民用航空器航路飛行沖突解脫方法探析

1、<p>　　民用航空器航路飛行沖突解脫方法探析</p><p>　　【摘 要】隨著我國(guó)民用航空事業(yè)的不斷發(fā)展，空中交通流量迅猛增加，飛行空域愈來(lái)愈擁擠，導(dǎo)致飛行沖突日益嚴(yán)重。民用航空主管部門為了保證各種航空器的安全和暢通飛行，規(guī)定任意兩架在飛航空器之間的距離都不能小于最低安全間隔，因此航空器的沖突探測(cè)與解脫技術(shù)將是提高空中交通流量以及保證飛行安全的關(guān)鍵。 </p><p>　　【

2、關(guān)鍵詞】空中交通管制；沖突探測(cè)；沖突解脫 </p><p>　　沖突探測(cè)是通過(guò)地面監(jiān)視設(shè)備和航空器機(jī)載設(shè)備對(duì)航空器所在空域中的速度信息和位置信息進(jìn)行計(jì)算模擬，判斷航空器是否會(huì)產(chǎn)生與其他航空器相撞或小于最低安全間隔的情形；沖突解脫是當(dāng)通過(guò)模擬計(jì)算預(yù)測(cè)到兩架或多架航空器將要產(chǎn)生沖突時(shí)，快速制定出避免沖突的有效方案以及理想軌跡，使得航空器在飛行管理系統(tǒng)的操縱下沿著該軌跡飛行脫離沖突。 </p><p

3、>　　根據(jù)機(jī)載雷達(dá)或自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS）提供的信息，在航路飛行的航空器A可以獲得航空器B的航行信息，從而可以預(yù)先判斷出兩航空器是否會(huì)面臨沖突危機(jī)；如果確定存在潛在飛行沖突，那么航空器A就要進(jìn)入解脫程序，通過(guò)運(yùn)行系統(tǒng)計(jì)算得到幾種解脫方案，根據(jù)實(shí)際情況判斷選擇最恰當(dāng)?shù)姆桨高M(jìn)行沖突解脫。本文首先假設(shè)航空器A仍然保持原飛行狀態(tài)，航空器B單獨(dú)實(shí)施解脫策略。 </p><p><b>　　一、調(diào)整航向法 &

4、lt;/b></p><p>　　保持飛行高度以及飛行速度不變，只改變飛行航向角，即只改變飛行的水平方向。該過(guò)程考慮到旅客舒適性以及飛機(jī)飛行特性，特將整個(gè)解脫過(guò)程拆解為如下幾個(gè)階段，首先航空器進(jìn)行定常盤旋，即以恒定的角速度繞圓弧轉(zhuǎn)彎，使得航空器將原航向角旋轉(zhuǎn)至新的航向角，之后再以新的解脫航向角慢慢進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，從而改變航向避讓沖突；然后將航空器恢復(fù)至原有航向角并在與原有航跡平行的航跡上進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，

5、在確認(rèn)沖突已經(jīng)解脫后，航空器再次以恒定角速度改變航向角為返回航向角，并按照返回航向角進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)至原航線，最后航空器恢復(fù)至原航向角。 </p><p><b>　　二、調(diào)節(jié)速度法 </b></p><p>　　保持航跡傾角和航向角不變，只改變航空器飛行速度的數(shù)值大小以避免沖突。在這種解脫方法下，航空器的解脫過(guò)程分為如下幾個(gè)階段：首先，航空器進(jìn)行加速或減速的過(guò)程；其

6、次，航空器以加速或減速后的速度進(jìn)行勻速飛行；最后，飛機(jī)為恢復(fù)至原有速度，進(jìn)行與之前加速或減速相反的變速過(guò)程。 </p><p><b>　　三、調(diào)節(jié)高度法 </b></p><p>　　保持航空器的飛行航向和飛行速度不變，只改變飛行高度。航空器遇到?jīng)_突并進(jìn)入解脫過(guò)程后，立刻改變俯仰角度進(jìn)行爬升或者下降，在到達(dá)既定高度后維持該高度進(jìn)行勻速直線飛行，待解脫沖突后，再次改變

7、俯仰角度進(jìn)行爬升或者下降至原高度層上繼續(xù)飛行。整個(gè)爬升或下降過(guò)程中，航空器的飛行速度，航向角以及發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)保持不變。在實(shí)際運(yùn)行中，航空器的高度層間隔為300m，在采取改變高度進(jìn)行解脫策略時(shí)，航空器一般最多只需改變300m即可，相對(duì)于飛機(jī)的飛行速度而言，整個(gè)爬升或下降過(guò)程所需的時(shí)間非常短暫，所以計(jì)算時(shí)可默認(rèn)為飛機(jī)的俯仰角度是瞬間完成改變的。 </p><p>　　對(duì)于上述的幾種方法，改變速度法最為簡(jiǎn)單，但是由于解脫

