一种空中编队空间协同冲突检测方法

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  摘 要:文章主要是针对在实际空中编队作战的过程中,提出以三维Delaunay三角剖分模型的三维飞行冲突检测方式,来解决其中发生的飞行冲突检测问题。在文章的研究中,主要是对三维Delaunay三角剖分模型之中,其所具有的非常优良的空间位置描述能力,对需要检测的相邻和不相邻的编组矩阵进行构建,以冲突判断、飞行间隔为基础制定相应的标准,检测在实际空中编队飞行过程中产生的冲突进行相应的检测,采用具体的案例进行分析,进而得出相应的结果为,针对于空中编队进攻作战飞行冲突检测中,通过这种方式可以有效避免不必要的检测情况发生,进而为后续进行编队指挥控制,以及解决下一步冲突发挥出良好的辅助性作用。
  关键词:空中编队;协同冲突;Delaunay模型
  在实际进行空中作战的过程中,对作战行动进行准确、及时的控制有着非常重要的意义和作用。在对作战控制相关工作中,对不同的空中编队之间,所产生的飞行冲突进行有效协调是其中最重要的工作任务之一。如果在目标海域或者是地域的上空,如果不同空中编队在空间方面发生重叠的情况,或者是无法避免邻近的情况,再者是出现交织的情况,这些无法避免的情况对空中编队的安全,以及对空中协同作战能力正常发挥都有着较为严重的影响。因此,在空中编队作战过程中,必须要及时发现其中存在的冲突,并通过告警的方式,协调空中编队,为空中编队协调提供有效的辅助性信息。
  1、三维Delaunay三角剖分模型
  在我国计算流体力学、地理信息系统等多个领域之中,都已经开始广泛应用三维Delaunay三角剖分模型,在描述空间离散点之间,此剖分模型具有最简单以及相互关系最好的特点。我在定位三维Delaunay三角剖分过程中,主要是以二维Delaunay三角剖分定义为基础根据。具体定义如下:
  第一种定义为三位单纯形定义:所谓三维单纯形,就是三维欧式空间之中,4个顶点构成的凸壳,也可以将其称为四面体。
  第二种定义为三维空间的三角剖分:首先需要设定三维空间的n个离散点,集合为PA,进而得到三角剖分TE3是M个四面体的集合,如下所示:
  在上式之中,TE3具有如下性质:
  第三种定义为三维Delaunay三角剖分:如果在三维空间的三角剖分中的PA中的任意其他点,都不在 的外接球之内,也就可以将这种三角剖分称之为三维Delaunay三角剖分,这种三角剖分具有明显的唯一性。
  在文章中我首先将1架飞机或者是多架飞机作为1个空中编组,并且将此编组作为文章的整体研究对象,但是编组内部所有飞机之间所产生的飞行冲突不在关注之中,一般在表示编号为n的编组飞行状态过程中,会用Fn(X,Y,Z,V,Cou),其中编组的三维坐标会用(X,Y,Z)进行表示;飞行速度用v来表示,航向用Cou来表示。针对上文所述的活动空域中,有可能出现的重叠、交叉编组之中,其中n个编组可以刊位n個离散点,从而就可以利用三维Delaunay三角剖分,将n个编组空间之间存在的关系建立出相应的数据模型。进而n个编组所形成的模型就可以由下属之中的矩阵来进行表示:
  Tes=(tes)numtes×4
  在上述矩阵之中,在不同的行之间,分别有4个完全不同的编组编号构成,从而形成一个统一的四面体,其中四面体个数由剖分得到,用numtes来表示,基于此,在上述矩阵中,相应的编组可能出现在不同行之中。
  对Tes模型进行分析过程中,主要采用Delaunay三角剖分,如此,在对某编组所相邻编组的信息情况就可以更为简单的得到,因此,在对编组飞行冲突检测的过程中,应用三维Delaunay三角剖分模型具有良好的作用,并且针对消解飞行冲突方面,控制编队方面工作过程中,提供非常重要的辅助型信息。
  2、飞行间隔标准及冲突判断
  2.1 飞行间隔标准
  飞行器之间保持间隔是民航和军航领域都必须要遵守的原则。所谓飞行间隔,也就是不同的飞行编组之间,必须要保证最低限度的安全飞行间隔距离,对飞行间隔标准进行分类,主要分为三类,分别为横向、纵向、垂直三种间隔标准。以相关标准和规定为依据,根据飞行过程中的高度、速度、空域、航迹的不同,编组之间的飞行间隔标准也明显不同。
  在整体空中进攻作战过程中,可以说在全过程都存在编组飞行冲突,特别是在突击、突防、接敌阶段之中,这种可能出现的飞行冲突就变得更为激烈、常见且非常复杂。因此,在文章中,我针对编组在返航和出航之间飞行冲突进行检测。在整个过程中,无论是指示空速,还是编组活动高度来说,都保持在一定的范围之中,基于此,文章将编组飞行间隔标准进行统一,从而可以为后续研究提供便利,具体如下:
  第一,飞行高度、航迹相同情况下,用XA表示纵向间隔;
  第二,飞行高度相同,但是飞行航迹不同,则用XB来表示横向间隔;
  第三,飞行高度不同,就可以用XC表示飞行编组之间的垂直间隔。
  2.2 判断飞行冲突
  首先需要对飞行冲突进行定义,在编组实际飞行的过程中,判断不同编组之间的飞行冲突,主要是因为不同编组之间的实际间隔小于规定的理论间隔标准,其中包括纵向、横向、垂直三中间隔。通过上述飞行间隔和冲突的定义可以看出,对飞行编组之间产生的冲突类型进行分析,具体如下:
  第一种冲突为在高度、航迹相同的情况下,不同编组之间在纵向间隔方面,实际间隔小于标准间隔;
  第二种冲突为,在航迹不同,高度相同的情况下,不同编组之间在横向间隔方面,实际间隔小于间隔标准;
  第三种冲突为,高度不同,不同编组之间在垂直间隔方面,实际间隔小于标准间隔。
  3、检测飞行冲突
  所谓飞行冲突的检测,主要是检测不同编组在实际飞行过程中,不同编组之间的实际间隔,其中包括垂直、纵向、横向的间隔,如果此实际间隔小于间隔标准,就是飞行冲突检测。
  在对不同飞行编组飞行检测的本质分析中,主要是检测编组之间的位置相对关系,看这个关系是否符合相应要求。如果n个编组之间不存在飞行冲突,首先必须要满足人一两个编组之间不存在飞行冲突,从而就可以组成n×(n-1)/2对编组。在传统的检测过程中,主要采取的方法是将所有n×(n-1)/2编组之间的冲突情况进行检测,主要检测次数就可以为:
  如果两个编组不相邻,就不需要进行飞行冲突的检测。
  结语:综上所述,在检测和判定飞行冲突过程中,通过利用三维Delaunay三角剖分模型,可以有效避免便组织间的检测,同时得到的信息更为全面,节约了检测的时间,并提供了辅助决策信息以供消除冲突和指挥空中编队。
  参考文献:
  [1]倪裕豪,倪国新,孙晓闻.基于云计算的空中编队协同作战研究[J].电子测量技术,2017,40(03):15-19.
  [2]陈榕,陈邓安,韩玉龙.一种空中编队空间协同冲突检测方法[J].兵工自动化,2014,33(12):29-31.
  作者简介:
  吴嘉玮(1998.11-),男(汉族),陕西西安市人,学生,本科在读,主要研究领域为塔台领航。
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