Comparison of alternative route selection strategies based on simulation optimization

Air traffic flow management (ATFM) is a collaborative process between the airspace provider and the airspace users. The result of the collaboration should be an outcome that maxi-mizes the utility of the system without excessively penalizing any of the agents. This paper develops a discrete-event simulation model which consists of aggregate departure/arrival airports, flight routes, and sectors for evaluating the alternative collaborative route selection strategy. Given the different perspectives from air traffic control center (ACC) and airlines, eight performance-metrics and five alternative route selection strategies represent the past, current and proposed air traffic flow management operations that were evaluated. The Monte Carlo method combined with the Optimal Computing Budget Allocation (OCBA) simulation optimization technique is employed to assess the performance of different strategies. A case study of the upper air routes in central and southern China shows that the proposed model can be readily implemented to simulate different kinds of air traffic flow management strategies and predict the effect of changes on the airspace sys-tem. It also shows that the proposed alternative collaborative route selection strategy is an effective way in alleviating the en-route traffic congestion.     

无人机自主防撞关键技术与应用分析

无人机与有人机在多机种和不同合作程度下共享空域飞行是未来的发展趋势,防撞问题成为制约无人机飞出隔离空域的关键挑战。结合现有飞机防撞体系,从无人机防撞特殊性出发分析无人机自主防撞需求,提出无人机自主防撞系统的框架,归纳分析两大主要关键技术——感知探测技术和防撞算法,以及二者的不同应用范围和主要问题,在此基础上提出无人机自主防撞管理体系架构,总结探讨无人机自主防撞关键技术的发展趋势。     

基于航路耦合容量的协同多航路资源分配

针对中国当前航路空域拥挤日益严重的问题,分3个步骤进行解决:第1步,对空域管制单元之间存在的交通流耦合因素进行分析,建立基于空域管制单元耦合因素的航路容量模型;第2步,为反映不同类型航班对计划到达时间变动范围的不同接受程度,定义了航班的延误成本函数和改航成本函数;第3步,在上述两步的基础上,为充分利用可行的航路空域资源...     

DGPS-based aircraft flight guidance/test system

The utilization of the GPS system for Aircraft Flight Guidance/Test (AFGT) is a research project in China. The paper describes the concepts and the technical realization of such a system, including three components: ground subsystem, on-board subsystem and data communication link using TDMA technique. The purpose of the proposed AFGT system is to calibrate and verify performance of an on-board radar. Therefore, it must meet the requirements of evaluation of radar performances in several areas: accuracy, coverage range, and others. The AFGT System's displays are separately: a Moving Colored Digital Map on which flight trajectories, waypoints, and heights of aircrafts are clearly marked; and a Polar Coordinate Figure on which the bearings, headings, and distances of aircrafts relative to the origin of the ground control center are shown. The AFGT may monitor and guide several aircrafts flying in the pointed airspace. It support airport surface surveillance and air traffic control at the terminal area. A real-time software package RTTEST, which includes tracking display software and on-flight test software for radar evaluation, has conducted simulation with satisfactory position accuracy     

基于离散仿真分析的机场飞行区布局评价方法

依托扬州泰州机场和浦东国际机场对飞行区布局仿真分析方法进行探讨。采用专用的机场和空域仿真模拟软件,对不同交通量下的单跑道机场和多跑道机场飞行区布局进行分析。模拟了飞机降落、滑行、停靠、下机、登机、滑出、起飞等过程。当扬州泰州机场的高峰小时起降架次为12架次以内时,飞机的平均总延误不超过4rain。浦东国际机场的高峰小时为51架次时,飞行区的平均延误量为61s;高峰小时起降架次为134次时．飞行区的平均延误为344S。     

Civil unmanned aircraft system operation in national airspace: A survey from Air Navigation Service Provider perspective

Unmanned Aircraft Systems (UASs) have advanced technologically and surged exponentially over recent years. Currently, due to safety concerns, most civil operations of UAS are conducted in low-level uncontrolled area or in segregated controlled airspace. As the industry progresses, both operational and technological capabilities have matured to the point where UASs are expected to gain greater freedom of access to both controlled and uncontrolled airspace. Extensive technical and regulatory surveys have been conducted to enable the expanded operations. However, most surveys are derived from the perspective of UAS own operating mechanism and barely consider interactions of their non-segregated activities with the Air Traffic Management (ATM) system. Hence, to fill the gap, this paper presents a survey conducted from the perspective of Air Navigation Service Provider (ANSP), which serves to accommodate these new entrants to the overall national airspace while continuing flight safety and efficiency. The primary objectives of this paper are to: (A) describe what typical ANSP-supplied UAS Traffic Management (UTM) architecture is required to facilitate all types of civil UAS operations; (B) identify three major ANSP considerations on how UAS can be accommodated safely in civil airspace; (C) outline future directions and challenges related with UAS operations for the ANSP.     

