基于４Ｄ航迹和雷达数据的中期空中交通冲突探测方法技术

基于４Ｄ航迹和雷达数据的中期空中交通冲突探测方法涉及空中交通管制自动化。将精确４Ｄ航迹数据、实时雷达数据投影到空中交通管制系统的显示平面，根据精确４Ｄ航迹数据和实时雷达数据，对每一航空器对进行过滤处理，排除未来３０分钟内没有可能与其他航空器发生冲突的航空器；然后对有潜在冲突的航空器对进行重点探测，根据两架飞行器的垂直间隔和时间间隔，利用坐标转换计算出航空器对的相对速度和相对位置的协方差，再计算出在ｔ时刻预测位置间隔小于安全间隔的概率，得出探测报告。本发明专利技术弥补长期和短期冲突探测的缺点，将长期、中期和短期冲突探测结合起来保证飞行安全。进行一次冲突探测平均耗时约为０．０２８秒，具有较强的实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机应用技术，特别涉及空中交通管制自动化系统。
技术介绍
随着我国航空业的迅速发展，航空运输业一方面为国家经济发展做出了重要的 贡献，另一方面，空中交通流量日益增长、空域密度不断增加，使得飞机之间的碰撞风 险大大增加，对飞行安全造成了严重威胁。为了保障空中交通安全，防止飞机发生危险 接近甚至碰撞，维护正常的飞行秩序，国际民航组织((ICAO)对飞机间安全间隔作了明 确规定。国际民航组织ICAODOC9854中，将空管中的冲突管理分为三个层次，即战略 冲突管理、间隔保障和机载防撞。其中，战略冲突管理和保障间隔均在地面安全网(管 制中心系统)中实现，机载防撞在空中安全网(机载系统)中实现。根据冲突检测和处 理的时间相对于冲突预计发生的时间提前量大小，可将间隔保障分为长期(>30分钟)、 中期(5-30分钟)、短期(< 5分钟)三个层次，不同层次分别有完全不同的运行概念、 技术需求、决策支持工具；对应到管制中心系统上，分别体现为三种完全不同的功能， 如长期冲突探测、中期冲突检测、短期冲突告警。现有的空中交通管制系统ATC中提供了长期冲突探测和短期冲突探测。长期 冲突探测即飞行计划预调配通常是在飞行计划未执行之前对飞行计划进行冲突探测及调 配，这种方法完全是根据飞行计划进行探测的且探测冲突预计发生的时间提前量较大， 同时它还是基于轨迹估算的基础上进行的。由于轨迹估算中估算出的飞机位置、高度、 时间信息的误差会随着后推时间的增大而增大，从而导致这种长期冲突探测的误差也会 随着时间的增大而增大，影响其准确性，这就需要一种更为准确的方法能够在长期冲突 探测之后再次排除潜在的飞行冲突。短期冲突探测是在飞行计划执行过程中，根据雷达 航迹来进行冲突探测的，由于它是完全基于雷达航迹的，所以它只能进行较短时间内的 探测，而无法预知较长时间后飞机的飞行意图，所以就需要一种方法能够根据雷达航迹 来探测相对于短期冲突探测较长后推时间内的冲突。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够弥补长期和短期冲突探测的不足，弥补长期和短 期冲突探测之间的空白时间探测的方法。本方法将精确4DT(四维航迹)数据和雷达航 迹数据充分结合起来，作出在5至30分钟的探测时间范围内的冲突探测。将长期、中期 和短期冲突探测结合起来，减小预测误差，有效排除潜在的冲突，保证飞行安全。本专利技术的目的是这样达到的一种基于4D航迹和雷达数据的中期空中交通冲突 探测方法，其特征在于将精确4D航迹数据、实时雷达数据投影到空中交通管制系统的 显示平面，根据精确4D航迹数据和实时雷达数据，对每一航空器对进行过滤处理，排除 未来30分钟内没有可能与其他航空器发生冲突的航空器；然后对有潜在冲突的航空器对进行重点探测，根据两架飞行器的垂直间隔和时间间隔，利用坐标转换计算出航空器对的相对速度和相对位置的协方差，再计算出在t时刻预测位置间隔小于安全间隔的概率， 得出是否存在冲突的探测报告；本方法包括如下步骤第一步通过飞行数据处理和精确4D航迹处理获得每一飞行计划的精确4D航 迹信息，将4D航迹投影到空中交通管制系统的显示平面；第二步通过导航监视系统获得每一航空器的实时雷达数据，特别是空中位置 参数，将其位置投影到空中交通管制系统的显示平面；第三步根据精确4D航迹信息和实时雷达航迹数据，对每一航空器进行简单过 滤处理，排除未来30分钟内没有可能与其他航空器发生冲突的航空器；第四步根据位置关系，选择有潜在冲突的航空器对；第五步根据精确四维航迹，计算未来30分钟内两架航空器间距最小的时刻以 及两架航空器各自的位置；第六步对航空器对进行从航向坐标系到惯性坐标系的坐标系转换；第七步利用从航向坐标系到惯性坐标系转换计算出航空器对的相对速度和相 对位置的协方差；第八步分别计算航空器对在水平方向和垂直方向上的冲突概率；第九步计算航空器对的冲突概率，并判断未来30分钟内是否存在冲突。所述精确4D航迹数据包括各个航路点的精确位置、航空器过每个航路点的预计 高度、速度及预计过点时间；所述根据雷达数据包括飞行器位置、高度、速度、加速度 数据。