;信息损失小,融合精度高。这种使用两种数据融合处理实现告警提示,提高了飞行的安全性;在保证实现精准安全告警前提下对预存的铁塔电力线数据的维护周期可以大大延长,甚至未来几年内未测绘更新也不影响对飞行的安全性。
本发明采用直升机模块对铁塔进行建模操作,建立两种不同颜色的铁塔模型,将铁塔模型绘制到三维地形中,绘制出铁塔之间的电力线,计算铁塔相对直升机的位置,根据飞机的姿态、速度、位置的系统误差,判断是否对电力线进行告警提示,绘制告警提示框,显示告警距离、高度、碰撞时间,将导航传感器、航向传感器采集的数据连同直升机控制模块输出的融合数据送入图像处理单元,对阶段A铁塔目标进行纠正,利用阶段A获得的误差因子对实时飞行探测的目标进行纠正融合告警显示。实现了对前方电力线的精准和实时告警提示的目的,充分保障了飞行任务的安全性。提高直升机飞行任务的工作效率和安全性,这种采用相互补偿技术解决了传统单一的雷达的探测盲区等技术问题,即使在雷达意外失效情况下也能使用预存铁塔数据实现直升机告警提示功能,而且采用雷达技术和已知预存电力线数据库信息相结合,解决地表电力线信息数据更新不及时、测绘不精准,或者雷达意外故障、误差较大情况下导致告警失效或者未及时告警的问题,并且测绘的铁塔数据数年维护一次,相比于现有技术每次数据更新都需支付费用购买,增加了数据时间成本和后续的维护费用,大大降低了成本。
本发明使用阶段A的误差因子对雷达探测的铁塔目标与预存的铁塔目标进行融合计算获取到最终的铁塔目标。使用求解地理位置的距离实现两组铁塔目标融合方法,利用铁塔在在飞机的方位和高度信息,求出机载平面下,电力线与飞机航向方向的投影交点,获得飞机与飞机的碰撞点并发出告警提示。(使用求电力线与飞机方向两直线的交点,再回投影到电力线中,实现精准融合,减少了虚警。
附图说明
图1是本发明直升机防撞地表电力线的融合处理的流程图;
图2是图1阶段A求解传感器系统误差因子流程图;
图3是图1阶段B铁塔目标融合流程图;
图4是图3实现阶段的功能框图。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明,直升机控制模块将防撞地表电力线的融合处理分为铁塔电力线告警提示的阶段A和实时执行飞行任务的阶段B,两个阶段实现,阶段A在地面上固定雷达位置,对传感器系统进行数据采集,获取系统的误差因子参数;直升机控制模块提取地面固定的雷达探测的铁塔目标,对上述的雷达探测的铁塔目标进行坐标转换,求取铁塔在地理坐标系投影的信息和到铁塔在地理坐标系投影的信息,从预存在铁塔数据库中提取出对应的铁塔目标信息,将投影的铁塔坐标和提取预存的铁塔坐标输入系统误差求解方程,获取到一组系统误差因子;对上述雷达探测的铁塔目标进行坐标转换,实现从雷达坐标系到地理坐标系的转换,在地理坐标系中获取到铁塔在地理坐标系中的投影后;使用误差因子对上述的铁塔坐标进行纠正补偿处理,获取到纠正后的地理坐标信息数据,读取预存在铁塔数据库、地形数据库中预存的铁塔坐标数据和雷达探测数据,找出对应的铁塔坐标数据,将上述的铁塔坐标信息与预存的预存提取的数据进行融合处理,获取到最终的铁塔目标信息;直升机模块对铁塔进行建模操作,建立两种不同颜色的铁塔模型,将铁塔模型绘制到三维地形中,绘制出铁塔之间的电力线,计算铁塔相对直升机的位置,根据飞机的姿态、速度、位置的系统误差,判断是否对电力线进行告警提示,绘制告警提示框,显示告警距离、高度、碰撞时间,将导航传感器、航向传感器采集的数据连同直升机控制模块输出的融合数据送入图像处理单元,对阶段A铁塔目标进行纠正,利用阶段A获得的误差因子对实时飞行探测的目标进行纠正融合告警显示。
阶段A是在地面上固定雷达位置,对传感器系统进行数据采集,目的是获取系统的误差因子参数,阶段B是飞机实时执行飞行任务时利用阶段A获得的误差因子对实时飞行探测的目标进行纠正融合告警显示。
阶段A:地面某一位置固雷达采用如下步骤:
Step1:开机雷达设备和导航航向设备,获取当前的位置、高度、航向信息,直升机控制模块对雷达探测的回波数据进行目标分类处理,分类出铁塔目标数据T(T1,T2,T3,…Tn),根据雷达的回波幅度和飞机到目标铁塔的空间距离计算出铁塔在雷达坐标系的高度,然后根据导航设备信息依次求出每一组铁塔在雷达坐标系(S1)的经度:LON,纬度:LAT,高度H三维坐标信息Tn,并记录每个铁塔之间电力线的连接关系;
Step2:直升机控制模块根据提取导航、航向传感器的数据,对所有的铁塔三维坐标信息进行从雷达坐标系(S1)到地理坐标系(S2)的坐标转换,将雷达坐标信息T(T1,T2,T3,…Tn)中每一组数据转换成地理坐标系的投影,转换后得到一组铁塔在地理坐标系中包含经度、维度、高度三种信息的三维坐标信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n);
Step3:直升机控制模块依据导航、航向传感器提供的位置信息查询到预存的铁塔数据库信息,获取到一组预存铁塔信息T″(T″1,T″2,T″3…T″n),依据距离位置找出三维坐标信息T′每个铁塔在铁塔信息T″中的对应铁塔,其中铁塔T″n对应铁塔T′n信息,按对应关系重新排好T′(T′1,T′2,T′3…T′n)与T″(T″1,T″2,T″3…T″n)顺序;