基于目视间隔条件下的碰撞风险分析

为研究目视间隔条件下进近过程中前后两飞机的碰撞风险问题,通过Reich碰撞模型和碰撞风险模型,引入目视误差作为影响因素之一,建立基于目视间隔条件下的风险评估模型.从纵向、横向、垂向三个维度分析前后两飞机碰撞的概率,求得目视条件下进近两机碰撞的概率,以此作为风险分析的结果.计算结果表明,利用模型计算出的碰撞风险符合国际民航组织规定的航空器空中碰撞概率规定值.故而可证明,目视间隔和目视进近可作为一种安全的空中交通管制运行模式缩小安全间距,提高空域利用率,增加飞行流量.     

一种机载雷达机械扫描空域稳定改进算法

机载雷达在载机机动时,为保证天线视线空域指向范围不变,采用空域稳定的算法。当给定的方位和俯仰指令不在同一坐标系时,采用传统的算法会使得实际的空域与理想空域在载机机动幅度较大时有很大误差。文章提出一种算法,使得雷达扫描中心精度与期望值十分接近。同时,对于坐标转换中方位和俯仰的指令间覃相影响引起的俯仰指向精度降低问题,提出...     

基于改进人工势场法的无人机避让航迹规划

随着无人机技术的不断发展，以及无人机应用领域的不断扩展，无人机与有人机在低空空域的融合运行是我国通用航空事业发展的必然趋势，而感知与规避技术是无人机与有人机间避免碰撞的重要保障。在对感知与规避技术进行详细阐述的基础上，对其关键技术问题之一的避让航迹规划进行了研究。首先，针对传统人工势场法的局部震荡问题提出了解决方案；其次，结合感知与规避实际背景，对威胁区模型进行了优化，并对无人机自身性能约束进行了建模；最后，对改进算法进行了仿真验证，阐明了其对无人机动力能源消耗、避让时间和任务执行效率等方面的影响。     

基于AirTOp机场综合保障能力仿真与评估

基于计算机仿真建模的评估方法在容量评估中的运用日渐增多,但此类仿真大多为空域容量仿真,对于地面保障车辆与航空器联合建模则很少.介绍了地面保障车辆的评估方法,以航空器与地面保障车辆为仿真对象,在AirTOp中实现了武汉天河国际机场地面保障车辆与航空器的联合建模,经过大量的仿真试验,仿真结果较真实地再现了武汉天河机场的实际运行情况,得到了地面保障车辆的行为特性,对仿真所得的机场综合保障能力进行统计分析,找出存在的问题,优化模型,根据优化目标给出最终的优化方案.     

一种基于ADS-B、WAM和雷达的组合监视方法及其架构

978MHz的广播式自动相关监视系统(ADS-B)技术在通用航空空管领域有广泛应用。中国民航飞行学院在我国首次应用ADS-B系统。从2005年至今,中国民航学院的所有5个机场建立了地面基站,150架飞机加装了机载ADS-B系统,系统运转良好,极大地提高了训练飞行的安全性和空域的利用率。为保证系统数据的精度和完整性,本文介绍了一种方法,即实现多种导航覆盖的ADS-B、广域多点相关系统(WAMLAT)和雷达监视的组合方法,以提高空中交通监视的可靠性,满足空中交通监视所需的导航精度、导航完整性和监视完整性要求。这种综合构型监视方法,将有助于推动多监视源的应用。     

基于ADS-B信息的通航飞行冲突避让算法研究

随着低空空域的开放和通用航空的发展,低空空域流量大幅增加,致使飞机飞行冲突事件呈多发态势。为了解决低空冲突问题,基于广播式自动相关监视(ADS-B)信息的避让算法,首先利用相对运动关系对本机周围的飞行状况进行分析,排除不存在危险冲突的航空器;然后针对危险接近的航空器,提出调整速度和改变航向两种避让策略;最后利用Matlab软件,对两种避让算法进行仿真分析。结果表明:算法正确有效,能够快速辨别飞行冲突,并给出合理的避让策略;调整航向的避让算法,其有效性优于调整速度的避让算法,但在实际飞行中,由于调整速度的避让方法更易操作且节约成本,应优先选择调整速度的避让方案。     

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。     

基于GMAP.NET的民机试飞二维电子地图设计与研发

电子地图是民机试飞中常见的监控应用,用于实时反映试飞飞机的位置、航迹和空域等信息。但传统的电子地图功能单一,存在无法动态更新空域、不能航后回放以及不支持多架机集中监控等问题,无法满足当前试飞安全监控需求。基于GMAP.NET组件设计研发了一款新的二维电子地图实时监控软件,采用多线程调度、动态图层等技术,集成了时序数据库,在实现多架机试飞航迹实时监控的同时,支持航迹信息的实时存储、回放和空域信息的在线更新。通过在某国产大型客机试飞现场的测试,软件可满足试飞航迹的安全监控需求。     

What is System Wide Information Management (SWIM)?

