用于激光测距仪的空域预警方法及预警系统

1.本发明涉及激光测距仪预警技术领域，尤其涉及一种用于激光测距仪的空域预警方法及预警系统。


背景技术：

2.激光测距仪应用激光测距技术进行空间距离测量，对指定目标如装有角反射器的人造卫星、空间碎片等进行瞄准跟踪，并实现对目标的精密距离测量。激光测距技术是一项利用激光脉冲来精密测量地面测站到空间目标距离的观测技术，旨在利用空间技术研究地球动力学、大地测量学、地球物理学和天文学等的技术手段。激光测距技术的发展主要表现在测距精度的不断提高和应用领域的不断拓宽。随着相关科学技术的发展，激光测距的观测精度由最初第一代的米级提高到现在的厘米级甚至毫米级，应用范围由传统的精密定轨定位、地球重力场确定延伸至导航卫星精密轨道标校、空间碎片测量、月球测距、时间传递、激光通信以及星际探测等多个领域。经过50多年的发展，激光测距技术已取得了巨大的成绩，目前已广泛应用于卫星高精度距离测量、空间碎片高精度距离测量、月球高精度距离测量及深空探测。深空探测是一项风险系数很高的任务，每一次深空探测都是一次巨大的挑战。对深空探测器进行高精度的距离测定，是开展深空探测任务的基本保证和开展太阳系相关科学研究的重要技术手段。我国深空探测的探月工程任务已取了一系列的研究进展，中国国家宇航局正制定一个致力于长期深空探测计划，火星探测是该计划的核心，同时也开展太阳和其他行星、小行星的探测任务。
3.由于人类探索空间目标范围和距离的不断增加，激光测距仪的作用范围也不断增大，使得激光测距仪的关键设备——激光器——功率也随之增大。由于大多数地基台站上空并未设置禁飞区，正处于工作中的激光器会产生高强度、高方向性、单色性的光束，此性能在显著提高对空间目标探测能力的同时，也为空间安全带来了一定的影响，光束对处于其辐射范围的飞机带来安全危害。现有的空间安全预警技术仅通过飞机航班和过境信息对观测站上空全天区进行飞行器警告，无法对激光测距仪小区域指向范围内的飞行器过境信息给出精确预警，虚拟概率较大。
4.综上所述，如何开发新型的预警方法以更好地防止激光测距仪影响正常的飞机飞行，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例的主要目的在于提出一种用于激光测距仪的空域预警方法及预警系统，旨在降低激光测距仪运行过程中带来的飞机安全风险。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种用于激光测距仪的空域预警方法，其步骤包括：
7.获取空域飞机的实时信息；
8.根据空域飞机的实时信息进行外推位置计算，计算得到指定时刻飞机的外推位
置；
9.获取激光测距仪的激光束指向实时信息，采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定时刻激光束的外推指向位置；
10.对激光测距仪的当前时刻和指定时刻分别计算激光束指向安全区域；
11.分别判断飞机的实时信息和指定时刻飞机的实时外推位置是否突破激光束指向安全区域；
12.若飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪。
13.在本发明一实施例中，所述获取空域飞机的实时信息的步骤包括：
14.通过虚拟雷达接收机ads-b获得空域飞机播报的实时信息；
15.通过网络读取虚拟雷达接收的飞机信息；
16.获取飞机的呼号icao及时间戳，提取完整ads-b信息帧；
17.转换飞机方位、高度、距离到测站坐标系，将飞机信息全部保存到数组中，形成飞机轨迹信息，获取完整的飞机的实时信息。
18.在本发明一实施例中，所述通过网络读取虚拟雷达接收的飞机信息的步骤中，所述飞机信息包括：7位代码(呼号)、数据播报日期、数据播报时间(当日累计秒)、飞机当前纬度、飞机当前经度、飞机海拔高度(米)、飞机相对地面速度(海里/小时)、飞机垂直速度(米/秒)及飞机航向。
19.在本发明一实施例中，所述根据空域飞机的实时信息进行外推位置计算，计算得到指定时刻飞机的外推位置的步骤包括：
20.根据空域飞机的实时信息，获取飞机当前时刻的三维位置与前一时刻的三维位置；
21.根据飞机当前时刻的三维位置与前一时刻的三维位置做差，除于当前时刻与前一时刻的间隔时间得到飞机的三维速度；
22.根据当前时刻飞机三维位置，加上三维速度与指定时刻和三维位置的间隔时间的乘积，得到飞机在指定时刻的三维位置；即得到指定时刻的飞机的位置。
23.在本发明一实施例中，所述获取激光测距仪的激光束指向实时信息，采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定时刻激光束的外推指向位置的步骤包括：
24.通过当前的激光测距仪跟踪目标的标识号查询本机轨道数据，
25.将本机轨道数据中等间隔的轨道点位信息读取到指定数组中，即为激光束指向实时位置；
26.采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定时刻激光束的外推指向位置。
