CN111653130B - 基于ads-b的防撞检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于ADS‑B的防撞检测方法，包括依次进行的以下步骤：建立一个三层球体保护区，三层球体保护区以本机为中心，由内至外依次为冲突区域、保护区域及监视区域；获取本机和入侵飞机的飞行数据；分析飞行趋势，若两机为远离或静止飞行，则不再进行碰撞分析，若两机为接近飞行则进入下一步骤；根据水平方向航向位置关系和航向角判断本机与入侵飞机是否存在碰撞的危险，若存在则进入下一步骤；根据两机前一时刻的飞行数据和此刻的飞行数据构建飞行轨迹公式，计算两机的最接近距离，若最接近距离大于本机冲突区域的半径，则判定两机不会发生碰撞，否则判定两机具有发送碰撞的危险。本发明应用时，检测周期短，能提升检测准确率。

Description

基于ADS-B的防撞检测方法

技术领域

本发明涉及空中交通管制领域，具体是基于ADS-B的防撞检测方法。

背景技术

近年来我国开始重视通用航空的发展，逐渐开放低空空域，多个地区通用航空发展已取得明显的成果。近几年我国运输飞机的增速超过10％，通航飞机数量保持高速的增长，2018年我国在册的运输飞机数量达到3639架，通航飞机数量达到2459架，无人机数量达到287000架。航空器的数量快速的增加，对于空中交通是一个巨大的挑战。空中交通警戒与防撞系统(Traffic alerting and Collision Avoidance System，TCAS)系统成功的运用于运输航空，但TCAS系统不适用通航的飞机，使得通用航空飞机在空中飞行时存在巨大的安全隐患。进入21世纪以来，飞机相撞事件屡屡发生，数据表明90％以上的飞机相撞事故发生在地空，且大部分为通用航空。

ADS-B技术是国际民航组织主推的航空监视技术，也是我国民航现阶段正大力推进的四大航行新技术之一。ADS-B包括ADS-B OUT和ADS-B IN。ADS-B OUT周期性地广播飞机的飞行信息，包括航空器的ID、经度、纬度、时间、高度、航向等；ADS-B IN接收周围的ADS-B信息。ADS-B能够提高空域利用率，减轻云或能见度造成的限制，改善空中交通管制，防止飞机碰撞和引导安全飞行，提供充分，有效的监视。ADS-B的信号源主要有全球卫星导航系统(GNSS)、惯性基准系统(IRS)、惯性导航系统(INS)、飞行管理系统(FMS)、其他机载传感器系统，这些系统均对地面设备没有依赖性。ICAO公布的ADS-B的传输数据链为1090SE模式，在1090SE模式中数据的长度达到112位，更新率为2次/秒，有效的广播范围达到200海里。

ADS-B是新航行系统中非常重要的通信和监视技术，它把冲突探测、冲突避免、冲突解决、ATC监视以及CDTI信息显示有机结合起来，为新航行系统增强和扩展了非常丰富的功能，同时也带来了潜在的经济效益和社会效益。冲突检测是对出现在本机周围的飞机通过算法进行分析，判断是否会与本机生碰撞。目前已有大量的冲突检测方法，如Stratway算法、概率网格检测(PGD)、闭环快速探索随机树(CL-RRT)算法、闭环快速探索随机树(CL-RRT)算法等。其中，Stratway算法为美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心开发的一个模块化算法，其使用精确的短期ADS-B信息进行速度状态轨迹估计，使飞机之间实时有效地保持安全的间隔距离。概率网格检测(PGD)是关于飞机同时到达同一扇区的概率的加权网格，每架飞机每秒会产生多个网格，通过概率网格的数值可以判断飞机是否会发生碰撞。闭环快速探索随机树(CL-RRT)算法检查预测路径和移动障碍物之间是否发生碰撞,每个时刻估计无人机和障碍物之间的距离，通过这种方法来避免碰撞危险的发生。此外，许多学者也研究了基于CPA点预测、时间轴、水平和垂直方向的碰撞检测算法。然而，现有冲突检测方法大部分是对飞机飞行轨迹的预测，普遍存在检测效率和准确性低的问题，显然不能适应越来越繁忙的空域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有冲突检测方法存在检测效率和准确性低的问题，提供了一种基于ADS-B的防撞检测方法，其检测周期短，效率高，并能提升检测准确率，能适应越来越繁忙的空域。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：基于ADS-B的防撞检测方法，包括依次进行的以下步骤：

