一种eVTOL飞机避障仿真方法

摘要

本发明属于飞机避障仿真技术领域，尤其涉及一种eVTOL飞机避障仿真方法，步骤1、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置eVTOL本机所处的空域环境；步骤2、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置入侵飞机；步骤3、eVTOL本机检测空域范围的水平3.5千米、垂直500英尺区域内入侵飞机，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段；步骤4、eVTOL本机计算与入侵飞机间所需的避免碰撞命令；步骤5、eVTOL本机选择eVTOL本机的避免碰撞命令为垂直命令还是水平命令；步骤6、eVTOL本机识别入侵飞机为合作飞机还是不合作飞机，执行避免碰撞命令对应的垂直避障操作或水平避障操作。本发明可以通过eVTOL飞机仿真平台提供高效的验证环境，实现eVTOL飞机避障方法的模拟仿真，为eVTOL飞机实际飞行工作提供安全保障。

权利要求

1.一种eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置eVTOL本机所处的空域环境，所述空域环境包括环境设计、场景设计、交通规则设计、航路设计；

步骤2、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置入侵飞机，使入侵飞机按照航路设计中预设飞行轨迹运行，且同一时刻最多有十架入侵飞机在飞行；

步骤3、所述eVTOL本机检测环境设计中空域范围的水平3.5千米、垂直500英尺区域内入侵飞机，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段，其中，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段，进一步包括，计算入侵飞机的预测邻近接近点、预测到达时间、到达邻近接近点时两飞机垂直间隔、到达邻近接近点时两飞机水平间隔，当根据计算结果预测入侵飞机能到达碰撞检测阶段的机动级阶段，所述入侵飞机在处理建议服务阈值内且预测到达时间小于30秒时，所述eVTOL本机中用户界面显示入侵飞机的碰撞检测告警并跟踪；当根据计算结果预测入侵飞机能到达碰撞检测阶段的战术级阶段，所述入侵飞机在空中交通指示阈值内且预测到达时间小于

45秒时，所述eVTOL本机中用户界面显示入侵飞机的碰撞检测告警并跟踪；

步骤4、根据入侵飞机能到达碰撞检测阶段的预测结果，所述eVTOL本机计算与入侵飞机间所需的避免碰撞命令，所述避免碰撞命令包括垂直命令、水平命令，所述垂直命令包括爬升率、下降率，所述水平命令包括转弯率、速度；

步骤5、所述eVTOL本机计算当前垂直和水平自有性能并与自身性能边界进行比较，来选择eVTOL本机的避免碰撞命令为垂直命令还是水平命令，所述垂直和水平自有性能为当前eVTOL本机的爬升率和转弯率，所述自身性能边界为最大爬升率、最大转弯率；

步骤6、所述eVTOL本机识别入侵飞机的通信设备，判断入侵飞机是合作飞机还是不合作飞机，当入侵飞机为合作飞机时，所述eVTOL本机执行步骤5中避免碰撞命令，当入侵飞机为不合作飞机时，所述eVTOL本机根据目视飞行规则重新计算避免碰撞命令并执行；所述eVTOL本机执行的避免碰撞命令为垂直命令时采取相对应的垂直避障操作，所述eVTOL本机执行的避免碰撞命令为水平命令时采取相对应的水平避障操作。

2.根据权利要求1所述的eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：所述环境设计包括空域范围、交通密度，所述空域范围设为水平500千米×500千米、垂直1500英尺的空间区域，所述空域范围内至少可以设置三个起降机场；所述交通密度设为一平方公里一架入侵飞机。

3.根据权利要求1所述的eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：所述场景设计是通过eVTOL本机的用户界面激活入侵飞机，用户界面显示激活后的交通流量和各入侵飞机情况，视景中显示视域内入侵飞机，仪表提示入侵飞机。

4.根据权利要求1所述的eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：所述交通规则设计是eVTOL本机起飞和巡航过程中，水平方向上保持同航迹、同高度两公里以上的水平间隔；垂直方向上不能出现入侵飞机，若出现入侵飞机，则采取相应的避让操作并且判断入侵飞机是合作飞机还是不合作飞机；当eVTOL本机与入侵飞机间需采取避让操作时，保持垂直方向