27.其中，所述指定数组包括的信息有激光测距仪的激光束波长、激光束脉冲宽度、激光束指向出射角度、当前日期、当前时刻、当前指向方位角、当前指向俯仰角。
28.在本发明一实施例中，所述对激光测距仪的当前时刻和指定时刻分别计算激光束指向安全区域的步骤包括：
29.根据空域飞机的实时信息、指定时刻飞机的外推位置、激光束指向实时信息、激光
束外推的指向位置，通过特定算法划分激光测距仪的预警区域、安全区域。
30.在本发明一实施例中，所述根据空域飞机的实时信息、指定时刻飞机的外推位置、激光束指向实时信息、激光束外推的指向位置，通过特定算法划分激光测距仪的预警区域、安全区域的步骤中，所述特定算法包括：以激光测距仪的激光束指向实时信息为圆心、第一距离为半径，规定为预警区域；以激光束指向外推信息为圆心、第二距离为半径，规定为不安全区域；第一距离大于第二距离。
31.在本发明一实施例中，所述分别判断飞机的实时信息和指定时刻飞机的实时外推位置是否突破激光束指向安全区域的步骤包括：
32.根据飞机的实时信息判断，该时刻的飞机是否突破激光束指向安全区域；
33.根据指定时刻飞机的外推位置判断，指定时刻的飞机是否突破激光束指向安全区域。
34.在本发明一实施例中，所述若飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域，则在天球图上显示预警飞机位置或立即关闭激光测距仪的步骤包括：
35.当飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一将要突破激光束指向安全区域时，发出警报消息；
36.当飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域时，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪。
37.在本发明一实施例中，所述当飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域时，则在天球图上显示预警飞机位置或立即关闭激光测距仪的步骤包括：
38.根据飞机的实时信息或指定时刻飞机的外推位置处于激光束指向安全区域内的位置，划分警报等级；
39.当警报等级低时，在天球图上显示预警指定时刻飞机的外推位置；
40.当警报等级高时，立即关闭激光测距仪。
41.为解决上述技术问题，本发明还提出一种预警系统，所述预警系统应用于用于激光测距仪的空域预警方法；所述预警系统包括：空域飞机信息实时获取系统、空域飞机外推位置计算服务器、激光测距仪激光束指向实时位置获取系统、激光测距仪激光指向位置外推计算服务器、激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器及飞机安全预警信号输出设备；所述空域飞机信息实时获取系统电性连接于所述空域飞机外推位置计算服务器，所述空域飞机外推位置计算服务器电性连接于激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器，所述激光测距仪激光束指向实时位置获取系统电性连接于所述激光测距仪激光指向位置外推计算服务器，所述激光测距仪激光指向位置外推计算服务器电性连接于所述激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器，所述激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器电性连接于所述飞机安全预警信号输出设备。
42.本发明的技术方案，通过获取飞机的实时信息，同步从观测目标轨道数据中提取激光测距仪运行轨迹信息(即出射激光束指向位置信息)，采用飞机位置外推方法计算出飞机预期到达位置和激光测距仪同时刻预期位置，进行飞机安全前置判断，当出现安全隐患时通过分级预警的方式进行报警和关停激光测距仪处理，降低激光测距仪运行过程中带来
的飞机安全风险。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
44.图1为本发明所述一种用于激光测距仪的空域预警方法的步骤流程示意图；
45.图2为本发明所述一种用于激光测距仪的空域预警方法的其中一步骤流程示意图；
46.图3为本发明所述一种用于激光测距仪的空域预警方法的其中一步骤流程示意图；
47.图4为本发明所述一种用于激光测距仪的空域预警方法的其中一步骤流程示意图；
48.图5为本发明所述一种用于激光测距仪的空域预警方法的其中一步骤流程示意图；
49.图6为本发明所述一种用于激光测距仪的空域预警方法的其中一步骤流程示意图；
50.图7为本发明所述一种用于激光测距仪的空域预警方法的其中一步骤流程示意图；
51.图8为本发明所述一种预警系统的结构示意图。
52.附图标号说明：
[0053][0054]
具体实施方式
