1、收稿日期：2021-08-14修回日期：2021-10-27基金项目：海军航空大学青岛校区科研自主立项资助项目作者简介：韩继凯（1992-），男，山东潍坊人，硕士。研究方向：飞参技术、仪表技术、军事教育。*摘要：飞参数据防护记录器主要用于记录飞行参数信息，当飞机发生事故时需要对飞参数据防护记录器进行搜索打捞。对飞参数据防护记录器的搜索方法进行了归纳和总结，提出对于不同的海洋环境采取不同的搜索方法，并基于短基线定位法提出了四点精确定位法，介绍了搜索航迹规划的一般流程，通过实际案例验证了搜索策略的可行性，为后续搜索飞参数据防护记录器提供了案例指导和借鉴意义。关键词：飞参数据防护记录器；航迹规划；精
2、确定位；搜索策略中图分类号：U676.8文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1002-0640.2022.11.018引用格式：韩继凯，王元鑫，袁涛，等.飞参数据防护记录器搜索航迹规划 J.火力与指挥控制，2022，47（11）：102-106.飞参数据防护记录器搜索航迹规划*韩继凯，王元鑫，袁涛，刘泽坤（海军航空大学青岛校区，山东青岛266041）The Target Searching Track Planning ofFlight Data Protection RecordersHAN Jikai，WANG Yuanxin，YUAN Tao，LIU Zekun（Qing
3、dao Campus of Naval Aviation University，Qingdao 266041，China）Abstract：Flight data protection recorders are mainly used to record the flight data，when anaircraft accident occurs，it is necessary to search and salvage the flight data protection recorders.Thesearch methods of flight data protection reco
4、rders are summarized，the different search methods used fordifferent marine environments are proposed，and a four-point precise positioning method based onshort-baseline positioning method is given，and the general process of search track planning isintroduced.Finally，the feasibility of the search stra
5、tegy is verified by an actual case，which providesthe case guidance and reference for the subsequent search of flight data protection recorders.Key words：flight data recorders；track planning；planning location；search strategyCitation format：HAN J K，WANG Y X，YUAN T，et al.The target searching track plan
6、ning of flightdata protection recorders J.Fire Control&Command Control，2022，47（11）：102-106.0引言飞参数据防护记录器（又名：飞参“黑匣子”）是飞机信息记录的重要设备，承担了飞行参数信息记录的重要责任，在飞机发生事故时，作为重要的事故判定设备在飞机上有着广泛的应用，如下页图 1所示。一旦飞机发生事故，对飞参数据防护记录器的搜索便成为重中之重。飞参数据防护记录器的前端装有水声定位信标（underwater locator beacon，ULB）图 1 中，当飞机落水以后水声定位信标自动激活，并对外发出 37.
7、5 kHz 的国际标准声脉冲信号，声源级一般为 160.5 dB，工作时间为 30 d 左右1。对于声信标的搜索设备主要分为两类：手持式声信标搜寻仪和拖曳式声波定位仪，但无论是哪类设备暂时都无法直接得到目标位置，只能确定目标所在方位，这就要求在搜索前需对搜索航迹进行必要的规文章编号：1002-0640（2022）11-0102-05Vol.47，No.11Nov，2022火 力 与 指 挥 控 制Fire Control&Command Control第 47 卷第 11 期2022 年 11 月102（总第 47-）划，从而实现高效的搜索。图 1飞参数据防护记录器1搜索定位原理现有的搜索设备
8、仅能探测到声信标信号的方位角，无法获得距离信息，故一般采用纯方位交汇法确定目标位置2。构建基于两个测绘点的方位交汇模型如图 2所示，以两测绘点 A、B 连线方向为 X 轴，两点中点为原点 O，两点连线中垂线为 Y 轴，其中，X 轴与 Y轴在同一水平面，以过原点 O 的地垂线为 Z 轴建立坐标系，A 点坐标为（-xa，0，0），B 点坐标为（xa，0，0）目标点 C 的坐标为（xc，yc，zc），设海水深度为 h，则zc=h，OC 与 X 轴夹角为 1，OC 与 Y 轴夹角为 2，可建立如下位置关系式：R2=xC2+yC2+h2xC2=R2cos21yC2=R2cos22（1）其中，1、2可由搜
