本技術涉及低空交通，具體涉及一種低空航空器實時碰撞概率確定方法、裝置、電子設備、可讀存儲介質及計算機程序產品。
背景技術：
1、隨著低空交通領域的快速發展，無人機、飛行汽車和電動垂直起降航空器（evtol）等低空航空器在低空空域的運行密度逐漸增加。在日益復雜的低空交通環境下，不同航空器之間的潛在碰撞風險會變得越來越高。因此，如何準確且高效地評估它們之間的碰撞概率，成為了保障低空空域安全運行的關鍵問題。
技術實現思路
1、鑒于上述問題，本技術提供一種低空航空器實時碰撞概率確定方法、裝置、電子設備、可讀存儲介質及計算機程序產品，能夠解決如何準確且高效地評估它們之間的碰撞概率，成為了保障低空空域安全運行的關鍵問題。
2、第一方面，本技術提供了一種低空航空器實時碰撞概率確定方法，包括：
3、基于第一低空航空器和第二低空航空器，構建組合圓柱體碰撞盒模型和所述第二低空航空器的質點模型；
4、基于所述第一低空航空器的第一全局實際位置矢量和第一機體坐標誤差，以及所述第二低空航空器的第二全局實際位置矢量和第二機體坐標誤差進行計算，得到實際相對位置矢量和對應的相對誤差協方差矩陣；
5、基于組合圓柱體碰撞盒模型和所述第二低空航空器的質點模型，采用單變量條件逼近法對所述實際相對位置矢量和所述相對誤差協方差矩陣進行指定積分區域的解耦，通過譜分解、等效圓變換確定解耦后參數，引入非中心卡方分布進行計算，得到垂直碰撞概率和水平碰撞概率；
6、基于所述垂直碰撞概率和所述水平碰撞概率計算所述第一低空航空器所述和第二低空航空器之間的三維碰撞概率。
7、在上述技術方案中，該方法能夠針對第一低空航空器構建組合圓柱體碰撞盒模型，對第二低空航空器建立質點模型；基于兩航空器的全局實際位置矢量和機體坐標誤差，計算實際相對位置矢量及相對誤差協方差矩陣；采用單變量條件逼近法對碰撞盒模型與質點模型進行解耦，結合非中心卡方分布計算垂直和水平碰撞概率；最終融合二者獲得三維碰撞概率。通過組合圓柱體碰撞盒和質點模型實現精確高效的碰撞檢測，采用單變量條件逼近法和非中心卡方分布簡化計算，最終輸出三維碰撞概率，為低空航空安全提供精準預警。
8、在一些實施方式中，所述基于第一低空航空器和第二低空航空器，構建組合圓柱體碰撞盒模型和所述第二低空航空器的質點模型，包括：
9、獲取第一低空航空器的第一航空器尺寸數據和第二低空航空器的第二航空器尺寸數據；
10、根據所述第一航空器尺寸數據確定所述第一低空航空器外接橢球對應的第一最小外接圓柱；根據所述第二航空器尺寸數據確定所述第二低空航空器外接橢球對應的第二最小外接圓柱；
11、基于所述第一最小外接圓柱和所述第二最小外接圓柱進行組合建模，得到組合圓柱體碰撞盒模型和所述第二低空航空器的質點模型。
12、在上述技術方案中，該方法能夠通過航空器尺寸數據構建最小外接圓柱體，精確表征外形特征并降低模型復雜度。組合圓柱體碰撞盒與質點模型的協同建模，兼顧幾何精度與計算效率，為碰撞概率計算提供優化模型基礎。該方法參數獲取簡便、適應性強，適用于各類低空航空器碰撞預警需求。
13、在一些實施方式中，所述基于所述第一低空航空器的第一全局實際位置矢量和第一機體坐標誤差，以及所述第二低空航空器的第二全局實際位置矢量和第二機體坐標誤差進行計算，得到實際相對位置矢量和對應的相對誤差協方差矩陣，包括：
14、基于所述第一低空航空器的第一全局位置矢量和第一機體坐標誤差進行坐標系轉換，得到所述第一低空航空器的第一全局實際位置矢量和第一全局誤差協方差矩陣；
15、基于所述第二低空航空器的第二全局位置矢量和第二機體坐標誤差進行坐標系轉換，得到所述第二低空航空器的第二全局實際位置矢量和第二全局誤差協方差矩陣；
16、基于所述第一全局實際位置矢量、所述第一全局誤差協方差矩陣、所述第二全局實際位置矢量和第二全局誤差協方差矩陣進行計算，得到實際相對位置矢量和對應的相對誤差協方差矩陣。
