CN102184647B - 一种空中目标的冲突解决方法 - Google Patents

一种空中目标的冲突解决方法 Download PDF

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CN102184647B CN 201110120283 CN201110120283A CN102184647B CN 102184647 B CN102184647 B CN 102184647B CN 201110120283 CN201110120283 CN 201110120283 CN 201110120283 A CN201110120283 A CN 201110120283A CN 102184647 B CN102184647 B CN 102184647B
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Abstract

本发明涉及空中交通安全的冲突解决技术，本发明公开了一种空中目标的冲突解决方法，其具体方法如下：在本机周围设置保护区域，所述保护区域为圆柱体，本机内设置冲突检测模块和冲突解决模块，所述冲突检测模块检测是否有目标飞机进入或将进入本机保护区域；所述冲突解决模块根据检测模块检测到的数据调整本机的航行方式。通过使用检测模块检测是否有目标飞机进入或将进入本机保护区域，使得飞行员较早获知飞机发生的冲突和碰撞的可能性，及时调整飞行方案，避免冲突发生，通过冲突解决模块调整本机的航行方式，给出飞行员的建议航行方式，更好地避免冲突的发生。

Description

一种空中目标的冲突解决方法
技术领域
本发明涉及空中交通安全的冲突解决技术，属于空中交通管制领域，尤其涉及一种空中目标的冲突解决方法。 
背景技术
ADS（Automatic Dependent Surveillance自动相关监视）是ICAO（国际民用航空组织）在新航行系统中所推荐的一种新兴的监视技术。所谓自动相关监视系统，是指记载导航系统获得的导航信息，通过卫星数据链或甚高频空－地/空－空数据链，自动实时地发送到空中接收和处理系统，经过接收处理将周边空域交通态势信息提交飞行员感知。ADS-B是以广播的方式对外发送自动相关监视信息。
随着ADS-B技术在民航、通航和军航领域的发展和逐渐应用，极大地提高了空域允许容纳的飞行器数量，提高空域密度和使用效率。但是，随之而来的安全问题也逐渐突出，为了提高安全性能，增强飞行灵活性，以及满足日益增长的航空产业需要的系统运能，需要一种对空中ADS-B目标飞行冲突和碰撞可能性的定量计算方法，从而获知其它飞机目标对本机的威胁程度、冲突时间等信息。
而现有技术中并没有一种有效的对空中目标冲突的解决方法，导致飞行员难以正确解决冲突。
发明内容
针对现有技术中存在的没有一种有效的对空中目标冲突的解决方法，导致飞行员难以正确解决冲突，因此有必要提供一种空中目标的冲突解决方法，为飞行员提供合理有效的冲突解决建议。
本发明公开了一种空中目标的冲突解决方法，其具体方法如下：在本机周围设置保护区域，所述保护区域为圆柱体，本机内设置冲突检测模块和冲突解决模块，所述冲突检测模块检测是否有目标飞机进入或将进入本机保护区域，如果目标飞机进入或将进入本机保护区域，报警模块启动，发出报警信号，其中目标飞机将进入本机保护区域的阀值时间为T；所述冲突解决模块根据检测模块检测到的数据调整本机的航行方式。
上述突检测模块的具体检测方法为：当目标飞机和本机相对垂直速度为0时，冲突产生的条件为目标飞机垂直方向上已处于本机保护区：                                               
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE002
，且目标飞机水平方向上将进入本机保护区： <T且
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE006
> 0；
其中：，
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE012
，，
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE016
， 
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE020
， 为本机位置，为本机速度，
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE026
为目标飞机位置，
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE028
为目标飞机速度；
