基于STPA-Bayes模型的机载平视显示系统安全性分析与评价

机载平视显示(head-up display, HUD)系统可以大幅提高恶劣天气下的飞机起降成功率,已成为我国民航重点推广的安全提升技术。构建低能见度下飞机使用HUD系统进行特殊Ⅰ/Ⅱ进近场景,利用系统理论过程分析(system-theoretic process analysis, STPA)方法识别该场景下潜在的不安全控制行为,通过严格的形式化语言对其进行验证与致因分析,并给出了包含21条通用因素的致因场景分析框架。同时,为弥补STPA方法缺少定量分析的缺点,引入贝叶斯网络计算不安全控制行为发生概率,提出了STPA-Bayes安全性分析与评价模型。结果表明,该方法能有效地识别并分析系统潜在的危险,减少人为因素对分析结果的影响,为机载显示系统的安全性分析提供支持。     

基于STPA的潜艇鱼雷发射控制系统安全性分析

针对潜艇鱼雷发射控制系统,提出一套基于系统理论过程分析(system theoretic process analysis,STPA)的安全性分析方法.借助XSTAMPP安全工程平台,以鱼雷发射阶段解脱武器制动动作为案例,利用所提方法进行了安全性分析.同时改进传统STPA致因场景分析模型,生成精细化的系统安全要求,并利用线性时序逻辑(linear temporal logic,LTL)对生成的安全要求进行规范化描述,克服了传统STPA分析结果使用自然语言描述的局限性,为进一步的模型安全性验证提供理论支撑,同时为系统操作员提供辅助决策.     

基于STPA-ANP模型的民机系统安全性分析

随着民机系统复杂程度不断提高, 传统的安全性分析方法已不能完全满足危险源高效识别的要求, 为有效分析和评估民机系统安全性, 提出系统理论过程分析(system-theory process analysis, STPA)和网络分析法(analytic network process, ANP)相结合的安全性分析方法。针对STPA没有给出完整的关键致因分析与评估过程, 将STPA与ANP关键结构对应结合, 对危险控制动作进行致因分析和评估, 得到危险控制动作关键致因。以某型民机数字式飞控系统为例展开分析, 通过形式化建模验证及仿真验证, 证明该模型方法可以准确和完整地识别分析系统潜在危险并确定危险关键致因, 为民机系统安全性分析提供支持。     

进近着陆系统多径效应仿真设计与实现

在分析进近着陆系统多径效应问题的基础上,提出利用电磁散射算法模型建立机场复杂环境的散射体模型库,通过不同特性散射体调用各自有效算法模型的方法,实现了进近着陆系统开阔场多径效应仿真,并利用IPO算法模型对停靠飞机多径效应进行了仿真,仿真结果证明了基于模型库的进近着陆系统多径效应仿真方案的可行性。     

基于IDAC-STPA模型的战机飞行安全性分析与评价

针对战机飞行安全性分析不全面且缺少定量评价的问题,提出了一种新的飞行安全性分析和评价方法。首先,危险分析技术(system theoretic process analysis,STPA)可以从系统的角度分析影响战机飞行安全的风险源,基于人为可靠性动态分析(information, decision and action in crew,IDAC)模型是目前最全面的人为可靠性分析模型,结合两者的优势提出了IDAC-STPA分析方法。然后,利用该方法分析战机飞行风险源,并在此基础上建立了飞行员操纵战机机体模型,叠加不同飞行条件下飞行参量的风险度可以得到相应机动动作的安全谱,在此基础上得到该飞行动作的风险度。最后,通过对某型战机眼镜蛇机动的安全性分析,发现该型战机飞行中的不安全控制行为和潜在风险。通过安全谱提供一种直观的分析事故演化的方法,在此基础上计算的风险度提供了一种定量分析事故演化的方法,该方法可以为飞行员的飞行训练提供一定的借鉴。     

