一種快速計(jì)算任務(wù)區(qū)域覆蓋率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航線規(guī)劃評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及一種快速計(jì)算任務(wù)區(qū)域覆蓋率的方法， 其為機(jī)載觀測(cè)設(shè)備對(duì)預(yù)定任務(wù)區(qū)域的覆蓋計(jì)算方法，根據(jù)快速計(jì)算的任務(wù)區(qū)域覆蓋率，對(duì) 飛行航線的有效性進(jìn)行評(píng)估。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器攜帶觀測(cè)設(shè)備執(zhí)行觀測(cè)任務(wù)時(shí)，需對(duì)飛行航線進(jìn)行規(guī)劃。其中，飛機(jī)在沿航 線飛行的過(guò)程中，觀測(cè)設(shè)備觀測(cè)到的區(qū)域?qū)︻A(yù)先設(shè)定的任務(wù)區(qū)域的覆蓋情況是評(píng)估航線有 效性的重要參考依據(jù)?？梢杂酶采w率來(lái)描述觀測(cè)設(shè)備觀測(cè)到的區(qū)域?qū)傮w任務(wù)區(qū)域的覆蓋 程度，覆蓋率等于觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)范圍與任務(wù)區(qū)域相交的面積除以任務(wù)區(qū)域的總面積。通 常情況下，由于地面起伏、飛行約束等因素的影響，設(shè)備的觀測(cè)范圍和任務(wù)區(qū)域通常表現(xiàn)為 不規(guī)則圖形，難以用數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)圖形邊界進(jìn)行描述，任務(wù)面積和相交面積的計(jì)算非常復(fù) 雜，從而導(dǎo)致覆蓋率的計(jì)算非常復(fù)雜。通過(guò)本發(fā)明的快速計(jì)算方法，將面積的計(jì)算轉(zhuǎn)換為離 散點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，從而簡(jiǎn)化了覆蓋率的計(jì)算。
[0003] 飛行觀測(cè)覆蓋率是評(píng)估觀測(cè)任務(wù)執(zhí)行有效性的重要參數(shù)之一，傳統(tǒng)的覆蓋率計(jì)算 方法是通過(guò)計(jì)算觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)范圍與預(yù)定的任務(wù)區(qū)域相交的面積，然后除以任務(wù)區(qū)域的 面積得到飛行觀測(cè)覆蓋率。但是由于任務(wù)區(qū)域常常為不規(guī)則的圖形，導(dǎo)致相交面積和總面 積的計(jì)算非常復(fù)雜，從而影響對(duì)觀測(cè)任務(wù)執(zhí)行有效性的評(píng)估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)在飛行觀測(cè)覆蓋率計(jì)算中存在的上述問(wèn)題，給出了一種基于離散化處 理快速計(jì)算飛行觀測(cè)覆蓋率的方法，其為一種新的覆蓋率計(jì)算方法，不再將計(jì)算集中在不 規(guī)則圖形面積上，而是轉(zhuǎn)換為離散點(diǎn)的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，極大地簡(jiǎn)化了覆蓋率計(jì)算，有效地完成 對(duì)飛行航線的觀測(cè)覆蓋有效性的評(píng)估。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案，一種快速計(jì)算任務(wù)區(qū)域覆蓋率的方法， 包括以下具體步驟：
[0006] 步驟1)計(jì)算離散步長(zhǎng)
[0007]將任務(wù)區(qū)域離散化之前需要對(duì)離散步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。離散步長(zhǎng)不宜過(guò)大，過(guò)大則會(huì) 導(dǎo)致離散化后形成的點(diǎn)陣太稀疏，不能有效地表示區(qū)域信息;離散步長(zhǎng)不宜過(guò)小，過(guò)小則會(huì) 導(dǎo)致離散化后形成的點(diǎn)陣間距太小，超出觀測(cè)設(shè)備的分辨能力并且導(dǎo)致計(jì)算量龐大。當(dāng)觀 測(cè)設(shè)備為雷達(dá)時(shí)，其距離分辨率計(jì)算滿足：
[0008] sr = (1)
[0009] 其中61表示觀測(cè)雷達(dá)的距離分辨率，c為光速3X108m/s，B為雷達(dá)信號(hào)帶寬。
[0010]離散步長(zhǎng)的距離長(zhǎng)度不應(yīng)小于觀測(cè)雷達(dá)的距離分辨率，否則超出觀測(cè)設(shè)備的分辨 能力。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)任務(wù)的需求，離散步長(zhǎng)的距離長(zhǎng)度Ndls可按下式計(jì)算：
[0011] Ndis = 〇5r (2)
[0012]其中σ為系數(shù)因子，取值與具體的觀測(cè)任務(wù)有關(guān)，一般限定在1到10之間。
[0013] 離散步長(zhǎng)Ndls確定后，利用經(jīng)煒度坐標(biāo)與距離的計(jì)算關(guān)系可以得到經(jīng)度的離散步 長(zhǎng)階^和煒度的離散步長(zhǎng)N lat，以經(jīng)煒度的離散步長(zhǎng)對(duì)任務(wù)區(qū)域進(jìn)行離散化。
[0014] 步驟2)將任務(wù)區(qū)域離散化
