着陆过程中机载相机姿态估计的球面投影方法

针对飞行器进近着陆中的自主导航问题,提出了一类基于机场跑道边缘信息的姿态估计方法.首先,获取不同姿态及高度下机场航拍图像,对图像进行边缘检测,将边缘点投影到球面上;然后,利用球面的几何性质得到跑道边缘在球面上投影的交点位置,交点位置和飞行器姿态是一一对应关系;计算得到机场跑道边缘球面投影的交点位置,利用对应关系得到飞行器的姿态角.三维仿真环境验证了所提方法的有效性.提出的方法能够获得飞行器下降过程中的姿态角的信息.     

基于计算机视觉的无人机位姿估计

本文给出了无人机着陆过程中利用帧间图像提取的特征点进行无人机运动估计的算法。采用Shi-Tomasi-Kanade特征提取算法进行特征点的提取与匹配,然后建立视觉信息与无人机位姿的关系,通过对帧间图像单应性矩阵的求解,对无人机进行相对位置和姿态的估计。仿真结果表明,该算法能够有效地提高匹配速度,降低误匹配率,较好的估计无人机的相对位置和姿态信息。     

基于序列图像的无人机进近着陆跑道识别与跟踪研究

跑道的准确识别与跟踪,是基于视觉的无人机自主着陆的重要条件.利用单目视觉获取进近着陆过程中实时跑道序列图像,经过Canny边缘检测算法和基于梯度方向的Hough变换处理,将同一跑道上的2条边缘线识别出来,并进行实时跟踪.最后利用大量真实的室外道路模拟跑道图像,以DM642为核心处理器设计视觉处理系统,结合固定翼无人机进近阶段着陆飞行特点,对设计的相关算法及视觉系统进行验证.结果表明所设计方法可以在进近着陆阶段准确提取跑道目标,并能够满足无人机着陆实时性要求.     

基于视觉的无人机姿态角估计

通过提取视频图像上跑道的线性特征以及利用消失点的定义来估计无人机(UAV)的三个姿态角.先对相机的三个姿态角进行估计:利用跑道底线估计出滚动角,用消失点在图像上的位置来估计偏航角,结合消失点的定义给出俯仰角的估计,同时对偏航角和俯仰角的估计进行修正,随后给出无人机的姿态角估计.仿真试验证明了所提方法的有效性,滚动角的估计误差在0.8°之内,偏航角和俯仰角的误差在0.2°之内.     

基于长短期记忆神经网络模型的多步滚动预测方法

飞机着陆阶段是各飞行阶段中风险最大的阶段之一,可能会遇到阵风、跑道入侵、硬着陆和跑道超限等不安全事件。较长的着陆距离会增加着不安全事件发生的风险。为了降低发生不安全事件的风险,本文利用长短期记忆(long short term memory,LSTM)神经网络捕获时间序列飞行数据对时间的依赖性,研究了一种多步滚动预测策略来预测飞机着陆距离以进行实时预警,飞机着陆预测模型用于预测着陆距离。结果表明：与单步预测相比,该方法可以更好地捕捉飞行参数的时间变化。通过多组仿真实验验证基于LSTM神经网络模型的多步滚动预测方法的准确性与有效性。     

基于直线模型的微型飞行器姿态角计算

利用地平线进行微型飞行器(MAV)稳定飞行控制中的姿态估计.根据地平线的直线模型,将地平线视作一条直线,依据线性摄像机成像投影关系,建立地平线在世界坐标系和图像坐标系中的位置对应关系.通过推导得出图像坐标系中地平线的直线方程参数与摄像机姿态角的对应关系,实现通过地平线的直线方程参数计算MAV的姿态角.实验验证了该方法的正确性.在对俯仰角的求取问题上,与使用占天面积比的方法进行了比较,通过仿真实验论证了该方法的优势.     

厢式超大型浮体瞬态水弹性响应有限元分析

建立了分析任意动力外荷载作用下超大型浮体瞬态弹性响应的时域有限元方法,并通过已有的试验数据对该方法进行了验证.对浮式跑道在飞机着陆期间的瞬态行为进行了数值仿真分析,其中,飞机在着陆期间产生的外力、飞机的位置以及速度时间历程均采用波音747-400大型喷气式客机的数据进行模拟.计算结果表明:飞机着陆早期其滑行速度超过跑道弹性变形波速,而随着飞机减速直至完全停止后,弹性变形波才超过飞机并与停止的飞机碰撞而使部分弹性波被反射.     

