一種基于svm的低空空域通航飛機沖突檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通航飛機沖突檢測方法，尤其涉及一種基于SVM(支持向量機）的 低空空域通航飛機沖突檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年來，隨著航空事業(yè)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)飛機的數(shù)目與日倶增，空域內(nèi)航線日益 密集，飛行器流量日益加大，這就造成了空域變得越來越擁擠，擁擠意味著沖突。無論是航 線設(shè)定過密，還是飛機本身故障或是風(fēng)力等環(huán)境因素，都可能造成飛機發(fā)生碰撞沖突。由于 飛機運輸?shù)奶厥庑裕坏╋w機在空中發(fā)生沖突，就很難保證乘客人身及財產(chǎn)安全。另外，如 不能有效地疏通這種擁擠，也會降低空域資源的利用率，極大地阻礙國家航空事業(yè)的發(fā)展。 因此，能夠提前預(yù)知沖突的發(fā)生，并及早地采取有效的防范措施就顯得尤為重要。
[0003] 為了解決上述問題，相關(guān)機構(gòu)在飛機飛行過程中的各個階段以及不同原因引起的 沖突分別進(jìn)行研究，例如，在申請?zhí)枮?01310323633.1的中國發(fā)明專利申請中公開了一種 基于A-SMGCS系統(tǒng)的滑行道沖突檢測方法，可以有效地檢測飛機在滑行過程中產(chǎn)生的沖突， 及時采取相應(yīng)措施;在申請?zhí)枮?01110120282.5的中國發(fā)明專利申請中公開了一種空中目 標(biāo)的沖突檢測方法，可以有效地檢測飛機在高空飛行過程中產(chǎn)生的沖突，使得飛行員較早 獲知飛機發(fā)生的沖突和碰撞的可能性，及時調(diào)整飛行方案，避免沖突發(fā)生；在申請?zhí)枮?201210368083.0的中國發(fā)明專利申請中公開了一種飛行沖突解脫方法及裝置，可以有效地 檢測由于飛機延遲產(chǎn)生的沖突。上述研究能很好地檢測沖突發(fā)生的可能性，使飛行員提前 采取措施，降低飛行風(fēng)險。
[0004] 但是對于低空空域的沖突探測問題，并沒有相應(yīng)的研究。低空空域的沖突探測問 題一般為短期問題，飛機速度相對較慢，飛行自由度高且飛行環(huán)境復(fù)雜。按照傳統(tǒng)TCAS沖突 探測邏輯，在進(jìn)行解脫機動時，如果兩架飛機的距離相對較近，那么所執(zhí)行的規(guī)避機動相對 劇烈。如果在更廣的范圍進(jìn)行沖突檢測，提前向飛行員提供當(dāng)前的交通態(tài)勢，有利于飛行員 提前進(jìn)行判斷處理，能夠有效避免近距離的劇烈規(guī)避機動。但是，由于低空空域的不確定 性，在遠(yuǎn)距離進(jìn)行傳統(tǒng)的線性外推具有較大的難度和不確定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于SVM的低空 空域通航飛機沖突檢測方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：
[0007] -種基于SVM的低空空域通航飛機沖突檢測方法，包括如下步驟：
[0008] Sl，通過選取核函數(shù)及其參數(shù)構(gòu)建SVM模型；
[0009] S2,獲取目標(biāo)飛機和本機的信息，并對所述信息進(jìn)行預(yù)處理，通過預(yù)處理得到目標(biāo) 飛機與本機的相對信息；
[0010] S3,將預(yù)處理得到的目標(biāo)飛機與本機的相對信息輸入SVM模型，通過SVM模型對輸 入的相對信息進(jìn)行分類，并根據(jù)分類設(shè)定預(yù)測值；
[0011] S4,參照前一段時間的預(yù)測結(jié)果，對預(yù)測值進(jìn)行移動平均加權(quán)，得到最終預(yù)測值， 根據(jù)最終預(yù)測值判斷目標(biāo)飛機是否對本機產(chǎn)生沖突。
[0012]其中較優(yōu)地，在步驟Sl中，所述參數(shù)包括懲罰因子和徑向基函數(shù)。
[0013]其中較優(yōu)地，在步驟SI中，選取核函數(shù)的參數(shù)，包括如下步驟：
[0014] Sll，設(shè)定種群規(guī)模、迭代次數(shù)、搜索空間大小和速度，根據(jù)限制隨機初始化粒子的 位置 X=(Xl，X2,…，Xn)和速度 V= (Vl，V2，…，Vn);
[0015] S12,根據(jù)每個粒子的位置Xi = (Xil，xi2)對SVM模型進(jìn)行訓(xùn)練，將交叉驗證的正確率 作為所述粒子的適應(yīng)度，位置X 1=Uu, Xl2)的橫縱坐標(biāo)分別代表懲罰因子和徑向基函數(shù)；
[0016] S13,根據(jù)每個粒子的適應(yīng)度，與所述粒子歷史位置上的適應(yīng)度相比較，將適應(yīng)度 高的作為新的個體極值?1=(?11，？^，...，？^);
