CN107909856B

CN107909856B - 一种碰撞冲突探测方法及系统

Info

Publication number: CN107909856B
Application number: CN201711375959.3A
Authority: CN
Inventors: 李洪伟; 刘杰才; 李家蓬
Original assignee: Sichuan Jiuzhou ATC Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Jiuzhou ATC Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: CN107909856A

Abstract

本发明提供了一种碰撞冲突探测方法及系统，包括ADS‑B接收机、上/下全向天线、译码模块、航迹处理模块和威胁探测模块；针对本载机附近的ADS‑B目标，建立至少两级碰撞冲突区域，并根据本载机与目标飞机的运动参数，对碰撞冲突进行预测；所述运动参数包括本机与目标飞机的速度、航向和转弯率。与现有技术相比，能够独立根据ADS‑B报文信息进行碰撞冲突威胁探测；可以与ACAS设备集成，也可独立应用于未加装ACAS设备的通航飞机、无人机和直升机等，从而提高空域飞行安全。

Description

一种碰撞冲突探测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于飞行器实时位置报文的的碰撞冲突探测方法及系统，适用于空管防撞领域。

背景技术

目前的军民航飞机大多加装了机载防撞系统，新型的S模式应答机实现空管应答功能还具备ADS-B OUT功能，可以对其它飞机实时广播本机的飞行ID，实时位置、高度信息。以下就机载防撞系统和ADS-B功能分别进行介绍。

机载防撞系统（ACAS：Airborne Collision Avoidance System）产生已有三十余年，由美国联邦航空局（FAA）定义，是防止空中飞机危险接近和相撞事故发生的必不可少的设备。历经了漫长发展历程：由ACASI发展到ACASII，从提供交通告警（TA），提示飞行员附近有飞机接近，发展到提供决断告警（RA），给出垂直避让指示；ACASII从最初产品版Change6.0到目前的Change7.1，当前主流机载防撞系统仍是ACASII，可以提供交通告警和决断告警。ACAS主要用于为飞机提供空中安全分隔保证，系统采用二次雷达的方式探测附近空域的接近飞机，必要时，提醒飞行员采取规避措施以与其它飞机保持适当的安全间距，达到防碰撞的目的。通过近几年的飞行实践证明，该系统是防止飞机空中相撞的最后一道防线，也是目前最有效的手段之一，它克服了地面空中交通管制的局限性，能提供超出地面交通管制所能提供的飞行安全保证能力，对应付空中突发的危险接近，避免空中相撞有巨大的作用。系统的ACAS收发主机是实现防撞功能的关键，其通过控制天线波束指向，对飞机前、后、左、右4个区域进行扫描询问，附近装有空管应答机（S模式/ATCRBS应答机）的飞机（以下称为目标机）就会做出应答。ACAS收发主机根据收到的应答信号，获得目标机的高度、相对距离、速度、方位等目标信息，并进而计算其高度变化率、相对距离变化率，同时结合本机的位置信息和运动信息，监视、跟踪目标机，建立、更新和维护目标航迹。将监视和更新的目标航迹与本机信息综合，评估出目标机的威胁级别（OT：其它飞机，PT：接近飞机，TA：交通告警，RA：决断告警），从而产生交通咨询，或进一步依据威胁程度产生分析咨询，防止与其它飞机发生碰撞；当双方都装有防撞系统时，能够通过S模式数据链交换防撞信息，达到相互配合避让的目的。否则，机载防撞系统将引导本机实现主动避让。

广播式自动相关监视ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,）以先进的导航设备及其他机载设备产生的信息为数据源，以先进的地空/空空数据链为通信手段，通过对外自动广播自身的状态参数，实现地面对它的实时监视；同时它也接收其他飞机的广播信息，达到飞机间的相互感知，实现对周边空域交通状况全面、详细的了解，防止空中相撞事故发生。ADS-B技术克服了传统雷达监视手段的问题，具有延迟较小、更新率高、应用范围更广等优势。在ACAS系统中，ADS-B信号主要用于目标的初步探测，辅助目标监视和跟踪，协助系统完成防相撞功能，相关的技术要求已在RTCA/DO-300中明确。

现有机载防撞系统对ADS-B信息进行了有限的使用，配合二次雷达有源询问实现混合监视，用于远距离或无碰撞威胁时的空空目标监视，可以增强监视稳定性；同时可以在减少有源询问的次数，从而降低空间电磁辐射，但是，当前的设备不能独立根据ADS-B报文信息进行威胁探测，并产生告警提升。因而对于通航飞机、无人机、直升机等未加装ACAS设备的飞行器，不具备机载自主威胁探测和防撞提升的能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更高效的碰撞冲突探测方法及系统，具有能够独立根据ADS-B报文信息进行碰撞冲突威胁探测的特征。