9、索设备测量角度计算得出，通过求解式（1）则可得到 xC、yC的值，进而实现对目标位置的确定。图 2两点定位模型2搜索设备探测半径求解在多次飞参数据防护记录器搜索实践中发现，认为水声定位信标传播有效范围为 3 km 是不准确的，因为对于不同海域其温度、盐度、海况等环境情况是不同的，所示水声定位信标传播有效范围也是不同的，例如在实际打捞中发现在我国渤海海域 1级海况、水温 10条件下水声信号传播有效范围可以达到 5 km，故在进行搜索过程中应首先计算水声定位信标传播有效范围，即搜索设备探测半径。2.1水声信号传播损失公式水声定位信标在海水中的传播公式由查阅资料可知，对于球面扩展的声波在距离 r 处
10、的传播损失为3：TL=20lg r+r（2）其中，海水吸收系数 为下述公式4：=2.0310-2Sfrf2fr2+f2+2.9410-2f2fr（3）海水弛豫系数 fr公式如下：fr=21.910（6-1 520T+273）（4）其中，TL 为总传播损失；S 为盐度（0.1%）；f 为声波频率（kHz）；T 为热力学温度（）。2.2浅海噪声谱级经验公式用海况表示的浅海噪声谱级公式如下：NL=10lg f-1.7+6H+55（5）其中，NL 为噪声谱级；H 为海况等级。2.3搜索设备探测半径求解公式设搜索设备检测阈为 DT，水声定位信标声源级为 SL，对于水声定位信标应能全方位发声，则其指向性指
11、数 DI=0，可得：SL-TL-NLDT（6）根据式（2）式（6）即可解得搜索设备的探测半径 r。3粗略定位搜索方法搜寻是整个搜救过程中最昂贵、最危险和最复杂的一部分5，飞机失事以后根据飞机失事前雷达消失点位置，并结合飞机速度、飞机俯冲高度、洋流、风速等信息，可以大致给出一个半径为 R 的圆形搜索区域，搜索设备的探测半径也可以大致看作一个半径为 r 的圆形。要想在最快的时间内搜索到飞参数据防护记录器，并确定其所在大致区域，就需要选择合适的搜索方法，并对搜索航迹进一步地规划。常用的搜索方法主要有扩展多边形法、扩展螺旋线法、平行航线法和锯齿形（蛇形）法 4 种。3.1扩展多边形搜索方法在单台搜索设
12、备搜索时，当搜索时间充裕，需要全面积搜索时，一般采用扩展多边形搜索。搜索设备首先到达最有可能的目标位置 O 点，然后采用多边形航迹搜索，其中每一个蓝色圆圈代表进行一次探测，蓝色圆的圆心即为探测点（下同），则搜索韩继凯，等：飞参数据防护记录器搜索航迹规划1031957（总第 47-）火 力 与 指 挥 控 制2022 年第 11 期航迹可大致画为一个扩展多边形，如图 3 所示。图 3扩展多边形搜索方法3.2扩展螺旋线搜索方法在单台搜索设备搜索时，当搜索时间较为紧迫，须在有限的时间内完成对搜索区域完成概率性搜索时采用扩展螺旋线搜索6。搜索设备首先到达目标位置 O 点，然后采用螺旋线搜索，这样可以实
13、现搜索设备可以保持任意时刻都以初始位置点为圆心，以航行距离为半径的圆上，搜索轨迹为等角螺旋线，如图 4 所示。图 4扩展螺旋线搜索方法3.3平行航线搜索方法平行航线搜索方法同样应用于多台搜索设备同时工作时，其本质上仍为扩展四边形搜索，在这里不作过多赘述。3.4锯齿形（蛇形）搜索方法当多台搜索设备同时工作时，为减少相互干扰一般采用锯齿形搜索。搜索设备到达目标位置后，采用锯齿形搜索，一方面实现单机尽可能多的增大搜索面积；另一方面又可减小设备间的重复工作，如图 5 所示。图 5锯齿形（蛇形）搜索方法在实际搜索过程中发现：一方面受到天气、海底暗流、战斗环境等影响，很难有比较完整的时间实现全面搜索和打捞
14、；另一方面水声定位信标是靠自带电池驱动，当电池耗尽也就意味着浪费了最佳的搜索时间，故在实际搜索过程特别需要注意节约搜索时间。而扩张螺旋线搜索法比起其他搜索方法可节约较多时间，具有较高的实用价值，但其发现概率往往低于其他方法，在实际搜索时可根据情况合理选取搜索方法。4四点精确定位当采用以上搜索方法粗略搜索到目标以后，基本可以确定目标位置的一个大致区域，该大致区域面积往往大于海底打捞有效范围，故需要近距离精确定位，以确定目标的精确位置。常用精确定位方法一般为直线航迹法和圆弧航迹法，相比较之下圆弧轨迹精确定位要优于直线航迹精确定位结果7。本文在总结基线纯方位定位方法的基础上提出四点精确定位法：当目标
15、位置范围大致确定以后，以目标区域中心位置为圆心，以距离 d 为半径画圆，并取圆的 4 个象限点为 4 个精确定位点，如图 6 所示。图 6四点精确定位法关于 d 的确定。设海底打捞活动半径为 rd，海水深度为 h，搜索设备最强信号范围为 1，最大测量范围为 2，则有如下关系：1）搜索设备最强信号范围对应搜索区域半径不应大于海底打捞活动半径，即：rddsin12（7）2）搜索设备探测范围对应搜索区域半径不应小于海水深度 h，即：hdtan22（8）综上可得：htan22drdsin12，htan22rdsin12htan22d，htan22rdsin12（9）1041958（总第 47-）韩继凯
16、，等：飞参数据防护记录器搜索航迹规划距离/km传播损失/dB信号级/dB1 级海况信噪比/dB 2 级海况信噪比/dB 3 级海况信噪比/dB0.558.838 1101.661 967.420 461.420 455.420 41.069.717 490.782 656.541 150.541 144.541 11.578.097 982.402 148.160 642.160 636.160 62.085.455 475.044 640.803 134.803 128.803 12.592.252 268.247 834.006 328.006 322.006 33.098.694 661.805 427.563 921.563 915.563 93.5104.892 255.607 821.366 315.366 39.366 34.0110.910 749.589 315.347 89.347 83.347 84.5116.792 543.707 59.4663.466-2.5345.0122.566 337.933 73.692 2-2.307 8-8.307 85.5128