CN102509476A - 一种短期飞行冲突解脱方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空管ATC系统监视数据的短期飞行冲突解脱方法，涉及空中交通管理技术领域该方法主要是在确定存在短期飞行冲突后，对潜在的飞行冲突航迹对均按当前的飞行趋势，首先建立到达最接近点CPA的路径模型，然后通过计算解脱方向、初始强度等得到初始解脱方案，最后通过航迹协商机制确定最终的解脱方案。本发明使地面管制员可以在第一时间内得到按防撞逻辑自动生成的飞行冲突解脱方案，从而使管制员有充分的时间考虑此方案的可行性以及与飞行员协商并执行此方案。提高了管制员处理飞行冲突的自动化程度。

Description

一种短期飞行冲突解脱方法

技术领域

本发明涉及空中交通管理技术领域，具体来说是利用地面雷达等设备获得的空管监视数据，在空管自动化系统(ATC：Air Traffic Control Automation System)检测到短期飞行冲突(STC：Short Term Conflict)后，给出相应的冲突解脱的方法，即一种基于空管ATC系统监视数据的短期飞行冲突解脱方法

背景技术

在空中交通管理中，空管自动化系统通过雷达等监视手段获得飞机的实时监视信息，使位于地面的管制员能及时判断和掌握空中交通态势，通过指挥空中飞机的飞行，保证了空中飞机在垂直、水平和纵向方向上的间隔，从而避免空中飞机之间潜在的碰撞危险。空中航空器之间潜在的危险也称为飞行冲突，判断飞机之间是否出现冲突的技术称为冲突检测；在冲突发生后，使飞机脱离相撞危险的措施称为冲突解脱。

安装在地面的空管自动化系统通常有短期的冲突检测(STCA：Short TermConflict Alert)功能，但没有冲突解脱功能，需要由管制员给出解脱措施，并由飞行员实施。由于这个解脱措施由管制员根据经验和管制规则确定，具有相当的随意性和不确定性。但是安装在飞机上的机载防撞系统(ACAS：AirborneCollision Avoidance System)却可以给出确定性的防撞解脱措施。因此，一旦地面管制员和机载防撞系统给出不同的解脱建议，将使飞行员无所适从，这给空中交通安全带来了很大的隐患。

如果能在位于地面的空管自动化系统中，根据类似机载防撞系统的逻辑给出相应的解脱措施，则可以避免出现上述不一致的情况，从而消除隐患，提高空中交通的安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于空管ATC系统监视数据的短期飞行冲突解脱方法，旨在避免出现飞行冲突时，管制员发出的解脱指令与随后机载防撞系统可能发出的冲突解脱指令不一致的现象，从而消除隐患，提高空中交通安全。

实现本发明目的之技术解决方案如下：一种基于空管ATC系统监视数据的短期飞行冲突解脱方法，包括如下步骤：

1)输入飞行冲突航迹对；2)建立达到CPA路径模型；3)冲突协商：包括3.1)初始方向选择、3.2)方向监测及反转、3.3)初始强度选择、3.4)强度监测及变化、3.5)预先设定解脱方案；4)冲突解脱方案生成并继续冲突协商。

所述建立达到CPA路径模型的步骤是：

2.1)飞行冲突航迹对当前位置；2.12)按趋势估计CPA位置；2.13)推算到达CPA位置；包括确定初始的方向以及初始的强度：2.2)与STCA允许间隔比较判断：如果均满足间隔标准，则选择间隔大的方向，进入步骤2.3)；如果只有一个满足间隔标准，则选择满足间隔的方向，也进入步骤2.3)；如果均不满足间隔标准，进入下一步；2.21)计算增加或降低上升下降速度方案并返回步骤2.13)；2.6)确定最终方案。

所述初始方向选择，方向监测及反转的步骤是：

3.1)飞行冲突航迹对当前位置；3.11)一致性监视判断：如果双方均正常，3.12)持续监视是否有冲突，如果没有，3.13)冲突结束；如果有，返回到步骤3.1)；如果双方均不正常，3.4)对冲突双方警告，3.41)按趋势判断是否修改强度、方向；3.5)进入重新检测解脱建议；返回到步骤3.11)；如果单方正常，3.2)对未按解脱建议操作方警告；3.21)判断单方增加强度能否解脱，如果是，3.22)修改单方强度，直至增加强度；如果否，3.3)判断单方反转能否解脱，如果是，3.31)翻转单方方向直至增加强度；如果否，3.32)直接增加强度并返回步骤3.5)。

所述初始强度选择，强度监测及变化的步骤是：

4.1)给定飞机的上升下降方向和强度；4.2)计算飞机当前的上升下降率；4.3)计算实际上升下降方向和强度；4.4)判断方向是否正确，如果回答否，立即告警；如果回答是，4.5)判断强度是否正确，如果回答否，立即告警；如果回答是，则进入下一步结束。

