專利名稱：基于4d航跡和雷達(dá)數(shù)據(jù)的中期空中交通沖突探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，特別涉及空中交通管制自動化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國航空業(yè)的迅速發(fā)展，航空運(yùn)輸業(yè)一方面為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要的 貢獻(xiàn)，另一方面，空中交通流量日益增長、空域密度不斷增加，使得飛機(jī)之間的碰撞風(fēng) 險大大增加，對飛行安全造成了嚴(yán)重威脅。為了保障空中交通安全，防止飛機(jī)發(fā)生危險 接近甚至碰撞，維護(hù)正常的飛行秩序，國際民航組織((ICAO)對飛機(jī)間安全間隔作了明 確規(guī)定。國際民航組織ICAODOC9854中，將空管中的沖突管理分為三個層次，即戰(zhàn)略 沖突管理、間隔保障和機(jī)載防撞。其中，戰(zhàn)略沖突管理和保障間隔均在地面安全網(wǎng)(管 制中心系統(tǒng))中實(shí)現(xiàn)，機(jī)載防撞在空中安全網(wǎng)(機(jī)載系統(tǒng))中實(shí)現(xiàn)。根據(jù)沖突檢測和處 理的時間相對于沖突預(yù)計(jì)發(fā)生的時間提前量大小，可將間隔保障分為長期(>30分鐘)、 中期(5-30分鐘)、短期(< 5分鐘)三個層次，不同層次分別有完全不同的運(yùn)行概念、 技術(shù)需求、決策支持工具；對應(yīng)到管制中心系統(tǒng)上，分別體現(xiàn)為三種完全不同的功能， 如長期沖突探測、中期沖突檢測、短期沖突告警?，F(xiàn)有的空中交通管制系統(tǒng)ATC中提供了長期沖突探測和短期沖突探測。長期 沖突探測即飛行計(jì)劃預(yù)調(diào)配通常是在飛行計(jì)劃未執(zhí)行之前對飛行計(jì)劃進(jìn)行沖突探測及調(diào) 配，這種方法完全是根據(jù)飛行計(jì)劃進(jìn)行探測的且探測沖突預(yù)計(jì)發(fā)生的時間提前量較大， 同時它還是基于軌跡估算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。由于軌跡估算中估算出的飛機(jī)位置、高度、 時間信息的誤差會隨著后推時間的增大而增大，從而導(dǎo)致這種長期沖突探測的誤差也會 隨著時間的增大而增大，影響其準(zhǔn)確性，這就需要一種更為準(zhǔn)確的方法能夠在長期沖突 探測之后再次排除潛在的飛行沖突。短期沖突探測是在飛行計(jì)劃執(zhí)行過程中，根據(jù)雷達(dá) 航跡來進(jìn)行沖突探測的，由于它是完全基于雷達(dá)航跡的，所以它只能進(jìn)行較短時間內(nèi)的 探測，而無法預(yù)知較長時間后飛機(jī)的飛行意圖，所以就需要一種方法能夠根據(jù)雷達(dá)航跡 來探測相對于短期沖突探測較長后推時間內(nèi)的沖突。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠彌補(bǔ)長期和短期沖突探測的不足，彌補(bǔ)長期和短 期沖突探測之間的空白時間探測的方法。本方法將精確4DT(四維航跡)數(shù)據(jù)和雷達(dá)航 跡數(shù)據(jù)充分結(jié)合起來，作出在5至30分鐘的探測時間范圍內(nèi)的沖突探測。將長期、中期 和短期沖突探測結(jié)合起來，減小預(yù)測誤差，有效排除潛在的沖突，保證飛行安全。本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的一種基于4D航跡和雷達(dá)數(shù)據(jù)的中期空中交通沖突 探測方法，其特征在于將精確4D航跡數(shù)據(jù)、實(shí)時雷達(dá)數(shù)據(jù)投影到空中交通管制系統(tǒng)的 顯示平面，根據(jù)精確4D航跡數(shù)據(jù)和實(shí)時雷達(dá)數(shù)據(jù)，對每一航空器對進(jìn)行過濾處理，排除 未來30分鐘內(nèi)沒有可能與其他航空器發(fā)生沖突的航空器；然后對有潛在沖突的航空器對進(jìn)行重點(diǎn)探測，根據(jù)兩架飛行器的垂直間隔和時間間隔，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算出航空器對的相對速度和相對位置的協(xié)方差，再計(jì)算出在t時刻預(yù)測位置間隔小于安全間隔的概率， 