空域网格化方法及其在空管中的应用研究

传统的空域理论方法面临交通密度快速增长、空域管制对象复杂多类异构等一系列问题,研究空域数字化建模,发展出新的空中交通四维时空框架,在此基础上开展全新的空域与空中交通流量协同管理是当前的迫切需要。本文聚焦包括平面格网模型以及空域空间格网模型的空域网格化方法的总结,并对空域网格化方法的空管应用研究进行综述,在此基础上,对空域网格化及数字化研究重点及发展趋势进行综合分析。本文研究能够为空域网格化及数字化理论与应用的可持续发展提供科学指引。     

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。     

基于AirTop的武汉天河国际机场空域容量仿真评估

为解决机场改扩建和跑道新建带来的空域运行压力,实现跑道运行模式调整及空域重新规划,可靠的空域容量评估就尤为重要。针对武汉天河机场现有单跑道运行、双跑道不同运行模式(隔离、独立)和多种空域构型组合建立相应空域仿真场景,研究二跑道投产后的运行情况,得出各场景条件下的机场运行指标。基于Air Top建立仿真模型,对比分析了武汉天河机场空域运行冲突点及影响容量的限制因素,提出了空域扩容的建议措施。     

基于航行系统体系结构的动态空域规划

基于新航行系统体系结构的动态空域规划方法可以充分挖掘和发挥空域的潜能,不仅能够完成国家战略层面的航路、航线、管制扇区结构设计,还可以作为评估现有独立管制扇区是否最大限度地满足空域用户不断增长需求的依据。本文在参考美国航行系统体系结构发展的基础上,提出基于该体系的空域规划建模过程,以及关键性指标的应用,对动态空域划分与协调规则进行初步分析,为科学规划空域提供技术支     

基于数据融合的ADS-B/ACARS空域监视系统设计

研究了广播式自动相关监视(ADS-B)与飞机通信寻址报告系统(ACARS)两种数据链路的优缺点;提出了以ADS-B监视为主,将两种数据链路数据融合的思想.研究数据融合算法,构建数据融合模型,并编程实现了ADS-B/ACARS组合空域监视软件.现场运行证明,系统增大了多源监视范围、丰富了监视信息、提高了监视精度.     

雷雨影响空域容量的评估模型及方法

空域容量是实施空中交通流量管理措施的重要依据,尤其在雷雨天气条件下空域运行容量精准预判,是流量管理战术阶段的重点也是难点。本研究目的在于介绍一种量化评估天气对空域容量影响程度的计算模型,以及在流量管理战术阶段应用该模型的方法,并为开发气象和流量管理人员协同决策支持工具提供参考。本研究的创新之处,在于从天气对空中交通管制运行影响出发,选取流量管理员重点关注的五个关键气象指标,包括回波强度、降水强度、云顶高度、覆盖范围、位置趋势。研究结合运行实际进一步给出指标等级划分标准,运用指标权重提高了模型对不同空域结构的适用性。最后,通过选取典型场景进行实证研究,该模型的准确性和实用性得到初步验证,在战术流量管理阶段表现出较高的应用价值。     

基于AirTOp的区域点融合程序运行效益评估

为了科学、快速地评估点融合技术在区域管制扇区的应用效益,为民航空域管理部门提供客观、科学的参考数据,选取合适的评估指标和建立可靠的扇区空域结构仿真模型具有重要意义。以区域管制扇区为例,分别构建了区域现行空域结构和点融合空域结构模型,并设计了相应的仿真场景,根据实际的运行规则和航班流对比研究了不同空域结构下的运行情况。仿真结果表明,点融合运行模式下,航迹分布更整齐、燃油消耗及冲突次数更少、移交质量更高。     

航空器海上飞行空域规划方法

为充分利用海上空域资源,提供海上飞行有效空域活动范围,针对海上空域可用资源问题进行了研究,主要目的是寻找一种有效的海上空域可用资源规划方法。一方面,分析了我国周边海域的海上空域资源,并基于岸基军、民航已规划使用空域的环境数据,结合周边空管雷达监视能力服务范围信息,设计了一种基于图形栅格化法的海上空域资源智能规划方法。另一方面,基于协同区域随机搜索算法,分析计算出适合航空器飞行的海上空域数据,可为航空器海上飞行空域规划提供可靠依据。     

民用机场及附近空域空中交通流量优化

针对民航客运需求快速增长所带来的航班延误和空域拥塞问题,提出一种优化民用机场及附近空域空中交通流量的方法。通过空中交通走廊容量评估方法,对经典优化模型进行了发展和改进,建立起综合性优化模型;将机场和附近空域视为一个整体系统,根据交通需求和容量的相互关系动态调整航班流量和机场起降容量;在优化计算时,提出一种兼顾效率和准确性的新型优化算法。通过算例对所述优化方法进行了验证,该方法可以为空中交通管制人员进行流量优化分配提供参考。     

关于建立国家空域资源灵活使用机制的研究

<正>空域是重要的国家资源,应当得到合理、充分、有效的利用。随着我国民用航空持续快速发展与军事航空现代化进程不断加快,飞行繁忙地区空域资源紧张状况日益突出,目前采取条块分割、各自为政的空域管理方式将严重制约我国航空事业发展。为适应我国航空事业持续快速发展需要,努力构建绿     