基于高程异常补偿的飞机终端区组合导航高度优化算法

大型机场终端区飞机的进近着陆通常利用仪表着陆系统(instrument landing system, ILS), 但由于价格及环境条件等原因, 部分机场没有配备ILS。针对未配备ILS的机场终端区, 提出一种基于误差判断因子, 结合高程异常补偿算法, 利用大气数据系统(air data system, ADS), 捷联式惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)和北斗导航系统(beidou navigation system, BDS)组合进行高度计算的优化算法, 提高飞机进近过程中高度定位的精度。通过结合机场终端区高程异常, 建立新的Kalman滤波高度量测方程, 对组合导航系统高度定位算法进行优化与仿真。仿真结果表明, 通过终端区高程异常补偿, 可以降低BDS高度误差, 抑制SINS误差发散, 在飞机受静压源误差影响的情况下, 组合后的高度定位误差相对于单系统高度定位的误差可降低41.52%, 高度定位精度改善较好。     

重型飞机拦阻系统的仿真分析

在对飞机拦阻系统拦阻飞机期间运动学、动力学以及水涡轮制动器理论研究的基础上,建立重型飞机拦阻系统的数学模型及基于SIMULINK下仿真模型,真实模拟了拦阻系统拦停飞机的过程.针对受控参数如飞机的过载、速度、加速度、拦阻带拉力、水涡轮转子的转速等变化规律进行仿真分析.仿真结果表明,拦阻系统能在安全拦阻距离内拦停飞机,通过改变水涡轮制动器的结构参数和使用组数,各项技术指标满足设计要求,为重型飞机拦阻系统设计分析提供可靠的依据.     

基于分离BDD的通用多阶段任务系统可靠性分析

静态的通用多阶段任务系统的不完全覆盖、跨阶段依赖性极大地增加系统可靠性分析的复杂性和难度.基于SEA思想给出两级分离的组合方法将任务和阶段的不完全覆盖分割, 通过新增的阶段代数规则和向后阶段依赖运算式处理跨阶段依赖性,并且充分利用高效的多阶段系统双值决策图,实现模型规模和运算的简化.最后,通过案例分析, 将此分离BDD方法与三值决策图和多状态双值决策图对比, 验证其精确、高效和模块化的优点.     

基于行为的思维分析和DSS中信息组织方式的研究

一般非结构化的决策问题及其支持方式是近年国内外DSS发展面临的主要热点之一。本文从基于行为的思维分析角度为管理决策及计算机信息组织的改进, 提出了一套具有一定普适性的思路和实现途径, 通过将思维的行为因素和行为原则引入DSS系统, 把人这一重要而复杂的系统因素引入DSS系统设计, 为一般决策、群体决策、多原则决策等非结构化问题的决策支持提供一定的理论基础和实现手段。此外, 将矛盾作为系统运行的激励因素引入DSS系统, 这对于传统DSS设计中回避人的矛盾冲突的思想是一种新的突破。     

基于DEA/AHP的快速路出入口间距仿真评价方法研究

合理设置城市快速路出入口间距对交通运行效率影响显著,间距过大不能满足周边网络的交通需求;反之,则短途交通流比例增大,出入口区域车辆交织频繁、互相干扰,严重影响交通效率,甚至造成交通拥堵。提出一种评价快速路出入口间距合理性的方法,在交通仿真模型基础上,引入DEA/AHP二阶段评价过程,既可对交通问题进行真实地再现分析,也可克服传统评价过程中存在的指标非均一性、量纲不统一以及指标权重确定过于主观的缺点。通过不同设置形式出入口的仿真案例分析,获得与既有文献中计算值基本吻合的结果。     

国外无人机自主飞行控制研究

无人机自主飞行控制的研究属于飞行控制的前沿问题,其目的是实现无人机的自主飞行控制、决策和管理。由于其高度的复杂性和智能性,在理论和工程实际上尚处于起步阶段。结合近年来国外的发展状况和一些主要的研究成果,对无人机的自主飞行控制的研究进行了概述。首先介绍了自主控制的概念,然后分别探讨了无人机自主飞行控制中几个相关的关键问题,主要包括飞行中规划与重规划,自主飞行控制的分层结构,以及无人机自主着陆等问题,最后对未来的发展方向和面临的挑战进行了展望。     