Step4:铁塔数据库根据影响铁塔经度LON的误差因子α,影响铁塔纬度LAT的误差因子β,影响铁塔高度H的系统误差因子δ,设置一组误差系(α,β,δ),初始化误差系(α,β,δ),将初始化误差(α=0,β=0,δ=0)、雷达铁塔探测的三维坐标信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n)和预存铁塔信息T″(T″1,T″2,T″3…T″n)作为参数输入误差纠正方程;生成一组新的误差影响因子(α′,β′,δ′),将(α′,β′,δ′)迭代成(α,β,δ),再把(α,β,δ)=(α′,β′,δ′)作为新的误差影响因子作为误差纠正方程参数,重复遍历系统误差因子直到T′n和T″n中每一个目标遍历完成,得到最终的误差影响因子(α,β,δ)。
Step5:重复Step1,Step2,Step3步骤,同样获取到两组铁塔信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n)和T″(T″1,T″2,T″3…T″n);
上述step4和step5为阶段A求取误差因子的关键步骤,对误差因子的精度求取直接影响到阶段B铁塔的融合处理。
参阅图3。Step6:在实时飞行执行任务中,阶段B飞机实时执行飞行任务,利用阶段A获得的系统误差影响因子对实时飞行探测的目标进行纠正融合,对上述Step5中求的最终的误差影响因子(α,β,δ)作为参数,T′n=T′n+(α,β,δ),迭代后得到新的一组铁塔信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n),对铁塔信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n)进行误差补偿,将新得到的铁塔信息T′[T′1,T′2,T′3……T′n]和预存铁塔信息T″(T″1,T″2,T″3…T″n)进行融合处理,从铁塔数据提取出铁塔T′n的经度铁塔T′n的纬度γ1、铁塔T″n的经度/>和铁塔T″n的维度γ2,,求解与/>地理位置空间距离d,/>
如果求解的铁塔T′n与T″n的地理位置空间距离则认为T′n与T″n是地理位置上同一铁塔,保留T″n坐标位置,/>取铁塔T′n高度T′n(h1),铁塔T″n高度T″n(h2),如果|T′n(h1)-T″n(h2)|<=λ,则/>如果|T′n(h1)-T″n(h2)|>λ,T″n(h2)=T″n(h2),将/>添加到铁塔信息组,M[M1,M2,M3……MN]]中得到最新铁塔坐标信息数据/>如果求解的铁塔T′n与T″n的地理距离/>则认为T′n与T″n是地理位置中不同的两个目标铁塔,将T′n添加至M’[M1’,M2,’,M3’……MN’];T″n添加到铁塔信息组M[M1,M2,M3……MN]中,/>得到铁塔目标/>和/>
参阅图4。Step7:阶段B,从获取到铁塔M[M1,M2,M3……MN]和M’[M1’,M2,’,M3’……MN’]数据,取出每个铁塔目标经度、纬度、高度信息,建立加载铁塔模型,将每一个铁塔模型加载到三维地形中,使用OpenGL绘制语言,实现铁塔模型在地理上物体投影绘制铁塔之间的电力线,将M[M1,M2,M3……MN]中的铁塔模型和电力线投影到机载平面上,获得直线方程y1=k1x1+b1,根据飞机在机载平面的直线方程,求直线方程的交点。
Stetp8:以飞机当前位置O(Lon,Lat,Alt)和姿态P(θ1,θ2,θ3)为中心计算飞机与铁塔M[M1,M2,M3……MN]、M’[M1’,M2,’,M3’……MN’]及电力线相对位置,判断是否有交点,比较飞机高度O(Alt)与电力线高度H差值,其中H=M(h),如果O(Alt)-H>50米,则表示飞机高度,则表示飞机高度高于前方电力线,无需对前方电力线进行告警,如果O(Alt)-H<50米,则表示飞机前方电力线高于飞机高度,以飞机的位置为起点,姿态中航向角P(θ3)为夹角在机载平面获取到当前飞机航迹方向直线方程y2=k2x2+b2;如果k1=k2则表示电力线与飞机平行无碰撞点存在,如k1≠k2则求出的交点(x′,y′),OpenGL绘制交点在电力线上投影位置,正正方形框提示警告。
将机载平面的交点(x′,y′)投影至电力线中,获取到飞机与电力线的碰撞点,使用OpenGL绘制正方形框标记出电力线的碰撞点;求飞机在机载平面坐标O(x,y)到交点(x′,y′)的距离计算飞机到碰撞点数据,文字显示警告提示。飞机地速为GS,计算飞机到碰撞点时间T=D/GS。使用OpenGL绘制告警时间T和告警距离D,给飞行员发出文字显示告警提示。
在阶段B实时飞行阶段条件下,首先开机雷达设备,通过雷达设备探测到目标数据,接着对目标数据进行分类处理,分类出铁塔目标,接着根据导航、航向传感器的信息对所有铁塔目标进行坐标转换,将铁塔投影到地理坐标系统中,获取铁塔在地理坐标系的信息,接着应用阶段A获取到的系统误差影响因子对铁塔信息进行纠正处理,产生新的误差补充后的铁塔信息,接着根据导航、航线传感器的信息获取到当前位置铁塔数据库里的铁塔信息,最后将雷达探测的并经过误差影响因子修正后的铁塔信息与铁塔数据库里的铁塔信息进行融合处理,得到最终的铁塔信息。