17、在上述技術方案中，該方法能夠將各航空器的機體坐標誤差轉換至全局坐標系，實現誤差特性的統一量化，并基于全局位置矢量和誤差協方差矩陣計算相對運動參數。該方法有效解決了多源異構傳感器數據融合難題，確保相對位置和誤差評估的準確性，為后續碰撞概率計算提供精確的輸入數據基礎，顯著提升低空防撞系統的可靠性。
18、在一些實施方式中，所述第一全局位置矢量和所述第二全局位置矢量位于全局坐標系當中；
19、所述第一機體坐標誤差位于所述第一低空航空器的機體坐標系當中；
20、所述第二機體坐標誤差位于所述第二低空航空器的機體坐標系當中。
21、在上述技術方案中，該方法能夠將航空器位置矢量統一在全局坐標系中表達，同時將誤差分量保留在各自機體坐標系中處理，實現了全局態勢與局部精度的協同表征。這種坐標分離方法既確保了碰撞檢測的空間一致性，又充分考慮了各航空器特有的傳感器誤差特性，顯著提高了復雜空域環境下碰撞概率計算的準確性。
22、在一些實施方式中，所述第一機體坐標誤差為服從零向量均值和第一機體誤差協方差矩陣的多元正態分布；
23、所述第二機體坐標誤差為服從零向量均值和第二機體誤差協方差矩陣的多元正態分布。
24、在上述技術方案中，該方法能夠將航空器機體坐標誤差建模為零均值多元正態分布，并分別采用對應的誤差協方差矩陣進行量化，能夠準確表征各類傳感器測量誤差的統計特性。
25、在一些實施方式中，所述第一機體誤差協方差矩陣由所述第一低空航空器沿著所述第一低空航空器的機體坐標系的三個方向的位置誤差確定；
26、所述第二機體誤差協方差矩陣由所述第二低空航空器沿著所述第二低空航空器的機體坐標系的三個方向的位置誤差確定。
27、在上述技術方案中，該方法能夠沿機體坐標系三軸方向分別構建誤差協方差矩陣，實現了對航空器位置誤差的精細化建模。該方法充分考慮了機體坐標系下的各向異性誤差特征，使誤差分布更貼合實際飛行狀態，為碰撞概率計算提供了精確的誤差量化基礎。
28、在一些實施方式中，所述基于所述第一低空航空器的第一全局位置矢量和第一機體坐標誤差進行坐標系轉換，得到所述第一低空航空器的第一全局實際位置矢量和第一全局誤差協方差矩陣，包括：
29、基于所述第一低空航空器對應的第一坐標系旋轉矩陣、所述第一機體坐標誤差和所述第一全局位置矢量，計算所述第一低空航空器的第一全局實際位置矢量和第一全局誤差協方差矩陣；所述第一坐標系旋轉矩陣為所述第一低空航空器從機體坐標系到全局坐標系的旋轉矩陣；
30、所述基于所述第二低空航空器的第二全局位置矢量和第二機體坐標誤差進行坐標系轉換，得到所述第二低空航空器的第二全局實際位置矢量和第二全局誤差協方差矩陣，包括：
31、基于所述第二低空航空器對應的第二坐標系旋轉矩陣、所述第二機體坐標誤差和所述第二全局位置矢量，計算所述第二低空航空器的第二全局實際位置矢量和第二全局誤差協方差矩陣；所述第二坐標系旋轉矩陣為所述第二低空航空器從機體坐標系到全局坐標系的旋轉矩陣。
32、在上述技術方案中，該方法能夠通過坐標系旋轉矩陣將機體坐標誤差精確轉換至全局坐標系，實現了航空器位置誤差的統一量化。該方法確保了不同坐標系下誤差特性的準確傳遞，為碰撞概率計算提供了可靠的全局誤差數據基礎，顯著提升了防撞系統的計算精度。
33、在一些實施方式中，所述基于組合圓柱體碰撞盒模型和所述第二低空航空器的質點模型，采用單變量條件逼近法對所述實際相對位置矢量和所述相對誤差協方差矩陣進行指定積分區域的解耦，通過譜分解、等效圓變換確定解耦后參數并引入非中心卡方分布進行計算，得到垂直碰撞概率和水平碰撞概率，包括：
34、基于組合圓柱體碰撞盒模型、所述第二低空航空器的質點模型和所述實際相對位置矢量，引入垂直方向誤差的截斷期望作為確定性偏移量，計算所述第一低空航空器和所述第二低空航空器之間的偏移距離；
35、對標準化后的水平相對位置變量進行仿射變換，得到服從均值為所述偏移距離、固定誤差協方差矩陣的目標變量；所述固定誤差協方差矩陣是基于所述相對誤差協方差矩陣變換得到的；