步骤1、建立一个三层球体保护区，其中，三层球体保护区以本机为中心，由内至外依次为冲突区域、保护区域及监视区域；

步骤2、获取本机和入侵至三层球体保护区的入侵飞机的飞行数据；

步骤3、分析本机与入侵至三层球体保护区的入侵飞机的飞行趋势，若两机为远离飞行或静止飞行，则不再进行碰撞分析，若两机为接近飞行，则进入下一步骤；

步骤4、根据水平方向航向位置关系和航向角判断本机与入侵飞机是否存在碰撞的危险，若不存在则不再进行碰撞分析，若存在则进入下一步骤；

步骤5、根据两机前一时刻的飞行数据和此刻的飞行数据构建飞行轨迹公式，通过两机的飞行轨迹公式计算两机的最接近距离，如果最接近距离大于本机冲突区域的半径，则判定两机不会发生碰撞，否则判定两机具有发送碰撞的危险，立即发出告警信息。

目前对于飞机冲突区域的划分主要有两种模型，一种是圆柱体模型；另一种是球体模型。其中，圆柱体划分方式通常是将飞机周围的区域划分为两个部分：冲突区域(Conflict area，CAZ)和保护区域(Protected area，PAZ)。冲突区域采用ATC规定的区域大小，即以本机为中心，水平面半径为9.26km，上下0.366km的圆柱体区域；保护区域的大小根据不同的机型设定。其中，以圆柱体为模型的冲突探测方法存在计算量大、虚警和漏警概率高、区域划分不准确等问题。球体划分方式是以本机为中心，将每一架飞机周围的区域划分为保护区域(PAZ)和冲突区域(CAZ)，保护区域和冲突区域均以飞机中心作为球心，较大球体和较小球体分别为冲突区域和冲突区域。本发明结合ADS-B监视范围广和数据更新快的特点，扩大了监视范围，将飞机周围的区域划分为三个保护区：监视区域(Surveillancearea，SAZ)、保护区域(PAZ)、冲突区域(CAZ)，建立了三层球体保护区模型，将没有危险的飞机提前排除，更大范围的监视周围的飞机。当有飞机出现在三层球体保护区时，首先进行水平方向的判断，判断两机的飞行趋势和航向角关系，若水平方向上两机仍然具有碰撞危险，再进行最接近距离分析，确定入侵飞机是否会与本机产生碰撞，如果存在碰撞危险，则发出告警信息。

进一步的，所述冲突区域的半径为5n mile，监视区域的半径为50n mile，所述保护区域半径R_PAZ的计算公式为：

R_PAZ＝R_CAZ+Max(0,V(t))T

其中，R_CAZ为冲突区域半径，V(t)为本机和入侵飞机在t时刻的相对速度，T为保护区域的水平和垂直预留时间。本发明三个区域的半径根据ADS-B接收信息的有效距离和ATC规定而定。根据ICAO间隔和空域安全专家组对ADS-B提供类雷达服务下间隔的安全性给出的评估结论：航路和终端区可采用5n mile的最小间隔，因此，本发明将冲突区域的半径设置为5n mile。本发明监视区域的半径设置为50n mile，保护区域的半径在冲突区域的基础上，根据入侵飞机航迹和相对速度来动态设置，保护区域为冲突区域外侧到监视区域之间的部分。

进一步的，所述步骤2中获取的飞行数据包括飞机在WGS-84坐标系下的地理位置、飞机的速度、飞机的航向角及飞机的俯仰角；其中，本机的信息包括(x1,y1,h1,V1,ω1，θ)，x1、y1、h1为本机在WGS-84坐标系下的地理位置，V1为本机的速度，ω1为本机此时的航向角，θ1为本机的俯仰角；入侵飞机的信息包括(x2,y2,h2,V2,ω2，θ)，x2、y2、h2为入侵飞机在WGS-84坐标系下的地理位置，V2为入侵飞机的速度，ω2为入侵飞机此时的航向角，θ2为入侵飞机的俯仰角。