在阶段B中,获取到最终铁塔信息后,首先根据铁塔直接的连接关系绘制铁塔直接的电力线,将电力线投影到机载平面中,获取电力线在机载平面的一组直线方程,求出以飞机为一个点航向为斜率的一组直线方程,接着求电力线直线方程与飞机航向直线方程的交点,如果两组直线方程正前方没有交点,如果没有交点则不作告警显示,如果有交点则求出交点,求出交点在直线上的位置,并使用openGL接口绘制正方形框标注交点的位置,发出告警提示,显示在地理坐标系屏幕中,另外求出飞机到交点的位置,根据飞机姿态、速度计算出飞机到碰撞点的时间,接着在屏幕中进行文字显示并发出告警提示,同时根据铁塔信息,将铁塔信息进行建模,最终将模型绘制到地理坐标系中显示。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:直升机控制模块将防撞地表电力线的融合处理分为铁塔电力线告警提示的阶段A和实时执行飞行任务的阶段B两个阶段实现,阶段A在地面上固定雷达位置,对传感器系统进行数据采集,获取系统的误差因子参数;直升机控制模块提取地面固定的雷达探测的铁塔目标,对上述的雷达探测的铁塔目标进行坐标转换,求取铁塔在地理坐标系投影的信息,从预存在铁塔数据库中提取出对应的铁塔目标信息,将投影的铁塔坐标和提取预存的铁塔坐标输入系统误差求解方程,获取到一组系统误差因子;对上述雷达探测的铁塔目标进行坐标转换,实现从雷达坐标系到地理坐标系的转换,在地理坐标系中获取到铁塔在地理坐标系中的投影后;使用误差因子对上述的铁塔坐标进行纠正补偿处理,获取到纠正后的地理坐标信息数据,读取预存在铁塔数据库、地形数据库中预存的铁塔坐标数据和雷达探测数据,找出对应的铁塔坐标数据,将上述的铁塔坐标信息与预存的预存提取的数据进行融合处理,获取到最终的铁塔目标信息;直升机模块对铁塔进行建模操作,建立两种不同颜色的铁塔模型,将铁塔模型绘制到三维地形中,绘制出铁塔之间的电力线,计算铁塔相对直升机的位置,根据飞机的姿态、速度、位置的系统误差,判断是否对电力线进行告警提示,绘制告警提示框,显示告警距离、高度、碰撞时间,将导航传感器、航向传感器采集的数据连同直升机控制模块输出的融合数据送入图像处理单元,对阶段A铁塔目标进行纠正,阶段B是飞机实时执行飞行任务时利用阶段A获得的误差因子对实时飞行探测的目标进行纠正融合告警显示。
2.如权利要求1所述的直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:开机雷达设备和导航航向设备,获取当前的位置、高度、航向信息,直升机控制模块对雷达探测的回波数据进行目标分类处理,分类出铁塔目标数据T(T1,T2,T3,…Tn),根据雷达的回波幅度和飞机到目标铁塔的空间距离计算出铁塔在雷达坐标系的高度,然后根据导航设备信息依次求出每一组铁塔在雷达坐标系S1的经度:LON,纬度:LAT,高度H三维坐标信息Tn,并记录每个铁塔之间电力线的连接关系;直升机控制模块根据提取导航、航向传感器的数据,对所有的铁塔三维坐标信息进行从雷达坐标系S1到地理坐标系S2的坐标转换,将雷达坐标信息T(T1,T2,T3,…Tn)中每一组数据转换成地理坐标系的投影,转换后得到一组铁塔在地理坐标系中包含经度、维度、高度三种信息的三维坐标信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n)。
3.如权利要求2所述的直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:直升机控制模块依据导航、航向传感器提供的位置信息查询到预存的铁塔数据库信息,获取到一组预存铁塔信息,依据距离位置找出三维坐标信息T′每个铁塔在预存铁塔信息T″中的对应铁塔,其中铁塔T″n对应铁塔T′n信息,按对应关系重新排好T′(T′1,T′2,T′3…T′n)与T″(T″1,T″2,T″3…T″n)顺序。
4.如权利要求3所述的直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:铁塔数据库根据影响铁塔经度LON的误差因子α,影响铁塔纬度LAT的误差因子β,影响铁塔高度H的系统误差因子δ,设置一组误差系数(α,β,δ),并对其初始化使α=0,β=0,δ=0,将初始化的误差系数、雷达探测的铁塔在地理坐标系中的三维坐标信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n)和对应排列后的预存铁塔信息T″(T″1,T″2,T″3…T″n)作为参数输入误差纠正方程;生成一组新的误差影响因子(α′,β′,δ′),将(α′,β′,δ′)迭代成(α,β,δ),再把(α,β,δ)=(α′,β′,δ′)作为新的误差系数输入误差纠正方程参数,重复遍历系统误差系数直到雷达探测的铁塔在地理坐标系中的三维坐标信息T′和预存铁塔信息T″中每一个目标遍历完成,得到最终的误差影响因子α,β,δ。
