空中編隊空間協(xié)同沖突檢測方法研究

摘 要：文章主要是針對在實際空中編隊作戰(zhàn)的過程中，提出以三維Delaunay三角剖分模型的三維飛行沖突檢測方式，來解決其中發(fā)生的飛行沖突檢測問題。在文章的研究中，主要是對三維Delaunay三角剖分模型之中，其所具有的非常優(yōu)良的空間位置描述能力，對需要檢測的相鄰和不相鄰的編組矩陣進(jìn)行構(gòu)建，以沖突判斷、飛行間隔為基礎(chǔ)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，檢測在實際空中編隊飛行過程中產(chǎn)生的沖突進(jìn)行相應(yīng)的檢測，采用具體的案例進(jìn)行分析，進(jìn)而得出相應(yīng)的結(jié)果為，針對于空中編隊進(jìn)攻作戰(zhàn)飛行沖突檢測中，通過這種方式可以有效避免不必要的檢測情況發(fā)生，進(jìn)而為后續(xù)進(jìn)行編隊指揮控制，以及解決下一步?jīng)_突發(fā)揮出良好的輔助性作用。

關(guān)鍵詞：空中編隊;協(xié)同沖突;檢測

在實際進(jìn)行空中作戰(zhàn)的過程中，對作戰(zhàn)行動進(jìn)行準(zhǔn)確、及時的控制有著非常重要的意義和作用。在對作戰(zhàn)控制相關(guān)工作中，對不同的空中編隊之間，所產(chǎn)生的飛行沖突進(jìn)行有效協(xié)調(diào)是其中最重要的工作任務(wù)之一。如果在目標(biāo)海域或者是地域的上空，如果不同空中編隊在空間方面發(fā)生重疊的情況，或者是無法避免鄰近的情況，再者是出現(xiàn)交織的情況，這些無法避免的情況對空中編隊的安全，以及對空中協(xié)同作戰(zhàn)能力正常發(fā)揮都有著較為嚴(yán)重的影響。因此，在空中編隊作戰(zhàn)過程中，必須要及時發(fā)現(xiàn)其中存在的沖突，并通過告警的方式，協(xié)調(diào)空中編隊，為空中編隊協(xié)調(diào)提供有效的輔助性信息。

1、三維Delaunay三角剖分模型

在我國計算流體力學(xué)、地理信息系統(tǒng)等多個領(lǐng)域之中，都已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用三維Delaunay三角剖分模型，在描述空間離散點之間，此剖分模型具有最簡單以及相互關(guān)系最好的特點。筆者在定位三維Delaunay三角剖分過程中，主要是以二維Delaunay三角剖分定義為基礎(chǔ)根據(jù)。具體定義如下：

第一種定義為三位單純形定義：所謂三維單純形，就是三維歐式空間之中，4個頂點構(gòu)成的凸殼，也可以將其稱為四面體。

第二種定義為三維空間的三角剖分：首先需要設(shè)定三維空間的n個離散點，集合為PA，進(jìn)而得到三角剖分TE3是M個四面體的集合，如下所示：

在上式之中，TE3具有如下性質(zhì)：

首先PA為TE3頂點集;其次，PA的凸殼;最后，在TE3之中，取任何2個四面體交集部分，也可以取空集或者是PA中的點，還可以取其中兩點作為端點最終形成一條直線段，也可以取在PA中的三點形成一個三角形。

第三種定義為三維Delaunay三角剖分：如果在三維空間的三角剖分中的PA中的任意其他點，都不在的外接球之內(nèi)，也就可以將這種三角剖分稱之為三維Delaunay三角剖分，這種三角剖分具有明顯的唯一性。

在文章中筆者首先將1架飛機或者是多架飛機作為1個空中編組，并且將此編組作為文章的整體研究對象，但是編組內(nèi)部所有飛機之間所產(chǎn)生的飛行沖突不在關(guān)注之中，一般在表示編號為n的編組飛行狀態(tài)過程中，會用Fn（X，Y，Z，V，Cou），其中編組的三維坐標(biāo)會用（X，Y，Z）進(jìn)行表示;飛行速度用v來表示，航向用Cou來表示。針對上文所述的活動空域中，有可能出現(xiàn)的重疊、交叉編組之中，其中n個編組可以刊位n個離散點，從而就可以利用三維Delaunay三角剖分，將n個編組空間之間存在的關(guān)系建立出相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。進(jìn)而n個編組所形成的模型就可以由下屬之中的矩陣來進(jìn)行表示：