进一步的，所述步骤3中分析飞机的飞行趋势包括以下步骤：

S31、将飞机的速度分解为x、y、h三个方向的速度，其中，本机在水平上X方向的速度为V_x1，本机在水平上Y方向的速度为V_y1，入侵飞机在水平上X方向的速度为V_x2，入侵飞机在水平上Y方向的速度为V_y2；

S32、采用以下公式判断本机与入侵飞机的飞行趋势：

S₁＝(x₁-X₂)(V_X1-V_X2)+(Y₁-Y₂)(V_Y1-V_Y2)

当S₁＞0表示两机远离飞行，S₁＜0表示两机接近飞行，S₁＝0表示两机相对静止飞行。

进一步的，所述步骤4进行碰撞分析具体包括以下步骤：

根据两机在水平上的坐标结合航向得出入侵飞机相对于本机的位置关系：左前侧、左后侧、右前侧、右后侧；

当入侵飞机在本机右前侧时，ω1与ω2关系为ω₂∈(ω₁，ω₁+π)时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机右后侧时，ω1与ω2关系为

时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机左前侧时，ω1与ω2关系为ω₂∈(ω₁+π，ω₁+2π)时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机左后侧时，ω1与ω2关系为

时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在相应的位置上航向角不满足上述四种包含关系时，则判定两机具有碰撞的危险。

进一步的，所述步骤5中本机前一时刻的飞行数据点为(x1_t-1,y1_t-1,h1_t-1)，此时刻的飞行数据点为(x1_t,y1_t,h1_t)，构建的本机的飞行轨迹为：

入侵飞机前一时刻的飞行数据点为(x2_t-1,y2_t-1,h2_t-1)，此时刻的飞行数据点为(x2_t,y2_t,h2_t)，构建的入侵飞机的飞行轨迹为：

结合本机的飞行轨迹和入侵飞机的飞行轨迹采用以下公式计算两机最接近距离：

式中，v₁＝(x1_t-x1_t-1，y1_t-y1_t-1，h1_t-h1_t-1)，v₂＝(x2_t-x2_t-1，y2_t-y2_t-1，h2_t-h2_t-1)，M₁＝(x1_t,y1_t,h1_t)，M₂＝(x2_t,y2_t,h2_t)；

计算最接近距离d与本机的冲突区域半径R_CAZ差值，计算公式为：

S₂＝d-R_CAZ

若S₂>0则表示两机不会相撞，若S₂<＝0表示两机的最接近距离小于或等于本机的冲突区域的半径，则两机具有碰撞的危险，立即发出告警信息。

进一步的，所述步骤2与步骤3之间还包括以下步骤：基于ADS-B报文数据校验位检测获取的数据是否合格，若是则进入步骤3，若否则返回步骤2重新获取数据。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明利用ADS-B优势，扩大飞机的保护区范围，在保护区域和冲突区域的基础上增加了监视区域。根据ADS-B接收到的信息，对出现在三层球体保护区的飞机，在水平方向上采用两机的真航向进行判断，再分析两机的最接近距离，综合判断入侵飞机是否会与本机产生碰撞，如果存在碰撞危险，则发出告警信息。本发明为新提出的空中交通防撞方法，具有检测周期短、方法高效、检测准确等优点，能适应越来越繁忙的空域。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一个具体实施例的流程图；