36、對所述固定誤差協方差矩陣進行譜分解，得到固定誤差特征值矩陣、第一特征解耦變量和第二特征解耦變量；
37、基于非中心卡方分布、所述偏移距離、所述固定誤差特征值矩陣、所述第一特征解耦變量和所述第二特征解耦變量進行計算，得到水平碰撞概率；
38、基于概率累計分布函數計算垂直碰撞概率。
39、在上述技術方案中，該方法能夠通過仿射變換和譜分解技術將碰撞概率計算轉化為特征解耦變量的獨立求解，結合非中心卡方分布實現高效精確的概率評估，在保證精度的同時顯著提升運算效率，為實時防撞預警提供了可靠的技術支撐。
40、在一些實施方式中，所述基于所述垂直碰撞概率和所述水平碰撞概率計算所述第一低空航空器所述和第二低空航空器之間的三維碰撞概率包括：
41、計算所述垂直碰撞概率和所述水平碰撞概率的乘積，得到所述第一低空航空器所述和第二低空航空器之間的三維碰撞概率。
42、在上述技術方案中，該方法能夠將垂直與水平碰撞概率進行乘積運算，實現了三維碰撞風險的精確量化，完整反映空間碰撞概率分布特征，為低空航空安全提供更全面的風險評估依據，顯著提升防撞系統的可靠性。
43、第二方面，本技術提供了一種低空航空器實時碰撞概率確定裝置，包括：
44、構建單元，用于基于第一低空航空器和第二低空航空器，構建組合圓柱體碰撞盒模型和所述第二低空航空器的質點模型；
45、第一計算單元，用于基于所述第一低空航空器的第一全局實際位置矢量和第一機體坐標誤差，以及所述第二低空航空器的第二全局實際位置矢量和第二機體坐標誤差進行計算，得到實際相對位置矢量和對應的相對誤差協方差矩陣；
46、第二計算單元，用于基于組合圓柱體碰撞盒模型和所述第二低空航空器的質點模型，采用單變量條件逼近法對所述實際相對位置矢量和所述相對誤差協方差矩陣進行指定積分區域的解耦，通過譜分解、等效圓變換確定解耦后參數并引入非中心卡方分布進行計算，得到垂直碰撞概率和水平碰撞概率；
47、第三計算單元，用于基于所述垂直碰撞概率和所述水平碰撞概率計算所述第一低空航空器所述和第二低空航空器之間的三維碰撞概率。
48、在上述技術方案中，該裝置通過構建單元建立組合圓柱體碰撞盒與質點模型，精確表征航空器幾何特征；第一計算單元融合全局位置與機體坐標誤差，輸出相對運動參數；第二計算單元采用單變量條件逼近法解耦積分區域，結合非中心卡方分布高效計算垂直/水平碰撞概率；第三計算單元通過概率乘積實現三維碰撞風險量化。該裝置能夠通過組合圓柱體碰撞盒與質點模型實現精度與效率平衡，采用單變量逼近和非中心卡方分布將多維積分轉化為高效概率求解，并基于概率乘積融合策略完整評估三維碰撞風險，降低了誤報率，為實時防撞預警提供了可靠的技術支撐。
49、第三方面，本技術提供一種電子設備，所述電子設備包括存儲器和處理器，所述存儲器用于存儲有計算機程序，所述處理器運行所述計算機程序以使所述電子設備執行第一方面中任一項所述的低空航空器實時碰撞概率確定方法。
50、第四方面，本技術提供一種可讀存儲介質，所述可讀存儲介質中存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器運行時，執行第一方面中任一項所述的低空航空器實時碰撞概率確定方法。
51、第五方面，本技術提供了一種計算機程序產品，所述計算機程序產品包括計算機程序，所述計算機程序被處理器運行時，執行第一方面中任一項所述的低空航空器實時碰撞概率確定方法。
52、本技術的有益效果為：能夠通過對兩架低空航空器相對位置、圓柱體碰撞盒底面半徑及高、位置誤差協方差矩陣進行建模，利用單變量條件逼近法解耦積分區域以計算垂直方向碰撞概率，并通過譜分解、等效圓替代積分橢圓引入非中心卡方分布來計算水平方向碰撞概率，最終得到兩架低空航空器的碰撞概率，從而為實時碰撞風險評估、動態避障、沖突解脫提供重要的技術支持。