超级单体雷暴下的改航模型研究

运用形态学的方法,从雷暴图中解析出飞行限制区,并以各个顶点的移动来描述雷暴天气的变化,从而建立危险天气模型。考虑到改航的可行性和便捷性,以最短航段距离和最大转弯角度为限制条件,在航线的两侧设置改航点,建立改航空间。在保证安全间隔的情况下,选择最短的改航路径,并按照航班优先等级确定各个航空器的改航顺序。仿真结果表明,所建模型可以在航路网受超级单体雷暴影响的情况下,为多个航空器规划出改航路径。     

移动式发散型恶劣天气下改航模型和算法研究

针对边界匀速向外发散且整体按一定速度移动的危险天气影响区,考虑高空风对飞机航向的影响,提出了一种新的动态改航模型,包括改航判断模型、两段式改航模型和航迹检查模型。首先,设计了判断是否需要改航及改航侧选择的程序及启发式算法;然后,设计了航迹检查模型以检测航线与动态凸多边形危险区是否有冲突,并通过反复调用启发式算法来消除冲突,使飞行航迹以最小的角度调整获得最短改航航程。仿真结果表明了模型和算法的有效性。     

飞行冲突下改航模型和算法研究

为解决飞行冲突下的改航问题,将不具备优先权的飞机看成是沿预定航路动态移动的威胁体,其保护区即看作该威胁体的威胁区域,建立改进的威胁概率模型——两机冲突概率模型,以确定其临界圆。在考虑改航偏离预定航路飞行代价的基础上,建立了改进的改航模型。针对三种飞行冲突分别给出了相应的改航最优路径规划分析。基于最短航程设计了相应的启发式算法,并对两种场景进行算例仿真。仿真结果表明,该模型和算法是有效可行的,可以很好地处理这类改航问题,为飞行冲突下的飞机规划出相对安全经济的改航路径,以及时解脱飞行冲突。     

散点状分布危险天气区域下的航班改航路径规划

针对沿航线散点状分布的危险天气区域影响下的航班改航问题,提出了基于多目标遗传算法(MOGA)的航班改航路径规划方法。首先建立了基于网格的改航环境模型,并给出散点状分布危险天气区域的描述方法。然后以改航航段的航段距离、平均偏离距离和转弯点个数为目标,应用带精英保留策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对改航路径规划进行研究,提出了适用于改航路径规划的编码方法,同时引入了删除算子。最后,以昆明—广州航线为例,研究了散点状分布危险天气区域下的改航路径规划,并与基于多边形的改航路径规划算法作了比较。仿真结果表明：采用本文方法运行一次即可得到多条安全、可行的改航路径,且无需先验知识,为决策者选择改航路径提供了充足的依据。     

飞行冲突条件下基于几何算法的改航策略研究

航班改航飞行是在空域受危险天气及飞行冲突影响时的一种重要策略。针对初始改航航迹的生成,提出了改进的几何圆切法,用其规划出临时航线,绕过危险区。为避免潜在的飞行冲突,应用几何线性规划法进行了改航策略修正。最后,通过对我国现有航路的仿真分析,表明了算法的有效性。     

地面等待和改航策略的流量管理方法

恶劣天气下,过多的地面等待往往造成终端区的拥堵和航班的过分滞留,充分利用航路容量是解决这一问题的途径之一。结合地面延误程序和改航策略,建立了动态不确定性情况下航班起飞时刻和航路选择模型,基于当前的航班计划,通过迭代算法和Dijkstra算法,获得优化的起飞时刻和航路选择。仿真结果表明,结合改航策略后,可提高航路容量的利用率,航班的总体延误可在一定程度上减少。     

单体雷暴下的改航模型研究

针对变化的单体雷暴同高度改航问题,建立了以多边形顶点发展来代表整体变化的危险模型,并设定危险区域顶点的危险系数。在选定的改航区域内,考虑改航航线整体的危险系数,改航过程中的转弯角度,以及改航航线的长度,寻求最佳的改航点。仿真计算各个改航点的性质：危险系数、转弯角度和改航航程,从中选出最佳改航点。结果表明,模型有效可行,可以为这类改航问题提供一种解决方法。     