图2为本发明一个具体实施例的飞机冲突区域划分图；

图3为本发明一个具体实施例的飞机水平方向投影图；

图4为入侵飞机与本机相对位置关系图；

图5为本发明进行仿真试验时的交通态势图；

图6为本发明进行仿真试验时冲突飞机数量变化图；

图7为本发明进行仿真试验时冲突飞机概率图；

图8为本发明进行仿真试验时冲突飞机分析图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1～图3所示，基于ADS-B的防撞检测方法，包括依次进行的以下步骤：步骤1、建立一个三层球体保护区，其中，三层球体保护区以本机为中心，由内至外依次为冲突区域、保护区域及监视区域；步骤2、获取本机和入侵至三层球体保护区的入侵飞机的飞行数据；步骤3、分析本机与入侵至三层球体保护区的入侵飞机的飞行趋势，若两机为远离飞行或静止飞行，则不再进行碰撞分析，若两机为接近飞行，则进入下一步骤；步骤4、根据水平方向航向位置关系和航向角判断本机与入侵飞机是否存在碰撞的危险，若不存在则不再进行碰撞分析，若存在则进入下一步骤；步骤5、根据两机前一时刻的飞行数据和此刻的飞行数据构建飞行轨迹公式，通过两机的飞行轨迹公式计算两机的最接近距离，如果最接近距离大于本机冲突区域的半径，则判定两机不会发生碰撞，否则判定两机具有发送碰撞的危险，立即发出告警信息。本实施例的步骤2与步骤3之间还包括以下步骤：基于ADS-B报文数据校验位检测获取的数据是否合格，若是则进入步骤3，若否则返回步骤2重新获取数据。飞机纵轴前方的延长线定义为航向线，从飞机所在位置经线北端顺时量到航向线的角度极为航向角，航向角的范围为0°～360°，本实施例步骤4中采用真航向(TH-True Heading)作为判断依据。本实施例进行每次检测前，均先对数据进行初始化处理。

本实施例中冲突区域的半径为5n mile，监视区域的半径为50n mile，所述保护区域半径R_PAZ的计算公式为：

R_PAZ＝R_CAZ+Max(0,V(t))T

其中，R_CAZ为冲突区域半径，V(t)为本机和入侵飞机在t时刻的相对速度，T为保护区域的水平和垂直预留时间，本实施例中T取值为10s。

本实施例步骤2中获取的飞行数据包括飞机在WGS-84坐标系下的地理位置、飞机的速度、飞机的航向角及飞机的俯仰角。其中，本机的信息包括(x1,y1,h1,V1,ω1，θ)，x1、y1、h1为本机在WGS-84坐标系下的地理位置，V1为本机的速度，ω1为本机此时的航向角，θ1为本机的俯仰角；入侵飞机的信息包括(x2,y2,h2,V2,ω2，θ)，x2、y2、h2为入侵飞机在WGS-84坐标系下的地理位置，V2为入侵飞机的速度，ω2为入侵飞机此时的航向角，θ2为入侵飞机的俯仰角。

本实施例步骤3中分析飞机的飞行趋势包括以下步骤：S31、将飞机的速度分解为x、y、h三个方向的速度，其中，本机在水平上X方向的速度为V_x1，本机在水平上Y方向的速度为V_y1，入侵飞机在水平上X方向的速度为V_x2，入侵飞机在水平上Y方向的速度为V_y2；

S32、采用以下公式判断本机与入侵飞机的飞行趋势：

S₁＝(x₁-X₂)(V_X1-V_X2)+(Y₁-Y₂)(V_Y1-V_Y2)

当S₁＞0表示两机远离飞行，S₁＜0表示两机接近飞行，S₁＝0表示两机相对静止飞行。

其中，飞机的速度分解为x、y、h三个方向的速度：

V_x＝V×sinω

V_y＝V×cosω

V_h＝V×sinθ。

本实施例的步骤4进行碰撞分析具体包括以下步骤：根据两机在水平上的坐标结合航向得出入侵飞机相对于本机的位置关系：左前侧、左后侧、右前侧、右后侧；当入侵飞机在本机右前侧时，ω1与ω2关系为ω₂∈(ω₁，ω₁+π)时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机右后侧时，ω1与ω2关系为

时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机左前侧时，ω1与ω2关系为ω₂∈(ω₁+π，ω₁+2π)时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机左后侧时，ω1与ω2关系为

时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在相应的位置上航向角不满足上述四种包含关系时，则判定两机具有碰撞的危险。其中，根据两机在水平上的坐标结合航向得出入侵飞机相对于本机的位置关系时，结合ΔX＝X₁-X₂和ΔY＝Y₁-Y₂计算坐标位置进行判断。