5.如权利要求4所述的直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:在飞机实时执行飞行任务的阶段B,利用阶段A获得的系统误差影响因子对实时飞行探测的目标进行纠正融合,其中,将求得的最终的误差影响因子(α,β,δ)作为参数,使T′n=T′n+(α,β,δ),迭代后得到新的一组铁塔信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n),并将新得到的铁塔信息T′(T′1,T′2,T′3…T′n)和预存铁塔信息T″(T″1,T″2,T″3…T″n)进行融合处理,从铁塔数据中提取出铁塔T′n的经度铁塔T′n的纬度γ1、铁塔T″n的经度/>和铁塔T″n的维度γ2,求解/>与地理位置空间距离d,/>
如果求解的铁塔T′n与T″n的地理位置空间距离则认为T′n与T″n是地理位置上同一铁塔,保留T″n坐标位置。
6.如权利要求5所述的直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:所述保留T″n坐标位置包括保留铁塔T″n的经度和维度信息,即从铁塔数据中提取出铁塔T′n的高度T′n(h1),铁塔T″n高度的T″n(h2),如果|T′n(h1)-T″n(h2)|<=λ,则使如果|T′n(h1)-T″n(h2)|>λ,则保留铁塔T″n的高度信息,即T″n(h2)=T″n(h2);确定高度信息后将/>添加到铁塔信息组M[M1,M2,M3……MN]中得到最新铁塔坐标信息数据/>如果求解的铁塔T′n与T″n的地理距离/>则认为T′n与T″n是地理位置中不同的两个目标铁塔,将T′n添加至M’[M1’,M2,’,M3’……MN’];T″n添加到铁塔信息组M[M1,M2,M3……MN]中,/> 得到铁塔目标/>和/>
7.如权利要求6所述的直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:阶段B,获取铁塔信息组M[M1,M2,M3……MN]和M’[M1’,M2,’,M3’……MN’]数据,取出每个铁塔目标经度、纬度、高度信息,建立加载铁塔模型,将每一个铁塔模型加载到三维地形中,使用OpenGL绘制语言,实现铁塔模型在地理上物体投影绘制铁塔之间的电力线,将M[M1,M2,M3……MN]中的铁塔模型和电力线投影到机载平面上,获得直线方程y1=k1x1+b1,根据飞机在机载平面的直线方程,求直线方程的交点。
8.如权利要求7所述的直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:以飞机当前位置O(Lon,Lat,Alt)和姿态P(θ1,θ2,θ3)为中心计算飞机与铁塔M[M1,M2,M3……MN]、M’[M1’,M2,’,M3’……MN’]及电力线相对位置,判断是否有交点,比较飞机高度O(Alt)与电力线高度H差值,其中,H=M(h),即以铁塔信息组M中的高度信息作为电力线的高度,如果O(Alt)-H>50米,则表示飞机高度高于前方电力线,无需对前方电力线进行告警,如果O(Alt)-H<50米,则表示飞机前方电力线高于飞机高度,以飞机的位置为起点,姿态中航向角P(θ3)为夹角在机载平面获取到当前飞机航迹方向直线方程y2=k2x2+b2;如果k1=k2则表示电力线与飞机平行无碰撞点存在,如k1≠k2则求出的交点(x′,y′),OpenGL绘制交点在电力线上投影位置,正方形框提示警告。
9.如权利要求8所述的直升机防撞地表电力线的融合处理方法,其特征在于:将机载平面的交点(x′,y′)投影至电力线中,获取到飞机与电力线的碰撞点,使用OpenGL绘制正方形框标记出电力线的碰撞点;求飞机在机载平面坐标O(x,y)到交点(x′,y′)的距离计算飞机到碰撞点数据,文字显示警告提示;飞机地速为GS,计算飞机到碰撞点时间T=D/GS,使用OpenGL绘制告警时间T和告警距离D,给飞行员发出文字显示告警提示。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110480637.5A CN113253274B (zh) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | 直升机防撞地表电力线的融合处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110480637.5A CN113253274B (zh) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | 直升机防撞地表电力线的融合处理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113253274A CN113253274A (zh) | 2021-08-13 |