250英尺以上、水平方向500米以上的间隔，水平方向采用右转弯避让，垂直方向采用爬升避让、下降避让。

5.根据权利要求1所述的eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：所述航路设计是通过eVTOL飞机仿真平台设置eVTOL本机、入侵飞机的飞行轨迹，相邻机场间中心线两侧各保持

10公里宽度。

6.根据权利要求1所述的eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：所述eVTOL本机用户界面显示入侵飞机的输出参数包括飞机类型、预测的相撞时间、飞机尺寸、检测输出的数据类型、纬度、精度、高度、方位角、航向、俯仰姿态角、滚转姿态角。

7.根据权利要求1所述的eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：所述碰撞检测阶段采用圆柱形分级方式，包括战略级阶段、战术级阶段、机动级阶段、近中空中碰撞阶段，所述战略级阶段的水平半径9260米、垂直间隔±250英尺，所述战术级阶段的水平半径2000米、垂直间隔±250英尺，所述机动级阶段的水平半径610米、垂直间隔±250英尺，所述近中空中碰撞阶段的水平半径152米、垂直间隔±100英尺。

8.根据权利要求1所述的eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：所述垂直避障操作为当预测邻近接近点在eVTOL本机上方或同层，则eVTOL本机采用步骤4中计算的垂直命令中下降率执行下降操作；当预测邻近接近点在eVTOL本机下方，则eVTOL本机采用步骤4中计算的垂直命令中爬升率执行爬升操作。

9.根据权利要求1所述的eVTOL飞机避障仿真方法，其特征在于：所述水平避障操作为当eVTOL本机可以平动飞行时，则eVTOL本机采用步骤4中计算的水平命令中速度执行平动飞行避让操作；当eVTOL本机不可以平动飞行时，则eVTOL本机采用步骤4中计算的水平命令中转弯率执行右转弯避让操作。

说明书

一种eVTOL飞机避障仿真方法

技术领域

[0001] 本发明属于飞机避障仿真技术领域，尤其涉及一种eVTOL飞机避障仿真方法。

背景技术

[0002]  eVTOL（Electric Vertical Take‑Off and Landing，电动垂直起降，简称eVTOL) 航空器使用电力垂直悬停、起飞和降落。这项技术的出现要归功于电力推进（电机、电池、燃料电池、电子控制器）的重大进步以及城市空中交通（空中出租车）对新型车辆的需求不断增长。eVTOL作为一种安全、可持续、负担得起且和当地区域内任务的无障碍航空形式，主要服务于城市地区，并延伸到大都市外围。使用广泛，其中新技术和商业模式正在推动航空业的转型应用，让航空业在区域和地方交通中发挥不可或缺的作用。在不远的将来，使用eVTOL旅行会是一种实用且具有成本效益的大众出行方式，eVTOL有可能彻底改变城市交通网络并在未来的智慧城市中发挥不可或缺的作用。在这个未来范式中，城市航空旅行被广泛用于公众，随着城市的发展，能够在高乘客需求的地点之间快速移动。

[0003] eVTOL感知与避障技术具有实时机动避障决策功能，主要包括空间复杂环境下的多障碍物探测和分类、障碍物定位及路径预测与碰撞风险分析、避障策略选择和航线重新规划等技术，涉及感知传感器构型设计、多源信息融合、智能目标识别、障碍物危险评估与避障决策等诸多领域。现有eVTOL制造商一般通过加装ADS‑B、TCAS等空中防撞设备来解决自动安全间隔保持能力、规避周围危险能力。当前，针对城市地形地貌复杂、建筑物及附属设施众多、局部气象条件多变、电磁环境恶劣、鸟群飞行等情况，根据几何空间相对运动矢量进行避障决策、利用无碰撞路径规划代替避障决策、人工智能算法进行避障决策、建立城市低空环境仿真模型等技术路线还需攻克，通过快速监控检测潜在障碍物、及时提前改变航向避开障碍物等eVTOL避障技术还不成熟。所以迫切需求应用仿真技术为eVTOL相关的新技术的设计与实现提供高效的验证环境，实现eVTOL飞机避障方法的研究。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种eVTOL飞机避障仿真方法，本发明可以通过eVTOL飞机仿真平台提供高效的验证环境，实现eVTOL飞机避障方法的模拟仿真，为eVTOL飞机实际飞行工作提供安全保障。

