1.本技术的实施例涉及直升前视机告警领域，尤其涉及直升机前视告警方法、装置、设备和计算机可读存储介质。
背景技术：2.当前，市场上的直升机前视告警算法软件系统大多是依据直升机的初始化运动状态，直升机性能数据，地形数据做预测，构建前视边界和地形数据库进行告警威胁判断的前视告警算法；没有对直升机的动态模型轨迹，地形回避模型，地形扫描进行有效的计算，无法形成实际的算法预案；实时提醒飞行员进行必要的机动措施，避免进行地形碰撞事故。
3.同时，现有的前视告警算法，在进行飞行判断和预测时均会有一定的延迟。
技术实现要素：4.根据本技术的实施例，提供了一种直升机前视告警方案。
5.在本技术的第一方面，提供了一种直升机前视告警方法。该方法包括：
6.获取直升机的位置、姿态数据；
7.基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态，以及预测直升机在水平方向上的运动轨迹；同时基于直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态；
8.通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线；
9.通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息。
10.进一步地，所述基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态包括：
11.通过如下公式确定直升机在水平方向上的状态：
[0012][0013]
其中，xk为测量位置；
[0014]
为估计位置；
[0015]
为预测位置；
[0016]
α、β为用于矫正预测的位置和速度的常数；
[0017]
表示实际值与预测值的差值；
[0018]
为估计速度；
[0019]
为预测速度。
[0020]
进一步地，所述预测直升机在水平方向上的运动轨迹包括：
[0021]
若当前直升机的状态为直飞，则通过如下公式确定预测位置i从1到n的运动轨迹：
[0022][0023][0024]
其中，t
预测
为前视时间；δt
预测
为样本时间；
[0025][0026]
t
真实
为真实航迹角；
[0027]
λ
当前
分别表示直升机当前位置的经、纬度；
[0028]
为当前水平速度；
[0029]
若当前直升机的状态为转向，则通过如下公式确定预测位置i从1到n的运动轨迹：
[0030][0031][0032]
其中，其中，
[0033][0034]
α为北向轴和位置向量之间的角度；
[0035][0036]
ψ
累积
为累积的轨迹角。
[0037]
进一步地，所述通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线包括：
[0038]
通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，确定直升机的前视距离；
[0039]
基于所述前视距离，确定告警包线的上视边界、下视边界、前视边界和横侧边界，完成告警包线的构建。
[0040]
进一步地，所述前视地形回避模型包括：
[0041]
lad＝a+2r+d；
[0042]
其中，lad为前视距离；
[0043]
所述t
反应
为飞行员反应时间；
[0044]
g为重力加速度；为转弯坡度角；
[0045]
d为最小地形间隙。
[0046]
进一步地，所述基于所述前视距离，确定告警包线的上视边界、下视边界、前视边界和横侧边界，完成告警包线的构建包括：
[0047]
基于所述前视距离、直升机的坐标、偏航角、航路宽度以及扩展角，计算直升机水平包线四个角的点坐标；
[0048]
基于所述直升机水平包线四个角的点坐标，计算所述水平包线的四条边所处的直线，构建所述直升机在水平方向的告警包线；
[0049]
基于lad、rtc保护、iti保护，以及直升机在垂直方向的状态，构建所述直升机在垂直方向的告警包线；
[0050]
基于所述直升机在水平、垂直方向的告警包线，完成告警包线的构建；
[0051]
其中，所述rtc保护，表示低于飞机高度的地形/障碍物威胁的保护；
[0052]
所述iti保护，表示直升机当前处于前视地形以下时，避免直升机在后续飞行中与比直升机高度更高的威胁地形/障碍物发生碰撞的保护。
[0053]
进一步地，所述通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息包括：
[0054]
通过所述前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，将扫描得出的在包线内的像素信息转换为其所应在的实际坐标，并将对应的索引值保存；
[0055]
基于所述索引值，确定水平方向上在告警包线内的单元对应在垂直方向上的地形数据单元及其高程数据，若出现地形/障碍物高度位于包线内，则发送对应的告警信息。
[0056]
在本技术的第二方面，提供了一种直升机前视告警装置。该装置包括：
[0057]
获取模块，用于获取直升机的位置、姿态数据；
[0058]
