基于深度自编码器的终端区异常航迹识别方法及其在航迹聚类中的应用（英文）

异常航迹识别与交通流分类对复杂空域的安全与效率分析是重要的。一些研究人员使用基于密度的无监督聚类算法提取空域中这两种与管制行为相关的航迹数据。然而,数据质量问题和交通流之间的微小密度差异是这项工作的两个主要难点。为了解决这两个问题,本文提出一种结合稳健自编码器模型(Robust deep auto?en?coder,RDAE)和密度峰值(Density peak,DP)聚类算法的框架。具体地,通过不同的正则化优化方式使得RDAE模型分别用来重构去噪航迹与异常航迹检测。然后,RDAE模型的Encoder输出的非线性降维向量作为DP聚类算法的输入以分类空域中全局的交通流。在含有标签的广州白云机场数据集上的实验表明,所提算法能够自动地捕捉到空域内飞机运动的非常规时空交通模式。RDAE在异常航迹检测以及所提框架在交通流分类上的优越性均通过可视化与定量的结果评估分析。     

四维航迹同一进场航线碰撞风险模型

鉴于目前碰撞风险模型的建立方法大多局限于三维空间,给出一种建立四维航迹碰撞风险模型的方法.在三维坐标系的基础上加入时间变量,通过飞机在航迹上任意时刻的四维坐标,使得任意时刻两架飞机之间的距离是时间变量的函数,结合飞机到达的随机性,推导出在同一航迹上飞机进场飞行过程中任意时刻的碰撞概率,进而建立任意同一进场飞行航段的碰撞风险模型.结果显示,模型可以研究任意同一进场航段的碰撞情况,体现了飞机速度和高度变化对碰撞风险的影响;建立了碰撞风险性和飞机类型以及机型比例的关系,为终端空域碰撞风险性的研究提供了一定的方法和理论.     

高效四维航迹数据清洗技术（英文）

随着航空业的快速发展和新兴的众包,如Flightradar24和FlightAware等的涌现,大量空中交通数据,特别是四维(4D)航迹数据已公开于众。为了保证结果的准确性和可靠性,包括识别和减少错误在内的数据清洗,是分析4D航迹数据的第一步。为此对4D航迹数据进行如下清洗:应用反向传播神经网络算法将误差修复;用牛顿插值法对每次航行样本进行等间隔采样来获得均匀分布的4D航迹数据;进而提出一种在保持轨迹固有形状前提下的数据压缩方法,以及基于密度的有噪聚类(Density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)对样本点中的离群点进行识别。采用欧洲空域一天的4D航迹数据集进行验证,结果表明所提方法比现有方法更高效、快速。本文的数据预处理研究结果为下一阶段的4D航迹分析奠定了基础。     

基于交通复杂性的扇区资源管理

为了理解未来空域系统下空中交通的组织水平,确保地面决策系统的必要干预能力,本文首先在比较两类常用交通复杂性测度模型的基础上引入了基于连携效应的交通复杂性测度模型.利用该模型针对两类典型交通拥塞态势讨论了扇区范围内改航航段的生成和使用策略,与基于航空器数量的扇区资源管理方法相比,能够更为有效地实现空域的灵活使用,为动态空域管理和多扇区协同流量管理提供了可行的解决途径.     

基于协同进化的复杂低空下多飞行器协同航迹规划方法

由于低空空域环境复杂，威胁通用航空器运行安全。复杂低空多飞行器航迹规划方法是保障安全、提高效率的关键技术。在特定空域范围内，依据地形特点、环境威胁以及飞行器自身物理条件等约束和安全效率等性能指标，为飞行器规划出最优航迹。然而，多飞行器的航迹规划问题存在多约束、强耦合、多目标等难点，现有方法缺乏对问题先验知识的挖掘和利用，导致难以兼顾安全与效率。针对多飞行器航迹规划问题，建立了多飞行器航迹优化 多目标模型。为了进一步提升优化效率，基于启发式算子的自适应差分多目标进化算法，引入多种群协同进化，每个飞行器通过不同种群独立进化，建立合作机制提升种群进化质量，避免陷入极值。最后通过二维与三维仿真实验验证了算法的可行性和有效性。     

