便攜式機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低成本、高可靠性、便攜式的便攜式機(jī) 載導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)作為保障航行安全的重要系統(tǒng)，能為其它機(jī)載系統(tǒng)及飛行員提 供實(shí)時(shí)的飛機(jī)位置、速度、姿態(tài)等信息。特別是在基于性能航行（Performance based navigation，PBN)中，機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的性能直接影響航空器的運(yùn)行，因此對(duì)于航行安全至關(guān) 重要。目前，常見(jiàn)的機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)主要有：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、近 距陸基無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)等。這些機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)通常價(jià)格比較昂貴，常常只是裝備在體量較 大、價(jià)值昂貴的公共運(yùn)輸航空的航空器上。對(duì)于通航的航空器來(lái)說(shuō)，由于其具有體積小、載 荷低、速度慢、高度低、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，通常會(huì)選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉且能夠滿足安全運(yùn) 行需求的機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0003] 目前，機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的研宄主要是基于臺(tái)式計(jì)算機(jī)或便攜計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，一 類是將機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)如慣性導(dǎo)航、無(wú)線電導(dǎo)航等導(dǎo)航系統(tǒng)提供的位置信息與地理信息系統(tǒng) 平臺(tái)提供的航圖信息結(jié)合，將導(dǎo)航信息顯示在航圖上，另一類是利用GPS提供航空器位置 信息，并將航空器位置指示在電子航圖上。這些系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題在于系統(tǒng)的便攜性差。
[0004] 隨著平板電子產(chǎn)品的大量涌現(xiàn)，民航開(kāi)始使用平板電腦作為電子飛行包 (Electronic Flight Bag, EFB)。電子飛行包是供飛行員使用的，用于顯示各種航行數(shù)據(jù)， 進(jìn)行各種飛行準(zhǔn)備時(shí)的計(jì)算與檢查的便攜電子設(shè)備。雖然電子飛行包在一定范圍內(nèi)可以替 代傳統(tǒng)紙質(zhì)航圖，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)航空器位置的實(shí)時(shí)顯示。
[0005] 平板電腦的出現(xiàn)，特別是內(nèi)置GPS功能的平板電腦的出現(xiàn)為開(kāi)發(fā)便攜式機(jī)載導(dǎo)航 系統(tǒng)提供了可能。但由于平板電腦的內(nèi)在空間受限，所以無(wú)法簡(jiǎn)單地加載航圖，因此需要針 對(duì)航圖的加載與管理進(jìn)行研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決便攜式機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖背景的索引、加載、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作， 本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖管理方法。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供便攜式機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖管理方法包括順序進(jìn) 行的下列步驟：
[0008] 1)根據(jù)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)所使用的航圖中若干關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，獲取航圖經(jīng)煒度坐標(biāo)與像 素坐標(biāo)映射關(guān)系的航圖坐標(biāo)標(biāo)定的Sl階段；
[0009] 2)根據(jù)步驟1)獲得的航圖經(jīng)煒度坐標(biāo)與位圖像素坐標(biāo)映射關(guān)系，由航空器經(jīng)煒 度坐標(biāo)信息計(jì)算出航空器在航圖上的位圖像素坐標(biāo)，從而完成航空器定位，由此獲得航空 器位置及前后位置信息的S2階段；
[0010] 3)采用四叉樹(shù)方式對(duì)航圖進(jìn)行分層與分割而得到航圖子圖的S3階段；
[0011] 4)設(shè)置航空器在導(dǎo)航系統(tǒng)中顯示位置的焦點(diǎn)信息的S4階段；
[0012] 5)根據(jù)步驟2)獲得的航空器位置信息和步驟3)分割后的航圖子圖，確定航空器 所在子圖的焦點(diǎn)子圖索引的S5階段；
[0013] 6)根據(jù)步驟5)索引的焦點(diǎn)子圖及系統(tǒng)焦點(diǎn)的缺省信息，在顯示屏幕上放置焦點(diǎn) 子圖及相關(guān)鄰近子圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖背景初始化顯示的S6階段；
