空袭作战远距离支援干扰空域划设研究

针对远距离支援干扰空域划设确定空域大小和中心点位置这一问题,提出了一种基于最大航迹偏差和遗传算法的空域划设方法。参考飞机基本性能,考虑干扰飞机受空中风和飞行员操纵误差的影响,以航迹最大偏差为基准确定空域大小;选取干扰飞机作战时的3个常用代价指标进行加权,利用遗传算法搜索不同作战要求下空域中心点位置;最后根据建立的模型对实例进行仿真计算,并分析了不同权重下的空域位置选择。仿真结果验证了方法的可行性,有效综合了干扰时实际代价因素。     

Study on the resolution of multi-aircraft flight conflicts based on an IDQN

With the rapid growth of flight flow, the workload of controllers is increasing daily, and handling flight conflicts is the main workload. Therefore, it is necessary to provide more efficient conflict resolution decision-making support for controllers. Due to the limitations of existing methods, they have not been widely used. In this paper, a Deep Reinforcement Learning(DRL) algorithm is proposed to resolve multi-aircraft flight conflict with high solving efficiency. First, the characteristics ...     

基于管制员工作负荷的终端区容量评估

对现有的基于管制员工作负荷的空域容量评估方法进行分析,并比较各自的特点。提出了改进的基于管制员工作负荷的容量评估模型,模型的建立不仅考虑了管制员工作负荷的不同类别,即通信负荷、非通信负荷和思考负荷,还考虑了空域内航路结构的复杂性,即区分空域内不同航路走向上运行的航空器数量。描述了基于新建模型的容量评估方法。以哈尔滨机场终端区为背景,在雷达管制的基础上,使用新建立的模型,采用回归分析方法,计算了终端区容量,验证了所提模型和方法的可行性与适用性。     

空域交通复杂度计算方法研究

空域复杂度是指管制员所指挥的空域的复杂程度,包括可见的飞机运行、不可见的运行程序等,决定着管制员的工作负荷。而空域交通复杂度则是可见的飞机运行的部分,为其重要组成部分。将对空域交通复杂度进行分析研究,考虑到飞机分布不均匀,修正了飞机的数量,通过对飞机在垂直方向、水平方向、飞行速度的影响分析,得出了交通复杂度的计算公式。并利用雷达模拟机对某一空域进行了测算．得出该空域的交通复杂度的分布。     

基于蜕变 Voronoi 多边形的扇区优化方法

根据空域中航路点的自然分布 ,利用算法几何的思想建立Voronoi图 ,并依照空域划分的原则将由Voronoi图获得的单元蜕变 ,统计由各蜕变Voronoi多边形构成的有限元内包含的管制员工作负荷。然后以工作负荷均衡为优化原则 ,使用模拟退火算法对空域中的有限元进行优化组合 ,新解要求满足空域划分的 2个原则的约束。这样 ,有限元组合集合的边界就是优化的扇区边界。通过实际空域设计算例的计算结果 ,验证本文提出的扇区优化方法的合理性。     

对流天气下空域通行能力短缺预警及响应综述

对流天气是空域通行能力短缺的主要原因之一。为了解决这一问题,需要通过理论和实践创新,建立对流天气条件下空域通行能力短缺的预警和应急响应机制,提高空域资源配置效率。从对流天气影响信息解释转换、容量评估与预警及空域响应预案三个方面梳理了国内外研究现状,总体趋势是:对流天气逐渐通过各种解释转换模型被量化为对空域和航路的影响;对流天气下空域通行能力主要受管制员工作负荷的限制,只有准确评估对流天气下的工作负荷,才能做出正确的通行能力短缺预警;对流天气响应方案,逐渐由地面等待、增加同航迹间隔、返航、备降等高耗能的流量控制措施,转向以灵活使用空域预案确保改航方案的实施方向发展。课题的应用前景是可以化解对流天气下交通需求与空域通行能力不平衡的矛盾,提高预警准确度,减少响应前置时间,提高流量管理与容量管理协同运行的效率,减轻对流天气造成的航班延误,减少航空器运行成本,实现节能减排的要求。     

