《低空空域多維度機動防撞模型及算法的研究》是依託電子科技大學,由林雲松擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低空空域多維度機動防撞模型及算法的研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林雲松
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前民航飛機使用的基於二次雷達監視技術（SSR）的機載防撞系統（TCASⅡ）只能進行垂直機動來防撞，不適合於低空空域通用飛機的飛行防撞，需要研製一種具有多維度機動防撞功能的新一代機載防撞系統。本項目在申請者參與成功研製了第一代國產的機載防撞系統（TCASⅡ）和廣播式自動相關監視系統（ADS-B）的基礎上，採用ADS-B監視源來代替SSR監視源，基於多種類型包圍體的實時碰撞檢測方法，結合通用飛機的飛行性能和飛行員的回響延遲，建立相應的衝突探測和碰撞解脫的數學模型，提供一種新的三維空域空中交通衝突探測和解脫方法。同時，採用機率法和確定法給出適合於通用飛機防撞的衝突探測判據、三維機動避讓措施的參數選擇以及防撞邏輯的處理方法。通過本課題的研究，可以闡明低空空域多維度機動防撞的物理機制，建立一套適合於低空空域通用飛機防撞的數學模型和算法理論，為我國自主研製適用於通用飛機的新一代機載防撞系統奠定基礎。
結題摘要
機載防撞算法的設計需要考慮很多複雜因素。首先，防撞算法需要考慮到由於感測器誤差導致的狀態不確定性以及飛機動態過程的不確定性；其次，還要考慮不同飛機飛行性能的限制（例如通航飛機的垂直機動能力和高度限制等）；另外還需考慮到飛行員回響的延遲和強度的不確定性。系統必須在保證高度安全的同時對空中可能的衝突情況做出謹慎的反應，以期將對安全正常飛行操作的干擾限制在最小的範圍內。根據本項目最初的設計要求，我們近年來主要開展了以下幾個方面的系統研究工作。首先我們根據通航飛機低空飛行的特點，採用以包圍體形成最小安全保護區的方法，建立了以球體和圓柱體為包圍體的通航飛機防撞模型。通過採用3D遊戲與計算機圖形學中關於相交性檢測的方法，對通航飛機的防撞模型進行了深入的理論分析。其次，建立了基於馬爾科夫決策過程(Markov Decision Process, MDP)的通航飛機防撞模型。防撞邏輯在做出決策時不僅考慮當前的狀態，而且也考慮到未來每條可能的飛行軌跡的機率以及未來可能做出的告警建議，使防撞系統能夠更加可靠地防止空中碰撞，同時能夠保持較低的告警率。另外，針對適用於機載防撞系統目標跟蹤的距離方位濾波器和非線性高度濾波器進行了套用研究。研究了同時考慮距離方向和距離正交方向殘差的距離方位濾波器。針對機載防撞系統對高度和高度率估計誤差的需求，通過對高度率的估計值與當前高度量化層占用時間觀測值的一致性檢測建立對非定常高度率的跟蹤模型。最後，我們設計了基於MDP的通航飛機機載防撞邏輯的最佳化流程，仿真結果表明：通過調整效用比參數可以在保證系統安全性能的同時有效降低系統的虛警率。在發生近空碰撞(NMAC)的相遇過程占比高達18%的情況下，當告警率大於0.85時系統的碰撞機率僅為2.88×10e-4。即使空域或監視系統發生改變時，也只需修改相遇模型進行重新最佳化。