CN113253274B true CN113253274B (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=77223378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110480637.5A Active CN113253274B (zh) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | 直升机防撞地表电力线的融合处理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113253274B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114610062A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-06-10 | 广州极飞科技股份有限公司 | 飞行风险确定方法、装置、电子设备及存储介质 |
Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5892462A (en) * | 1995-06-20 | 1999-04-06 | Honeywell Inc. | Adaptive ground collision avoidance system |
JP2002087394A (ja) * | 2000-09-19 | 2002-03-27 | Toshiba Corp | 障害物警告装置及び障害物警告方法 |
CN1645284A (zh) * | 2004-12-17 | 2005-07-27 | 华北电力大学(北京) | 电力线路巡检机器人飞机及其控制系统 |
JP2005265699A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 無人飛行体を用いた送電線点検システムおよび方法 |
CN102298147A (zh) * | 2011-05-27 | 2011-12-28 | 国网电力科学研究院 | 一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法 |
CN102930280A (zh) * | 2012-10-05 | 2013-02-13 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 从红外图像中自动识别架空高压线的方法 |
CN105173095A (zh) * | 2015-09-07 | 2015-12-23 | 国网通用航空有限公司 | 一种直升机避障系统 |
CN106056979A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-10-26 | 南京航空航天大学 | 一种适用于直升机的防撞告警方法 |
CN106918803A (zh) * | 2015-12-28 | 2017-07-04 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 一种机载气象雷达视频处理方法 |
CN207934555U (zh) * | 2018-01-31 | 2018-10-02 | 昆明市明利丰通信铁塔制造有限公司 | 一种通信铁塔安全防护装置 |
CN109658500A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-04-19 | 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 | 一种基于毫米波雷达的直升机合成视景方法、系统及存储介质 |
CN209356806U (zh) * | 2018-11-14 | 2019-09-06 | 深圳市善工工业自动化设备有限公司 | 用于发光模组上的防撞块 |
CN110716557A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-01-21 | 河北工业大学 | 基于先验动力学知识的机器人参数识别及接触力监测方法 |
WO2020151468A1 (zh) * | 2019-01-22 | 2020-07-30 | 岳秀兰 | 主次无线设备通过物联网连接建立的车辆远程驾驶体系 |
CN111665508A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-09-15 | 北京安达维尔航空设备有限公司 | 直升机载地形跟随与回避可视化导航系统以及导航方法 |
CN112017481A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-01 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 一种直升机自适应前视告警方法、装置与直升机 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7132982B2 (en) * | 1999-03-05 | 2006-11-07 | Rannock Corporation | Method and apparatus for accurate aircraft and vehicle tracking |
