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降低空管自动化系统短期冲突告警虚警率的技术方法

阅读：1011发布：2020-08-18

专利汇可以提供降低空管自动化系统短期冲突告警虚警率的技术方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种降低空管自动化系统短期冲突告警虚警率的技术方法，包括以下步骤：通过导航监视系统获得每一航空器的空中位置参数，并将其位置参数投影到空中交通管制系统的显示平面；获得其位置矢量Pi和速度矢量Vi；计算航空器对之间的距离，当该距离＜短期冲突告警门限时，继续以下步骤，否则，认为航空器对处于安全状态；计算航空器对之间的位置矢量差和速度矢量差以及二者的内积，当该内积＜0时，则报告冲突告警，否则，认为两航空器之间无冲突。本发明综合考虑了航空器当前进行速度和飞行位置关系，降低了短期冲突告警的虚警率，提高了管制系统的管制效率。，下面是降低空管自动化系统短期冲突告警虚警率的技术方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种降低空管自动化系统短期冲突告警虚警率的技术方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)通过导航监视系统获得每一航空器的空中位置参数；
(b)将航空器的位置参数投影到空中交通管制系统的显示平面；
(c)计算每一航空器在显示平面内的位置矢量Pi和速度矢量Vi；
(d)对每一航空器进行速度跟踪，获得相对准确和稳定的速度矢量；
(e)从被监视航空器中选择航空器对；
(g)计算航空器对之间的位置矢量差/ΔP＝P2-P1和速度矢量差ΔV＝V2-V1；
(f)计算该航空器对位置矢量差与速度矢量差的内积ΔP×ΔV；
(h)判断航空器对之间是否存在短期冲突；
(i)从被监视的航空器对中选择其他航空器对，重复(g)-(h)步骤
(j)获得安全飞行间隔规定的短期冲突告警门限；
(k)当(f)的计算结果ΔP×ΔV大于0时，说明航空器对处于安全状态；
(l)当(f)的计算结果ΔP×ΔV小于0时，计算航空器对当前之间的距离 $D_{12} = | P_{1} - P_{2} | = \sqrt{{(x_{1} - x_{2})}^{2} + {(y_{1} - y_{2})}^{2}};$
(m)当距离D12小于冲突告警门限时，即进行告警；当距离D12大于冲突告警门限时，认为两航空器之间无冲突。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：所述(j) 步骤中同时获得预警门限；当距离D12大于冲突告警门限时，根据航空器对当前速度进行预测，预测航空器对达到冲突告警条件的时间，当计算的时间在预警门限时间内时，进行预警，否则，认为航空器对处于安全状态。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述导航监视系统为监视雷达、GPS或ADS-B系统。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述(b)步骤中投影到空管系统显示平面的航空器的位置参数通过跟踪滤波得到该航空器的位置矢量 Pi和速度矢量Vi；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述跟踪滤波方法为α-β 滤波或kalman滤波或交互多模式滤波方法。

说明书全文

技术领域

本发明涉及空中交通管制自动化系统中对航空器飞行的管理方法，尤其针对降低两架或多架航空器之间短期冲突虚警率的技术方法。

背景技术

在当前的航空交通管制领域，为了维护航空器的飞行秩序、保证飞行安全，决策部门制定了严格的飞行间隔标准(国务院/中央军委空中交通管制委员会，《飞行间隔规定》，中国民航出版社，2003.3)：在相邻航线上飞行的各架航空器，飞行高度相同或小于规定的高度差时，其横向间隔不小于20公里；航线飞行的航空器与航路飞行的航空器，飞行高度相同或小于规定的高度差时，应当与航路边界保持不小于10公里的横向间隔。这种强制规定，实际上是在各航空器周围设定了一个不小于400平方公里的矩形保护区域，在该区域内不得出现其他航空器，否则空中交通管理系统将进行短期冲突告警。
为了增强空域利用效率，尽可能缩小航空器的保护区域，国外采用的处理方法(EUROCONTROL，“Stochastic conflict detection for air traffic management”，Project SCS-M-21，2000.4)是将矩形保护区域修改为椭圆形的保护区域，而椭圆形区域的长轴正比与航空器的沿航迹方向的速度，而短轴则正比与航空器切航迹方向的速度，一旦两个航空器的椭圆形保护区域发生重叠，则报告短期冲突告警。
在上述方案中，均是以航空器为中心划分保护区，未考虑航空器的运动态势，从而造成了许多虚假告警的出现，干扰了管制员的正常管制工作。

