一种基于状态预测的空中防撞方法技术

本发明专利技术公开了一种基于状态预测的空中防撞方法包括：持续通过本机检测局部空域中当前所有飞机的运动状态信息；根据所有飞机的运动状态信息，计算未来指定时间长度内的所有飞机的飞行情况，并筛选出靠近本机的目标飞机；判断目标飞机与本机是否构成冲突风险，若构成冲突风险则发出交通警戒信息；判断构成冲突风险的目标飞机与本机是否构成碰撞威胁，若构成碰撞威胁则发出决策警告信息并提供避撞决策。本发明专利技术通过使用持续观测未来指定时间长度内的所有飞机的飞行情况，筛选出靠近本机的目标飞机，判断目标飞机与本机是否构成冲突风险或碰撞威胁，并提供避撞决策的技术手段，有效降低了飞行冲突的概率与次数，保障飞行安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空领域，特别地，涉及一种基于状态预测的空中防撞方法。
技术介绍
随着航空事业的迅速发展，空中交通密度日益增加，为了保证飞机安全有序地飞行，需要在传统的空中交通管制(AirTrafficControl,ATC)系统的基础上为飞行员提供一种可靠的、机动的防碰撞措施。在有限的空域资源条件下，飞行量激增的后果主要表现在两个方面：一方面局部空域出现拥挤，致使航班大量延误，给航空公司造成巨大的经济损失和不良社会影响；另一方面飞行冲突次数增加，使得相关空中交通服务和安全保障系统高负荷运行，安全形势不容乐观。此外，各种新型飞行器特别是高空高速长航时无人机的广泛应用，增加了空域密度和复杂度，对传统航空安全构成严重威胁；空中交通管理(AirTrafficManagement,ATM)领域“自由飞行”概念的提出，要求以最大限度地允许飞行员对航线进行自主导航，这无疑增加了飞行中航线不固定性，提高了飞行冲突概率。针对现有技术中飞行器数量提高与航线不确定导致飞行安全得不到保障的问题，目前尚未有有效的解决方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于状态预测的空中防撞方法，能够有效降低飞行冲突的概率与次数，保障飞行安全。基于上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于状态预测的空中防撞方法，包括：持续通过本机检测局部空域中当前所有飞机的运动状态信息；根据所有飞机的运动状态信息，计算未来指定时间长度内的所有飞机的飞行情况，并筛选出靠近本机的目标飞机；判断目标飞机与本机是否构成冲突风险，若构成冲突风险则发出交通警戒信息；判断构成冲突风险的目标飞机与本机是否构成碰撞威胁，若构成碰撞威胁则发出决策警告信息并提供避撞决策。其中，局部空域被视为建立不考虑地球曲率的欧几里德空间模型；飞机的运动状态信息包括位置信息、速度信息与检测时间信息。其中，根据所有飞机的运动状态信息，计算未来指定时间长度内的所有飞机的飞行情况，并筛选出靠近本机的目标飞机包括：根据所有飞机的位置信息、速度信息与检测时间信息，获得所有飞机在欧几里德空间中的三维位置向量、三维速度向量、水平方向上的航向角与垂直方向上的俯仰角；根据所有飞机在欧几里德空间中的三维位置向量、三维速度向量、水平方向上的航向角与垂直方向上的俯仰角，获得本机与其他飞机到达水平方向与垂直方向上最接近点的时间、本机与其他飞机在水平方向与垂直方向上的最接近点时速度与位置向量的夹角、本机与其他飞机在水平或垂直方向上的最接近点时的水平或垂直距离；根据本机与其他飞机到达水平方向与垂直方向上最接近点的时间、本机与其他飞机在水平方向与垂直方向上的最接近点时速度与位置向量的夹角、本机与其他飞机在水平或垂直方向上的最接近点时的水平或垂直距离，筛选出靠近本机的目标飞机。并且，判断目标飞机与本机是否构成冲突风险，若构成冲突风险则发出交通警戒信息包括：获取交通警戒信息的时间激发阈值、交通警戒信息的水平距离与垂直距离激发阈值；依次指定每一架目标飞机；判断本机与被指定目标飞机到达水平方向上最接近点的时间是否小于交通警戒信息的时间激发阈值、本机与被指定目标飞机到达垂直方向上最接近点的时间是否小于交通警戒信息的时间激发阈值、本机与被指定目标飞机在最接近点时的水平距离是否小于交通警戒信息的水平距离激发阈值、本机与被指定目标飞机在最接近点时的垂直距离是否小于交通警戒信息的垂直距离激发阈值；依次判断每一架目标飞机，对于任意一架目标飞机上述4个条件中有任意一个成立时，即判定该飞机对本机构成冲突风险，并发出交通警戒信息。