CN113706935B - 一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机应用技术领域，具体涉及一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法。本发明将三维空间航线冲突检测利用三维时间轴进行求解，能够从一定程度上简化检测过程，计算量小，利于实现。在本发明中，该算法检测范围选取ADS‑B工作范围185千米，航线冲突处理范围为185千米，其选取范围大，在实际使用时需要进行调整，适当缩小检测范围，扩大航线冲突处理范围，以增加检测冲突比例。
Description
技术领域
本发明涉及无人机应用技术领域，具体涉及一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法。
背景技术
近年来随国内航空事业的发展，低空区域开放一些无人机和通用航空在短时间内获得快速发展，导致国内低空空域中越发拥挤，进一步使飞行安全问题突出，导致飞机碰撞事件概率逐年提升。根据有关数据显示，当前90％以上飞机碰撞处于低空大部分为通用航空，根据ATC有关规定，以飞机作为中心，在方圆5(n mile)属于避撞区域，在该区域中禁止其余航空器非法闯入，否则可能会存在飞机碰撞的问题。TCAS是基于TA以及RA基础上实现两级避撞。ADS-B是广播式自动相关监视，近年来该技术广泛应用于通用航空、无人机以及运输航空的防撞系统监视管理中，该技术信息传输丰富，具有较广的工作范围，在ATC所规定区域中可借助ADS-B构建碰撞区域外保护区域可实现提前避撞，同时对于中低空域中也能够有效避免飞机碰撞概率的发生。然而，目前还未有一种简单易行的检测方法运用于实践。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，具体技术方案如下：
一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，包括以下步骤：
S1：设置本飞机A的航线的避撞区域，以飞机为中心，水平面半径为a，上下各为b的区域为避撞区域；
S2：设置本飞机A的保护区域，以半径为c的圆球体为保护区域；当入侵飞机B进入到本飞机A的保护区域，也就是入侵飞机B的航线与本飞机A的航线存在冲突检测，如果该入侵飞机B的航线进入本飞机A的航线的避撞区域，此时认为入侵飞机B与本飞机A存在一定可能的航线冲突；
S3：分别检测入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴上是否存在航线冲突，若入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都不存在航线冲突，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；
S4：若是入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都存在航线冲突，则分别求解入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段；
S5：计算入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段的交集，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段没有交集，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段有交集，则进入步骤S6；
S6：判断本飞机A在冲突时间段的时间内是否落入保护区域之外，若是本飞机A落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；若是本飞机A没有落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突。
优选地，所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在X轴中的坐标为XA、XB，入侵飞机B与本飞机A在X轴对应的速度分别为VXA、VXB，速度为矢量，以X轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在X轴不存在航线冲突的判据为：
XA-XB>a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|≥0。
优选地，所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在X轴的冲突时间段包括以下步骤：
(1)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tX1,tX2]＝[0,+∞]；
(2)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tX1,tX2]＝[0，(|XA-XB|+a)/|VXA-VXB|]；
(4)XA-XB>a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tX1,tX2]＝[(|XA-XB|-a)/|VXA-VXB|,(|XA-XB|+a)/|VXA-VXB|]。
优选地，所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在Y轴中的坐标为YA、YB，入侵飞机B与本飞机A在Y轴对应的速度分别为VYA、VYB，速度为矢量，以Y轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在Y轴不存在航线冲突的判据为：
YA-YB>a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|≥0。
优选地，所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在Y轴的冲突时间段包括以下步骤：
(1)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tY1,tY2]＝[0,+∞]；
(2)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tY1,tY2]＝[0，(|YA-YB|+a)/|VYA-VYB|]；
(4)YA-YB>a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tY1,tY2]＝[(|YA-YB|-a)/|VYA-VYB|,(|YA-YB|+a)/|VYA-VYB|]。
优选地，所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在Z轴中的坐标为ZA、ZB，入侵飞机B与本飞机A在Z轴对应的速度分别为VZA、VZB，速度为矢量，以Z轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在Z轴不存在航线冲突的判据为：
ZA-ZB>b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|≥0。
优选地，所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在Z轴的冲突时间段包括以下步骤：
(1)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tZ1,tZ2]＝[0,+∞]；
(2)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tZ1,tZ2]＝[0，(|ZA-ZB|+b)/|VZA-VZB|]；