连续下降运行中的飞行冲突预测与解脱算法

针对连续下降运行（Continuous descent operation,CDO）中的航空器冲突预测与解脱策略问题,构建了四维航迹（Four-dimensional trajectory,4DT）预测模型,实现飞行冲突的准确预测;以燃油消耗量、冲突时长为优化目标,以航空器在连续下降运行时的飞机速度、下降轨迹角（Descent path angle,DPA）为优化变量,基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现飞行冲突解脱。最后以某终端区内多机CDO飞行为例进行冲突预测和解脱,分析了优化目标权重系数对空域内平均耗油量和优化变量影响。结果表明,给出的解脱算法可以实现终端空域内的多机无冲突连续下降运行。与优化前相比,20架飞机的平均耗油节约了11 kg/架,空域内飞机之间的飞行冲突累积时间从984 s减少到0,即消除了飞行冲突。研究结果有助于实现空域内多机无冲突连续下降运行,提高CDO在繁忙机场的实施率和运行效果。     

无人机4D制导系统研究

基于逆运动学方法设计了无人机四维制导系统。基本姿态控制器采用基于在线神经网络的非线性动态逆控制器。动态逆控制器用来对消无人机的非线性，在线神经网络补偿对消不精确引起的状态误差。制导系统的任务就是由给定的三维航迹，解算出航迹角，并生成三个姿态角指令，同时设计发动机控制回路以控制航迹速度，最终实现精确的四维航迹跟随。     

基于GPS航迹的飞行误差分布规律研究

研究航迹误差分布规律,制定合适的飞行安全间隔标准是提高空域利用率的关键所在。本文针对CESSNA172机载GPS航迹数据对手动飞行条件下的航迹误差分布规律进行了研究。首先通过解析GPS航迹数据,利用Haversine公式对手动飞行条件下的航迹偏差进行统计分析;接下来采用quantile-quantile图检验法对航迹误差数据进行正态分布检验,根据Michael拟合优度检验方法给出正态分布的显著性水平;最后计算得到正态分布总体均值和标准差的置信区间。结果表明,训练飞机下降着陆阶段的实际位置点与跑道中心线的距离偏差符合正态分布规律,为训练飞行中空域规划及飞行安全间隔标准的制定提供了可靠理论依据。     

基于混杂系统模型的航空器4D航迹推测

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下空域实施管理,4D航迹推测是国内新一代空管自动化系统最为核心的一项技术。首先基于飞行剖面不同飞行阶段的航空器动力学模型,构造了在不同飞行阶段之间转移,而在同一阶段航空器重量、校正空速、高度和距离等状态连续变化的混杂系统模型。通过温度和风速风向修正航空器真空速及地速,利用混杂系统递推法求解航空器4D航迹。实际算例表明,本文提出的混杂系统模型推测得到的水平航迹和垂直剖面能够准确地反映航空器的飞行状态变化,单架航空器4D航迹推测计算时间可以控制在2 s以内。     

大型繁忙机场区域导航(RNAV1)飞行程序设计

区域导航技术的使用,极大地摆脱了传统飞行程序对地面导航设施的束缚和依赖。灵活地设计飞行程序,充分利用空域资源,为大型繁忙机场提高空域容量和运行效率,提供了更多有效的方法。     

基于改进区域生长算法的终端区扇区优化

针对民航业发展中空中交通流量不断增加以及空域划分不合理导致的流量分布、管制员负荷分布不均等问题,基于空中交通管制扇区划分的思想,对终端区扇区优化算法进行了研究。通过对终端区空域实际交通流网络进行数学描述,利用流量栅格矩阵划分空域单元,并以航迹数据作为统计依据建立扇区优化的数学模型,实现利用流量数据代替负荷计算,简化了扇区优化的过程。针对传统生长算法所得扇区不连续空域较多问题,提出环形生长的改进区域生长算法得到最优的扇区划分。最终,以厦门终端区为例,通过改进区域生长算法所得的扇区管制员负荷,经计算均小于总时间的80%,且最小负荷差为304 s,验证了所提出扇区优化方法的合理性。     

基于航迹聚类的终端区进场程序管制适用性分析

为了定量评估终端空域的空中交通管制服务水平,提出了描述进场飞行程序管制适用性的新概念。在对实际运行航迹数据特征分析的基础上,建立了基于对应雷达轨迹点逆向比对方法的航迹间相似性测度模型。应用层次聚类法对航迹数据集进行了聚类分析,提出了根据航迹聚类集构造平均航迹的方法。通过比较平均航迹和标准进场程序,建立了描述管制适用性的3个量化指标及其算法,包括:纵向偏离度、侧向偏离度和非常规航迹比例等。实例分析表明:以上指标能准确表示进场飞行程序提供空中交通管制服务的水平,并可以根据聚类结果来改进现有进场飞行程序结构。     

