基于ADS-B最小安全间隔评估研究

本文以广播自动监视技术(ADS-B)为主导,从监视系统的监视精度、作用范围和安全间隔入手,采用改进型Reich模型为基础,建立碰撞区和临近区、模型的延迟误差区、航迹固有偏差区的综合模型,结合国际民航组织的飞行安全指标,进行综合概率评估.进一步缩小ADS-B的碰撞最小飞行安全间隔,最后整合尾流安全区,进行航路流量预测.     

低空空域航空器飞行安全分析(英文)

我国低空空域即将开放,通用航空飞行数量将大幅度提高,该空域内航空器能否安全飞行以及确定安全飞行的条件是急需解决的问题.本文在此背景下,基于国际民航组织标准和我国民航局规定,采用看见避让(See and Avoid)原则,在飞行规则、能见度要求、反应时间、航空器速度以及盘旋坡度角或航空器爬升角度等约束条件下,根据航空器动力学原理,建立了同高度对头飞行冲突和交叉飞行冲突的冲突避让轨迹数学模型.定量角度分析低空空域航空器飞行以满足安全间隔的条件,最后采用Matlab软件进行分析.结果表明,低空空域航空器同高度对头相遇安全避让需满足一定的飞行条件,而同高度交叉相遇飞行的航空器能够安全解脱冲突.     

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。     

飞行试验中GPS定位数据的坐标转换方法研究

在飞行试验过程中,机载GPS设备进行测量时一般采用WGS-84坐标系,而在飞行试验数据处理中需要特定的跑道坐标系。因此,需要将GPS数据在不同坐标系之间进行转换,根据相对定位原理,采用一种简单的坐标转换方法,分析给出了利用GPS数据通过坐标转换计算得到理想跑道坐标系下飞机航迹的数据处理方法。     

美国海洋空域空中交通管理自动化解决方案

本文介绍FAA制定的海洋空域技术和程序合作计划。FAA对海洋空域空中交通管理自动化技术和产品提出的目标是,第一,要使海洋空域的间隔标准降低,必须支持自动相关监视技术(ADS)和管制员—飞行员空地数据链通讯(CPDLC),并具有自动探测飞行冲突的功能。第二,为了减少管制员的工作负荷,必须消除对纸质飞行进程单的依赖(实际上根本就不再需要和使用纸质飞行进程单)以及管制员对纸质飞行进程单所作的相关维护更新工作,同时,还必须支持空中交通管理部门之间协调的国际标准协议,即支持空中交通服务部门之间的数据通讯。第三,所有相关的监视数据和通讯数据必须能够自动处理,系统本身不会因为维护而中断服务,要求必须具有功能完全相同的备用系统。     

民航芷江机场飞机人工增雨作业保障技术研究

通过研究分析民航芷江机场的基础保障、气象保障和空域保障能力,总结人工增雨作业飞行保障经验,结果表明:芷江机场存在机场净空差、通讯导航设备简单、机场跑道短、开放标准高等不足,对复杂气象条件的探测与分析能力有限,空域保障也存在不利因素,根据需求结合机场综合保障能力,适合使用空军"运-7"飞机作业,作业指挥需要注意当降水天气系统影响本场时出现低能见度概率大,起降飞行发生撞山撞高压线的安全风险高,易导致着陆时剧烈颠簸;应在保证本场达到目视飞行最低开放标准条件下,根据气象、空域条件科学设计人工增雨作业区域和飞行航线。     

制定空域安全管理规划缩小航空器最低安全间隔标准

由于世界范围内对航空服务的需求持续增长 ,有必要寻求一些方法在现有空域内提供额外的容量。降低空域最低安全标准可以显著增加空中容量 ,但是 ,如何在降低空域最低安全标准的同时又保证必要的安全裕度是一个亟待解决的问题。本文介绍了利用相撞危险性模型进行空域安全评估 ,并对通过评估后的空域建立相应的空域监控和管理机制 ,从而达到从空域安全规划的角度缩小航空器最低安全间隔标准 ,并保证空域安全。     

基于微分Petri网的民机航迹演化通用模型构建

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下的空域实施管理,在战略航迹规划阶段,提出了一种模块化的战略航迹演化通用模型。建立了不同航段之间航空器状态动态切换的一类宏观Petri网演化模型,以及同一航段内航空器速度和高度两种特征参数值连续变化的3类微观Petri网演化模型。根据航空器特征参数值转化的4种不同形式并基于航空器全飞行剖面的混杂运行特性,运用微分Petri网理论,定义了航空器的4种演化模式,通过组合各种演化模式得到了3种航空器基本演化模型。在满足航空器性能约束的前提下,通过设定10个航段及15个高度和速度预设值,得到了全飞行剖面下各特征参数的演化图。结果表明,所设计的演化模型增强了航迹预测模型的通用性,能够反映航空器在水平剖面和垂直剖面内的状态变化。     

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。     

基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统

当无人机机动飞行时,采用加速度计校正陀螺误差的测姿系统不能有效地修正陀螺漂移问题,为此提出了基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统.引入GPS速度信息、捷联加速度信息和角速率信息建立了基于欧拉角描述的融合测姿系统模型,采用强跟踪滤波器对姿态进行融合估计,有效地估计出陀螺的漂移误差,从而得到无人机准确可靠的姿态测量,同时可以修正无人机的运动速度.通过建立飞行仿真模型,在给定的飞行航迹段对所提出的多传感器姿态测量系统进行了仿真研究,结果表明:测姿系统能够有效地减小模型误差的影响,估计出陀螺的漂移误差,得到更加准确的姿态测量.     