基于人工势场-人工鱼群算法的改航路径规划

航班路径规划是改航策略的一个关键问题。将人工势场和人工鱼群算法相结合,应用于航班路径规划问题中。建立了引力和斥力的人工势场模型,用于单条改航路径规划;构造了单个人工鱼和适应度函数,采用人工鱼群算法优化改航路径;通过对改航路径的评估和修正,获得满足要求的改航路径。算例仿真结果显示,与现行的改航相比,基于人工势场-人工鱼群算法生成的改航路径总长度缩短了7.6%,表明算法是可行的和有效的。     

基于改进蚁群算法的改航路径规划研究

当航班遇到恶劣天气或者飞行冲突时,可以采取航班改航策略为需要改航的航班规划出合适的飞行路径。采用栅格法对环境进行建模并且对传统蚁群算法进行改进。首先,在转移概率的计算上加入危险天气的影响等级;其次,在节点选择上采用贝叶斯思想,通过后验概率对候选节点进行评估;最后,通过在短时间内信息素的增量上的差别来增大较优路径和其他路径之间的信息素量的差距,引导算法收敛到最优路径,同时加快算法的收敛速度。经算例分析证明了方法的有效性和可行性。     

进近过程中的排序和冲突解决算法研究

研究了终端区飞机进近过程中排序和冲突解决的调度算法.借鉴美国研制的最后进近间隔工具(FAST)中的排序、冲突预防和解决方法,讨论了这些方法在终端区飞机进近过程中将排序和冲突解决综合实现问题,分别给出了在飞行段和汇聚过程中排序和冲突解决的算法模型.仿真结果表明该模型能有效地解决最后进近过程中的排序和冲突问题,使到达飞机流快速有序地进入机场着陆.     

固定翼反潜机浮标阵监听飞行航路规划研究

本文结合工程实际应用,研究了固定翼反潜机对浮标阵监听飞行航路规划问题。分析了浮标阵存在公共监听区域的条件,对于不能整体监听覆盖的浮标阵,提出了监听航路的评价指标。针对固定翼反潜机执行监听任务时,属于近距离航路规划范畴,飞行航路受载机机动转弯性能约束的影响较为显著,对监听航路采用了一定转弯策略,并用遗传算法搜索生成监听航路,取得了较好的效果。     

任务规划系统机动模型与航线设计

航空兵任务规划系统中飞机空对地攻击航线解算的准确性、航线生成质量和航线解算速度是衡量任务规划系统能力的重要指标。飞机空对地攻击航线设计是飞机航线规划中典型的多约束复杂机动,其在设计与使用过程中受到来自时间、空间及飞机本体的多维约束,对飞行动力学建模与航迹优化提出了较高的要求。本文利用面向对象的思想对飞机无侧滑动力学模型...     

基于交互式多模型滤波算法的航迹预测

航空器航迹预测是空中交通冲突探测与解脱,以及进离场管理等空中交通管制自动化系统的重要组成部分。基于混杂系统理论,描述航空器在水平面的运动模型,并针对航空器运动的多样性和不确定性提出了利用交互式多模型的航空器航迹预测算法。将算法应用于航空器的航迹预测,并与单一模型的卡尔曼滤波、α-β滤波和α-β-γ滤波的仿真预测结果对比,结果表明算法的有效性。     