Figure 886704DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 390498DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 879117DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 442953DEST_PATH_IMAGE028
均为三维分量，D为保护区域底面半径，H为保护区域垂直半高，
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE030
为本机和目标飞机的垂直高度差。
上述突检测模块的检测方法为：当目标飞机和本机相对垂直速度不为0，冲突产生的条件为目标飞机垂直方向及水平方向将进入本机保护区：
Figure 201110120283X100002DEST_PATH_IMAGE032
< T、> 0、<T、 
Figure DEST_PATH_IMAGE036
>0，
Figure 370513DEST_PATH_IMAGE004
<
Figure 464371DEST_PATH_IMAGE036
，<
Figure 754DEST_PATH_IMAGE006
；
其中：
Figure 95618DEST_PATH_IMAGE034
为目标飞机垂直方向进入本机保护区的时间，
Figure 43983DEST_PATH_IMAGE036
目标飞机垂直方向离开保护区的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，，
Figure 136572DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 419655DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 68942DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 121081DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 197621DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 968000DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 483295DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 140672DEST_PATH_IMAGE022
为本机位置，
Figure 637382DEST_PATH_IMAGE024
为本机速度，
Figure 832740DEST_PATH_IMAGE026
为目标飞机位置，
Figure 823829DEST_PATH_IMAGE028
为目标飞机速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为本机和目标飞机相对垂直速度；
Figure 844701DEST_PATH_IMAGE022
、、、
Figure 537216DEST_PATH_IMAGE028
均为三维分量，D为保护区域底面半径，H为保护区域垂直半高，为本机和目标飞机的垂直高度差。
优选地，上述圆柱体的保护区域底面半径D为5海里，垂直半高H为500英尺。
优选地，上述冲突检测方法还进一步包括计算产生冲突的时间，当目标飞机在垂直方向位于本机保护区内，且当水平方向进入保护区时，冲突时间等于水平方向进入保护区的时间 ：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
=
Figure 273277DEST_PATH_IMAGE004
；当目标飞机在水平方向位于本机保护区，且当垂直方向进入保护区时，冲突时间等于垂直方向进入保护区的时间：=
Figure 572857DEST_PATH_IMAGE034
；当垂直方向和水平方向都进入保护区时，冲突时间等于水平、垂直方向均位于保护区的时间，即
Figure 574180DEST_PATH_IMAGE034
或
Figure 334326DEST_PATH_IMAGE004
的最大值。
优选地，上述冲突检测方法还进一步包括计算产生冲突的位置：根据本机的三维坐标位置（
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
）和x、y、z轴方向的速度（，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
），可得冲突位置：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
。
优选地，上述冲突解决模块包括垂直方向上的冲突解决方式和水平方向的冲突解决方式。
优选地，上述垂直方向的冲突解决方式是改变本机的高度，通过计算发生冲突的时间和需要改变的本机高度，以及飞机当前的垂直速度，可得本机避免冲突需要的上升/下降垂直速度：上升速度vup和下降速度vdown分别为：
      
