基于SVM的低空飞行冲突探测改进模型

为保障通航飞行器在低空空域的飞行安全,提出了一种基于支持向量机（SVM）的飞行冲突探测改进模型。首先,建立适应于飞行器的保护区。然后,利用改进型ID3决策树算法将搜索空间降低到局部的方法筛选具有潜在飞行冲突的飞行器,并利用随机森林（RF）选择合适训练集。最后,利用tanh函数优化容易饱和的sigmoid函数对SVM分类结果的概率映射。通过仿真验证和对比分析,结果表明:利用基于密度聚类的DBSACN算法去除异常点,将剔除产生误报和虚报的数据作为训练集优化SVM分类器,改进的飞行冲突探测模型的误报率和虚报率分别降低了0.6%和1.9%,算法执行效率得到提高,而且具有较好的抗干扰能力与稳定性。      

一种基于SVM的低空飞行冲突探测算法

随着低空飞行密度不断增加,低空航行安全已引起广泛关注,由于低空环境复杂,低空飞行受地面障碍物和天气影响比商用航空显著,传统的空中交通警戒与防撞系统（TCAS）和其他冲突探测方法并不适用于低空密集飞行环境。针对传统探测方法计算量大、适用性差的不足,引入支持向量机（SVM）的二元分类方法,通过对本机和周边飞机航迹归一化处理,采用智能优化算法对关键参数进行优化,利用模拟数据对分类器进行预先训练,实现了适用于低空飞行的高效冲突探测。以大量的仿造数据对算法有效性进行了测试验证,结果表明漏警率和误警率分别控制在约0.1%和6%,克服了传统确定型方法与概率型方法难以兼顾效率与适用性的缺陷。      

一种适用于航路改变情况的冲突概率预测算法

针对如何有效地预测飞行中将发生的冲突,提出了适用于航路改变情况下的冲突预测算法.基于飞机实际飞行轨迹的不确定性,计算冲突发生的概率来预测冲突发生的可能性.改进了直线航路预测算法,充分利用ADS-B(广播式自动相关监视)所提供的航路意图信息,获得飞机航路改变点及航路偏转角,依此进行相应的矩阵变换来计算航路改变后的误差协方差矩阵,并利用有效的近似方法对继续累加的误差表示进行简化,进而实现冲突发生概率的计算.运用Monte-Carlo方法进行仿真,结果验证了其较好的准确性,与直线航路算法的比较表明了其在更复杂环境下具有的适用性和有效性.     

基于可达集的无人机低空飞行冲突解脱算法

针对无人空中交通管理（UTM）中的冲突解脱问题，提出了以可达集分析为基础的实时避撞算法。该算法可用于城市低空环境中的密集交通流空域，保证无人机（UAV）飞行过程的安全性。基于相对运动的概念，通过分析平面空域中的飞行博弈问题对避撞系统进行建模，同时利用水平集方法和最优控制理论对无人机的可达集进行分析和计算，使用机载传感器获取无人机与周围物体的信息，为每架无人机提供新的避撞策略。通过3种不同空域环境的飞行案例进行仿真实验，验证了该策略不仅可以得到平滑的飞行路径，实时安全地解决冲突解脱问题，而且针对合作/非合作目标均有效。     

利用WW3模式实现中国海击水概率数值预报

海浪对掠海飞行有着重要影响,以T639预报风场驱动WW3（WAVEWATCH-Ⅲ）海浪模式,对2013年3月发生在中国海的一次冷空气海浪场进行数值模拟.结合飞行高度探测的标准差、海浪浪高的标准差,进一步实现了击水概率的数值预报,为低空飞行器的航迹规划提供科学依据.主要计算了5 m高度、10 m高度、15 m高度的击水概率,并对比不同飞行高度击水概率的差异.结果表明,以T639预报风场驱动WW3海浪模式,可以较好地预报中国海海浪场、击水概率场.在冷空气影响下,中国海的击水概率出现明显增幅.飞行高度低于10 m时,海浪会对掠海飞行器的安全造成很大威胁.      

