本书针对动态复杂环境下低空飞行器(直升机、无人机等)操控的视景导航需求,充分利用我国遥感、导航、测绘、通信等领域卫星高速发展带来的信息优势,以构建满足低空飞行器遂行任务需求的可视化导航手段为目标,介绍基于卫星信息多源融合视景导航技术的相关研究,以提高低空飞行器在复杂气象和地形条件下执行多样化任务的能力,为低空飞行器三维模拟飞行、实时三维地形飞行辅助导航、目标引导等应用提供技术支持。全书共分为6章:绪论、多源卫星信息调度与管理、低空飞行环境高动态可视化表达、低空飞行器空间航线规划、基于视景的组合导航技术和视景导航仿真系统。本书针对低空飞行器(直升机、无人机等)的导航显示支持系统,介绍基于卫星信息的视景导航技术。它重点阐述多源卫星信息调度与管理、多源信息融合、飞行环境可视化表达、航线规划、威胁告警和目标指示等技术,构建仿真系统,提出相关技术解决方案。
本书可作为导航工程、信息与通信工程、系统科学等学科专业高年级本科生和研究生的参考书,也可作为科研院所相关专业工程技术人员的参考资料。
低空飞行器以其十分独特的功能、性能和应用灵活的深厚潜能,已经受到广大军民用户的青睐。然而,面对低空环境中复杂的地形地貌地物、多样化的不良气象条件、快速机动带来的环境飞速变化等飞行条件,低空飞行器(包括载人和无人)的飞行员难以看清所处环境,从而难以感知态势、作出决策并精准操控,无法确保飞行安全及圆满完成任务。
视景导航是指综合利用图形、符号、颜色、声音、文字等元素的可视化形式,为飞行员提供有关飞行过程、环境和任务的指示信息,以帮助其掌控飞行状态、规划任务实施过程,从而安全快速地完成既定任务。为了达成可视化的导航,通常利用在低空飞行器上安装的各类设备实现态势感知、参数显示、数据处理、场景再现、状态警示等基本的信息指示功能;同时,为了保证低空飞行器能够按照预定计划完成指定任务,还需要引入航线规划、辅助导航、敌我识别等技术支持。
本书针对低空飞行器的飞行特点,利用多源融合信息的可视化表达,以辅助操作人员对低空飞行器的动态进行实时控制,并确保飞行安全和任务完成。本书内容主要包括以下部分:
第一部分(第1章)介绍低空飞行器多源融合视景导航的基本概念、关键技术和研究现状等。首先,简要介绍低空飞行器的主要特征,界定了本书的研究范围;介绍了多源信息、信息融合、决策支持等概念,以及视景导航的相关概念。其次,从多源信息融合和可视化显示的角度介绍了相关的关键技术。最后,介绍了卫星导航定位系统、基于卫星信息的视景仿真与表现技术、综合卫星信息的可视导航技术、基于视景的低空飞行器导航技术等领域的研究现状。
第二部分(第2~5章)介绍视景导航技术的细节。第2章针对多源信息的调度与管理问题,介绍数据高效压缩、多分辨率无缝组织与索引、基础数据管理等技术。第3章介绍低空飞行环境的可视化表达,包括数据预取、动态调度、可见性裁剪、多视角集成显示等。第4章介绍空间航线规划,包括数据预处理、风险建模、航线规划算法、航线后处理等内容。第5章介绍视景导航信息显示、引导信息显示、风险预警和目标指示等内容。
第三部分(第6章)介绍视景导航仿真系统。它从系统架构、系统设计、系统实现、应用场景等方面介绍交互式可视化的视景导航系统。
全书由胡华全、邹玲、于荣欢、吴忠望、郝红星编写,并由胡华全统稿。成书过程得到了吴玲达研究员的倾心指导,以及蒋杰、刘东、杨超、卞燕山、郝利云等专家的大力支持,在此表示感谢。本书相关技术研究获得装备预研项目(编号:513220206)资助,本书还获得国家社会科学基金项目(编号:2019 SKJJ C 042)资助,在此表示诚挚的感谢。特别感谢北京航空航天大学出版社的编辑们,他们对待工作严谨细致、认真负责,确保了本书的顺利出版。
由于作者在理论、实践和技术方面的水平有限,书中错谬和不足之处在所难免,敬请广大读者批评指正。
编 者
2024年11月
胡华全，博士，航天工程大学航天信息学院副教授，硕士生导师，主要从事多源融合导航、导航建模仿真等领域的研究。主持国家社科基金等项目4项，获省部级科技进步奖二等奖1项、三等奖1项。以第一作者发表论文10余篇。
邹玲，博士，北京航空航天大学副教授、硕士生导师，数字媒体艺术系副主任，虚拟现实技术与系统全国重点实验室固定研究人员。主要从事虚拟现实与图形学、实时仿真、沉浸体验等领域的研究，主持国家级、省部级等各类项目7项，参与国家重点研发计划、国家社科基金项目、人文社会科学研究项目等10余项，发表学术论文20余篇。
于荣欢，博士，航天工程大学空间目标感知全国重点实验室副研究员，军队青年科技英才，主要研究方向为空间目标感知，数据可视分析等。
吴忠望，博士，航天工程大学航天信息学院副教授，硕士生导师，主要从事卫星导航、信息安全等领域的研究。主持科研项目10余项，以第一作者发表论文20余篇。
郝红星，博士，里斯本大学联合培养博士。主要从事空间信息技术研究，主持国家自然科学基金等项目8余项。获省部级科技进步二等奖1项、三等奖1项，省部级教学成果三等奖1项。以第一作者发表论文20余篇，其中SCI，EI检索10篇以上。
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