空中目标侵入限制空域的告警方法及装置

摘要

本发明公开了一种空中目标侵入限制空域的告警方法及装置。所述方法包括：确定空中目标的外推告警航迹点；判断所述外推告警航迹点是否位于规则体内，所述规则体为预先确定的包容限制空域的规则体；若判断出外推告警航迹点位于规则体外，则确定不告警；否则，进一步判断外推告警航迹点是否位于限制空域内；若判断出外推告警航迹点位于限制空域内，则确定告警。由于在判断外推告警航迹点是否位于限制空域内之前，先判断外推告警航迹点是否位于一个包容该限制空域的规则体内，而判断外推告警航迹点是否位于规则体内的运算过程非常简单、运算量小，从而缩短告警判断时间，为下一个告警循环判断节约了时间，提高告警的及时性。

说明书

技术领域

本发明涉及通用航空通信技术，特别是涉及空中目标侵入限制空域时的告 警技术。

背景技术

近年来，通用航空得到了快速发展。公务飞行、商用飞行、空中游览、私 人驾照培训，正受到越来越多人的青睐，有了足够大的市场需求。统计数字表 明，目前全世界约有通用飞机33.6万架，从事通用航空活动的飞行员达70万名。 因此，通用飞机在国家经济中起着非常重要的作用。

通用航空的快速发展，也带来了极大的空中安全隐患问题。通用航空中的 飞行器与民航中的飞机不同，其飞行线路、高度都不是固定的，在飞行过程中 随时发生变化。飞行管制部门为了保证特定区域不受侵入或为保证空中目标本 身的飞行安全，而在一定时间段内划设的特定空间区域。因此，飞行器的飞行 活动，需要受到空中禁区、危险区以及限制区的限制。对飞行器某一个航迹而 言，如其在适应性时间内能够到达限制空域的边缘，则系统需要进行告警或预 警，提醒管制人员予以注意。

空中交通管制系统对空中目标及时识别并进行侵入预/告警的方法为：当系 统检测到空中目标，系统对该空中目标进行如下循环判断，流程图如图1所示， 包括如下步骤：

S101：获取空中目标航迹的当前位置的三维坐标，即确定空中目标当前航 迹点。

S102：若该航迹点与某一限制空域的距离小于适应性预警时间内所能预达 的距离，则给予预警；

S103：若该航迹点与某一限制空域的距离小于适应性告警时间内所能预达 的距离，则给予告警；

S104：结束。进行下一个航迹点处理判断流程，重复上述步骤S101-S103。

适应性预警时间和适应性告警时间为技术人员根据经验设置，比如可以设 置适应性预警时间为3分钟、适应性告警时间为2分钟。现有技术中，空中交通 管制系统在上述步骤S102、103中判断航迹点与某一限制空域的距离是否小于适 应性预警/告警时间内所能预达的距离的方法主要有：

沿着空中目标飞行方向划设一条直线，即计算空中目标飞行方向延长线和 每一个限制空域(限制空域可视为三维任意多边体)是否存在交点，如存在交 点，则计算空中目标与交点之间的距离(如图2所示)；若判断此距离小于适应 性预警/告警时间内空中目标所能够预达距离，则预/告警。此算法比较直接、简 单，但直线与空间体的交点求解方法运算量大，且存在多解问题。

或者，把限制空域外缘向外扩张，扩展的相对距离等于空中目标在适应性 预警/告警时间内预达的距离；若判断空中目标在扩展后的空域内，则预/告警。 判断点在空间体内的算法相对成熟、可靠，但进行空域外缘扩展的算法需要占 用大量的运算时间。

综上所述，现有技术的空中交通管制系统对空中目标进行侵入告警(或预 警)的方法，运算时间长，导致告警(或预警)反应慢，在空中目标突然加速 的情况下，有可能产生不能及时告警(或预警)的情况。