在确定存在短期飞行冲突后，对潜在的飞行冲突航迹对均按当前的飞行趋势，首先建立到达最接近点CPA(Closest Point of Approach)的路径模型，然后通过计算解脱方向、初始强度等得到初始解脱方案，最后通过航迹协商机制确定最终的解脱方案。

本发明的优点与有益效果如下：

1、本发明使地面管制员可以得到按防撞逻辑自动生成的飞行冲突解脱方案，提高了管制员处理飞行冲突的自动化程度。

2、本发明使地面管制员可以在第一时间内得到与机载防撞系统相似逻辑的飞行冲突解脱方案，从而使管制员有充分的时间考虑此方案的可行性，以及与飞行员协商并执行此方案。

3、本发明在考虑人工解脱时依据的条件的同时，也考虑了ACAS解脱的逻辑顺序，使解脱方案不会与随后的ACAS解脱方案矛盾，增加了解脱方案的可行性，降低了碰撞的危险性。

4、本发明已应用在某空管ATC系统中，效果显著。

附图说明

图1是本发明所述飞行冲突解脱方法步骤框图示意图。

图2是飞行冲突解脱方法中解脱方向和强度的初始选择流程框图示意图。

图3是飞行冲突解脱方法中方向和强度监测及反转变化流程框图示意图。

图4是飞行冲突解脱方法中飞行冲突解脱方案一致性监视步骤框图示意图。

图5是本发明应用的一个实施例。

图6是本发明又一实施例。

具体实施方式

结合附图给出实施例对本发明作进一步的具体说明。参见图1至图4可知，对潜在的飞行冲突航迹对，按照图2示意的方式建立到达CPA点的路径模型，确定CPA点的位置；按图3示意的方式确定初始的方向即上升与下降，以及初始的强度即加强与减弱；然后按图3所示意的方式进行方向监测及反转，以及强度监测及变化；最后生成最终的冲突解脱方案。

CPA点的计算方式如下：以第一架飞机航迹为坐标中心，另一架飞机的相对位置为(x，y，z)，相对速度为(vx，vy，vz)，则距离两者的斜距为：

$d=\sqrt{x^2+y^2+z^2}$

在斜距方向的接近速度为(vx，vy，vz)，水平间距为x，垂直间距为y。

则预留时间为：

$t=\frac{d}{\sqrt{{\mathrm{vx}}^2+{\mathrm{vy}}^2+{\mathrm{vz}}^2}};$

则第一架飞机的CPA点的位置为：

则另一架飞机的CPA点的位置为：

空管ATC系统监视数据的短期飞行冲突解脱方法，包括如下步骤：

1)输入飞行冲突航迹对；2)建立达到CPA路径模型；3)冲突协商：包括3.1)初始方向选择、3.2)方向监测及反转、3.3)初始强度选择、3.4)强度监测及变化、3.5)预先设定解脱方案；4)冲突解脱方案生成并继续冲突协商。

建立达到CPA路径模型的步骤是：

2.1)飞行冲突航迹对当前位置；2.12)按趋势估计CPA位置；2.13)推算到达CPA位置；包括确定初始的方向以及初始的强度：2.2)与STCA允许间隔比较判断：如果均满足间隔标准，则选择间隔大的方向，进入步骤2.3)；如果只有一个满足间隔标准，则选择满足间隔的方向，也进入步骤2.3)；如果均不满足间隔标准，进入下一步；2.21)计算增加或降低上升下降速度方案并返回步骤2.13)；2.3)确定最终方案。为实现与TCAS系统的兼容，短期飞行冲突解脱采用上升下降两种解脱方向，采用保持/加速、减少两种强度作为解脱强度。

第一步，在计算出CPA位置点后，首先按预先设定的上升下降方案，推算到达CPA时冲突航迹对的各自位置；

第二步，通过与STCA允许的间隔进行比较，如果每种方案都满足，则选择航迹不交叉的，间隔增大的方向；若只有一个方向满足，则选择该方向；若都不满足，则计算增加/降低上升下降速度方案，然后推算到达CPA时冲突航迹对的各自位置，重复本步骤；

第三步，确定最终方向和强度。

初始方向选择，方向监测及反转的步骤是：

3.1)飞行冲突航迹对当前位置；3.11)一致性监视判断：如果双方均正常，3.12)持续监视是否有冲突，如果没有，3.13)冲突结束；如果有，返回到步骤3.1)；如果双方均不正常，3.4)对冲突双方警告，3.41)按趋势判断是否修改强度、方向；3.5)进入重新检测解脱建议；返回到步骤3.11)；如果单方正常，3.2)对按解脱建议操作方警告；3.21)判断比较单方增加强度能否解脱，如果是，3.22)修改单方强度，直至增加强度；如果否，3.3)判断比较单方反转能否解脱，如果是，3.31)翻转单方方向直至增加强度；如果否，3.32)直接增加强度并返回步骤3.5)。

