[发明专利]一种空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法

权利要求书

1.一种空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法，所述空中交通管制系统包括机载终端模块、数据通信模块以及管制终端模块；其特征在于：

所述管制终端模块包括以下子模块：

实时飞行冲突监控与告警模块，用于建立从航空器的连续动态到离散冲突逻辑的观测器，将空中交通系统的连续动态映射为离散观测值表达的冲突状态；当系统有可能违反空中交通管制规则时，对空中交通混杂系统的混杂动态行为实施监控，为管制员提供及时的告警信息；

飞行冲突解脱4D航迹优化模块，在保证系统满足航空器性能和管制规则约束条件下，通过选择不同的解脱目标函数，采用模型预测控制理论方法，计算航空器冲突解脱4D航迹；并通过数据通信模块将航空器冲突解脱4D航迹发送给机载终端模块执行；

所述空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法包括如下几个步骤：

步骤A、通过空中交通控制中心直接获得空中交通控制中心在每一采样时刻推测的各航空器在未来时段内的航空器4D轨迹；

步骤B、实时飞行冲突监控与告警模块根据步骤A获得的各航空器在未来时段内的航空器4D轨迹建立从航空器的连续动态到离散冲突逻辑的观测器，将空中交通系统的连续动态映射为离散观测值表达的冲突状态；当系统有可能违反空中交通管制规则时，对空中交通混杂系统的混杂动态行为实施监控，为管制员提供及时的告警信息；

步骤C、飞行冲突解脱4D航迹优化模块在保证系统满足航空器性能和管制规则约束条件下，通过选择不同的解脱目标函数，采用模型预测控制理论方法，计算航空器冲突解脱4D航迹；并通过数据通信模块将航空器冲突解脱4D航迹发送给机载终端模块执行；其具体实施过程如下：

步骤C1、对飞行冲突解脱过程建模：将冲突解脱航迹视为连续的三段光滑曲线，给定解脱航迹的起点和终点，依据航迹限制条件，建立包含加速度、爬升或下降率、转弯率的多变量最优冲突解脱模型；

步骤C2、对不同飞行条件下冲突解脱变量约束建模：其中t时刻需实施冲突解脱航空器k的变量约束可描述为：a_k(t)≤a_M、ω_k(t)≤ω_M、γ_k(t)≤γ_M，a_M、ω_M、γ_M分别为最大的加速度、转弯率和爬升或下降率；

步骤C3、设定航空器避撞规划的终止参考点位置P、避撞规划控制时域Θ、轨迹预测时域γ；

步骤C4、在每一采样时刻t，基于航空器当前的运行状态和历史位置观察序列，获取空域风场变量的数值；

步骤C5、设定在给定优化指标函数的前提下，基于合作式避撞轨迹规划思想，通过给各个航空器赋予不同的权重以及融入实时风场变量滤波数值，得到各个航空器的避撞轨迹和避撞控制策略且各航空器在滚动规划间隔内仅实施其第一个优化控制策略；

步骤C6、在下一采样时刻，重复步骤C4至C5直至各航空器均到达其解脱终点；

步骤D、机载终端模块接收并执行管制终端模块发布的4D航迹数据。

2.根据权利要求1所述的一种空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法，其特征在于：步骤C3中：终止参考点位置P即为航空器的下一个航路点，避撞规划控制时域Θ为300秒，轨迹预测时域γ为300秒；

步骤C4的具体过程如下：

C4.1)设定航空器的停靠位置为轨迹参考坐标原点；

C4.2)在航空器处于直线运行状态和匀速转弯运行状态时，构建空域风场线性滤波模型x(t+Δt)＝F(t)x(t)+w(t)和z(t)＝H(t)x(t)+v(t)获取风场变量数值，其中Δt表示采样间隔，x(t)表示t时刻的状态向量，z(t)表示t时刻的观测向量，F(t)和H(t)分别表示状态转移矩阵和输出测量矩阵，w(t)和v(t)分别表示系统噪声向量和测量噪声向量；在航空器处于变速转弯运行状态时，构建空域风场非线性滤波模型

x(t+Δt)＝Ψ(t，x(t)，u(t))+w(t)、z(t)＝Ω(t，x(t))+v(t)和u(t)＝[ω_a(t)，γ_a(t)]^T，

其中Ψ(·)和Ω(·)分别表示状态转移矩阵和输出测量矩阵，ω_a(t)和γ_a(t)分别表示转弯率和加速率；

C4.3)根据所构建的滤波模型获取风场变量的数值。