得出是否存在沖突的探測報告；本方法包括如下步驟第一步通過飛行數(shù)據(jù)處理和精確4D航跡處理獲得每一飛行計(jì)劃的精確4D航 跡信息，將4D航跡投影到空中交通管制系統(tǒng)的顯示平面；第二步通過導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)獲得每一航空器的實(shí)時雷達(dá)數(shù)據(jù)，特別是空中位置 參數(shù)，將其位置投影到空中交通管制系統(tǒng)的顯示平面；第三步根據(jù)精確4D航跡信息和實(shí)時雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)，對每一航空器進(jìn)行簡單過 濾處理，排除未來30分鐘內(nèi)沒有可能與其他航空器發(fā)生沖突的航空器；第四步根據(jù)位置關(guān)系，選擇有潛在沖突的航空器對；第五步根據(jù)精確四維航跡，計(jì)算未來30分鐘內(nèi)兩架航空器間距最小的時刻以 及兩架航空器各自的位置；第六步對航空器對進(jìn)行從航向坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；第七步利用從航向坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換計(jì)算出航空器對的相對速度和相 對位置的協(xié)方差；第八步分別計(jì)算航空器對在水平方向和垂直方向上的沖突概率；第九步計(jì)算航空器對的沖突概率，并判斷未來30分鐘內(nèi)是否存在沖突。所述精確4D航跡數(shù)據(jù)包括各個航路點(diǎn)的精確位置、航空器過每個航路點(diǎn)的預(yù)計(jì) 高度、速度及預(yù)計(jì)過點(diǎn)時間；所述根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)包括飛行器位置、高度、速度、加速度 數(shù)據(jù)。所述根據(jù)精確4D航跡信息和實(shí)時雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)，對每一航空器進(jìn)行過濾處理， 其過濾處理的方法是采用垂直間隔快速排除算法和時間間隔快速排除算法排除未來30分 鐘內(nèi)沒有可能發(fā)生飛行沖突的航空器；垂直間隔快速排除算法是在兩架航空之間的垂直 間隔如果大于安全垂直間隔，則排除掉；時間間隔快速排除算法是在兩架航空器之間的 時間間隔如果大于安全時間間隔，則排除掉。利用從航向坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換計(jì)算出航空器對的相對速度和相對位置的 協(xié)方差設(shè)兩架飛機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的實(shí)際位置之差為Δρ，預(yù)測位置之差為年，航空器 對的聯(lián)合航跡誤差的協(xié)方差矩陣
權(quán)利要求
1.一種基于4D航跡和雷達(dá)數(shù)據(jù)的中期空中交通沖突探測方法，其特征在于將精 確4D航跡數(shù)據(jù)、實(shí)時雷達(dá)數(shù)據(jù)投影到空中交通管制系統(tǒng)的顯示平面，根據(jù)精確4D航跡 數(shù)據(jù)和實(shí)時雷達(dá)數(shù)據(jù)，對每一航空器對進(jìn)行過濾處理，排除未來30分鐘內(nèi)沒有可能與其 他航空器發(fā)生沖突的航空器；然后對有潛在沖突的航空器對進(jìn)行重點(diǎn)探測，根據(jù)兩架飛 行器的垂直間隔和時間間隔，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算出航空器對的相對速度和相對位置的協(xié) 方差，再計(jì)算出在t時刻預(yù)測位置間隔小于安全間隔的概率，得出是否存在沖突的探測結(jié) 果；本方法包括如下步驟第一步通過飛行數(shù)據(jù)處理和精確4D航跡處理獲得每一飛行計(jì)劃的精確4D航跡信 息，將4D航跡投影到空中交通管制系統(tǒng)的顯示平面；第二步通過導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)獲得每一航空器的實(shí)時雷達(dá)數(shù)據(jù)，特別是空中位置參 