真实航迹与雷达模拟机仿真航迹的对比

改进了DRS系列航管雷达模拟机训练数据准备软件,将川大智胜航管雷达训练课件制作系统采集的真实雷达目标航迹与相对应的模拟仿真得到的航迹进行对比分析,发现仿真航迹与真实航迹在飞行线路、速度、高度上的区别,得出了分析结果,同时对航管雷达模拟机模拟仿真方法的改进提出了意见.     

轻型无人机与飞机风挡碰撞风险研究（英文）

随着无人机应用的快速增长,机场附近和空域已发生了很多重大航空事故和危险征候,无人机的无序飞行对航空运输安全构成了巨大的潜在威胁。以典型轻型无人机和某型商用飞机及其风挡为研究对象,通过有限元仿真方法得到无人机在最严酷姿态下与飞机风挡最薄弱位置碰撞损伤等级及相应的冲击能量区间,以此保守划分损伤严重性等级。在无空中交通指挥干预的情况下无人机与飞机相互独立运动,考虑两机之间的水平最小安全间隔、侧向最小安全间隔以及垂直最小安全间隔的联合约束,通过蒙特卡洛仿真得到无人机与飞机的碰撞概率,并确定碰撞可能性等级。基于损伤严重性等级和碰撞可能性等级的不同组合形成无人机与飞机风挡碰撞的较为保守的定性风险矩阵。研究结果总体表明:在120 m飞行高度下,两机距离超过3 600 m且在典型的俯仰角和航向角工况下发生碰撞风险及其损伤程度较小,否则发生碰撞风险较大且损伤程度较严重。研究结果为无人机的规范性设计制造、局方对无人机运行管控的政策制定以及无人机与载人飞机在同一空域运行的风险评估提供理论依据和实践参考。     

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ADS-B数据的三维航迹可视化技术

目前,ADS-B系统已广泛应用于民航,但主要还是用于航线监视和管制指挥方面,ADS-B系统在教学和训练飞行质量评估方面的作用和潜力挖掘得还不够充分。本文提出了一种利用Google Earth平台呈现飞机三维航迹的新方法,使用KML语言描述从ADS-B监视数据中解析出的经度、纬度和高度,通过Google Earth提供的可扩展接口引入编辑好的KML文件得到Google Earth上训练飞机的三维航迹。通过实际数据验证,呈现出的三维航迹清晰直观,并且得到的三维航迹可以用于训练航迹动态复现和轨迹对比,对训练教学有一定意义。     

通用航空大发展对飞院管制部门的挑战

通用航空在我国即将迎来大发展局面,空域使用冲突矛盾会大量增加。文章详细分析了低空空域开放对飞院训练飞行的不利影响,论述了飞院管制部门承担通用飞行管制保障的必要性,提出了复杂飞行环境下飞院管制部门应采取的应对措施。     

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。     

基于混沌时间序列的飞行冲突预测(英文)

为了准确掌握飞行冲突量的变化规律及其准确预测,对飞行冲突的混沌问题进行了研究。首先,基于人-机-环境系统工程理论,建立飞行冲突的故障树,从定性的角度分析了飞行冲突的混沌特性;然后,建立了基于小数据量方法和小波去噪理论的最大Lyapunov指数λmax的改进混合算法,并利用此方法从定量的角度证明了飞行冲突时间序列中混沌现象的存在;最后,利用混沌预测方法对模拟数据进行预测,并通过灰色误差检验方法对预测结果进行评价。检验结果为后验差比值为0.2209<0.35,小误差概率为0.9853>0.95。结果表明该预测方法的有效性。因此,说明应用混沌理论进行飞行冲突分析与预测是可行的。     

通航飞行服务站系统研究与实现

通航飞行服务站系统为通用航空提供最广泛的飞行服务,保证通用航空器安全、有序、高效执行飞行任务。该系统通过低空监视雷达、1090ES ADS-B地面站和北斗应用终端对低空空域进行综合监视,引接自动气象观测系统和AFTN电报网,自动采集气象情报、飞行情报、航行情报数据,为各类低空空域用户提供实时的低空飞行监视、管理和服务功能。本文对通航飞行服务站系统的系统结构与功能作了简要的介绍。本文研究工作对促进通用航空发展具有重要作用。