空中编队空间协同冲突检测方法研究

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;检测

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，此剖分模型具有最簡单以及相互关系最好的特点。笔者在定位三维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：

首先PA为TE3顶点集;其次，PA的凸壳;最后，在TE3之中，取任何2个四面体交集部分，也可以取空集或者是PA中的点，还可以取其中两点作为端点最终形成一条直线段，也可以取在PA中的三点形成一个三角形。

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。

在文章中笔者首先将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个离散点，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，笔者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。