空管二次雷达最小间隔的分析与比较研究

本文对空中交通管制中使用二次雷达SSR建立最小间隔的方法进行了分析,提出了用危险接近概率(CAP)的概念作为角误差的评估指标,并建立几种模型进行比较评估．针对一种使用单脉冲技术的远程二次雷达LSSR和普通二次雷达进行数据仿真。结果表明应用单脉冲技术的雷达比普通二次雷达角估计正确性要优越．     

自由飞行中冲突解脱的线性规划法

为了避免可能的冲突, 任何两架飞行器之间的距离不能小于给定的安全距离, 采用线性规划的方法研究了同一空间中自由飞行的几架飞机之间的冲突解脱问题。提出了两种不同的解脱方案: 第一, 只允许速度变化; 第二, 只允许航向角变化。考虑到旅客在旅途中的舒适程度, 选取的目标函数要使上述改变量最小。针对两种方案分别列出了线性限制公式, 从而找出最优的解脱办法, 实例验证了该方法的可行性。     

飞行冲突智能调配系统开发

将飞行冲突调配分割成同高度判定、最小水平间隔判定和航向规避3个规模较小的子问题，构造了飞行冲突智能调配系统的拓扑结构及调配流程．引入广义指派的组合最优化算法和人工神经网络控制技术，用VB．net和Matlab进行系统开发．模拟运行表明，该系统可为管理者提供用于防止冲突的智能化方案，包括短、中、长期的计划，以提高飞行管理效率和飞行的安全性．     

ADS-B空管监视系统误差分析与研究

在空中交通管制中,利用监视设备提供的航空器飞行动态,管制员就可以为航空器配备飞行间隔,防止航空器与航空器相撞.监视设备存在的误差会对飞行间隔产生较大的影响.对比二次雷达系统,基于ADS-B的侧向间隔研究是当前的重点.文中通过分析监视系统信号处理流程,得出ADS-B监视误差主要有GPS接收机误差、数据链误差和系统延时误差组成,并阐述了各部分对于侧向间隔的影响.     

以航路和机场管制区为节点的飞行流量管理

空中交通流量管理是为解决空中交通拥挤而进行的系统规划管理。以机场、航路管制区作为飞行流量限制节点，建立基于地面等待的流量管理整数规划模型，模型全面描述了各种制约因素影响，实例证明此模型对解决空中交通拥护问题是有效的。     

多雷达与ADS数据融合的可变周期更新算法

为提高空中交通管制系统的整体监视精度, 在研究自动相关监视(automatic dependent surveillance简称ADS)信息与雷达监视信息构成和特征差异的基础上, 通过建立ADS目标与雷达目标之间的数据关联映射关系, 构造了一个将ADS数据与多雷达数据融合处理的过程模型, 提出了基于ADS报告周期调整ADS航迹与雷达航迹融合权重因子的可变周期更新算法。应用结果表明更新算法实现了两类信息的深度融合和对有效信息的综合利用, 既保证了当ADS报告更新率较高时ATC监视的整体精度, 又提高了ADS报告更新率较低时目标航迹的连续性, 降低雷达测量误差对系统监视精度的影响, 是一种用于空中交通管制系统监视数据处理的有效方法。     

采用内点约束的最优冲突解脱方法

在自由飞行中, 为了保证任何两架飞机之间的距离不能小于给定的安全间隔, 采用内点约束条件和最优控制中的庞特里亚金极小值原理, 研究了自由飞行中飞机的控制向量受约束时的平面冲突解脱问题, 考虑了只改变速度大小和只改变速度方向的解脱策略。不同的策略具有不同的控制变量, 各变量有不同的约束范围。采用极小值原理解得最优控制变量, 并由内点约束条件获得解脱开始时间、约束时间及控制变量转换时间。计算结果表明改变速度大小策略的协作解脱耗费是单机解脱的1/10, 而改变速度方向的策略在两机夹角过小时单机解脱耗费为协作解脱的1/3。     

低空空域飞行冲突避让算法

为了预防航空器在低空空域飞行中发生相撞, 根据空中交通管理规则的飞行间隔规定, 采用速度矢量三角分析法, 分析了避免冲突的基本条件, 确定了航空器B与航空器A的速度矢量关系, 提出了调整速度和改变航向两种解决方法, 推导出速度和航向改变量的计算公式。通过系统演算和DRS-98型雷达管制模拟机的验证表明, 在任何情况下都能够使用改航法避让飞行冲突, 航空器之间的距离和航向差越大, 航向的改变量就越小; 当航空器之间的距离大于6倍的飞行间隔时, 应当使用调速法避让飞行冲突, 这样航空器可以继续保持原定的飞行航线。     

固定航路最优飞行冲突解脱模型

针对在固定航路条件下多个航空器之间的冲突解脱问题,提出了改变航向的飞行策略,比较了自由飞行条件下和固定航路飞行条件下的最优飞行冲突解脱模型。以航空器性能和航路空间为约束条件,以冲突解脱时间为目标函数,运用最优化控制理论和微分方程,计算了不同初始条件下的总冲突解脱时间。计算结果表明:当航空器的解脱终点从(80,0)变为(65,0)时,总冲突解脱时间减小了32s;当航空器的解脱速度从833km.h-1降低为759km.h-1时,总冲突解脱时间增大了12s;当航空器的初始位置由(20,0)增大为(29,0)时,总冲突解脱时间仅增大了2s。航空器的解脱终点和解脱速度对冲突解脱时间影响较大,而航空器的初始位置对冲突解脱时间影响较小。     