所述根据精确4D航迹信息和实时雷达航迹数据，对每一航空器进行过滤处理， 其过滤处理的方法是采用垂直间隔快速排除算法和时间间隔快速排除算法排除未来30分 钟内没有可能发生飞行冲突的航空器；垂直间隔快速排除算法是在两架航空之间的垂直 间隔如果大于安全垂直间隔，则排除掉；时间间隔快速排除算法是在两架航空器之间的 时间间隔如果大于安全时间间隔，则排除掉。利用从航向坐标系到惯性坐标系转换计算出航空器对的相对速度和相对位置的 协方差设两架飞机在惯性坐标系下的实际位置之差为Δρ，预测位置之差为年，航空器 对的联合航迹误差的协方差矩阵权利要求1.一种基于4D航迹和雷达数据的中期空中交通冲突探测方法，其特征在于将精 确4D航迹数据、实时雷达数据投影到空中交通管制系统的显示平面，根据精确4D航迹 数据和实时雷达数据，对每一航空器对进行过滤处理，排除未来30分钟内没有可能与其 他航空器发生冲突的航空器；然后对有潜在冲突的航空器对进行重点探测，根据两架飞 行器的垂直间隔和时间间隔，利用坐标转换计算出航空器对的相对速度和相对位置的协 方差，再计算出在t时刻预测位置间隔小于安全间隔的概率，得出是否存在冲突的探测结 果；本方法包括如下步骤第一步通过飞行数据处理和精确4D航迹处理获得每一飞行计划的精确4D航迹信 息，将4D航迹投影到空中交通管制系统的显示平面；第二步通过导航监视系统获得每一航空器的实时雷达数据，特别是空中位置参 数，将其位置投影到空中交通管制系统的显示平面；第三步根据精确4D航迹信息和实时雷达航迹数据，对每一航空器进行简单过滤处 理，排除未来30分钟内没有可能与其他航空器发生冲突的航空器；第四步根据位置关系，选择有潜在冲突的航空器对；第五步根据精确四维航迹，计算未来30分钟内两架航空器间距最小的时刻以及两 架航空器各自的位置；第六步对航空器对进行从航向坐标系到惯性坐标系的坐标系转换；第七步利用从航向坐标系到惯性坐标系转换计算出航空器对的相对速度和相对位 置的协方差；第八步分别计算航空器对在水平方向和垂直方向上的冲突概率；第九步计算航空器对的冲突概率，并判断未来30分钟内是否存在冲突。2.如权利要求1所述的中期空中交通冲突探测方法，其特征在于所述精确4D航迹 数据包括各个航路点的精确位置、航空器过每个航路点的预计高度、速度及预计过点时 间；所述根据雷达数据包括飞行器位置、高度、速度、加速度数据。3.如权利要求1所述的中期空中交通冲突探测方法，其特征在于所述根据精确4D 航迹信息和实时雷达航迹数据，对每一航空器进行过滤处理，其过滤处理的方法是采用 垂直间隔快速排除算法和时间间隔快速排除算法排除未来30分钟内没有可能发生飞行冲 突的航空器；垂直间隔快速排除算法是在两架航空之间的垂直间隔如果大于安全垂直间 隔，则排除掉；时间间隔快速排除算法是在两架航空器之间的时间间隔如果大于安全时 间间隔，则排除掉。4.如权利要求1所述的中期空中交通冲突探测方法，其特征在于所述利用从航向 坐标系到惯性坐标系转换计算出航空器对的相对速度和相对位置的协方差设两架飞机在惯性坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于４Ｄ航迹和雷达数据的中期空中交通冲突探测方法，其特征在于：将精确４Ｄ航迹数据、实时雷达数据投影到空中交通管制系统的显示平面，根据精确４Ｄ航迹数据和实时雷达数据，对每一航空器对进行过滤处理，排除未来３０分钟内没有可能与其他航空器发生冲突的航空器；然后对有潜在冲突的航空器对进行重点探测，根据两架飞行器的垂直间隔和时间间隔，利用坐标转换计算出航空器对的相对速度和相对位置的协方差，再计算出在ｔ时刻预测位置间隔小于安全间隔的概率，得出是否存在冲突的探测结果；本方法包括如下步骤：第一步：通过飞行数据处理和精确４Ｄ航迹处理获得每一飞行计划的精确４Ｄ航迹信息，将４Ｄ航迹投影到空中交通管制系统的显示平面；第二步：通过导航监视系统获得每一航空器的实时雷达数据，特别是空中位置参数，将其位置投影到空中交通管制系统的显示平面；第三步：根据精确４Ｄ航迹信息和实时雷达航迹数据，对每一航空器进行简单过滤处理，排除未来３０分钟内没有可能与其他航空器发生冲突的航空器；第四步：根据位置关系，选择有潜在冲突的航空器对；第五步：根据精确四维航迹，计算未来３０分钟内两架航空器间距最小的时刻以及两架航空器各自的位置；第六步：对航空器对进行从航向坐标系到惯性坐标系的坐标系转换；第七步：利用从航向坐标系到惯性坐标系转换计算出航空器对的相对速度和相对位置的协方差；第八步：分别计算航空器对在水平方向和垂直方向上的冲突概率；第九步：计算航空器对的冲突概率，并判断未来３０分钟内是否存在冲突。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海军，冯子亮，张建伟，
申请(专利权)人：四川川大智胜软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：90