[发明专利]基于飞行趋势推理的时空概率分布网格飞行冲突检测方法

说明书

本发明公开了一种基于飞行趋势推理的时空概率分布网格飞行冲突检测方法。针对气象变化、航路动态调整、飞行员操作等多种不确定因素对航空器运动产生干扰的问题，本发明在获取当前空中状态估计的基础上，结合趋势推理和动力学理论揭示空中交通流时变规律，进一步通过构建对栅格化的管制空域进行时空概率分布计算，实现复杂空域环境中多航空器之间以及航空器与空域之间的高效检测，本发明该方法实现了对传统航迹推算模型的优势互补，提升了不确定多因素共同扰动下航迹精细化表征的稳定性和鲁棒性，对于提高空中交通运行效能，保障空中运行安全具有重要意义。

技术领域

本发明属于航空器飞行趋势判断和冲突探测领域，具体涉及一种基于飞行趋势推理的时空概率分布网格飞行冲突检测方法。

背景技术

随着经济和社会水平的不断提升，航空运输因其灵活、高效、便捷的特点，需求不断提高。日益增长的航空运输需求带来空中交通流量的持续增加，一方面加大了航空器冲突风险，另一方面，也导致飞行航路更加拥挤，航班延误愈加严重，进而降低空中交通系统的运行效率。因此，不断探索新技术和新方法在空中交通管理上的应用，及时可靠地探测到潜在的冲突，预防航空器碰撞并保障日益密集的空域环境内航空器运行安全，缩小飞行间隔，始终是航空业发展最为关注的问题之一。

航空器飞行冲突是指在飞行过程中，航空器之间的占有空间发生重叠，重叠区域的大小不同，航空器的危险程度也不同。利用飞行计划及当前时刻的航行诸元预测航空器未来时刻的位置,判断航空器可能存在空间以及航空器之间的间隔是否小于规定的安全值是飞行冲突探测的主要研究内容。近年来，随着空域流量压力的持续增加，飞行冲突探测成为研究热点课题。从已有的飞行冲突探测方法来看，根据探测结果的不同，大致可将飞行探测方法分为确定型(也称几何型)和概率型两种类型。

（1）确定型飞行冲突探测方法

确定型冲突探测方法是根据航空器当前航迹(包括位置、速度等)，不考虑其他因素的影响，预测航空器未来航迹并判断是否有冲突发生。该方法的基本思想是根据航空器的预估航迹判断航空器在相遇几何空间内是否存在潜在飞行冲突。确定型方法的特点是以航空器安全间隔为考虑基础，但其他影响因素综合较少，导致精确性较低，存在报警不合理的现象。

（2）概率型飞行冲突探测方法

概率型飞行冲突探测方法是根据预测航迹的期望和误差分布，能够计算得到航空器未来发生冲突的可能性，即航空器的冲突概率。由于风、导航、制导等各种误差的存在，对比确定型航迹预测方法，概率型航空器飞行航迹预测更能够真实地反映航空器实际运行状态。航空器冲突概率是对航空器发生冲突的可能性的量化，是冲突规避的核心。当不确定性变得太复杂而无法推导出确切的概率表达式时，学者们又开始拓展蒙特卡罗模拟方法。但是蒙特卡洛方法计算量很大，不能应用于实际空管系统中。总而言之，概率型冲突探测方法是基于未来某段时间冲突概率的计算，能有效量化冲突发生可能性，普适性较高，但是计算量大，效率较低，容易出现漏警、虚警等现象。

现有的两类方法在进行冲突探测时有利有弊，而多架航空器存在时，计算复杂度指数级上升，两类方法应用时都将会面临计算效率等问题，给复杂空域大批次航班运行飞行冲突探测问题的解决带来了局限性。现有方法主要问题如下：

（1）传统的飞行中长期冲突探测方法仅考虑了距离对飞行冲突的影响，很少考虑飞行趋势对航空器的影响，有必要综合飞行趋势和飞行计划在时间和空间维度的共同约束，提出一种新的概率型的航迹预测方法。

（2）现有的研究方法大多针对两航空器的情况，部分研究多航空器的情况时也是先算两航空器，然后将两航空器的保护区视为一个整体，在此基础上探索第三航空器的情况。针对两航空器冲突模型的算法，在用于多航空器冲突计算时运算难度有所提高，效率大大降低。

（3）现有关于冲突探测与解脱的研究多是针对航空器之间的，较少考虑限制航空器进入的特殊空域、危险天气影响空域等。