基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测方法、系统、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及一种基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测方法、系统、装置及存储介质，属于监测预警技术领域。

背景技术

随着国家经济的迅猛提升，我国民航业得到了飞速的发展，飞机航行的安全日益得到人们的广大关注。虽然随着科学技术的提高和管理措施的逐步加强，使得飞机发生事故的概率在近十年来大大降低，但是据科学机构统计的数据表明，飞机在着陆和进跑道时出现事故的概率还是相对较高。

经研究分析，飞机在着陆和进近跑道阶段发生事故的原因，大多数是因为飞行员无法完全了解跑道环境而人为操作失误造成的。由于我国地域广阔，地域复杂，尤其在四川、云贵山区，常年云雾袅绕，能见度低，更易导致飞机事故的发生。

而且当前，飞机在降落时，飞行员仍需要通过肉眼观察跑道的状况。当机场出现云雾、能见度较低的时候就会给飞行员的判断造成影响，从而容易导致飞行员误断引发事故的概率就会大大上升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测方法、系统、装置及存储介质，在低能见度环境下实现对飞机降落跑道的监控预警，降低因飞行员误断引发事故的概率。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测方法，包括以下步骤，

接收飞机降落过程中跑道两侧返回的基本波束回波信号，采集两个回波信号的角度信息；

根据两个回波信号的角度信息，计算目标波束的导向矢量及两个波束的权值，从而确定两个波束的信号输出函数；

利用泰勒公式对两个波束的信号输出函数进行简化；

根据简化后的信号输出函数，确定两个回波信号的差信号输出函数与和信号输出函数；

将差信号输出函数与和信号输出函数作差和比，确定鉴角曲线的斜率；

将鉴角曲线的斜率与设定阈值比较，最终判定飞机是否偏离跑道。

进一步的，所述目标波束的导向矢量的表达式如下，

α(θ)＝[w

其中

θ为目标波束的方向角，m为中间参数，N为阵元数量，d为阵元间距，λ为发射的电磁波的波长；

第一波束的权值为w1＝[w

第二波束的权值为w2＝[w

其中，θ

再进一步的，两个波束的信号输出函数的表达式分别如下，

其中，y1表示第一个回波信号的输出函数，y2表示第二个回波信号的输出函数。

再进一步的，利用泰勒公式简化后，两个波束的信号输出函数表达式分别如下，

。

再进一步的，和信号输出函数的表达式如下，

y

差信号输出函数的表达式如下，

y

再进一步的，差信号输出函数与和信号输出函数作归一化处理的表达式如下，

其中k是鉴角曲线的斜率。

进一步的，所述检测方法还包括，若判定飞机偏离跑道，则传送告警信号，告警模块根据告警信号发出警报提示；若判定飞机没有偏离跑道，则传送解除告警信号，告警模块根据解除告警信号发出停止发出警报提示。

第二方面，本发明还提供一种基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测系统，包括检测模块和主控模块，所述检测模块用于接收飞机降落过程中跑道两侧返回的基本波束回波信号，并采集角度信息传送至主控模块；

所述主控模块用于根据两个回波信号的角度信息，确定两个回波信号的输出函数；根据输出函数，确定两个回波信号的差信号输出函数与和信号输出函数；将差信号输出函数与和信号输出函数作归一化处理，确定鉴角曲线的斜率；将鉴角曲线的斜率与设定阈值比较，最终判定飞机是否偏离跑道。

可选的，所述检测模块包括设于飞机上的测角雷达及布设在跑道两侧的多个角反射器，所述测角雷达用于发射信号，并接收经角反射器反射过来的信号，所述角反射器用于将测角雷达发射过来的信号进行反射。

可选的，还包括告警模块和解除模块，所述主控模块判定飞机偏离跑道，则传输告警信号至告警模块，所述告警模块用于根据告警信号发出告警提示；所述主控模块判定飞机没有偏离跑道，则传送解除告警信号至解除模块，所述解除模块用于根据解除告警信号停止发出告警提示。