Figure DEST_PATH_IMAGE060
      
Figure DEST_PATH_IMAGE062
其中：
Figure 105753DEST_PATH_IMAGE056
为本机在垂直方向上的初始速度，
Figure 491604DEST_PATH_IMAGE044
为发生冲突的时间，H为保护区域垂直半高，的为需要改变的本机高度。
    优选地，上述水平方向的冲突解决方式包括改变本机的水平飞行速度和水平角度，通过改变本机的水平速度和角度使目标飞机的飞行轨迹与本机保护区边沿相切，该切线即为最低改变解决冲突的飞行运动轨迹。
本发明的有益效果为：通过使用检测模块检测是否有目标飞机进入或将进入本机保护区域，使得飞行员较早获知飞机发生的冲突和碰撞的可能性，及时调整飞行方案，避免冲突发生，通过冲突解决模块调整本机的航行方式，给出飞行员的建议航行方式，更好地避免冲突的发生。
附图说明
图1为空中目标的冲突检测方法的流程。
图2为3级冲突检测方法流程的流程。
图3为飞机改变垂直速度大小解决冲突示意图。
图4为飞机冲突解决后相对速度在相对坐标系下斜率求法示意图。
图5为飞机改变水平速度角度解决冲突示意图。
图6为飞机改变水平速度大小解决冲突示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图详细描述本发明的具体实施方式。
本发明公开了一种空中目标的冲突解决方法，其具体方法如下：在本机周围设置保护区域，所述保护区域为圆柱体，本机内设置冲突检测模块和冲突解决模块，所述冲突检测模块检测是否有目标飞机进入或将进入本机保护区域，如果目标飞机进入或将进入本机保护区域，报警模块启动，发出报警信号，其中目标飞机将进入本机保护区域的阀值时间为T；所述冲突解决模块根据检测模块检测到的数据调整本机的航行方式。通过使用检测模块检测是否有目标飞机进入或将进入本机保护区域，使得飞行员较早获知飞机发生的冲突和碰撞的可能性，及时调整飞行方案，避免冲突发生，通过冲突解决模块调整本机的航行方式，给出飞行员的建议航行方式，更好地避免冲突的发生。
上述检测模块的具体检测方法为：当目标飞机和本机相对垂直速度为0时，冲突产生的条件为目标飞机垂直方向上已处于本机保护区：
Figure 285117DEST_PATH_IMAGE002
，且目标飞机水平方向上将进入本机保护区： <T且
Figure 157444DEST_PATH_IMAGE006
> 0；
其中：，
Figure 542475DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 910002DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 151628DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 613702DEST_PATH_IMAGE016
， ，， 
Figure 383578DEST_PATH_IMAGE022
为本机位置，
Figure 649343DEST_PATH_IMAGE024
为本机速度，
Figure 85003DEST_PATH_IMAGE026
为目标飞机位置，为目标飞机速度；
Figure 11818DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 832006DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 371441DEST_PATH_IMAGE024
、均为三维分量，D为保护区域底面半径，H为保护区域垂直半高，为本机和目标飞机的垂直高度差。
冲突检测的建模使用以下概念：本机位置
Figure 234857DEST_PATH_IMAGE022
，本机速度
Figure 894378DEST_PATH_IMAGE024
，目标飞机位置，目标飞机速度
Figure 57692DEST_PATH_IMAGE028
，均为三维分量，如 
Figure DEST_PATH_IMAGE066
。利用相对的系统概念，以本机为参考原点，目标飞机和本机两机相对位置为
Figure 219683DEST_PATH_IMAGE018
,相对速度为。目标飞机处于坐标s，并以相对速度v向原点移动。飞行安全保护区域是水平半径D和垂直半高H的圆柱体，告警时间阀值为T。当垂直速度为0时，冲突产生条件为垂直方向上已处于保护区内，即，且水平方向上将进入保护区，即
Figure DEST_PATH_IMAGE068
  式(1) 
由式（1）可得 
Figure DEST_PATH_IMAGE070
    式（2）
式（2）中是一个关于t 的一元二次方程，其它量都为已知量或可测量。设
Figure DEST_PATH_IMAGE072
解该方程可得
Figure 351959DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 572767DEST_PATH_IMAGE010
 式（3）
Figure 754350DEST_PATH_IMAGE004
为目标飞机水平方向进入本机保护区的时间，单位为秒，表示
Figure 881706DEST_PATH_IMAGE004
秒后目标飞机将进入本机保护区；当该值为负时表示目标飞机已经处于本机的保护区内，且进入时间为
Figure 968480DEST_PATH_IMAGE004
秒（指以当前速度推测︳
