[发明专利]一种基于有向元胞自动机空中导航及冲突解脱方法

说明书

技术领域

本发明属于低空导航和空中冲突解脱领域，主要涉及一种基于有向元胞自动机空中导航及冲突解脱方法。

背景技术

随着空中交通运输的迅速发展，现在的空中交通管理系统已经难以满足日益增长的空中交通流量的需要，随着国家通用航空快速发展和低空空域开放带来的大发展机遇，通用航空飞行安全问题越来越凸现出来。部分航空公司和私人飞机存在着规模小、底子薄、安全基础差等客观因素，特别是一些边远和海洋地区，地面导航设备缺乏，需要一种精度高，使用方便的导航设备和导航系统。

目前现有的针对飞机空中冲突解脱的方法，主要是在一系列的假设基础上，对空中冲突问题建立数学模型，利用现代优化算法给出问题解决答案，而没有将问题进行工程化处理，建立切实可行的处理方法；此外，现在的研究大多也没有考虑飞机的性能，以及算法的计算难度，针对现有存在的问题，需要一种计算简单，能结合现有机型的设备，对该问题进行处理的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于有向元胞自动机空中导航及冲突解脱方法，该方法解决了现有技术中存在的技术问题，通过有向元胞自动机对空域模拟演化，提出了飞机空中导航和空域冲突解脱的方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下方式来实现：

一种基于有向元胞自动机空中导航及冲突解脱方法，包括空域数据库模块、信号自动广播模块、接收模块、数据处理模块和显示交互模块。

空域数据库模块，包括国家规定的可飞空域和该空域范围内的障碍物的特性参数；

信号自动广播模块，用于自动广播由机载星基导航和定位系统生成的自身精确的定位信息；

接收模块，用于接收邻近飞机的精确定位信息；

数据处理模块，用于处理空域数据库模块和接收模块接收的邻近飞机的定位信息，利用有向元胞自动机模拟空域，计算出飞机飞行路径及冲突时的解脱路径；

显示交互模块，用于显示飞机的导航路径及邻近空域内其它飞机与障碍物的信息。

本发明所提供的一种基于有向元胞自动机空中导航及冲突解脱方法，包括以下步骤：

1)在数据处理模块中输入相关空域的数据信息，将飞行区域进行适当的分割，分割的大小根据ADS-B(Automatic Dependent Surveillance Broadcast，广播式自动相关监视)系统信号的接受和发射能力确定；

2)空域模型的建立，利用有向元胞自动机在航空器飞行空域建立模型；

21)考虑二维空域进行网格划分，每个网格代表一个元胞，网格的大小为飞机盘旋半径r的2倍，根据飞行原理，航空器盘旋半径r为：

r=v2gtanγ]]>

其中，v表示飞行速度，g表示重力加速度，γ表示盘旋坡度；

22)利用二维的Moore型元胞自动机来定义其邻居，一个元胞的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下相邻的8个元胞为该元胞的邻居，其邻居定义如下：

N_moore＝{c_i＝(x_ix,y_iy)||x_ix-x_ox|≤1and|y_iy-y_oy|≤1}(x_ix,y_iy)∈Z²，Z为整数集合；

23)每一个元胞状态均用布尔代数来表示，当该元胞被占用或系统中的限制区以及恶劣天气占用元胞位置时，该元胞状态为1，没有被占用时，元胞状态为0；

24)将时间t离散化处理，每过t₀时长，元胞的状态自动更新一次，飞机将根据运算结果，判定向临近邻居的移动方向，给出飞机是保持现有航向，还是调整飞行方向的提示；

3)以导航飞机自身为中心，模拟空域建立坐标系：

31)对进入空域的航空器从小到大依次分配编号，对离开飞行区域的飞机的编号，从小到大依次分配给新进入的飞机，当遇到冲突时，编号最小的飞机最先调整方向；