一种适用于机载防撞系统的多维机动防撞方法

摘要

一种适用于机载防撞系统的多维机动防撞方法，属于空中交通安全技术领域。包括：监视和跟踪本机和目标飞机；采用基于包围体的保护区模型进行飞行冲突探测；采用实时碰撞检测方法进行碰撞威胁探测；使用四维时空机动防撞模型计算和评估解脱建议RA的方式和强度；进行解脱建议RA的协调与决策；显示和发布交通建议TA和解脱建议RA；对本机采取机动防撞措施后的碰撞解脱效果进行全程监视；解除交通建议TA和解脱建议RA。本发明改善了现有机载防撞系统TCASⅡ只能提供垂直方向爬升/下降两种解脱建议的局限性，使得机载防撞系统可以提供六种解脱建议（垂直方向爬升/下降、水平方向加速/减速或者左转/右转），具有更加灵活和有效的优势。

主权项

一种适用于机载防撞系统的多维机动防撞方法，包括以下步骤：步骤1：监视和跟踪本机和目标飞机；具体包括以下步骤：步骤1‑1：利用广播式自动相关监视ADS‑B技术，通过ADS‑B报告适时获取来自星基的导航信息，从而获得本机和目标飞机的包括经度、纬度、高度和时间在内的四维位置信息；步骤1‑2：利用坐标转换关系将ADS‑B报告中的四维位置信息转换到空间直角坐标系；步骤1‑3：对获得的监视数据进行平滑、滤波、插值；步骤1‑4：根据三维空间的距离公式计算出本机与目标飞机之间的相对距离和相对方位；并利用ADS‑B报告中的包括北向速度、东向速度和垂直速度的三维速度矢量计算出本机与目标飞机之间的距离变化率；步骤2：采用基于包围体的保护区模型进行飞行冲突探测；以基于包围体的保护区模型为基础，预测和估算本机与目标飞机在四维时空的最接近点CPA的水平脱靶距离和垂直脱靶距离；如果预测的水平脱靶距离和垂直脱靶距离均小于交通建议TA的告警阈值，那么发布TA；具体包括：步骤2‑1：建立基于包围体保护区的四维空间飞行冲突探测模型；步骤2‑2：设定交通建议TA的告警阈值；所述交通建议TA的告警阈值根据飞机在四维时空的相遇几何和保护区模型设定；步骤2‑3：预测和估算本机与目标飞机在最接近点CPA的水平脱靶距离和垂直脱靶距离；步骤2‑4：若预测的水平脱靶距离和垂直脱靶距离小于交通建议TA的告警阈值，则转到步骤6；步骤3：采用实时碰撞检测方法进行碰撞威胁探测；具体包括：步骤3‑1：根据空间碰撞危险度和时间碰撞危险度因子，建立四维时空碰撞威胁探测模型；步骤3‑2：设定解脱建议RA的告警阈值；所述解脱建议RA的告警阈值根据飞机在四维时空的相遇几何和保护区模型以及本机的机动能力和飞行员的响应时延设定；步骤3‑3：预测和计算本机与目标飞机在最接近点CPA的水平脱靶距离和垂直脱靶距离；步骤3‑4：如果预测的本机与目标飞机在最接近点的水平脱靶距离和垂直脱靶距离均小于安全阈值，那么判定本机与目标飞机将会发生碰撞；步骤4：使用四维时空机动防撞模型计算和评估解脱建议RA的方式和强度；预测和估算当本机采取机动措施后与目标飞机在最接近点CPA的水平脱靶距离和垂直脱靶距离，确定本机采取垂直方向爬升或下降进行避让的机动措施所需的包括飞行员操作响应时间、速度和加速度的飞行参数，以及确定本机采取水平方向加速或减速、水平方向左转或右转进行避让的机动措施所需的包括飞行员操作响应时间、速度和加速度的飞行参数；步骤5：进行解脱建议RA的协调与决策；使用四维时空机动防撞解脱建议模型，分别以可能的六种机动防撞措施对本机与目标飞机在垂直平面和水平平面内的最小脱靶距离进行预测和估算，以确定和选择产生最大脱靶距离的机动防撞措施，所述六种机动防撞措施为垂直方向的爬升或下降、水平方向的加速或减速以及水平方向的左转或右转；具体方法为：优先选择已经产生RA协调的解脱建议，其次选择与目标飞机意图信息协调的机动防撞建议，再其次选择对本机航迹改变和影响程度最小的机动防撞建议；或者，根据本机的性能参数和所处飞行阶段，优先选择达到安全速度或角度所需时间最短的机动防撞建议，在所需机动时间相同的情况下，对于垂直机动优先选择在CPA产生垂直脱靶距离最大的机动防撞建议；对于水平机动优先选择在CPA产生水平脱靶距离最大的机动防撞建议；步骤6：显示和发布交通建议TA、解脱建议RA；在本机的综合显示器上显示交通建议TA，提醒飞行员注意目标飞机；在本机的综合显示器上显示解脱建议RA，同时向目标飞机发布为了避免空中相撞本机将采取的解脱建议RA；步骤7：对本机采取机动防撞措施后的碰撞解脱效果进行全程监视；如果本机采取机动防撞建议后，碰撞威胁任然没有解除，那么转到步骤3；步骤8：解除交通建议TA和解脱建议RA；如果本机采取机动防撞建议后，碰撞威胁得到了有效避免，那么解除交通建议TA和解脱建议RA，重新返回步骤1。