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存在冲突。通过使用某繁忙终端区真实广播自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)历史轨迹数据进行实验,并将该方法与同一数据集上的单一长短时记忆网络(long short-term memory,LSTM)模型和门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)模型进行了比较。仿真实验表明,CNN-BiGRU模型的评价指标均优于对比模型,同时预测的两条航迹在未来800 s内不存在冲突。所提出的方法为空中交通管理提供了一种有效的手段,具有重要的应用价值。

基于定位、速度双误差的物流无人机碰撞概率分析

物流无人机(UAV)批量运行会存在一定的碰撞风险,为量化UAV之间在空中的碰撞概率,针对物流UAV空中运行阶段开展建模分析其碰撞风险。基于冲突区域理论,建立定位、速度双误差的UAV碰撞概率模型,分析不同夹角情况下物流UAV碰撞概率变化情况。分析识别美国联邦航空管理局官网中关于民用小型UAV的事故/事件数据中的关键风险因素。结合2万飞行小时的物流UAV故障数据建立UAV安全飞行间隔模型,给出可接受安全水平下的最短飞行间隔。探究在给定飞行间隔前提下不同航迹角以及不同风向对UAV之间碰撞概率的影响。结果表明:当物流UAV之间最短安全间隔大于90.71 m时,所有飞行场景下UAV的风险水平均在可接受范围之内。当航迹角为30、60、90°时,碰撞概率随风向变化的波动范围较小,其中,航迹夹角为90°时最稳定。而当夹角为140°时,碰撞概率的波动范围较大,UAV安全飞行对环境因素更为敏感。

飞行计划冲突预探测算法研究

对飞行计划冲突预探测进行了彻底的研究,给出了相应的预探测算法。在对各种冲突类型进行研究的同时,针对航迹交叉时横向间隔的冲突探测——预探测中最困难的问题,给出了相关的探测模型,结合严密的数学理论推导,得出相关的求解公式,全面地解决了该问题。当冲突存在时,该算法确定地给出冲突时间段和冲突的航路段。实践表明,该算法是非常有效的。

基于飞行姿态的潜在冲突预警算法

将冲突探测与飞行器的飞行姿态联系起来,将不同飞行姿态的不同取值标准应用于当前位置告警检测及高度与水平间距预测的预推算法中,使得飞行器的飞行冲突探测算法更加合理、准确。算法在实际飞行检验中,取得了较好的效果。

航迹预测方法在航路飞行中的应用

通过选择适当的坐标和符合民航飞机实际的飞行运动模型,以雷达数据为观测信息,对空中交通管制轨迹预测进行动态仿真,验证飞行运动模型的可行性和有效性。介绍了大圆航迹的推测思路和算法,研究了等角航迹的航路推测,探讨了大圆航迹推测算法的实现。

基于实时飞行数据的航迹冲突滚动预警

针对民航ADS-B广播消息的强实时性特性,提出基于ADS-B广播消息的航迹冲突滚动预警方法;该方法是一种蒙特卡罗仿真方法和当前统计模型相结合的仿真预测方法,利用蒙特卡罗采样的随机性多次仿真,得到一个预测航迹族,空间区域内这些随机航迹段的数量反映未来飞机飞经该区域的概率。该方法可用于意图验证、冲突预警、失速螺旋预警、重着陆预警等诸多方面,以飞机航迹冲突概率为例进行计算,仿真结果验证了该方法有效性。

一种航空器跟踪预测飞行冲突检测算法

为了实现空中航空器运行状态的实时监控,达到航空器空中交通的有效管理,提出了一种跟踪预测飞行冲突检测算法.该算法首先建立航空器飞行冲突检测模型,然后根据当前时刻各个航空器之间的空间间隔和航空器飞行轨迹的预测结果,判断不同时刻预测轨迹的空间间隔并给出冲突检测结果.最后,设置仿真场景,进行了仿真.仿真结果验证了该算法的有效性.