A-SMGCS滑行道冲突预测与避免控制

针对先进机场场面引导与控制系统(Advanced surface movement guidance and control system,A-SMGCS)滑行道冲突预测与避免控制,提出基于事件反馈的闭环控制框架,并重点解决对头冲突预测与避免控制问题。建立滑行道受控着色Petri网模型。提出航空器可控滑行路段概念,并给出其对应子模型的生成规则。利用子模型中环路和环路链,给出无对头冲突的充分必要条件。提出对头冲突避免控制策略,以及适合实时控制的对头冲突预测与避免控制算法。算例表明本文能根据场面状态及时识别对头冲突并实现冲突避免。

面向冲突避免的航空器场面滑行引导方法

为避免大型高密度机场航空器之间可能发生的冲突,提出了一种基于混杂系统结构的滑行引导方案.建立了航空器滑行连续动力学模型和航空器在滑行道直线段、交叉口运行的离散事件动态系统模型,通过场面运行观测器建立了连续状态到离散状态的映射.采用禁止状态线性不等式约束和禁止状态逻辑互斥约束,描述场面运行模型应遵循的控制规范,并给出满足控制规范的离散控制器设计方法.最后建立了运行模型中可控变迁的使能状态到场面冲突控制策略的映射.通过助航灯光沙盘控制系统的验证表明,该滑行引导方法能及时对可能冲突的航空器采取恰当的控制策略,并实时生成航空器滑行操纵指令,能有效避免航空器滑行冲突.

基于DEDS的A-SMGCS航空器动态滑行路径规划

为实现先进场面引导与控制系统中航空器动态滑行路径规划,建立了基于静态路径规划、动态路径规划和实时路径更新的总体框架。依据跑道、滑行道和停机坪使用规则建立基于Petri网的场面活动模型及线性不等式约束的活动控制规范,给出了当前规划航空器在满足与场面其他滑行航空器不冲突条件下的极大代数状态方程,并将静态预选路径作为可行解对滑行路径进行动态优化。针对滑行中出现的时间偏差,采用时间窗调整或再规划策略更新路径。仿真实例结果表明,动态路径规划从战术上避免滑行冲突,减少航空器的等待时间,显著提高了场面交通容量。

多点定位混叠信号的盲分离

将盲分离算法应用到多点定位系统的抗干扰处理中,介绍了对多点定位的干扰形式和混叠情况,分析了分离混叠信号的物理依据和相应的方法,阐述了盲分离算法的原理和白化方法。采用盲分离领域的快速固定点算法分离和重构信号,结合多点定位系统的特点作了相应改进,给出了详细的步骤。仿真结果表明,快速固定点算法能够有效分离多点定位系统的S模式混叠信号,获得了较高的成功率。

基于DES监控理论的滑行道对头冲突控制策略

为克服场面开环控制模式难以应对随机事件的缺陷,提出场面运行闭环控制框架.基于DES(离散事件系统)监控理论,研究A-SMGCS(先进机场场面引导与控制系统)滑行道对头冲突控制,建立了面向滑行道物理布局的扩展受控Petri网模型.利用航空器滑行路径序列得到精简滑行模型,并考虑环路和环路链,给出无对头冲突的充分必要条件,提出了滑行道对头冲突避免控制策略以及相应的控制律决策算法.算例仿真试验表明,本文提出的策略能根据场面状态实时识别对头冲突并实现冲突避免.

采用多视频融合的机场场面监视方法

以非协作式监视技术特征为依据,采用多视频融合处理技术,提出了一种专门针对中小型简易机场的场面目标监视方法。该方法通过光流法计算运动场,依靠动态模糊聚类自适应地分析运动场,最后依靠多视频融合来提高检测精度。实验表明,本方案不仅可行,而且可以有效地抑制50%以上的测量误差,为中小型简易机场的场面监视雷达提供了另外一种备份手段。

基于FlightGear的A-SMGCS场面活动三维仿真

针对A-SMGCS系统场面活动三维仿真问题,提出一种以开源模拟飞行器FlightGear为场景仿真平台,以实时ADS-B监视数据为驱动,以Linux为操作平台的机场场面活动三维仿真系统设计新方法。仿真系统按照实际机场模型进行机场布局设计,飞机、航站楼、塔台三维建模,地形数据生成,对真实机场环境进行了完整建模。由于ADS-B监视数据缺少飞机姿态信息,提出一种根据位置数据推算出姿态信息的新方法。首先把ADS-B监视数据进行航迹卡尔曼滤波,然后根据飞机前后两个位置的空间连线矢量计算飞行姿态。通过FlightGear多机网络数据接口导入飞机定位数据与姿态数据驱动飞机模型运动,实现了对飞机运动的六自由度仿真。仿真结果表明,该系统能逼真、准确再现真实机场飞机实时活动情况。由于完全基于开源软件设计,该系统低成本实现了对场面活动的实时三维仿真。