[0055]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该
特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0057]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“若干”、“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0058]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0059]
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0060]
本发明提出一种用于激光测距仪的空域预警方法，旨在降低激光测距仪运行过程中带来的飞机安全风险。
[0061]
下面将在具体实施例中对本发明提出的用于激光测距仪的空域预警方法的具体结构进行说明：
[0062]
在本实施例的技术方案中，如图1所示，一种用于激光测距仪的空域预警方法，其步骤包括：
[0063]
s10：获取空域飞机的实时信息；
[0064]
s20：根据空域飞机的实时信息进行外推位置计算，计算得到指定时刻飞机的外推位置；
[0065]
s30：获取激光测距仪的激光束指向实时信息，采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定时刻激光束的外推指向位置；
[0066]
s40：对激光测距仪的当前时刻和指定时刻分别计算激光束指向安全区域；
[0067]
s50：分别判断飞机的实时信息和指定时刻飞机的实时外推位置是否突破激光束指向安全区域；
[0068]
s60：若飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪。
[0069]
可以理解地，通过对获得的飞机的实时信息和激光测距仪激光束指向实时位置进行存储、计算、分析、比对、推理、评估，实现在激光测距仪工作过程中，对空域飞机安全实时预警，可减少人工评估的工作量，提高资源利用率和设备使用的安全性。
[0070]
本发明提出的用于激光测距仪的空域预警方法，通过获取飞机的实时信息，同步从观测目标轨道数据中提取激光测距仪运行轨迹信息(即出射激光束指向位置信息)，采用飞机位置外推方法计算出飞机预期到达位置和激光测距仪同时刻预期位置，进行飞机安全前置判断，当出现安全隐患时通过分级预警的方式进行报警和关停激光测距仪处理，降低激光测距仪运行过程中带来的飞机安全风险。
[0071]
在本实施例的技术方案中，如图2所示，所述s10：获取空域飞机的实时信息的步骤包括：
[0072]
s11：通过虚拟雷达接收机ads-b获得空域飞机播报的实时信息；
[0073]
s12：通过网络读取虚拟雷达接收的飞机信息；
[0074]
飞机信息包括：7位代码(呼号)、数据播报日期、数据播报时间(当日累计秒)、飞机当前纬度、飞机当前经度、飞机海拔高度(米)、飞机相对地面速度(海里/小时)、飞机垂直速度(米/秒)及飞机航向等信息；
[0075]
s13：获取飞机的呼号icao及时间戳，提取完整ads-b信息帧；
[0076]
s14：转换飞机方位、高度、距离到测站坐标系，将飞机全部保存到数组中，形成飞机轨迹信息，获取完整的飞机的实时信息。
[0077]
具体地，可通过空域飞机信息实时获取系统获取飞机的实时信息，将飞机的纬度和经度转换为测站坐标系下的方位角和俯仰角数据，并通过呼号对播报数据进行判别，飞机信息以飞机呼号为索引有序保存到指定数组中，形成测站坐标系下的飞机轨迹信息，完成飞机信息的实时获取。
[0078]
可以理解地，ads-b是一种基于gnss全球卫星定位系统和利用空地、空空数据链实现飞机监控和信息传递的空管监视新技术。基本原理为通过机载设备接收gnss信号，进行实时定位，并把包含飞机的位置信息(经度、纬度、高度和时间)定时广播。ads-b中常见的飞机状态参数包括位置、高度和速度，位置由全球导航卫星系统和空中数据系统确定，速度来自gnss位置和惯性测量系统。ads-b还允许广播其他信息，例如飞机呼号和运行状态。
[0079]
在本实施例的技术方案中，如图3所示，所述s20：根据空域飞机的实时信息进行外推位置计算，计算得到指定时刻飞机的外推位置的步骤包括：
[0080]
s21：根据空域飞机的实时信息，获取飞机当前时刻的三维位置与前一时刻的三维位置；
[0081]
s22：根据飞机当前时刻的三维位置与前一时刻的三维位置做差，除于当前时刻与前一时刻的间隔时间得到飞机的三维速度；
[0082]
s23：根据当前时刻飞机三维位置，加上三维速度与(指定时刻和三维位置的间隔时间)的乘积，得到飞机信息在指定时刻的三维位置；即得到指定时刻的飞机的位置。
[0083]
