基于动态空域管理的安全性研究

当前静态的空域结构已很难适应不断变化的流量对空域的使用需求,动态空域管理概念为解决这一问题提供了一个可行的解决方案。扇区结构优化调整作为动态空域管理的核心内容在解决空域资源使用紧张问题的同时,也给当前管制工作安全带来了挑战。主要从管制员工作负荷、空域结构调整可能带来的管制操作困难及空域划分触发机制3个方面来探讨研究动态空域管理相关安全性问题。     

Feasibility of performing space surveillance tasks with a proposed space-based optical architecture

Under ESA contract an industrial consortium including Aboa Space Research Oy (ASRO), the Astronomical Institute of the University of Bern (AIUB), and the Dutch National Aerospace Laboratory (NLR), proposed the observation concept, developed a suitable sensor architecture, and assessed the performance of a space-based optical (SBO) telescope in 2005. The goal of the SBO study was to analyse how the existing knowledge gap in the space debris population in the millimetre and centimetre regime may be closed by means of a passive optical instrument. The SBO instrument was requested to provide statistical information on the space debris population in terms of number of objects and size distribution. The SBO instrument was considered to be a cost-efficient with 20 cm aperture and 6° field-of-view and having flexible integration requirements. It should be possible to integrate the SBO instrument easily as a secondary payload on satellites launched into low-Earth orbits (LEO), or into geostationary orbit (GEO). Thus the selected mission concept only allowed for fix-mounted telescopes, and the pointing direction could be requested freely. Since 2007 ESA focuses space surveillance and tracking activities in the Space Situational Awareness (SSA) preparatory program. Ground-based radars and optical telescopes are studied for the build-up and maintenance of a catalogue of objects. In this paper we analyse how the proposed SBO architecture could contribute to the space surveillance tasks survey and tracking. We assume that the SBO instrumentation is placed into a circular sun-synchronous orbit at 800 km altitude. We discuss the observation conditions of objects at higher altitude, and select an orbit close to the terminator plane. A pointing of the sensor orthogonal to the orbital plane with optimal elevation slightly in positive direction (0° and +5°) is found optimal for accessing the entire GEO regime within one day, implying a very good coverage of controlled objects in GEO, too. Simulations using ESA’s Program for Radar and Optical Observation Forecasting (PROOF) in the version 2005 and a GEO reference population extracted from DISCOS revealed that the proposed pointing scenario provides low phase angles together with low angular velocities of the objects crossing the field-of-view. Radiometric simulations show that the optimal exposure time is 1–2 s, and that spherical objects in GEO with a diameter of below 1 m can be detected. The GEO population can be covered under proper illumination nearly completely, but seasonal drops of the coverage are possible. Subsequent observations of objects are on average at least every 1.5 days, not exceeding 3 days at maximum. A single observation arc spans 3° to 5° on average. Using a simulation environment that connects PROOF to AIUB’s program system CelMech we verify the consistency of the initial orbit determination for five selected test objects on subsequent days as a function of realistic astrometric noise levels. The initial orbit determination is possible. We define requirements for a correlator process essential for catalogue build-up and maintenance. Each single observation should provide an astrometric accuracy of at least 1”–1.5” so that the initially determined orbits are consistent within a few hundred kilometres for the semi-major axis, 0.01 for the eccentricity, and 0.1° for the inclination.     

基于全卷积孪生神经网络的复杂监控场景下前景提取方法

由于光照变化、相机抖动和动态背景等因素影响,现有基于传统图像处理方法的前景提取算法并不能在复杂场景下获得良好的分割效果。针对此类问题,本文提出了一种基于全卷积孪生神经网络的前景提取算法,仅需任意2帧图像即可准确提取运动前景。将输入的2帧图像分为背景图像与待提取图像,将其输入全卷积孪生神经网络得到二者的相似性度量图,该相似性度量图中包含待提取图像相对于背景图像的各像素变化情况信息;接着将相似性度量图与待提取图像融合,利用编解码网络以实现端到端的前景提取。在CDnet2014数据集上进行综合评估与测试,结果均证明了该方法的有效性。     

