低空救援航空器航迹预测与冲突解脱研究

发布时间：2017-04-12 23:11

  本文关键词：低空救援航空器航迹预测与冲突解脱研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在应急救援活动中,以直升机为主要运载工具的航空救援由于具有快速、高效、受地理因素限制少等优势而被世界各国广泛应用。在我国汶川、玉树地震等重大自然灾害的救援过程中,航空救援更是发挥了不可替代的作用。除此之外,随着《低空空域管理使用规定》发布,低空开放政策逐渐升温,也让航空器的低空运行安全成为的研究热点。本文主要针对重大灾害下的通用航空器在低空救援中存在的飞行安全问题,从前期的飞行计划修正和飞行中的实时航迹预测入手,对飞行冲突进行探测,并在此基础上实现低空救援空域中多航空器的自主避险。首先,针对低空风对规划航迹的影响,提出了一种低空风预测模型,通过应用基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的数值气象预报释用技术,将观测点的风速、风向记录数据与预报值进行融合,校正预报数据的系统误差,得出修正预测值;将航空器的爬升率、巡航速度等性能参数与所经航路点的风矢量结合,修正各航路点的过点时刻。其次,针对飞行中的轨迹预测问题,提出了基于航空器飞行状态模式估计和飞行意图推理的航迹预测算法。该算法结合了交互式多模型算法和改进的意图推理算法的优点,有效降低了两种算法单独使用时的预测误差,进而提高了飞行轨迹预测精度。最后,在预测轨迹的基础上,提出了基于安全间隔和保护区的冲突探测模型、基于预警时间的两机或多机冲突判定方法,在探测到冲突时,将每架航空器当作一个智能体Agent,依据结合实际救援情形确立的优先级规则,通过协商确定每个Agent的解脱顺序,并根据冲突态势选择解脱机动方式,生成相应的解脱轨迹,实现协作式的冲突解脱,从而达到保证飞行安全的目的。
【关键词】：低空救援 航迹预测 无迹卡尔曼滤波 交互式多模型 意图推理 Agent模型
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V355;V328
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外理论研究和应用现状10-15
• 1.2.1 航迹修正方法国内外研究现状10-11
• 1.2.2 航迹预测算法国内外研究现状11-12
• 1.2.3 飞行意图推理算法研究现状分析12-13
• 1.2.4 冲突探测算法国内外研究现状13-14
• 1.2.5 冲突解脱算法国内外研究现状14-15
• 1.3 本文研究的主要内容15-17
• 第二章 基于气象预测模型的低空规划航迹修正方法17-30
• 2.1 基于空间插值模型的预报数据获取17-20
• 2.2 基于UKF的气象数据融合20-22
• 2.3 基于速度矢量合成的航迹修正22-23
• 2.3.1 风对地速的影响22-23
• 2.3.2 航路点到达时刻的计算23
• 2.4 案例仿真23-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 基于混合估计和意图推理的航迹预测30-48
• 3.1 混合估计算法30-34
• 3.1.1 航空器运动模型30-34
• 3.1.2 IMM算法34
• 3.2 意图推理算法34-39
• 3.2.1 CV、CA模式下的意图推理34-37
• 3.2.2 CT模式下的意图推理37
• 3.2.3 CH、CD模式下的意图推理37-38
• 3.2.4 意图推理算法流程38-39
• 3.3 基于飞行状态和飞行意图的航迹预测算法39-43
• 3.4 案例仿真43-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 实时飞行冲突探测与解脱48-68
• 4.1 飞行冲突探测48-51
• 4.1.1 基于预测飞行轨迹的冲突探测模型48-50
• 4.1.2 基于保护区的冲突探测模型50-51
• 4.2 冲突模式划分51-55
• 4.2.1 基于预警时间的冲突模式判定51-52
• 4.2.2 两机冲突模式52-54
• 4.2.2.1 两机飞行冲突52-53
• 4.2.2.2 机队飞行冲突53-54
• 4.2.3 多机冲突模式54-55
• 4.3 基于Mulit-Agent系统的实时飞行冲突解脱55-62
• 4.3.1 航空器Agent模型56
• 4.3.2 解脱优先级规则56-57
• 4.3.2.1 单机冲突解脱优先级57
• 4.3.2.2 机队冲突解脱优先级57
• 4.3.3 无冲突飞行轨迹生成57-62
• 4.4 案例仿真62-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 论文总结68
• 5.2 工作展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 在学期间研究成果75-76
• 附录76-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：302264