8、時(shí)間緊迫以及速度的變化范圍受限，僅僅依靠改變速度可能無(wú)法保證航空器完全脫離沖突。在很多實(shí)例中我們可以分析得出，只依靠改變速度不是萬(wàn)能的，例如兩架航空器對(duì)頭飛行，軌跡一直，則無(wú)論航空器是增加速度還是減少速度都無(wú)法擺脫沖突。由此可以看出改變速度法存在著巨大的缺陷，所以一般在同一水平面遇到?jīng)_突時(shí)，大多采用改變航向的解脫方法。但由于改變航向需要比較大的空間，整個(gè)過(guò)程較為復(fù)雜，而且需要較多時(shí)間，而改變高度的方法則需要較少的時(shí)間，對(duì)于短期內(nèi)發(fā)生的沖

9、突而言不失為較好的解脫策略。目前民用航空方面使用的防撞系統(tǒng)，其兩機(jī)相遇發(fā)生告警而采用的解脫方案也是改變高度。但是對(duì)于這種策略，航空器在進(jìn)入新的高度層后需考慮是否會(huì)對(duì)新高度層的原有飛機(jī)產(chǎn)生影響，避免造成二次沖突或者引起更多航空器的沖突。 </p><p>　　除了兩架航空器之間存在潛在沖突外，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，航空器可能遭遇到涉及多架航空器的飛行沖突。經(jīng)過(guò)探測(cè)，當(dāng)確定航空器遭遇到?jīng)_突群時(shí)，那么就應(yīng)當(dāng)從整體考慮，全局

10、出發(fā)，協(xié)調(diào)解脫沖突。另一方面，兩架航空器沖突解脫研究所得到的解脫方案也適用于多架航空器沖突解脫的狀況。需要分析所有的航空器，制定出適當(dāng)?shù)姆桨?，使航空器有序的解脫沖突，這里引入優(yōu)先權(quán)的概念，飛機(jī)將根據(jù)優(yōu)先權(quán)的高低依次進(jìn)行解脫。首先，需要對(duì)所有涉及沖突的航空器按照相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行優(yōu)先權(quán)排序。對(duì)于優(yōu)先權(quán)最高的航空器將維持原飛行軌跡；優(yōu)先權(quán)排在第二的航空器只需考慮第一架航空器的飛行軌跡，根據(jù)前文提到的方案規(guī)劃出自己的解脫方法；優(yōu)先權(quán)排在第三的航空

11、器則需要考慮前第一架和第二架航空器的解脫軌跡，制定本航空器的解脫方法；優(yōu)先權(quán)排在第四的航空器則需要考慮前三架飛機(jī)的解脫軌跡制定相應(yīng)解脫方法，依此類推，直至所有飛機(jī)完成沖突解脫。 </p><p>　　優(yōu)先權(quán)的排序規(guī)則是：首先，通過(guò)相關(guān)系統(tǒng)探測(cè)確定每架航空器所涉及沖突的數(shù)量，涉及沖突數(shù)量越少的航空器優(yōu)先權(quán)越高，反之越低。其次，如果航空器所涉及沖突的數(shù)量相同，則根據(jù)航空器的機(jī)動(dòng)性能進(jìn)行排序，機(jī)動(dòng)性差的航空器優(yōu)先權(quán)高，

12、靈活的航空器優(yōu)先權(quán)低。再次，如果兩架航空器的從圖數(shù)量相同，性能也一致，則根據(jù)各個(gè)航空器發(fā)生沖突的時(shí)間順序確定優(yōu)先順序，沖突發(fā)生早的航空器優(yōu)先權(quán)高，晚的優(yōu)先權(quán)低。最后，如果以上三者都不能判斷優(yōu)先權(quán)順序，則根據(jù)航空器的飛行高度和航向角進(jìn)行排序，飛行高度高，航向角小的航空器優(yōu)先權(quán)高。 </p><p>　　航空器的飛行沖突探測(cè)與解脫技術(shù)不單單是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模擬過(guò)程，其在實(shí)際運(yùn)行中涉及到空管、導(dǎo)航、通信、雷達(dá)探測(cè)等多個(gè)方面

13、。本文所進(jìn)行的研究只是從數(shù)學(xué)算法和解脫步驟上進(jìn)行了相關(guān)的分析，本方法存在著諸多不足，需要不斷改良。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 劉星，胡明華，董襄寧，遺傳算法在飛行沖突探測(cè)解脫中的應(yīng)用[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.34（1）. </p><p>　　[2] 程麗媛.自由飛行空域中多機(jī)沖