可选的，还包括二维成像模块，所述二维成像模块用于接收所述主控模块的信号并对飞机和跑道的位置情况进行二维成像，使得飞行员可以在低能见度情况下根据二维成像来断定飞机和跑道的相对位置情况。

第三方面，本发明还提供一种基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测装置，包括处理器及存储介质，所述存储介质用于存储指令，所述存储介质用于根据所述指令进行操作以执行上述任一项方法的步骤。

第三方面，本发明还提供计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明通过对在低能见度环境下飞机降落跑道的过程进行监测预警，对飞机出现偏离跑道的情况及时作出预警，提醒飞行员，有利于飞行员及时做出改变，重新回到正轨，从而避免因为飞机降落偏离跑道而造成飞行事故；检测系统基于测角雷达，系统可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测方法的流程示意图；

图2为本发明的实施例中角反射器的布设示意图；

图3为本发明实施例一提供的基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测方法计算参数示意图；

图4为本发明实施例二提供的基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例提供的基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测方法，如图1～3所示，在飞机降落跑道过程中接收跑道两侧返回的基本波束回波信号，采集两个回波信号的角度信息。

假设θ为目标波束的方向角，则目标波束的导向矢量α(θ)＝[w

第一波束的权值为w1＝[w

第二波束的权值为w2＝[w

其中θ

因此，确定两个波束的信号输出函数分别为：

其中，y1表示第一个回波信号的输出函数，y2表示第二个回波信号的输出函数。

令u

u

u

将u

对|y1|和|y2|做和差处理，分别得和信号输出函数y

y

y

对两者作归一化处理，求得差和比为：

其中k是鉴角曲线的斜率。

将鉴角曲线斜率k与设定阈值比较，若判定飞机偏离跑道，则传送告警信号，告警模块根据告警信号发出警报提示；若判定飞机没有偏离跑道，则传送解除告警信号，告警模块根据解除告警信号发出停止发出警报提示。其中阈值的设定与跑道宽度、飞机高度、飞行速度等因素有关。

实施例2：

与实施例1提供的飞机降落偏离跑道检测方法相对应地，本实施例提供了飞机降落偏离跑道检测系统，如图4所示，包括检测模块和主控模块。

检测模块用于接收飞机降落过程中跑道两侧返回的基本波束回波信号，并采集角度信息传送至主控模块。在具体实施时检测模块包括测角雷达和角反射器，设在飞机上的测角雷达发射信号，经跑道两侧的角反射器反射后的两个目标回波信号的角度信息被测角雷达实时采集，在具体实施中，角反射器的布设方式大概是分2米间隔放置。

主控模块用于根据两个回波信号的角度信息，确定两个回波信号的输出函数；根据输出函数，确定两个回波信号的差信号输出函数与和信号输出函数；将差信号输出函数与和信号输出函数作归一化处理，确定鉴角曲线的斜率；

将鉴角曲线的斜率与设定阈值比较，最终判定飞机是否偏离跑道。

检测系统还包括告警模块、报警器和解除模块，所述主控模块判定飞机偏离跑道，则传输告警信号至告警模块，告警模块用于根据告警信号控制警报器发出告警提示；主控模块判定飞机没有偏离跑道，则传送解除告警信号至解除模块，解除模块用于根据解除告警信号控制报警器停止发出告警提示。

在具体实施时，可以利用警报器发出告警提示，警报器收到告警模块的信号则发出警报提示，收到接触模块的信号则停止发出告警提示。

还包括二维成像模块，在飞机降落过程中，主控模块实时将位置信息发送给二维成像模块，二维成像模块接收主控模块的信号并对飞机和跑道的位置情况进行二维成像，使得飞行员可以在低能见度情况下根据二维成像来断定飞机和跑道的相对位置情况。

实施例3：

本发明实施例提供了一种基于新型测角方法的飞机降落偏离跑道检测装置，包括处理器及存储介质，存储介质用于存储指令，处理器用于根据指令进行操作以执行实施例1中所述方法的步骤。

实施例4：

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例1中所述方法的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。