基于4D轨迹的航空器地面滑行动态路径规划及仿真系统研究

发布时间：2017-08-02 14:14

  本文关键词：基于4D轨迹的航空器地面滑行动态路径规划及仿真系统研究

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【摘要】：我国航空运输事业处于高速发展之中,国内各大机场不断扩建,机场的发展越来越需要机场场面实现自动引导及控制,地面滑行航空器的动态路径规划是机场实施自动控制及引导不可或缺的一部分。尤其是当机场场面条件复杂或者天气气象较差乃至恶劣时,对航空器实施动态路径规划至关重要。本文主要研究了地面滑行航空器的轨迹预测模型以及动态路径规划的关键技术,并建立了滑行航空器的动态路径规划仿真系统。静态路径规划算法首先要对场面的结构进行分析并搭建模型,接着基于A*算法的思想,将航空器滑行距离最短作为目标,计算航空器从起始节点到目标节点的K条静态路径,并将其作为可行滑行路径集。基于速度剖面拟合的航空器场面滑行4D轨迹预测的方法,将动态空间规整(Dynamic Space Warping,DSW)算法应用到速度剖面的拟合中,得出一种标称速度剖面的生成方法,并通过建立平均速度修正参数修正不同机型对滑行速度的影响,最后基于动力学平衡方程构造了标称速度到瞬时速度的映射,结合BADA数据实现对瞬时速度的修正。在上述分析的基础上得到航空器场面滑行4D轨迹预测模型。滑行航空器的动态路径规划将K条静态路径作为可行滑行路径集,依次为每条静态路径预测其4D轨迹,同时确保与其他航空器不发生冲突,最后求解出总滑行时间和总等待时延,保留具有最小值的路径作为规划的最优结果。为确保提出的动态路由算法的合理、有效,故设计并实现了动态引导场面航空器滑行的仿真系统加以验证。该仿真系统具有对机场场面运行情况的仿真功能,并成功完成了对航空器4D航迹的预测,同时还实现了动态规划航空器路由的功能。仿真系统基于CAT062报文格式设计了航空器流数据的产生和解析功能,能自动检测路径规划需求,并安排路径,实现机场场面的自动路由。
【关键词】：A-SMGCS 4D轨迹预测 K条最短路 A*算法 动态路径规划 时间窗 机场场面运行仿真
【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】：V35
【目录】：

• 摘要4-5
• 英文摘要5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题背景及研究意义12-13
• 1.1.1 课题研究背景12-13
• 1.1.2 课题研究意义13
• 1.2 课题研究的国内外现状分析13-15
• 1.2.1 机场场面结构建模方面的现状13
• 1.2.2 场面轨迹推测方面的现状13-14
• 1.2.3 机场场面滑行路径规划方面的现状14-15
• 1.3 本文主要内容15-17
• 第二章 滑行航空器静态路径规划方法研究17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 机场场面结构建模17-21
• 2.2.1 机场场面结构化简17-19
• 2.2.2 机场场面结构的有向图表示19-21
• 2.3 多条静态路径规划算法21-24
• 2.3.1 路径规划相关定义21-22
• 2.3.2 基于A*算法的静态路径规划22-24
• 2.4 滑行航空器静态路径规划案例分析24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 基于速度剖面拟合的航空器地面滑行 4D轨迹预测27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 航空器动态模型与速度剖面27-29
• 3.2.1 航空器滑行动态模型27-28
• 3.2.2 航空器滑行速度剖面28-29
• 3.3 历史轨迹数据的拟合分析29-31
• 3.3.1 标称速度剖面29-30
• 3.3.2 基于DSW距离的速度剖面拟合分析30-31
• 3.4 航空器 4D轨迹预测31-33
• 3.4.1 考虑不同机型的平均速度修正31-32
• 3.4.2 考虑不同运行条件下的瞬时速度修正32
• 3.4.3 4D轨迹实时预测32-33
• 3.5 航空器 4D轨迹预测案例分析33-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 基于 4D轨迹预测的滑行航空器动态路径规划方法研究36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 机场滑行道活动控制规范36-38
• 4.2.1 机场滑行道运行规则36-37
• 4.2.2 机场滑行道活动规范37-38
• 4.3 基于 4D轨迹预测的场面航空器滑行时间窗计算38-40
• 4.4 基于时间窗的场面滑行冲突探测及解脱40-45
• 4.4.1 对头冲突的探测与解脱40-41
• 4.4.2 交叉冲突的探测与解脱41-42
• 4.4.3 追尾冲突的探测与解脱42-44
• 4.4.4 滑行航空器动态路径规划求解44-45
• 4.5 滑行航空器动态路径规划案例分析45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 滑行航空器动态路径规划仿真系统47-65
• 5.1 引言47
• 5.2 仿真系统需求分析与框架设计47-51
• 5.2.1 机场场面仿真功能需求分析47-48
• 5.2.2 航空器地面滑行动态路径规划仿真系统整体框架48
• 5.2.3 航空器地面滑行 4D轨迹预测框架设计48-49
• 5.2.4 航空器地面滑行动态路径规划框架设计49-50
• 5.2.5 机场场面仿真框架设计50-51
• 5.3 机场场面结构建模及航空器运行建模51-52
• 5.3.1 机场场面静态场景建模51-52
• 5.3.2 航空器运行建模52
• 5.4 机场场面航空器路径规划的实现52-54
• 5.4.1 静态路径规划的实现52-53
• 5.4.2 动态路径规划的实现53-54
• 5.5 航空器流数据的生成与解析54-59
• 5.5.1 CAT062 报文格式说明54-56
• 5.5.2 航空器流数据的产生功能56-58
• 5.5.3 航空器流数据的解析功能58-59
• 5.6 路径规划仿真系统主界面及功能介绍59-64
• 5.6.1 服务器主界面及功能介绍59-63
• 5.6.2 客户端主界面及功能介绍63-64
• 5.7 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 本文的工作65
• 6.2 工作展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文71

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本文编号：609671