專利名稱：一種空管atc系統(tǒng)中實現(xiàn)acas沖突檢測的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空中交通管理領(lǐng)域，尤其是一種空管ATC系統(tǒng)中實現(xiàn)ACAS沖突檢測的方法。
背景技術(shù)：
在空中交通管理中，空管自動化ATC系統(tǒng)通過雷達等監(jiān)視手段獲得飛機的實時監(jiān)視信息，使位于地面的管制員能及時判斷和掌握空中交通態(tài)勢，通過指揮空中飛機的飛行， 保證了空中飛機在垂直、水平和縱向方向上的間隔，從而避免空中飛機之間潛在的碰撞危險?？罩泻娇掌髦g潛在的危險也稱為飛行沖突，判斷飛機之間是否出現(xiàn)沖突的技術(shù)稱為沖突檢測；在沖突發(fā)生后，使飛機脫離相撞危險的措施稱為沖突解脫。沖突檢測通?？捎煽展茏詣踊到y(tǒng)和機載防撞系統(tǒng)實現(xiàn)。安裝在地面的空管自動化系統(tǒng)通常有短期的沖突檢測STCA(Short Term Conflict Alert)功能，但沒有沖突解脫功能，需要由管制員根據(jù)經(jīng)驗和管制規(guī)則給出解脫措施，并由飛行員實施。安裝在飛機上的機載防撞系統(tǒng)ACAS，它是通過自身獨立的探測裝置探測本飛機附近的其他飛行目標(biāo)并計算對自己的威脅程度，如果判斷為入侵則告警，判斷為威脅則給出上升、下降等解脫指令，飛行員依據(jù)該指令可以實現(xiàn)沖突解脫。但是，由于空管自動化系統(tǒng)ATC和機載防撞系統(tǒng)ACAS是完全獨立的兩套系統(tǒng)，兩者在沖突檢測算法和標(biāo)準(zhǔn)上有差異，這就導(dǎo)致沖突檢測結(jié)果不完全一致；同時兩系統(tǒng)間并無直接的聯(lián)系，分別由管制員和機載防撞系統(tǒng)給出的沖突解脫也可能不一致。而一旦出現(xiàn)這種不一致，將使飛行員無所適從，這給空中交通安全帶來了很大的隱患。傳統(tǒng)的ATC系統(tǒng)中沒有實現(xiàn)ACAS的沖突邏輯，因為ACAS系統(tǒng)是在飛機上安裝的系統(tǒng)，依賴于飛機自身的主動探測雷達、雙機數(shù)據(jù)通信應(yīng)答等條件。如果能在位于地面的空管自動化系統(tǒng)中，通過空管自動化系統(tǒng)中獲得的實時監(jiān)視數(shù)據(jù)，實現(xiàn)ACAS系統(tǒng)的沖突告警功能，則在機載防撞系統(tǒng)ACAS發(fā)出沖突告警和解脫信號時，地面管制員也能估計到其沖突檢測和解脫結(jié)果，從而可及時修正可能出現(xiàn)的與機載防撞系統(tǒng)不一致的解脫措施，從而消除隱患，提高空中交通的安全性。因此，在空管ATC系統(tǒng)中實現(xiàn)ACAS沖突邏輯是有非常大的應(yīng)用價值的。到目前為止，尚未檢索到類似技術(shù)實現(xiàn)方法或相關(guān)專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在空管ATC系統(tǒng)中實現(xiàn)ACAS沖突檢測邏輯的方法，使地面管制人員通過ATC系統(tǒng)了解飛行員遇到的ACAS告警手段，估計到其沖突檢測和解脫結(jié)果，及時修正可能出現(xiàn)的與機載防撞系統(tǒng)不一致的解脫措施，從而消除隱患，提高空中交通的安全性。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決措施是這樣的一種空管ATC系統(tǒng)中實現(xiàn)ACAS沖突檢測的方法，包括支撐系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、席位工作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；該方法包括如下步驟(1)獲取雷達實時監(jiān)視數(shù)據(jù)；(2)對已獲取的監(jiān)視數(shù)據(jù)的位置進行跟蹤濾波和平滑與插值；(3)選擇一飛行器，確定其飛行作用范圍，在飛行作用范圍內(nèi)選擇威脅目標(biāo)；計算威脅目標(biāo)相對于選定飛行器的斜距、相對速度、高度差、水平間距；(4)閾值選擇，根據(jù)威脅目標(biāo)所處的高度，利用閾值表得到相應(yīng)的預(yù)留時間、水平間距、垂直間距三個閾值；(5)沖突檢測參數(shù)計算，包括接近速度計算、預(yù)留時間計算；接近速度計算是指，已選定的飛行器為坐標(biāo)的中心，威脅目標(biāo)的相對位置為(X，1，Z)，相對速度為(VX， vy, vz)，則距離選定飛行器的斜距d為W = ^x2+/+ ；所述預(yù)留時間計算是指，在
斜距方向的接近速度為(νχ，vy，ν ζ)，水平間距為χ，垂直間距為y，則預(yù)留時間t為 d
