基于MINLP的多机飞行冲突解脱方法

本发明涉及的是一种飞行轨迹控制领域的技术，具体是一种基于混合整数线性规划(minlp)的多机飞行冲突解脱方法，可以用于商用飞机、通用航空等空管决策支持工具来辅助管制员进行决策。

背景技术：

1、针对冲突解脱方案难以得到实际应用的问题，提出一种基于混合整数规划算法的冲突解脱方法，获得可以满足实际应用需求的最优解，用于空管决策支持工具辅助管制员进行决策。

技术实现思路

1、本发明针对现有线性求解依赖于假设、难以满足实际应用需求存在的不足以及计算复杂、计算时间较长的缺陷，提出一种基于minlp的多机飞行冲突解脱方法，将飞行冲突解脱问题建模为一类最优控制问题，通过minlp算法得到满足实际需求的最优解，从而实现冲突解脱。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种基于minlp的多机飞行冲突解脱方法，通过构建冲突解脱模型后采用混合整数非线性规划(minlp)算法求解，形成最优冲突解脱的航向角调整(hac)策略。

4、所述的冲突是指：当两机之间的距离小于最小安全间隔rp，即两机之间存在冲突。为确保两机之间不发生冲突，两机之间的距离dij不能小于最小安全间隔rp即其中：[xi(t)，yi(t)]和[xj(t)，yj(t)]分别是t时刻第i架飞机和第j架飞机的位置坐标，rp是保护区半径。一旦飞行保护区有交叉，就认定两机之间存在冲突，必须提前采取措施来规避一切可能的冲突。

5、所述的冲突解脱模型是指：当n架飞机在共享空域的同一高度层巡航，其中每架飞机的初始位置和终点位置已知，在n架飞机为共同的目标协同参与冲突解脱，也即所有飞机之间共享各自的位置、速度、航向角等信息，以便能够避开所有可能的冲突并尽可能快速地到达目的地，即由于冲突造成的与飞行计划的偏离越小越好，因此目标函数定义为：其中：i表示冲突飞机的数量，δθ是航向角变化量。

6、所述的混合整数非线性规划算法是指：通过几何构造的方法将优化问题直接建模为非线性形式，即：

7、其中：pc是二元变量，当不等式为病态(也即分母为零)时其值为1，否则为0。当pc＝1时，即病态情况，其相乘项是(1-pc)控制的三角表达式调整π/2后的结果表达式。δc(c＝1，…，4)是辅助0-1变量，用于对约束进行建模，以选择存在潜在冲突的c种可能情况中的一种，有：δ1+δ2+δ3+δ4＝1，δk(k＝1，…，4)∈{0，1}。

8、因此，有且只有一组约束被考虑用于冲突解脱。如果对应的约束满足，那么其值为1，否则为0。从而确保了4组约束条件中有且只有一组满足。

9、优选地，通过scip求解器快速获得混合整数非线性规划算法的最优解，也即最优航向角变化量，从而实现最优冲突解脱策略。所述的航向角调整(hac)策略，即通过改变飞行航向角来实现冲突解脱，由于飞机的性能限制，航向角调整之后形成的新航向角也必须满足极限范围，即：θmin≤θi+δθi≤θmax，其中：δθi＞0为左转，δθi＜0为右转，从而构成冲突解脱问题的约束条件。

10、优选地，多机冲突的约束条件可以通过将飞机划分为飞机对的形式，然后采用上述方法获得。

11、技术效果

12、本发明采用基于混合整数非线性规划算法的航向角调整策略实现多机冲突解脱，可以得到满足实际需求的最优解，从而将其应用到空管决策支持工具中辅助管制员进行决策。

技术特征：

1.一种基于minlp的多机飞行冲突解脱方法，其特征在于，通过构建冲突解脱模型后采用混合整数非线性规划(minlp)算法求解，形成最优冲突解脱的航向角调整(hac)策略；

2.根据权利要求1所述的基于minlp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，所述的混合整数非线性规划算法是指：其中：pc是二元变量，当不等式为病态(也即分母为零)时其值为1，否则为0，当pc＝1时，即病态情况，其相乘项是(1-pc)控制的三角表达式调整π/2后的结果表达式，δc(c＝1，…，4)是辅助0-1变量，用于对约束进行建模，以选择存在潜在冲突的c种可能情况中的一种，有：δ1+δ2+δ3+δ4＝1，δk(k＝1，…，4)∈{0，1}。

3.根据权利要求1或2所述的基于minlp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，通过scip求解器快速获得混合整数非线性规划算法的最优解，也即最优航向角变化量，从而实现最优冲突解脱策略。

4.根据权利要求1所述的基于minlp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，所述的航向角调整(hac)策略，即通过改变飞行航向角来实现冲突解脱，由于飞机的性能限制，航向角调整之后形成的新航向角也必须满足极限范围，即：θmin≤θi+δθi≤θmax，其中：δθi＞0为左转，δθi＜0为右转，从而构成冲突解脱问题的约束条件。

5.根据权利要求1或4所述的基于minlp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，多机冲突的约束条件可以通过将飞机划分为飞机对的形式，然后采用上述方法获得。

技术总结一种基于MINLP的多机飞行冲突解脱方法，通过构建冲突解脱模型后采用混合整数非线性规划(MINLP)算法求解，形成最优冲突解脱的航向角调整(HAC)策略。本发明将飞行冲突解脱问题建模为一类最优控制问题，通过MINLP算法得到满足实际需求的最优解，从而实现冲突解脱。技术研发人员：肖刚,刘晓芹受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16