[发明专利]一种基于四维航迹运行的航班计划安全性判断预警方法

权利要求书

1.一种基于四维航迹运行的航班计划安全性判断预警方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一：在飞行前M个小时，提取航班A的航班计划F_A中的航空器型号、航路点、途经各航路点的计划时间、空域允许的航空器最大飞行速度限制信息；将每两个航路点形成的航路段编号为航路段r，r＝1，2，3，……，k；

步骤二：提取航班计划F_A涉及的空域配置信息，确定空域是否包含特殊空域；根据特殊空域的边界、位置和开放时间，生成时空特殊空域集L；

提取航班计划F_A涉及的空域气象信息，确定是否存在影响航空器开展飞行活动的恶劣天气区域；根据恶劣天气类型、预计的波及范围、发生时段、移动轨迹，生成时空恶劣天气影响区域集W；

步骤三：生成执行航班A的航空器在航路段r上的时空可达域R_Ar，r＝1，2，3，……，k，所有航路段上的时空可达域R_Ar的集合定义为该航空器执行航班计划F_A时的时空可达域，记作R_A；过程为：

根据航班计划中航空器型号确定航空器巡航阶段最大飞行速度V_m；

根据经过的第一个航路点s的坐标(x_s,y_s)和到达航路点s的时间t_s计算出在某时刻t航空器从第一个航路点s出发能够到达的所有点对应的离散化单元的集合R_s(t)：

根据经过的第二个航路点e的坐标(x_e,y_e)计算出在某时刻t航空器能够于计划的时间t_e到达第二个航路点e的所有点对应的离散化单元的集合R_e(t)：

其中，(x,y)为离散化单元的坐标；根据R_s(t)与R_e(t)计算航空器在某时刻t的可达域R_es(t)：

R_es(t)＝{R_s(t)∩R_e(t)}. (3)

可达域R_es(t)表示航空器在起点为航路点s，终点为航路点e对应的航路段r上的时空可达域；当可达域R_es(t)针对于航班A的航空器在航路段r上时记为时空可达域R_Ar；

步骤四：为有飞行任务的每个航空器A、B、…、N确定时空可达域R_A、R_B、…、R_N；

步骤五：判断航空器的时空可达域与各自对应的时空特殊空域集L、时空恶劣天气影响区域集W、其他航空器的时空可达域是否存在交集；

若交集为空集，无需进一步对该航班计划进行调整；

若存在交集，交集定义为潜在时空冲突区STPCS，识别潜在时空冲突区，确定出潜在冲突的位置和发生冲突的时间；计算出冲突概率；并根据冲突概率进行预警；

所述计算出冲突概率的过程为：

用布朗桥方法建立航空器的运动模型，得到某时刻t航空器的预期位置满足如下分布：

其中，

用截断分布描述航空器的位置分布：

其中，T(x(t))表示x方向的位置分布概率，T(y(t)|x(t))表示在x(t)的条件下y方向的位置分布概率，φ(·)表示正态分布的累积密度函数；

U_X(t)和L_X(t)代表时空可达域在t时刻位于x方向的上下界，U_Y(t)和L_Y(t)代表时空可达域在t时刻位于y方向的上下界；

可以得到航空器在t时刻位于(x,y)对应位置的概率：

航空器A与时空特殊空域集L、时空恶劣天气影响范围区域集W的冲突概率PCP_A通过计算为航空器的概率分布在潜在时空冲突区内的积分获得：

其中，Prob_A(·)为航空器A对应的Prob(·)；STPCS_AL表示航空器A与时空特殊空域集L形成的潜在时空冲突区，STPCS_AW表示航空器A与时空恶劣天气影响区域集W形成的潜在时空冲突区；

航空器A和航空器B对应航空器对之间的冲突概率ACP_AB通过计算为两航空器同时进入潜在时空冲突区内间距小于安全间隔D的概率获得：

其中，STPCS_AB表示航空器A的时空可达域与航空器B的时空可达域形成的潜在时空冲突区；i和j分别代表离散化后潜在时空冲突区内的任意两个离散化单元；x_i,y_i,t_i代表离散化单元i的在x轴、y轴和z轴上的坐标。