(4)ZA-ZB>b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tZ1,tZ2]＝[(|ZA-ZB|-b)/|VZA-VZB|,(|ZA-ZB|+b)/|VZA-VZB|]。
优选地，所述步骤S6中的判断入侵飞机B与本飞机A是否存在航线冲突的判据为：
当[VA×(t1+t2)/2]2>1852，判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；若是[VA×(t1+t2)/2]2≤1852，则判断入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突；
其中，VA为本飞机A的速度，满足：
其中，VXA为本飞机A在X轴上的速度，VYA为本飞机A在Y轴上的速度，VZA为本飞机A在Z轴上的速度；
t1为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的始端，t2为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的末端。
优选地，还包括以下步骤：
判断入侵飞机B与本飞机A的航线冲突是否在避撞区域的圆柱形内，该圆柱形以a为半径，以上下各为b为高度形成的圆柱体；判断依据为：
[(VXA-VXB)*(t1+t2)/2+XA-XB]2+[(VYA-VYB)*(t1+t2)/2+YA-YB]2>a2；
如果上述公式成立则不存在航线冲突，否则会存在航线冲突；
其中，VXA为本飞机A在X轴上的速度，VYA为本飞机A在Y轴上的速度，XA为本飞机A在X轴上的坐标，YA为本飞机A在Y轴上的坐标；
VXB为入侵飞机B在X轴上的速度，VYB为入侵飞机B在Y轴上的速度，XB为入侵飞机B在X轴上的坐标，YB为入侵飞机B在Y轴上的坐标；
t1为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的始端，t2为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的末端。
本发明的有益效果为：本发明将三维空间航线冲突检测利用三维时间轴进行求解，能够从一定程度上简化检测过程，计算量小，利于实现。在本发明中，该算法检测范围选取ADS-B工作范围185千米，航线冲突处理范围为185千米，其选取范围大，在实际使用时需要进行调整，适当缩小检测范围，扩大航线冲突处理范围，以增加检测冲突比例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明中的流程图；
图2为本发明的避撞区域示意图；
图3为本发明实施例中航线冲突实验结果图；
图4为本发明实施例中冲突时间仿真实验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
参考图1，一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，包括以下步骤：
S1：设置本飞机A的航线的避撞区域，以飞机为中心，水平面半径为a，上下各为b的区域为避撞区域。对于避撞区域来说，可以使用ATC所规定区域以飞机作为中心，水平面半径9.26千米，上下为0.366千米的(XA-XB)*(VXA-VXB)>0区域。
S2：设置本飞机A的保护区域，以半径为c的圆球体为保护区域；当入侵飞机B进入到本飞机A的保护区域，也就是入侵飞机B的航线与本飞机A的航线存在冲突检测，如果该入侵飞机B的航线进入本飞机A的航线的避撞区域，此时认为入侵飞机B与本飞机A存在一定可能的航线冲突。保护区域可结合实际需求进行设置。
S3：分别检测入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴上是否存在航线冲突，若入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都不存在航线冲突，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突。
步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在X轴中的坐标为XA、XB，入侵飞机B与本飞机A在X轴对应的速度分别为VXA、VXB，速度为矢量，以X轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在X轴不存在航线冲突的判据为：
XA-XB>a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|≥0。
步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在Y轴中的坐标为YA、YB，入侵飞机B与本飞机A在Y轴对应的速度分别为VYA、VYB，速度为矢量，以Y轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在Y轴不存在航线冲突的判据为：
YA-YB>a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|≥0。
步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在Z轴中的坐标为ZA、ZB，入侵飞机B与本飞机A在Z轴对应的速度分别为VZA、VZB，速度为矢量，以Z轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在Z轴不存在航线冲突的判据为：
ZA-ZB>b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|≥0。
S4：若是入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都存在航线冲突，则分别求解入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段。
步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在X轴的冲突时间段包括以下步骤：
(1)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tX1,tX2]＝[0,+∞]；
(2)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tX1,tX2]＝[0，(|XA-XB|+a)/|VXA-VXB|]；
(4)XA-XB>a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tX1,tX2]＝[(|XA-XB|-a)/|VXA-VXB|,(|XA-XB|+a)/|VXA-VXB|]。
步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在Y轴的冲突时间段包括以下步骤：
(1)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tY1,tY2]＝[0,+∞]；
(2)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tY1,tY2]＝[0，(|YA-YB|+a)/|VYA-VYB|]；
(4)YA-YB>a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tY1,tY2]＝[(|YA-YB|-a)/|VYA-VYB|,(|YA-YB|+a)/|VYA-VYB|]。