发明内容

本发明实施例提供了一种空中目标侵入限制空域的告警方法及装置，用以 缩短告警判断时间，提高告警的及时性。

一种空中目标侵入限制空域的告警方法，包括：

确定空中目标的外推告警航迹点，所述外推告警航迹点指的是所述空中目 标沿其飞行方向在适应性告警时间内所能预达的位置点；

判断所述外推告警航迹点是否位于规则体内，所述规则体为预先确定的包 容所述限制空域的规则体；

若判断出所述外推告警航迹点位于所述规则体外，则确定不告警；

否则，进一步判断所述外推告警航迹点是否位于所述限制空域内；若判断 出所述外推告警航迹点位于所述限制空域内，则确定告警。

在所述确定空中目标在适应性告警时间内所能预达的位置点之前，还包括：

确定所述空中目标的外推预警航迹点，所述外推预警航迹点指的是所述空 中目标在适应性预警时间内所能预达的位置点；

判断所述外推预警航迹点是否位于规则体内；

若判断出所述外推预警航迹点位于所述规则体外，则确定不预警；

否则，进一步判断所述外推预警航迹点是否位于所述限制空域内；若判断 出所述外推预警航迹点位于所述限制空域内，则确定预警。

所述规则体具体为球体；所述球体为包容所述限制空域的最小球体；或者， 所述球体为半径比所述最小球体的半径大设定值、中心与所述最小球体的中心 相同的球体。

所述判断所述外推预警航迹点是否位于规则体内具体为：

若所述外推预警航迹点的三维坐标X₁、Y₁、Z₁同时满足如下不等式，则判 断所述外推预警航迹点位于所述规则体内；否则，判断所述外推预警航迹点不 位于所述规则体内；

X_min≤X₁≤X_max；(公式1)

Y_min≤Y₁≤Y_max；(公式2)

Z_min≤Z₁≤Z_max；(公式3)

上述公式1中的X_max为所述球体的表面所有点的X坐标值中最大值，X_min为所述球体的表面所有点的X坐标值中最小值；

上述公式2中的Y_max为所述球体的表面所有点的Y坐标值中最大值，Y_min为所述球体的表面所有点的Y坐标值中最小值；

上述公式3中的Z_max为所述球体的表面所有点的Z坐标值中最大值，Z_min为所述球体的表面所有点的Z坐标值中最小值。

所述判断所述外推告警航迹点是否位于规则体内具体为：

若所述外推告警航迹点的三维坐标X₂、Y₂、Z₂同时满足以下不等式，则判 断所述外推告警航迹点位于所述规则体内；否则，判断所述外推告警航迹点不 位于所述规则体内；

X_min≤X₂≤X_max；(公式7)

Y_min≤Y₂≤Y_max；(公式8)

Z_min≤Z₂≤Z_max；(公式9)

上述公式7中的X_max为所述球体的表面所有点的X坐标值中最大值，X_min为所述球体的表面所有点的X坐标值中最小值；

上述公式8中的Y_max为所述球体的表面所有点的Y坐标值中最大值，Y_min为所述球体的表面所有点的Y坐标值中最小值；

上述公式9中的Z_max为所述球体的表面所有点的Z坐标值中最大值，Z_min为所述球体的表面所有点的Z坐标值中最小值。

所述规则体具体为：在包容所述限制空域的最小球体之外的，包容所述球 体的最小正方体。

所述判断所述外推预警航迹点是否位于规则体内具体为：

若所述外推预警航迹点的三维坐标X₁、Y₁、Z₁满足以下不等式中至少一个 不等式，则判断所述外推预警航迹点位于所述规则体内；否则，判断所述外推 预警航迹点不位于所述规则体内；

X_min≤X₁≤X_max；(公式4)

Y_min≤Y₁≤Y_max；(公式5)

Z_min≤Z₁≤Z_max；(公式6)

