一种检测机场跑道辅助飞机着陆的系统设计

跑道作为机场的关键设施,是飞机着陆和减速滑行的区域,通过视觉定位方法计算飞机相对跑道的位置,可以作为辅助飞机快速平稳着陆的一种思路。视觉传感器所需成本较低,对安装环境要求不高,本文旨在设计一个仅靠视觉传感器对飞机进行定位的辅助着陆系统,运用目标检测和视觉定位两个模型,计算飞机相对跑道的位置。首先搭建出等比例微缩的机场跑道模型,视觉传感器产生运动模拟飞机飞行路径,目标检测模型通过机载视觉传感器获取的图像识别出跑道区域,随后视觉定位模型提取图像中跑道区域特征点,计算飞机相对跑道的位置。分别对目标检测和视觉定位两部分的实现原理及难点进行阐述,尝试将目标检测和视觉定位结合起来实现飞机降落时的定位,描述辅助着陆系统设计的整体思路。     

基于激光扫描和计算机视觉的无人机全天候自主着陆导引技术

为了解决基于GPS导航的无人机受他国控制和易受干扰的潜在危险问题,提出以GPS导航系统为主,以捷联惯性导航结合主动式红外激光扫描定位及计算机视觉识别着陆跑道为辅的无人机导航和着陆精确导引新技术,实现无人机全天候的自主精确着陆。提出了该技术的具体工作原理和工作过程,对激光扫描系统的工作原理和扫描模型及扫描参数的确定、着陆点的激光反射装置的确定、着陆点坐标与着陆跑道方向的确定问题和防止发生由其它反射物或红外光源误导的措施等问题进行了分析和研究。     

基于视觉信息的无人机自主着陆过程姿态角简化计算方法

研究了一种基于地平面算法的无人机着陆过程中姿态角估算的改进方法。通过地面坐标系到摄像机坐标系的转换矩阵、机体坐标系到摄像机坐标系的变换矩阵、机体坐标系到地面坐标系的变换矩阵求解,确定无人机的姿态信息;利用无人机着陆过程中跑道的图像地平线和跑道数据等特征提取,在获取摄像机姿态角的基础上,计算无人机的滚转角和俯仰角,用跑道特征来估算无人机偏航角;通过矩阵变换解算出无人机的姿态角,并通过仿真进行了实验验证。该方法对摄像机的安装位置没有特殊的要求,解除了传统方法对摄像机安装位置的限制,简化了无人机姿态信息的求解方法。     

飞行器无动力应急着陆域和着陆轨迹设计

针对飞行器动力故障迫降着陆问题,提出一种应急着陆域（ELR）和着陆轨迹设计方法。首先,提出了无动力应急着陆域的概念,即无动力条件下可实现成功着陆的着陆点范围,并分别应用最优控制方法和hp自适应伪谱法对着陆域进行设计和求解;采用理论分析与仿真验证相结合的方法分析应急着陆域的特点以及影响着陆域大小的主要因素,并据此得到求解应急着陆域的简单近似方法。然后,依据所求得的应急着陆域,选择合适位置作为预定着陆点,并应用最优控制方法设计对应的着陆轨迹。仿真结果表明：应急着陆域的建立、分析对快速选择预定着陆点具有重要参考价值;设计的应急着陆轨迹可引导无动力飞行器实现成功着陆。     

基于合作目标和视觉的无人飞行器全天候自动着陆导引关键技术

 GPS受他国控制和易受干扰对基于该导航系统的无人飞行器导航和着陆具有潜在危险,为了使其安全自动着陆,提出通过在着陆跑道(广场或公路)上预设具有受控发射红外光的地面合作目标,实现无人飞行器的视觉全天候自动精确着陆新技术。首先研究得到切实可行的工作过程;然后研制了合作目标,通过理论分析和实验得出,无论能见度高低,8~12 μm中远红外视觉系统探测到的合作目标图像质量远优于可见光视觉系统,研究得到合作目标和背景的温差在170~200 ℃时,成像效果最好。在识别研究中发现,基于传统的不变矩算法对合作目标的识别可靠性稍差,为了进一步准确地识别合作目标,又提出了基于方向链码的合作目标识别算法,该方法的耗时为不变距的96%,但是识别的可靠性比前者有显著提高。     