t= , ^=; / 2 , 2 , 2 ^jvx +vy +vz(6)告警計算，根據(jù)步驟(5)計算的預(yù)留時間t，與步驟(4)得到的預(yù)留時間閾值比較，如果t小于預(yù)留時間閾值則直接告警，否則計算垂直間距y ；用計算的垂直間距y，與前面得到的垂直間距閾值比較，如果y小于垂直間距閾值則直接告警，否則計算水平間距χ ；用計算的水平間距X，與前面得到的水平間距閾值比較，如果χ小于水平間距閾值則直接告警，否則結(jié)束。本方法的重要意義在于，提供了讓管制員通過空管ATC系統(tǒng)就能了解到飛行員遇到的ACAS告警的手段，避免在此時做出錯誤的決定，或者干擾飛行員的操作。消除隱患，提高了空中交通的安全性。


圖1是本發(fā)明所述的ACAS沖突檢測方法總體工作流程示意圖。圖2是本發(fā)明所述的ACAS沖突檢測方法告警判斷流程示意圖。圖3、圖4是本發(fā)明一實施例，雷達管制席TA/RA顯示界面示意圖。圖5是本發(fā)明又一實施例，雷達管制席TA/RA顯示界面示意圖。
具體實施例方式參見圖1、圖2可知，一種空管ATC系統(tǒng)中實現(xiàn)ACAS沖突檢測的方法，包括支撐系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、席位工作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；該方法包括如下步驟(1)獲取雷達實時監(jiān)視數(shù)據(jù)；(2)對已獲取的監(jiān)視數(shù)據(jù)的位置進行跟蹤濾波和平滑與插值；(3)選擇一飛行器，確定其飛行作用范圍，在飛行作用范圍內(nèi)選擇威脅目標(biāo)；計算威脅目標(biāo)相對于選定飛行器的斜距、相對速度、高度差、水平間距；一般是按50海里內(nèi)威脅目標(biāo)選取飛行目標(biāo)；(4)閾值選擇，根據(jù)威脅目標(biāo)所處的高度，利用閾值表得到相應(yīng)的預(yù)留時間、水平間距、垂直間距三個閾值。下面提供具有經(jīng)驗值的閾值表
高度靈敏度水平預(yù)留時間閾值(S)水平閾'直(公里)垂直閾值(米)TARATARATARA離地300米內(nèi)220—0. 6—260—離地300 700米325150. 60. 4260180離地700 海拔1500米430200. 90. 6260180海拔1500 3050米540251. 41. 0260180海拔3050 6100米645301. 91. 5260180海拔6100 128000米748352. 42. 0260210大于海拔12800米748352. 42. 0360250依據(jù)目標(biāo)飛機所處的高度，根據(jù)上表得到相應(yīng)的預(yù)留時間、水平間距、垂直間距三個閾值后進行沖突檢測參數(shù)計算；(5)沖突檢測參數(shù)計算，包括接近速度計算、預(yù)留時間計算；接近速度計算是指，已選定的飛行器為坐標(biāo)的中心，威脅目標(biāo)的相對位置為(X，1，Z)，相對速度為(VX， vy, vz)，則距離選定飛行器的斜距d為W = ^x2+/+ ；所述預(yù)留時間計算是指，在
斜距方向的接近速度為(νχ，vy，ν ζ)，水平間距為χ，垂直間距為y，則預(yù)留時間t為 d
t= , ^=; / 2 , 2 , 2 ^jvx +vy +vz(6)告警計算，根據(jù)步驟(5)計算的預(yù)留時間t，與步驟(4)得到的預(yù)留時間閾值比較，如果t小于預(yù)留時間閾值則直接告警，否則計算垂直間距y ；用計算的垂直間距y，與前面得到的垂直間距閾值比較，如果y小于垂直間距閾值則直接告警，否則計算水平間距χ ；用計算的水平間距X，與前面得到的水平間距閾值比較，如果χ小于水平間距閾值則直接告警，否則結(jié)束。如果兩架飛機迎面對飛，其結(jié)果就是相撞。通常情況下，ATC系統(tǒng)首先發(fā)現(xiàn)，通常提取1-3分鐘并預(yù)警、告警，如果此時管制員沒有察覺例如走神、瞌睡等，在相撞前15-48S， 包括取決于飛機所在的高度等因素等，機載的ACAS系統(tǒng)先預(yù)警TA，然后告警RA，RA告警附帶兩飛機已經(jīng)按規(guī)定的ACAS邏輯協(xié)商好的解脫方法，例如一個上升一個下降的動作，此時如果管制員再干預(yù)，飛行員也應(yīng)當(dāng)不予理睬。但是，在某些特定條件下，會出現(xiàn)ATC中STCA未告警而機載ACAS先告警的情況，如一上一下兩架飛機同向飛行，水平位置相同，上下間距200米(656英尺)，則依據(jù) ACASIIv7. 0的標(biāo)準(zhǔn)，此時垂直方向上的閾值已經(jīng)小于850英尺，需要進行TA告警；而依據(jù)最新的STCA的標(biāo)準(zhǔn)，則此時未小于150米，且無垂直上升下降速度，則無需告警。