空中交通控制的冲突探测算法

针对快速增长的空中交通流量和空中飞行安全的要求,给出了一种综合改进的冲突探测算法,该算法综合了确定型冲突探测方法和概率型冲突探测方法在工程应用中的优点,考虑了空管规则和简单的过滤算法,引入了持续探测方法。综合改进的冲突探测算法对即将发生冲突的飞机对提前做出预测和报警,减轻管制员工作负担,从而避免冲突的发生,确保飞行安全。最后,结合中国某国际机场的实际数据,利用该算法对实际空域进行实时冲突探测,取得较好的效果。     

航空器爬升与下降阶段4D航迹预测

准确的4D航迹预测可以在冲突探测与解脱、航迹优化和空中交通流量管理等多个领域发挥重要作用。为提高预测的准确性,提出了基于机器学习的航空器4D航迹预测方法。首先,利用爬升阶段提取研究指标,构建循环神经网络(recurrent neural network, RNN)和长短期记忆网络(long short-term memory, LSTM);其次,在下降阶段进行数据维度拓展,构建RNN、LSTM模型进行航迹预测;最后,对各个维度上的预测航迹点和实际航迹点的误差进行分析。仿真结果表明,爬升阶段模型和下降阶段模型对于航空器位置预测准确性高,展现了航迹预测模型的良好鲁棒性。     

基于UPF的中程飞行冲突探测

2000年,Prandini等建立了飞机位置的概率模型, 该模型将飞行扰动的方差作为全程飞行时间与路程的函数,基于此模型,他们提出了中程飞行冲突探测的随机化算法. 本文作者将飞行扰动作短时处理, 建立了包含雷达观测误差在内的一个更精确、更符合实际的概率模型, 并提出了基于UPF的中程飞行冲突探测算法.     

基于布朗运动的空中交通短期冲突探测

为了提高空中冲突探测的准确性,解决现有算法存在较高误报率的问题,特别是减少短期冲突探测中误报的情况,该文提出了一种基于Brownian运动的概率型空中交通冲突探测算法,将飞机的飞行转化为带约束的Brownian运动,并在该算法的计算过程中引入冲突预估时间段作为冲突探测的参数之一,通过近似展开得到冲突探测的解析表达式.数据仿真分析结果表明,经过改进的新算法在短期冲突探测中能有效降低误报率.最后,结合国内某国际机场的实际数据,利用该算法对实际空域进行实时冲突探测,取得好的效果.     

直升机航迹预测精度分析

该文全面分析直升机航迹预测方法，给出直升机航迹模型和去相关的航迹及其预测精度分析，提出用灰色系统实时在线建立直升机航迹的GM预测模型，并进行精度预测。结果表明，去相关的卡尔曼滤波方法虽可提高预测精度，但计算量较大，对目标作机动时，预测误差较大；而用灰色系统预测直升机航迹，只需用较少的探测数据，就可以得到较高的预测精度。     

基于飞行计划集中处理的多航空器无冲突航迹规划

为增大空域容量,提高飞行安全,降低管制员的工作负荷,4D航迹预测与规划是国内新一代空管自动化系统中最为重要地一项核心技术。首先在预战术流量管理阶段,通过飞行计划集中处理得到的航空器飞行计划信息,将航线划分成若干航段。然后利用航空器在不同航段间的离散型模型和单个航段中运动的连续型模型建立混杂模型,通过全飞行剖面混杂模型进行航迹预测;在相对运动法中采用调整速度来规避航路交叉点冲突以实现冲突解脱。最后提出航迹规划方法并对航空器进行无冲突航迹规划。仿真算例表明：在飞行计划集中处理与混杂模型下预测的水平航迹与垂直航迹能够准确地反映航空器飞行状态变化;调速法或调整时刻能有效地规避飞行冲突,所以提出的无冲突4D航迹规划方法是切实可行的。     

SMS中基于冲突探测的滑行道轨迹预测算法研究

本文研究了机场场面管理系统中的重要环节——滑行道轨迹预测算法.首先研究了滑行道路段基于冲突探测的滑行花销问题,建立了滑行道动态花销模型;然后基于冲突探测和场面资源的动态花销提出了场面交通事件触发的A*轨迹预测算法以及全局Floyd轨迹预测算法.对这两种算法进行仿真的结果表明,基于事件触发的A*算法在场面交通不太拥挤的条件下适用,全局Floyd算法适合场面交通拥挤的情况;最后,通过比较和分析,提出了将两者结合的思想.算法具有很强的可扩展性,能够为机场流量管理提供科学的指导.     