确定模块，用于基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态，以及预测直升机在水平方向上的运动轨迹；同时基于直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态；
[0059]
构建模块，用于通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线；
[0060]
告警模块，用于通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息。
[0061]
在本技术的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述的方法。
[0062]
在本技术的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本技术的第一方面的方法。
[0063]
本技术实施例提供的直升机前视告警方法，通过获取直升机的位置、姿态数据；基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态，以及预测直升机在水平方向上的运动轨迹；同时基于直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态；通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线；通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息，实现了直升机的高精度位置预测和告警包线设计，可以使得直升机在飞行过程中及时地探测到前方危险地形或障碍物。
[0064]
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本技术的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
[0065]
结合附图并参考以下详细说明，本技术各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
[0066]
图1示出了根据本技术的实施例的直升机前视告警方法的流程图；
[0067]
图2示出了根据本技术的实施例的转向飞行示意图；
[0068]
图3示出了根据本技术的实施例的转向飞行轨迹预测示意图；
[0069]
图4示出了根据本技术的实施例的前视告警距离示意图；
[0070]
图5示出了根据本技术的实施例的直飞水平告警包线示意图；
[0071]
图6示出了根据本技术的实施例的转向飞行水平包线示意图；
[0072]
图7示出了根据本技术的实施例的平飞rtc保护示意图；
[0073]
图8示出了根据本技术的实施例的下降rtc保护示意图；
[0074]
图9示出了根据本技术的实施例的iti保护示意图；
[0075]
图10示出了根据本技术的实施例的下降iti保护示意图；
[0076]
图11示出了根据本技术的实施例的下降飞行时的警告告警包线示意图；
[0077]
图12示出了根据本技术的实施例的前视告警包线设计流程图；
[0078]
图13示出了根据本技术的实施例的ascii文件格式示例图；
[0079]
图14示出了根据本技术的实施例的地形单元扫描示意图；
[0080]
图15示出了根据本技术的实施例的扫描线算法示意图；
[0081]
图16示出了根据本技术的实施例的初始化界面示意图；
[0082]
图17示出了根据本技术的实施例的垂直方向告警包线示意图；
[0083]
图18示出了根据本技术的实施例的地形界面显示示意图；
[0084]
图19示出了根据本技术的实施例的直升机前视告警装置的方框图；
[0085]
图20示出了适于用来实现本技术实施例的终端设备或服务器的结构示意图。
具体实施方式
[0086]
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员
在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0087]
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0088]
图1示出了根据本公开实施例的直升机前视告警方法的流程图。所述方法包括：
[0089]
s110，获取直升机的位置、姿态数据。
[0090]
在一些实施例中，可通过直升机自带的传感器、定位设备等，获取直升机的位置、姿态数据；通常所述位置、姿态数据为实时获取的数据。
[0091]
s120，基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态，以及预测直升机在水平方向上的运动轨迹；同时基于直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态。
[0092]
其中，所述直升机动态运动模型用于，实现直升机在水平方向上的运动轨迹的预测及实时变化。