STCA沖突告警和ACAS沖突告警是兩種不同的告警技術(shù)。STCA告警最初主要采用距離閾值，即兩機小于某一安全閾值就預(yù)警，再小就告警；后期也增加了時間閾值的標(biāo)準(zhǔn)。ACAS沖突檢測中的技術(shù)指標(biāo)規(guī)定目前已經(jīng)基本成熟，主要采用預(yù)留時間的概念進行判斷，意思是如果要相撞，則距離這個時間還有多久就開始告警，但是早期的如 ACASv6. 04版本規(guī)定，由于一些特殊情況，如一前一后兩個飛機，后機以極其緩慢的加速度慢慢追趕前機，則在兩機距離很近時也不會告警，因為預(yù)留時間還很長。因此在ACASIIv7. 0
5版本中，增加了高度和水平兩個方向的最小距離閾值。因此，ACAS主要是采用時間閾值，同時采用距離閾值。參見圖3、圖4、圖5可知，本發(fā)明的實施依托于包括支撐系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、席位工作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；在雷達管制席 TA/RA顯示界面上顯示出的ACAS沖突檢測告警判斷的情況一目了然。本發(fā)明工作過程如下首先利用空管自動化系統(tǒng)中獲得的雷達數(shù)據(jù)，進行時間同步后，對空中所有的飛行目標(biāo)進行初步篩選。初步篩選主要是針對小于50海里的飛機對進行。如果兩架飛機距離大于這個數(shù)值，則不進行此項沖突檢測。如果存在距離小于50海里的飛機，則該機被稱為“選定飛機”，另一架稱為目標(biāo)飛機。此時根據(jù)兩機所處高度，得到告警所需的預(yù)留時間閾值、水平和垂直閾值三個指標(biāo)。計算兩機的接近速度、垂直距離、水平距離。計算是本算法的重點。因為空管雷達得到位置的時間間隔是4 12秒，而機載雷達幾乎為1秒，因此在空管ATC中實現(xiàn)本算法，需要通過線性預(yù)測、插值等方式，得到機載與機載雷達相同的數(shù)據(jù)頻度。這個過程需要通過空管ATC服務(wù)器的應(yīng)用系統(tǒng)中卡爾曼濾波等算法實現(xiàn)。最后與閾值比較，確定是否告警TA或脫離RA。
權(quán)利要求
1. 一種空管ATC系統(tǒng)中實現(xiàn)ACAS沖突檢測的方法，包括，支撐系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、席位工作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；其特征在于，該方法包括如下步驟(1)獲取雷達實時監(jiān)視數(shù)據(jù)；(2)對已獲取的監(jiān)視數(shù)據(jù)的位置進行跟蹤濾波和平滑與插值；(3)選擇一飛行器，確定其飛行作用范圍，在飛行作用范圍內(nèi)選擇威脅目標(biāo)；計算威脅目標(biāo)相對于選定飛行器的斜距、相對速度、高度差、水平間距；(4)閾值選擇根據(jù)威脅目標(biāo)所處的高度，利用閾值表得到相應(yīng)的預(yù)留時間、水平間距、垂直間距三個閾值；(5)沖突檢測參數(shù)計算，包括接近速度計算、預(yù)留時間計算；接近速度計算是指，已選定的飛行器為坐標(biāo)的中心，威脅目標(biāo)的相對位置為(x，y，z)，相對速度為(VX，Vy，Vz)，則距離選定飛行器的斜距d為:
全文摘要
一種空管ATC系統(tǒng)中實現(xiàn)ACAS沖突檢測的方法，包括支撐系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、席位工作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。該方法包括如下步驟(1)獲取雷達實時監(jiān)視數(shù)據(jù)；(2)對已獲取的監(jiān)視數(shù)據(jù)的位置進行跟蹤濾波和平滑與插值；(3)選擇一飛行器，確定其飛行作用范圍，在飛行作用范圍內(nèi)選擇威脅目標(biāo)；(4)閾值選擇，根據(jù)威脅目標(biāo)所處的高度，利用閾值表得到相應(yīng)的預(yù)留時間、水平間距、垂直間距三個閾值；(5)沖突檢測參數(shù)計算；包括接近速度、預(yù)留時間計算；(6)告警計算。本發(fā)明通過ATC系統(tǒng)了解飛行員遇到的ACAS告警手段，及時修正可能出現(xiàn)的與機載防撞系統(tǒng)不一致的解脫措施，從而消除隱患，提高空中交通的安全性。
文檔編號G08G5/04GK102411851SQ201110339130
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者馮子亮, 王洋 申請人:四川大學(xué), 四川川大智勝軟件股份有限公司