并且，判断构成冲突风险的目标飞机与本机是否构成碰撞威胁，若构成碰撞威胁则发出决策警告信息并提供避撞决策包括：获取碰撞威胁信息的时间激发阈值、碰撞威胁信息的水平距离与垂直距离激发阈值；依次指定每一架构成冲突风险的目标飞机；判断本机与被指定冲突风险飞机到达水平方向上最接近点的时间是否小于碰撞威胁信息的时间激发阈值、本机与被指定冲突风险飞机到达垂直方向上最接近点的时间是否小于碰撞威胁信息的时间激发阈值、本机与被指定冲突风险飞机当前的水平距离是否小于碰撞威胁信息的水平距离激发阈值、本机与被指定冲突风险飞机当前的垂直距离是否小于碰撞威胁信息的垂直距离激发阈值；依次判断每一架冲突风险飞机，对于任意一架冲突风险飞机，在上述4个条件中，前两个条件有任意一个成立、且后两个条件有任意一个成立时，即判定该飞机对本机构成碰撞威胁，发出碰撞威胁信息并提供避撞决策。并且，提供避撞决策包括：判断除了当前碰撞威胁飞机意外，是否还存在其他冲突风险飞机；当不存在其他冲突风险飞机时，对本机与碰撞威胁飞机分别提供垂直方向上的避撞操作方案；当存在其他冲突风险飞机时，对本机与碰撞威胁飞机分别设计与上一步骤完全相同的垂直方向上的避撞操作方案，并进一步判断该避撞操作方案是否会引发新的碰撞威胁：若是，则改为分别提供水平方向上的避撞操作方案，否则直接提供垂直方向上的避撞操作方案。并且，当不存在其他冲突风险飞机时，对两机分别提供垂直方向上的避撞操作方案包括：根据本机与碰撞威胁飞机当前的高度、垂直方向上的速度、本机与碰撞威胁飞机到达垂直方向上最接近点的时间，获得两机在最接近点垂直高度差；获取本机与碰撞威胁飞机所在最接近点的最小高度限制，并根据最接近点的最小高度限制与最接近点垂直高度差分别计算出本机与碰撞威胁飞机的上行高度与下行高度；获取飞机的初始加速度，并根据飞机的初始加速度、本机与碰撞威胁飞机到达垂直方向上最接近点的时间、上行高度与下行高度分别计算出本机与碰撞威胁飞机的爬升时间与下冲时间；向本机与碰撞威胁飞机中垂直高度差大于零的一方发出避撞操作方案，使其连续向上爬升前述的爬升时间，并在到达垂直方向上最接近点的时间之内爬升上行高度；向本机与碰撞威胁飞机中垂直高度差小于零的一方发出避撞操作方案，使其连续向下冲前述的下冲时间，并在到达垂直方向上最接近点的时间之内下冲下行高度。同时，进一步判断该避撞操作方案是否会引发新的碰撞威胁包括：依次指定每一架其他冲突风险飞机；判断本机与被指定其他冲突风险飞机当前的水平距离是否小于碰撞威胁信息的水平距离激发阈值、本机与被指定其他冲突风险飞机当前的垂直距离是否小于碰撞威胁信息的垂直距离激发阈值；依次判断每一架其他冲突风险飞机，对于任意一架其他冲突风险飞机，在上述两个条件均成立时，即判定该飞机会引发新的碰撞威胁。并且，改为分别提供水平方向上的避撞操作方案包括：根据本机与碰撞威胁飞机当前的水平位置、水平方向上的速度、本机与碰撞威胁飞机到达水平方向上最接近点的时间，获得两机在最接近点水平距离差；获取本机与碰撞威胁飞机所在最接近点的最小水平距离限制，并根据最接近点的最小水平距离限制与最接近点水平距离差分别计算出本机与碰撞威胁飞机的水平偏移；获取飞机的初始加速度，并根据飞机的初始加速度、本机与碰撞威胁飞机到达水平距离上最接近点的时间、两机的水平偏移分别计算出本机与碰撞威胁飞机的水平偏转时间；向本机与碰撞威胁飞机中发出避撞操作方案，使两机连续向左侧或右侧偏转水平偏转时间，并在到达水平距离上最接近点的时间之内偏转水平偏移。另外，当水平方向上的避撞操作方案仍然会会引发新的碰撞威胁时，生成状态空间并对本机与碰撞威胁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于状态预测的空中防撞方法，其特征在于，包括：持续通过本机检测局部空域中当前所有飞机的运动状态信息；根据所述所有飞机的运动状态信息，计算未来指定时间长度内的所有飞机的飞行情况，并筛选出靠近本机的目标飞机；判断所述目标飞机与本机是否构成冲突风险，若构成冲突风险则发出交通警戒信息；判断所述构成冲突风险的目标飞机与本机是否构成碰撞威胁，若构成碰撞威胁则发出决策警告信息并提供避撞决策。