[0093]
在一些实施例中，可通过滤波算法，估计直升机飞行的状态。所使用的滤波器中可用两种状态进行表示，第一个状态可以用第二个状态的积分得到，设第一个状态为x，第二个状态为v；所述x为位置(航迹角)、所述v为速度(航迹角变化率)；随着时间的推移积分v产生x。
[0094]
进一步地，上述滤波器在n个周期里，xk测量位置、估计位置，预测位置的工作原理为：
[0095]
a)对其初始化：
[0096][0097]
步骤1：预测状态，通过如下方程预测下个时刻系统的位置及速度(假设速度是恒定值，δt为时间间隔)：
[0098][0099]
步骤2：通过如下公式计算残差值(实际值与预测值的差值)：
[0100][0101]
步骤3：下式中的α、β和用于矫正预测的位置和速度；通常α、β为很小的正值，用于保证系统的稳定性，例如α＝0.8、β＝0.2：
[0102][0103]
经过上述滤波处理后，得到飞行状态的判断结果。若则表示直升机处于转弯状态，若则表示直升机处于直飞状态。
[0104]
b)在直升机轨迹预测判断为：
[0105]
当直升机处于直飞状态时，直升机轨迹预测可通过如下输入，对直升机的轨迹进行预测：
[0106]
当前直升机位置(纬度，经度)；当前真实航迹角(t
真实
)；当前水平速度预测时间(t
预测
)；样本时间(δt
预测
)。
[0107]
c)预测位置的计算表示为：
[0108][0109]
对于每个预测位置i从1到n，根据大圆航迹的公式，推导出当前状态下的轨迹预测公式：
[0110][0111][0112]
进一步地，如图2所示，当直升机的状态为转向时，可通过将直升机飞行的圆形轨迹分解成很小的圆弧段的方式，预测直升机的位置。
[0113]
基于飞机的位置，构建一个ned框架：
[0114][0115]
角α表示北向轴和位置向量之间的角度；
[0116]ex
表示单位向量；
[0117]
因为r和α都是取决于时间的，为预测未来的点位，可使用截短至二次项的泰勒展开式：
[0118][0119]
经计算可得最终泰勒展开式为:
[0120][0121]
当飞机飞行状态为转向时，额外使用了飞机的航迹角度变化率该算法通过将飞机飞行的圆形轨迹分解成很小的大圆弧段来预测飞机的位置。与直飞类似，使用λ
当前
作为起始点位，同时使用一个累积角度ψ
累积
用以表示轨迹角度的在每个小圆弧段中的变化。
[0122]
进一步地，如图3所示，图3示出了转向飞行轨迹预测，首先进行初始化：
[0123][0124]
对于每个预测位置i从1到n：
[0125]
计算新的中心角α并更新累积的轨迹角ψ
累积
：
[0126][0127][0128]
计算大圆弧段：
[0129][0130]
计算新的预测位置：
[0131][0132][0133][0134]
综上，可确定直升机在水平方向上的状态，同时可以预测到直升机在水平方向上的运动轨迹。
[0135]
在一些实施例中，可通过直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态，例如，静止、上升、下降等。
[0136]
s130，通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线。
[0137]
其中，所述告警包线为，前视告警算法通过分析直升机的位置，姿态等数据，基于直升机当前位置，并沿着预测位置构建的一个虚拟的三维立体包线，随直升机运动而运动，同时也随着直升机的状态变化而变化，用以警示前方威胁地形/障碍物。
[0138]
在所述前视告警算法中，告警包线的设计是最重要的部分。通过在水平方向和垂直方向上对直升机的飞行状态进行详细分析，确定出告警包线的上视边界、下视边界、前视边界和横侧边界。
[0139]
在一些实施例中，通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，确定直升机的前视距离。
[0140]
具体地，参考图4，前视距离(lad)是告警包线设计中涉及到的一个重要数据，可通过如下方式进行计算：
[0141]
前视距离(lad)＝a+b+c+d；
[0142]
距离a取决于飞行员的反应时间t
反应
：
[0143][0144]
距离b、c和转向半径以及确定的转弯坡度角有关：
[0145][0146]
其中，g为重力加速度；
[0147]
为转弯坡度角；
[0148]
d为最小地形间隙；
[0149]
综上，最终的lad为：
[0150]
lad＝a+2r+d。
[0151]
在一些实施例中，基于所述前视距离，确定告警包线的上视边界、下视边界、前视边界和横侧边界，完成告警包线的构建。
[0152]
具体地，
[0153]
构建水平方向的告警包线包括：
[0154]
其水平方向的告警包线由，基础航路宽度(aw)、预设的扩展角(ε，扩展角取决于anp)和前视距离(lad)确定：
[0155]
参考图5，基于所述前视距离、直升机的坐标、偏航角、航路宽度以及扩展角，计算直升机水平包线四个角的点坐标；
[0156]
其中，o点坐标为：
[0157][0158]
p点坐标为：
[0159][0160]