Figure 472273DEST_PATH_IMAGE004
︳秒前目标飞机会进入本机保护区。
Figure 960892DEST_PATH_IMAGE006
为目标飞机水平方向离开本机保护区的时间；当该值为负时表示目标飞机已经离开本机保护区，且离开时间为
Figure 259150DEST_PATH_IMAGE006
秒（指以当前速度推测︳
Figure 646269DEST_PATH_IMAGE006
︳前目标飞机会离开本机保护区。
检测方法的目的是检测未来T秒内是否存在冲突（即进入对方保护区）。因此冲突条件需满足
Figure 203021DEST_PATH_IMAGE004
< T和
Figure 31300DEST_PATH_IMAGE006
> 0。> T表示报警时间阀值内飞机未进入对方保护区，
Figure 624141DEST_PATH_IMAGE006
< 0表示飞机已经离开保护区。
上述检测模块的具体检测方法为：目标飞机和本机相对垂直速度不为0，冲突产生的条件为目标飞机垂直方向及水平方向将进入本机保护区：
Figure 735316DEST_PATH_IMAGE032
< T、
Figure 932948DEST_PATH_IMAGE006
> 0、<T、 
Figure 121670DEST_PATH_IMAGE036
>0，<，
Figure 961953DEST_PATH_IMAGE034
<
Figure 483064DEST_PATH_IMAGE006
；
其中：
Figure 732780DEST_PATH_IMAGE034
为目标飞机垂直方向进入本机保护区的时间，目标飞机垂直方向离开保护区的时间，
Figure 146587DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 404261DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 395351DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 235131DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 902742DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 132866DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 176914DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 871201DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 460445DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 692712DEST_PATH_IMAGE022
为本机位置，
Figure 25604DEST_PATH_IMAGE024
为本机速度，
Figure 761348DEST_PATH_IMAGE026
为目标飞机位置，
Figure 849390DEST_PATH_IMAGE028
为目标飞机速度，为本机和目标飞机相对垂直速度；
Figure 439957DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 780940DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 39883DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 981163DEST_PATH_IMAGE028
均为三维分量，D为保护区域底面半径，H为保护区域垂直半高，
Figure 655858DEST_PATH_IMAGE030
为本机和目标飞机的垂直高度差。(其中sign函数为符号函数，自变量为正值时，sign函数值为1，自变量为负值时，sign函数值为0)。
在目标飞机和本机垂直速度不为0时，需要同时考虑水平方向和垂直方向进入保护区的时间。垂直方向进入保护区的时间为
Figure 372053DEST_PATH_IMAGE034
，离开时间为
Figure 801897DEST_PATH_IMAGE036
：
Figure 715627DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 443280DEST_PATH_IMAGE040
        式（4）
因为垂直半高H>0,所以
Figure 24434DEST_PATH_IMAGE034
< 
Figure 359601DEST_PATH_IMAGE036
,即垂直方向进入保护区的时间总是小于离开时间。特殊情况下，两机的水平速度和方向相同，水平相对速度为0，即
Figure DEST_PATH_IMAGE074
=0，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
=0，此时产生冲突条件为水平方向已进入保护区，即
Figure DEST_PATH_IMAGE078
<
Figure DEST_PATH_IMAGE080
,且垂直方向进入保护区满足
Figure 524741DEST_PATH_IMAGE034
<T, 
Figure 541238DEST_PATH_IMAGE036
