航線基本點(diǎn)相關(guān)計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

彭建亮，熊超，劉挺君

(中國(guó)人民解放軍93995部隊(duì)，陜西西安710300)

1 引言

在空中領(lǐng)航領(lǐng)域里，一定的領(lǐng)航計(jì)算能力是空中航行指令師必須掌握的一項(xiàng)技能，然而領(lǐng)航計(jì)算種類繁多且復(fù)雜，傳統(tǒng)的領(lǐng)航計(jì)算方法，往往速度稍慢且存在較大人為誤差的風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)于新員來(lái)講存在一定難度[1-3]。在領(lǐng)航學(xué)員初上飛機(jī)之前，地面演練以航線基本點(diǎn)的工作程序訓(xùn)練為主，演練時(shí)教員要隨機(jī)出題自行計(jì)算對(duì)學(xué)員進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算的速度以及準(zhǔn)確性很難保證，且在航空工業(yè)快速發(fā)展的今天，轉(zhuǎn)場(chǎng)飛行中在航線上如何準(zhǔn)確確定轉(zhuǎn)彎提前量也是本單位存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

隨著現(xiàn)代移動(dòng)平臺(tái)的迅猛發(fā)展，智能手機(jī)的普及，方便了人們的生活，逐漸成為人們獲取信息的主要設(shè)備。為順應(yīng)信息潮流，軍隊(duì)的信息化建設(shè)成為當(dāng)前建設(shè)的重要目標(biāo)。Android系統(tǒng)占據(jù)著移動(dòng)平臺(tái)的較大份額，所以開(kāi)發(fā)適用于Android 用戶日常使用的相關(guān)軟件成為現(xiàn)在的一大熱門[4-7]。

針對(duì)我部在任務(wù)中存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，結(jié)合所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)和軟件開(kāi)發(fā)知識(shí)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)手機(jī)App即可完成相關(guān)的領(lǐng)航計(jì)算，使飛行人員能夠快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地進(jìn)行領(lǐng)航計(jì)算，使領(lǐng)航計(jì)算更為便捷高效，進(jìn)而達(dá)到利用時(shí)間的充分性，提高飛行的準(zhǔn)備質(zhì)量，保障飛行安全。同時(shí)也進(jìn)一步提高軍隊(duì)信息化建設(shè)水平。

2 軟件計(jì)算原理

1)速度時(shí)間距離換算公式：

式中S、W、t分別為距離、速度、時(shí)間。

2)由觀測(cè)角、真高求偏航距離

垂直觀測(cè)角(ZG)：觀測(cè)線同鉛垂線之間的夾角(觀測(cè)線是觀察者和觀測(cè)點(diǎn)之間的連線)；

真高(H真)：以飛機(jī)正下方地面為基準(zhǔn)的高度，即飛機(jī)到其正下方地面的垂直距離；

偏航距離(Sp)：飛機(jī)偏離航線的距離。

如圖1 所示，從圖中可以看出偏離距離與真高之間的關(guān)系為：

圖1 求偏航距示意圖

3)按PI系數(shù)修正航跡

偏離角(PI)：原航線和新航線之間的夾角即為偏離角；

偏離角系數(shù)(CPI)：偏航一千米時(shí)對(duì)應(yīng)偏離角的度數(shù)；

未飛距離(S未) ：飛機(jī)位置與預(yù)定點(diǎn)間沿航線方向上的距離。

按PI系數(shù)修正航跡指的是：從飛機(jī)的實(shí)際偏航位置開(kāi)始，確定新的航線，通過(guò)PI，求出新的航線角和應(yīng)飛航向，使飛機(jī)沿新航線飛往預(yù)定點(diǎn)，具體過(guò)程如圖2所示。

圖2 按偏航距離求偏離角

從圖中可以看出：

偏離角度一般都比較小，因?yàn)樾〗嵌鹊恼泻瘮?shù)值，約等于該角度的函數(shù)值，將弧度變?yōu)槎?，?3)可寫成：

不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)S未確定后，60°S未是一個(gè)常數(shù)，即為偏離角系數(shù)(CPI)，將式(4)整理得：