[0005] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种eVTOL飞机避障仿真方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置eVTOL本机所处的空域环境，所述空域环境包括环境设计、场景设计、交通规则设计、航路设计；

[0007] 步骤2、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置入侵飞机，使入侵飞机按照航路设计中预设飞行轨迹运行，且同一时刻最多有十架入侵飞机在飞行；

[0008] 步骤3、所述eVTOL本机检测环境设计中空域范围的水平3.5千米、垂直500英尺区域内入侵飞机，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段，其中，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段，进一步包括，计算入侵飞机的预测邻近接近点、预测到达时间、到达邻近接近点时两飞机垂直间隔、到达邻近接近点时两飞机水平间隔，当根据计算结果预测入侵飞机能到达碰撞检测阶段的机动级阶段，所述入侵飞机在处理建议服务阈值内且预测到达时间小于30秒时，所述eVTOL本机中用户界面显示入侵飞机的碰撞检测告警并跟踪；当根据计算结果预测入侵飞机能到达碰撞检测阶段的战术级阶段，所述入侵飞机在空中交通指示阈值内且预测到达时间小于45秒时，所述eVTOL本机中用户界面显示入侵飞机的碰撞检测告警并跟踪；

[0009] 步骤4、根据入侵飞机能到达碰撞检测阶段的预测结果，所述eVTOL本机计算与入侵飞机间所需的避免碰撞命令，所述避免碰撞命令包括垂直命令、水平命令，所述垂直命令包括爬升率、下降率，所述水平命令包括转弯率、速度；

[0010] 步骤5、所述eVTOL本机计算当前垂直和水平自有性能并与自身性能边界进行比较，来选择eVTOL本机的避免碰撞命令为垂直命令还是水平命令，所述垂直和水平自有性能为当前eVTOL本机的爬升率和转弯率，所述自身性能边界为最大爬升率、最大转弯率；

[0011] 步骤6、所述eVTOL本机识别入侵飞机的通信设备，判断入侵飞机是合作飞机还是不合作飞机，当入侵飞机为合作飞机时，所述eVTOL本机执行步骤5中避免碰撞命令，当入侵飞机为不合作飞机时，所述eVTOL本机根据目视飞行规则重新计算避免碰撞命令并执行；所述eVTOL本机执行的避免碰撞命令为垂直命令时采取相对应的垂直避障操作，所述eVTOL本机执行的避免碰撞命令为水平命令时采取相对应的水平避障操作。

[0012] 进一步，所述环境设计包括空域范围、交通密度，所述空域范围设为水平500千米×500千米、垂直1500英尺的空间区域，所述空域范围内至少可以设置三个起降机场；所述交通密度设为一平方公里一架入侵飞机。

[0013] 进一步，所述场景设计是通过eVTOL本机的用户界面激活入侵飞机，用户界面显示激活后的交通流量和各入侵飞机情况，视景中显示视域内入侵飞机，仪表提示入侵飞机。

[0014] 进一步，所述交通规则设计是eVTOL本机起飞和巡航过程中，水平方向上保持同航迹、同高度两公里以上的水平间隔；垂直方向上不能出现入侵飞机，若出现入侵飞机，则采取相应的避让操作并且判断入侵飞机是合作飞机还是不合作飞机；当eVTOL本机与入侵飞机间需采取避让操作时，保持垂直方向250英尺以上、水平方向500米以上的间隔，水平方向采用右转弯避让，垂直方向采用爬升避让、下降避让。