具体地，根据空域飞机的实时信息，可通过空域飞机外推位置计算服务器计算指定时刻飞机的外推位置，空域飞机外推位置计算服务器的计算方法为：外推时刻设定为当前时刻+2秒。首先计算飞机三维速度，根据飞机当前时刻三维位置与前一时刻三维位置作差，除以当前时刻与前一时刻的时间间隔，得到飞机三维速度。根据当前时刻飞机三维位置，加上三维速度与2秒的乘积，得到飞机在2秒后的三维位置。
[0084]
在本实施例的技术方案中，如图4所示，所述s30：获取激光测距仪的激光束指向实时信息，采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定时刻激光束的外推指向位置的步骤包括：
[0085]
s31：通过当前的激光测距仪跟踪目标的标识号查询本机轨道数据；
[0086]
s32：将本机轨道数据中等间隔的轨道点位信息读取到指定数组中，即为激光束指向实时位置；
[0087]
可以理解地，指定数组包括的信息有激光测距仪的激光束波长、激光束脉冲宽度、激光束指向出射角度、当前日期、当前时刻、当前指向方位角、当前指向俯仰角。
[0088]
s33：采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定
时刻激光束的外推指向位置。
[0089]
具体地，可采用激光测距仪激光束指向实时位置获取系统，通过当前的激光测距仪跟踪目标的标识号查询本机轨道数据(即激光束指向实时位置)，将轨道数据中等间隔的轨道点位信息读取到指定数组中，包括：激光束波长、激光束脉冲宽度、激光束指向出射角度、当前日期、当前时刻、当前指向方位角、当前指向俯仰角，完成激光束指向实时位置获取。
[0090]
可通过激光测距仪激光指向位置外推计算服务器，调用激光测距仪激光束指向实时位置获取系统的激光束指向实时位置信息，获得飞机外推时刻值，采用拉格朗日内插法获得飞机外推同时刻值的激光测距仪外推的方位角、俯仰角，保存激光测距仪指定时刻的激光束指向位置(指定时刻激光束的外推指向位置)，包括：激光束波长、激光束脉冲宽度、激光束指向出射角度、外推日期、外推时刻、激光束指向中心方位角、激光束指向中心俯仰角。
[0091]
在本实施例的技术方案中，所述s40：对激光测距仪的当前时刻和指定时刻分别计算激光束指向安全区域的步骤包括：
[0092]
s41：根据空域飞机的实时信息、指定时刻飞机的外推位置、激光束指向实时信息、激光束外推的指向位置，通过特定算法划分激光测距仪的预警区域、安全区域。
[0093]
可以理解地，特定算法包括：以激光测距仪的激光束指向实时信息为圆心、第一距离为半径，规定为预警区域；以激光束指向外推信息为圆心、第二距离为半径，规定为不安全区域；第一距离大于第二距离。
[0094]
可通过激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器，根据空域飞机的实时信息、指定时刻飞机的外推位置、激光束指向实时信息、激光束外推的指向位置；通过特定算法划分预警区域、安全区域。特定算法的一种形式为：以激光指向实时信息为圆心、较大角距离(如20
°
)为半径，规定为预警区域；以激光指向外推信息为圆心、较小角距离(如1
°
)为半径，规定为安全区域。
[0095]
在本实施例的技术方案中，如图5所示，所述s50：分别判断飞机的实时信息和指定时刻飞机的实时外推位置是否突破激光束指向安全区域的步骤包括：
[0096]
s51：根据飞机的实时信息判断，该时刻的飞机是否突破激光束指向安全区域；
[0097]
s52：根据指定时刻飞机的外推位置判断，指定时刻的飞机是否突破激光束指向安全区域。
[0098]
在本实施例的技术方案中，如图6所示，所述s60：若飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域，则在天球图上显示预警飞机位置或立即关闭激光测距仪的步骤包括：
[0099]
s61：当飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一将要突破激光束指向安全区域时，发出警报消息；
[0100]
s62：当飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域时，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪。
[0101]
可通过空域飞机安全预警信号输出设备，基于飞机的实时信息判定飞机是否处于预警区域，对正处于预警区域的飞机，基于飞机外推信息与激光指向外推信息，判定飞机是否将要突破安全区域。飞机将要突破安全区域，则发出警报消息，并根据警报级别发送激光
测距仪停止指令。
[0102]
在本实施例的技术方案中，如图7所示，所述s62：当飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域时，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪的步骤包括：
