[發明專利]用于飛行沖突預警的空中交通管制系統

在審

• 申請號: 201710189245.7
• 申請日: 2015-01-07
• 公開（公告）號: CN106846925A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 韓云祥;趙景波;李廣軍
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G08G5/04
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司32214
• 代理人: 陳曉君

1.一種用于飛行沖突預警的空中交通管制系統，其特征在于：所述用于飛行沖突預警的空中交通管制系統包括機載終端模塊、數據通信模塊、監視數據融合模塊以及管制終端模塊；監視數據融合模塊用于實現空管雷達監視數據與自動相關監視數據的融合，為管制終端模塊提供實時航跡信息；

所述管制終端模塊包括以下子模塊：

飛行前無沖突4D航跡生成模塊，根據飛行計劃和世界區域預報系統的預報數據，建立航空器動力學模型，然后依據飛行沖突耦合點建立航跡沖突預調配理論模型，生成航空器無沖突4D航跡；

飛行中短期4D航跡生成模塊，依據監視數據融合模塊提供的實時航跡信息，利用隱馬爾科夫模型，推測未來一定時間窗內的航空器4D軌跡；

實時飛行沖突監控與告警模塊，用于建立從航空器的連續動態到離散沖突邏輯的觀測器，將空中交通系統的連續動態映射為離散觀測值表達的沖突狀態；當系統有可能違反空中交通管制規則時，對空中交通混雜系統的混雜動態行為實施監控，為管制員提供及時的告警信息；所述用于飛行沖突預警的空中交通管制系統的飛行沖突預警方法包括如下幾個步驟：

步驟A、飛行前無沖突4D航跡生成模塊根據飛行計劃和世界區域預報系統的預報數據，建立航空器動力學模型，并依據飛行沖突耦合點建立航跡沖突預調配理論模型，生成航空器無沖突4D航跡；

步驟B、監視數據融合模塊將空管雷達監視數據與自動相關監視數據進行融合，生成航空器實時航跡信息并提供給管制終端模塊；管制終端模塊中的飛行中短期4D航跡生成模塊依據航空器實時航跡信息和歷史航跡信息推測未來一定時間窗內的航空器4D軌跡；所述依據航空器實時航跡信息和歷史航跡信息推測未來一定時間窗內的航空器4D軌跡的具體實施過程如下：

步驟B6、對航空器軌跡數據預處理，依據所獲取的航空器原始離散二維位置序列x＝[x₁,x₂,...,x_n]和y＝[y₁,y₂,...,y_n]，采用一階差分方法對其進行處理獲取新的航空器離散位置序列Δx＝[Δx₁,Δx₂,...,Δx_n-1]和Δy＝[Δy₁,Δy₂,...,Δy_n-1],其中Δx_b＝x_b+1-x_b,Δy_b＝y_b+1-y_b(b＝1,2,...,n-1)；

步驟B7、對航空器軌跡數據聚類，對處理后新的航空器離散二維位置序列Δx和Δy，通過設定聚類個數M'，采用K-means聚類算法分別對其進行聚類；

步驟B8、對聚類后的航空器軌跡數據利用隱馬爾科夫模型進行參數訓練，通過將處理后的航空器運行軌跡數據Δx和Δy視為隱馬爾科夫過程的顯觀測值，通過設定隱狀態數目N'和參數更新時段ζ'，依據最近的T'個位置觀測值并采用B-W算法滾動獲取最新隱馬爾科夫模型參數λ'；

步驟B9、依據隱馬爾科夫模型參數，采用Viterbi算法獲取當前時刻觀測值所對應的隱狀態q；

步驟B10、通過設定預測時域h'，基于航空器當前時刻的隱狀態q，獲取未來時段航空器的位置預測值O；

步驟C、實時飛行沖突監控與告警模塊建立從航空器的連續動態到離散沖突邏輯的觀測器，將空中交通系統的連續動態映射為離散觀測值表達的沖突狀態；當系統有可能違反空中交通管制規則時，對空中交通混雜系統的混雜動態行為實施監控，為管制員提供及時的告警信息；

所述步驟B中，所述聚類個數M'的值為4，隱狀態數目N'的值為3，參數更新時段ζ'為30秒，T'為10，預測時域h'為300秒；

步驟B的B8具體是指：由于所獲得的航跡序列數據長度是動態變化的，為了實時跟蹤航空器航跡的狀態變化，有必要在初始航跡隱馬爾科夫模型參數λ'＝(π,A,B)的基礎上對其重新調整，以便更精確地推測航空器在未來某時刻的位置；每隔時段ζ'，依據最新獲得的T'個觀測值(o₁,o₂,...,o_T')對航跡隱馬爾科夫模型參數λ'＝(π,A,B)進行重新估計；

步驟B的B10具體是指：每隔時段根據最新獲得的隱馬爾科夫模型參數λ'＝(π,A,B)和最近H個歷史觀測值(o₁,o₂,...,o_H)，基于航空器當前時刻的隱狀態q，通過設定預測時域h'，在時刻t獲取航空器在未來時段h'的位置預測值O。

2.根據權利要求1所述的用于飛行沖突預警的空中交通管制系統，其特征在于：時段為4秒。