【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空器运行安全领域，尤其涉及一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，该方法可以应用于空中交通管制，降低航空器发生飞行冲突的概率，减少管制员工作负荷，保障飞行安全。
技术介绍
1、随着航运需求的增长和有限的空域资源导致空域愈发拥挤，飞行安全问题引起了人们的关注，因此，有效避免飞行冲突发生，特别是在拥挤空域中减少潜在飞行冲突的数量，为管制员提供有效可行的冲突解决方案，已成为亟待解决的问题。目前，飞机绕飞的航路主要由管制人员根据相关规定认为规划绕飞航路，引导飞机避开危险。人工引导航空器改航，增加了管制的工作难度，所以拥有一套行之有效的飞行冲突参测与解脱的方法能够很大程度上保证航空器运行安全，提高飞行效率。
技术实现思路
1、为了在拥挤空域减少潜在飞行冲突的数量，避免飞行冲突发生，本专利技术提供了一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，其目的在于给出繁忙空域中航空器冲突探测方法，根据管制系统运行数据对航空器之间的冲突走向进行定量分析，实现对航空器运行态势的精准感知，在航空器发生飞行冲突之前及时采取措施，避免不安全事件的发生，保障航空器的安全平稳运行。
2、本专利技术为实现上述目的，采用的技术方案是：一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，步骤如下：
3、步骤1、在航空器执行飞行任务过程中，通过ads-b设备持续获取该航空器及其飞行空域内其他航空器的速度、方位、航向飞行状态信息；
4、步骤2、根据获取的航空器当前状态信息，初步筛选冲突对
5、步骤3、构造该航空器飞行空域范围内所有航空器的飞行状态网络，计算冲突系数，得到冲突解脱权值；
6、步骤4、根据冲突解脱权值，依次对飞行器存在的冲突通过解脱策略进行冲突解脱；
7、步骤5、冲突解脱后，重复步骤1到步骤4的方法进行下一阶段的航迹预测及冲突检测，直至航空器安全抵达目的地。
8、步骤2中所述速度障碍法预测下阶段的航迹的具体步骤如下：
9、步骤2.1、设本机a的空间四维坐标为x1，y1，z1，v1，入侵航空器b的空间四维坐标为x2，y2，z2，v2，本航空器和入侵航空器在三轴方向的速度分量分别表示为vx1，vy1，vz1、vx2，vy2，vz2，则有冲突对象筛选公式：
10、l＝(x1-x2)(vx1-vx2)+(y1-y2)(vy1-vy2)+(z1-z2)(vz1-vz2) (1)
11、其中1为本航空器与入侵航空器的距离，若l<0，则表示本航空器a和入侵航空器b处于正在接近的状态；若l＝0，则表示本航空器与入侵航空器处于相对静止状态；若l>0，则表示本航空器a与入侵航空器b处于正在远离的状态，在确定两架航空器的相对运动后，将排除相对静止与相互远离的入侵者，然后只需对逐渐接近的入侵者进行下一步处理；
12、步骤2.2、用p1表示本航空器a的位置矢量，用p2表示入侵航空器b的位置矢量，spz表示航空器b的保护区，va为本航空器a的速度矢量，vb为入侵航空器b的速度矢量，相对速度表示为vab＝va-vb，则通过相对速度将动态飞行冲突问题转化为静态问题，将入侵航空器b当作静态障碍物，则本航空器a的速度看成vab，定义由航空器a的几何中心沿着相对速度发出的射线为：
13、lr＝{p1+vab×t|t≥0} (2)
14、其中t代表时间，lr用来表示本航空器a和入侵航空器b在其运动状态不变的前提下二者之间相对位置的变化情况，即本航空器a的相对速度与相对碰撞区域相交的射线，由本航空器a发出两条相切于入侵航空器b保护区膨胀圆spz的两条射线构成碰撞区域，若该射线与膨胀圆相交时，即该射线落在了碰撞区域，表示经过一段时间后，本航空器a与入侵航空器b会发生冲突，则本航空器与入侵航空器会发生冲突的条件为：
15、
16、与spz相交的lr的集合被称为相对碰撞区域rcc，对碰撞区域rcc的数学描述为公式(4)，本机只需要改变速度矢量从而使相对速度脱离碰撞区域来完成避险的过程，即只要改变速度到安全区间就能够实现动态避险，如果相对速度在碰撞区域外则认为本机以当前的速度和方向飞行不会与入侵机发生冲突，