大型灭火水上救援水陆两栖飞机着陆着水性能计算方法研究

在飞机的整个飞行过程中,虽然飞机在着陆过程中的飞行时间与距离所占用的比例很小,但是却是飞机安全事故发生最多的阶段,因此,对着陆阶段飞行性能的研究,对提高飞机安全性具有十分重要的作用。介绍了一种着陆阶段飞行性能计算方法,经过理论推理和工程验证,对运输机飞行性能的研究具有一定的参考作用。     

民航运输飞机重着陆研究综述

飞行安全是民航运行的基础,飞机着陆时速度小、惯性大、运行环境复杂,是事故高发阶段。为了分析飞机重着陆研究现状,对国内外重着陆研究文献进行了评述。从仿真建模、机器学习等方法对重着陆智能诊断,利用定量分析法、定性分析法进行重着陆致因分析和风险评估,以及对重着陆的风险、数量和相关参数进行预测,对以上三个方面的现有研究的成果和不足进行了分析。由于飞行环境和人机交互过程中的复杂性、多变性、不确定性,民航飞机稳定控制系统和重着陆实时预测是未来的研究趋势。     

应用人脸姿态估计实现人机信息交互

针对残疾人士不用手实现计算机操作的问题,提出了一种通过面部姿态的视觉分析手段控制鼠标操作的新方法。首先,由CCD摄像头获得人脸视频图像,采用Haar特征和基于AdaBoost算法的目标检测手段确定人脸区域,再通过图像分析手段提取2个眼角、2个嘴角和鼻尖共5个特征点;然后,以一幅正面图像的特征点位置为参考,对实时图像中人脸的空间姿态进行估计;最后,根据人脸的3个偏转角定义并生成人机交互信息,用于计算机人机界面中鼠标位置的移动和操作控制。实验表明,在良好的光照条件下,该方法可以快速准确完成人脸姿态估计并获得鼠标控制信息,帮助伤残人士实现人机信息交互。     

兼顾军用飞机使用的跑道快滑位置优化模型

为提高机场运行效率,降低跑道占用时间,在兼顾军用飞机使用的基础上,对民用机场快滑最优位置进行了系统研究。通过分析军用飞机与民用飞机的着陆过程,研究飞机着陆过程中的影响因素及其分布规律,采用蒙特卡洛方法进行仿真,计算各机型着陆转出的最佳位置。通过构建以最小加权无效占用跑道时间为目标函数的快滑转出位置模型,基于动态规划思想,设计了模型求解程序。最后以腾冲机场为例进行实例分析。结果表明：快滑位置应设置在1650 m处。相比只考虑民用机型使用,无论是从加权无效占用跑道时间还是从使用该出口的民用飞机来看,两者都变化不大,但使用该出口的军用飞机可提高70%。本文研究为未来军用飞机使用民用机场奠定基础,为民用机场预留军事功能提供技术支撑。     

基于数学模型的平行跑道穿越点变化下的容量评估

跑道容量是目前很多机场最关心的问题,它是制约整个机场发展的瓶颈。以往的跑道容量计算方法都是在单跑道的基础上建立的,很少有人考虑跑道穿越情况下的跑道容量。根据空中交通管制程序,当飞机需要从一条跑道穿越另一条跑道到达航站区,需要对跑道穿越点位置进行规划;但是具体在哪里设置跑道穿越点,设置多少个穿越点,是两个非常重要的问题。在跑道穿越点对跑道容量影响的基础上,设置了1 375~1 425 m、1 650~1 675 m、2 125~2 175 m三个穿越点,通过相应的数学计算方法,分析计算了近距平行跑道三个穿越点下的跑道容量变化。通过搜集相关的数字,借助MATLAB对所使的数学计算方法进行仿真计算,得出跑道穿越点的变化对近距平行跑道容量的影响。     

飞机地面变速滑跑演变随机响应分析

通过演变谱分析法对飞机起落架地面变速滑跑进行动响应分析.飞机在机场跑道变速滑行时,机场跑道基础激励将转化为非平稳随机激励,从而导致非平稳随机响应分析.采用演变随机激励表示该非平稳随机激励,用原平稳随机激励的功率谱密度和非线性变换表示其时变相关特性.利用演变谱法分析起落架系统的非平稳响应问题,最后通过数值算例验证了该方法的简便性和优越性.     