>0。
因此，垂直速度不为0时产生冲突的条件为：目标在垂直和水平方向均将进入保护区，且某个时间段水平与垂直方向同时位于保护区内。即水平进入保护区时间
Figure 39216DEST_PATH_IMAGE032
< T、水平离开保护区时间
Figure 732234DEST_PATH_IMAGE006
> 0、垂直进入保护区时间<T、 垂直离开保护区时间
Figure 955591DEST_PATH_IMAGE036
>0，
Figure 308075DEST_PATH_IMAGE004
<
Figure 188306DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 813191DEST_PATH_IMAGE034
<
Figure 171491DEST_PATH_IMAGE006
（表示目标飞机在本机水平和垂直冲突区内同时有一个时间段存在）。检测方法的流程如图1所示，其中判别式
Figure DEST_PATH_IMAGE082
。
优选地，上述圆柱体的保护区域底面半径D为5海里，垂直半高H为500英尺。此处如此设置保护区域可以让空间域比较宽广，让系统有充裕的时间检测到冲突；并在解决冲突过程中有冲突的时间处理；在解决冲突时可以让解决冲突的动作较小，改变的速度和角度较小，便于冲突解决操作。
上述保护区域是以飞机为中心点，包含水平安全间距和垂直安全间距的柱状区域。水平方向是以本机为中心，水平安全间距为半径的圆，是目标从水平方向与本机威胁的判断依据；垂直方向安全间距通过与高度差比较判断目标与本机在垂直方向的冲突。基于该原则，我们为飞机建立两个保护区域：间隔保护区PAZ（Protected Airspace Zone）和冲突避免区CAZ（Collision Avoidance Zone）。当目标飞机侵入不同区域即产生不同级别的告警。
所述保护区域根据保护区域的范围设置3级告警的机制：以目标飞机侵入本机CAZ区产生CAZ告警（最高告警级别），此时目标对本机威胁极为严重；侵入PAZ区产生PAZ告警；以及低级别告警。冲突检测的实现是根据当前和未来告警时间内，计算目标飞机与本机不同保护区域的相对位置，判断得到3级告警（PAZ告警、CAZ告警和低级别告警）。保护区域范围和告警级别的设置如表1和表2所示。
表1 保护区的区域值
保护区域 水平半径 垂直半高
PAZ 5海里 500英尺
CAZ 0.15海里 300英尺
表2 告警级别
报警级别 何时发出告警 告警时间
低级别报警 进入PAZ区域前发生 大于300秒
PAZ报警 如果不及时采取行动PAZ入侵将发生 300秒
CAZ报警 如果不及时采取行动CAZ入侵将发生 60秒
本发明所述的冲突检测实现方法实现3级冲突检测，按照表1和表2的门限设定，目标在60秒内侵入CAZ保护区时触发CAZ告警；在300秒内进入PAZ保护区时触发PAZ告警；提供大于300秒的低级别告警。
在冲突检测实现方式上，3级冲突检测方法流程如图2所示。由于低级别和PAZ告警均为对PAZ区域的入侵检测，因此将冲突判决一并实现，有效减少计算量，提高了检测方法效率。CAZ告警的检测优先级较高,其产生必然同时存在PAZ告警，因此判决CAZ告警是检测到PAZ告警后的进一步判决，检测方法与PAZ告警的判决方式一致，仅保护区范围和时间等参数不同。
优选地，上述冲突检测方法还进一步包括当检测到存在冲突时，计算产生冲突的时间。当目标飞机在垂直方向位于本机保护区内，且当水平方向进入保护区时，冲突时间等于水平方向进入保护区的时间 ：
Figure 848590DEST_PATH_IMAGE044
=
Figure 634143DEST_PATH_IMAGE004
；当目标飞机在水平方向位于本机保护区，且当垂直方向进入保护区时，冲突时间等于垂直方向进入保护区的时间，=
Figure 908316DEST_PATH_IMAGE034
；当垂直方向和水平方向都进入保护区时，冲突时间等于水平、垂直方向均位于保护区的时间，即或
Figure 706693DEST_PATH_IMAGE004
的最大值。
优选地，上述冲突检测方法还进一步包括当检测到存在冲突时，计算产生冲突的位置。根据冲突告警的时间
Figure 56903DEST_PATH_IMAGE044
，本机的三维坐标位置（
Figure 6274DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 125539DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 767742DEST_PATH_IMAGE050
）和x、y、z轴方向的速度（
Figure 605248DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 171359DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 394398DEST_PATH_IMAGE056
），可得冲突位置：
Figure 145186DEST_PATH_IMAGE058
。
优选地，所述冲突解决模块包括垂直方向上的冲突解决方式和水平方向的冲突解决方式。
垂直方向的冲突解决方式是改变本机的高度，使目标飞机未来的航迹不会进入本机的保护区域。通过计算发生冲突的时间和需要改变的飞机高度，以及飞机当前的垂直速度，可得本机避免冲突需要的上升/下降垂直速度：上升速度vup和下降速度vdown分别为：
      
