中期沖突探測與解脫技術(shù)內(nèi)容現(xiàn)有的幾種典型中期沖突探測方法概述幾種中期沖突探測方法的對比與優(yōu)缺點分析對概率型沖突探測方法的改進中期沖突解脫算法總結(jié)中期沖突探測飛行沖突兩架飛機間的橫向、縱向和垂直間隔均小于規(guī)定的飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)。中期沖突探測對未來數(shù)十分鐘內(nèi)(典型值為20～30分鐘)，飛機之間的飛行沖突情況所進行的預(yù)測。飛行沖突探測的分類及意義飛行沖突探測分為短、中、長期三個層次。短期：預(yù)測時間為若干秒到幾分鐘。優(yōu)點：準(zhǔn)確。不足：對沖突解脫的要求較高，代價也較大。

長期：預(yù)測時間為數(shù)小時。不足：無法預(yù)知飛行過程中的突發(fā)情況，準(zhǔn)確性不足。短期、中期、長期沖突探測在不同層次上協(xié)同合作，能最大程度的保證空中交通安全。典型中期沖突探測方法歐洲幾何型中期沖突探測方法Prandini等所提出的隨機化方法Paielli等所提出的近似解析方法歐洲幾何型中期沖突探測方法通過比較為飛機設(shè)定的保護區(qū)是否發(fā)生交疊，實現(xiàn)對飛行沖突的確定性預(yù)測。優(yōu)點：模型簡單、計算速度快缺點：虛警率高隨機化中期沖突探測方法兩架飛機t時刻的沖突概率為考慮航跡誤差后的飛機航行過程示意圖隨機化中期沖突探測方法

應(yīng)該以預(yù)測時間內(nèi)沖突概率的最大值，來衡量預(yù)測時間內(nèi)的沖突概率兩點不足：

1.過于耗時。例如：預(yù)測時間為20分鐘，需要計算并比較1200個秒時刻的PC(t),才能得到?jīng)_突最大值。

2.PC(t)沒有解析解，數(shù)值解又過于耗時。隨機化中期沖突探測方法不足1的解決方法：

減少對PC(t)的計算次數(shù)。在20分鐘內(nèi)，按照均勻分布選擇N個秒時刻來進行沖突概率計算，用這N個沖突概率中的最大值代表20分鐘內(nèi)的沖突概率。隨機化中期沖突探測方法不足2的解決方法：

首先利用Cholesky分解和變量替換，將PC(t)的計算轉(zhuǎn)化為對服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的隨機變量w的積分

然后，利用MonteCarlo思想求此積分：按照標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N(0,I)隨機選取M個點，統(tǒng)計出落在積分區(qū)域Et內(nèi)的點的個數(shù)Y，Y/M即此時刻的沖突概率PC(t)。中期沖突探測近似解析方法用于在直飛航段空域中進行中期沖突探測飛機間的相遇幾何模型1.S和R代表兩架飛機.2.將兩飛機的聯(lián)合航跡誤差都加到飛機S之上。將由安全間隔確定的沖突區(qū)域加在飛機R之上。3.S始終處于當(dāng)前位置，R沿兩機的相對速度方向移動。隨機化中期沖突探測方法在上述模型中，包含聯(lián)合航跡誤差的S飛機位置隨機變量在擴展沖突域中的積分不能通過解析方法直接求得。利用兩次坐標(biāo)變換來解決此問題，得到了求解此積分的近似解析方法。隨機化中期沖突探測方法圖1坐標(biāo)變換前的相遇幾何圖2非正交變換后的相遇幾何圖3正交變換后的相遇幾何隨機化中期沖突探測方法兩次坐標(biāo)變換后的相遇幾何

經(jīng)過兩次坐標(biāo)變換，求聯(lián)合航跡誤差隨機變量在擴展沖突域范圍內(nèi)積分不再困難。由于其兩個分量都符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，且相互獨立。因此，可以方便的通過求兩個分量積分的乘積來求得二維變量的積分：現(xiàn)在，各分量的積分區(qū)域也變得容易確定。X方向的積分區(qū)域為(-∞,+∞)，因此，X方向上的積分為1。

Y方向上的積分范圍為坐標(biāo)變換后擴展沖突域的寬度范圍。典型中期沖突探測方法的性能對比

方法

性能指標(biāo)歐洲幾何型中期沖突探測方法Prandini中期沖突探測方法Paielli中期沖突探測方法方法實現(xiàn)難度簡單較復(fù)雜較復(fù)雜實時性較好較差好準(zhǔn)確性方面強調(diào)安全性,但虛警率較高較好，但結(jié)果偶爾有較大偏差較好能否反映沖突可能性大小不能能能能否用于多航路點航路能能不能改進中期沖突探測近似解析方法Paielli方法的不足：

其是為直飛航路而設(shè)計，在地面導(dǎo)航且航路中具有多個航路點的情況下，不能直接利用Paielli方法進行中期沖突探測主要原因：

其利用兩架飛機當(dāng)前位置的雷達測量值以及在當(dāng)前時刻的相對速度矢量，來構(gòu)建兩架飛機在未來預(yù)測時間范圍內(nèi)的相遇關(guān)系(相遇幾何)。在多航路點航路中，若飛機在預(yù)測時間范圍內(nèi)存在發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)彎，上述相遇幾何會錯誤的刻畫兩架飛機在未來的相遇關(guān)系。改進中期沖突探測近似解析方法航行過程存在明顯轉(zhuǎn)彎的實例改進中期沖突探測近似解析方法利用當(dāng)前雷達測量值所構(gòu)建的相遇幾何改進中期沖突探測近似解析方法飛機A航向發(fā)生變化之后兩架飛機間實際的相遇幾何