改进的基于“当前”统计模型自适应滤波算法及其在航迹预测中的应用

基于"当前"统计模型的模糊自适应(FACS)滤波算法利用机动目标"当前"加速度调整加速度极限值,实现了对一般机动目标的有效预测;但是在预测强机动目标时却存在较大的预测误差。为了解决这一问题,引入强跟踪滤波器(STF),提出了一种新的自适应滤波算法STF-FACS。该算法根据滤波残差实时调整卡尔曼滤波增益,提高了对强机动目标的预测能力;同时保留了FACS算法对于一般机动目标的预测性能。最后,对强机动目标分直线机动和转弯机动,分别进行航迹预测仿真。仿真结果表明,对弱机动目标进行航迹预测时,两种算法的预测效果相当;对强机动目标进行航迹预测时,STF-FACS算法无论是在动态时延和预测精度方面都比FACS算法要好。     

基于AUV的航迹追踪自适应UKF算法

无迹卡尔曼滤波算法(UKF,unscented kalman filter)是一种常见的(AUV,autonomous underwater vehicle)加权统计线性回归航迹追踪算法,其算法冗余度低于(EKF,extended kalman filter)、(PF,particle filter)及(PSO,particle swarm optimization)等数值优化算法,且算法效率较高。然而,UKF控制算法中的系统采样时间间隔通常会被设置为常数,由此可能会产生预测值的误差累积,从而影响导航预测结果的精度。因此,笔者提出了基于AUV的航迹追踪自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF,adaptive unscented kalamn filter algorithm),以期降低预测算法的累积误差。该预测方法依据标准UKF算法的原理,通过构造相应的约束、判断与反馈机制,调整系统状态方程中每一步的采样间隔t,从而提升算法的航迹追踪精度并减少过程噪声及传感器噪声对预测过程的影响。最后,通过仿真实验与结果对比,近一步验证了之前所提出的设想。     

基于合作协同进化算法的航迹冲突解脱研究

为解决基于航迹运行(Trajectory Based Operation, TBO)模式下大规模航迹战略冲突解脱问题,建立了综合考虑最小化冲突数量和航迹调整成本的双目标优化模型.设计了基于超体积指标的多目标合作协同进化算法(Indicator-based Cooperative Coevolution Multi-objective Evolutionary Algorithm, IBCCMOEA)进行模型求解,采用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA-II)进行子种群优化.同时,设计了自适应遗传算子加快算法收敛速度.分别采用中国航路网络繁忙时段442架和1 014架航班历史飞行数据进行仿真验证,将所提算法与NSGA-II,基于分解的多目标进化算法(Multi-objective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition, MOEA/D)以及多目标合作协同进化算法(Cooperative Coevolution Multi-objective Evolutio...     

基于改进卷积网络的终端区4D航迹预测与冲突检测

随着不断扩大的旅客运输量和航线网络规模,采用飞行计划结合空中交通管制的空中管理办法已经不能与当前民航需求和空中交通流量相匹配,直接影响到航班正常率和运行安全。为解决这一问题,国际民航组织(International Civil Aviation Organization, ICAO)提出了基于航迹运行(trajectory based operation, TBO)的下一代空中交通管理运行理念,中国民航也提出了智慧民航的建设方案和目标。其中4D航迹是TBO运行的核心组成部分,也是中国建设智慧民航的重要技术指标,其可以对航空器的运行进行精确地管理和控制。因此,提高4D航迹预测的准确性成为了目前急需解决的核心问题。面向航空器的飞行任务实施阶段,从4D航迹预测和冲突检测两个问题进行了研究。在航迹预测方面,采用了基于卷积神经网络-双向门控循环单元(convolutional neural networks-bidirectional gated recurrent unit, CNN-BiGRU)的模型对航迹进行高精度预测;在冲突检测方面,引入了航迹距离检测函数以检验预测模型生成的两条航迹是否...     