步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在Z轴的冲突时间段包括以下步骤：(1)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tZ1,tZ2]＝[0,+∞]；
(2)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tZ1,tZ2]＝[0，(|ZA-ZB|+b)/VZA-VZB|]；
(4)ZA-ZB>b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tZ1,tZ2]＝[(|ZA-ZB|-b)/|VZA-VZB|,(ZA-ZB|+b)/|VZA-VZB|]。
S5：计算入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段的交集，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段没有交集，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段有交集，则进入步骤S6；
S6：判断本飞机A在冲突时间段的时间内是否落入保护区域之外，若是本飞机A落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；若是本飞机A没有落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突。判断入侵飞机B与本飞机A是否存在航线冲突的判据为：
当[VA×(t1+t2)/2]2>1852，判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；若是[VA×(t1+t2)/2]2≤1852，则判断入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突；
其中，VA为本飞机A的速度，满足：
其中，VXA为本飞机A在X轴上的速度，VYA为本飞机A在Y轴上的速度，VZA为本飞机A在Z轴上的速度；
t1为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的始端，t2为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的末端。
根据上述S1-S6的计算流程可判断本飞机A与入侵飞机B在避撞区域外切长方体是否存在航线冲突，如果存在航线冲突，需要准确判断该冲突是否存在于柱状体内，本发明还包括以下步骤：
S7：判断入侵飞机B与本飞机A的航线冲突是否在避撞区域的圆柱形内，该圆柱形以a为半径，以上下各为b为高度形成的圆柱体；判断依据为：
[(VXA-VXB)*(t1+t 2)/2+XA-XB]2+[(VYA-VYB)*(t1+t2)/2+YA-YB]2>a2；
如果上述公式成立则不存在航线冲突，否则会存在航线冲突；
其中，VXA为本飞机A在X轴上的速度，VYA为本飞机A在Y轴上的速度，XA为本飞机A在X轴上的坐标，YA为本飞机A在Y轴上的坐标；
VXB为入侵飞机B在X轴上的速度，VYB为入侵飞机B在Y轴上的速度，XB为入侵飞机B在X轴上的坐标，YB为入侵飞机B在Y轴上的坐标；
t1为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的始端，t2为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的末端。在本实施例中，a为9.26千米，b为0.336千米，c为185千米。
下面采用具体的实施方式来对本发明进行仿真：
假设某运输飞机的速度为700～1000千米每小时，为便于计算设置等飞机航行，坐标为(0,0,0)速度为(900,0,0)，经过100次实验，每次实验过程中有1000架入侵飞机进入保护区域，假设保护区域工作范围为185千米，航线冲突处理范围为185千米，这种情况下当1000架入侵飞机进入保护区域之后，其对应的位置坐标为x，y，z，要求其满足下列公式
9.262<(X2+Y2+Z2)<1852；
在飞行方向上随机，但在航行速度上vx、vz、vy要满足下列公式如下所示
在100次实验中某一次入侵飞机的飞行位置和速度。
图3为在开展100次实验中X轴、Y轴、Z轴在无冲突情况计算之后可存在航线冲突飞机架次。根据该结果可以发现X轴在处于无冲突情况后，存在航线冲突的飞机架次为530，仅有53％需要进行后续冲突时间计算，Y轴在基于无冲突情况之后存在航线冲突，飞机架次为290，即存在29％飞机需要进行冲突时间计算，Z轴存在航线冲突飞机架次为145，仅存在14.5％需要进行时间冲突计算。在三轴同时存在横向冲突这种情况下，分别计算三种对应冲突时间段，通过计算时间的交集以判断是否存在冲突。具体结果如图4所示，结果发现与该飞机存在冲突的仅占1％，其数据是与ATC碰撞区域以及ADS-B工作范围体积比相接近，证明上述航线冲突检测方法的准确性[7]。上述航线冲突检测方法中大多数不冲突入侵飞机仅需简单计算即可排除，因此在整体减测中计算量小，利于实现。
在本发明中将三维空间航线冲突检测利用三维时间轴进行求解，能够从一定程度上简化检测过程，计算量小，利于实现。在本发明中，该算法检测范围选取ADS-B工作范围185千米，航线冲突处理范围为185千米，其选取范围大，在实际使用时需要进行调整，适当缩小检测范围，扩大航线冲突处理范围，以增加检测冲突比例。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设置本飞机A的航线的避撞区域，以飞机为中心，水平面半径为a，上下各为b的区域为避撞区域；
S2：设置本飞机A的保护区域，以半径为c的圆球体为保护区域；当入侵飞机B进入到本飞机A的保护区域，也就是入侵飞机B的航线与本飞机A的航线存在冲突检测，如果该入侵飞机B的航线进入本飞机A的航线的避撞区域，此时认为入侵飞机B与本飞机A存在一定可能的航线冲突；
S3：分别检测入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴上是否存在航线冲突，若入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都不存在航线冲突，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；
S4：若是入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴都存在航线冲突，则分别求解入侵飞机B与本飞机A在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段；
S5：计算入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段的交集，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段没有交集，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突，若是入侵飞机B与本飞机A分别在X轴、Y轴、Z轴的冲突时间段有交集，则进入步骤S6；
S6：判断本飞机A在冲突时间段的时间内是否落入保护区域之外，若是本飞机A落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；若是本飞机A没有落入保护区域之外，则判断入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突；