[0014] 7)根據(jù)步驟2)獲得的航空器前后的位置信息、步驟4)的焦點(diǎn)信息和步驟5)的焦 點(diǎn)子圖，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)背景航圖進(jìn)行平移與旋轉(zhuǎn)的S7階段；
[0015] 8)利用步驟4)的焦點(diǎn)信息和步驟5)的焦點(diǎn)子圖，根據(jù)用戶的縮放操作對(duì)系統(tǒng)背 景航空進(jìn)行航圖縮放的S8階段。
[0016] 在步驟1)中，所述的根據(jù)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)所使用的航圖中若干關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，獲取航 圖經(jīng)煒度坐標(biāo)與像素坐標(biāo)映射關(guān)系的航圖坐標(biāo)標(biāo)定的方法是：采用一次擬合算法建立經(jīng)煒 度坐標(biāo)與航圖位圖像素坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換矩陣，利用標(biāo)準(zhǔn)航圖上不少于3個(gè)已知航路點(diǎn)的經(jīng) 煒度坐標(biāo)建立方程組，采用最小二乘算法求解轉(zhuǎn)換矩陣中的未知參數(shù)，獲得航圖經(jīng)煒度坐 標(biāo)與像素坐標(biāo)之間的映射關(guān)系。
[0017] 在步驟3)中，所述的采用四叉樹(shù)方式對(duì)航圖進(jìn)行分層與分割而得到航圖子圖的 方法是：將最高分辨率的原始航圖定義為第〇層，并將其分辨率作為歸一化分辨率，通過(guò)抽 取像素點(diǎn)處理獲得M層不同分辨率的航圖，然后以導(dǎo)航系統(tǒng)顯示屏尺寸為參數(shù)將每層航圖 分割為標(biāo)準(zhǔn)尺寸的子圖。
[0018] 在步驟4)中，所述的設(shè)置航空器在導(dǎo)航系統(tǒng)中顯示位置的焦點(diǎn)信息的方法是：將 航空器所處的屏幕位置定義為焦點(diǎn)，表征焦點(diǎn)的信息包括航空器顯示的屏幕位置信息及航 向信息，焦點(diǎn)信息或采用系統(tǒng)缺省設(shè)置信息，或通過(guò)用戶操作進(jìn)行調(diào)整。
[0019] 在步驟5)中，所述的根據(jù)步驟2)獲得的航空器位置信息和步驟3)分割后的航 圖子圖，確定航空器所在子圖的焦點(diǎn)子圖索引的方法是：利用步驟2)獲得的航空器位置 信息，根據(jù)系統(tǒng)缺省分辨率，在步驟3)分割出的不同圖層的子圖中確定出航空器所在的子 圖，即焦點(diǎn)子圖。
[0020] 在步驟6)中，所述的根據(jù)步驟5)索引的焦點(diǎn)子圖及系統(tǒng)焦點(diǎn)的缺省信息，在顯示 屏幕上放置焦點(diǎn)子圖及相關(guān)鄰近子圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖背景初始化顯示的方法是： 根據(jù)系統(tǒng)缺省的焦點(diǎn)信息將步驟5)索引的焦點(diǎn)子圖放置到相應(yīng)位置處，并將焦點(diǎn)子圖同 層的鄰近子圖按照順序放置到顯示背景中，形成航圖背景初始拼接。
[0021] 在步驟7)中，所述的根據(jù)步驟2)獲得的航空器前后的位置信息、步驟4)的焦點(diǎn) 信息和步驟5)的焦點(diǎn)子圖，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)背景航圖進(jìn)行平移與旋轉(zhuǎn)的方法是：當(dāng)航空器位置 改變時(shí)，利用步驟2)獲得的航空器前后位置信息，計(jì)算出航空器飛行的距離及航向，同時(shí) 結(jié)合步驟4)的焦點(diǎn)信息，換算出背景航圖的平移量及旋轉(zhuǎn)量，對(duì)背景航圖進(jìn)行相應(yīng)的平移 及旋轉(zhuǎn)。
[0022] 在步驟8)中，所述的利用步驟4)的焦點(diǎn)信息和步驟5)的焦點(diǎn)子圖，根據(jù)用戶的 縮放操作對(duì)系統(tǒng)背景航空進(jìn)行航圖縮放的方法是：將系統(tǒng)的縮放率與上、下門限值比較，當(dāng) 縮放率在門限范圍內(nèi)，則不改變航圖圖層，在本圖層內(nèi)進(jìn)行縮放顯示；若縮放率超過(guò)門限， 則切換到新的圖層，通過(guò)加載新圖層的子圖，完成縮放顯示，同時(shí)，縮放率隨著圖層的切換 進(jìn)行更新。
[0023] 本發(fā)明提供的便攜式機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖管理方法是以標(biāo)準(zhǔn)航圖作為機(jī)載導(dǎo)航 系統(tǒng)的背景，在內(nèi)存空間受限條件下，對(duì)航圖采用四叉樹(shù)方式進(jìn)行分層與分割，通過(guò)對(duì)航空 的有效索引與調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)航圖的加載、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作，從而有效地解 決了航圖占用內(nèi)在效率問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是本發(fā)明提供的便攜式機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的航圖管理方法流程圖；
[0025] 圖2是系統(tǒng)航圖坐標(biāo)標(biāo)定效果圖；
[0026] 圖3是系統(tǒng)背景航圖局部放大效果圖；
[0027] 圖4是系統(tǒng)航圖經(jīng)過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)后的效果圖；
[0028] 圖5是航空器位置信息動(dòng)態(tài)更新后的示意