數(shù)，將其位置投影到空中交通管制系統(tǒng)的顯示平面；第三步根據(jù)精確4D航跡信息和實(shí)時雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)，對每一航空器進(jìn)行簡單過濾處 理，排除未來30分鐘內(nèi)沒有可能與其他航空器發(fā)生沖突的航空器；第四步根據(jù)位置關(guān)系，選擇有潛在沖突的航空器對；第五步根據(jù)精確四維航跡，計(jì)算未來30分鐘內(nèi)兩架航空器間距最小的時刻以及兩 架航空器各自的位置；第六步對航空器對進(jìn)行從航向坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；第七步利用從航向坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換計(jì)算出航空器對的相對速度和相對位 置的協(xié)方差；第八步分別計(jì)算航空器對在水平方向和垂直方向上的沖突概率；第九步計(jì)算航空器對的沖突概率，并判斷未來30分鐘內(nèi)是否存在沖突。
2.如權(quán)利要求1所述的中期空中交通沖突探測方法，其特征在于所述精確4D航跡 數(shù)據(jù)包括各個航路點(diǎn)的精確位置、航空器過每個航路點(diǎn)的預(yù)計(jì)高度、速度及預(yù)計(jì)過點(diǎn)時 間；所述根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)包括飛行器位置、高度、速度、加速度數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的中期空中交通沖突探測方法，其特征在于所述根據(jù)精確4D 航跡信息和實(shí)時雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)，對每一航空器進(jìn)行過濾處理，其過濾處理的方法是采用 垂直間隔快速排除算法和時間間隔快速排除算法排除未來30分鐘內(nèi)沒有可能發(fā)生飛行沖 突的航空器；垂直間隔快速排除算法是在兩架航空之間的垂直間隔如果大于安全垂直間 隔，則排除掉；時間間隔快速排除算法是在兩架航空器之間的時間間隔如果大于安全時 間間隔，則排除掉。
4.如權(quán)利要求1所述的中期空中交通沖突探測方法，其特征在于所述利用從航向 坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換計(jì)算出航空器對的相對速度和相對位置的協(xié)方差設(shè)兩架飛機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的實(shí)際位置之差為Δρ，預(yù)測位置之差為年，航空器對 的聯(lián)合航跡誤差的協(xié)方差矩陣CkcM^RSRt，其中航空器對相對位置的航跡誤差 C ^ οον(Δ^) Ξ RSRt，其中航空器對相對位置的航跡誤差￥ ξ Δρ -Aj^q為航空器在航 向坐標(biāo)系下的實(shí)際位置，^為預(yù)測位置，為此位置的航跡誤差，航跡誤差奢的協(xié)方差矩陣S E COV(辦；
全文摘要
基于4D航跡和雷達(dá)數(shù)據(jù)的中期空中交通沖突探測方法涉及空中交通管制自動化。將精確4D航跡數(shù)據(jù)、實(shí)時雷達(dá)數(shù)據(jù)投影到空中交通管制系統(tǒng)的顯示平面，根據(jù)精確4D航跡數(shù)據(jù)和實(shí)時雷達(dá)數(shù)據(jù)，對每一航空器對進(jìn)行過濾處理，排除未來30分鐘內(nèi)沒有可能與其他航空器發(fā)生沖突的航空器；然后對有潛在沖突的航空器對進(jìn)行重點(diǎn)探測，根據(jù)兩架飛行器的垂直間隔和時間間隔，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算出航空器對的相對速度和相對位置的協(xié)方差，再計(jì)算出在t時刻預(yù)測位置間隔小于安全間隔的概率，得出探測報告。本發(fā)明彌補(bǔ)長期和短期沖突探測的缺點(diǎn)，將長期、中期和短期沖突探測結(jié)合起來保證飛行安全。進(jìn)行一次沖突探測平均耗時約為0.028秒，具有較強(qiáng)的實(shí)時性。
文檔編號G08G5/00GK102013175SQ20101059161
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者馮子亮, 張建偉, 梁海軍 申請人:四川川大智勝軟件股份有限公司