碰撞預警裝置背景

隨著民航運輸業(yè)的不斷發(fā)展，在航空器執(zhí)行任務的同時飛行安全問題也備受關注?？v觀航空器發(fā)展的近百年，每十萬飛行小時中空中事故的發(fā)生趨勢逐漸降低，但造成的財產(chǎn)損失和人員傷亡卻緩慢上升。值得注意的是飛機安全性能不斷完善的同時，越來越多的不同類型不同的用途的航空器共同使用有限的飛行空域。因此空中交通管制在民航運輸業(yè)的作用變得無可取代，在保障航空器按照計劃有秩序飛行的同時，飛行安全也必須得到預警管制。通過程序管制、雷達管制等措施，及時快速確定航空器的姿態(tài)位置的同時，防止航空器間與未及時清除的障礙物之間因為安全間距問題發(fā)生航路沖突或者碰撞 。

應對飛行沖突的問題，CIAO（國際民用航空組織）對塔臺區(qū)域飛行、固定航路飛行、進近區(qū)場飛行等飛行區(qū)域規(guī)定了飛行的安全間距。不過在實際實施過程中，由于管制員指揮失誤或飛行員操作問題，導航儀表誤差以及氣流天氣等問題的存在，違背規(guī)定的現(xiàn)象層出不窮，其造成的后果輕則造成危險接近，重則導致兩機相撞造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。

碰撞預警裝置的作用是防止航空器間與未及時清除的障礙物之間因為安全間距問題發(fā)生航路沖突或者碰撞，包括雷達(包括機械跟蹤雷達、相控陣雷達和連續(xù)波雷達)或光電望遠鏡、通信網(wǎng)絡、幾個數(shù)據(jù)處理操作中心組成、空間監(jiān)視中心,負責維護所有可跟蹤物體的數(shù)據(jù)庫。

原理就是將航空器的具體位置和飛行高度、速度等各類飛行元素直觀地顯示在管制屏幕上，管制員可以直觀判斷兩個航空器之間的當前飛行間隔，判斷出可能存在的危險狀態(tài)進行告警處理，例如短期沖突告警、最低安全高度告警、危險區(qū)侵入告警、偏航告警等。

美國空間監(jiān)視網(wǎng)探測、跟蹤、編目和識別圍繞地球運動的人造物體,包括還在工作的和停止工作的衛(wèi)星、廢棄的火箭箭體或解體的碎片等.空間監(jiān)視網(wǎng)主要任務是:預報何時何地空間物體將再入大氣隕落;防止一個返回的空間物體在美國國家反導彈預警系統(tǒng)觸發(fā)假警報;描繪空間物體當前位置,預報其軌道徑跡;探測新的人造空間物體;編制動態(tài)的人造空間物體目錄;確定再入物體的擁有國家;通知NASA是否有物體將接近、碰撞或干擾航天飛機或和平號空間站 。

美國空間監(jiān)視網(wǎng)由全球16個地方的31臺雷達(包括機械跟蹤雷達、相控陣雷達和連續(xù)波雷達)或光電望遠鏡、通信網(wǎng)絡、幾個數(shù)據(jù)處理操作中心組成、空間監(jiān)視中心,負責維護所有可跟蹤物體的數(shù)據(jù)庫,預報空間物體軌道根數(shù),并分送到各個監(jiān)視設備,監(jiān)視設備在預報的時間和空域搜索空間物體,并將跟蹤數(shù)據(jù)送回到空間監(jiān)視中心處理和分析,空間監(jiān)視中心利用這些數(shù)據(jù)計算新的軌道根數(shù)并進行預報.這些數(shù)據(jù)目前可以通過NASA向民用用戶和國外用戶限制性提供。2100433B

用碰撞時產(chǎn)生的巨大碰撞力來產(chǎn)生巨大瞬時力，如各種沖壓機、打樁機、炮彈穿甲等。相反地，有時要 避免巨大碰撞力的危害，采用各種緩沖裝置，如彈性體或液壓緩沖器，以延長碰撞時間，從而減小碰撞力。碰撞已成為現(xiàn)代工程技術中一個重要的力學問題。巨大的碰撞力和連續(xù)作用的碰撞，對材料的強度和疲勞有很大影響。此外，儀表、裝置和設備應保證在其載體受到碰撞和沖擊載荷時,能夠正常工作，不致松動、失靈和損壞。

碰撞正碰（direct impact )

一個運動的球與一個靜止的球碰撞，碰撞之前球的運動速度與兩球心的連線在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度仍會沿著這條直線。這種碰撞稱為正碰，也叫對心碰撞。

碰撞斜碰（oblique impact)

一個運動的球與一個靜止的球碰撞，如果碰撞之前球的運動速度與兩球心的連線不在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度都會偏離原來兩球心的連線。這種碰撞稱為斜碰，也叫非對心碰撞。

碰撞物體對障礙物的碰撞

一物體對某固定物體如地面、墻的碰撞屬此類型，也可分為正碰撞和斜碰撞。

碰撞物體對可轉動物體的碰撞

當物體甲與可繞O軸轉動的物體乙發(fā)生碰撞時，物體乙突然獲得一角速度變化（圖4）。一般在乙的支承O處也立刻產(chǎn)生一碰撞反力，其大小跟碰撞作用的位置，即距離OO₁有關。但在特殊條件下，懸掛物體雖受沖擊力，其約束力仍可為零。

本書主要論述空間目標軌道數(shù)據(jù)在目標碰撞預警和空間態(tài)勢分析中的應用和涉及的理論與方法，內(nèi)容包括基于軌道模型的預報誤差傳播、基于相對運動理論的軌道誤差分析、基于歷史軌道數(shù)據(jù)的軌道預報誤差分析、 空間目標接近分析的解析和數(shù)值方法、碰撞概率計算的顯表達式、碰撞概率靈敏度分析、最大碰撞概率分析、碰撞預警的漏警和虛警分析、考慮多因素的碰撞風險綜合評估方法、基于歷史軌道數(shù)據(jù)的軌道異常和空間事件分析方法、基于軌道數(shù)據(jù)的空間碎片環(huán)境與流量分析等。本書可供從事航天器動力學、航天器測控、空間目標監(jiān)視、空間態(tài)勢感知和空間碎片研究的工程技術人員參考，也可作為高等院校相關專業(yè)研究生的輔助教材。