发明内容

本发明的任务是提供一种降低空管自动化系统短期冲突告警虚警率的技术方法，以在保证航空器飞行安全的情况下，合理界定、缩小航空器保护区域，达到降低短期冲突虚警的目的。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种降低空管自动化系统短期冲突告警虚警率的技术方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)通过导航监视系统获得每一航空器的空中位置参数；
(b)将航空器的位置参数投影到空中交通管制系统的显示平面；
(c)计算每一航空器在显示平面内的位置矢量Pi和速度矢量Vi；
(d)对每一航空器进行速度跟踪，获得相对准确和稳定的速度矢量；
(e)从被监视航空器中选择航空器对；
(g)计算航空器对之间的位置矢量差ΔP＝P2-P1和速度矢量差ΔV＝V2-V1；
(f)计算该航空器对位置矢量差与速度矢量差的内积ΔP×ΔV；
(h)判断航空器对之间是否存在短期冲突；
(i)从被监视的航空器对中选择其他航空器对，重复(g)-(h)步骤；
(j)获得安全飞行间隔规定的短期冲突告警门限；
(k)当(f)的计算结果ΔP×ΔV大于0时，说明航空器对处于安全状态；
(1)当(f)的计算结果ΔP×ΔV小于0时，计算航空器对当前之间的距离

D_{12} = | P_{1} - P_{2} | = \sqrt{{(x_{1} - x_{2})}^{2} + {(y_{1} - y_{2})}^{2}};

(m)当距离D12小于冲突告警门限时，即进行告警；当距离D12大于冲突告警门限时，认为两航空器之间无冲突。
上述(j)步骤中同时获得预警门限；当D12大于冲突告警门限时，根据航空器对当前速度进行预测，预测航空器对达到冲突告警条件的时间，当计算的时间在预警门限时间内时，进行预警，否则，认为航空器对处于安全状态。
如在背景技术中描述，目前国内制定并实施的短期冲突均遵照《飞行间隔规定》的标准实施，欧洲和美国均制定了类似的标准，其总体方案的显著特点就是直接计算两航空器之间的距离是否满足相应的飞行标准，一旦违反了对应的标准，即进行短期冲突告警。本方案与其主要的差异就在于，综合考虑了航空器当前的飞行速度和飞行位置关系。
本方案是一种基于航空器当前位置矢量和速度矢量的短期冲突告警检测技术，可以有效地快速准确的解决了高密度飞行情况下具有冲突可能的航空器对的检测，并且降低了短期冲突告警的虚警率(参见具体实施方式部分中结合附图的说明)，减少了地面管制人员的工作量，提高了管制系统的管制效率。