本发明采用的技术方案如下：

一种碰撞冲突探测方法，针对本载机附近的ADS-B目标，建立至少两级碰撞冲突区域，并根据本载机与目标飞机的运动参数，对碰撞冲突进行预测；所述运动参数包括本机与目标飞机的速度、航向和转弯率。

所述方法还包括，根据预测结果，如果存在碰撞危险，则给出告警提示。

具体方法步骤为：

步骤一、ADS-B接收机接收空域中的ADS-B广播报文；

步骤二、对广播报文进行译码形成目标飞机的点迹并进行航迹处理，形成目标飞机的航迹；

步骤三、对目标飞机与本载机的位置、高度、速度和航向信息进行关联处理，根据关联处理结果进行预测；

所述步骤三中进行预测的具体方法为：对每一架运动的目标飞机，以该目标飞机为中心，建立至少两个同心圆柱状的保护空间；其中，最内层的保护空间称之为碰撞区；除碰撞区外的其他保护空间，由内向外可以称之为保护一区、保护二区和保护三区，以此类推；预测本载机是否即将进入或已进入所述该目标飞机的各个保护空间。

所述方法步骤还包括，步骤四、如果存在碰撞交汇危险，则通过图形和/或语音的方式给出告警提示。

所述碰撞区为一个固定大小的区域，其他保护空间大小按照本载机与所述该目标飞机的会合速率动态调整。

所述步骤三中进行预测的具体方法为：对每一架运动的目标飞机，以该目标飞机为中心，建立两个同心圆柱状的保护空间；其中，内部保护空间称之为碰撞区；外部的保护空间称之为保护区；预测本载机是否即将进入或已进入所述该目标飞机的保护区和碰撞区。

预测本载机是否即将进入所述该目标飞机的各个保护空间的方法为：根据本载机和所述该目标飞机的相对转弯率进行预测；所述相对转弯率为目标飞机相对本载机的相对转弯率或本载机相对目标飞机的相对转弯率。

所述方法还包括，根据本载机即将进入或进入的各个保护空间，进行相应的告警。

基于上述碰撞冲突探测方法的碰撞冲突探测系统，其特征在于：包括，

ADS-B接收机，通过上/下全向天线接收空域中的ADS-B广播报文；

译码模块，对接收的ADS-B广播报文进行译码形成目标飞机的点迹；

航迹处理模块，将译码后的点迹进行航迹处理，形成目标飞机的航迹；

威胁探测模块，根据本载机与目标飞机的运动参数，对碰撞冲突进行预测。

还包括告警模块，根据预测结果，如果存在碰撞危险，则给出告警提示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够独立根据ADS-B报文信息进行碰撞冲突威胁探测；可以与ACAS设备集成，也可独立应用于未加装ACAS设备的通航飞机、无人机和直升机等，从而提高空域飞行安全。

附图说明

图1为本发明其中一实施例的方法流程图。

图2为本发明其中一实施例的目标飞机保护区域示意图。

图3为本发明其中一实施例的相对转弯率估计预测示意图。

图4为本发明其中一实施例的预测告警示意图。

图5为本发明其中一实施例的系统框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

具体实施例1

一种碰撞冲突探测方法，如图1所示为本发明其中的一个具体实施例，针对本载机附近的ADS-B目标，建立至少两级碰撞冲突区域，并根据本机与目标飞机的运动参数，对碰撞冲突进行预测；所述运动参数包括本机与目标飞机的速度、航向和转弯率。

本碰撞冲突探测方法能够独立于传统ACAS系统进行运行，并根据本机和目标飞机的速度、航向、转弯率等运动参数，对碰撞冲突进行预测。

具体实施例2

在具体实施例1的基础上，所述方法还包括，根据预测结果，如果存在碰撞危险，则给出告警提示，在预测的同时给出告警。

具体实施例3

在具体实施例1或2的基础上，具体方法步骤为：

步骤一、ADS-B接收机接收空域中的ADS-B广播报文；

具体实施例4

在具体实施例3的基础上，所述方法步骤还包括，步骤四、如果存在碰撞交汇危险，则通过图形和/或语音的方式给出告警提示。

具体实施例5

在具体实施例3或4的基础上，所述碰撞区为一个固定大小的区域，其他保护空间大小按照本载机与所述该目标飞机的会合速率动态调整。

具体实施例6

在具体实施例3到5之一的基础上，所述步骤三中进行预测的具体方法为：对每一架运动的目标飞机，以该目标飞机为中心，建立两个同心圆柱状的保护空间；其中，内部保护空间称之为碰撞区（CAZ：Collision Airspace Zone）；外部的保护空间称之为保护区（PAZ，Protected Airspace Zone）；预测本载机是否即将进入或已进入所述该目标飞机的保护区和碰撞区。

