基于合作博弈的多机冲突解脱算法

为解决低空无人机冲突解脱过程中个体支付成本不公平问题,提出了基于合作博弈“核仁解”概念的多机冲突解脱算法。针对低空多机冲突场景的特点,基于“核仁解”概念,建立无人机冲突解脱支付矩阵。结合人工势场法与蚁群算法的优点,提出基于人工势场法-蚁群算法(APF-ACO)的冲突解脱混合求解策略。仿真结果表明:综合计算时间、可行性与系统效率3个评价指标,APF-ACO混合求解策略效能最优;基于合作博弈“核仁解”的求解策略在一定程度上可提升个体公平性;同时能够在牺牲少量整体利益的前提下,拥有优先级无人机的快速规划达到目标。      

基于速度障碍法的飞行冲突解脱与恢复策略

针对飞行中的冲突解脱和航迹恢复问题,在速度障碍法模型的基础上提出了一种几何优化的方法,并对这个问题进行了严格的数学描述。首先根据飞机之间的相对位置和速度关系,确定其冲突类型,以及是否满足各解脱策略的条件,选取相应的解脱策略,待冲突解脱完成后,飞机恢复至原航线飞行。然后通过几何分析,理论推导,该模型能够有效解决飞行冲突,并且具体给出冲突解脱和航迹恢复的位置。最后在仿真中,所提方法根据不同场景能够自主选择冲突解脱策略,结果显示该方法简单高效,并且在航迹恢复过程中不引入新的飞行冲突。      

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。     

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。      

BDS/GPS组合导航接收机自主完好性监测算法

为使接收机自主完好性监测（RAIM）技术应用于民航垂直引导进近（APV）飞行阶段成为可能,研究了BDS/GPS组合导航RAIM算法。提出了一种基于BDS/GPS定位解最优加权平均解的算法,结合最优加权平均解与BDS/GPS定位解的关系建立检验统计量,根据最大允许的虚警率计算检验门限,实现对故障所在卫星导航系统的检测,并采用加权最小二乘残差法对故障进行检测与识别。研究结果对多星座组合卫星导航系统应用于民航APV飞行阶段的导航具有一定的参考意义。      

升力体飞行器能量近似最优倾斜转弯飞行策略

升力体飞行器返回地球大气层内时受到热流、动压及过载等约束条件,为使得飞行器在倾斜转弯飞行过程中能量损失最小,需要研究一种能量最优的倾斜转弯机动飞行策略。本文的主要研究内容包括:从再入动力学模型出发,分析了升力体飞行器倾斜转弯的弹道特性,推导了终端速度与倾斜转弯幅度相关的解析解,提出了一种多约束条件下能量近似最优的倾斜转弯飞行策略;为进一步验证飞行策略的能量近似最优性,建立了能量最优的非线性轨迹优化模型,通过高斯伪谱法进行求解,获得能量最优的飞行轨迹。仿真结果表明,该飞行策略与优化方法获得的结果高度一致,并且该方法求解效率更高,工程应用性更强。      

基于飞行冲突网络最优支配集的冲突调配策略

针对空中交通流量逐年上升、管制压力增大、飞行冲突难调配的问题，以航空器为节点，基于航空器之间的速度障碍关系建立飞行冲突网络。定义最优支配集的概念，通过移除飞行冲突网络的最优支配集节点，快速消解网络中的冲突，降低网络的复杂性。在使用粒子群（PSO）算法对网络最优支配集进行求解的过程中，引入免疫机制，设置节点和连边2种类型的抗原，保证对关键航空器和高风险冲突的优先调配。实验仿真表明：所提冲突调配策略相较于传统方法能够快速识别网络中的关键航空器节点，并对高风险的冲突连边具有较好的灵敏性，可为管制员和管制系统提供更加准确、可靠的信息和建议，在宏观上辅助进行飞行冲突的调配。     