基于运动模型的低空非合作无人机目标识别

为保障低空安全,在利用雷达数据探测无人机目标的同时剔除飞鸟等虚警信息,提出了一种基于运动模型的低空非合作无人机目标识别方法,作为已有目标跟踪方法应用的拓展。首先,建立多种运动模型模拟无人机和飞鸟目标运动;然后,基于多种运动模型进行目标跟踪,并估计各种运动模型的出现概率;最后,以各种运动模型在连续时间内出现概率的方差均值来度量目标运动模型的转换频率。通过对仿真数据和机场低空监视雷达实测数据的处理,所提方法能够在杂波环境中跟踪无人机目标并剔除飞鸟目标,进一步验证了其有效性和实用性。      

军航无人机与民航航班侧向碰撞风险评估

近年来无人机(UAV)已经成为新型作战力量。为解决军航UAV与民航航班之间的飞行冲突,确保飞行安全,对经典EVENT模型进行改进,提出适用于UAV的碰撞风险模型。着重研究了导航方式、人为因素、高空风对于UAV飞行的影响,并构建了相应的位置偏差模型。首先,利用蒙特卡罗法求解军航UAV与民航航班之间侧向间隔丢失的频率;其次,利用MATLAB进行算例仿真,验证模型的有效性,并得出了侧向碰撞概率随参数变化的关系;最后,通过计算不同安全间隔下的碰撞风险,对空域使用提出建议。      

复杂低空物流无人机路径规划

针对复杂低空物流无人机路径规划问题，考虑空域环境、运输任务等内外限制，以飞行时间、能耗及危险度最小为目标函数，建立多限制条件物流无人机路径规划模型，设计启发算法以快速解算路径。采用栅格法对规划环境表征，引入物流无人机性能约束确保路径可飞。针对A*算法存在的问题及物流无人机航空运输特色，引入栅格危险度因子、货物质量惩罚系数，增加飞行时间、能耗等代价以提升避障能力、降低成本。为匹配所提启发算法解算效率与精度，采用动态加权法对函数赋权。为筛除冗余路径点及保证平稳飞行，采用双向交叉判断法等对原路径优化平滑。为验证所提路径规划模型及启发算法的有效性，对比4种算法规划结果，分析栅格粒度大小与代价权重值对结果的影响。在既定的运输环境及物流无人机性能约束下，研究结果表明:所提算法与A*算法相比，保证了物流无人机飞行安全、能耗少，将飞行时间由406 s降至386 s，降低了5%；飞行路径点数为129个、栅格危险度因子为11.69，降低了姿态改变次数，保证了运输安全；当栅格粒度大小为5 m，代价权重值为0.4、0.1、0.5时，采用所提算法规划的路径最佳。      

一种前飞状态直升机可达区域快速计算方法

直升机可达区域可用于生成空域安全态势,提高直升机在低空复杂环境中的飞行安全水平.为了满足求解可达区域的实时性和准确性要求,提出了一种快速计算方法.根据能量机动性求解了直升机控制域,结合运动学方程建立了可达区域数学模型.基于最优控制原理,实现了边界点快速计算;提出了基本可达区域的概念,将实时可达区域构造问题转化为少量边界点的计算问题.以AH-1G直升机为对象进行了二维和三维的算例分析,并与微分包含法计算结果进行了对比.算例结果表明,直升机控制域是时变的,需根据实时飞行状态进行计算;该算法能实时计算前飞状态直升机的可达区域,有较高的计算精度.     

农林飞机近地作业飞行的纵向稳定特性

分析了农林飞机近地作业飞行的纵向气动力特性,讨论了存在地面效应时的纵向静稳定性准则及主要气动导数对静稳定性的影响;根据地效区内飞机的五阶小扰动运动线化方程,计算了农林飞机近地作业飞行的模态特性,并运用特征矢量研究了各模态中起主要作用的运动变量;利用Routh判据对农林飞机近地作业飞行的纵向动稳定性进行了分析,通过简化推导了存在地面效应时保证飞机动稳定性其重心的位置要求.研究结果表明,农林飞机近地作业飞行时地面效应对其纵向气动特性及稳定性的影响不可忽略.      

一种复杂系统风险概率评估方法

对有限样本条件下的复杂系统风险发生概率评估问题,提出了小样本评估小概率事件的建模方法,通过非线性函数逼近累积概率与临界参数极值之间的映射关系.建立了风险概率评估数学模型,通过非线性回归方法得到了风险概率评估基本模型.对原始数据在评估模型中产生的误差作为目标函数,建立概率评估优化模型.并采用改进遗传算法对分布参数进行优化计算.以飞行安全为例,实现了有限样本情况下的飞行风险概率的计算,并通过最优逼近函数提高了计算精度.      

利用一次雷达实现低空空域的安全监视

介绍了一种低成本的低空空域雷达监视实验系统,并提出了一种基于雷达平面位置指示(PPI,Plane Position Indicator)图像的目标检测与跟踪算法,其中杂波抑制和目标状态估计是两项关键技术.经过背景差分的雷达PPI图像,仍然含有大量的背景边缘杂波,该算法利用其空域特性进行杂波抑制,并采用交互式多模型(IMM,Interactive Multiple Models)方法对目标的匀速、加速、减速、转弯等机动运动进行跟踪.详细分析了仿真数据的跟踪效果,并将整套算法应用于两组实测PPI图像,实验结果说明其有效性.