Tes=（tes）numtes×4

在上述矩陣之中，在不同的行之間，分別有4個完全不同的編組編號構(gòu)成，從而形成一個統(tǒng)一的四面體，其中四面體個數(shù)由剖分得到，用numtes來表示，基于此，在上述矩陣中，相應(yīng)的編組可能出現(xiàn)在不同行之中。

對Tes模型進(jìn)行分析過程中，主要采用Delaunay三角剖分，如此，在對某編組所相鄰編組的信息情況就可以更為簡單的得到，因此，在對編組飛行沖突檢測的過程中，應(yīng)用三維Delaunay三角剖分模型具有良好的作用，并且針對消解飛行沖突方面，控制編隊方面工作過程中，提供非常重要的輔助型信息。

2、飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)及沖突判斷

2.1 飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)

飛行器之間保持間隔是民航和軍航領(lǐng)域都必須要遵守的原則。所謂飛行間隔，也就是不同的飛行編組之間，必須要保證最低限度的安全飛行間隔距離，對飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，主要分為三類，分別為橫向、縱向、垂直三種間隔標(biāo)準(zhǔn)。以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定為依據(jù)，根據(jù)飛行過程中的高度、速度、空域、航跡的不同，編組之間的飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)也明顯不同。

在整體空中進(jìn)攻作戰(zhàn)過程中，可以說在全過程都存在編組飛行沖突，特別是在突擊、突防、接敵階段之中，這種可能出現(xiàn)的飛行沖突就變得更為激烈、常見且非常復(fù)雜。因此，在文章中，筆者針對編組在返航和出航之間飛行沖突進(jìn)行檢測。在整個過程中，無論是指示空速，還是編組活動高度來說，都保持在一定的范圍之中，基于此，文章將編組飛行間隔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，從而可以為后續(xù)研究提供便利，具體如下：

第一，飛行高度、航跡相同情況下，用XA表示縱向間隔;

第二，飛行高度相同，但是飛行航跡不同，則用XB來表示橫向間隔;

第三，飛行高度不同，就可以用XC表示飛行編組之間的垂直間隔。

2.2 判斷飛行沖突

首先需要對飛行沖突進(jìn)行定義，在編組實際飛行的過程中，判斷不同編組之間的飛行沖突，主要是因為不同編組之間的實際間隔小于規(guī)定的理論間隔標(biāo)準(zhǔn)，其中包括縱向、橫向、垂直三中間隔。通過上述飛行間隔和沖突的定義可以看出，對飛行編組之間產(chǎn)生的沖突類型進(jìn)行分析，具體如下：

第一種沖突為在高度、航跡相同的情況下，不同編組之間在縱向間隔方面，實際間隔小于標(biāo)準(zhǔn)間隔;

第二種沖突為，在航跡不同，高度相同的情況下，不同編組之間在橫向間隔方面，實際間隔小于間隔標(biāo)準(zhǔn);

第三種沖突為，高度不同，不同編組之間在垂直間隔方面，實際間隔小于標(biāo)準(zhǔn)間隔。

3、檢測飛行沖突

所謂飛行沖突的檢測，主要是檢測不同編組在實際飛行過程中，不同編組之間的實際間隔，其中包括垂直、縱向、橫向的間隔，如果此實際間隔小于間隔標(biāo)準(zhǔn)，就是飛行沖突檢測。

在對不同飛行編組飛行檢測的本質(zhì)分析中，主要是檢測編組之間的位置相對關(guān)系，看這個關(guān)系是否符合相應(yīng)要求。如果n個編組之間不存在飛行沖突，首先必須要滿足人一兩個編組之間不存在飛行沖突，從而就可以組成n×（n-1）/2對編組。在傳統(tǒng)的檢測過程中，主要采取的方法是將所有n×（n-1）/2編組之間的沖突情況進(jìn)行檢測，主要檢測次數(shù)就可以為：

如果兩個編組不相鄰，就不需要進(jìn)行飛行沖突的檢測。

結(jié)語：

綜上所述，在檢測和判定飛行沖突過程中，通過利用三維Delaunay三角剖分模型，可以有效避免便組織間的檢測，同時得到的信息更為全面，節(jié)約了檢測的時間，并提供了輔助決策信息以供消除沖突和指揮空中編隊。

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[2]陳榕，陳鄧安，韓玉龍.一種空中編隊空間協(xié)同沖突檢測方法[J].兵工自動化，2014，33（12）：29-31.

作者簡介：吳嘉瑋（1998.11-），男（漢族），陜西西安市人，學(xué)生，本科在讀，主要研究領(lǐng)域為塔臺領(lǐng)航。