改進中期沖突探測近似解析方法思路：

在非直飛航路中，以兩架飛機在最小預(yù)測間距時刻的位置關(guān)系，所構(gòu)建出的相遇幾何，才能準(zhǔn)確的反映出預(yù)測時間范圍內(nèi)，兩架飛機間的相遇關(guān)系。因此，根據(jù)兩架飛機在最小預(yù)測間距時刻的相遇幾何，來計算預(yù)測時間范圍內(nèi)兩架飛機的沖突概率。直飛航路中的準(zhǔn)確性對比實驗直飛航路中的實時性對比結(jié)果

改進前后的近似解析方法，在Matlab平臺下進行一次中期沖突探測的耗時均為約0.027秒。可見改進后的方法保持了原方法實時性強的優(yōu)點。非直飛航路中的對比實驗非直飛航路航行實例同MonteCarlo仿真的對比非直飛航路中的對比實驗飛行沖突解脫

沖突解脫的根本目的：提供飛行間隔

飛行間隔通過沖突解脫來實現(xiàn)沖突解脫方法飛行沖突解脫分類飛行前調(diào)配解脫飛行中調(diào)配解脫常用的解脫方法時間調(diào)配沖突解脫高度調(diào)配沖突解脫速度調(diào)配沖突解脫航向調(diào)配沖突解脫

此外還有基于最小代價的調(diào)配預(yù)案自動生成通常適用與飛行階段的調(diào)配。通常是在飛行計劃執(zhí)行的前一天進行飛行計劃執(zhí)行過程中進行，可以有效的利用空域適用于飛行計劃未執(zhí)行階段高度、速度和航向調(diào)配適用于所有階段典型中期沖突解脫方法大轉(zhuǎn)盤算法遺傳算法窮舉算法大轉(zhuǎn)盤算法交通轉(zhuǎn)盤航路策略思想來源地面交通中的交通轉(zhuǎn)盤交通轉(zhuǎn)盤規(guī)則:所有從各路口進入轉(zhuǎn)盤的車輛在轉(zhuǎn)盤里排隊沿同一方向行駛，到達合適的路口后離開轉(zhuǎn)盤。地面交通中的交通轉(zhuǎn)盤在疏導(dǎo)人流或車流方面更安全,更快捷,對避免交通事故、交通堵塞具有重要作用。交通轉(zhuǎn)盤的一個顯著特性就是使得原本將要發(fā)生沖突的雙方沿著轉(zhuǎn)盤方向排隊從而不再沖突。正是由于交通轉(zhuǎn)盤具有這樣的特性,可以利用它來解決空中交通沖突解脫問題。使用交通轉(zhuǎn)盤法進行飛行沖突解脫1.兩架飛機的理論飛行線路的夾角為θ

2.兩架飛機分別飛到左圖中A、B兩點時,達到最小安全距離ds1.兩架飛機等速飛行2.A、B兩點距碰撞點o的距離必然相等,設(shè)此時A、B兩點距碰撞點o距離為r,3.以o為圓心,r為半徑畫圓,遺傳算法

遺傳算法是一種基于生物自然選擇與遺傳機理的隨機搜索算法

和傳統(tǒng)搜索算法不同,遺傳算法從一組隨機產(chǎn)生的初始解開始搜索過程。該初始解稱為“種群[population]”,種群中的每個個體是問題的一個解,稱為“染色體”。

這些染色體在后代迭代中,不斷進化,稱為遺傳。在每一代中用“適應(yīng)值[fit2ness]”來測量染色體的好壞。生成的下一代染色體,稱為后代。后代是由前一代染色體通過交叉或變異運算形成的。在新一代形成中,

根據(jù)適應(yīng)值的大小選擇部分后代,淘汰部分后代,從而保持種群大小是常數(shù)。適值高的染色體被選中的概率較高。這樣,經(jīng)過若干代之后,算法收斂于最好的染色體,它很可能就是問題的最優(yōu)解或次優(yōu)解。遺傳算法仿真效果圖窮舉算法根據(jù)兩飛機的相遇幾何，窮舉各種解脫方式必須考慮的類型：橫向（轉(zhuǎn)一個或a/c兩個都轉(zhuǎn)）縱向（爬升或者下降a/c）速度（加速或減速）九種典型沖突集合策略例子九種典型沖突集合策略例子九種典型沖突集合策略例子高度調(diào)配解脫考慮因素航空器有其最佳巡航高度層航線天氣狀航線最低飛行的安全高度航線巡航高度層占用和空閑情況飛行任務(wù)的性質(zhì)航空器之間的高度、縱向和橫向間隔不符合安全規(guī)定時可使用高度調(diào)配解脫高度調(diào)配優(yōu)缺點：優(yōu)點從理論上講，所有的沖突都可以通過高度調(diào)配的方法來解脫缺點可用高度層數(shù)量有限穿越高度層要涉及兩個以上的高度層的沖突重新探測可能有多架飛機同時參與調(diào)配速度調(diào)配解脫雷達監(jiān)控的程序管制下常用的一種方法優(yōu)點該方法具有無需偏離航線管制風(fēng)險小的優(yōu)點缺點調(diào)配余度小對管制員的調(diào)配經(jīng)驗要求高等待航線、最后進近階段不能調(diào)速航向調(diào)配解脫適用范圍航線或終端區(qū)周圍空域航空器之間距離較近甚至重疊管制員對雷達的可靠性有充分的信心，且愿意承擔(dān)管制責(zé)任使用時需要管制員了解航空器所使用空域的地形特點，確保航空器不低于使用區(qū)域的最低安全高度。航向調(diào)配解脫航向調(diào)配優(yōu)缺點優(yōu)點可迅速配備航空器之間規(guī)定的間隔調(diào)配余度大直觀易判斷機組操作簡便，滿意度高缺點管制員安全責(zé)任