[0103]
s621：根据飞机的实时信息或指定时刻飞机的外推位置处于激光束指向安全区域内的位置，划分警报等级；
[0104]
无论是飞机的实时信息处于激光束指向安全区域内或指定时刻飞机的外推位置处于激光束指向安全区域内，根据警报级别都会发出相对应的警报。
[0105]
s622：当警报等级低时，在天球图上显示预警指定时刻飞机的外推位置；
[0106]
s623：当警报等级高时，立即关闭激光测距仪。
[0107]
本发明还提出一种预警系统，如图8所示，所述预警系统应用于用于激光测距仪的空域预警方法；所述预警系统包括：空域飞机信息实时获取系统10、空域飞机外推位置计算服务器20、激光测距仪激光束指向实时位置获取系统30、激光测距仪激光指向位置外推计算服务器40、激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器50及飞机安全预警信号输出设备60；所述空域飞机信息实时获取系统10电性连接于所述空域飞机外推位置计算服务器20，所述空域飞机外推位置计算服务器20电性连接于激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器50，所述激光测距仪激光束指向实时位置获取系统30电性连接于所述激光测距仪激光指向位置外推计算服务器40，所述激光测距仪激光指向位置外推计算服务器40电性连接于所述激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器50，所述激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器50电性连接于所述飞机安全预警信号输出设备60。
[0108]
空域飞机信息实时获取系统10用于获取飞机的实时信息，具体将飞机的纬度和经度转换为测站坐标系下的方位角和俯仰角数据，并通过呼号对播报数据进行判别，飞机信息以飞机呼号为索引有序保存到指定数组中，形成测站坐标系下的飞机轨迹信息，完成飞机信息的实时获取。
[0109]
空域飞机外推位置计算服务器20用于计算得到指定时刻飞机的外推位置，具体根据空域飞机的实时信息，可通过空域飞机外推位置计算服务器计算指定时刻飞机的外推位置，空域飞机外推位置计算服务器的计算方法为：外推时刻设定为当前时刻+2秒。首先计算飞机三维速度，根据飞机当前时刻三维位置与前一时刻三维位置作差，除以当前时刻与前一时刻的时间间隔，得到飞机三维速度。根据当前时刻飞机三维位置，加上三维速度与2秒的乘积，得到飞机在2秒后的三维位置。
[0110]
激光测距仪激光束指向实时位置获取系统30用于获取激光测距仪的实时位置，具体过当前的激光测距仪跟踪目标的标识号查询本机轨道数据(即激光束指向实时位置)，将轨道数据中等间隔的轨道点位信息读取到指定数组中，包括：激光束波长、激光束脉冲宽度、激光束指向出射角度、当前日期、当前时刻、当前指向方位角、当前指向俯仰角，完成激光束指向实时位置获取。
[0111]
激光测距仪激光指向位置外推计算服务器40，用于计算指定时刻激光束的外推指向位置，具体通过调用激光测距仪激光束指向实时位置获取系统的激光束指向实时位置信息，获得飞机外推时刻值，采用拉格朗日内插法获得飞机外推同时刻值的激光测距仪外推的方位角、俯仰角，保存激光测距仪指定时刻的激光束指向位置(指定时刻激光束的外推指
向位置)，包括：激光束波长、激光束脉冲宽度、激光束指向出射角度、外推日期、外推时刻、激光束指向中心方位角、激光束指向中心俯仰角。
[0112]
激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器50用于计算激光束指向安全区域，根据空域飞机的实时信息、指定时刻飞机的外推位置、激光束指向实时信息、激光束外推的指向位置；通过特定算法划分预警区域、安全区域。特定算法的一种形式为：以激光指向实时信息为圆心、较大角距离(如20
°
)为半径，规定为预警区域；以激光指向外推信息为圆心、较小角距离(如1
°
)为半径，规定为安全区域。
[0113]
飞机安全预警信号输出设备60用于实时预警，护体基于飞机的实时信息判定飞机是否处于预警区域，对正处于预警区域的飞机，基于飞机外推信息与激光指向外推信息，判定飞机是否将要突破安全区域。飞机将要突破安全区域，则发出警报消息，并根据警报级别发送激光测距仪停止指令。
[0114]
实施例1
[0115]
一种用于激光测距仪的空域预警方法，
[0116]
(1)获取飞机的实时信息数据，示例如下：7位代码(呼号)78059c、数据播报日期为2022年5月29日，数据播报时间(当日累计秒)为12347.743秒、飞机当前纬度为43.879070度、飞机当前经度125.512543度、飞机海拔高度为674.620117米、飞机相对地面速度为259海里/小时、飞机垂直速度为16.906240米/秒、飞机航向为190度。
[0117]
(2)当测站ads-b接受机接受飞机过境数据后，提取数据中飞机的方位俯仰距离(az，e