m点坐标为：
[0161][0162]
λm＝λ
当前
+aw*sin(ψ)/2+lad*cos(ψ)+lad*tan(ε)*sin(ψ)；
[0163]
n点坐标为：
[0164][0165]
λn＝λ
当前-aw*sin(ψ)/2+lad*cos(ψ)-lad*tan(ε)*sin(ψ)；
[0166]
基于上述四个点的坐标，通过连点一线的原理，计算出该水平包线的四边所处的直线。
[0167]
当直升机转向飞行时，基于转向半径计算对应的水平告警包线。
[0168]
参考图6：
[0169]
o点坐标为：
[0170][0171]
p点坐标为：
[0172][0173]
基于直升机的运动半径r，确定pn
′
的半径为r-aw/2，即，pn所在的圆弧半径为r-aw/2，进一步得到pn所在的圆弧，其圆心为：
[0174][0175]
基于上述的圆心和半径，即可确定pn所在的圆弧，om同理，在此不再赘述。
[0176]
在一些实施例中，基于lad、rtc保护、iti保护，以及直升机在垂直方向的状态，构建所述直升机在垂直方向的告警包线。
[0177]
具体地，对直升机当前垂直方向上的速度进行分析，判断直升机垂直方向上的飞行状态，设计出垂直方向上的告警包线。
[0178]
rtc保护：针对之后路径内，低于飞机高度的地形/障碍物威胁的一种保护。
[0179]
平飞阶段的rtc保护：参照tso-c151c的定义，当直升机的垂直速度大于-500英尺/分钟且小于+500英尺/分钟时，直升机处于平飞状态，rtc保护如7所示。
[0180]
下降阶段的rtc保护：当直升机的垂直速度小于-500英尺/分钟时，直升机处于下降状态，rtc保护如图8所示。
[0181]
iti保护：直升机当前处于前视地形以下时，为了避免直升机在后续飞行中与比直升机高度更高的威胁地形/障碍物发生碰撞。
[0182]
当直升机处于上升阶段时，iti保护如图9所示。
[0183]
如图10所示，当直升机处于下降阶段时，iti保护还需要考虑飞行员接收到告警到执行拉起操作的反应时间及进行拉起操作所需要的高度等，以保证直升机在建立稳定爬升角的情况下能够规避碰撞的风险。
[0184]
在本公开中，基于上述保护机制，构建了一个较为完善的垂直方向上的告警包线。在垂直方向的告警包线计算过程中，仅需要考虑每个关键点的高度差和间距即可。
[0185]
具体地，如图11所示：
[0186]
a点为直升机当前所在的位置(纬度，经度，高度)；
[0187]c′
点位于直升机正下方，ac
′
的高度为rtc。从c
′
点沿着飞机飞行垂直方向上的轨迹的平行方向斜向下延伸，c c
′
和cd在同一直线上，且与飞机的轨迹平行，当c
′
d延伸达到警告安全高度时，改为向水平方向延伸(de)，当de延伸至前视距离时，改为垂直向上延伸。
[0188]
从a点垂直向下，做af
′
高度为爬升越障高度，然后以θ2角，斜向上延伸与ef线交于f点，至上视距离开始垂直向上进行延伸，gh高为rtc。
[0189]
为了减少直升机的虚警，对部分下视告警包线进行裁剪。即，从a点垂直向下做ab高为最小安全高度(取决于飞机的性能指标)，于b点水平向下沿θ1角剪裁至bc(灰色区域将被裁去)，剪裁角度可表示为：
[0190]
θ1＝min(γ
当前-θ0，θ
max
)；
[0191]
其中，γ
当前
为当前爬升梯度；
[0192]
θ
max
为剪裁上限值；
[0193]
θ0为角度基准值。
[0194]
进一步地，设θ2为iti保护角，其值取决于预期的爬升梯度(γ
预期
)和当前爬升梯度(γ
当前
)：
[0195]
θ2＝90-γ
预期
。
[0196]
进一步地，设h
ab
为最小安全高度，l
ab
＝0；h
ac
′
＝rtc，l
ac
′
＝0；h为垂直高度；l为水平见距离，可得：
[0197]had
＝rtc+h
飞行员
+h
拉起机动高度
，h
ad
＝h
ae
，l
ae
＝k
前
*lad；
[0198]haf
′
＝rtc+h
拉起机动高度
+h
飞行员
+h
误差高度
，l
af
′
＝0；
[0199]haf
＝l
ae
/tan(θ2)-h
af
′
；
[0200]hag
＝l
ag
/tan(θ2)-h
af
′
，l
ag
＝k
上
*lad；
[0201]hah
＝l
ah
/tan(θ2)-h
af
′
，l
ah
＝k
上
*lad；
[0202]
需要说明的是，上述的前视警戒包线的设计与前视警告包线的设计非常近似。区别点在于，警戒包线使用的最小地形安全高度为roc，而不是rtc。
[0203]
综上，参考图12，最小地形安全高度为rtc/roc，决定了ac
′
、ac、ad和ae的高度，由c
′
、c、d、e点组成了告警包线的下视边界，为了避免下视边界造成的虚警，对其进行剪裁、获得b点，bc的新边界。
[0204]
前视距离为lad，通过用不同的系数对其处理，计算出前视告警距离和上视告警距离，前视告警距离及最小地形安全高度决定了e、f的高度，由e、f点组成了告警包线的前视边界。
[0205]
上视告警距离和爬升越障高度(最小地形高度+h
拉起机动高度
+h
飞行员
+h
