[发明专利]一种基于可达时空域的无冲突航迹规划方法、装置及系统

权利要求书

1.一种基于可达时空域的无冲突航迹规划方法，其特征在于，包括：

采集巡航运行阶段的航空器的飞行数据，并在三维时空坐标系内记录巡航运行阶段的航空器实时位置和计划航迹；

根据所述三维时空坐标系内计划航迹和最小安全间隔，确定主航空器的可达时空域和侵入航空器的斜圆柱保护区，其中，所述侵入航空器包括：在所述三维时空坐标系内与所述主航空器存在潜在航迹冲突的航空器；

将所述可达时空域和所述侵入航空器的斜圆柱保护区的交集，向二维平面投影，得到当前时刻冲突改航点的集合；

利用所述主航空器可达时空域在二维平面的投影，和所述冲突改航点的集合，提取无冲突改航点集合和无冲突可行改航航迹；

根据所述三维时空坐标系内记录的计划航迹和最小安全间隔，确定主航空器的可达时空域和侵入航空器的斜圆柱保护区，包括：

在所述三维时空坐标系内对航迹可达时空域建模；

建立所述主航空器的可达时空域模型和所述侵入航空器的斜圆柱保护区模型，并根据所述主航空器的可达时空域模型和所述侵入航空器的斜圆柱保护区模型确定所述主航空器和所述侵入航空器的交空间；

当所述交空间不为空集时，判定所述主航空器与所述侵入航空器之间存在航迹冲突；

建立所述侵入航空器的斜圆柱保护区模型，包括：

在所述时空坐标系中，生成以所述侵入航空器当前位置和到达点位置点连线段为轴，以保护区水平安全间隔为半径的斜圆柱体；

得到所述无冲突改航点的集合，包括：

将所述可达时空域和所述侵入航空器的斜圆柱保护区的交集为非空的部分和所述非空的部分的边界，投影至所述二维平面，投影结果作为冲突区域；

将椭圆形与冲突区域的补集，作为所述无冲突改航点的集合；

还包括：将三维航迹可达时空域模型中主航空器与侵入航空器保护区模型交集为非空的部分及边界投影至二维平面区域，得到非可行改航点集合，记为冲突区域Z_f(t_i)；Φ(t_i)中Z_f(t_i)的补集为无冲突改航点集合，记为可行改航区域Ω_f(t_i)；投影得到的二维椭圆区域Φ(t_i)由可行改航区域Ω_f(t_i)与冲突改航区域Z_f(t_i)共同组成，记为Φ(t_i)＝Ω_f(t_i)∪Z_f(t_i)，其中，两圆锥相交部分投射至t＝t_i面后的椭圆形Φ(t_i)，其长轴为原三维圆锥的底面半径r；

在可行改航区域Ω_f(t_i)内规划冲突解脱航迹，包括：

Step1：在可行改航区域Ω_f内选择一点p作为主航空器的改航点；

Step2：重新生成主航空器的航迹：由原来的航迹i→j变为i→p→j，记i→p的距离为s₁、p→j的距离为s₂；

Step3：计算并重新规划主航空器的改航飞行速度：

Step4：确定生成主航空器无冲突的三维航迹，包括了平面坐标和时间，并重复上述Step1-Step4的过程，为每个航迹段生成新的椭圆边界和可行改航区域。