A-SMGCS滑行道交叉口引导灯控制指令决策方法

为实现A-SMGCS(先进机场场面引导与控制系统)中滑行道交叉口引导灯控制指令的自动决策,提出了一种基于Petri网的控制决策方法.首先应用Petri网构建交叉口运行动态模型,并建立相应的标识控制规范.然后,针对航空器在交叉口资源占用冲突,利用动态模型的优先控制使能变迁来决策引导灯指令,以控制航空器在交叉口的运行顺序,并给出对变迁进行优先控制使能选择的充要条件和遴选算法;构造有色监视器对模型的标识控制规范遵循情况进行监视,并结合优先控制使能变迁遴选算法提出引导灯控制指令决策算法.最后,通过算例说明了交叉口引导灯控制决策方法的有效性.

A-SMGCS航空器场面滑行初始路径规划

依据先进机场场面引导与控制系统(A-SMGCS)3阶段路由规划策略,给出1种基于Petri网和遗传算法(GA)的A-SMGCS航空器滑行初始路径规划方法,为航空器确定由最优和s-1个次优滑行路径组成的初始滑行路径集合。提出1种基于模块化建模思想、面向路由规划的场面运行扩展赋时库所Petri网建模方法,并对航空器场面滑行特征进行分析;采用Petri网模型的变迁激发序列进行染色体编码,并考虑场面运行管制规则,分别给出染色体合法性检测与修复、交叉和变异算法。以某机场实际运行数据为基础,采用所给方法为所有进离港航班规划初始滑行路径,通过算法时间性能分析以及为实际航班规划初始滑行路径,验证所给方法的有效性。

A-SMGCS中的航迹关联设计与实现

针对民航先进场面引导与控制系统(A-SMGCS)下的多传感器航迹关联融合问题,提出一种快速的航迹关联方法。该方法与基于分布式的联邦卡尔曼滤波相结合,构成一种稳定可靠的系统结构,并结合场面监视传感器特性,达到效率与精度的平衡。仿真实验结果表明,该关联方法是有效可行的,且具有较高的精度和处理效率。

基于事件驱动型传感器网络的场面目标跟踪方法

针对传统机场场面监视手段的固有缺陷,为避免在机场发生航空器/车辆入侵跑道,将事件驱动型传感器网络引入到场面目标监视中,研究了1种基于灰色序列输入扩张状态观测器的场面目标跟踪方法。该方法采用灰色模型对速度序列进行建模,弱化了原始速度序列随机干扰的影响,并结合目标运动模型辨识理论设计了1类扩张状态观测器观测系统状态,实现了场面运动目标跟踪与模型参数辨识,应用仿真算例对模型和方法进行了验证,x轴速度误差峰值不超过2.6m/s,该方法具有所需数据少、预测精度高和无需先验信息的特点。

基于VDL-4技术的机场场面车辆管理系统研究

介绍了VDL-4数据链通信技术与GPS定位技术,并利用其设计了一套实用化的机场场面车辆管理系统。分析了该系统中的车载终端系统采用GPS+航位推算(DR)+地图匹配(MM)技术不仅可以提高系统的定位精度,而且也可以提高抗GPS遮挡能力。由于VDL-4数据链符合ADS-B技术标准,也便于将该系统扩展到飞机上应用,实现统一的场面管理。

机载移动端场面引导软件设计与仿真研究

为了减轻飞行员在繁忙机场场面运行的工作负荷,提升场面运行安全与效率,设计了一种基于移动电子设备运行的场面引导软件。其采用可扩展架构和模块化功能设计,通过无线通信网络与综合场面监视系统交联,实现场面引导功能。仿真测试表明,机载移动端场面引导软件能够为飞机在场面滑行操作提供路径引导信息和冲突告警提示,可提升运行效率和安全性,具有一定的使用价值。

基于Petri网的A-SMGCS航空器滑行路由指派

依据A-SMGCS(先进机场场面引导与控制系统)三阶段路由规划策略提出一种基于Petri网的航空器滑行路由指派方法.首先给出一种场面运行时间窗约束Petri网模型构造算法,以及一种基于不变状态的行为演变算法,实现以航空器滑行冲突避免为目标的可行滑行路由求解;其次利用单亲遗传算法、以可行路由解作为初始种群,设计一种新的换位变异混合算子,实现以滑行成本最少为目标的滑行路由指派;最后基于Anylogic平台将所给路由指派方法与实际场面管制中固定路由指派方法进行对比.研究表明,所给方法收敛性良好,能减少航班平均滑行时间和机位推出延误.