[发明专利]一种基于空域网格化的无人机动态地理围栏规划方法

说明书

本发明公开了一种基于低空空域网格化的无人机动态地理围栏规划方法，包括考虑无人机实际航迹随机性特性，对无人机飞行计划进行柔性航迹预测；结合无人机柔性航迹预测结果，进行动态地理围栏纵向长度尺寸设计；对目标空域范围内的历史航迹数据进行预处理，并对空域进行均匀网格化处理与编号；定义影响低空空域复杂性的关键指标，采用核K‑均值聚类方法对空域网格进行聚类分析实现低空空域复杂性分级度量结果；结合低空空域网格复杂度，进行动态地理围栏动态地理围栏横向范围规划。本方法首次提出一套完整的无人机动态地理围栏规划方法并将其运用到低空空域空中交通管理中，有效提高低空空域的利用率，有利于缓解低空空域资源紧张问题。

技术领域

本发明涉及空中交通规划管理技术，特别是涉及一种基于空域网格化的无人机动态地理围栏规划方法。

背景技术

随着民用无人机应用的不断深入和无人机市场的快速扩大，未来低空空域的运行管理将面临巨大的挑战。低空空域资源紧缺和分配不当将带来许多问题，一方面，关于低空空域的空中交通管理方式，采用传统管理模式下划分隔离空域方式或规划静态地理围栏方式，都是较为粗放型的管理模式，在部分因经济或地理因素所导致的较繁忙空域资源将无法满足需求。另一方面，由于低空空域的航空器种类、机型大小以及飞行方式各种各样，导致低空空域的管理模式无法照搬运输航空空域的扇区划分管制模式。因此关于低空空域的空中交通管理模式应该结合其自身特点，针对空域资源紧缺，无人机之间潜在冲突等问题进行合理规划。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于空域网格化的无人机动态地理围栏规划方法，解决现有的划设隔离空域或静态地理围栏规划等低空空中交通管理方式所带来的低空空域资源紧张以及利用率低下等实际问题。

技术方案：本发明的基于低空空域网格化的无人机动态地理围栏规划方法，包括以下步骤：

S1、考虑无人机实际航迹随机性特性，对无人机飞行计划进行柔性航迹预测；

S2、结合无人机柔性航迹预测结果，进行动态地理围栏纵向长度尺寸设计；

S3、对目标空域范围内的历史航迹数据进行预处理，并对空域进行均匀网格化处理与编号；

S4、定义影响低空空域复杂性的关键指标，采用核K-均值聚类方法对空域网格进行聚类分析实现低空空域复杂性分级度量结果；

S5、结合低空空域网格复杂度，进行动态地理围栏横向范围规划。

进一步的，步骤S1具体为：

首先考虑无人机性能及飞行计划数据，综合推算出水平轨迹、高度剖面以及速度剖面，从而获得无人机初始4D航迹；在此基础上，考虑无人机实际航迹随机特性，即风速的不确定性和指示空速的不稳定性导致实际的平均地速与计算得到的结果产生的差异；

假设无人机在巡航阶段的指示空速V_TAS和风速V_WS均服从正态分布，其中指示空速风速其概率密度函数分别为：

结合正态分布的特点和平均地速的表达式可知平均地速V_GS服从正态分布，即且其概率密度函数为：

由此推算出无人机在某航段上的平均空速实际取值在μ±3σ的范围内，即

进一步的，步骤S2具体为：

在飞行习惯和风速的综合影响下，无人机在t时刻的平均地速在[μ_GS-3σ_GS,μ_GS+3σ_GS]范围内，则对应的动态地理围栏的纵向长度为：