上述公式4中的X_max为所述球体的表面所有点的X坐标值中的最大值，X_min为所述球体的表面所有点的X坐标值中最小值；

上述公式5中的Y_max为所述球体的表面所有点的Y坐标值中的最大值，Y_min为所述球体的表面所有点的Y坐标值中最小值；

上述公式6中的Z_max为所述球体的表面所有点的Z坐标值中的最大值，Z_min为所述球体的表面所有点的Z坐标值中最小值。

所述判断所述外推告警航迹点是否位于规则体内具体为：

若所述外推告警航迹点的三维坐标X₂、Y₂、Z₂满足以下不等式中至少一个 不等式，则判断所述外推告警航迹点位于所述规则体内；否则，判断所述外推 告警航迹点不位于所述规则体内；

X_min≤X₂≤X_max；(公式10)

Y_min≤Y₂≤Y_max；(公式11)

Z_min≤Z₂≤Z_max；(公式12)

上述公式10中的X_max为所述球体的表面所有点的X坐标值中最大值，X_min为所述球体的表面所有点的X坐标值中最小值；

上述公式11中的Y_max为所述球体的表面所有点的Y坐标值中最大值，Y_min为所述球体的表面所有点的Y坐标值中最小值；

上述公式12中的Z_max为所述球体的表面所有点的Z坐标值中最大值，Z_min为所述球体的表面所有点的Z坐标值中最小值。

一种空中目标侵入限制空域的告警装置，包括：

告警处理模块，用于确定空中目标的外推告警航迹点，所述外推告警航迹 点指的是所述空中目标沿其飞行方向在适应性告警时间内所能预达的位置点；

第一判断模块，用于根据所述告警处理模块确定的外推告警航迹点，判断 所述外推告警航迹点是否位于规则体内；若是，向所述告警处理模块返回不告 警信息；否则，发送继续判断通知；

第二判断模块，用于根据所述第一判断模块发送的继续判断通知，判断所 述外推告警航迹点是否位于所述限制空域内；若是，向所述告警处理模块返回 告警信息；否则，向所述告警处理模块返回不告警信息；

所述告警处理模块根据返回的信息决定是否告警。

所述装置，还包括：

预警处理模块，用于确定所述空中目标的外推预警航迹点；以及，

所述第一判断模块还用于根据所述预警处理模块确定的外推预警航迹点， 判断所述外推预警航迹点是否位于规则体内；若是，向所述预警处理模块返回 不预警信息；否则，发送继续判断通知；

第二判断模块还用于根据所述第一判断模块发送的继续判断通知，判断所 述外推预警航迹点是否位于所述限制空域内；若是，向所述预警处理模块返回 预警信息；否则，向所述告警处理模块返回不预警信息；

所述预警处理模块根据返回的信息决定是否预警。

由于本发明实施例在判断外推告警航迹点是否位于限制空域内之前，先判 断外推告警航迹点是否位于一个包容该限制空域的规则体内，而判断外推告警 航迹点是否位于规则体内的运算过程非常简单、运算量小，对于大多数外推告 警航迹点位于规则体外的情况，可以迅速作出不告警的决定，缩短告警判断时 间，从而为下一个告警循环判断节约了时间，提高告警的及时性。

类似地，对于告警判断之前的预警判断，在判断外推预警航迹点是否位于 限制空域内之前，先判断外推预警航迹点是否位于一个包容该限制空域的规则 体内，而判断外推预警航迹点是否位于规则体内的运算过程非常简单、运算量 小，对于大多数外推预警航迹点位于规则体外的情况，可以迅速作出不预警的 决定，缩短预警判断时间，从而为下一个告警或预警循环判断节约了时间，提 高告警获预警的及时性。

