当今高技术条件下的空中对抗,要求各军兵种使用多种先进的武器系统,在空域资源有限的条件下进行协同作战,战术空域内一个作战单元时间,可能出现固定翼、旋转翼、无翼、无人、炮弹、导弹、电子对抗等七类装备上万个飞行物体,如何根据任务计划、敌方部署和空域态势,保证空域用户能够高效、安全、灵活地使用有限空域,避免冲突和误伤,是未来联合作战迫切需要解决的问题。本文旨在面向联合作战对空域的使用需求,探讨战术空域管理系统的总体架构,重点提出了战术空域管理技术的实现模型和算法。本文主要研究工作包括:一、提出了战术空域管理系统总体架构。本文的战术空域管理系统采用分布式架构,由部署在联合作战指挥中心的主系统和其他空域用户的子系统或远程终端组成,通过空域管控接口互联,实现信息交换和空域使用需求的协调。这里战术空域管理系统的核心是联合空域规划、冲突检测与排解以及空域临机规划。其中联合空域规划要求根据联合作战任务,收集空域使用需求,结合空域基础数据,建立空域总计划和空域控制程序;冲突检测与排解功能会综合作战、军民航、气象等各方面的空域使用需求,发现并排解空域在时-空-频上的冲突,生成解突后的空中任务计划(ATO)和空域控制计划(ACO);设计空域临机规划功能是为了对空域执行情况进行实时监视,对计划变化和临时出现的潜在冲突进行检测、预警、调配与协调。再通过态势共享支持,使空域管控系统拥有最全面的空域计划数据,收集空域所有预知的飞行物体情报,为空域用户提供一种新的敌我识别方法,提供更加完善的空域态势图。二、构建了战术空域管理系统的关键技术模型和算法。空域运行建模主要描述各类空域要素的空域使用行为,表示各类空域运行过程,包括空域结构要素建模和空域活动要素建模。通过对各类空域要素、属性和运动特性的分析,构建了航空器的活动模型,进而建立多种要素运行环境下的空域系统模型。空域冲突检测主要研究了基于间隔标准的冲突检测模型和算法,包括,(1)空域结构冲突检测,建立了时间、高度、几何边界模板冲突模型,提出了“由粗到精、逐步排除”的空域冲突检测方法,达到快速判定空域与地形、空域与空域之间的冲突情况,(2)空域活动冲突检测,从时-空-频三个维度,深入分析了航空器轨迹与空域之间、航空器与航空器之间、空域活动用频之间的冲突情况,建立了统一的空域活动冲突检测方法流程。空域冲突解脱主要研究了基于空域活动规则的空域冲突解脱策略。作战平台空域规划主要解决协同平台执行不同任务而进行作战空间分配问题,以协同侦察定位为例进行数学推导,求取在空域无冲突目标下,满足平台执行协同任务和机动性需要的作战空间。这种方法可以用于设计其他任务平台的空域,为生成空域总计划和空域控制程序奠定基础。三、研究了空域态势监视关键算法。联合作战过程受计划调整、天气状况、战损、战场态势变化等多种不可控制因素的影响,为确保战术空域运行有序高效,战术空域管理系统需要实时处理空域监视信息,监视空域计划的执行情况,发现潜在冲突和违规现象,结合任务调整以及新增需求,进行空域临机规划和动态调整。为此,本文将可能的空域要素(113种)按点、线、区分类,在所有空域使用者、空域参与者、空域规划及监视者之间建立空域信息分发处理模型,并建立基于航迹预测的空域冲突预警和告警方法,达到以“优于实时”的速度发现潜在冲突。针对雷达、侦察等传感器在极坐标系下三维测量具有非相关性的特点,从统计判决理论入手,导出了多元航迹融合相关波门的定量算法,提高航迹质量和空域态势监视的精确性,研究了目标航迹融合算法,为空域执行情况精准监视、目标识别以及临机冲突检测和空域动态规划提供了算法和信息支持。四、进行了空域规划评估技术和模型算法仿真验证。空域规划方案的评估是战术空域管理技术之一,本文从研究空域规划方案的仿真方法入手,对空域规划方案的实时性、空域利用率、空域安全性、机动性限制等,提出了快速测试与评估方法,以判断联合战术空域规划方案的有效性。仿真验证是对所提出的模型算法在系统仿真运行环境下的正确性和可行性进行验证的有效手段。本文应用本单位的仿真验证环境,设计典型的联合作战样式,通过空域管控全过程运行仿真,对空域规划方法、空域模型算法、空域态势监视算法、空域规划评估等关键技术进行了系统性的检验。验证结果表明系统关键问题解决方法具有合理性、准确性和可行性。