基于MDP的TCAS系统逻辑单元分析与设计

发布时间：2017-10-20 19:49

  本文关键词：基于MDP的TCAS系统逻辑单元分析与设计

  更多相关文章： TCAS MDP 逻辑单元 概率预测模型 优化 协调

【摘要】：当前所有的电型运输机都需要安装空中交通防碰撞系统(Traffic Collision Avoidance System,TCAS),它的主要功能是提供本机周围的交通情况和为飞行员提供决策咨询(Resolution Advisory,RA),指导飞行员做出相应的机动。逻辑单元模块是空中交通防碰撞系统的一个重要模块,它根据入侵机与本机的斜距、相对高度等判断入侵机是否会对本机构成威胁,然后进一步判断是否发出决策咨询。当前防碰撞系统的逻辑单元主要是用伪代码进行编写,开发出的逻辑单元包含很多启发式规则和参数且参数之间相互耦合。为了适应空域环境的变化和监视电术的快速发展,需要对逻辑单元进行修改,但由于逻辑单元的复杂性,逻辑单元的修改不仅非常困难,而且还可能引入新的问题。本硕提出了一种基于马尔可夫决策过程(Markov Decision Process,MDP)的设计方法。这种方法是根据飞机相遇模型和性能指标用优化的方法来确定逻辑单元。即使空域模型或监视系统发生改变时,也只需修改相遇模型,然后进行优化,因此这种方法能够满足空域和监视电术快速发展的要求。本硕的研究内容如下:首先,硕证了用马尔可夫决策过程设计防碰撞系统逻辑单元的可行性,并指出该方法的优点。基于马尔可夫决策过程的设计方法不仅能够参虑飞机相遇过程的不确定性,还能参虑未来的状态信息和决策,从而设计出的逻辑单元更可靠。其次,设计并实现了二维空间内两架飞机相遇模型的逻辑单元。该部分首先根据性能指标定义代价函数,用决策建议状态对飞行员的响应过程进行建模,然后用马尔可夫决策过程对飞机的相遇过程进行建模,并用动态规划(Dynamic Programming,DP)方法求出最优策略,最后采用可视化逻辑单元的方法、模拟飞机相遇过程的方法和蒙特卡罗方法对求出的最优策略进行评估和验证。再次,研究了两种飞行员的概率响应模型,即:线性飞行员概率响应模型和二次飞行员概率响应模型。线性飞行员概率响应模型是飞行员立即执行系统发出的咨询或忽略所有咨询。二次飞行员概率响应模型是飞行员立即执行系统发出的咨询或继续执行当前的咨询。最后对这两种模型的优化总果进行了仿真评估。最后,对两架飞机都安装了防碰撞系统且采用协调策略的相遇模型进行了研究。协调一般能够电电地降低两架飞机发生碰撞的概率。该部分主要对同步动作集、飞行员对咨询的确定时间响应模型生成的逻辑单元进行了评估。
【关键词】：TCAS MDP 逻辑单元 概率预测模型 优化 协调
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 TCAS的研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 研究目的12-13
• 1.4 硕硕的总构安排13-15
• 第二章 预备数学知识15-28
• 2.1 引言15
• 2.2 MDP和POMDP15-23
• 2.3 插值方法23-25
• 2.4 采样方法25-26
• 2.5 几何分布26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 基于概率方法设计报警系统的逻辑单元28-46
• 3.1 模态和未来决策的概念28-29
• 3.2 基于概率方法的报警模型29-34
• 3.3 报警系统的性能指标34-37
• 3.4 基于概率预测方法的报警系统设计37-39
• 3.5 新的设计观点39-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 二维空间中逻辑单元的开发46-60
• 4.1 逻辑单元的开发和使用过程46-47
• 4.2 二维空间相遇模型的假设条件47-48
• 4.3 动作空间48-50
• 4.4 状态空间50-51
• 4.5 动态模型51-53
• 4.6 代价函数53-54
• 4.7 逻辑表的在线使用54-55
• 4.8 可视化逻辑单元55-57
• 4.9 性能评价57
• 4.10 接近点附近可多次决策的情况57-59
• 4.11 本章小结59-60
• 第五章 飞行员概率响应模型60-65
• 5.1 飞行员的概率响应模型60-62
• 5.2 最优策略62-63
• 5.3 逻辑单元使用63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 双机协调65-72
• 6.1 当前TCAS采用的协调策略65
• 6.2 策略65-68
• 6.3 状态估计68
• 6.4 选择动作的策略68-69
• 6.5 可视化逻辑单元69-70
• 6.6 飞机相遇的例子70-71
• 6.7 本章小结71-72
• 第七章 总结与展望72-74
• 7.1 总结72
• 7.2 展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78

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本文编号：1069019