第一步，在发出初始解脱方案后，系统将通过图4所示意的方式，持续地对飞行冲突航迹对进行一致性监视，如果正常则对其进行持续监视，直到冲突结束，否则转第二步；

第二步，如果监视的结果是双方都不正常，则转第四步；否则是单方正常，则对未按操作方进行警告，同时计算单方增加强度是否可以解脱，如是则修改单方强度，转第五步；否则转第三步；

第三步，如果修改单方方向反转能够解脱，则修改单方方向，转第五步，否则增加强度，转第五步；

第四步，对冲突双方警告，同时按趋势判断是否修改强度、方向，转第五步；

第五步，重新检测冲突解脱建议，转第一步。

初始强度选择，强度监测及变化的步骤是：

4.1)给定飞机的上升下降方向和强度；4.2)计算飞机当前的上升下降率；4.3)计算实际上升下降方向和强度；4.4)判断比较方向是否正确，如果回答否，立即告警；如果回答是，4.5)判断比较强度是否正确，如果回答否，立即告警；如果回答是，则进入下一步结束。

图5是本发明实施例工作过程描述，从图中可知，首先是系统检测到两架飞机即一对飞行航迹，出现短期飞行冲突并告警，指STCA告警。然后本方法开始依据这两架飞机当前的飞行轨迹，建立到达最接近点CPA的路径模型。显示两架飞机的最接近点在第6点，即确定出CPA点(面)。

图6是本发明实施例具体过程，在空管系统显示屏上的冲突解脱信息显示图。本方法可直接应用在空管自动化系统中，并部署在其中的监视数据处理服务器上，其数据处理结果可显示在席位工作站上。一个典型的空管自动化系统通常由多重冗余网络连接的服务器包括通信数据处理服务器、监视数据处理服务器、飞行数据处理服务器等；席位工作站包括管制员席位工作站、助理管制员席位工作站、数据服务工作站等和网络设备构成，是实现本发明的硬件支撑系统。

Claims (4)

1.一种短期飞行冲突解脱方法，其特征是，包括如下步骤：

1)输入飞行冲突航迹对；2)建立达到CPA路径模型；3)冲突协商：包括3.1)初始方向选择、3.2)方向监测及反转、3.3)初始强度选择、3.4)强度监测及变化、3.5)预先设定解脱方案；4)冲突解脱方案生成并继续冲突协商。

2.根据权利要求1所述的一种短期飞行冲突解脱方法，其特征是，所述建立达到CPA路径模型的步骤是：

2.1)飞行冲突航迹对当前位置；2.12)按趋势估计CPA位置；2.13)推算到达CPA位置；包括确定初始的方向以及初始的强度：2.2)与STCA允许间隔比较判断：如果均满足间隔标准，则选择间隔大的方向，进入步骤2.3)；如果只有一个满足间隔标准，则选择满足间隔的方向，也进入步骤2.3)；如果均不满足间隔标准，进入下一步；2.21)计算增加或降低上升下降速度方案并返回步骤2.13)；2.3)确定最终方案。

3.根据权利要求1所述的一种短期飞行冲突解脱方法，其特征是，所述初始方向选择，方向监测及反转的步骤是：

3.1)飞行冲突航迹对当前位置；3.11)一致性监视判断：如果双方均正常，3.12)持续监视是否有冲突，如果没有，3.13)冲突结束；如果有，返回到步骤3.1)；如果双方均不正常，3.4)对冲突双方警告，3.14)按趋势判断是否修改强度、方向；3.5)进入重新检测解脱建议；返回到步骤3.11)；如果单方正常，3.2)对未按解脱建议操作方警告；3.21)判断单方增加强度能否解脱，如果是，3.22)修改单方强度，直至增加强度；如果否，3.3)判断单方反转能否解脱，如果是，3.31)翻转单方方向直至增加强度；如果否，3.32)直接增加强度并返回步骤3.5)。

4.根据权利要求1所述的一种短期飞行冲突解脱方法，其特征是，所述初始强度选择，强度监测及变化的步骤是：

4.1)给定飞机的上升下降方向和强度；4.2)计算飞机当前的上升下降率；4.3)计算实际上升下降方向和强度；4.4)判断方向是否正确，如果回答否，立即告警；如果回答是，4.5)判断强度是否正确，如果回答否，立即告警；如果回答是，则进入下一步结束。

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