[发明专利]基于4D航迹和雷达数据的中期空中交通冲突探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机应用技术，特别涉及空中交通管制自动化系统。

背景技术

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ICAO D0C9854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。

发明内容

本发明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。

本发明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。