得知偏離角系數(shù)后，根據(jù)偏航距離即可得到偏離角進(jìn)行改航，按PI修正航跡具體如圖3所示。

圖3 按PI角修正航跡

由圖3可得，新航線上的應(yīng)飛航向計(jì)算公式為:

4)求切入下邊航線提前量

飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，重力在水平方向上的分力為飛機(jī)提供轉(zhuǎn)彎的向心力：

式中，g = 9.8 m s2= 127 × 103km h2，γ為轉(zhuǎn)彎坡度，對(duì)公式進(jìn)行整理后可知轉(zhuǎn)彎半徑為：

求切入下邊航線提前量其實(shí)就是由飛行速度及轉(zhuǎn)彎坡度計(jì)算轉(zhuǎn)彎半徑，再根據(jù)轉(zhuǎn)彎角度進(jìn)而計(jì)算出切入下邊航線提前量，具體如圖4所示。

圖4 求轉(zhuǎn)彎提前量示意圖

對(duì)飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎過(guò)程進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)彎提前量與半徑之間成正切關(guān)系：

式中α為轉(zhuǎn)彎角度，進(jìn)一步整理可得：

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體設(shè)計(jì)

該軟件的設(shè)計(jì)是使用基于Android系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)軟件AIDE，設(shè)計(jì)的在移動(dòng)終端設(shè)備上使用的手機(jī)App。軟件框架結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要包括輸入模塊、顯示模塊和計(jì)算模塊三個(gè)部分。

圖5 系統(tǒng)總體框架

3.2 功能模塊分析

1)輸入模塊

如果要完成航線基本點(diǎn)程序的相關(guān)計(jì)算，首先需要用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，軟件所有相關(guān)數(shù)據(jù)可以通過(guò)智能設(shè)備的觸屏直接進(jìn)行輸入，這一功能由可以支持觸屏輸入的編輯框Edittext 來(lái)提供支持。輸入模塊的主要任務(wù)是在各參數(shù)編輯框輸入?yún)?shù)并實(shí)現(xiàn)計(jì)算的監(jiān)聽(tīng)，換言之就是當(dāng)用戶點(diǎn)擊按鈕的時(shí)候監(jiān)聽(tīng)器會(huì)去調(diào)用相應(yīng)的處理方法，流程見(jiàn)圖6。

圖6 輸入模塊流程

2)計(jì)算模塊

系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)整個(gè)的計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)其真正的意義，那么計(jì)算模塊就是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，沒(méi)有計(jì)算模塊系統(tǒng)就無(wú)法順利地完成相關(guān)計(jì)算，也就無(wú)法達(dá)到用戶的需求。因此，計(jì)算模塊的設(shè)計(jì)就是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。若系統(tǒng)想要快速地處理用戶的輸入，并且準(zhǔn)確完成航線基本點(diǎn)程序的相關(guān)計(jì)算，計(jì)算模塊的相關(guān)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。當(dāng)輸入模塊的監(jiān)聽(tīng)傳到計(jì)算模塊中時(shí)，計(jì)算模塊就要根據(jù)相應(yīng)的方法進(jìn)行進(jìn)一步的處理，該模塊主要是對(duì)輸入進(jìn)行邏輯判斷和調(diào)用相應(yīng)的計(jì)算公式，在內(nèi)部完成計(jì)算，然后輸出用戶需要的內(nèi)容，計(jì)算模塊的流程圖見(jiàn)圖7。

圖7 計(jì)算模塊流程

3)顯示模塊

顯示模塊主要用于完成描述計(jì)算器的顯示區(qū)，用戶最終的計(jì)算結(jié)果和一些其他信息通過(guò)該區(qū)域進(jìn)行顯示，同時(shí)該模塊還將提供調(diào)用和設(shè)置顯示的具體方法見(jiàn)圖8。

圖8 顯示模塊流程

3.3 軟件界面UI設(shè)計(jì)