A survey of safety separation management and collision avoidance approaches of civil UAS operating in integration national airspace system

Recent years have witnessed a booming of the industry of civil Unmanned Aircraft System (UAS). As an emerging industry, the UAS industry has been attracting great attention from governments of all countries and the aviation industry. UAS are highly digitalized, informationized, and intelligent; therefore, their integration into the national airspace system has become an important trend in the development of civil aviation. However, the complexity of UAS operation poses great challenges to the traditional aviation regulatory system and technical means. How to prevent collisions between UASs and between UAS and manned aircraft to achieve safe and efficient operation in the integrated operating airspace has become a common challenge for industry and academia around the world. In recent years, the international community has carried out a great amount of work and experiments in the air traffic management of UAS and some of the key technologies. This paper attempts to make a review of the UAS separation management and key technologies in collision avoidance in the integrated airspace, mainly focusing on the current situation of UAS Traffic Management (UTM), safety separation standards, detection system, collision risk prediction, collision avoidance, safety risk assessment, etc., as well as an analysis of the bottlenecks that the current researches encountered and their development trends, so as to provide some insights and references for further research in this regard. Finally, this paper makes a further summary of some of the research highlights and challenges.     

柔性空域结构下连续下降航迹多目标优化

连续下降运行（CDO）是基于航迹运行（TBO）概念的重要组成,对于减少机场终端区燃油消耗和环境影响具有显著效果。简洁、高效和灵活的进场空域,以及高度自动的无冲突节能轨迹规划,是实现高密度终端区连续下降运行的核心要素。设计了一种融合Point Merge理念的新型倒皇冠形进场空域（ICSAA）,规范了新型空域内航空器运行程序,建立了以燃油消耗和飞行时间最小为目标的连续下降进近无冲突四维轨迹优化模型,并选用基于精英保留策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行高效求解。论证了新型柔性空域下连续下降运行轨迹优化具备复杂高密度场景预战术和战术运行性能,对于飞行效率、经济性和空域容量提升具有显著效果,为促进繁忙机场全时段连续下降运行的推广应用提供新视角和新方法。     

面向军事应用的航空人工智能技术架构研究

通过全面梳理国内外面向军事应用的航空装备智能化发展现状,紧密围绕未来智能化空中作战的任务场景,给出航空军用人工智能技术的概念和内涵,并依据智能系统信息运行模型,提出不同运行层级的航空装备智能升级的途径和方法。在此基础上,形成包含基础使能、关键技术群、智能系统、运行层级的航空人工智能技术架构,对关键技术群按面向运行层级、面向功能需求、面向基础使能进行分析,得到重点技术发展方向,并给出提升我国航空装备智能化水平的具体措施建议,为制定相关航空人工智能技术规划提供参考。     

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。     

航天器控制系统智能健康管理技术发展综述

健康管理作为智能自主控制亟待突破的关键技术之一,是提升航天器安全可靠稳定运行能力的有效手段。结合人工智能技术的发展趋势,基于前期已建立的新型航天器智能自主控制系统通用架构,详细综述航天器控制系统的智能健康管理技术现状与发展趋势。首先,根据现有航天器设计、研制和在轨的具体情况,梳理出航天器控制系统健康管理技术所面临的挑战;然后,分别从故障预警、故障诊断和寿命评估3个方面,详细阐述基于人工智能的健康管理技术研究现状及其在航天领域的应用情况;最后,提炼出航天器控制系统健康管理技术的发展方向。     

TBO模式下终端区进场交通流优化模型与仿真分析

持续增长的交通需求量和日趋饱和的可用空域资源促使未来空中交通管理向基于航迹运行（TBO）的精细化管理模式转变。在TBO概念的基础上，依据目前繁忙机场终端区常见进场航线结构，提出了对应TBO模式下的截点直飞方式与融合点方式进场交通流优化模型，并以法国戴高乐机场终端区为例，构建了仿真运行环境。基于实际飞行计划与雷达记录轨迹模拟生成了航空器四维航迹，而后运用上述2种模型对进场交通流进行了优化，根据仿真结果对特定交通流参数展开了对比分析。研究结果表明，模型可通过航迹选择、时隙分配、顺序交换及动态间隔等方式有效化解终端区内潜在的航空器冲突并保持交通流安全高效运行，同时在一定程度上揭示了TBO模式下交通流的部分运行特性，为以四维航迹为核心的未来空中交通管理策略提供了理论支持。     

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。     

面向机载综合监视系统的ADS-B技术综述

广播式自动相关监视（ADS-B）作为机载综合监视系统（ISS）的新增重要组成部分,在保证飞机飞行安全的前提下,在监视成本和效率方面展现出优势,引领了未来监视技术的发展。本文首先介绍了ADS-B系统功能与优劣势,梳理了国内外技术和产品现状;然后从保障飞行安全和高效的角度出发,分析和综述了机载ISS中ADS-B的关键技术,并详细阐述了技术内涵及难点;最后结合下一代空域运行理念,探讨和展望了技术发展趋势,提出了4个ADS-B技术的未来发展方向,为推动ADS-B技术在实际运行与理论研究方面的发展提供参考。