[0017] S14,根據(jù)每個粒子的適應(yīng)度和所有粒子經(jīng)過的最優(yōu)適應(yīng)度相比較，將適應(yīng)度高的 作為新的全局極值?8=(?0，？@，...^卻）；
[0018] S15,根據(jù)粒子的速度和位置更新公式對粒子進(jìn)行更新；
[0019] S16,判斷當(dāng)前迭代次數(shù)是否滿足條件:gen〈下降閾值，如果滿足，則轉(zhuǎn)向步驟S17; 否則，判斷當(dāng)前迭代次數(shù)是否滿足最大迭代次數(shù)，如果滿足，則輸出結(jié)果，適應(yīng)度最高的粒 子的坐標(biāo)值即為所述參數(shù)的值;若不滿足，則轉(zhuǎn)向步驟S13;
[0020] S17,計算粒子的適應(yīng)度值，根據(jù)粒子適應(yīng)度的大小按一定比例從種群P中選取出 種群P2，并對P2進(jìn)行重組交叉和變異；
[0021 ] Sl8，計算P2的適應(yīng)度，根據(jù)適應(yīng)度重插入種群P中，轉(zhuǎn)向步驟Sl3。
[0022]其中較優(yōu)地，在步驟S15中，所述粒子的速度更新公式為：
[0024] 其中，Vi= (VilJi2,…，ViD)為每一個粒子的速度，Xi= (Xi1Ji2,…，xiD)為每一個 粒子位置;Pi = (Pu，Pi2,. ..，PiD)為個體極值，Pg=(Pgl，Pg2,...，P gD)為全局極值，k代表種群 的當(dāng)前代數(shù)，cl，c2為加速度常數(shù)，rl，r2為(0，1)之內(nèi)的隨機數(shù)；
[0026]其中，gen為當(dāng)前迭代次數(shù)，MAXGEN為最大迭代次數(shù)；
[0027]所述粒子的位置更新公式為：
[0029] 其中^二以丨^~…彳"為每一個粒子的速度上二匕^~…^…為每一個 粒子位置;k代表種群的當(dāng)前代數(shù)。
[0030] 其中較優(yōu)地，在步驟S2中，所述對信息進(jìn)行預(yù)處理，包括如下步驟：
[0031] S21，以本機為參考，對目標(biāo)飛機進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到相對位置:Pr= (XR，yR, Zr)= Pi-Pο - ( Xi-Xo , yi-y〇 , Zi-z〇);
[0032] S22,以本機航向方向為y軸正方向方向，對目標(biāo)飛機的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到相對速 1? : Vr= ( VRx，VRy，VRz ) = Vi_V。= ( Vxi-Vxo，Vyi-Vyo，Vzi-Vzo);
[0033] S23,根據(jù)相對位置和相對速度計算目標(biāo)飛機的水平相對航向和垂直航向。
[0034] 其中較優(yōu)地，在步驟S23中，計算目標(biāo)飛機的水平相對航向，包括如下步驟：
[0035]獲取目標(biāo)飛機相對速度在X軸正方向和y軸正方向的分速度Vrx和VRy;
[0036] 判斷VRx和VRy的方向，根據(jù)VRx和VRy的方向，確定目標(biāo)飛機的水平相對航向：
[0037] 如果目標(biāo)飛機的相對速度vRx>0，vRy>0，水平相對航向為：
[0038] 如果目標(biāo)飛機的相對速度VRx<0，VRy>0或者 VRx<0，VRy<0，水平相對航向為：

[0039] 如果目標(biāo)飛機的相對速度vRx>0，vRy<0，水平相對航向w為： ?
[0040] 其中較優(yōu)地，在步驟S23中，計算目標(biāo)飛機的垂直航向，包括如下步驟：
[0041 ]獲取目標(biāo)飛機相對速度在ζ軸正方向的分速度VRx;
[0042]判斷VRz的方向，根據(jù)VRz的方向，確定目標(biāo)飛機的垂直航向：
[0043] 如果垂直相對速度（ζ軸正方向的分速度）VRz>〇,垂直航向為：
[0044] 如果垂直相對速度vrz<0，垂直航向為：
[0045] 其中較優(yōu)地，在步驟S2中，通過預(yù)處理得到目標(biāo)飛機與本機的相對信息為：
[0046] 其中，
Vr= (VRx，VRy，VRz)為目標(biāo)飛機的相對速度;Pr= (XR， yR，ZR)為目標(biāo)飛機的相對位置；0Rl為目標(biāo)飛機的水平相對航向；(61?為目標(biāo)飛機的垂直航 向。
[0047] 其中較優(yōu)地，在步驟S3中，將預(yù)處理得到的目標(biāo)飛機與本機的相對信息輸入SVM模 型之后，先將相對信息進(jìn)行過濾處理，將位于圓柱形的沖突保護(hù)區(qū)之外的目標(biāo)飛機提前劃 分為非沖突目標(biāo)。
[0048] 其中較優(yōu)地，在步驟S4中，參照前一段時間的預(yù)測結(jié)果，對所述預(yù)測值進(jìn)行移動平 均加權(quán)，即采用如下公式對預(yù)測值進(jìn)行處理：