误差高度
)决定了g、h的高度，g、h点组成了上视边界。
[0206]
下、上、前视边界共同组成了垂直方向上的告警包线，警告边界和警戒边界的计算过程中参数、系数大小有所区别，警戒边界的系数值偏大。
[0207]
最终，将获得的垂直告警包线，与侧向的水平告警包线相结合，得到最终的三维立体告警包线。
[0208]
s140，通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息。
[0209]
在一些实施例中，对已构建的地形数据库进行前视地形扫描；所述地形数据库中包括地形/障碍物数据。地形扫描的结果，其正确率及精度将直接影响后续的告警算法精度。
[0210]
具体地，将地形高程数据dem格式进行处理，可通过相关软件(例如，global mapper18)，将dem数据格式导出成地形栅格化ascii格式。所述ascii文件格式如图13所示(示例为12m dem数据)。
[0211]
继续参考图3，其中，nclos和nrows分别为ascii文件所定义的栅格像元的列数和行数；
[0212]
xllcorner和yllcorner为左下角栅格像元的坐标；
[0213]
cellsize为栅格像元的大小，单位为度(degree)；
[0214]
nodata_value为用于表示“no data”像元的值，像元值中间用空格分隔，且每行的
末尾用回车换行。
[0215]
通过ascii文件格式，可以清楚地获得左下角的栅格像元的坐标和高度，通过对该文件的扫描读取，可记录每个栅格的坐标及其高度值。
[0216]
在一些实施例中，随着直升机的运动，对基于直升机位置附近的地形进行动态加载，对与直升机告警包线相交的、内部的地形进行判断，再对其进行单元化扫描，检测其高度，可将其高度按不同的颜色为标签进行分类，例如：
[0217]
红色：地形比直升机现行高度高2000英尺(610米)
[0218]
琥珀色：于直升机现行高度以下500英尺(152米)或者高2000英尺(610米)之间的地形
[0219]
绿色：指示直升机现行高度500英尺(152米)至2000英尺(610米)。
[0220]
黑色：指示直升机现行高度以下2000英尺(610米)。
[0221]
进一步地，其地形单元扫描结果，可参考图14。
[0222]
在一些实施例中，直升机在正常飞行状态下，可根据直升机的实时位置、航迹角等数据，实时计算出告警包线，将直升机的告警包线与dem数据结合实现告警算法。
[0223]
在一些实施例中，通过扫描线算法，在水平方向上找到与水平告警包线相交的、内部的地形数据单元，将扫描得出的在包线内的像素信息转换为其所应在的实际坐标，并将索引值保存，基于所述索引值，确定水平方向上在告警包线内的单元对应在垂直方向上的地形数据单元及其高程数据，若出现地形/障碍物高度位于包线内，则发送对应的告警信息。即，扫描告警包线内的地形数据，判断是否存在威胁地形/障碍物，若有威胁，则告警，例如，语音提示，显示屏弹窗等，以便飞行员采取相应措施；若无威胁，则不告警，飞行员不采取措施。
[0224]
需要说明的是，在本公开中，随着直升机的移动，会实时更新相应的数据。
[0225]
其中，参考图15(图中边界框用于缩小扫描范围)，扫描线算法包括：
[0226]
使用水平线或扫描线去填充多边形。其目的在于，在给定图形顶点的情况下填充多边形的内部像素。可以形象地理解为，用一支笔从左下角开始绘制图像，从左至右，只绘制图像内部的点，当线条完成后，从上方另起一行，然后继续。
[0227]
下面给出根据本发明的一个具体实施例：
[0228]
读取本地硬盘存储的飞行轨迹文件进行测试，该ui界面将按照协议的要求，提供前视功能动态监控、前视模型运行状态监控和飞行过程监控的功能。
[0229]
初始化界面，参考图16：该界面将显示所有所需的、被初始化的值；
[0230]
水平方向界面：将显示直升机水平方向上的飞行轨迹预测，提供水平方向上的飞行状态监控。
[0231]
垂直方向界面，参考图17：该界面将根据直升机前视回避模块提供的数据，显示对直升机实时检算出的告警包线；同时对直升机垂直方向上的运动状态进行监控。
[0232]
地形显示界面，参考图18：该界面用于，将地形扫描功能中识别出的地形高程数据按高度分类，并按不同的颜色进行显示。
[0233]
根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：
[0234]
可以通过直升机实时位置、姿态等数据，以及系统中存储的地形/障碍物数据，进行高精度的位置预测和告警包线的设计，使得直升机在飞行过程中可以及时地探测到前方
危险地形或障碍物，并及时的向飞行员提供语音、显示器上的告警，使飞行员有足够的时间来做出相应的对策。
[0235]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
[0236]
以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本技术所述方案进行进一步说明。
[0237]