基于监视数据的实时飞行流量计算算法的设计与实现

实时飞行流量计算是空中交通流量管理的一个重要研究内容。本文构造了一种基于监视数据的实时飞行流量计算算法。算法将空域分为面空域、线空域和点空域三类,并针对3类空域结构设计了飞行流量计算方法,设计了避免重复计算处于特殊位置的航空器的计算流程。利用真实飞行轨迹进行验证,本文算法能实时计算出各类空域单元的交通流量,并且符合实际飞行原则和空域使用规则,是一种合理有效的实时飞行流量计算方法,具有一定的参考价值和实用性。     

空域安全评估中的碰撞风险模型分析

碰撞风险研究是空域安全评估的关键内容。随着空中交通管理设备和技术的发展,碰撞风险的研究也深入展开。本文总结了国内外学者对碰撞风险模型的研究及应用,介绍了几种常用的碰撞风险模型或方法,包括概率论理论方法、Reich模型、EVENT模型、随机分析模型、交叉航路模型和模糊数学综合评价法,分析了各自优缺点,并对上述模型进行简要对比,为我国空域安全评估提供参考。     

基于调速法的交叉航路空域复杂度研究

目前基于航空器架次的空域容量评估方法很难映射出交通态势、扇区结构及管制员负荷之间复杂关系,采用复杂度评估空域系统运行能力是当前空中交通管理领域的研究热点。本文基于空域复杂度评估方法中的扰动分析思想,根据扇区实际运行中交叉航路、航班流随机到达等实际情况,建立扇区-航班流模型,采用调速法进行飞行冲突探测与解脱,进而定义交叉航路扇区空域复杂度计算方法,设计了瞬时和平均空域复杂度可视化表示方法,对预测和降低空域复杂度提供支持。仿真结果表明,该方法与基于航空器架次的评估模型相比更能反映出扇区交通态势微观特征,向空中交通管理提供了决策支持工具。     

终端区四维飞行航迹的计算

精确的航迹预测能力是空管自动化系统的基础。首先对四维航迹计算所需的数学模型、飞机性能模型和航路模型等进行了总结,然后以北京终端区为例,根据标准仪表进、离场程序并结合常规的飞行操作程序算出了飞机的水平飞行轨迹、高度剖面和速度剖面。     

高适应性低成本大型无人机导航与控制系统

设计的数字式导航与控制系统沿着高适应性低成本方向,综合考虑了大型高亚声速无人机可靠性和经济性,采用了起飞发射段控制律优化设计、高低空自适应变参技术和高性价比的组合导航策略.在保证飞行品质和降低系统成本的同时,扩宽了大型无人机的使用空域和地域范围.经过仿真试验和实际飞行验证,该系统控制飞机姿态稳定,定高效果好,飞行航迹与规划航路误差很小,系统的各项功能均得到实现,适应了"一个系统,多种平台"、"一种平台,多种用途"的大型无人机发展需要.     

基于“北斗”的低空空域通航飞机导航监视技术研究

针对目前ADS-B发射机定位信息主要取自GPS以及自身传输链路距离受限的问题,研究了基于"北斗"的ADS-B监视技术,在深入研究ADS-B报文协议的基础上,将"北斗"通信作为ADS-B传输链路的补充,研究了通航飞机的无缝导航监视技术,设计了基于"北斗"定位源的多网融合的机载监视终端系统。利用锐翔电动飞机RX1E和搭建的监视中心系统对机载终端的ADS-B和"北斗"传输进行测试验证,实验结果表明:数据传输链路实现了对低空空域通航飞机的广域监视,机载终端发送的飞行态势信息实现了监视中心对低空通航飞机的在线态势感知。研究结果为服务我国通航飞机作业安全以及提高低空空域管理的信息化水平提供了技术参考。     

固定翼无人机的4D无冲突航迹规划（英文）

基于4D航迹的运行(Four-dimensional trajectory-based operation,4D-TBO)有利于增强高效飞行的计划和执行,减少潜在冲突并解决即将出现的巨大航班需求。大多数与4D航迹规划有关的研究都集中在有人驾驶飞机上,而不是无人驾驶飞机(Unmanned aerial vehicle,UAV)。本文着重于为起飞前或飞行期间的固定翼无人机规划无冲突的4D航迹。文中提出了一种基于Tau理论的4D航迹生成技术,该技术将时间约束的飞行航路点纳入了飞行计划中。然后,通过粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法对4D航迹进行优化。仿真实验证明了所提出方法的有效性。     

空域容量评估研究综述

空域容量评估是实施空中交通流量管理、充分利用空域资源的重要依据,有必要对空域容量进行科学、客观的评估。本文介绍了空域容量评估的背景和意义,归纳了国内外空域容量评估研究状况,并对容量评估方法和容量评估系统进行了比较分析,最后给出了空域容量评估的发展趋势和对我国的启示建议。