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，飛行空域愈來愈擁擠，導致飛行沖突日益嚴重。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與解脫技術將是提高空中交通流量以及保證飛行安全的關鍵。 </p><p>　　【

2、關鍵詞】空中交通管制；沖突探測；沖突解脫 </p><p>　　沖突探測是通過地面監(jiān)視設備和航空器機載設備對航空器所在空域中的速度信息和位置信息進行計算模擬，判斷航空器是否會產生與其他航空器相撞或小于最低安全間隔的情形；沖突解脫是當通過模擬計算預測到兩架或多架航空器將要產生沖突時，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、>　　根據機載雷達或自動相關監(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，從而可以預先判斷出兩航空器是否會面臨沖突危機；如果確定存在潛在飛行沖突，那么航空器A就要進入解脫程序，通過運行系統(tǒng)計算得到幾種解脫方案，根據實際情況判斷選擇最恰當的方案進行沖突解脫。本文首先假設航空器A仍然保持原飛行狀態(tài)，航空器B單獨實施解脫策略。 </p><p><b>　　一、調整航向法 &

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。該過程考慮到旅客舒適性以及飛機飛行特性，特將整個解脫過程拆解為如下幾個階段，首先航空器進行定常盤旋，即以恒定的角速度繞圓弧轉彎，使得航空器將原航向角旋轉至新的航向角，之后再以新的解脫航向角慢慢進行勻速直線運動，從而改變航向避讓沖突；然后將航空器恢復至原有航向角并在與原有航跡平行的航跡上進行勻速直線運動，

5、在確認沖突已經解脫后，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行勻速直線運動至原航線，最后航空器恢復至原航向角。 </p><p><b>　　二、調節(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值大小以避免沖突。在這種解脫方法下，航空器的解脫過程分為如下幾個階段：首先，航空器進行加速或減速的過程；其

6、次，航空器以加速或減速后的速度進行勻速飛行；最后，飛機為恢復至原有速度，進行與之前加速或減速相反的變速過程。 </p><p><b>　　三、調節(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。航空器遇到沖突并進入解脫過程后，立刻改變俯仰角度進行爬升或者下降，在到達既定高度后維持該高度進行勻速直線飛行，待解脫沖突后，再次改變

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

8、時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法保證航空器完全脫離沖突。在很多實例中我們可以分析得出，只依靠改變速度不是萬能的，例如兩架航空器對頭飛行，軌跡一直，則無論航空器是增加速度還是減少速度都無法擺脫沖突。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沖突時，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，整個過程較為復雜，而且需要較多時間，而改變高度的方法則需要較少的時間，對于短期內發(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)，其兩機相遇發(fā)生告警而采用的解脫方案也是改變高度。但是對于這種策略，航空器在進入新的高度層后需考慮是否會對新高度層的原有飛機產生影響，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，在實際運行過程中，航空器可能遭遇到涉及多架航空器的飛行沖突。經過探測，當確定航空器遭遇到沖突群時，那么就應當從整體考慮，全局

10、出發(fā)，協(xié)調解脫沖突。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，制定出適當的方案，使航空器有序的解脫沖突，這里引入優(yōu)先權的概念，飛機將根據優(yōu)先權的高低依次進行解脫。首先，需要對所有涉及沖突的航空器按照相應的規(guī)則進行優(yōu)先權排序。對于優(yōu)先權最高的航空器將維持原飛行軌跡；優(yōu)先權排在第二的航空器只需考慮第一架航空器的飛行軌跡，根據前文提到的方案規(guī)劃出自己的解脫方法；優(yōu)先權排在第三的航空

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)先權排在第四的航空器則需要考慮前三架飛機的解脫軌跡制定相應解脫方法，依此類推，直至所有飛機完成沖突解脫。 </p><p>　　優(yōu)先權的排序規(guī)則是：首先，通過相關系統(tǒng)探測確定每架航空器所涉及沖突的數量，涉及沖突數量越少的航空器優(yōu)先權越高，反之越低。其次，如果航空器所涉及沖突的數量相同，則根據航空器的機動性能進行排序，機動性差的航空器優(yōu)先權高，

12、靈活的航空器優(yōu)先權低。再次，如果兩架航空器的從圖數量相同，性能也一致，則根據各個航空器發(fā)生沖突的時間順序確定優(yōu)先順序，沖突發(fā)生早的航空器優(yōu)先權高，晚的優(yōu)先權低。最后，如果以上三者都不能判斷優(yōu)先權順序，則根據航空器的飛行高度和航向角進行排序，飛行高度高，航向角小的航空器優(yōu)先權高。 </p><p>　　航空器的飛行沖突探測與解脫技術不單單是簡單的數學模擬過程，其在實際運行中涉及到空管、導航、通信、雷達探測等多個方面

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