附图说明

图1为现有技术的空中目标侵入限制区域的预/告警方法的流程图；

图2为现有技术的空中目标飞行方向延长线和限制空域的交点的示意图；

图3为本发明实施例的包容限制空域的最小球体示意图；

图4为本发明实施例的在包容限制空域的最小球体之外的、包容该球体的 最小正方体的示意图；

图5为本发明实施例的空中目标侵入限制空域告警方法流程图；

图6为本发明实施例的空中目标侵入限制空域告警装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种对空中目标进行侵入预/告警的方法中，首先针对 限制空域，确定出一个可以包容该限制空域的规则体，例如，可以是包容该限 制空域的球体，较佳的，该球体是能够包容该限制空域的最小球体(如图3所 示)；或者，该规则体可以是球体，该球体为半径比所述最小球体的半径大设定 值、中心与所述最小球体的中心相同的球体，即最小球体的半径再扩大设定值 后所构成的球体；或者，该规则体可以是在包容限制空域的最小球体之外的、 包容该球体的最小正方体(如图4所示)。在进行告警循环判断时，可以先确定 空中目标的外推告警航迹点，是否位于规则体内。这里，外推告警航迹点指的 是空中目标沿其飞行方向在适应性告警时间内所能预达的位置点，例如，如图3 所示中的A点。

若在规则体内，则进一步精确判断外推告警航迹点是否位于限制空域内； 若判断出外推告警航迹点位于限制空域内，则进行告警；否则，不告警。

若不在规则体内，则确定此次判断不进行告警，可以开始下一次的告警判 断。事实上，空中目标有90％以上的概率是其外推告警航迹点位于规则体外， 而判断出空中目标是否位于规则体内的算法非常简单，只需进行数值比较，大 大节省了告警判断时间，可以及时进行下一次告警判断的循环。尤其对于飞行 速度突然加速的空中目标来说，缩短当前该次告警判断时间，就可以及时进行 下次告警判断，及时告警。

在实际应用中还可以在告警判断之前，增加对空中目标是否侵入限制空域 的预警判断，本发明实施例中对于预警的判断也与告警判断类似：

确定空中目标的外推预警航迹点，是否位于规则体内。这里，外推预警航 迹点指的是空中目标沿其飞行方向在适应性预警时间内所能预达的位置点，例 如，如图3所示中的B点。

若在规则体内，则进一步精确判断外推预警航迹点是否位于限制空域内； 若判断出外推预警航迹点位于限制空域内，则进行预警；否则，不预警。

若不在规则体内，则确定此次判断不进行预警，可以开始下一次的预警判 断。事实上，空中目标有90％以上的概率是其外推预警航迹点位于规则体外， 而判断出外推预警航迹点是否位于规则体内的算法非常简单，只需进行数值的 比较，大大节省了预警判断时间，可以及时进行下一次预警判断的循环。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。空中交通管制系统检测 到空中目标后，对空中目标进行预警和告警的循环判断，流程图如图5所示， 包括如下步骤：

S501：确定空中目标的外推预警航迹点。

S502：判断外推预警航迹点是否在规则体内；若在，执行步骤S503；否则， 确定不预警，结束该次预警判断，并执行告警判断步骤S511；

若规则体为能够包容该限制空域的最小球体，则判断外推预警航迹点是否 在规则体内的具体方法为：

如图3所示的球体，在三维坐标中：

沿Z坐标轴的P1、P2点，其中，P1点的Z坐标值为球体表面所有的点中Z 坐标值最小的，记为Z_min；P2点的Z坐标值为球体表面所有的点中Z坐标值最 大的，记为Z_max。

沿X坐标轴的P3、P4点，其中，P3点的X坐标值为球体表面所有的点中 X坐标值最小的，记为X_min；P4点的X坐标值为球体表面所有的点中X坐标值 最大的，记为X_max。

沿Y坐标轴的P5、P6点，其中，P5点的Y坐标值为球体表面所有的点中 Y坐标值最小的，记为Y_min；P6点的Y坐标值为球体表面所有的点中Y坐标值 最大的，记为Y_max。