一种面向航空集群的集中控制式网络部署方法

软件定义网络（SDN）的发展为机载网络构建提供了全新的设计思想。针对航空集群环境下控制平面的可扩展性问题,研究了混合层次式架构下的多控制器部署问题。首先,为实现对底层传输节点的弹性管控,通过扩展控制层级定义了本地控制器资源池。然后,为减少时间复杂度,实现本地控制器的快速部署,将传统的多控制器直接部署转化为子域划分和域内部署两个步骤,提出了基于节点密度排序的子域划分算法和基于改进多目标模拟退火的域内控制器部署算法。实验结果表明：与已有算法相比,所提算法在保证控制器的负载均衡基础上,可以有效减少网络控制链路的平均时延和平均失连率,同时时间复杂度更低,能够适用于大规模及动态网络环境下的控制器部署场景。     

A multi-agent based intelligent configuration method for aircraft fleet maintenance personnel

A multi-agent based fleet maintenance personnel configuration method is proposed to solve the mission oriented aircraft fleet maintenance personnel configuration problem. The mainte- nance process of an aircraft fleet is analyzed first. In the process each aircraft contains multiple parts, and different parts are repaired by personnel with different majors and levels. The factors and their relationship involved in the process of maintenance are analyzed and discussed. Then the whole maintenance process is described as a 3-layer multi-agent system （MAS） model. A com- munication and reasoning strategy among the agents is put forward. A fleet maintenance personnel configuration algorithm is proposed based on contract net protocol （CNP）. Finally, a fleet of 10 aircraft is studied for verification purposes. A mission type with 3 waves of continuous dispatch is imaged. Compared with the traditional methods that can just provide configuration results, the proposed method can provide optimal maintenance strategies as well.     

突发事件下大规模空中交通流量管理的组合优化模型

为了解决危险天气和军航活动对管制运行的影响，使用动态网络流方法对突发事件下短期空中交通流量调度问题展开研究。首先，结合中国民航管制的特点，分析了突发事件对流量管理的影响。同时，根据航路航线网络及其高度层的特点，给出了网络和高度层的数学描述，并根据机型将航空器分成大、中和小3种交通流，介绍了使用多品种流描述3种机型的必要性；其次，根据网络拥挤程度随时间和流量变化的特点、危险天气随机变化的特点、空中等待和地面等待费用差异的特点构建了3个优化目标，考虑机场容量、扇区容量、航班连续性和扇区连续性约束建立了多目标优化模型；再次，针对军航活动时需要协调空域的特点，多品种流模型求解时间复杂度高，不能适应短期流量管理的缺陷，改进了逐步宽容约束法，设计了一种阶段式求解的近似算法；最后，以西南空管局管制的空域为例，利用实际流量数据，设计了3个场景进行仿真。结果表明，所提模型和算法能有效求解突发事件下的短期流量调度问题，算法效率比起传统算法在大流量下更具优势。     

基于空闲时间窗和多Agent的A-SMGCS航空器滑行路由规划

先进场面活动引导与控制系统(A-SMGCS)中的航空器滑行路由规划是一个典型NP难题。为解决航空器滑行路由规划的优化性和计算量之间的矛盾,提出一种基于空闲时间窗的路由规划方法,并利用多Agent系统(MAS)进行算法求解。首先,建立滑行资源图以对场面滑行区进行建模。其次,按照航班计划为航空器设置滑行优先级,并按优先级顺序依次规划路由,后规划的路由不破坏已有路由,即利用滑行路段的空闲时间窗进行规划。每次只需为一架航空器规划滑行路由,降低了问题的求解难度;通过搜索空闲时间窗获得路由使场面交通均衡分布,保证了路由规划的整体优化性。分析了空闲时间窗特性,指出空闲时间窗的可达性条件和避免同步资源交换冲突的条件。最后,设计MAS,把建立、维护和搜索空闲时间窗图的复杂集中式求解过程简化为通过路由管理Agent,航空器Agent和资源节点Agent相互协作实现对场面路由规划问题的分布式求解。仿真结果表明,设计的MAS能够快速找到空闲时间窗中的最优解;与固定预选滑行路径算法相比,航空器的平均滑行时间显著减少,最多可以节省19.6%的滑行时间。     