空管中轨迹预测的种变结构IMM算法

本文针对空中交通管制中采用相互作用多模型算法(IMM)来进行飞行轨迹预测时，可能由于模型的选取不当而造成性能变差或计算浪费的不足，提出了一种基于图论的变结构相互作用多模型(GIMM)算法。本文给出了GIMM算法的基本思想、算法的模型和计算步骤，并用GIMM算法与固定结构IMM算法进行了仿真比较。仿真结果表明GIMM算法在空管飞行轨迹预测中是更为有效和可行的。     

基于扩展摩尔邻域的自由飞行冲突风险研究

为解决三维空间中,自由飞行条件下航空器间的飞行冲突风险判定问题,提出了基于扩展摩尔邻域的飞行冲突风险判定方法.首先分析平面摩尔近邻模型的特点,将其扩展至三维离散空间;然后建立水平、垂直飞行冲突风险可能性表格,提出计算三维飞行冲突风险的方法;最后分别用水平、垂直飞行冲突风险分开和同时计算的方法对同一仿真数据进行计算.结果表明:采用扩展的三维不同层摩尔邻域可以实现空域内航空器的飞行冲突风险的快速计算;水平、垂直飞行冲突风险同时计算的方式可以更快速地解决问题;同时,空间基础单元的间隔选择也会极大影响模型的运算效率.     

飞行冲突解脱与恢复几何模型及管制策略

已知两航空器的三维位置、速度及本机预计到达目标点时间,得出了满足几何最优和机动次数最少、解决飞行冲突并同时保证预计到达目标时间不变条件的多种冲突解脱与恢复模型.仿真计算验证了所得模型的有效性.该模型适用于机载设备及空中交通管制自动化系统.在此模型上经大量仿真,综合出了切保护区边界这极限情况并适合空中交通管制员调配的冲突解脱与恢复管制策略表.空中交通管制员只需考虑一定的安全裕量,这些策略即可应用于在实际管制中.     

分布式MAS 在飞行冲突解脱中的应用研究

在自由飞行的环境下,为解决飞行冲突探测与解脱（conflict detection and resolution,CDR）问题,提出一种基于高度层、航向和速度调配的综合解脱方法,并将多 agent 系统(multi-agent system, MAS) 的分布式技术与启发式算法相结合,进行问题求解. 首先设计了分布式MAS框架结构,然后建立了飞行冲突探测模型,高度层调配模型及航向、速度调配模型,最后,综合运用了基于合同网协议的分布式算法和自适应遗传算法进行问题求解.仿真实验表明,所设计的MAS框架是可行的,同时分布式算法和自适应遗传算法的综合应用能很快找到基于高度层、航向和速度分配的近似最优解,为CDR问题提供了新的解决思路.     

基于航班延误的机位冲突概率计算方法

为了定量描述航班随机延误对机位分配计划的影响,构建了同机位航班占用时间发生冲突的概率计算方法。首先,基于国内某机场实际航班数据,建立了航班到达延误概率的正态分布模型和起飞延误概率的混合正态分布模型,采用极大似然法和期望最大化（Expectation Maximization,EM） 算法分别对模型参数进行了估计;然后采用JB （Jarque-Bera） 检验和交叉验证法,验证了模型的有效性。在此基础上,根据机位占用冲突机理推导出同机位连续航班间的冲突概率计算公式,量化了同机位连续航班的冲突概率与两航班的延误规律和间隔时间的关系。冲突概率可用于评价机位分配计划中同机位连续航班间隔时间设置的合理性。     

基于冲突回避的动态滑行路径算法

为解决机场场面航空器滑行路径分配问题,在时间依赖最短路径算法的基础上,提出了基于冲突回避的动态滑行路径分配算法.根据机场场面交通的实际情况,定义了3种不同类型的滑行冲突以及航空器的滑行优先级.给出了在不同类型冲突和不同滑行优先级情况下的滑行道时间延误函数.仿真实验表明,当跑道运行飞机达到32架次/h时,与固定路径相比,动态路径运行的航空器平均滑行时间减少了3 min/架次,航班延误减少了3.5 min/架次.     

编队飞行中基于危险区域的后机最优位置研究

编队飞行是实现民航绿色发展的重要措施之一。在前机尾涡危险区域分析的基础上,科学确定后机最优位置是编队飞行的关键。首先,以随机两阶段尾涡消散模型为基础,利用Hallock-Burnham涡模型和诱导滚转力矩系数模型分析后机诱导滚转力矩系数的演变规律。然后,基于设定的安全阈值,给出前机尾涡危险区域,并考虑飞行高度、速度和风对危险区域的影响。最后,基于后机不同位置处的燃油流量减少率,得出编队飞行中后机最优位置。研究结果表明：后机诱导滚转力矩系数随着前、后机之间横向距离的增加,呈先增后减再增的趋势;随纵向距离的增加,呈先缓慢减小后快速减小的趋势;高度越高、速度越小,诱导滚转力矩系数的峰值越高。飞行高度越高、速度越小,前机初始尾涡的危险区域越大;随着纵向距离的增加,危险区域不断减小,并随涡核的下沉不断下降。侧风使危险区域发生偏离,侧风越大,偏离程度越大。顺风会增加危险区域的纵向距离,顶风则与之相反。两架B737-800飞机在12000 m高度以0.78马赫数进行编队飞行时,前、后机纵向距离3000m处,无风情况下后机最优位置为横向距离30 m或-30 m、垂直距离29 m,此时燃油流量减少率为7.01%。相较于无风,左侧风20 m·s-1下,燃油流量减少率和垂直距离不变,横向距离增加;顺风20 m·s-1下,燃油流量减少率增加,横向距离不变,垂直距离减少;顶风20 m·s-1下,燃油流量减少率减小,横向距离不变,垂直距离增加。