lv
，r
p
)。以飞机信息数据列表序号1为例，经坐标转换后获得飞机测站坐标系下的位置为方位角48.455069度，俯仰角19.633475，距离测站距离7133.539829米，记为(az，e
lv
，r
p
)＝(48.455069，19.633475，7133.539829)。利用式(1)
[0118][0119]
计算出飞机在测站中心的位置信息：(x
p
，y
p
，z
p
)＝(5028.594750，4455.959743，2396.882997)。
[0120]
(3)根据飞机的水平速度v＝133.2411m/s，垂直速度vz＝16.906240m/s，各轴上速度为：
[0121][0122]
根据公式
[0123][0124]
可通过外推计算出2s后(即12349.743秒)飞机在测站中心位置坐标：
[0125]
(4982.320602，4193.526007，2430.695477，6951.076136)
[0126]
经坐标(x，y，z，r)＝转换后，可推出12349.743秒时刻飞机的测站坐标位置信息
(a
zp
，e
lvp
，r)＝(49.913308，20.468124，6951.076136)。
[0127]
(4)激光测距仪激光束指向实时位置获取系统的数据获取机通过当前的激光测距仪跟踪目标的标识号查询轨道数据，可知此时刻激光测距仪的方位俯仰为(a
zt
，e
lvt
)＝(3.4794，13.5651)。利用式(1)可计算出在距离r处激光测距仪激光束指向的坐标为(x
t
，y
t
，z
t
，r)＝(410.090362，6744.713660，1630.375107，6951.076136)。
[0128]
计算出飞机距激光束的距离为：
[0129][0130]
即δr为5296.636712m。
[0131]
(5)根据激光安全的判断标准：飞机-测站-激光束的之间的夹角需大于θ，则可认为飞机处于安全距离。其中θ为：
[0132][0133]
式中是飞机视位置最大角速度，其中222m为民航飞机1s的最远飞行距离，将r＝6951.076136带入，可得出
[0134]
ω1＝1.83
°
/s；ω2＝1.5
°
/s是望远镜跟踪最大角速度；δt＝2s是测距系统反应时间。则θ＝6.66465
°
；所对应的安全距离
[0135]rhd
＝r
·
tan(θ)＝812.216276m。
[0136]
(6)r
hd
＜δr，可认为该飞机2s后处于激光安全位置，无需规避。
[0137]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，其步骤包括：获取空域飞机的实时信息；根据空域飞机的实时信息进行外推位置计算，计算得到指定时刻飞机的外推位置；获取激光测距仪的激光束指向实时信息，采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定时刻激光束的外推指向位置；对激光测距仪的当前时刻和指定时刻分别计算激光束指向安全区域；分别判断飞机的实时信息和指定时刻飞机的实时外推位置是否突破激光束指向安全区域；若飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪。2.根据权利要求1所述的用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，所述获取空域飞机的实时信息的步骤包括：通过虚拟雷达接收机ads-b获得空域飞机播报的实时信息；通过网络读取虚拟雷达接收的飞机信息；获取飞机的呼号icao及时间戳，提取完整ads-b信息帧；转换飞机方位、高度、距离到测站坐标系，将飞机信息全部保存到数组中，形成飞机轨迹信息，获取完整的飞机的实时信息。3.根据权利要求2所述的用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，所述通过网络读取虚拟雷达接收的飞机信息的步骤中，所述飞机信息包括：7位代码、数据播报日期、数据播报时间、飞机当前纬度、飞机当前经度、飞机海拔高度、飞机相对地面速度、飞机垂直速度及飞机航向。4.根据权利要求1所述的用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，所述根据空域飞机的实时信息进行外推位置计算，计算得到指定时刻飞机的外推位置的步骤包括：根据空域飞机的实时信息，获取飞机当前时刻的三维位置与前一时刻的三维位置；根据飞机当前时刻的三维位置与前一时刻的三维位置做差，除于当前时刻与前一时刻的间隔时间得到飞机的三维速度；根据当前时刻飞机三维位置，加上三维速度与指定时刻和三维位置的间隔时间的乘积，得到飞机在指定时刻的三维位置；即得到指定时刻的飞机的位置。5.