图19示出了根据本技术的实施例的直升机前视告警装置1900的方框图如图19所示，装置1900包括：
[0238]
获取模块1910，用于获取直升机的位置、姿态数据；
[0239]
确定模块1920，用于基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态，以及预测直升机在水平方向上的运动轨迹；同时基于直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态；
[0240]
构建模块1930，用于通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线；
[0241]
告警模块1940，用于通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息。
[0242]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0243]
图20示出了适于用来实现本技术实施例的终端设备或服务器的结构示意图。
[0244]
如图20所示，终端设备或服务器2000包括中央处理单元(cpu)2001，其可以根据存储在只读存储器(rom)2002中的程序或者从存储部分2008加载到随机访问存储器(ram)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram2003中，还存储有系统2000操作所需的各种程序和数据。cpu 2001、rom2002以及ram 2003通过总线2004彼此相连。输入/输出(i/o)接口2005也连接至总线704。
[0245]
以下部件连接至i/o接口2005：包括键盘、鼠标等的输入部分2006；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分2007；包括硬盘等的存储部分2008；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分2009。通信部分2009经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器2010也根据需要连接至i/o接口2005。可拆卸介质2011，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器2010上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分2008。
[0246]
特别地，根据本技术的实施例，上文方法流程步骤可以被实现为计算机软件程序。例如，本技术的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在机器可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分2009从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质2011被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)2001执行时，执行本技术的系统中限定的上述功能。
[0247]
需要说明的是，本技术所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计
算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0248]
附图中的流程图和框图，图示了按照本技术各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0249]
描述于本技术实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
[0250]
作为另一方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中的。上述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，当上述前述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本技术的方法。
[0251]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
技术特征：1.一种直升机前视告警方法，其特征在于，包括：获取直升机的位置、姿态数据；基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态，以及预测直升机在水平方向上的运动轨迹；同时基于直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态；通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线；通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态包括：通过如下公式确定直升机在水平方向上的状态：其中，x