面向天基监视的红外弱小飞行目标识别算法

针对当前红外弱小飞行目标特征不明显、背景干扰大等问题,提出了一种基于深度学习的红外弱小目标识别算法。检测框架以YOLOv4模型为基础,通过使用K-means++算法对训练集的候选框进行聚类处理,在初始大小的选取上放弃随机生成初始点的方式,在样本集里选取某一个样本作为初始中心使锚框（anchor）大小的选取更加合理。在模型结构中引入卷积注意力模块,使算法模型计算资源分配更合理,对红外弱小飞行目标的特征信息更加敏感。改进空间金字塔池化模块,使用平均池化可以更多保留图像的原始信息,降低天基成像中的噪点与坏点的影响。仿真实验表明采用K-means++计算Anchor大小时准确率可以达到80.13%,在加入了SPP和CBAM模块后之后在测试集上算法识别准确率达到了83.3%,经过对模型的修改有效提升了对红外弱小飞行目标识别的准确率。     

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。     

ATM中的ADS-SSR数据融合研究

二次监视雷达(SSR)和自动相关监视(ADS)系统已经广泛应用于空中交通管理(ATM)系统,特别是终端飞行区.本文分析了民航空中交通管理中的SSR和ADS系统的特点和缺陷,研究了基本类型ADS合同和扩展类型ADS合同对ADS跟踪精度的不同影响,提出了一个ADS-SSR航迹融合的模型,给出此模型的具体算法,并进行了数字仿真.数字仿真表明:该模型算法具有较高的跟踪精度.      

基于Web的带宽自适应组件化多媒体监控系统

当前的分布式多媒体监控系统存在通用性、易用性和扩展性不足等缺点,且不能自适应多种网络状况.为解决其通用性、易用性问题,参考流媒体系统结构,给出了基于Browser/Server模式的监控系统结构.为增强其可扩展性,在DirectShow技术基础上,设计了基于COM的监控系统软件结构.采用带宽自适应的策略和方法,实现了系统对多种网络状况的动态自适应.      

基于PEV准则的不确定随机多目标规划问题求解

为解决独立变量的不确定随机多目标规划问题在传统求解中存在分析不全面等问题,在期望值-方差准则下提出了一种新的求解方法。基于机会理论,引入不确定随机变量,在此基础上提出了不确定随机多目标规划问题;引入不确定随机变量的序关系,利用变量间的序关系把不确定随机多目标规划问题转化成不确定随机单目标规划问题,并通过期望值-方差准则把不确定随机单目标规划问题转化成确定的单目标规划问题进行求解;通过理论推导证明,在新准则下转化后的问题得到的最优解是原不确定随机多目标规划问题的有效解;最后,通过对无人机情报侦察监视任务分配问题的求解,利用改进的萤火虫算法求得有效飞行序列,验证了所提方法的可行性和有效性。     

管制员工作负荷评估的回归分析法

空中交通管制员是保证空中交通安全和高效的最重要的因素,管制员工作负荷的合理评估对保障空中交通系统安全运转具有重要作用。本文采用回归分析法并以特定空域为例,介绍了管制员工作负荷评估方法、原始数据处理方式、参数提取和工作负荷评估模型形成。通过评估模型在实例中的应用,说明了管制员工作负荷评估的回归分析法在空域容量评估上的可行性和正确性。     

基于DEMATEL的空域扇区复杂性影响因素研究

空域扇区复杂性直接影响着空域结构的合理性、管制员工作负荷的均衡性、交通运行的科学性以及空域规划的客观性,是保障航路运行安全,提高空域运行效率的主要方式。针对空域扇区复杂性影响因子较多的特点,首先构建影响空域扇区复杂性的因子体系,其次利用DEMATEL方法对影响空域扇区复杂性的因子进行量化,分析各因素与复杂性的关系及各因素间的关系,最后筛选出关键影响因素,并提出优化空域扇区复杂性的一些建议。