Figure 469988DEST_PATH_IMAGE060
      
Figure 761161DEST_PATH_IMAGE062
其中：
Figure 855019DEST_PATH_IMAGE056
为本机在垂直方向上的初始速度，
Figure 844883DEST_PATH_IMAGE044
为发生冲突的时间， H为保护区域垂直半高，
Figure 453719DEST_PATH_IMAGE064
的为需要改变的飞机高度。
例如，如图3所示，以本机b为坐标原点,目标机a以相对速度v时将进入本机b的冲突区域（图3线段2）。仅当本机b上升或下降后沿保护区域外侧飞行时（图3线段1和线段3）时冲突消除，上升速度vup和下降速度vdown分别为：
      
Figure 564895DEST_PATH_IMAGE060
      
水平方向的冲突解决方式包括改变飞机的水平飞行速度和水平角度。通过改变本机的水平速度和角度使目标飞机的飞行轨迹与本机保护区边沿相切，该切线即为最低改变解决冲突的飞行运动轨迹。
如图4所示，所有飞机垂直速度不变，以本机为坐标原点设立平面坐标系。目标飞机坐标位置为
Figure DEST_PATH_IMAGE084
（
Figure DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
），初始水平速度v。当出现与本机冲突时，为避免对本机保护区域的入侵，本机将更改速度或航向避免目标飞机航迹进入本机保护区。这里考虑到本机为原点，通过坐标平移可视为目标机以新的相对速度
Figure DEST_PATH_IMAGE090
飞行的航迹与本机的以D为半径的圆形冲突保护区域相切，该航迹为冲突解决后理想态的飞行航迹。该相对速度的斜率
Figure DEST_PATH_IMAGE092
，其中：由
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，可得，
F点（原航迹与保护区相交点）的坐标Fx=D*cosβ，Fy=D*sinβ
G点（切点）坐标 
Gx=D*[cos（β+α）]
         =D* cosβ*cosα-D* sinβ*sinα
   =Fxcosα-Fysinα
 Gy=D*[sin（β+α）]
   = D* cosβ*sinα+ D* sinβ**cos
   =Fxsinα+Fycosα
改变水平角度解决冲突
      如图5所示，所有飞机垂直速度不变，以本机为原点建立平面坐标系，目标机速度
Figure DEST_PATH_IMAGE096
，本机速度为，存在冲突时，目标机将以相对速度v进入本机保护区。为避免冲突，本机在速率不变的前提下改变水平角度，新速度为
Figure DEST_PATH_IMAGE100
（
Figure DEST_PATH_IMAGE102
，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
），则坐标平移后目标机新的相对速度为
Figure 166701DEST_PATH_IMAGE090
，外推航迹与本机保护区域相切。
Figure DEST_PATH_IMAGE106
                                    式1
 通过当前目标飞机的相对位置和保护区水平半径D，计算得到目标飞机到保护区边沿的切线斜率k：
Figure DEST_PATH_IMAGE108
                                         式2
其中
Figure 387467DEST_PATH_IMAGE102
是改变后的自己飞机x轴方向的速度，
Figure 20442DEST_PATH_IMAGE104
是改变后的自己飞机y轴方向的速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE110
是对方飞机x轴方向的速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE112
是对方飞机y轴方向的速度。通过解式1和式2可以的出要改后的速度
Figure 269984DEST_PATH_IMAGE102
，
Figure 346524DEST_PATH_IMAGE104
。
飞行角度
Figure DEST_PATH_IMAGE114
表示飞机方向与x轴正方向的夹角，取值范围为（-180，180）。
Figure DEST_PATH_IMAGE116
；                     式3
本机原来速度在第一相区或第四相区时，由该式求出的
Figure 54586DEST_PATH_IMAGE114
就是本机本来的水平速度角度，如果本机的本来速度位于第二相区或第三相区时，本机本来
Figure 491252DEST_PATH_IMAGE114
值调整如下：
当本机的水平速度位于第二相区，即
Figure DEST_PATH_IMAGE118
<0, 
Figure DEST_PATH_IMAGE120
>0时，飞机的飞行角度为
       