k
为测量位置；为估计位置；为预测位置；α、β为用于矫正预测的位置和速度的常数；表示实际值与预测值的差值；为估计速度；为预测速度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预测直升机在水平方向上的运动轨迹包括：若当前直升机的状态为直飞，则通过如下公式确定预测位置i从1到n的运动轨迹：机的状态为直飞，则通过如下公式确定预测位置i从1到n的运动轨迹：其中，t
预测
为前视时间；δt
预测
为样本时间；t
真实
为真实航迹角；λ
当前
分别表示直升机当前位置的经、纬度；为当前水平速度；若当前直升机的状态为转向，则通过如下公式确定预测位置i从1到n的运动轨迹：
其中，其中，其中，α为北向轴和位置向量之间的角度；ψ
累积
为累积的轨迹角。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线包括：通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，确定直升机的前视距离；基于所述前视距离，确定告警包线的上视边界、下视边界、前视边界和横侧边界，完成告警包线的构建。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述前视地形回避模型包括：lad＝a+2r+d；其中，lad为前视距离；所述t
反应
为飞行员反应时间；g为重力加速度；为转弯坡度角；d为最小地形间隙。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述前视距离，确定告警包线的上视边界、下视边界、前视边界和横侧边界，完成告警包线的构建包括：基于所述前视距离、直升机的坐标、偏航角、航路宽度以及扩展角，计算直升机水平包线四个角的点坐标；基于所述直升机水平包线四个角的点坐标，计算所述水平包线的四条边所处的直线，构建所述直升机在水平方向的告警包线；基于lad、rtc保护、iti保护，以及直升机在垂直方向的状态，构建所述直升机在垂直方向的告警包线；
基于所述直升机在水平、垂直方向的告警包线，完成告警包线的构建；其中，所述rtc保护，表示低于飞机高度的地形/障碍物威胁的保护；所述iti保护，表示直升机当前处于前视地形以下时，避免直升机在后续飞行中与比直升机高度更高的威胁地形/障碍物发生碰撞的保护。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息包括：通过所述前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，将扫描得出的在包线内的像素信息转换为其所应在的实际坐标，并将对应的索引值保存；基于所述索引值，确定水平方向上在告警包线内的单元对应在垂直方向上的地形数据单元及其高程数据，若出现地形/障碍物高度位于包线内，则发送对应的告警信息。8.一种直升机前视告警装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取直升机的位置、姿态数据；确定模块，用于基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态，以及预测直升机在水平方向上的运动轨迹；同时基于直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态；构建模块，用于通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线；告警模块，用于通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息。9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～7中任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～7中任一项所述的方法。
技术总结本申请的实施例提供了直升机前视告警方法、装置、设备和计算机可读存储介质。所述方法包括获取直升机的位置、姿态数据；基于所述位置、姿态数据，通过直升机动态运动模型，确定直升机在水平方向上的状态，以及预测直升机在水平方向上的运动轨迹；同时基于直升机在垂直方向上的速度，确定其在垂直方向上的状态；通过前视地形回避模型，对直升机在水平和垂直方向的状态进行分析，构建告警包线；通过前视告警算法，对所述告警包线内的地形数据进行扫描，根据扫描结果，发送对应的告警信息。以此方式，实现了直升机的高精度位置预测和告警包线设计，可以使得直升机在飞行过程中及时地探测到前方危险地形或障碍物。前方危险地形或障碍物。前方危险地形或障碍物。
技术研发人员：周晋锋 贺向宏 孙连奇 段浩然 杨婉晴 贾向浩
受保护的技术使用者：北京安达维尔航空设备有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