受限航路空域自主航迹规划与冲突管理技术

为了解决在基于航迹运行的空中交通管理自动化系统中人机意识同步的问题，以航路运行为对象，开展了面向受限空域的自主四维航迹（4DT）冲突探测与解脱（CD&R）技术研究。基于自由航线空域（FRA）环境，提出基于栅格的空域离散化处理与计算方法；在此基础上，提出受限空域自主航迹运行两阶段方法：阶段1运用可视图（VG）法和Dijkstra算法，实现了满足限制区约束的航空器期望航迹快速规划；阶段2提出航迹可达时空域模型及其图形化表达方法，并基于连续飞行动力学推导出了不同情况下的航空器位置更新模型，并采用局部冲突探测与解脱方法，以飞行距离最短为目标，实现航空器自主路径与速度联动规划，从而支撑空地、人机认知同步的无冲突四维航迹生成；最后，以中国西部典型空域为运行场景开展仿真实验，验证了所提方法的计算高效性和模型有效性，并对栅格尺寸和探测距离这2个关键参数进行了灵敏度分析。结果表明，所提方法能够支撑复杂空域高密度运行环境自主航迹运行，为推动自主空中交通系统发展提供了新思路和新方法。     

Weighted marginal fisher analysis with spatially smooth for aircraft recognition

Due to limitations to extract invariant features for recognition when the aircraft presents various poses and lacks enough samples for training, a novel algorithm called Weighted Marginal Fisher Analysis with Spatially Smooth （WMFA-SS） for extracting invariant features in aircraft rec- ognition is proposed. According to the Graph Embedding （GE） framework, Heat Kernel function is firstly introduced to characterize the interclass separability when choosing the weights of penalty graph. Furthermore, Laplacian penalty is applied to constraining the coefficients to be spatially smooth in this algorithm. Laplacian penalty is able to incorporate the prior information that neigh- boring pixels are correlated. Besides, using a Laplacian penalty can also avoid the singularity of Laplacian matrix of intrinsic graph. Once compact representations of the images are obtained, it can be considered as invariant features and then be performed in classification to recognize different patterns of aircraft. Real aircraft recognition experiments show the superiority of our proposed WMFA-SS in comparison to other GE algorithms and the current aircraft recognition algorithm; the accuracy rate of our proposed method is 90.00% for dataset BH-AIR1.0 and 99.25% for dataset BH-AIR2.0.     

基于核主成分分析的空域复杂度无监督评估

空域复杂度评估作为衡量空域运行态势、管制员工作压力的关键手段，是运行调控的基础。由于影响因素众多，不同因素间耦合关联复杂，且标定样本很难获取，空域复杂度的准确评估被公认为航空领域的一个挑战性问题。提出了一种空域复杂度的无监督评估方法。首先通过核主成分分析挖掘原始样本各维度的非线性耦合关系，准确提取能够最大化复杂度评估信息量的主成分，进一步设计了可按需定制的主成分聚类方法，实现了无监督条件下空域复杂度的准确评估，为空域划分、流量管理提供了有效的技术支撑。     

基于动态空域配置的航路调整问题研究

动态空域配置旨在通过对各类型空域功能块的设计、构架、配置和使用,实现空域的动态配置功能,使管制空域灵活地匹配空中交通实际变化的需求。在此概念下建立了以最小运营成本为目标的航路调整规划模型,在模型中考虑某些航路段可以动态地开关-闭合,引入动态航路的开放成本和使用成本,以最短开放时间、最大管制负荷和航路复杂度、安全性为约束条件,采取改进的遗传算法进行求解,验证了模型的正确性和可行性。计算结果表明:用模型制定的优化策略,充分利用了空域资源,减少了延误损失,总的航班运营成本减少了15%。     