航線基本點(diǎn)相關(guān)計(jì)算軟件采用的是基于JAVA語(yǔ)言的移動(dòng)端Android App 開(kāi)發(fā)軟件——AIDE 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，界面簡(jiǎn)單實(shí)用，沒(méi)有冗余頁(yè)面[8-12]。如圖9所示。

圖9 航線基本點(diǎn)計(jì)算軟件界面

軟件界面從上向下依次為距離輸入框、時(shí)間輸入框、未飛距離輸入框、觀測(cè)角輸入框、真高輸入框和計(jì)算按鈕，最后為結(jié)果輸出框，一個(gè)界面即可完成航線基本點(diǎn)程序設(shè)計(jì)到的所有計(jì)算，用戶輸入相關(guān)參數(shù)后，通過(guò)單擊計(jì)算按鈕，即可得出所需要的相關(guān)數(shù)值。

4 軟件應(yīng)用舉例

本軟件僅采用了基于Android的UI設(shè)計(jì)和少量的JAVA語(yǔ)句，將航線基本點(diǎn)計(jì)算包括根據(jù)距離和時(shí)間求應(yīng)飛速度、根據(jù)觀測(cè)角和真高求偏航距離、根據(jù)偏航距離求取偏離角系數(shù)、根據(jù)轉(zhuǎn)彎速度角度和坡度求轉(zhuǎn)彎提前量等4 部分計(jì)算功能集成到一個(gè)App 里，適用于平時(shí)航線基本點(diǎn)的計(jì)算，以及在執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)解決實(shí)施航線基本點(diǎn)的快速計(jì)算。

求應(yīng)飛速度、偏航距離、偏離角系數(shù)為一個(gè)軟件界面，操作時(shí)只需輸入相應(yīng)參數(shù)，然后點(diǎn)擊計(jì)算按鈕即可獲取結(jié)果。當(dāng)輸入航線距離45km、飛行時(shí)間5分30秒、未飛距離35km、觀測(cè)角36度、真高4km，點(diǎn)擊“計(jì)算”鍵后，計(jì)算結(jié)果如圖10所示。

圖10 航線基本點(diǎn)計(jì)算

從圖中可知：地速約為491km、偏航距離約為2.9km、偏離角系數(shù)約為1.7，所有計(jì)算結(jié)果與領(lǐng)航計(jì)算尺得到的結(jié)果一致，但計(jì)算明顯快捷、方便了許多。

求切入下邊航線提前量計(jì)算時(shí)，僅需輸入飛機(jī)速度、轉(zhuǎn)彎角度和轉(zhuǎn)彎坡度，然后點(diǎn)擊“計(jì)算”鍵就可以通過(guò)軟件得到所需的轉(zhuǎn)彎提前量，當(dāng)輸入飛機(jī)速度540km/h、轉(zhuǎn)彎角度35度、轉(zhuǎn)彎坡度15度點(diǎn)擊“計(jì)算”鍵后，計(jì)算結(jié)果如圖11所示。

圖11 切入下邊航線提前量計(jì)算

從圖中可知：轉(zhuǎn)彎提前量約為2.7km，所有計(jì)算結(jié)果與領(lǐng)航計(jì)算尺得到的結(jié)果一致，但計(jì)算明顯快捷、方便了許多。

5 結(jié)束語(yǔ)

在科學(xué)技術(shù)手段不斷發(fā)展過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)軟件也給人們的工作、生活以及學(xué)習(xí)帶來(lái)積極的影響，高效率的計(jì)算能力和高精度的計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)需求，傳統(tǒng)心算尺算已較難滿足這一特點(diǎn)，此設(shè)計(jì)航線基本點(diǎn)相關(guān)計(jì)算軟件能夠完成速度時(shí)間計(jì)算、由觀測(cè)角和真高求偏航距離、由未飛距離求偏離角系數(shù)、求取轉(zhuǎn)彎提前量的相關(guān)計(jì)算，可以在一定程度上解決心算尺算速度慢、精度低的問(wèn)題，滿足現(xiàn)實(shí)需求。本軟件經(jīng)過(guò)試用證明，達(dá)到了預(yù)期的效果，該軟件的研發(fā)對(duì)提高領(lǐng)航工作效率有著十分重要的意義。