17、
18、相对碰撞区域是在相对速度空间内进行定义的，如果航空器在飞行过程中遇到多个入侵航空器时，用相对碰撞区域描述会变得复杂，所以将相对碰撞区域沿着入侵航空器b的速度vb平移得到绝对碰撞区域acc，绝对碰撞区域在处理多个动态障碍物时更加直观，求出绝对碰撞区域内所有速度的集合就是本机需要避开的区域，绝对碰撞区域的定义如下：
19、
20、其中表示闵科夫斯基矢量和运算符，若本机的速度矢量va的末端点落在绝对碰撞区域内，表示经过一段时间后，本机将会与入侵机发生冲突，反之则不存在冲突的情况。
21、步骤3中所述计算冲突系数方法如下：
22、将本航空器a和入侵航空器b的速度分解为水平速度va_hori，vb_hori和垂直速度va_vert，vb_vert，其中水平速度能够分解为沿x轴、y轴方向的分速度，
23、已知两架航空器的偏航角分别为p1和p2，则两机的水平相对速度vr_h的计算公式如下：
24、vr_h＝vb_h-va_h (6)
25、如果两架航空器的水平和垂直方向上的相对速度矢量均会穿越航空器的保护区spz，则这两架航空器存在的飞行潜在冲突，结合空域内ads-b的信息，设其中一架航空器的当前位置(x0，y0)，设两架航空器在水平方向上的相对速度vr_h与入侵航空器b的膨胀圆保护区spz边界相交的坐标为(xc，yc)，那么两机水平相对速度vr_h到达spz水平方向边界时间表示成：
26、
27、按照上述思路，同样定义两机垂直相对速度到达spz垂直方向边界的时间tv，而发生飞行冲突原理是两架航空器在水平和垂直面上都不满足安全间隔，所以对th和tv的大小进行比较，两者中较大的时间为真正发生冲突的时间，两架航空器发生飞行冲突的时间表示为：
28、tk＝max{th，tv} (8)
29、为使多航空器的冲突解脱更加安全和合理，为每一架探测到的潜在冲突航空器定义冲突系数fr，冲突系数决定了其在冲突解脱中的优先级，用到达spz边界的时间来定义危险系数，其数值取决于到达spz边界点的时间，到达时间的长短和冲突系数的大小呈反比，到达时间越长则冲突系数越小，反之则越大，冲突系数的定义公式如下，潜在冲突航空器的冲突系数取值范围为[0，1]，
30、
31、以ads-b监视范围内的每一架航空器为本机，计算周围所有航空器的冲突系数，针对飞行网络中的各个节点进行危险性排序，作为飞行网络的边权，即冲突解脱权值，冲突解脱时，根据每架航空器的冲突系数调整解脱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，其特征在于：步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，其特征在于：步骤2中所述速度障碍法预测下阶段的航迹的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，其特征在于：步骤3中所述计算冲突系数方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，其特征在于：步骤4中所述冲突解脱方法为：引入冲突系数对飞行状态网络改进，在改进速度障碍法的前提下提出了飞行冲突网络，飞行冲突网络反映当前空域的态势，接下来利用速度解脱、航向解脱处理飞行冲突；
【技术特征摘要】
1.一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，其特征在于：步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，其特征在于：步骤2中所述速度障碍法预测下阶段的航迹的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于飞行状态网络的冲突探测与解脱方法，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳仁田，张婉蓉，马赵飞，侯博文，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：
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