如图4所示，入侵飞机2、3、4、5与本机的相对位置为：入侵飞机2在本机的右前侧，入侵飞机3在本机的右后侧，入侵飞机4在本机的左前侧，入侵飞机5在本机的左后侧。确定入侵飞机与本机的相对位置关系后，通过将入侵飞机的航向与本机的航向综合分析两机航迹的交叉情况。当入侵飞机出现在本机的右前侧，入侵飞机2的航向角ω₂₂满足ω₂₂∈(ω₁,ω₁+π)时，两机的航向线不相交，说明两机不存在交叉相遇的可能，不会发生碰撞。当入侵飞机的航向角为ω₂₂∈[ω₁+π,ω₁+2π]时，本机的航向线与入侵飞机的航向线存在相交的可能，航向线相交即两机有交叉相遇的可能，则可能会发生碰撞。同理当入侵飞机的在本机右后侧时，ω₁与ω₂₃关系为

时两机不会发生碰撞，

时两机有发生碰撞的可能；当入侵飞机的在本机左前侧时，ω₁与ω₂₄关系为ω₂₄∈(ω₁+π，ω₁+2π)时两机不会发生碰撞，ω2₄∈[ω₁,ω₁+π]时两机有发生碰撞的可能；当入侵飞机的在本机左后侧时，ω₁与ω₂₅关系为

时两机不会发生碰撞，

时两机有发生碰撞的可能。当入侵飞机在相应的位置上航向角不满足要求时，两机具有碰撞的危险，继续将两机进行最接近距离判断。

本实施例的步骤5中本机前一时刻的飞行数据点为(x1_t-1,y1_t-1,h1_t-1)，此时刻的飞行数据点为(x1_t,y1_t,h1_t)，构建的本机的飞行轨迹为：

入侵飞机前一时刻的飞行数据点为(x2_t-1,y2_t-1,h2_t-1)，此时刻的飞行数据点为(x2_t,y2_t,h2_t)，构建的入侵飞机的飞行轨迹为：

结合本机的飞行轨迹和入侵飞机的飞行轨迹采用以下公式计算两机最接近距离：

式中，v₁＝(x1_t-x1_t-1，y1_t-y1_t-1，h1_t-h1_t-1)，v₂＝(x2_t-x2_t-1，y2_t-y2_t-1，h2_t-h2_t-1)，M₁＝(x1_t,y1_t,h1_t)，M₂＝(x2_t,y2_t,h2_t)；

计算最接近距离d与本机的冲突区域半径R_CAZ差值，计算公式为：

S₂＝d-R_CAZ

若S₂>0则表示两机不会相撞，若S₂<＝0表示两机的最接近距离小于或等于本机的冲突区域的半径，则两机具有碰撞的危险，立即发出告警信息。

本实施例将水平方向上具有碰撞危险的入侵飞机进一步分析，进行最接近的距离进行判断，根据两机的前一时刻的飞行数据和此刻的飞行数据构建飞行轨迹公式，通过两机的飞行轨迹公式计算两机的最接近的距离d。将最接近距离与飞机的冲突区域的半径和高进行比较，如果最接近距离小于冲突区域半径、最接近距离小于冲突区域的高、最接近距离同时小于冲突区域半径和冲突区域的高，两架飞机都会发生碰撞的危险，飞行员必须及时采取机动措施，避开入侵飞机。

本实施例是根据国际民航组织、中国民用航空局的技术标准、以及中国通用航空器的技术现状和运行管理需求，研究出的一种基于ADS-B的通用航空空中防撞算法。通过划分飞机周围的保护区，根据飞行数据判断飞机的碰撞情况，对具有碰撞危险的飞机发出警告。本实施例采用飞行数据结合飞机保护区，能够缩短防撞检测算法的计算周期，降低飞机的碰撞风险。当三层球体保护区内出现入侵飞机时，密切关注该机的飞行轨迹，通过接收该入侵飞机的飞行数据，分析该机的飞行趋势，进而判断入侵飞机是否会进去到本机的保护区域和冲突区域。当入侵飞机进入到本机的监视区域时，及时提醒飞行员进行碰撞解脱机动操作，避免入侵飞机进入到本机的冲突区域。当入侵飞机操作不当进入本机的冲突区域时，两机可能将发生碰撞。