根据权利要求1所述的用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，所述获取激光测距仪的激光束指向实时信息，采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定时刻激光束的外推指向位置的步骤包括：通过当前的激光测距仪跟踪目标的标识号查询本机轨道数据；将本机轨道数据中等间隔的轨道点位信息读取到指定数组中，即为激光束指向实时位置；采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光测距仪的方位角、俯仰角，即为指定时刻激光束的外推指向位置；其中，所述指定数组包括的信息有激光测距仪的激光束波长、激光束脉冲宽度、激光束指向出射角度、当前日期、当前时刻、当前指向方位角、当前指向俯仰角。6.根据权利要求1所述的用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，所述对激光测
距仪的当前时刻和指定时刻分别计算激光束指向安全区域的步骤包括：根据空域飞机的实时信息、指定时刻飞机的外推位置、激光束指向实时信息、激光束外推的指向位置，通过特定算法划分激光测距仪的预警区域、安全区域。7.根据权利要求6所述的用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，所述根据空域飞机的实时信息、指定时刻飞机的外推位置、激光束指向实时信息、激光束外推的指向位置，通过特定算法划分激光测距仪的预警区域、安全区域的步骤中，所述特定算法包括：以激光测距仪的激光束指向实时位置为圆心、第一距离为半径，规定为预警区域；以激光束指向外推位置为圆心、第二距离为半径，规定为不安全区域；所述第一距离大于所述第二距离。8.根据权利要求1所述的用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，所述分别判断飞机的实时信息和指定时刻飞机的实时外推位置是否突破激光束指向安全区域的步骤包括：根据飞机的实时信息判断，该时刻的飞机是否突破激光束指向安全区域；根据指定时刻飞机的外推位置判断，指定时刻的飞机是否突破激光束指向安全区域。9.根据权利要求1所述的用于激光测距仪的空域预警方法，其特征在于，所述若飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪的步骤包括：当飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一将要突破激光束指向安全区域时，发出警报消息；当飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域时，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪。10.一种预警系统，其特征在于，所述预警系统应用于如权利要求1至权利要求9中任一项用于激光测距仪的空域预警方法；所述预警系统包括：空域飞机信息实时获取系统、空域飞机外推位置计算服务器、激光测距仪激光束指向实时位置获取系统、激光测距仪激光指向位置外推计算服务器、激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器及飞机安全预警信号输出设备；所述空域飞机信息实时获取系统电性连接于所述空域飞机外推位置计算服务器，所述空域飞机外推位置计算服务器电性连接于激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器，所述激光测距仪激光束指向实时位置获取系统电性连接于所述激光测距仪激光指向位置外推计算服务器，所述激光测距仪激光指向位置外推计算服务器电性连接于所述激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器，所述激光测距仪激光束指向安全预警区域计算服务器电性连接于所述飞机安全预警信号输出设备。

技术总结
本发明公开一种用于激光测距仪的空域预警方法及预警系统，其步骤包括获取空域飞机的实时信息；根据空域飞机的实时信息进行外推位置计算，计算得到指定时刻飞机的外推位置；获取激光测距仪的激光束指向实时信息，采用拉格朗日内插法获得指定时刻激光束的外推指向位置；对激光测距仪的当前时刻和指定时刻分别计算激光束指向安全区域；分别判断飞机的实时信息和指定时刻飞机的实时外推位置是否突破激光束指向安全区域；若飞机的实时信息和指定时刻飞机的外推位置的任一突破激光束指向安全区域，则在天球图上显示预警飞机位置和/或立即关闭激光测距仪。本发明的技术方案能够降低激光测距仪运行过程中带来的飞机安全风险。激光测距仪运行过程中带来的飞机安全风险。激光测距仪运行过程中带来的飞机安全风险。


技术研发人员：董贺 华杰 柴源 梁智鹏 高健 李培顶 龙翃宇 付少鹏
受保护的技术使用者：吉林师范大学
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2023/8/5