【技术特征摘要】
1.一种基于状态预测的空中防撞方法，其特征在于，包括：持续通过本机检测局部空域中当前所有飞机的运动状态信息；根据所述所有飞机的运动状态信息，计算未来指定时间长度内的所有飞机的飞行情况，并筛选出靠近本机的目标飞机；判断所述目标飞机与本机是否构成冲突风险，若构成冲突风险则发出交通警戒信息；判断所述构成冲突风险的目标飞机与本机是否构成碰撞威胁，若构成碰撞威胁则发出决策警告信息并提供避撞决策。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述局部空域被视为建立不考虑地球曲率的欧几里德空间模型；所述飞机的运动状态信息包括位置信息、速度信息与检测时间信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述所有飞机的运动状态信息，计算未来指定时间长度内的所有飞机的飞行情况，并筛选出靠近本机的目标飞机包括：根据所述所有飞机的位置信息、速度信息与检测时间信息，获得所述所有飞机在欧几里德空间中的三维位置向量、三维速度向量、水平方向上的航向角与垂直方向上的俯仰角；根据所述所有飞机在欧几里德空间中的三维位置向量、三维速度向量、水平方向上的航向角与垂直方向上的俯仰角，获得本机与其他飞机到达水平方向与垂直方向上最接近点的时间、本机与其他飞机在水平方向与垂直方向上的最接近点时速度与位置向量的夹角、本机与其他飞机在水平或垂直方向上的最接近点时的水平或垂直距离；根据本机与其他飞机到达水平方向与垂直方向上最接近点的时间、本机与其他飞机在水平方向与垂直方向上的最接近点时速度与位置向量的夹角、本机与其他飞机在水平或垂直方向上的最接近点时的水平或垂直距离，筛选出靠近本机的目标飞机。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，判断所述目标飞机与本机是否构成冲突风险，若构成冲突风险则发出交通警戒信息包括：获取交通警戒信息的时间激发阈值、交通警戒信息的水平距离与垂直距离激发阈值；依次指定每一架目标飞机；判断本机与被指定目标飞机到达水平方向上最接近点的时间是否小于所述交通警戒信息的时间激发阈值、本机与被指定目标飞机到达垂直方向上最接近点的时间是否小于所述交通警戒信息的时间激发阈值、本机与被指定目标飞机在最接近点时的水平距离是否小于交通警戒信息的水平距离激发阈值、本机与被指定目标飞机在最接近点时的垂直距离是否小于交通警戒信息的垂直距离激发阈值；依次判断每一架目标飞机，对于任意一架目标飞机上述4个条件中有任意一个成立时，即判定该飞机对本机构成冲突风险，并发出交通警戒信息。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，判断所述构成冲突风险的目标飞机与本机是否构成碰撞威胁，若构成碰撞威胁则发出决策警告信息并提供避撞决策包括：获取碰撞威胁信息的时间激发阈值、碰撞威胁信息的水平距离与垂直距离激发阈值；依次指定每一架构成冲突风险的目标飞机；判断本机与被指定冲突风险飞机到达水平方向上最接近点的时间是否小于所述碰撞威胁信息的时间激发阈值、本机与被指定冲突风险飞机到达垂直方向上最接近点的时间是否小于所述碰撞威胁信息的时间激发阈值、本机与被指定冲突风险飞机当前的水平距离是否小于碰撞威胁信息的水平距离激发阈值、本机与被指定冲突风险飞机当前的垂直距离是否小于碰撞威胁信息的垂直距离激发阈值；依次判断每一架冲突风险飞机，对于任意一架冲突风险飞机，在上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤俊，老明瑞，朱峰，白亮，老松杨，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43