遗传算法在飞机着陆调度问题上的应用

用遗传算法对飞机着陆调度问题的两个方面:队列顺序的确定和跑道指派进行了研究.队列顺序采用飞机编号的单一整数染色体编码方案,配合相应的变异、交叉算子,避免了后代非法解的问题.跑道指派则在适值函数计算中,基于对列最短的原则来加以确定,避免了对队列顺序和跑道指派进行分别编码.算例研究了单跑道与双跑道两种情况.计算结果表明,这种编码方案以及变异、交叉算子对这一问题具有很好的效果,可在普通PC机上实现雷达扫描周期内的实时计算要求.     

基于凸优化的再入轨迹三维剖面规划方法

可重复使用飞行器一般采用大升阻比气动外形，再入轨迹三维剖面规划方法可充分发挥这类飞行器固有的机动能力。计算量大是制约三维剖面规划应用的难题，为提高计算效率，提出了一种基于凸优化的再入轨迹三维剖面规划方法。首先，分析运动方程特性，利用定义新的控制变量、约束松弛、连续线性化等技术，将原始非凸的三维剖面规划问题转化为一个凸优化问题。其次，将指令反解步骤嵌入至序列凸化算法中，通过迭代求解凸优化子问题，获得原问题的可行解。数值仿真结果表明所提方法具有较高的求解精度和确定的收敛性质，飞行器的机动能力得到充分发挥；与伪谱法的结果对比表明凸优化方法在轨迹规划问题上具有更高的求解效率。     

跑道快速出口优化模型及仿真分析

通过对飞机着陆过程的分析，建立了跑道快速出口优化模型：采用计算机仿真方法对模型进行仿真分析，确定了特定条件下跑道快速出口的最优位置：通过对影响跑道占用时间各因素的灵敏度分析，确定了快速出口个数、位置以及机型组合变化对机队加权平均跑道占用时间的影响     

机场跑道容量若干问题的研究

在不考虑飞机位置误差以及考虑位置误差两种情况下,分析了飞机机型组合、共用进近航道长度等因素对仅供着陆使用跑道的影响,建立了相应的容量计算方法。同时,对混合运行跑道,在两架着陆飞机之间放行起飞的飞机间隔要求进行了分析,确定了放行起飞飞机间隔的计算方法。     

无人直升机视觉着陆中的运动状态估计算法

对无人直升机(UH)视觉着陆中基于视觉图像处理的运动状态估计问题进行了研究。介绍了视觉着陆原理,分析了运动估计、特征图像处理与着陆控制间的关系,推导并建立了UH相对着陆平台位姿估计算法、线速度与角速度估计算法。相邻两帧图像对应特征点像点位置为位姿估计算法提供数据,一帧图像特征点像点位置及其对应像点平移速度为线速度与角速度估计算法提供数据。利用UH着陆控制仿真数据模拟UH着陆运动过程中像点位置及其对应平移速度的视觉图像处理结果。仿真验证了运动状态估计算法,结果表明所提出的运动状态估计算法能有效地利用视觉图像处理结果数据估计出UH的位置、姿态、线速度和角速度。     

民用飞机机载跑道入侵预警系统仿真验证

民用飞机在低能见度的机场跑道滑行时,存在发生跑道入侵的风险。国内外民航史记载了数次因跑道入侵事件导致的飞机在机场地面相撞而机毁人亡的严重事故。近年来,越来越多的人选择飞机作为长途出行的交通工具,使得全球大型国际机场的年吞吐量剧增,导致跑道入侵事件时有发生。各国民用航空管理组织对跑道入侵事件的关注度持续上升,航空公司需要在机上安装一套地面避撞系统,来避免跑道入侵事件的发生。本验证项目基于某大型机场的动态地图建立了一个机载跑道入侵预警系统原型,建立了飞机在机场滑行的平面四向运动模型,设定了不同安全等级的跑道入侵预警算法,定义了多种飞机跑道入侵场景,最终在MATLAB/Simulink和FlightGear中进行二维平面仿真和三维立体仿真,验证了系统解决方案的有效性和算法的正确性。     