附图说明

附图是在同一坐标系中，位于同一高度层飞行的航空器A和航空器B的飞行轨迹图(航迹图)。

具体实施方式

本发明是一种基于航空器当前位置矢量和速度矢量的短期冲突告警检测技术，它包括以下步骤：
一种降低空管自动化系统短期冲突告警虚警率的技术方法，包括以下步骤：
(a)通过导航监视系统获得每一航空器的空中位置参数；
(b)将航空器的位置参数投影到空中交通管制系统的显示平面；
(c)计算每一航空器在显示平面内的位置矢量Pi和速度矢量Vi；
(d)对每一航空器进行速度跟踪，获得相对准确和稳定的速度矢量；
(e)从被监视航空器中选择航空器对；
(g)计算航空器对之间的位置矢量差ΔP＝P2-P1和速度矢量差ΔV＝V2-V1；
(f)计算该航空器对位置矢量差与速度矢量差的内积ΔP×ΔV；
(h)判断航空器对之间是否存在短期冲突；
(i)从被监视的航空器对中选择其他航空器对，重复(g)-(h)步骤；
(j)获得安全飞行间隔规定的短期冲突告警门限；
(k)当(f)的计算结果ΔP×ΔV大于0时，说明航空器对处于安全状态；
(l)当(f)的计算结果ΔP×ΔV小于0时，计算航空器对当前之间的距离

D_{12} = | P_{1} - P_{2} | = \sqrt{{(x_{1} - x_{2})}^{2} + {(y_{1} - y_{2})}^{2}};

(m)当(h3)的距离小于冲突告警门限时，即进行告警；当(h3)的距离大于冲突告警门限时，认为两航空器之间无冲突。
上述(j)步骤中同时获得预警门限；当距离D12大于冲突告警门限时，根据航空器对当前速度进行预测，预测航空器对达到冲突告警条件的时间，当计算的时间在预警门限时间内时，进行预警，否则，认为航空器对处于安全状态。
上述导航监视系统为监视雷达、GPS(全球卫星定位系统)或ADS-B系统。
上述(b)步骤中投影到空管系统显示平面的航空器的位置参数通过跟踪滤波得到该航空器的位置矢量Pi和速度矢量Vi；
上述步骤中的跟踪滤波方法为α-β滤波或kalman滤波或交互多模式滤波方法。
本发明是在以下条件下做出的：(1)已知安全飞行间隔门限；(2)全空域实施雷达管制；(3)已知每一航空器当前位置矢量和速度矢量。
如附图所示，两航空器在同一高度层飞行，航空器A以900km/h时速沿直线飞行，航空器B作机动飞行，第一阶段沿与X轴正方向成-50度方向以1000km/h 的速度飞行，在飞行近70km后，逆时针转弯，进入第二阶段：沿与X轴正方向 36度左右方向以1100km/h的速度运动，飞行70km后，顺时针转弯，进入第三阶段：沿与X轴正方向成-36度方向以1150km/h的速度飞行，在飞行45km后，逆时针转弯，进入第四阶段：沿与X轴42度方向以1050km/h的速度飞行。
按《飞行间隔规定》制定的标准，两航空器不仅在[T1T2]、[T4T5]时间段内告警，而且当航空器处于分离状态的[T2T3]、[T5T6]时间段内时同样进行告警，而这种情况实际上是一种虚警，增加了地面管制人员的工作量。
按本方案的方法，两航空器仅在[T1T2]、[T4T5]时间段内告警，降低了冲突告警的虚警(即排除了在两航空器分离后的虚警的情况)出现。
实施例：
第一步：通过监视雷达、GPS、ADS-B等技术获得航空器的位置信息pi
第二步：对每一航空器进行跟踪滤波，得到航空器的滤波位置Pi和速度Vi，滤波方法可以采用常见的α-β滤波或Kalman滤波或交互多模式(IMM)滤波方法，以获得相对准确和稳定的速度矢量。
第三步：计算任意两航迹对之间的欧式距离：

D_{ij} = | P_{i} - P_{j} | = \sqrt{{(x_{i} - x_{j})}^{2} + {(y_{i} - y_{j})}^{2}},

当距离Dij＜飞行间隔规定时，进行下列步骤计算，否则认为两航空器处于安全状态。
第四步：计算位置矢量差

Δ \vec{P} = P_{i} - P_{j}

和速度矢量差

Δ \vec{v} = v_{i} - v_{j},

第五步：计算两者的内积，如果两者的内积

Δ {\vec{P}}^{T} Δ \vec{v} < 0,

则报告冲突告警，否则，认为两航空器之间无冲突。

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