[发明专利]一种基于空域网格的航迹运行冲突解耦控制方法

说明书

本发明公开了一种基于空域网格的航迹运行冲突解耦控制方法，属于航迹冲突检测与解脱领域；具体为：首先，在空域网格单元剖分与编码的基础上对目标空域进行划分，得到目标空域的网格单元集合，以及交通航迹的空域网格描述。然后，将时间段按照航空器进入不同网格单元的时间进行划分，得到时间节点集合，并建立时间节点与交通航迹网格单元之间的映射。接着，基于随机冲突网格算法实现空域网格节点的航迹冲突探测，并设定对应的冲突解脱策略；接着，构建空域网格被占用所需的成本函数，并利用差分进化算法求解得到冲突解脱后的航迹分布；重复直至目标空域网格集合内无风险冲突空域网格。本发明快速实现了大规模航班无冲突航迹规划。

技术领域

本发明属于航迹冲突检测与解脱领域，具体是一种基于空域网格的航迹运行冲突解耦控制方法。

背景技术

航班冲突检测与解脱技术是保障我国空域安全运行、有序进行的关键组成。

目前，对于航班冲突探测与解脱方法的研究成果已有不少，国内外很多学者提出了多种相关模型和算法，比较常见的是基于智能算法的冲突解耦方法，如蚁群算法、神经网络算法等，但这些算法都属于黑盒算法，地面管制人员无法判断得到的冲突解耦建议是否可靠；同时该算法不同时刻输出不同的结果，导致航班冲突解脱过程中其他航班的安全性不能保证；

此外，现有的冲突解耦算法较少涉及时间量，如果再加入时间变量，无形中又大大提升了整个算法的复杂性。

发明内容

结合实际的管制需求，本发明提出了一种基于空域网格的航迹运行冲突解耦控制方法，快速实现大规模航班无冲突航迹规划。

所述基于空域网格的航迹运行冲突解耦控制方法，步骤如下：

步骤一、对目标空域A进行网格单元划分，得到空域A的网格单元集合X^A；

步骤二、根据航空器a的位置状态，利用交通航迹观测模型，将该航空器对应航迹的球面位置投影填充到空域网格，形成对航迹的空域网格X^a；

步骤三、将时间段[T₁,T_N]按照航空器a进入不同网格单元的时间进行划分，得到时间节点集合T，建立时间节点集合T与航迹网格单元集合X^a之间的一一映射。

步骤四、对航空器a的每个航迹空域网格，计算所有导致该空域网格被占用的累积总概率：

步骤五、根据当前任务目标设定累积总概率风险大/小门限，将每个航迹空域网格划分为低风险冲突空域网格、中风险冲突空域网格和高风险冲突空域网格；

风险大/小门限分别记为P_max和P_min；

针对空域网格k被占用的累积总概率当满足则空域网格k为低风险冲突空域网格，则暂时不做冲突解脱处理；

若则空域网格k为中风险冲突空域网格，判断导致冲突的因素是不是航空器，如果是，则进一步判断是不是过点时间有冲突，如果两者都满足，则需要进行冲突解脱；否则，认为空域网格内航迹无冲突；

若则空域网格k为高风险冲突区域，则需进行航迹冲突解脱。

步骤六、基于随机冲突网格算法，对航空器a的每个航迹空域网格均进行冲突探测，对处于中风险冲突空域的各网格进行进一步确认，为需要解脱的空域冲突网格和高风险冲突区域的网格设定冲突解脱策略；

所述冲突解脱为以下两种：

(1)调整航向：只改变航空器a的飞行航向角，保持飞行速度大小、航迹倾角和飞行高度不变。

(2)改变高度：只改变航空器a飞行速度矢量的航迹倾角，保持飞行速度的大小和航向角不变；