如图2所示，在本具体实施例中，水平保护空间为同心圆柱体的圆形横截面，垂直保护空间为同心圆柱的柱状体。保护空间CAZ区域为一个固定的保护空间，PAZ区域可以按照会合速率动态调整。

具体实施例7

在具体实施例3到6之一的基础上，预测本载机是否即将进入所述该目标飞机的各个保护空间的方法为：根据本载机和所述该目标飞机的相对转弯率进行预测；所述相对转弯率为目标飞机相对本载机的相对转弯率或本载机相对目标飞机的相对转弯率。

如图3所示，在本具体实施例中，所述相对转弯率为目标飞机相对本载机的相对转弯率，可以设置在默认状态本载机既定航向为直线水平飞行下，目标飞机相对于本载机的相对固定转弯率。

如图4所示，在固定的转弯率下，两者的几个相对几何会合形状是动态变化的，因而会合速率会变化，动态的保护区随着会合速率的减小而减小。

具体实施例8

在具体实施例3到7之一的基础上，所述方法还包括，根据本载机即将进入或进入的各个保护空间，进行相应的告警。

如图4所示，预测本载机在设定阈值时间内即将进入PAZ区域，则发布初始告警，如果目标飞机未改变飞行轨迹，导致本载机进入该目标飞机PAZ区域，则再次发布告警；如果预测本载机在设定阈值时间内即将进入CAZ区域，则再次发布告警；如果目标飞机未改变飞行轨迹，导致本载机进入该目标飞机CAZ区域，则再次发布告警。这里，两个设定的阈值时间可以相同，也可以不同，根据实际需求进行设置和调整。上述4种告警只是其中一种告警设置方式，也可以根据需要进行设置需要的告警及告警方式。

具体实施例9

在具体实施例1到8之一基础上的碰撞冲突探测系统，如图5所示，包括，

本系统可以与ACAS设备集成，也可以独立应用于未加装ACAS设备的通航飞机、无人机和直升机等，从而提高空域飞行安全。

具体实施例10

在具体实施例9的基础上，还包括告警模块，根据预测结果，如果存在碰撞危险，则给出告警提示。

Claims

1.一种碰撞冲突探测方法，针对本载机附近的ADS-B目标，建立至少两级碰撞冲突区域，并根据本载机与目标飞机的运动参数，对碰撞冲突进行预测；所述运动参数包括本机与目标飞机的速度、航向和转弯率；

具体方法步骤为：

步骤一、ADS-B接收机接收空域中的ADS-B广播报文；

所述步骤三中进行预测的具体方法为：对每一架运动的目标飞机，以该目标飞机为中心，建立至少两个同心圆柱状的保护空间；其中，最内层的保护空间称之为碰撞区；除碰撞区外的其他保护空间，由内向外可以称之为保护一区、保护二区和保护三区，以此类推；预测本载机是否即将进入或已进入所述该目标飞机的各个保护空间；

所述预测本载机是否即将进入所述该目标飞机的各个保护空间的方法为：根据本载机和所述该目标飞机的相对转弯率进行预测；所述相对转弯率为目标飞机相对本载机的相对转弯率或本载机相对目标飞机的相对转弯率；

所述相对转弯率为目标飞机相对本载机的相对转弯率，设置在默认状态本载机既定航向为直线水平飞行下，目标飞机相对于本载机的相对固定转弯率，在固定的转弯率下，两者的几个相对几何会合形状是动态变化的，因而会合速率会变化，动态的保护区随着会合速率的减小而减小。

2.根据权利要求1所述的碰撞冲突探测方法，所述方法还包括，根据预测结果，如果存在碰撞危险，则给出告警提示。

3.根据权利要求1所述的碰撞冲突探测方法，所述方法步骤还包括，步骤四、如果存在碰撞交汇危险，则通过图形和/或语音的方式给出告警提示。

4.根据权利要求1所述的碰撞冲突探测方法，所述碰撞区为一个固定大小的区域，其他保护空间大小按照本载机与所述该目标飞机的会合速率动态调整。

5.根据权利要求1所述的碰撞冲突探测方法，所述步骤三中进行预测的具体方法为：对每一架运动的目标飞机，以该目标飞机为中心，建立两个同心圆柱状的保护空间；其中，内部保护空间称之为碰撞区；外部的保护空间称之为保护区；预测本载机是否即将进入或已进入所述该目标飞机的保护区和碰撞区。

6.根据权利要求3到5之一所述的碰撞冲突探测方法，所述方法还包括，根据本载机即将进入或进入的各个保护空间，进行相应的告警。

7.基于权利要求1到6之一所述碰撞冲突探测方法的碰撞冲突探测系统，其特征在于：包括，

8.根据权利要求7所述的碰撞冲突探测系统，其特征在于：还包括告警模块，根据预测结果，如果存在碰撞危险，则给出告警提示。