终端区4D飞行轨迹预测与冲突预警

为提升终端区飞行轨迹预测精度,实现航空器短时冲突预警,建立一种基于孪生支持向量回归的终端区4D飞行轨迹预测模型。对历史飞行轨迹应用重采样算法,降低轨迹数据规模;利用墨卡托投影将轨迹点经度、纬度与高度化为x-y-z坐标,采用孪生支持向量回归算法学习预测模型,实现短时航空器飞行轨迹动态预测;计算两架航空器水平、垂直距离,建立航空器冲突预警指示函数;对孪生支持向量回归算法进行超参数灵敏度分析,分析各超参数对模型预测效果的影响。根据机场真实数据进行仿真实验,证明：基于孪生支持向量回归的4D飞行轨迹预测模型能够准确捕捉航空器运动趋势,且泛化能力强;所提模型x-y-z坐标预测均方根误差是BP神经网络预测结果的32%,35%和61%,单次预测计算用时减少约0.13 s。     

Improved flight conflict detection algorithm based on Gauss-Hermite particle filter

In order to improve the accuracy of free flight conflict detection and reduce the false alarm rate, an improved flight conflict detection algorithm is proposed based on Gauss-Hermite particle filter (GHPF). The algorithm improves the traditional flight conflict detection method in two aspects: (i) New observation data are integrated into system state transition probability, and Gauss-Hermite Filter (GHF) is used for generating the importance density function. (ii) GHPF is used for flight trajectory prediction and flight conflict probability calculation. The experimental results show that the accuracy of conflict detection and tracing with GHPF is better than that with standard particle filter. The detected conflict probability is more precise with GHPF, and GHPF is suitable for early free flight conflict detection.     

一种基于飞行计划的冲突检测算法及实现

针对民航班机实际飞行情况，对飞行计划中航线的冲突情况进行了立体建模、平面投影、检测方案判别、坐标旋转和平移等处理，设计出了一种基于飞行计划的有效冲突检测算法。     

基于调速的飞行冲突探测与解脱方法

随着中国民航的快速发展,空域资源的紧缺和空中交通拥堵现象越来越严重,由此带来的飞行冲突也越来越多.首先,提出了一种基于调速的飞行冲突探测与解脱方法并且通过非线性规划的方法优化调速机动阶段的燃油消耗.其次,通过飞行冲突探测和解脱方法确定飞机可以进行调速的速度区间,通过优化调速机动阶段燃油消耗,得到可调速的速度区间中的最省油的速度.最后,将速度剖面实时分配给相关的航空器,使航空器之间的间隔大于给定的最小安全间隔.通过仿真分析,提出的飞行冲突探测与解脱方法能够快速解决飞行冲突,非线性规划优化燃油消耗的方法能够带来较大的燃油消耗的节省.     

基于深度学习的反无人机预警神经网络

为解决传统雷达探测设备面对"低小慢"无人机时产生的难检测与易突防问题,通过深度卷积神经网络对空中无人机进行实时识别,提取目标的类别与像空间位置信息;根据无人机像空间位置在时域下的变化趋势,绘制无人机飞行映射轨迹;利用长短期记忆网络对飞行映射轨迹进行预测,获取无人机在未来时域内的预测航迹方向,实现对无人机的预警跟踪、实时检测与轨迹推断。结果表明,所提出的算法中目标识别平均准确率可达到82%,轨迹预测平均准确率可达到80%计算速度可达到24帧/秒,可见能够在地基计算平台下对空中无人机进行实时精确预警,可以有效地防止识别领空内的非合作无人机渗透与突防。     

考虑空间相关性风扰动的中期冲突探测算法研究

针对中期冲突探测问题,建立了在不同高度两机相遇的模型。在考虑风速以及风扰动引起的两机位置相关性的基础上,得到两机相对位置的随机差分方程。对研究区域进行网格离散化后,构造弱收敛于此微分方程的马尔科夫链,快速求得相对速度可变的两机在未来数十分钟内任意时刻发生冲突的概率;并将算法扩展到两机当前位置不明确的情况。最后进行相关性对冲突概率的影响分析。