WO2011163143A1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-29 | Optimal Ranging, Inc. | Uav power line position and load parameter estimation |
US8362943B2 (en) * | 2010-07-02 | 2013-01-29 | Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. | Radar registration using targets of opportunity |
US8537034B2 (en) * | 2011-11-14 | 2013-09-17 | Safe Flight Instrument Corporation | Obstacle detection and notification system |
-
2021
- 2021-04-30 CN CN202110480637.5A patent/CN113253274B/zh active Active
Patent Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5892462A (en) * | 1995-06-20 | 1999-04-06 | Honeywell Inc. | Adaptive ground collision avoidance system |
JP2002087394A (ja) * | 2000-09-19 | 2002-03-27 | Toshiba Corp | 障害物警告装置及び障害物警告方法 |
JP2005265699A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 無人飛行体を用いた送電線点検システムおよび方法 |
CN1645284A (zh) * | 2004-12-17 | 2005-07-27 | 华北电力大学(北京) | 电力线路巡检机器人飞机及其控制系统 |
CN102298147A (zh) * | 2011-05-27 | 2011-12-28 | 国网电力科学研究院 | 一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法 |
CN102930280A (zh) * | 2012-10-05 | 2013-02-13 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 从红外图像中自动识别架空高压线的方法 |
CN105173095A (zh) * | 2015-09-07 | 2015-12-23 | 国网通用航空有限公司 | 一种直升机避障系统 |
CN106918803A (zh) * | 2015-12-28 | 2017-07-04 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 一种机载气象雷达视频处理方法 |
CN106056979A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-10-26 | 南京航空航天大学 | 一种适用于直升机的防撞告警方法 |
CN207934555U (zh) * | 2018-01-31 | 2018-10-02 | 昆明市明利丰通信铁塔制造有限公司 | 一种通信铁塔安全防护装置 |
CN209356806U (zh) * | 2018-11-14 | 2019-09-06 | 深圳市善工工业自动化设备有限公司 | 用于发光模组上的防撞块 |
CN109658500A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-04-19 | 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 | 一种基于毫米波雷达的直升机合成视景方法、系统及存储介质 |
WO2020151468A1 (zh) * | 2019-01-22 | 2020-07-30 | 岳秀兰 | 主次无线设备通过物联网连接建立的车辆远程驾驶体系 |
CN110716557A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-01-21 | 河北工业大学 | 基于先验动力学知识的机器人参数识别及接触力监测方法 |
CN111665508A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-09-15 | 北京安达维尔航空设备有限公司 | 直升机载地形跟随与回避可视化导航系统以及导航方法 |