基于双层博弈的多臂在轨服务航天器路径规划

针对在轨服务多臂航天器系统高精度的位姿协同要求及其运动过程中的避障约束,提出一种基于机械臂末端（腕关节）和肘关节的双层博弈多臂路径规划方法。研究建立了多臂运动学模型,在博弈论基础上建立多臂的博弈模型;给出了双层博弈的基本算法流程及其纳什均衡解的求解策略;以动目标多臂围捕为场景进行仿真分析,验证所提出算法末端精确跟踪抓取和肘部避障能力的有效性和实用性。所得结果可为多臂在轨服务航天器的智能化路径规划与控制提供新的解决方案。      

基于微小卫星合作博弈的失效航天器姿态接管控制

针对多颗微小卫星接管控制失效航天器姿态运动的问题,提出了一种基于多颗微小卫星合作博弈实现对失效航天器姿态接管控制的方法。首先,面向失效航天器姿态接管控制任务需求,设计了各颗微小卫星的局部目标函数,并在考虑多颗微小卫星与失效航天器所形成组合体的动力学约束、微小卫星控制约束的情况下,建立了多颗微小卫星的合作博弈模型。其次,为实现失效航天器对时变期望姿态轨迹的跟踪,在合理设计期望姿态轨迹的基础上,通过构建组合体增广姿态运动方程,将跟踪期望姿态轨迹的要求描述为微小卫星合作博弈控制问题中的一组约束,并建立了多颗微小卫星控制失效航天器跟踪时变轨迹的合作博弈帕累托最优策略的求解框架。最后,对微小卫星合作博弈控制方法的有效性进行仿真验证,结果表明：该方法能够在不需要进行微小卫星控制分配的情况下,通过多颗微小卫星的合作博弈实现对失效航天器的姿态接管控制。与传统方法相比,这种控制方法可避免进行微小卫星之间的控制分配,能够实现微小卫星能量消耗的全局最优且设计简单便于考虑微小卫星的控制约束。     

基于贝叶斯网络工况分类的民机引气系统异常检测

状态监控与健康管理技术是国产民机运营支持亟待突破的关键技术,以民机引气系统为对象,设计实现了基于飞行数据（QAR,Quick access recorder）的民机引气系统异常检测流程,提出了贝叶斯网络分类的同工况数据提取和指数加权滑动平均(Exponentially Weighted Moving Average,EWMA)控制图的引气系统异常检测方法。借助航空公司收集的实际数据对方法进行了验证,结果表明可有效检测民机引气系统异常,并提前故障发现时间,为航空公司合理安排飞机维修计划、减少飞机停场时间提供了支持。     

基于多信号流图与分支定界算法的故障诊断

针对实时在线故障诊断问题,提出了一种基于多信号流图和分支定界算法的故障诊断方法。通过建立多信号流图模型生成相关矩阵作为诊断知识,进而由相关矩阵以及观测向量产生冲突集,使最小诊断集的求解过程映射为整数规划问题;采用分支定界算法,通过对冲突集的分支、定界以及剪支得到故障诊断的最优解,从而避免了穷举问题造成的搜索"爆炸"。以某型机载燃油系统为对象对本文提出的算法进行了验证。结果表明:本文算法与常用的多信号流图诊断推理算法TEAMS-RT相比,算法速度相当,故障定位精度更高,很好地涵盖单故障以及多故障组合,可以胜任大规模复杂系统的故障诊断。      

基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法

基于模型的系统工程（MBSE）理论越来越广泛地应用于民用飞机设计与功能需求分析领域。研究起始于基于用户需求的自顶向下的民机系统产品顶层用例,辨识相关关键子用例,进一步基于对象用例展开“需求—功能分析”,构建黑盒活动图、顺序图表达实现相关飞机级需求的黑盒功能流,从而明确系统接口和辨识子系统,构建经验证可靠的可进行逻辑仿真的黑盒状态机。在黑盒功能架构的基础上驱动基于人机交互系统模型仿真的民机功能架构“正向设计”过程,对黑盒进行解白,基于建模分析和数值仿真结果,构建实现相关飞机级需求的系统功能白盒架构的“正向设计”。为充分演示上述方法,选择了对民用飞机产品安全性具有关键影响的最后进近着陆场景用例作为案例模型。研究表明,基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法充分保证了需求分析和功能架构设计的紧密结合,正向构建了以满足民机产品需求为导向的结构化系统设计方法。      