Figure DEST_PATH_IMAGE122
；                                      式3.1
当本机的水平速度位于第三相区，即
Figure 538843DEST_PATH_IMAGE118
<0, 
Figure 35552DEST_PATH_IMAGE120
<0时，飞机的飞行角度为                              
 
Figure DEST_PATH_IMAGE124
;                                     式3.2
为避免冲突，本机飞行角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE126
：         
Figure DEST_PATH_IMAGE128
                             式4
式4求出的角度范围为(-90,90)，即本机改变后速度在第一或第四相区时，由该式求出的
Figure 168593DEST_PATH_IMAGE126
就是飞机本来的水平速度角度，如果本机的改变后速度位于第二相区或第三相区时，目标机本来的水平速度角度值调整如下：
当本机改变飞行状态后的水平速度位于第二相区，即
Figure 408951DEST_PATH_IMAGE118
<0, >0时，本机改变后的飞行角度为：
       
Figure DEST_PATH_IMAGE130
；                               式2.4.1
      当本机改变飞行状态后的水平速度位于第三相区，即
Figure 854024DEST_PATH_IMAGE118
<0, <0时，本机改变后的飞行角度为:                            
 
Figure DEST_PATH_IMAGE132
;                             式2.4.2
由上述可得，本机避开冲突需要改变的角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE134
：
Figure DEST_PATH_IMAGE136
；                             式2.5
飞行员按照
Figure 258690DEST_PATH_IMAGE134
改变飞机航向角即可解决冲突。
改变水平速度解决冲突
如图6所示，所有飞机垂直速度不变，以本机为原点建立平面坐标系，目标机速度
Figure 890660DEST_PATH_IMAGE096
，本机速度为
Figure 729171DEST_PATH_IMAGE098
，存在冲突时，目标机将以相对速度v进入本机保护区。
为避免冲突，本机在航向角不变的前提下改变水平速率，新速度为
Figure 774488DEST_PATH_IMAGE100
（
Figure 418965DEST_PATH_IMAGE102
，
Figure 905441DEST_PATH_IMAGE104
），则坐标平移后目标机新的相对速度为，外推航迹与本机保护区域相切。
（，
Figure 505421DEST_PATH_IMAGE104
）=
Figure DEST_PATH_IMAGE138
                             式2.3
通过当前的相对位置和保护区水平半径D，可得，当前点到保护区的切线角斜率k。
  
Figure DEST_PATH_IMAGE140
                                         式2.4
解式2.4可求得速率变化系数
Figure DEST_PATH_IMAGE142
值
  
