飞行冲突事故模拟系统的设计及实现探析论文

　　1 概述
　　在经济发展的带动下，我国的民航运输业得到了迅猛发展，而伴随着空域开放等相关政策的落实，航空业的自由化发展已经成为民航业发展的主流方向。最近几年，随着空中交通流量的加大，飞行冲突也在不断增加，在很大程度上加大了空管难度，影响了空管安全，传统的控制管制方法已经逐渐无法适应航空事业的发展需求，当务之急，是设计开发出基于空管飞行冲突事故的模拟系统，对冲突事故进行及时准确的分析和模拟，准确判断事故责任，解决管制人员的实训问题，以更好的保障航空器飞行安全。
　　2 系统设计
　　从目前来看，我国对于空管飞行冲突事故的分析，仍然是以人工测量和推断位置，不仅工作效率低下，而且无法有效保证分析结果的精确度和准确性，不能真正对问题进行及时有效的解决，影响了航空运输的稳定和安全。同时，冲突事件的雷达录像资料无法脱离雷达系统，无法存储为其他格式，使得飞行冲突事故的＂分析在时间和空间上受到了很大的限制。因此，研究和设计一种基于普通计算机的事故模拟系统，是非常必要的。
　　该系统的结构主要包括数据采集和冲突分析评估两个子系统，在便携式终端上，运行数据采集子系统，结合PCMCIA 同步数据采集卡，就可以非常方便的实现数据的采集，以及对飞行冲突事故的评估和分析。
　　3 系统实现
　　3.1 数据采集子系统
　　数据采集子系统主要是利用PCMCIA 同步数据采集卡，从雷达记录仪和录音机中，采集相应的雷达信号以及语音信息，同时对信息进行筛选和处理，生成相应的雷达数据文件和语音文件，方便后续的事故分析。从目前来看，数据采集子系统能够对Alenia 及Raytheon 雷达的数据格式进行有效处理，包括了几个主要的功能模块：(1)数据采集模块：数据采集模块可以从系统通信控制卡的数据存储区域，读取雷达记录仪记录的原始信号，同时将数据转入特定的缓冲区内。(2)数据格式转换模块：可以将数据采集模块采集到的各种数据信息进行初步处理，转化为与雷达类型相对应的航迹信息格式。(3)数据存储模块：主要是针对转换后的雷达信息数据进行保存，按照每4s 一帧的频率，保存为相应的文件。
　　3.2 冲突分析评估子系统
　　冲突分析评估系统的功能，主要是对数据采集系统得到了雷达数据文件和语音文件进行同步处理回放，输入相应的模拟指令，对冲突事故进行分析和评估，并将分析结果以报告的形式打印出来。
　　冲突分析评估子系统的主要功能模块包括：
　　(1)飞行冲突分析与评估模块：
　　作为系统的核心部分，飞行冲突分析与评估模块可以将其他各个功能模块连接在一起，为其提供相应的交互接口，同时根据事件触发，调度其他子模块。在实际运作中，该模块可以从采集到的雷达数据文件中，确定相应的冲突分析目标，对雷达记录的航迹信息进行整理分析，计算出冲突目标之间的各种间隔数据。若在评估过程中，发现冲突目标之间的间隔数据小于规定的数值，则模块会自动对发生危险接近、冲突脱离等关键时间点进行标记，并做好飞行数据的记录工作。在实际冲突分析时，系统会调动图形显示模块，将转化后的飞行航迹信息呈现在显示器上，结合冲突检测模块，分析目标的垂直、水平以及侧向间隔，之后调用飞行模拟分析模块，将模拟的管制指令输入到选定目标，评估其飞行状态。
　　(2)图形显示模块：
　　图形显示模块的功能主要为显示静态信息如地图、航线及坐标等，同时以此为基础对航迹的动态信息予以显示。这些信息在显示前，都必须结合雷达数据中存在的坐标系进行相应的格式转换，然后以此为基础，绘制相应的图像，还可以对图像进行移动和缩放。结合航迹信息内坐标值，以偏移与缩放方式可对屏幕上航迹坐标予以计算，于内存设备表之中绘制航迹并向屏幕上粘贴，与定时器相结合以实时显示航迹信息，并做到信息的动态更新，航迹信息图形的显示工具为VC++。
　　(3)冲突检测模块：
　　冲突检测模块可以实现对所有符合条件航迹的跟踪计算，如果检测到的航迹三围距离小于设定的标准值，或者在规定时间内可能会小于标准值，则系统会向值班人员发送冲突告警信息。冲突检测的对象主要是雷达目标间的垂直和水平间隔，其相关算法的实现包括两种模式，一是当前模式，在每一次雷达扫描的周期内，对于所有符合相应条件的航迹，进行跟踪计算，根据计算结果，若目标对之间的三围距离小于区域设定距离，同时不断的缩小，则表明两者处于冲突状态;二是推测模式，同样是对符合特定条件的目标航迹对进行跟踪计算，将计算结果与设定值进行对比，如果不满足告警条件，则应该利用目标对航迹速度的垂直量和水平量，对一段时间后目标对的相对位置进行推测和模拟，若其在设定的时间区间内，垂直与水平间隔都小于标准距离，且间隔不断缩小，则表明航迹对处于冲突状态。
　　(4)模拟分析模块：
　　根据所选航空器代码将相应模拟指令输出，促使屏幕中显示目标可以按照模拟指令，显示出飞行航迹，对冲突发生时机组避让动作、管制人员指挥的方法展开模拟，便于分析冲突调配方案并进行评估。构建模拟飞行的教学模型，从而完成下面的指令。a.航迹外推：飞行期间雷达目标保持现有速度及高度;b.指定地速：根据设定速度确保目标渐渐减速或加速到指定的速度;c.指定高度：以指定速率为依据下降或爬升至指定高度并加以保持;d.指定航向：以指定方向为依据，向右或向左转或就近向指定航向转向;e.飞向定点：向指定导航台或地理坐标就近飞向。
　　在模块中，可以将上述指令依次输入同一个航空器，也可以输入不同的航空器，无论何种指令在输入后，都存在有15s 的系统延迟，并非系统反应之后，而是模拟飞行员的反应和动作时间。
　　4 结束语
　　总而言之，空管飞行冲突事故模拟系统能够及时、准确的对飞行冲突事故进行分析和评估，明确事故发生的原因、性质以及潜在危害，不仅能够对潜在飞行安全隐患和已经发生的飞行冲突事故进行评估和处理，还可以有效解决管制人员的培训问题，对于提升空管工作的质量和效率有着较高的应用价值。