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。     

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。     

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.     

航路飞行冲突解脱策略的滚动时域优化

针对固定航路上2架航空器的冲突解脱问题, 在基于航向角和地速调整的静态单一最优解脱策略的基础上, 考虑航空器飞行过程中可能存在的速度扰动等不确定因素, 给出了一种基于滚动时域优化的动态混合最优解脱策略, 采用极大似然估计和牛顿-拉夫逊迭代算法对风矢量进行辨识, 对无扰动下的静态优化、航空器地速变化条件下的滚动时域优化以及风矢量变化条件下的滚动时域优化3种策略进行对比。分析结果表明: 调整航向角的最短解脱时间为195s, 调整地速的最短解脱时间为285s;第1架航空器减速、匀速、加速时, 解脱时间分别为240、215、150s;风矢量横向、纵向分量估计值的平均绝对误差分别为0.049、-0.067km·h^-1, 相对误差分别为0.173%、-0.205%;对风矢量进行辨识后解脱时间从215s减少为160s。可见, 基于风矢量辨识与滚动时域优化的动态混合最优解脱策略能够及时应对风矢量、航空器地速突然变化的情况, 具有较好的动态适应性。     

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SMILO-VTAC模型的复杂低空多机冲突解脱方法

针对传统SMILO-VTAC模型的2种不受控情形, 提出了面向不受控情形的复杂低空多机冲突解脱模型; 在传统SMILO-VTAC模型的基础上, 考虑复杂低空空域物障限制条件, 提出了面向物障情景的低空多机冲突探测与解脱模型; 结合通用航空活动任务优先等级, 建立了基于任务优先性质的多机冲突探测与解脱规则和流程; 建立了多航空器对头汇聚场景, 基于提出的方法进行仿真验证。分析结果表明: 相比传统SMILO-VTAC模型, 提出的方法能够满足不受控情形的多机冲突探测与解脱实际需要, 并能根据任务优先等级计算方案, 解脱成本分配合理, 符合复杂低空空域航空器的特点; 提出的方法在航空器数量不大于4架次时, 求解时间略长, 但基本控制在1 s以内; 当航空器数量大于4架次时, 求解时间小于传统SMILO-VTAC模型; 当航空器数量不小于7架次时, 求解时间远低于传统SMILO-VTAC模型; 在将优先级因素加入考量后, 方法的平均解脱成本较传统SMILO-VTAC模型增加了10%~20%, 以少量增加平均解脱成本为代价, 实现了解脱成本依照优先级顺序的分配, 将高优先级航空器解脱成本向低优先级航空器传递。可见, 在多航空器运行和多优先级情景下, 改进方法具有更高的解脱效率, 在相同计算时间内具有更高的解脱架次极限。     

基于雷达的多机冲突检测与调配

为防止空中飞机危险接近,保障飞行安全,提高管制员对飞行冲突的预见性和调配飞行冲突的能力,建立了基于雷达的坐标系,提出了预测多机飞行冲突的水平检测和预测冲突时间段的方法.研究表明：在水平投影面上,如果飞机Ai的保护区与飞机Aj的阴影交叉,将发生水平冲突;如果同时发生垂直冲突,那么飞机Ai和Aj将发生飞行冲突,需要在雷达监控下,通过改变航向、速度和飞行高度以避免飞行冲突.但若水平冲突和垂直冲突的时间段不交叉,则飞机Ai和Aj没有冲突,可以保持现有（平飞、下降或上升）状态飞行.仿真分析结果表明了检测和调配方法的正确性.     

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.     

一个鲁棒性冲突解脱轨迹规划模型

针对固定航路飞行条件下高密度运行空域多航空器实时冲突解脱轨迹规划问题,为了获取高空风场数值及增强航空器冲突解脱轨迹的鲁棒性,根据航空器的运行状态构建了高空风场线性和非线性滤波模型.采用模型预测控制理论,通过将预测模型的校正过程转化为高空风场数值的滤波过程,在给各航空器设定解脱优先权重及考虑两类解脱变量物理约束条件的前提下,从航空器的动态协同特性出发,构造能够反映控制输入量优劣的指标函数,提出一种能够适应空域环境变化的冲突解脱航迹在线滚动规划方案.算例分析表明,所提出的在线解脱轨迹规划方案可行有效.     

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。     

考虑用户时间冲突的停车共享方案优化研究

随着机动车保有量的快速增加,大城市中心区用地的有限导致停车位不足,而许多居民区的私人车位在白天处于空闲状态.停车共享策略可以很好地解决不同群体对同一地块停车需求在时间上的互补问题.然而,停车共享的实施必须要解决好一个问题,即,车位提供者与外部使用者之间的冲突.本文主要研究如何实施停车共享,根据需求调节共享终止时刻、泊位供应率,使得在避免冲突的情况下停车管理者收益最大.