基于三维空域网格的低空飞行航迹战略规划方法

针对复杂低空环境下航空应急救援飞行安全问题,提出了一种基于三维空域网格的飞行航迹战略规划方法。将空域网格化分成多个飞行航迹节点,同时考虑地形、气象、飞行规则以及航空器性能等多种约束,使用改进的A*算法搜索单个航空器的最优飞行航迹。在单个航空器初始飞行航迹基础上,结合时间窗原理,提出两种方法解决了多机无冲突航迹战略规划问题。最后,通过案例仿真验证了方法的有效性。     

水陆两栖飞机静力试验优化机翼变形的载荷配平

水陆两栖飞机全机静力试验的浮筒着水工况试验中，在试验允许的常规载荷配平方案下，压向大量级水载荷作用于浮筒结构引起机翼较大变形，影响试验精度，因此进行以减少机翼变形为目标的载荷配平研究。将机翼近似为悬臂梁结构，在构建的机翼力学模型基础上应用Green函数建立机翼的挠度曲线方程。首次以考核区域边界肋的挠度和转角为优化目标并建立多目标函数，通过层次分析法和极差变换标准化处理方法将其转化为单目标函数后，采用引入交叉和变异因子的改进蚁群算法进行载荷配平方案优化运算。有限元分析及试验结果显示，优化得到的载荷配平方案可以显著地减少机翼变形，配平载荷不影响考核区域的真实变形，证明了该优化方案的正确性和可行性。     

基于多目标优化的运输机任务设备配置研究

为得到合理的任务设备配置比例,对运输机任务设备配置进行优化。军用运输机可执行多种任务类型,需要配置不同的任务设备以实现货舱构型的转换。任务设备的配置比例应兼顾任务成功率、经济性和利用率等多目标要求。为此,以小规模运输机队为研究对象,给出了任务设备配置目标优化原则和边界条件,建立了配置模型,运用线性加权和法进行求解,并进行了模型灵敏度分析和偏差分析,得出了各任务设备的最佳配置比例,可解决小规模运输机队的任务设备配置问题。实例证明了配置结果的有效性。     

训练空域动态规划问题数值模拟仿真算法研究

训练空域的动态规划对于提高空域利用率,提高部队训练效率,缓解军民用空矛盾具有重要意义。本文将空域的动态规划问题进行分阶段处理,通过寻求各个阶段的最优方案来使得总的占用时间最短。针对各个阶段的动态规划问题,在分析问题复杂性的基础上,构建了空域规划模型,提出了遗传-离散粒子群算法,通过融合遗传算法中的交叉与变异思想来改善DPSO算法摆脱局部最优解的能力,提高算法的收敛速度和精度。同时为保证种群的多样性,设计了可保证个体可行性的自适应交叉算子和变异算子。最后利用甘特图来表示整个空域规划过程。将改进后的遗传-粒子群算法用于算例,并与遗传算法比较,结果表明该算法获得的结果更优且收敛速度更快。     

飞行器气动与隐身性能一体化优化设计方法研究

首先根据多学科综合优化设计理论 ,针对飞行器外形布局设计特点 ,开展飞行器气动与隐身性能综合优化设计方法研究。分别采用线化格林函数法与粘性修正相结合以及物理光学法与等效电流法相结合的方法 ,建立了飞行器气动力特性与隐身特性的计算方法。利用多学科优化设计理论和遗传优化算法 ,开展了关于飞行器气动与隐身性能的协同优化设计方法研究。取得了初步的研究结果。     

空管扇区开放计算机辅助决策模型及算法

从空中交通管制需要出发,管制空域常被划分成一些扇区,每个管制扇区由一组管制员负责。当空域情况、交通特性一定时,管制自动化中的一个问题是如何确定扇区开放的形式和数量使得既满足空管服务要求,又在管制员的可承受工作强度之内,且占用资源最少。针对上述问题,本文提出了基于排队论的计算机辅助决策模型和算法,并通过实例给予了验证说明。