本实施例分为水平分析和最接近距离分析。水平分析是分析两架飞机的相对飞行趋势：接近飞行、相对静止飞行、远离飞行。如果两架飞机的飞行趋势是远离飞行，说明入侵飞机与本机的距离越来越远，就不再对入侵飞机进行碰撞分析；如果两机的飞行趋势是接近飞行或相对静止飞行，则继续通过两机的航向进行判断。本实施例在具体实施时，还根据两机的经纬度判断两机的位置关系，相对位置判断的方法是将本机设为平面的坐标中心，本机的前进的方向设为正方向，通过本机的经纬度与入侵的飞机的经纬度进行数值计算，判断出入侵飞机相对位置。

本实施例在冲突区域、保护区域及监视区域构成的球体保护区模型上，对入侵到三层球体保护区的入侵飞机与本机进行分析，分析内容包括依次进行的本机与入侵飞机的飞行趋势、水平方向航向位置关系及最接近距离，通过三次判断最终得出入侵飞机是否与本机发生碰撞，三个冲突均成立，表明两机确实存在碰撞的危险，向飞行员发出警告，引起飞行注意，及时采取措施，避免危险发生。

为了验证本实施例的有效性，本实施例在MATLAB 8.3版软件上进行仿真，利用Monte-Carlo方法进行10000次试验。试验设定本机的位置为(75,75,7500,900,0,0)，即本机在WGS-84坐标系下的地理位置为(75,75,7500)，飞行速度为900km/h，航向角为0，俯仰角为0。冲突区域的半径R_CAZ为5n mile；保护区域的半径R_PAZ为15n mile；监视区域的半径R_SAZ为50n mile。

在本机周围随机出现25架飞机，首先判断这些飞机是否处于本机的监视区域内，再进行冲突检测判断，图5为初始交通态势图。图6、图7为10000次Monte-Carlo试验数据图，总飞机架次为250000，通过飞行趋势分析后，存在碰撞危险的飞机数量为104634架次，排除无危险飞机58.1％；通过水平方向分析判断后存在危险的飞机数量为38203架次，排除无危险飞机84.7％；通过最接近距离分析判断后存在危险的飞机数量为8166架次，排除无危险飞机96.7％，平均每次试验中存在0.8架入侵飞机与本机存在冲突。图8中存在一个冲突的飞机，对其进行分析。入侵飞机的三维位置为(83,101,10097)，航向角为318度，速度为784km/h。处在本机的监视区域内，两机是接近飞性行，入侵飞机处在本机的右前侧，且入侵飞机航向角处于碰撞的范围内，两机具有碰撞危险。在进行最接近距离判断：两机的最接近距离d小于本机的冲突区域(CAZ)的半径，入侵飞机与本机存在碰撞危险，立即发出警告。

本实施例根据ADS-B具有的特点，针对复杂的空域提出了一种高效的冲突检测方法，采用三层球体保护模型，通过三次判断最终得出入侵飞机与本机的碰撞情况，具有碰撞危险时发出警告。通过10000次Monte-Carlo仿真验证，通过飞行趋势判断能排除约一半无冲突的飞机，通过航向角判断能够排除约三分之一无冲突的飞机。本实施例能够快速的检测出存在碰撞危险的入侵飞机，具有冲突的检测周期短、流程合理、方法简单高效、检测准确等优点，在运用上具有一定的优势。

以上所述的具体实施方式，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方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (4)

1.基于ADS-B的防撞检测方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：

步骤1、建立一个三层球体保护区，其中，三层球体保护区以本机为中心，由内至外依次为冲突区域、保护区域及监视区域；

步骤2、获取本机和入侵至三层球体保护区的入侵飞机的飞行数据；

步骤3、分析本机与入侵至三层球体保护区的入侵飞机的飞行趋势，若两机为远离飞行或静止飞行，则不再进行碰撞分析，若两机为接近飞行，则进入下一步骤；

步骤4、根据水平方向航向位置关系和航向角判断本机与入侵飞机是否存在碰撞的危险，若不存在则不再进行碰撞分析，若存在则进入下一步骤；

步骤5、根据两机前一时刻的飞行数据和此刻的飞行数据构建飞行轨迹公式，通过两机的飞行轨迹公式计算两机的最接近距离，如果最接近距离大于本机冲突区域的半径，则判定两机不会发生碰撞，否则判定两机具有发送碰撞的危险，立即发出告警信息；