System wide information management (SWIM) has been identified by the FAA as a key enabler for the next generation air traffic system (NGATS). Boeing has been working with the FAA since 2004 to define the role of SWIM within the framework of the existing and envisioned set of national airspace system (NAS) communications systems and air traffic operations. SWIM, as an information management infrastructure, in effect creates a "system of systems" of existing (and new) systems (or software applications, or simply applications) interacting through SWIM services. Describing SWIM in such a context is only fruitful when adopting the point of view of each person based on their role and perspective of airspace operations, be they a user, an application developed, or a SWIM implemented. This paper describes the current vision of SWIM from multiple viewpoints (operational, functional, physical) in an attempt to provide a broad perspective of SWIM to a technical audience of mixed backgrounds     

推力矢量型V/STOL飞行器动态过渡过程的操纵策略优化

针对推力矢量型垂直/短距起降（vertical/short takeoff and landing, V/STOL）飞行器的动态过渡过程模型,综合考虑过渡走廊限制、操纵冗余及不同起降任务需求指标,研究最优过渡操纵策略。考虑V/STOL飞行器的喷射气流效应,对飞行器进行全量动力学建模。利用可达平衡集方法,建立通用过渡走廊计算框架。设计了能够在V/STOL过渡段和高速飞行间平稳过渡的操纵方式。将推力矢量飞行器的动态倾转过渡过程转化为非线性动态最优控制问题,根据不同起降任务特点建立合理的指标和约束,采用直接转换法和序列二次规划算法进行求解,得出不同任务特点下的最优操纵策略与过渡过程。采用可达平衡集计算过渡走廊的方法,不仅不受飞行器类型的限制,更简化了构造过程,具有良好的通用性与鲁棒性。以光滑过渡为目标的优化结果使得飞行员在飞行器过渡过程中的操纵量变化大幅减小,从而使得飞行员能更加专注于对飞行器运动的操纵;以距离更短为目标的优化结果则使得降落过程的飞行距离缩短了30%左右。从操纵策略出发的优化结果使得驾驶员能够更好掌握操纵关注点及边界,增加了整个动态过渡过程的安全性。     

虚拟仿真环境中的航路冲突调配规则研究

现行仿真工具在模拟管制员航路冲突调配上存在问题边界不一致、调配方案不适用等诸多问题。针对这种现状，根据航路飞行冲突的影响因素对航路冲突进行了详细分类，并基于决策树建立了航路冲突调配方案。以决策树为基础，使用VB工具进行系统开发，建立快速仿真工具。模拟运行表明，仿真工具可模拟管制员提供简易可行的航路冲突调配方案，驱动仿真系统的运行。     

虚拟仿真环境中的航路冲突调配研究

现行仿真工具在模拟管制员航路冲突调配上存在问题边界不一致、调配方案不适用等诸多问题。针对这种现状,根据航路飞行冲突的影响因素对航路冲突进行了详细分类,并建立了航路冲突调配方案。使用VB和SQL混合编程进行系统开发,建立快速仿真工具。模拟运行表明,工具可模拟管制员提供简易可行的航路冲突调配方案,驱动仿真系统的运行。     

外吹式襟翼动力增升效果评估方法

外吹式动力增升襟翼可以有效地缩短运输类飞机的起降距离,其增升效果评估方法是运输机动力增升设计的关键技术之一。本文采用基准气动力耦合速度修正方法,发展了一套适用于外吹式襟翼动力增升效果快速评估的计算方法;该方法充分考虑了动力增升飞机性能计算对气动力数据的需求,解决了传统推力系数法的小速度大推力系数求解限制问题、无法准确求解离地速度以及多速度点气动力求解引起的计算效率问题。以某运输机为例,分析了其气动力及起飞性能,对其外吹式襟翼动力增升效果进行了评估,验证了方法的正确性。研究表明:通过优化动力增升襟翼偏转角,起飞滑跑距离最大减小量可达到25%;过大的襟翼偏转角将显著地增加飞机阻力,不利于缩短起飞滑跑距离。研究工作对运输机的外吹式动力增升襟翼设计,具有一定的工程指导价值。     

一种终端区空中交通复杂度的计算方法

将终端区的空中交通复杂度分为静态复杂度和动态复杂度,提出了终端区空中交通复杂度的一种计算方法。通过考虑航空器数量、机型混杂比例和进离场航迹相互影响关系等因素建立空中交通复杂度模型。有效避免了因管制员工作水平差异等人为因素带来的不确定性影响,能更加客观地反应终端区的空中交通复杂度,具有通用性。最后通过Matlab实例仿真,验证了方法的有效性和实用性。