低空救援航空器航迹规划算法研究

发布时间：2017-10-10 00:07

  本文关键词：低空救援航空器航迹规划算法研究

  更多相关文章： 低空救援 航迹规划 飞行状态和模式估计 意图推理 Agent模型

【摘要】：我国是世界上发生自然灾害以及各类公共安全事故灾害最为严重的国家之一,而航空救援作为立体救援有机整体的重要一环,其具有快速、高效、受地理空间限制少等优势,已然成为社会各界高度关注和重视的对象。除此之外,随着《低空空域管理使用规定》发布,低空开放政策日渐成熟,也让航空器低空安全运行成为近几年备受关注的研究热点。本文主要针对重大自然灾害下的通用航空器低空应急救援飞行航迹规划问题,将低空救援航空器航迹规划问题划分为预战术和战术两个层面进行研究,最终要实现航空器实时自主地规划航迹。预战术层面通过结合实际的低空救援飞行环境,先针对单个航空器航迹规划问题,在三维空域网格划分的基础上,基于改进的A?算法得到最优的初始飞行计划航迹。在单个航空器初始飞行航迹基础上,结合时间窗原理,提出了两种方法解决了多航空器无冲突飞行计划航迹规划问题,并通过计算机仿真对两种方法进行了对比分析。战术层面则在预战术航迹规划的基础上,结合已划设的空域网格,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,摒弃了两种算法单独使用时的不足之处,进而能够确保预测得到的航迹实时准确。基于航迹预测的冲突解脱算法在探测到飞行冲突时,为了实现航空器自主避让飞行冲突,将航空器当作独立自主的智能体Agent,依据救援目视飞行规则,在Airspace模型上,构建Agent模型。基于优先级准则,进行非协作式航向调整冲突解脱策略,并提出了协作式航向调整冲突解脱策略思想,确保航空器能够得到最优无冲突飞行航迹。最后,仿真验证了该算法的实时性和有效性。
【关键词】：低空救援 航迹规划 飞行状态和模式估计 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】：2015
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外理论研究和应用现状10-16
• 1.2.1 航迹规划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12-14
• 1.2.4 冲突探测算法国内外研究现状14-15
• 1.2.5 冲突解脱算法国内外研究现状15-16
• 1.3 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 基于三维空域网格的低空飞行计划航迹规划方法18-28
• 2.1 问题描述及相关假设18-19
• 2.2 基于三维空域网格的单航空器最优飞行计划航迹规划方法19-21
• 2.2.1 单航空器最优飞行计划航迹规划方法19-20
• 2.2.2 改进的A?三维航迹搜索算法流程设计20-21
• 2.3 多航空器无冲突的预战术航迹规划方法21-22
• 2.3.1 以时间换空间的多航空器预战术航迹规划方法21
• 2.3.2 以空间换时间多航空器预战术航迹规划方法21-22
• 2.4 仿真验证22-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 基于混合估计和意图推理的航迹预测算法28-46
• 3.1 问题描述及相关假设28-29
• 3.1.1 问题描述28
• 3.1.2 相关假设28-29
• 3.1.3 参数符号定义29
• 3.2 混合估计算法29-33
• 3.2.1 航空器动力学模型30-32
• 3.2.2IMM算法32-33
• 3.3 意图推理算法33-38
• 3.3.1 改进的意图推理算法33-37
• 3.3.1.1 水平面上，CV模式下的意图推理算法34-36
• 3.3.1.2 水平面上，，CT模式下的意图推理算法36
• 3.3.1.3 基于航空器状态的意图模型函数以及意图推理相关性函数36-37
• 3.3.2 IIIA算法流程37-38
• 3.4 基于飞行状态和飞行意图的航迹预测算法38-42
• 3.5 仿真验证42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 实时的飞行冲突探测与解脱算法分析46-65
• 4.1 低空救援目视飞行规则46-48
• 4.1.1 目视飞行规则47
• 4.1.2 基于目视飞行和避让规则的低空救援目视飞行规则47-48
• 4.2 冲突探测与解脱总体网络结构48-49
• 4.3 基于航迹预测的冲突探测算法49-55
• 4.3.1 基于航迹预测的冲突探测算法具体流程49-51
• 4.3.2 保护区模型和三维空域网格模型51
• 4.3.3 基于航迹预测的冲突探测判定方法51-55
• 4.3.3.1 两航空器相遇的一般的冲突态势52-53
• 4.3.3.2 两航空器相遇的特殊冲突态势以及网格边界问题53
• 4.3.3.3 时间窗计算53-55
• 4.3.3.4 冲突判定55
• 4.4 基于Agent模型的实时航迹解脱算法分析55-60
• 4.4.1 基于Agent模型的冲突解脱算法56-57
• 4.4.2 Airspace模型和Agent模型的构建57
• 4.4.3 优先级判定准则57-58
• 4.4.4 确定无冲突最优路径算法58-60
• 4.4.5 两种解脱策略定性分析60
• 4.5 仿真验证60-64
• 4.5.1 飞行冲突探测60-61
• 4.5.2 飞行冲突解脱61-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 论文总结65-66
• 5.2 工作展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 在校期间研究成果72-73
• 附录73-81

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本文编号：1003189