一种基于空域分裂的时空关联航路碰撞解决方法与流程

文档序号:19422083发布日期:2019-12-14 01:38阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于空域分裂的时空关联航路碰撞解决方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1,建立坐标系:在笛卡尔直角坐标下,x轴为水平方向横轴,指向右方;y轴为竖直方向纵轴,指向上方;设定在区域空间中有n个目标,第i个目标的空间直角坐标为(xi,yi,zi),i=1...n,区域空间范围为[0,p]×[0,q],p和q分边为区域空间的长与宽,对区域空间进行分割,分为m×m个空间格子;

步骤2,标记每个目标所在的空间格子,以及相邻空间格子中的所有目标,对于相邻空间格子中的所有目标执行步骤3~步骤6;

步骤3,计算基于航线相交的航路碰撞因子;

步骤4,计算基于最小时间和最小距离的时空碰撞因子;

步骤5,计算基于高度的碰撞因子;

步骤6,计算航路碰撞指数,根据航路碰撞指数判断目标是否有碰撞危险。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2中,对于m×m个空间格子,第z个空间格子记为ωz(z=1,...,(m×m)),根据每个目标的具体位置,标记出每个目标所属的空间格子,以及相邻空间格子中的所有目标。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤3包括:

步骤3-1,设定目标a和目标b位于相邻的空间格子,定义目标a的飞行信息oa和目标b的飞行信息ob分别为:

oa=(xa,ya,αa,va,ha),

ob=(xb,yb,αb,vb,ha),

其中xa为目标a位置横坐标,ya为目标a位置纵坐标,αa为目标a飞行航向,va为目标a的速度,正北方向αa为0,角度顺时针方向递增,范围为αa∈[0,2π),ha为目标a的高度;

xb为目标b位置横坐标,yb为目标b位置纵坐标,αb为目标b飞行航向,vb为目标b的速度,正北方向αb为0,角度顺时针方向递增,范围为αb∈[0,2π),ha为目标b的高度;

步骤3-2,如果目标a和目标b发生碰撞,即目标a和目标b在同一时刻的位置坐标相同,即目标a和目标b的横坐标都等于x,纵坐标都等于y,其中目标a的飞行参数方程为:

目标b的飞行参数方程为:

目标a的飞行参数方程和目标b的飞行参数方程为两条射线,ta和tb分别为目标a射线方程的标量和目标b射线方程的标量,求两条射线的交点,令:

得出:

步骤3-3,由于αa,αb∈[0,2π),得出(αa-αb)∈(-2π,2π)。

定义向量与y轴正向之间的夹角为θ,

定义两个目标的相交情况用参数ζ(a,b)表示:

ζ(a,b)∈{0,1},

步骤3-4,当两条射线有交点时:

如果sin(αa-αb)≠0,此时(αa-αb)≠0,π,-π,则:

如果sin(αa-αb)=0,(αa-αb)=0,则:

如果sin(αa-αb)=0,|αa-αb|=π,则:

步骤3-5,最终基于航线相交的碰撞因子σl(a,b)为:

σl(a,b)=ζ(a,b)。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤4包括:

步骤4-1,记目标a的飞行参数方程和目标b的飞行参数方程表示的两条射线交点即航路碰撞节点p的坐标为(xp,yp),在不考虑高度的情况下,记目标a和目标b之间的距离dab为:

点p和目标a之间的距离dpa为:

点p和目标b之间的距离dpb为:

定义目标a和目标b的最小碰撞时间间隔为tmin;

步骤4-2,当目标a或b达到终点时,另外一个目标经过δt时间后能到达航路碰撞节点p:

由此,定义基于最小时间的航路碰撞需要满足:

步骤4-3,根据经验值定义最小碰撞距离为dmin,并进行如下设定:

此时分为两种情况:

第一种情况,当目标b到达航路碰撞节点p时,目标a还没有到达航路碰撞节点p,则距离航路碰撞节点p的距离q为:

q必须满足:

q>dmin(2);

第二种情况,:当目标a到达航路碰撞节点p时,目标b已经远离航路碰撞节点p,则距离航路碰撞节点p的距离q为:

q必须满足:

q>dmin(3);

步骤4-4,综合公式(2)和公式(3),基于最小距离的航路碰撞需要满足:

进一步得出,基于最小距离的航路碰撞需要满足:

步骤4-5,综合公式(1)和公式(4)得到,航路碰撞的安全距离需要满足的条件为:

由此定义基于最小时间和最小距离的时空碰撞因子σts(a,b)为:

其中λ是一个极小的正则化参数。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤5包括:设定碰撞预警高度为hmin,当|ha-hb|>hmin时,目标a和目标b的航路在相同平面坐标下,不会发生碰撞;

引入阶跃函数ε(t),自变量t取值小于等于0时,函数值为0;自变量大于0时函数值为1:

则基于高度的碰撞因子σh(a,b)为:

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤6包括:定义航路碰撞指数ψ(a,b)为:

ψ(a,b)=σl(a,b)×σh(a,b)×σts(a,b),

ψ(a,b)≤0,目标a和目标b没有碰撞危险;

ψ(a,b)>0,目标a和目标b有碰撞危险,且航路碰撞指数越大,危险系数越高。


技术总结
本发明公开了一种基于空域分裂的时空关联航路碰撞解决方法,旨在解决大型空管系统中的航路碰撞告警问题,为了减少全空域的超大计算量,采用了区域分裂的算法,把空间分成若干格子,计算相邻格子之间的航路碰撞可能性,然后分别计算基于航线相交的航路碰撞因子、基于最小时间的航路碰撞因子、基于最小距离的航路碰撞因子和基于高度的碰撞因子,最终建立基于时空关联的航路碰撞模型,并且计算航路碰撞指数。本发明有效的解决了全空域大量飞机航路碰撞的复杂计算,又引入了多重碰撞因子,快速有效的解决了空管系统中的航路碰撞问题。

技术研发人员:秦梓译;孙裔申;沈海平;刘唐兴;黄山良;王号;刘子沂;茆超
受保护的技术使用者:中国电子科技集团公司第二十八研究所
技术研发日:2019.09.03
技术公布日:2019.12.13
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