[0015] 以任務(wù)區(qū)域邊界上經(jīng)度最小值、經(jīng)度最大值、煒度最小值、煒度最大值的點(diǎn)為邊界 點(diǎn)，平行于經(jīng)煒線作任務(wù)區(qū)域的外接矩形，以經(jīng)度的離散步長(zhǎng)N lcing和煒度的離散步長(zhǎng)Nlat作 平行于經(jīng)煒線的網(wǎng)狀線將該外接矩形分割成點(diǎn)陣，并剔除在任務(wù)區(qū)域外部卻在外接矩形內(nèi) 部的點(diǎn)，構(gòu)成任務(wù)區(qū)域點(diǎn)陣。
[0016] 步驟3)對(duì)煒度造成的偏差進(jìn)行修正
[0017] 當(dāng)任務(wù)區(qū)域足夠的大，就需要考慮地球彎曲帶來(lái)的影響。當(dāng)將任務(wù)區(qū)域離散化時(shí)， 其外接矩形將不是個(gè)嚴(yán)格的矩形，煒度越高其底邊越窄，可以近似為一個(gè)曲邊梯形模型。假 設(shè)地球近似為球形，則煒度Θ對(duì)應(yīng)的地球切面圓周長(zhǎng)滿足：
[0018] Ce = 23iR · cos9 (3)
[0019] 其中R為地球半徑，取值6371000m，Θ為煒度。
[0020] 由上式可知，任務(wù)區(qū)域底邊長(zhǎng)度應(yīng)隨煒度呈余弦變化，假設(shè)某離散點(diǎn)的經(jīng)煒度坐 標(biāo)為(LonguLatO,由步驟2可得任務(wù)區(qū)域中的最小煒度坐標(biāo)值記為L(zhǎng)at min，則該離散點(diǎn)的煒 度修正因子口:可表示為：
[0021]
(4)
[0022]則修正后的離散點(diǎn)所表示的面積為·△ S( △ S為修正前離散點(diǎn)所表示的面積）， 完成對(duì)任務(wù)區(qū)域點(diǎn)陣中離散點(diǎn)的修正。
[0023]步驟4)計(jì)算覆蓋率
[0024] 逐個(gè)判斷任務(wù)區(qū)域點(diǎn)陣中的點(diǎn)是否被觀測(cè)設(shè)備觀測(cè)到，統(tǒng)計(jì)出任務(wù)區(qū)域點(diǎn)陣中所 有被觀測(cè)到的點(diǎn)的數(shù)目見(jiàn)，記任務(wù)區(qū)域點(diǎn)陣中所有點(diǎn)的總數(shù)為N，則此時(shí)觀測(cè)設(shè)備對(duì)任務(wù)區(qū) 域的覆蓋率η由下式計(jì)算：
[0025]
(5)：
[0026] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0027] (1)本發(fā)明所采用的離散化方法無(wú)需通過(guò)計(jì)算觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)范圍與任務(wù)區(qū)域相 交的面積和任務(wù)區(qū)域的總面積來(lái)計(jì)算任務(wù)區(qū)域覆蓋率，避免了不規(guī)則圖形面積的計(jì)算，能 降低任務(wù)區(qū)域覆蓋率計(jì)算的復(fù)雜度，從而快速計(jì)算任務(wù)區(qū)域覆蓋率，為飛行航線有效性的 評(píng)估提供依據(jù)。
[0028] (2)本發(fā)明中到離散步長(zhǎng)與離散化處理的精細(xì)程度有關(guān)，為避免過(guò)分離散化和離 散化不足的問(wèn)題，離散步長(zhǎng)計(jì)算中引入了觀測(cè)設(shè)備的分辨率約束，使得離散化步長(zhǎng)更加合 理。
[0029] (3)由于地球煒度圈大小隨煒度變化，需考慮不同煒度下離散點(diǎn)所表示的面積差 異，利用曲邊梯形模型對(duì)煒度造成的偏差進(jìn)行修正，提高實(shí)際應(yīng)用中覆蓋率計(jì)算的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為本發(fā)明基于離散化方法快速計(jì)算任務(wù)區(qū)域覆蓋率的流程圖；
[0031] 圖2為任務(wù)區(qū)域離散化示意圖；
[0032]圖3為考慮地球煒度影響對(duì)偏差進(jìn)行修正的示意圖；
[0033]圖4為某個(gè)航路點(diǎn)上的覆蓋率計(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0035]觀測(cè)源的觀測(cè)范圍與任務(wù)區(qū)域相交的面積和任務(wù)區(qū)域的總面積的計(jì)算是飛行觀 測(cè)覆蓋率計(jì)算的難點(diǎn)，本發(fā)明采用離散化方法將任務(wù)區(qū)域離散為點(diǎn)陣，通過(guò)統(tǒng)計(jì)被觀測(cè)的 點(diǎn)總數(shù)來(lái)模擬相交面積，點(diǎn)陣中的點(diǎn)總數(shù)來(lái)模擬任務(wù)區(qū)域總面積，從而完成飛行觀測(cè)覆蓋 率的計(jì)算。本發(fā)明在離散化過(guò)程中考慮到觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)分辨率對(duì)離散步長(zhǎng)進(jìn)行選取，保 證離散化后點(diǎn)陣中的點(diǎn)能被有效觀測(cè)。本發(fā)明在離散化過(guò)程中還考慮到煒度影響帶來(lái)的偏 差，并對(duì)偏差進(jìn)行修正。其流程圖如圖1所示，具體包括4個(gè)步驟。
[0036]步驟1)計(jì)算離散步長(zhǎng)
[0037] 將任務(wù)區(qū)域離散化之前需要對(duì)離散步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。離散步長(zhǎng)不宜過(guò)大，過(guò)大則會(huì) 導(dǎo)致離散化后形成的點(diǎn)陣太稀疏，不能有效地表示區(qū)域信息;離散步長(zhǎng)不宜過(guò)小，過(guò)小則會(huì) 導(dǎo)致離散化后形成的點(diǎn)陣間距太小，超出觀測(cè)