假设，外推预警航迹点的三维坐标为(X₁，Y₁，Z₁)，若判断出X₁、Y₁、 Z₁同时满足以下公式1、2、3的条件，则确定外推预警航迹点在规则体内，即 在该球体内：

X_min≤X₁≤X_max；(公式1)

Y_min≤Y₁≤Y_max；(公式2)

Z_min≤Z₁≤Z_max；(公式3)

上述的X_min、X_max、Y_min、Y_max、Z_min、Z_max在进入告警循环判断之前即可确 定，比如在系统初始化时即可确定，不必在每次告警判断时重新计算。

若规则体为在包容限制空域的最小球体之外的、包容该球体的最小正方体， 则判断外推预警航迹点是否在规则体内的具体方法为：

对于上述包容限制空域的最小球体的X_min、X_max、Y_min、Y_max、Z_min、Z_max， 只要外推预警航迹点的三维坐标X₁、Y₁、Z₁能够满足如下公式4、5、6所示条 件中的至少一个条件，则判断外推预警航迹点在规则体内，即在该正方体内； 否则，判断外推航迹点不在规则体内，即不在该正方体内。

X_min≤X₁≤X_max；(公式4)

Y_min≤Y₁≤Y_max；(公式5)

Z_min≤Z₁≤Z_max；(公式6)

由此可见，判断出外推预警航迹点是否位于规则体内的算法非常简单，只 需进行数值比较。而空中目标有90％以上的概率是其外推预警航迹点位于规则 体外的情况，因此，通过该判断步骤，对于90％以上的情况即可快速做出不预 警的判断，为下次的预警或告警的判断节约时间。

S503：进一步判断外推预警航迹点是否在限制空域内。若在，则进行预警， 结束该次预警判断，并执行告警判断步骤S511；否则，确定不预警，结束该次 预警判断，并执行告警判断步骤S511。

如何判断外推预警航迹点是否在限制空域内可以采用本领域技术人员所熟 知的现有技术。例如之前所述的：沿着空中目标飞行方向划设一条直线，计算 直线和限制空域是否存在交点，如存在交点，则计算空中目标与交点之间的距 离；小于空中目标与外推预警航迹点之间的距离，则预警。

S511：确定空中目标的外推告警航迹点。

S512：判断外推告警航迹点是否在规则体内。若在，执行步骤S513；否则， 确定不告警，结束该次告警判断，可以开始下一次的预/告警循环判断，即重新 开始执行步骤S501。

判断外推告警航迹点是否在规则体内的方法与上述步骤S502中，判断外推 预警航迹点是否在规则体内的方法相同。具体的：

对于上述包容限制空域的最小球体的X_min、X_max、Y_min、Y_max、Z_min、Z_max， 假设，外推告警航迹点的三维坐标为(X₂，Y₂，Z₂)，若判断出X₂、Y₂、Z₂同 时满足以下公式7、8、9的条件，则确定外推告警航迹点在规则体内，即在该 球体内：

X_min≤X₂≤X_max；(公式7)

Y_min≤Y₂≤Y_max；(公式8)

Z_min≤Z₂≤Z_max；(公式9)

上述的X_min、X_max、Y_min、Y_max、Z_min、Z_max在进入告警循环判断之前即可确 定，比如在系统初始化时即可确定，不必在每次告警判断时重新计算。

若规则体为在包容限制空域的最小球体之外的、包容该球体的最小正方体， 则判断外推预警航迹点是否在规则体内的具体方法为：

对于上述包容限制空域的最小球体的X_min、X_max、Y_min、Y_max、Z_min、Z_max， 只要外推告警航迹点的三维坐标X₂、Y₂、Z₂能够满足如下公式10、11、12所示 条件中的至少一个条件，则判断外推预警航迹点在规则体内，即在该正方体内； 否则，判断外推航迹点不在规则体内，即不在该正方体内。

X_min≤X₂≤X_max；(公式10)

