[发明专利]一种编队飞机冲突检测方法及其应用

摘要

本发明公开了一种基于TCAS系统的编队飞机冲突检测方法及其应用，在原有的机载防撞的基础上，考虑飞行时的航迹预估误差，针对编队形成过程引入编队冲突检测方法，性能上考虑各种随机干扰因素，可调告警阈值及滤波持续探测时间，相对于传统几何探测具备更好的安全性能，可以有效降低编队形成过程中的虚警概率。此外，一旦编队内的飞机偏离既定轨道范围，系统就提供告警信息，便于编队的管理和维护。

主权项

1.一种编队飞机冲突检测方法，包含以下步骤： 建模飞机运动： 其中f(t)为定义在[0,∞)的分段Lipschitz连续函数，w(t)为高斯白噪声，满足E[w(t)w(t+z)]＝γ²δ(z),表示飞机相对地面的运动，f表示飞机空速，w建模仪器精度误差、飞行员操作误差、气流影响等随机因素造成的航迹预估误差;由（1）式可得： 其中服从均值为0，方差为的高斯过程，由Kolmogorov连续理论，b(t)具备连续形式B(t)使得对t≥0有P({w:b(t,w)＝B(t,w)})＝1；当（1）式用于建模飞机运动时，物理上要求b(t)连续，对b(t)乘以放大因子可以得到b(t)为标准布朗运动，由Bachelier-Levy准则逃脱概率在如下情况可以得到解析形式，使得B(t)为一维标准布朗运动：定义μ∈R，τ＝inf{t≥0:B(t)＝a-μt}为以速度μ驶向起点a，有 利用（3）式，可以对复杂飞行情况进行冲突概率的估计； 由于b(t)的随机扰动使得s(t)存在冲突概率，将求冲突概率的问题转化为求标准布朗运动逃脱概率的问题： 建模两架飞机遭遇情况，标记本机为A，它机为B，飞行于同一高度，建立直角坐标系x₁x₂，A由原点沿x₁轴运动，B以与x₁轴成θ角度从距原点Δx₀∈R²运动，当B驶入A的保护区域时出现冲突，令x^A(t)、x^B(t)为A、B在t时刻的二维坐标位置，有： x^A(t)＝u^At+∑B^A(t)    （4） x^B(t)＝Δx₀+u^Bt+R(θ)∑B^B(t)    （5） 其中B^A(t)、B^B(t)为二维布朗运动且相互独立，∑＝diag(ν_a,ν_c)，ν_a,ν_c为扰动影响的功率谱密度，R(θ)为旋转矩阵，（4）、（5）两式相减得：Δx(t)＝x^B(t)-x^A(t)＝Δx₀+Δut-n(t)    （6） 其中Δu＝u^B-u^A，n(t)＝∑B^A(t)-R(θ)∑B^B(t)； 令存在对角阵Λ＝diag(λ₁,λ₂)，其中因此，随机过程成为一个起点在原点的二维标准布朗运动，（6）式可重写为：其中Δs(t)＝P^-1Δx(t)为两机在新坐标系Δs₀(t)＝P^-1Δx₀中的相对位移，u＝P^-1Δu，为起点在原点的二维独立标准布朗运动；假设保护区域半径为ρ，保护边界为： 而且仅当入侵机进入该保护边界时，产生冲突，下面求二维标准布朗运动进入该冲突边界的概率，由于该概率没有闭合表达式，寻找可以逼近该概率的表达式，假设本机速度沿x₁轴运动，两架飞机相互靠近，由（8）可得： 由（3）式，可得冲突概率P的逼近表达为： 化简得到： 其中因为当||u||＞1，p_t(t)接近于t₀＝a/||u||，将（13）中在t₀处0阶展开，可以得到：其中L由（11）式得到，a和x_d由（9）、（10）给出，t₀＝a/||u||，标准正太分布概率可以查表得到，L为正交变换后两机的最小距离。