密集飞行条件下的间隔自主保持方法研究

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发表于 2022-8-2 10:24:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库解析:
飞机间隔保持是空中交通管制(后简称“空管”)的核心任务,一方面飞机间保持必要的间隔可以确保飞行安全,另一方面在确保安全的前提下适当缩小间隔将提高飞行效率,因此一套行之有效的飞机间隔保持方法对于空管安全和效率都至关重要。飞机间隔保持的传统方式为非自主式,或称为地面集中式。随着航空运输需求的不断增长,在全球许多国家和地区的枢纽机场与主干航路已出现高密度、高复杂度的交通状况,传统的飞机间隔非自主保持带来了一些新题目,越来越难以适应空管发展新形势。一方面,由于其监视数据源自相对精度较低、更新率较慢的地基雷达,直接造成保障安全所需的飞机间隔较大,因此难以支持高密度条件下的安全飞行;另一方面,由于其完全依赖于地面管制员的判断与决策,管制员的工作负荷将急剧增加,造成潜在的安全隐患,因此也难以支持高复杂度条件下的安全运行。综上,必须研究新的飞机间隔自主保持方法。飞机间隔的自主保持是指飞行员不依赖地面,仅依靠机载设备实现对周围交通状况的实时感知,并基于该信息,结合机载自主决策工具实现对潜在冲突的探测与解脱。随着航空监视技术从过去传统地基雷达向新的星基广播式自动相关监视(ADS-B)的发展,无论从监视体制、内容、性能还是应用范围方面,都将发生革命性改变,这为飞机间的准确定位提供了技术支撑,也使得支持精细化飞行的飞机间隔自主保持的实现成为可能,即在有限空域内飞机间可保持更小的安全飞行间隔。针对上述题目,本文将重点研究密集飞行条件下的间隔自主保持方法,根据上述分析,首先需要研究飞机间监视信息处理技术,其次需要研究飞机间冲突探测与解脱技术,最后还需研究飞机间隔自主保持的安全评估技术,三者有机结合,缺一不可,共同支撑了密集飞行条件下的间隔自主保持方法。本文将围绕上述三方面展开研究,主要工作内容和创新点如下:1、针对密集飞行条件下飞机间存在冗余监视信息与机载计算资源受限的矛盾,提出了准确高效的ADS-B与广播式交通信息服务(TIS-B)监视航迹的融合方法,通过系统误差校准、分级航迹关联与基于性能的融合等步骤实现了高效准确的航迹融合。2、考虑实际飞行过程中飞行模式的多样性特点,以及用于航迹预测的趋势种类过多的实际情况,提出了基于混合监视和趋势推理的飞机航迹预测方法,综合考虑飞机连续、离散状态,并发现了其内在关联性;通过对趋势模型预处理降低计算量,并对处理后的候选趋势利用概率法逐一判定,最后结合当前状态和趋势模型实现了精准的航迹预测。3、选择概率型冲突探测方式,利用序列蒙特卡洛(SMC)方法计算冲突概率,针对其粒子退化现象,提出了基于分类SMC的中期冲突探测与告警方法。采用分类策略,兼顾粒子多样性与集中性,在典型仿真冲突场景下应用于中期冲突探测与告警,取得了较好的试验结果。4、针对密集飞行条件下的高交通复杂度,提出了有效降低复杂度的多机冲突全局最优解脱方法,首先利用前述冲突探测方法对多机场景下的飞机冲突进行预判,获得高效冲突子集;然后基于SMC采样和模拟退火方法为集合中的飞机产生最优化机动动作,使得全局代价函数最小;最后通过典型仿真场景对算法进行验证,得到了预期的结果。5、针对星基ADS-B监视条件下间隔自主保持的安全评估题目,提出了基于监视性能的间隔安全评估方法。首先评估验证ADS-B数据相对雷达的性能优势;然后在一定飞行间隔下,使用危险接近概率(CAP)模型计算基于ADS-B的碰撞概率,进一步验证了ADS-B监视条件下间隔自主保持的安全性。





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