Y_min≤Y₂≤Y_max；(公式11)

Z_min≤Z₂≤Z_max；(公式12)

由此可见，判断出外推告警航迹点是否位于规则体内的算法非常简单，只 需进行数值比较。而空中目标有90％以上的概率是其外推告警航迹点位于规则 体外的情况，因此，通过该判断步骤，对于90％以上的情况即可快速做出不告 警的判断，为下次的预警或告警的判断节约时间。

S513：判断外推告警航迹点是否在限制空域内。若在，则进行告警，结束 该次告警判断，开始下一次的预/告警循环判断，即重新开始执行步骤S501；否 则，确定不告警，结束该次告警判断，开始下一次的预/告警循环判断，即重新 开始执行步骤S501。

如何判断外推告警航迹点是否在限制空域内可以采用本领域技术人员所熟 知的现有技术。例如之前所述的：沿着空中目标飞行方向划设一条直线，计算 直线和限制空域是否存在交点，如存在交点，则计算空中目标与交点之间的距 离；小于空中目标与外推告警航迹点之间的距离，则告警。

本发明实施例还提供了一种空中目标侵入限制空域的告警装置，如图6所 示，包括：告警处理模块601、第一判断模块602、第二判断模块603。

告警处理模块601用于确定空中目标的外推告警航迹点。

第一判断模块602根据告警处理模块601确定的外推告警航迹点，判断所 述外推告警航迹点是否位于规则体内。所述规则体为预先确定的包容所述限制 空域的规则体，具体可以是：预先确定的包容所述限制空域的最小球体；或者， 在包容所述限制空域的最小球体之外的，包容所述球体的最小正方体。若判断 外推告警航迹点位于规则体内，第一判断模块602向告警处理模块601返回不 告警信息；否则，第一判断模块602向第二判断模块603发送继续判断通知。 判断外推告警航迹点是否位于规则体内的方法如前所述，此处不再赘述。

第二判断模块603根据第一判断模块602发送的继续判断通知，判断所述 外推告警航迹点是否位于所述限制空域内；若是，向告警处理模块601返回告 警信息；否则，向告警处理模块601返回不告警信息。

告警处理模块601根据返回的信息决定是否告警。

进一步，空中目标侵入限制空域的告警装置还包括：预警处理模块604。

预警处理模块604用于确定所述空中目标的外推预警航迹点。

第一判断模块602还用于根据预警处理模块604确定的外推预警航迹点， 判断所述外推预警航迹点是否位于规则体内；若是，向预警处理模块604返回 不预警信息；否则，向第二判断模块603发送继续判断通知。判断外推预警航 迹点是否位于规则体内的方法如前所述，此处不再赘述。

第二判断模块603还用于根据第一判断模块602发送的继续判断通知，判 断所述述外推预警航迹点是否位于所述限制空域内；若是，向预警处理模块604 返回预警信息；否则，向告警处理模块604返回不预警信息。

预警处理模块604根据返回的信息决定是否预警。

由于本发明实施例在判断外推告警航迹点是否位于限制空域内之前，先判 断外推告警航迹点是否位于一个包容该限制空域的规则体内，而判断外推告警 航迹点是否位于规则体内的运算过程非常简单、运算量小，对于大多数外推告 警航迹点位于规则体外的情况，可以迅速作出不告警的决定，缩短告警判断时 间，从而为下一个告警循环判断节约了时间，提高告警的及时性。

类似地，对于告警判断之前的预警判断，在判断外推预警航迹点是否位于 限制空域内之前，先判断外推预警航迹点是否位于一个包容该限制空域的规则 体内，而判断外推预警航迹点是否位于规则体内的运算过程非常简单、运算量 小，对于大多数外推预警航迹点位于规则体外的情况，可以迅速作出不预警的 决定，缩短预警判断时间，从而为下一个告警或预警循环判断节约了时间，提 高告警获预警的及时性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是 可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存 储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。