拒止环境下基于"忠诚僚机"的护航策略

护航策略一直是各军事大国的重点研究内容之一,拒止环境具有强电磁干扰、强对抗博弈等特点,进而对护航策略提出了更高的要求。提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的护航策略,该策略中由高成本长机探测到敌方来袭导弹,在进行规避的同时,释放多个低成本僚机担任“忠诚僚机”。采用时变编队跟踪的控制方法,使僚机始终处于长机与敌方来袭导弹的视线轴上,必要时牺牲僚机以保全长机。针对敌方来袭导弹的方位角是全局信息,设计了分布式观测器对其进行估计。在拒止环境下,复杂电磁干扰带来通信时断时续,导致长机与僚机及僚机与僚机之间的通信拓扑存在切换。为应对电磁干扰对通信拓扑的破坏,提高抗电磁干扰能力,考虑僚机外部扰动和长机规避机动动作同时存在的情况,基于观测器理论、自适应控制理论和滑模控制理论,构造了具体通信拓扑切换机制的分布式控制协议,并利用Lyapunov理论证明了僚机采用该协议能够实现拒止环境下基于“忠诚僚机”的护航策略。通过仿真模拟导弹来袭场景,验证了所提策略的有效性。      

不完整测量下集群飞行器协同相对定位方法

测距和测向是实现飞行器间相对测量的常用手段。通常而言,飞行器间相互测距精度远高于飞行器绝对位置导航精度。因此,提出了一种基于集群飞行器间测距和对目标测向的协同相对定位方法,利用集群飞行器间相互测距和各飞行器对非合作目标测向来实现集群飞行器及非合作目标的相对定位。方法分为静态相对定位方法和动态相对定位方法两种。基于飞行器间相互测距和对非合作目标测向来实现协同相对定位的方案,不需要对非合作目标进行完整的相对位置测量,简化了对飞行器测量设备配置的要求。同时,相比基于飞行器绝对位置导航和对非合作目标测向的相对定位方案,能获得更高的相对定位精度。     

基于ADS-B的航空器测高系统误差评估方法

针对基于广播式自动相关监视(ADS-B)数据的航空器高度保持性能监控中测高系统误差准确评估问题,提出了基于核平滑和混合正态分布模型的数据平滑和拟合分析方法。提出了ADS-B信息低分辨率高度数据的核平滑方法,通过比较分析得到了数据平滑的最优窗宽,基于实测数据的分析证明了该方法对于航空器测高系统误差评价的有效性。针对航空器使用的2套独立的测高学设备具有不同的高度保持性能分布特征的问题,提出了基于混合正态分布模型的拟合分析方法,实测结果表明,该方法可以准确拟合航空器测高系统误差的双峰特征。本文所提出的方法已经在中国RVSM航空器高度保持性能的实际分析中使用,分析结果满足国际民航组织的相关要求。     

民机横航向静稳定性适航符合性数学仿真评估

针对适航标准对民机横航向静稳定性的要求,提出了一种基于人机闭环数学仿真计算的适航符合性评估方法。根据适航条款的要求提出了量化评估指标,建立了飞机系统模型和驾驶员操纵模型,以实现定常直线侧滑飞行等的特定飞行任务的人机闭环数学仿真,并依据数学仿真结果和评估指标对飞机的横航向静稳定性做出评估。运用此方法完成了某型民机设计方案的适航符合性评估,并较准确地确定了飞机横航向2个静稳定导数的合理取值范围。该方法可应用于民机的概念方案设计,计算结果可为飞行试验提供理论参考。