[0015] 进一步，所述航路设计是通过eVTOL飞机仿真平台设置eVTOL本机、入侵飞机的飞行轨迹，相邻机场间中心线两侧各保持10公里宽度。

[0016] 进一步，所述eVTOL本机用户界面显示入侵飞机的输出参数包括飞机类型、预测的相撞时间、飞机尺寸、检测输出的数据类型、纬度、精度、高度、方位角、航向、俯仰姿态角、滚转姿态角。

[0017] 进一步，所述碰撞检测阶段采用圆柱形分级方式，包括战略级阶段、战术级阶段、机动级阶段、近中空中碰撞阶段，所述战略级阶段的水平半径9260米、垂直间隔±250英尺，所述战术级阶段的水平半径2000米、垂直间隔±250英尺，所述机动级阶段的水平半径610米、垂直间隔±250英尺，所述近中空中碰撞阶段的水平半径152米、垂直间隔±100英尺。

[0018] 进一步，所述垂直避障操作为当预测邻近接近点在eVTOL本机上方或同层，则eVTOL本机采用步骤4中计算的垂直命令中下降率执行下降操作；当预测邻近接近点在
eVTOL本机下方，则eVTOL本机采用步骤4中计算的垂直命令中爬升率执行爬升操作。

[0019] 进一步，所述水平避障操作为当eVTOL本机可以平动飞行时，则eVTOL本机采用步骤4中计算的水平命令中速度执行平动飞行避让操作；当eVTOL本机不可以平动飞行时，则eVTOL本机采用步骤4中计算的水平命令中转弯率执行右转弯避让操作。

[0020] 本发明的有益效果为：

[0021] 本发明通过eVTOL飞机仿真平台提供高效的验证环境，搭建eVTOL本机所处的空域环境、eVTOL本机与入侵飞机的飞行轨迹，通过检测eVTOL本机与入侵飞机处于碰撞检测阶段时，采取垂直避障操作或水平避障操作解决两飞机避障问题，实现eVTOL飞机避障方法的模拟仿真，通过eVTOL飞机避障仿真方法为eVTOL飞机实际避障系统提供操作可行性验证，极大的提高了eVTOL飞机实际避障系统的高效运行，也为eVTOL飞机实际飞行工作提供安全保障。

附图说明

[0022] 图1为本发明一种eVTOL飞机避障仿真方法的流程图。

[0023] 图2为本发明的碰撞检测阶段圆柱形示意图。

[0024] 图3为本发明的eVTOL本机与入侵飞机相对位置关系的俯视图。

具体实施方式

[0025] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0027] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0028] 如图1至图3所示，本发明提供的一种eVTOL飞机避障仿真方法，包括以下步骤：

[0029] 步骤1、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置eVTOL本机所处的空域环境，空域环境包括环境设计、场景设计、交通规则设计、航路设计；

[0030] 步骤2、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置入侵飞机，使入侵飞机按照航路设计中预设飞行轨迹运行，且同一时刻最多有十架入侵飞机在飞行；

[0031] 步骤3、eVTOL本机检测环境设计中空域范围的水平3.5千米、垂直500英尺区域内入侵飞机，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段，其中，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段，进一步包括，

[0032] 计算入侵飞机的预测邻近接近点、预测到达时间、到达邻近接近点时两飞机垂直间隔、到达邻近接近点时两飞机水平间隔，当根据计算结果预测入侵飞机能到达碰撞检测阶段的机动级阶段，入侵飞机在处理建议服务（RA）阈值内且预测到达时间小于30秒时，eVTOL本机中用户界面显示入侵飞机的碰撞检测告警并跟踪；当根据计算结果预测入侵飞机能到达碰撞检测阶段的战术级阶段，入侵飞机在空中交通指示（TA）阈值内且预测到达时间小于45秒时，eVTOL本机中用户界面显示入侵飞机的碰撞检测告警并跟踪；

[0033] 步骤4、根据入侵飞机能到达碰撞检测阶段的预测结果，eVTOL本机计算与入侵飞机间所需的避免碰撞命令，避免碰撞命令包括垂直命令、水平命令，垂直命令包括爬升率、下降率，水平命令包括转弯率、速度；

[0034] 步骤5、eVTOL本机计算当前垂直和水平自有性能并与自身性能边界进行比较，来选择eVTOL本机的避免碰撞命令为垂直命令还是水平命令，垂直和水平自有性能为当前eVTOL本机的爬升率和转弯率，自身性能边界为最大爬升率、最大转弯率；

[0035] 步骤6、eVTOL本机识别入侵飞机的通信设备，判断入侵飞机是合作飞机还是不合作飞机，当入侵飞机为合作飞机时，eVTOL本机执行步骤5中避免碰撞命令，当入侵飞机为不合作飞机时，eVTOL本机根据目视飞行规则（VRF）重新计算避免碰撞命令并执行；eVTOL本机执行的避免碰撞命令为垂直命令时采取相对应的垂直避障操作，eVTOL本机执行的避免碰撞命令为水平命令时采取相对应的水平避障操作。

[0036] 环境设计包括空域范围、交通密度，空域范围设为水平500千米×500千米、垂直1500英尺的空间区域，该空域范围内至少可以设置三个起降机场；交通密度设为一平方公里一架入侵飞机。

[0037] 场景设计是通过eVTOL本机的用户界面激活入侵飞机，用户界面显示激活后的交通流量和各入侵飞机情况，视景中显示视域内入侵飞机，仪表提示入侵飞机。

[0038] 交通规则设计是eVTOL本机起飞和巡航过程中，水平方向上保持同航迹、同高度两公里以上的水平间隔；垂直方向上不能出现入侵飞机，若出现入侵飞机，则采取相应的避让操作并且判断入侵飞机是合作飞机还是不合作飞机；当eVTOL本机与入侵飞机间需采取避让操作时，保持垂直方向250英尺以上、水平方向500米以上的间隔，水平方向采用右转弯避让，垂直方向采用爬升避让、下降避让。

[0039] 航路设计是通过eVTOL飞机仿真平台设置eVTOL本机、入侵飞机的飞行轨迹，相邻机场间中心线两侧各保持10公里宽度。

[0040] eVTOL本机用户界面显示入侵飞机的输出参数包括飞机类型、预测的相撞时间、飞机尺寸、检测输出的数据类型、纬度、精度、高度、方位角、航向、俯仰姿态角、滚转姿态角。

[0041] 碰撞检测阶段采用圆柱形分级方式，包括战略级阶段、战术级阶段、机动级阶段、近中空中碰撞阶段，战略级阶段的水平半径9260米、垂直间隔±250英尺，战术级阶段的水平半径2000米、垂直间隔±250英尺，机动级阶段的水平半径610米、垂直间隔±250英尺，近中空中碰撞阶段的水平半径152米、垂直间隔±100英尺。

[0042] 垂直避障操作为当预测邻近接近点在eVTOL本机上方或同层，则eVTOL本机采用步骤4中计算的垂直命令中下降率执行下降操作；当预测邻近接近点在eVTOL本机下方，则eVTOL本机采用步骤4中计算的垂直命令中爬升率执行爬升操作。

[0043] 水平避障操作为当eVTOL本机可以平动飞行时，则eVTOL本机采用步骤4中计算的水平命令中速度执行平动飞行避让操作；当eVTOL本机不可以平动飞行时，则eVTOL本机采用步骤4中计算的水平命令中转弯率执行右转弯避让操作。

[0044] 实施例

[0045] 如图1‑图3所示，本发明首先依据eVTOL飞机低空、垂直起降、交通状况复杂的特点，构建了一个假设的仿真场景。该场景使用eVTOL飞机仿真平台与Windows和Linux多系统进行衔接，该仿真平台能够以固定的基频200Hz调度各仿真元素，本发明涉及到的仿真元素包括：eVTOL本机、入侵飞机、空域环境模拟，各场景元素的仿真频率是100Hz，即1秒钟调用100轮次的仿真解算，各元素使用C++程序语言实现，各元素使用虚拟数据网络进行各场景元素间的通信。使用随机生成的方法放置入侵飞机，入侵飞机按照固定的轨迹运行，保证同一时刻最多有10架入侵飞机在飞行，入侵飞机输出的属性信息是一个C++结构体。在上述仿真环境下设计了一种避障方法，该方法被应用到eVTOL本机和入侵飞机，在仿真环境中观察碰撞检测、告警和规避的效果。具体实施eVTOL飞机避障仿真方法如下。

[0046] 步骤1、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置eVTOL本机所处的空域环境，空域环境包括环境设计、场景设计、交通规则设计、航路设计； 环境设计包括空域范围、交通密度，空域范围设为水平500千米×500千米、垂直1500英尺的空间区域，该空域范围内至少可以设置三个起降机场；交通密度设为一平方公里一架入侵飞机。

[0047] 场景设计是通过eVTOL本机的用户界面激活入侵飞机，用户界面显示激活后的交通流量和各入侵飞机情况，视景中显示视域内入侵飞机，仪表提示入侵飞机。

[0048] 交通规则设计是eVTOL本机起飞和巡航过程中，水平方向上保持同航迹、同高度两公里以上的水平间隔；垂直方向上不能出现入侵飞机，若出现入侵飞机，则采取相应的避让操作并且判断入侵飞机是合作飞机还是不合作飞机；当eVTOL本机与入侵飞机间需采取避让操作时，保持垂直方向250英尺以上、水平方向500米以上的间隔，水平方向采用右转弯避让，垂直方向采用爬升避让、下降避让。

[0049] 航路设计是通过eVTOL飞机仿真平台设置eVTOL本机、入侵飞机的飞行轨迹，相邻机场间中心线两侧各保持10公里宽度。入侵飞机和eVTOL本机的轨迹在仿真条件下数据是已知的。

[0050] 步骤2、通过eVTOL飞机仿真平台模拟设置入侵飞机，使入侵飞机按照航路设计中预设飞行轨迹运行，且同一时刻最多有十架入侵飞机在飞行；eVTOL本机用户界面显示入侵飞机的输出参数包括飞机类型、预测的相撞时间、飞机尺寸、检测输出的数据类型、纬度、精度、高度、方位角、航向、俯仰姿态角、滚转姿态角。对于每个入侵飞机均有输出参数如表1，以便能够支持用户界面、视景、碰撞算法、仪表的工作。

[0051] 表1、入侵飞机均有输出参数

[0052]

[0053] 步骤3、eVTOL本机检测环境设计中空域范围的水平3.5千米、垂直500英尺区域内入侵飞机，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段，其中，预测入侵飞机是否能到达碰撞检测阶段，进一步包括，计算入侵飞机的预测邻近接近点、预测到达时间、到达邻近接近点时两飞机垂直间隔、到达邻近接近点时两飞机水平间隔，当根据计算结果预测入侵飞机能到达碰撞检测阶段的机动级阶段，入侵飞机在处理建议服务（RA）阈值内且预测到达时间小于30秒时，eVTOL本机中用户界面显示入侵飞机的碰撞检测告警并跟踪；当根据计算结果预测入侵飞机能到达碰撞检测阶段的战术级阶段，入侵飞机在空中交通指示（TA）阈值内且预测到达时间小于45秒时，eVTOL本机中用户界面显示入侵飞机的碰撞检测告警并跟踪。

[0054] 如图3所示，坐标系为本机与入侵飞机相对位置关系的俯视图，描述了本机与入侵飞机在空间中向大地投影后的相对位置关系。

[0055] O点是本机的位置。

[0056] I点是入侵飞机的位置，脚号是入侵飞机的编号，例如第一架是 ，第二架就是 ，以此类推。

[0057] V是一个矢量，是入侵飞机相对于本机的运动速度和运动方向，脚注是入侵飞机的点全称（例如 ）。

[0058] P是一个不存在的点，是本机在入侵飞机速度方向的延长线上做垂线的位置，表示如果入侵飞机一直沿着当前速度运行，到达P点的时候，与本机距离最近，脚注也是入侵飞机的点全称（例如 ）。

[0059] 两架飞机（Ownship和Intruder1举例）间的距离的水平投影为OI1，预测邻近接近点CPA（P点）的水平距离为OP1，预测到达时间为Tau1, 到达预测CPA点时，两架飞机的垂直间隔为PH1,（在P点沿OPI平面做垂线，飞机I的预测轨迹穿越这条垂线时的交点为H）。基于此定义的TA/RA触发阈值和告警条件参考表2，表2使用预测的最近接近点CPA定义，使用距离定义TA /RA的触发阈值，使用Tau时间定义TA/RA告警条件。

[0060] 表2、TA/RA触发阈值和告警条件

[0061]

[0062] 如图2所示，碰撞检测阶段采用圆柱形分级方式，包括战略级阶段、战术级阶段、机动级阶段、近中空中碰撞阶段，战略级阶段（又称空中交通管制区域）的水平半径9260米、垂直间隔±250英尺，战术级阶段（又称自主间隔决断区域）的水平半径2000米、垂直间隔±250英尺，机动级阶段（又称避免碰撞决断区域）的水平半径610米、垂直间隔±250英尺，近中空中碰撞阶段（又称碰撞区域）的水平半径152米、垂直间隔±100英尺。

[0063] 步骤4、根据入侵飞机能到达碰撞检测阶段的预测结果，eVTOL本机计算与入侵飞机间所需的避免碰撞命令，避免碰撞命令包括垂直命令、水平命令，垂直命令包括爬升率、下降率，水平命令包括转弯率、速度。

[0064] 步骤5、eVTOL本机计算当前垂直和水平自有性能并与自身性能边界进行比较，来选择eVTOL本机的避免碰撞命令为垂直命令还是水平命令，垂直和水平自有性能为当前eVTOL本机的爬升率和转弯率，自身性能边界为最大爬升率、最大转弯率；步骤6、eVTOL本机识别入侵飞机的通信设备，判断入侵飞机是合作飞机还是不合作飞机，当入侵飞机为合作飞机时，eVTOL本机执行步骤5中避免碰撞命令，当入侵飞机为不合作飞机时，eVTOL本机根据目视飞行规则（VRF）重新计算避免碰撞命令并执行；eVTOL本机执行的避免碰撞命令为垂直命令时采取相对应的垂直避障操作，eVTOL本机执行的避免碰撞命令为水平命令时采取相对应的水平避障操作。

[0065] 垂直避障操作为当预测邻近接近点在eVTOL本机上方或同层，则eVTOL本机采用步骤4中计算的垂直命令中下降率执行下降操作；当预测邻近接近点在eVTOL本机下方，则eVTOL本机采用步骤4中计算的垂直命令中爬升率执行爬升操作。

[0066] 水平避障操作为当eVTOL本机可以平动飞行时，则eVTOL本机采用步骤4中计算的水平命令中速度执行平动飞行避让操作；当eVTOL本机不可以平动飞行时，则eVTOL本机采用步骤4中计算的水平命令中转弯率执行右转弯避让操作。转弯率的计算方法为：水平指令速度÷本机到预测邻近接近点的距离。

[0067] 图3所示，Tau<30秒作为RA告警决断的依据，假设使用垂直避障，则使用最大爬升率增量500英尺/分钟, 脱离开近中空中碰撞阶段（NMAC）区域，则需要垂直爬升或者下降250英尺，此过程需要的时间是250÷500=0.5分钟=30秒。

[0068] 垂直方向：CPA在本机上方或同层，则本机下降，所需的相对下降率绝对值范围为‑500英尺/分钟   ‑(250‑PH)/0.5；CPA在本机下方，则本机爬升，所需的相对爬升率绝对值~
范围为(250‑PH)/0.5  500英尺/分钟。
~

[0069] 水平方向：沿PO方向增加侧向速度，所需的速度绝对值范围为( (0.152‑OP)/(1/120) )  18 千米/时，此处OP单位为千米；沿PO方向速度的获得方法：1）对于可以平移的飞~
机，直接驱动，2）对于无横向操纵的飞行器，通过Turn rate指令获得。

[0070] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。