在复杂大气条件下的飞机自动着陆控制器设计与仿真

对飞机整个自动着陆过程的控制进行了设计,主要采用逆系统方法设计控制律,并用神经网络对控制律进行了鲁棒补偿,神经网络的学习规则为带有死区的关于神经网络灵敏度的线性函数。对于在自动着陆过程中可能遇到的紊流和风切变等几种典型大气情况进行了分析,并将所设计的着陆控制律在上述复杂大气条件下进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的自动着陆系统对复杂大气条件具有鲁棒性,着陆过程中实际飞行高度与期望飞行高度的误差在合理的范围之内。     

无人直升机自主着舰轨迹跟踪控制

着舰飞行过程中的轨迹跟踪控制能力是影响舰载无人直升机性能的关键因素,针对无人直升机模型不确定性和在飞行时受阵风干扰的问题,基于扩张状态观测器(extend stated observer, ESO)和动态面策略提出一种应用于无人直升机自主着舰的轨迹跟踪控制方法。首先,建立无人直升机数学模型。其次,设计复合扰动ESO,用来观测未建模动态和外界阵风扰动的影响,并采用前馈补偿的方式来抑制系统不确定性,实现系统对扰动的鲁棒性。然后,采用内外环形式的分层结构设计轨迹跟踪控制器,采取动态面策略避免反步法“微分爆炸”和控制参数调整不敏感的问题,并采用Lyapunov方法证明了整个系统是一致渐进稳定的。最后,采用课题组在研直升机进行了仿真实验,仿真结果表明该控制器具有较好的轨迹跟踪性能。     

欠驱动VTOL飞行器的位置反馈动态面控制

针对非最小相位欠驱动垂直起降飞行器系统,提出一种位置反馈动态面控制算法。首先设计高增益观测器,估计系统未知状态;然后采用动态面控制方法避免Backstepping设计存在的“微分爆炸”现象,同时简化控制律设计过程;最后采用Lyapunov直接法证明闭环系统所有信号一致有界,且跟踪误差通过调节控制器参数可以达到任意小。理论分析和仿真表明,所提方法能减轻计算负担,降低对系统状态的测量要求,实现飞行器位置准确跟踪,并对非线性建模的参数不确定性具有鲁棒性。     

固旋翼无人机垂直起降阶段抗风特性及其影响因素

为了评估四旋翼固定翼垂直起降复合布局无人机(简称固旋翼无人机)垂直起降阶段的抗风性能,本文以固旋翼无人机垂直起降阶段在风场中保持稳定为基础建立了抗风特性分析方法。以某双尾撑固旋翼无人机为算例,利用所提方法分析了该无人机抗风特性及其影响因素,分析结果表明该无人机在机头来流的工况下具有很强的抗风能力,侧面来流工况下无人机抗风能力较差,可以通过增加旋翼桨盘倾角、改变旋翼电机相对于重心的位置、优化尾翼等部件的气动外形等方法来改善无人机抗风能力。飞行试验验证了所提方法的可行性和分析结果的准确性。     

舰载机着舰航线侧方计时建模与分析

为了提高航母回收舰载机的成功率,针对舰载机在着舰航线的顺风飞行距离精准问题,进行侧方计时研究。考虑航母航行使下滑道距离变长,舰载机顺风边飞行时自然风速使地速变大,自然风对舰载机下降转弯产生漂移影响,基于飞行动力学理论,建立了舰载机在着舰航线上侧方计时的数学模型,并对此模型进行数值模拟分析。结论如下:本模型适合于不同重量、不同挂载、不同型号的常规起降方式的固定翼舰载机在着舰航线上进行侧方计时的计算。