基于跑滑系统约束的机场场面航空器跟踪算法研究

发布时间：2017-10-28 01:09

  本文关键词：基于跑滑系统约束的机场场面航空器跟踪算法研究

  更多相关文章： 空中交通管制 机场场面 目标跟踪 多模型 航空器

【摘要】：随着航班量的增加和机场跑滑系统日趋复杂,国内大型机场场面运行冲突日益频繁,极大地影响了机场的安全高效运行。国际民航组织提出的“先进场面运动引导控制系统(A-SMGCS) "从目标监视、路径规划、冲突监控和滑行引导四个功能模块提升机场场面运行管理水平,已成为国内外空管领域理论研究的热点。其中,目标监视是实现其他功能模块的基础。本文重点在A-SMGCS的框架下,对机场场面内航空器这一类目标的跟踪监视进行研究。首先,对机动目标跟踪理论进行研究,对比分析了扩展卡尔曼滤波器、不敏卡尔曼滤波器和转换量测卡尔曼滤波器的滤波性能；其次对机动目标跟踪模型进行了对比分析。然后,对机场跑滑系统以节点和扩展节点的形式进行数学建模,将管制指令约束融入路段匹配方法中,结合跑滑系统约束,研究机场场面航空器跟踪算法中的过程噪声修正方法、量测预处理方法和跟踪状态变量估计修正方法；然后考虑机场场面航空器机动性的特点,建立以路段信息为基础的航空器运动模型集,结合交互式多模型算法,分别采用固定结构的多模型算法和基于路段信息匹配的变结构多模型算法对机场场面上单一航空器进行跟踪,仿真结果表明,基于管制指令约束和跑滑系统约束下的变结构多模型算法能更好的对机场场面运行的航空器进行精确跟踪,有效降低了垂直于跑道和滑行道方向上的跟踪误差。最后,考虑机场场面多杂波环境下的多航空器跟踪,以联合数据关联算法为基础,将其与交互式多模型算法向结合,根据管制指令约束和跑滑系统约束实现模型集的自适应设计,对机场场面上的多目标跟踪实现了有效跟踪；仿真结果表明,加入管制指令能有效降低有效模型数量,采用跑滑系统约束能有效降低机场场面航空器垂直跑道和滑行道上的跟踪误差。
【关键词】：空中交通管制 机场场面 目标跟踪 多模型 航空器
【学位授予单位】：中国民用航空飞行学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V355
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 选题背景11-12
• 1.2 国内外现状12-16
• 1.2.1 机动目标运动模型12-14
• 1.2.2 机动目标跟踪滤波算法14-16
• 1.3 论文研究内容与创新点16-18
• 第二章 机动目标跟踪理论18-30
• 2.1 目标跟踪滤波算法18-25
• 2.1.1 扩展卡尔曼滤波器19-21
• 2.1.2 不敏卡尔曼滤波器21-23
• 2.1.3 转换量测卡尔曼滤波器23-24
• 2.1.4 滤波器性能仿真对比分析24-25
• 2.2 机动目标跟踪模型25-29
• 2.2.1 Singer模型25-26
• 2.2.2 当前统计模型26
• 2.2.3 CA、CT和CV模型26-28
• 2.2.4 改进的CA、CT和CV模型28-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 基于跑滑系统约束的单航空器跟踪算法30-63
• 3.1 机场场面运行特点30-34
• 3.1.1 机场系统介绍30-31
• 3.1.2 机场跑滑系统研究31-33
• 3.1.3 机场场面航空器滑行特性研究33-34
• 3.2 机场跑滑系统建模研究34-36
• 3.2.1 机场跑滑系统建模规则34-36
• 3.2.2 机场跑滑系统数学模型36
• 3.3 跑滑系统约束在场面目标跟踪的应用36-42
• 3.3.1 跑滑系统约束对过程噪声的影响37-38
• 3.3.2 基于跑滑系统约束的量测预处理38
• 3.3.3 基于跑滑系统约束的状态修正38-39
• 3.3.4 基于跑滑系统约束的滤波算法对比研究39-42
• 3.4 基于跑滑系统约束的IMM算法42-51
• 3.4.1 跟踪原理42-44
• 3.4.2 跟踪步骤44-46
• 3.4.3 基于管制约束的路段匹配方法46-48
• 3.4.4 仿真分析48-51
• 3.5 基于跑滑系统约束的变结构IMM算法51-61
• 3.5.1 跟踪原理52-54
• 3.5.2 基于跑滑系统约束的VS-IMM算法设计54-59
• 3.5.3 仿真分析59-61
• 3.6 本章小结61-63
• 第四章 基于跑滑系统约束的多航空器跟踪算法63-81
• 4.1 概述63-72
• 4.1.1 概率数据关联算法63-68
• 4.1.2 联合概率数据关联算法68-72
• 4.2 基于跑滑系统约束的多航空器滑行跟踪算法72-76
• 4.3 仿真实验与结果分析76-80
• 4.4 本章小结80-81
• 结论与展望81-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位论文期间取得的学术成果87-88
• 致谢88

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本文编号：1105978