在低空突防系统中，需要实时将飞行器所处位置周围地形数据调入机载计算机中的高速RAM中，以供计算低空突防控制指令和机载显示。在以前的实验性研究中，仅考虑小范围内的低空突防，可把整块地形数据装入内存，不用考虑动态刷新问题。而在执行实际飞行任务中，飞行器要跨越很大的飞行区域，势必要用到大量的地形数据。而且机载上使用的嵌入式PC性能和资源有限，硬件上决定了将全部数据装入内存是不可能的或者是低效的，会严重影响系统的实时性。以上这些原因决定了必须要考虑地形数据的实时动态刷新。
地形的动态刷新需要两方面的技术：其一，简洁的数据存储单元（DMU）的存储结构；其二，有效的刷新方法。简洁的DMU存储结构可以大大减少地形数据搜索和定位的时间，而有效的刷新方法则可以实现DMU与RAM中数据的无缝流动。
1 数字地图数据的存储结构
当飞机进行低空突防时，需要实时从存储介质中检索需要的数字地图数据，然后加载到内存中。在这个过程中，需要检索当前飞机所在区域之前的区域以确定下一块数据流是什么。这一点必须绝对准确，而且需要很快的反映速度，也需要处理大量的目录入口。因此设计良好的存储结构是极其重要的。
机载数字地图可以存储在CF盘、电子盘、光盘等存储介质中，无论存储介质是什么，都可以用一个快速准确的目录结构对数据进行有效的管理。我们将文件系统的目录结构分为两级：根目录和子目录。其中根目录组织成一个能够直接访问的表，每个表单元的入口包含了一个指向下一级目录的指针，整个存储空间组织成一个有序的结构体。其中，地形和地物都在任务规划时进行了页面的划分，地形数据是以数据页的形式存储的。根据飞行器当前的位置，可以快速地从中检索出需要的数据页。
2 地形数据动态刷新的“九宫格"算法
将装载地形数据的内存区域分为3×3个页面，这大约需要180KB的内存空间，如图1的形式排列。数据以米为单位。这9个页面从数据更新的角度看是分离的，从数据利用的角度看又是整合的，相邻页面中的地形数据是连续的。当然，如果要使动态刷新的速度更快，也可以减少页面的大小，同时增加页面数，但是那样会增加页面调度的复杂性，同时降低系统的效率。
设定起始点（x，y）坐标为（0，0），以后在实飞时随着飞行器的飞行坐标不断变化，需要根据GPS获得的经纬度信息不断计算当前的平面坐标，实现从经纬度向平面坐标的转化。因此需要已知起始点的经纬度以及数据网格的间距。由（1）式可以确定飞行器当前所处数据页的位置：
（1）
式中，（x0?y0）表示上述地形块的左下角位置坐标，（x?y）表示当前飞行器的位置，d为网格间距。
如表1所示，数据刷新的目的是希望飞行器当前的位置一直位于“九宫格"的中心，即4#数据页的位置。因此，当检测到飞行器当前位置不处于4#页面时，就需要删除和调入数据。
假设飞行器初始位置位于O，则飞行器可能的移动趋势有八种，分别为O→A，O→B，O→C，O→D，O→E，O→F，O→G，O→H，表一详细列出了各种可能的情况下地形数据页面的移动情况（移动和调入）：（表中[I]←[J]表示将编号为J的地形块移动到编号为I的地形块处。[#↗]、[#→]、[#↘]、 [# ]、[#↙]、[#←]、[#↖]、[#↑]分别表示从DMU中加载当前飞行器所处地形数据块的右上、右边、右下、正下、左下、左边、左上、正上的地形数据块。）
3 从九宫格中提取数据
以上存储在九宫格中的数据仍然是很大一片地形的数据，在低空突防中某些基于地形数据的算法中，并不需要使用如此多的数据，需要进一步从“九宫格”中提取飞行其当前位置周围的数据，此操作仅涉及数据的旋转变换。该过程根据不同飞行状况以约20hz的频率进行刷新。即以飞行器当前位置为中心，以飞行速度在地面的投影为x轴，截取一矩形区域的地形数据，并将其放置在另外开辟的一块内存区域中。如图2所示。
这种旋转变换页仅仅是局部坐标系与全局坐标系的转化问题。
图3中，O'点是局部坐标系的坐标原点，其在全局坐标系中的坐标设为O'（x0，y0），B点在全局坐标系下下的坐标为B（xB，yB），则O' 、B 两点确定了局部坐标系的方位。A点在局部坐标系下的坐标为，则A点在全局坐标系下的坐标可表示为：
（2）
按这种方式提取的数据与飞行方向一致，这样有利于简化其他基于地形数据的算法，也有利于机载显示。
4 结论
本文提出了低空突防系统中地形数据的一种存储机构，以及基于此结构的地形数据动态刷新的九宫格算法。这种算法比较简单，便于实现，而且经仿真验证，使用这种算法可以有效的管理地形数据并且提高某些基于地形数据的算法的效率，进而提高系统的实时性，降低系统对硬件的要求。
参考文献
[1]高攀.机载三维数字地图技术及应用研究[D].[学位论文].南京航空航天大学，2001
[2]孙红梅，唐卫清，刘慎权.一种支持实时地景仿真的数据调度策略[J].系统仿真学报，2000，12（5）：540～543
.7th DASC，1986.257～260
.NAECON，1981.766～768
[5]Richard Hoffman ，Gerald B.Airborne Electronic Map System，Part 1-Design[M].NAECON，1981.768～772
作者简介
吴在桂（1978-），男，湖北省恩施市人。硕士学历。研究实习员。研究方向为系统仿真，飞行控制。