所述步骤2中获取的飞行数据包括飞机在WGS-84坐标系下的地理位置、飞机的速度、飞机的航向角及飞机的俯仰角；其中，本机的信息包括(x1，y1，h1，V1，ω1，θ)，x1、y1、h1为本机在WGS-84坐标系下的地理位置，V1为本机的速度，ω1为本机此时的航向角，θ1为本机的俯仰角；入侵飞机的信息包括(x2，y2，h2，V2，ω2，θ)，x2、y2、h2为入侵飞机在WGS-84坐标系下的地理位置，V2为入侵飞机的速度，ω2为入侵飞机此时的航向角，θ2为入侵飞机的俯仰角；

所述步骤4进行碰撞分析具体包括以下步骤：

根据两机在水平上的坐标结合航向得出入侵飞机相对于本机的位置关系：左前侧、左后侧、右前侧、右后侧；

当入侵飞机在本机右前侧时，ω1与ω2关系为ω₂∈(ω₁，ω₁+π)时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机右后侧时，ω1与ω2关系为

时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机左前侧时，ω1与ω2关系为ω₂∈(ω₁+π，ω₁+2π)时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在本机左后侧时，ω1与ω2关系为

时两机不会发生碰撞；当入侵飞机在相应的位置上航向角不满足上述四种包含关系时，则判定两机具有碰撞的危险；

所述步骤5中本机前一时刻的飞行数据点为(x1_t-1，y1_t-1，h1_t-1)，此时刻的飞行数据点为(x1_t，y1_t，h1_t)，构建的本机的飞行轨迹为：

入侵飞机前一时刻的飞行数据点为(x2_t-1，y2_t-1，h2_t-1)，此时刻的飞行数据点为(x2_t，y2_t，h2_t)，构建的入侵飞机的飞行轨迹为：

结合本机的飞行轨迹和入侵飞机的飞行轨迹采用以下公式计算两机最接近距离：

式中，v₁＝(x1_t-x1_t-1，y1_t-y1_t-1，h1_t-h1_t-1)，v₂＝(x2_t-x2_t-1，y2_t-y2_t-1，h2_t-h2_t-1)，M₁＝(x1_t，y1_t，h1_t)，M₂＝(x2_t，y2_t，h2_t)；

计算最接近距离d与本机的冲突区域半径R_CAZ差值，计算公式为：

S₂＝d-R_CAZ

若S₂＞0则表示两机不会相撞，若S₂＜＝0表示两机的最接近距离小于或等于本机的冲突区域的半径，则两机具有碰撞的危险，立即发出告警信息。

2.根据权利要求1所述的基于ADS-B的防撞检测方法，其特征在于，所述冲突区域的半径为5n mile，监视区域的半径为50n mile，所述保护区域半径R_PAZ的计算公式为：

R_PAZ＝R_CAZ+Max(0，V(t))T

其中，R_CAZ为冲突区域半径，V(t)为本机和入侵飞机在t时刻的相对速度，T为保护区域的水平和垂直预留时间。

3.根据权利要求1所述的基于ADS-B的防撞检测方法，其特征在于，所述步骤3中分析飞机的飞行趋势包括以下步骤：

S31、将飞机的速度分解为x、y、h三个方向的速度，其中，本机在水平上X方向的速度为V_x1，本机在水平上Y方向的速度为V_y1，入侵飞机在水平上X方向的速度为V_x2，入侵飞机在水平上Y方向的速度为V_y2；

S32、采用以下公式判断本机与入侵飞机的飞行趋势：

S₁＝(x₁-X₂)(V_X1-V_X2)+(Y₁-Y₂)(V_Y1-V_Y2)

当S₁＞0表示两机远离飞行，S₁＜0表示两机接近飞行，S₁＝0表示两机相对静止飞行。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的基于ADS-B的防撞检测方法，其特征在于，所述步骤2与步骤3之间还包括以下步骤：基于ADS-B报文数据校验位检测获取的数据是否合格，若是则进入步骤3，若否则返回步骤2重新获取数据。

Images