机场跑道道面平整度评价及其影响分析

根据机场道面平整度评价领域内大量的研究成果以及实际应用经验，提出了一套适用于机场道面平整度的调查、分析及评价方法。借助机场道面平整度评估软件，对飞机在两种平整度不同的跑道上滑行时的竖向加速度和动栽进行了仿真，并根据仿真结果分析了跑道道面平整度时飞机运行的影响。     

基于蒙特卡洛仿真的平行双跑道容量评估方法

跑道容量评估是科学评价跑道规划方案、合理安排航班时刻、精准实施流量管理的重要基础性工作.针对平行双跑道容量评估问题,分析了跑道容量影响因素,考虑到跑道分配、机型分配、起降类型分配、进离港点分配、航班流队列顺序等随机性,采用蒙特卡洛方法模拟变量随机性,按照离散事件系统原理,递归计算每个航班的起降时刻,通过统计1h内的航班数量获得容量值.以西安机场双跑道为例,针对现行的相关进近、独立进近、隔离运行3种模式,分别计算了跑道容量值.仿真计算结果显示,相关进近模式容量60架次/h,独立进近模式跑道容量为78架次/h,隔离运行模式跑道容量为52架次/h,平均每次仿真时间仅为1 min,说明方法效率较高.与2015年高峰61架次/h相比仅相差1个架次,计算结果说明方法是有效的.     

民用飞机预防性维修及S4000P标准剖析研究

预防性维修是民用飞机运行支持活动必不可少的部分,也是保障民用飞机安全经济运营的基础。S4000P 作为首部预防性维修国际通用标准,为预防性维修提供了全寿命周期内的初始维修任务制定、计划外维修任务制定及通过运行数据优化原有维修任务的合理分析方法。本文梳理了有关预防性维修的研究现状,对 S4000P 标准进行了剖析,建立了基于 S4000P 的民用飞机预防性维修分析框架,为推进民用飞机预防性维修制定与优化进程提供有力的支持。     

机场跑道最大容量模型研究

目前,存在着三种比较知名的跑道最大容量评估随机解析模型,即FAA,LMI及MACAD,其建模逻辑各有不同.通过对管制规则进行分析,综合了这三种模型中的合理建模逻辑,构建了新的单跑道容量评估模型.该模型考虑了飞机进近速度、公共进近段长度、飞机位置不确定性、跑道占用时间、间隔标准、机型组合等参数,最终输出结果为跑道容量包络...     

机场跑道容量评估模型研究

针对终端区区域中的跑道容量建立了数学模型并结合仿真方法得出了相应的容量值。模型中考虑的关键影响因素包括管制规则、公共进近航段长度、航空器跑道占用时间及随机误差等。此外。提出将某些影响航空器间隔的因素视为随机变量,并推导了在可接受的安全水平下,管制人员需要增加的缓冲裕度。最后针对跑道实际运行特点和所建立的数学模型,结合随机航空器流模拟的方法．编制了蒙特卡罗仿真程序对某机场的跑道容量进行了评估,评估结果表明模型是有效的。     

多轮飞机滑水保护

飞机以一定的速度在积水跑道上滑行时,因滑水导致飞机操纵性变差,甚至刹车失灵等现象。分析了滑水产生的机理,从跑道、轮胎、使用技巧、并着重从刹车控制系统角度介绍多轮飞机滑水保护措施,通过地面动力联试表明,刹车系统自身的滑水保护措施对于提高飞机的安全性起着至关重要的作用。