进场航空器跑道占用时间预测

摘 要：为了准确预估跑道占用时间（runway occupancy time, ROT）,提出了一种将灰狼优化算法和随机森林算法结合的预测模型。首先基于ADS-B轨迹,根据纽瓦克自由国际机场的实际运行情况,提取出进场航空器的跑道占用时间;其次分析跑道出口选择、跑道出口角度、气象条件、跑道入口端速度、跑道出口端的速度、机型、航空公司对跑道占用时间的影响;最后利用灰狼算法实现随机森林参数优化,基于优化后的随机森林模型完成对进场航空器跑道占用时间的预测。实验结果表明,相比实验和文献中的其它方法,该方法对跑道占用时间的预测更为准确,预测值与实际误差值在10 s内的占93.6%。研究结果可用于大型机场实际运行航班跑道占用时间预测。     

一种求解终端区紧急降落飞机的插入算法

空中管制员需为到达的飞机安排跑道并计算着陆时间,研究在一条单跑道上安排要求紧急降落的飞机到已排好降落次序的飞机队列中的飞机着陆调度问题.紧急降落的飞机只有出现在终端区时才知道它的机型和预期落地时间.约束条件为紧急降落的飞机应在预期落地时间之前降落及其与前后相邻两架飞机应满足最小时间间隔.已排好的飞机可以被延迟降落,但降落次序不能改变.目标函数是使由于插入紧急降落飞机所造成飞机的总延误时间增加值最小.针对该问题设计了一种优化插入算法对问题进行求解,该算法分为两部分：离线部分——为了实行实时插入紧急降落的飞机做准备;在线部分——当出现紧急降落的飞机后施行实时计算出其插入位置.实例验证了该算法的有效性.     

交叉跑道进离场窗建立方法

针对交叉跑道相关运行模式下复飞引起的进离场冲突问题,提出规划交叉跑道冲突全域以保持进近复飞与离场航空器的飞行间隔.将交叉跑道冲突全域分解定义为前窗和后窗,依次建立直接交叉汇聚和非交叉汇聚跑道前窗、后窗的碰撞风险评估模型,并研究跑道交叉角度对侧向、纵向和垂直3个方向以及总体风险的影响程度.选取成都天府机场非交叉汇聚跑道组和美国威奇托机场直接交叉汇聚跑道组为实例进行仿真分析,结果表明天府机场冲突全域的范围为进近跑道入口前11.89 km至入口后6.44 km,威奇托机场冲突全域的范围为进近跑道入口前10.93km至入口后6.85km,将划设的交叉跑道冲突全域与规章中基于时间的尾流间隔约束相比较,可最终确定进近复飞与离场航空器的安全间隔,也可对未来国内交叉跑道构型相关运行模式下的安全间隔提供参考.     

飞机起落架结构振动的非线性动力学研究现状及展望

飞机起落架是飞机地面停放、跑道滑跑、降落的过程中用于承受飞机重量、吸收撞击能量的一个关键受力部件,是为飞机提供滑行操纵和制动力的起飞着陆装置。飞机在路面滑跑时,由于跑道的不平整导致机身振动,飞机在着陆时,机身承受了来自地面的巨大冲击力,这些振动都会严重影响飞机的稳定性和安全性,降低飞行员和乘客的舒适度,甚至导致飞行事故。对飞机起落架振动的非线性动力学研究现状进行了总结,包括飞机起落架结构振动的非线性动力学行为机理、起落架冲击和垂向振动及控制、起落架摆振及控制等方面。对起落架结构振动的非线性动力学、主动及半主动控制的研究前景进行了展望。     

基于Radon变换的机场目标检测与定位算法

为了提高影像匹配的可靠性，提出一种实孔径雷达影像中机场目标精确定位的算法．采用模糊处理技术对原始影像进行增强，使得机场目标在影像背景中较为突出，并利用Radon变换检测到机场跑道方向线；基于机场的有关知识，检测到机场跑道的两个端点及宽度；利用得到的机场目标信息对原始实孔径雷达影像进行处理，并用该影像与相同地区的合成孔径雷达基准图进行匹配，得到了满意的效果．     

单跑道着陆容量改进模型

跑道容量是航空运输的瓶颈,尾流间隔、进近速度、公共进近航段、机型比率构成跑道容量的关键参数。考虑到实际管制程序实施的可行性,将飞机跑道脱离时间作为跑道着陆容量研究的关键参数。分别对飞机实际间隔和对跑道占用时间进行正态分布分析,根据可接受的安全水平下,加上缓冲余度,对雷达管制下单跑道着陆容量模型进行调整完善。     

同时仪表进近模式下平行跑道碰撞风险

针对同时仪表进近模式下的平行跑道进行碰撞风险评估,首先通过调研首都机场进近管制员的管制过程,建立仪表进近飞机的运动状态变化方程;其次,基于概率论位置误差模型思想,建立了同时仪表进近模式下平行跑道碰撞风险模型;最后运用MATLAB软件进行仿真,得出同时仪表进近整个过程每个时刻的碰撞风险,从而得出整个过程碰撞风险的变化趋势,为同时仪表进近模式的实际运行和未来优化提供支持。