民机机载防撞系统算法研究与仿真

发布时间：2017-08-17 06:13

  本文关键词：民机机载防撞系统算法研究与仿真

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【摘要】：民机机载防撞系统(TCAS)是飞机环境监视系统的一个重要组成部分。该系统是一种可以独立于地面空中交通管制系统的机载电子系统,对保证飞行安全起着十分重要的作用。在该系统当中,冲突探测和解脱是重要的功能,当飞机之间存在碰撞风险时,需要系统及时发出告警并规划出解脱路线,指导飞行员进行冲突解脱。本文首先介绍了机载防撞系统的产生背景、研究意义、国内外研究现状,之后详细阐述了TCAS的系统构成、工作原理和飞机保护区模型,为研究TCAS的避撞算法奠定了理论基础。本文基于外推法建立了两架飞机间的冲突探测模型,对TCAS垂直避撞算法进行了理论分析,并根据冲突探测模型和垂直避撞算法为两架飞机在垂直方向上制定规避策略,达到了两架飞机冲突解脱的目的。基于该算法,编写了相应的软件,该软件可以根据场景给出解脱路径,并将解脱过程实时显示,同时,通过参数的读取和更新,达到了人机交互的功能。该软件通过以太网与人在回路飞行仿真平台进行连接,在相关的场景下对解脱算法进行了仿真验证,证明了该算法的有效性。最后,在多架飞机的冲突解脱研究方面,针对传统算法的缺点,本文通过引入“角度信息”和“精英策略”对基本蚁群算法进行改进,并将改进的蚁群算法与飞机解脱模型进行有机整合,计算出解脱路径。经过仿真验证,该方法可应用于空域中多架飞机的冲突解脱,计算结果和效率均优于传统方法。
【关键词】：TCAS 规避策略 人在回路 改进蚁群算法 软件仿真
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V243
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11
• 1.2 研究意义11-12
• 1.3 研究现状12-14
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13-14
• 1.4 本课题研究的主要内容14-16
• 第二章 机载防撞系统与碰撞危险冲突16-27
• 2.1 TCAS系统概述16-18
• 2.1.1 TCAS分类16
• 2.1.2 TCAS构成16-18
• 2.1.3 TCAS相关标准18
• 2.2TCAS功能介绍18-23
• 2.2.1 TCAS功能分析18-20
• 2.2.2 TCAS输入20-22
• 2.2.3 TCAS输出22-23
• 2.3 碰撞危险冲突的概念23-26
• 2.3.1 间隔的种类24
• 2.3.2 间隔标准24
• 2.3.3 飞机保护区模型24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 两架飞机的冲突探测、解脱与仿真27-40
• 3.1 两架飞机的冲突探测27-29
• 3.1.1 冲突探测算法27-28
• 3.1.2 冲突风险评级及告警28-29
• 3.2 两架飞机的冲突解脱29-32
• 3.2.1 垂直规避算法29-30
• 3.2.2 应用实例30-32
• 3.3 冲突解脱软件仿真32-38
• 3.3.1 软件平台及环境配置32
• 3.3.2 冲突解脱软件32-34
• 3.3.3 包含人在回路的软件运行步骤34-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 基于蚁群算法的多架飞机冲突解脱40-54
• 4.1 引言40-41
• 4.2 基本蚁群算法41-46
• 4.2.1 蚁群算法基本原理41-42
• 4.2.2 基本蚁群算法的数学模型42-43
• 4.2.3 基本蚁群算法实现流程43-46
• 4.3 改进蚁群算法46-49
• 4.3.1 改进蚁群算法数学模型46-47
• 4.3.2 改进蚁群算法实现流程47-49
• 4.4 建模与仿真49-53
• 4.4.1 冲突解脱问题建模49-50
• 4.4.2 仿真结果及分析50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 工作总结54
• 5.2 研究展望54-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文60-62

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本文编号：687463