Figure DEST_PATH_IMAGE144
                                           式2.8
其中
Figure 236617DEST_PATH_IMAGE102
是改变后的本机x轴方向的速度，
Figure 700089DEST_PATH_IMAGE104
是改变后的自己飞机y轴方向的速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE146
是改变后的本机x轴方向的速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE148
是改变后的自己飞机y轴方向的速度。飞行员按照速率变化系数计算得到的本机新速度
Figure 253747DEST_PATH_IMAGE090
飞行即可解决冲突。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种空中目标的冲突解决方法，其具体方法如下：在本机周围设置保护区域，所述保护区域为圆柱体，本机内设置冲突检测模块和冲突解决模块，所述冲突检测模块检测是否有目标飞机进入或将进入本机保护区域，如果目标飞机进入或将进入本机保护区域，报警模块启动，发出报警信号，其中目标飞机将进入本机保护区域的阀值时间为T；所述冲突解决模块根据检测模块检测到的数据调整本机的航行方式；
所述冲突检测模块的具体检测方法为：
当目标飞机和本机相对垂直速度为0时，冲突产生的条件为目标飞机垂直方向上已处于本机保护区：                                                
Figure 201110120283X100001DEST_PATH_IMAGE001
，且目标飞机水平方向上将进入本机保护区： 
Figure 201110120283X100001DEST_PATH_IMAGE002
<T且
Figure 201110120283X100001DEST_PATH_IMAGE003
> 0；
其中：
Figure 201110120283X100001DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 201110120283X100001DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 201110120283X100001DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 201110120283X100001DEST_PATH_IMAGE008
， 
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，， 
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为本机位置，
Figure 201110120283X100001DEST_PATH_IMAGE012
为本机速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为目标飞机位置，为目标飞机速度；
Figure 220928DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 200386DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 291707DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 749233DEST_PATH_IMAGE014
均为三维分量，D为保护区域底面半径，H为保护区域垂直半高，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为本机和目标飞机的垂直高度差；
当目标飞机和本机相对垂直速度不为0，冲突产生的条件为目标飞机垂直方向及水平方向将进入本机保护区：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
< T、
Figure 438972DEST_PATH_IMAGE003
> 0、
Figure DEST_PATH_IMAGE017
<T、 
Figure DEST_PATH_IMAGE018
>0，<
Figure 777735DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 976635DEST_PATH_IMAGE017
<；
其中：
Figure 12779DEST_PATH_IMAGE017
为目标飞机垂直方向进入本机保护区的时间，
Figure 580158DEST_PATH_IMAGE018
目标飞机垂直方向离开保护区的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，，
Figure 89823DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 581984DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 220948DEST_PATH_IMAGE007
，，
Figure 14909DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 661660DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 452898DEST_PATH_IMAGE011
为本机位置，
Figure 344762DEST_PATH_IMAGE012
为本机速度，
Figure 905056DEST_PATH_IMAGE013
为目标飞机位置，
Figure 988288DEST_PATH_IMAGE014
为目标飞机速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为本机和目标飞机相对垂直速度；
Figure 876609DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 70699DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 485500DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 303414DEST_PATH_IMAGE014
均为三维分量，D为保护区域底面半径，H为保护区域垂直半高，
Figure 52934DEST_PATH_IMAGE015
为本机和目标飞机的垂直高度差；
所述冲突解决模块包括垂直方向上的冲突解决方式和水平方向的冲突解决方式；
所述冲突检测方法包括计算产生冲突的时间，当目标飞机在垂直方向位于本机保护区内，且当水平方向进入保护区时，冲突时间等于水平方向进入保护区的时间 ：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
=；当目标飞机在水平方向位于本机保护区，且当垂直方向进入保护区时，冲突时间等于垂直方向进入保护区的时间：
Figure 195388DEST_PATH_IMAGE022
=；当垂直方向和水平方向都进入保护区时，冲突时间等于水平、垂直方向均位于保护区的时间，即
Figure 109434DEST_PATH_IMAGE017
或
Figure 396059DEST_PATH_IMAGE002
的最大值；
所述冲突检测方法包括计算产生冲突的位置：根据本机的三维坐标位置（
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
）和x、y、z轴方向的速度（
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
），可得冲突位置：
；
垂直方向的冲突解决方式是改变本机的高度，通过计算发生冲突的时间和需要改变的本机高度，以及飞机当前的垂直速度，可得本机避免冲突需要的上升/下降垂直速度：上升速度vup和下降速度vdown分别为：
      
Figure DEST_PATH_IMAGE030
      
Figure DEST_PATH_IMAGE031
其中：
Figure 267676DEST_PATH_IMAGE028
为本机在垂直方向上的初始速度，
Figure 427393DEST_PATH_IMAGE022
为发生冲突的时间，H为保护区域垂直半高，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为需要改变的本机高度；
水平方向的冲突解决方式包括改变本机的水平飞行速度和水平角度，通过改变本机的水平速度和角度使目标飞机的飞行轨迹与本机保护区边沿相切，该切线即为最低改变解决冲突的飞行运动轨迹。
2.如权利要求1所述的冲突解决方法，其特征在于所述圆柱体的保护区域底面半径D为5海里，垂直半高H为500英尺。
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