基于满意博弈论的复杂低空飞行冲突解脱方法

复杂低空空域环境下多飞行器冲突解脱方法可以有效地提供冲突解脱策略,实时规划飞行器四维航迹,避免飞行器之间发生危险接近事故或者碰撞,从而保障空域运行安全。然而,随着飞行器数目的不断增长,冲突解脱面临"维数灾难",导致问题具有高维度、强耦合等难点。因此,传统的优化方案难以得到令人满意的方案。为了提高冲突解脱效率,保障运行安全,基于满意博弈论方法,考虑低空飞行器运动特点,构建冲突解脱模型,设计冲突解脱方法。飞行器主要采用改变航向角的策略。通过基于条件概率的方法来建立"社会关系",即当前飞机所做的决策对其他飞机产生的影响。每个飞行器在决策时,都会受到优先级比自己高的决策者的影响。基于满意博弈论的冲突解脱方法不仅可以有效地解决当前飞行器的冲突问题,而且兼顾探测范围内的其他飞行器,避免当前解脱策略导致与其他飞行器冲突,实现整体最优化。最后,通过在极端典型飞行冲突场景中实验验证表明,基于满意博弈论的冲突解脱方法可以实时高效实现大规模飞行器的冲突解脱,保障飞行安全且控制经济成本。     

基于模型预测静态规划的自适应轨迹跟踪算法

轨迹跟踪是飞机自主运动控制的关键问题之一。跟踪模型预测静态规划（T-MPSP）是一种新近发展的基于非线性模型的轨迹跟踪算法,但对于飞行器受损等情况下,模型参数相较于标称模型具有较大的偏差时,则可能导致轨迹跟踪效果不理想。提出了基于参数估计的自适应轨迹跟踪算法,在模型预测静态规划（MPSP）的框架下得出解析解,实现了对参数的实时估计,据此更新跟踪模型预测静态规划算法中所使用的模型后,可以有效扩大对参数偏离的适应性,并保留模型预测静态规划计算效率高的特点。通过仿真对比得出,相较于已有的跟踪模型预测静态规划,改进后的算法对模型参数偏离的容忍性明显提高,且算法迭代效率高,适于在线应用。     

FMS巡航阶段的垂直轨迹预测算法及应用

飞机的飞行过程涉及多个垂直飞行阶段,巡航阶段占了绝大部分的飞行时间、飞行距离及燃油消耗,研究飞行管理系统（FMS）巡航阶段的垂直轨迹预测算法,对于提升飞行的经济性、舒适性、安全性是非常重要和必要的。为了满足不同类型飞机之间巡航阶段垂直轨迹预测算法的通用性,提高垂直轨迹预测的精确度和可信度,提出一种适用于巡航阶段的垂直轨迹预测算法。首先,通过计算巡航阶段的速度剖面,构建预测过程中更加符合实际的大气模型;然后基于第一性原理（第一法则）的飞机模型计算所需的巡航燃油流量数据,通过设计的巡航阶段垂直轨迹预测算法逻辑,给出巡航阶段预测的垂直轨迹;最后通过地面仿真试验和空中试飞验证算法的有效性与准确性。结果表明：本文提出的基于第一性原理飞机模型的FMS 巡航阶段垂直轨迹预测算法能够预测飞机的巡航轨迹,且预测精度误差低于1%。     

航天器上升段轨道快速重构算法

针对航天器上升飞行过程中由于干扰的影响导致实际轨道偏离初始设计轨道的问题,提出了基于状态量提前修正的航天器上升段轨道快速重构算法。使用该算法对大气干扰下上升段轨道进行了快速重构仿真分析,结果表明,该算法能够综合考虑上升段飞行过程的状态量约束、终端约束、入轨精度、重构时间等因素,实现快速重构。     

民机四维航迹/姿态一体化自适应控制

出于运营效率和飞行安全的考虑，民用飞机在航路终端区需有效减少飞行总系统误差（TSE），提高空域资源利用率。在此航段中，飞行技术误差（FTE）是最主要的组成部分，需采用引导控制一体化的设计思想，实现民机起飞/着陆段四维航迹精确跟踪，有效减小飞行技术误差。基于回路传递函数恢复（LTR）技术协调设计随机线性系统状态观测器和最优控制器，解决大气紊流作用下的民机飞行控制系统设计问题。在此基础上，引入自适应投影算子估计大气扰动导致的气动参数不确定性，并对其作用效果进行补偿。仿真结果表明，基于LQG/LTR（Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery）控制技术的自适应飞行控制律可以有效抑制气动参数不确定性影响，能够实现民机四维航迹/姿态一体化高精度控制的目标。