CN112017481A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-01 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 一种直升机自适应前视告警方法、装置与直升机 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
A Multiple Sensors Platform Method for Power Line Inspection Based on a Large Unmanned Helicopter;Xie, Xiaowei等;SENSORS;第17卷(第6期);全文 * |
Performance of obstacle detection and collision warning system for civil helicopters;Yonemoto, Naruto等;ENHANCED AND SYNTHETIC VISION 2006;全文 * |
关于塔机安全监控管理系统安装使用管理现状的分析;楼勇;;建筑安全(第10期);全文 * |
直升机防撞激光雷达综合信息处理系统;张清源;李丽;李全熙;董光焰;;中国光学(第01期);全文 * |
输电线路电场信息在巡线无人机避障中应用的研究;郑琪;中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑;全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113253274A (zh) | 2021-08-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102891453B (zh) | 一种基于毫米波雷达的无人机巡检线路走廊方法与装置 | |
CN110929810B (zh) | 一种低慢小目标探测系统多源数据融合方法 | |
US11538349B2 (en) | Multi-sensor data fusion-based aircraft detection, tracking, and docking | |
CN106646450B (zh) | 基于距离分步聚类的雷达航迹抗差关联方法 | |
CN108957445A (zh) | 一种低空慢速小目标探测系统及其探测方法 | |
CN108132675A (zh) | 一种工厂巡视无人机自主路径巡航以及智能避障方法 | |
CN104298248A (zh) | 旋翼无人机精确视觉定位定向方法 | |
CN107783106A (zh) | 无人机与障碍物之间的数据融合方法 | |
CN102722178A (zh) | 用于无人机巡检带电导线的电场测量避障系统及方法 | |
CN107783545A (zh) | 基于ooda环多传感器信息融合的灾后救援旋翼无人机避障系统 | |
US20080007708A1 (en) | Method of Detecting Suspended Filamentary Objects by Telemetry | |
CN103697883B (zh) | 一种基于天际线成像的飞行器水平姿态确定方法 | |
CN107783119A (zh) | 应用在避障系统中的决策融合方法 | |
CN107783549A (zh) | 基于多传感器信息融合技术的单旋翼植保无人机避障系统 | |
Minghui et al. | Deep learning enabled localization for UAV autolanding | |
Bian et al. | A point-line-based SLAM framework for UAV close proximity transmission tower inspection | |
CN115902930A (zh) | 一种面向船舶检测的无人机室内建图与定位方法 | |
CN105738909B (zh) | 一种适用于低空植保无人直升机作业边界提取方法 | |
CN113253274B (zh) | 直升机防撞地表电力线的融合处理方法 | |
CN112306078A (zh) | 一种无人机自动避障导线的方法及系统 | |
US9401093B2 (en) | Procedure for the detection and display of artificial obstacles for a rotary-wing aircraft | |
CN111625021A (zh) | 一种基于电磁场的无人机电力巡线测距系统及方法 | |
CN108181313A (zh) | 一种适用于接触网运行环境安全状态检测的装置及方法 | |
CN106324600B (zh) | 风场测量方法及装置 | |
CN110672091B (zh) | 一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |