[科普中国]-动态碰撞

动态碰撞指的是施工阶段因为各种误差累积、施工逻辑错乱等影响，发生的设计阶段不存在的碰撞。

研究背景与目的首先，根据无人机与入侵机的运动状态、两机之间的最小安全距离等信息，通过几何方法得出无人机不采取任何规避机动时两机将发生碰撞区域的解析表达式，即无机动碰撞区数学模型; 其次，考虑无人机的机动能力约束，计算了无人机采取最大过载转弯机动( 左转或右转) 时两机恰好避免碰撞发生的边界，即最大机动碰撞区数学模型; 在此基础上，提出了不可规避区的概念; 进而定义了安全飞行包络，它是无人机能够规避入侵机威胁的分界线; 最后通过理论和仿真结合分析了影响各区域的主要因素。 仿真与分析结果表明所建碰撞区不仅可以帮助无人机选择规避机动方式，而且能够帮助无人机判定常规避撞机动是否失败，并使无人机及时采取最大过载转弯机动，对无人机安全避撞决策具有实际参考价值。1

动态碰撞过程描述无人机的避撞过程可分为3 个阶段: 碰撞检测、避撞决策和避撞机动。 其中，碰撞检测是避撞的前提，避撞决策是避撞的关键。 无人机飞行过程中，通过自身携带的传感器或者来自机外其他可信系统( 如指挥中心、友机、ADS-B、C4 ISR 等) 获得飞行区域一定范围内的飞行目标运动信息，并实时进行碰撞检测。 当检测到碰撞的可能时，进行避撞决策并给出规避机动方式和机动时刻。 一般而言，当离威胁目标较远有充足的规避时间时，可采取常规的避撞机动方法( 如重规划航路) ，其避撞反应时间较长; 而当距离威胁目标较近时则需要以无人机的最大机动能力对威胁进行紧急规避; 当和威胁目标接近到一定程度时，无论无人机如何机动都无法避免碰撞的发生。 常规的避撞机动对于无人机完成飞行任务的影响较小，而紧急规避机动可能导致无人机偏离预定航路很远的情况发生，是一种不得已的安全措施。 避撞决策就是要决定规避机动方式和机动时刻，以尽可能少地影响预定的飞行计划。

动态碰撞研究成果1) 建立了无机动碰撞区和最大机动碰撞区，并分别给出了两区域的解析表达式。 所提出的无机动碰撞区和最大机动碰撞区，可用于进行常规机动和紧急机动的决策，判断是否需要采取最大过载转弯机动，以及选择转弯机动方向。

2) 根据无机动碰撞区和向左、向右最大机动碰撞区的相交区域，提出了不可规避区和安全飞行包络的概念。 不可规避区和安全飞行包络是飞行安全的最后决断线，可为无人机避撞决策提供理论支撑，也可辅助有人机飞行员处理紧急避撞情形。

3) 通过理论分析和仿真计算结合的方法分析了各因素对所建区域的影响，验证了建模的正确性; 并根据仿真分析结果，提出了基于所建碰撞区的无人机避撞策略。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所