所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在X轴中的坐标为XA、XB，入侵飞机B与本飞机A在X轴对应的速度分别为VXA、VXB，速度为矢量，以X轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在X轴不存在航线冲突的判据为：
XA-XB>a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|≥0；
所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在X轴的冲突时间段包括以下步骤：
(1)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tX1,tX2]＝[0,+∞]；
(2)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当XA-XB<a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tX1,tX2]＝[0，(|XA-XB|+a)/|VXA-VXB|]；
(4)XA-XB>a且(XA-XB)*|(VXA-VXB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tX1,tX2]＝[(|XA-XB|-a)/|VXA-VXB|,(|XA-XB|+a)/|VXA-VXB|]；
所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在Y轴中的坐标为YA、YB，入侵飞机B与本飞机A在Y轴对应的速度分别为VYA、VYB，速度为矢量，以Y轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在Y轴不存在航线冲突的判据为：
YA-YB>a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|≥0；
所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在Y轴的冲突时间段包括以下步骤：
(1)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tY1,tY2]＝[0,+∞]；
(2)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当YA-YB<a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tY1,tY2]＝[0，(|YA-YB|+a)/|VYA-VYB|]；
(4)YA-YB>a且(YA-YB)*|(VYA-VYB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tY1,tY2]＝[(|YA-YB|-a)/|VYA-VYB|,(|YA-YB|+a)/|VYA-VYB|]；
所述步骤S3中假设入侵飞机B与本飞机A在飞行中速度不变，入侵飞机B与本飞机A在Z轴中的坐标为ZA、ZB，入侵飞机B与本飞机A在Z轴对应的速度分别为VZA、VZB，速度为矢量，以Z轴正方向为飞行正方向，检测入侵飞机B与本飞机A在Z轴不存在航线冲突的判据为：
ZA-ZB>b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|≥0；
所述步骤S4中求解入侵飞机B与本飞机A在Z轴的冲突时间段包括以下步骤：
(1)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|＝0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体航线冲突时间段为：[tZ1,tZ2]＝[0,+∞]；
(2)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|>0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且航线冲突时间段为
(3)当ZA-ZB<b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突，且具体的航线冲突时间段为[tZ1,tZ2]＝[0，(|ZA-ZB|+b)/|VZA-VZB|]；
(4)ZA-ZB>b且(ZA-ZB)*|(VZA-VZB)|<0，这种情况下入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突且具体的航线冲突时间段为：[tZ1,tZ2]＝[(|ZA-ZB|-b)/|VZA-VZB|,(|ZA-ZB|+b)/|VZA-VZB|]；
所述步骤S6中的判断入侵飞机B与本飞机A是否存在航线冲突的判据为：
当[VA×(t1+t2)/2]2>1852，判断入侵飞机B与本飞机A不存在航线冲突；若是[VA×(t1+t2)/2]2≤1852，则判断入侵飞机B与本飞机A存在航线冲突；
其中，VA为本飞机A的速度，满足：
其中，VXA为本飞机A在X轴上的速度，VYA为本飞机A在Y轴上的速度，VZA为本飞机A在Z轴上的速度；
t1为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的始端，t2为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的末端；
还包括以下步骤：
判断入侵飞机B与本飞机A的航线冲突是否在避撞区域的圆柱形内，该圆柱形以a为半径，以上下各为b为高度形成的圆柱体；判断依据为：
[(VXA-VXB)*(t1+t2)/2+XA-XB]2+[(VYA-VYB)*(t1+t2)/2+YA-YB]2>a2；
如果上述公式成立则不存在航线冲突，否则会存在航线冲突；
其中，VXA为本飞机A在X轴上的速度，VYA为本飞机A在Y轴上的速度，XA为本飞机A在X轴上的坐标，YA为本飞机A在Y轴上的坐标；
VXB为入侵飞机B在X轴上的速度，VYB为入侵飞机B在Y轴上的速度，XB为入侵飞机B在X轴上的坐标，YB为入侵飞机B在Y轴上的坐标；
t1为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的始端，t2为入侵飞机B与本飞机A的冲突时间段的末端。
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|---|---|---|---|
| CN202110917958.7A CN113706935B (zh) | 2021-08-11 | 2021-08-11 | 一种多架次无人机同时飞行时的航线冲突检测方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN105489069A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-04-13 | 中国民航管理干部学院 | 一种基于svm的低空空域通航飞机冲突检测方法 |
| CN111653130A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-09-11 | 中国民用航空飞行学院 | 基于ads-b的防撞检测方法 |
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2021
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 一种基于ADS-B信息的冲突告警算法;张中广等;《计算机与现代化》(第11期);全文 * |
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