ADS-B的无人机冲突检测告警技术

针对无人机极易对载人航空器造成冲突且不易被及时发现,利用ADS-B技术,借鉴航空器TCAS工作原理,为无人机研发一种冲突检测告警机载设备。该机载设备由冲突检测和告警算法2个功能模块组成,无人机通过ADS-B机载设备获取合作目标的空中交通情景意识,计算目标航空器与本机之间CPA矢量值,通过矢量决断算法,来判断二者是否存在潜在冲突并触发告警。仿真实验结果表明,该技术能对潜在的飞行冲突提前预警,有效降低冲突的发生概率。     

TCAS Ⅱ与ADS-B数据融合新算法

针对空中交通流量越来越大,TCAS Ⅱ无法满足日益增长的防撞需求,提出了根据估计误差协方差最大特征值加权的数据融合算法.该算法首先分析TCAS Ⅱ和ADS-B的原理和特点,阐述了结合ADS-B优势发展组合监视的必要性,重点介绍组合监视区域,采用Kalman滤波对飞机进行目标跟踪,对局部滤波得到的航迹进行加权融合,得到最优估计,对算法进行仿真,结果验证该算法能够得到较高精度数据,黾高监视能力,增强防撞性能.     

一种基于ADS-B信息的冲突告警算法

为了解决飞行流量持续快速增长导致的飞行安全问题,给出一种基于ADS-B信息的冲突告警算法。该算法的目的在于发现终端区或机场附近可能存在的飞行冲突,为飞行员采取避让措施提供足够的时间。算法主要由2个模型构成：第1个模型是飞行冲突区域划分模型,该模型包含保护空域(PAZ)和冲突空域(CAZ)2个区域;第2个模型是飞行冲突探测模型,该模型首先对冲突目标初选,然后对有可能发生飞行冲突的飞机从竖直和水平2个方向进行冲突探测并根据探测结果发出相应的告警信息。经大量的Monte-Carlo仿真实验表明该算法性能良好,能及时有效地发现飞行冲突,对确保终端区或者机场附近的安全有着重要意义。     

ADS-B与TCAS II数据融合算法研究

面对空中交通密度越来越大,TCAS II在实际应用中暴露出的虚警和不必要告警等问题愈加明显。为了提供可靠连续的监视信息,提高防撞系统的性能,给出了一种ADS-B与TCAS II组合监视数据融合算法。该算法首先建立了飞机状态空间模型,并分析了ADS-B和TCAS II数据内容和特点,然后研究了数据融合前需要解决的关键问题,利用Kalman滤波器对数据进行处理,采用了在线性最小方差意义下的按标量加权最优信息融合准则和算法对数据进行融合。对该算法进行仿真,结果表明融合后的数据估计误差比任何一个传感器单独估计的误差都要小,说明该算法能够得到较高精度的数据,有效增强了防撞系统的性能。     

飞机防撞系统的建模与仿真

随着空中交通的日益繁忙,民用飞机的空中防撞显得尤为重要。根据飞机空中防撞的要求,首先详细研究了防撞的预警系统,得出了以飞机应答信号为主要信息的预警判断算法。在算法的基础上建立飞机防撞预警系统的仿真模型。采用仿真一体化软件(FLSIM),设计了飞机防撞仿真系统,给出了仿真的详细流程。通过以B747为例的仿真实验,验证了TCAS防撞预警算法的正确性,证明预警有效性,并为进一步开展飞机防撞系统的研究打下了基础。     

ADS-B信息的球状模型飞行冲突探测算法

随着空中飞行流量日趋增大,飞行器自由飞行过程中发生碰撞的可能性也越来越大,针对飞行器周围空域进行合理划分,给出了一种基于ADS-B信息的球状模型飞行冲突探测算法.该算法结合ADS-B的原理和特点,运用球状模型取代圆柱体模型对飞行器周围空域进行建模,然后进行冲突目标初选,对可能发生冲突飞行器的位置、航迹交叉点、距离进行计算并预估到达时间,与门限值比较判断能否发生碰撞,最后,对算法进行仿真.结果验证:算法能够更准确并且快速地完成冲突探测,并对驾驶员发出冲突告警,对防止飞行冲突的发生具有积极作用.     

基于FPGA和ARM的船舶防撞系统设计

研究设计了一种基于FPGA和ARM的船舶防碰撞告警设备。该设备主要应用在中小型船只上,与船上原有经济型航海雷达配合使用构成一个新系统。防碰撞告警设备从原航海雷达上采集雷达原始数据,并将数据进行变换和二次信息处理,使系统具有自动目标跟踪、危险目标自动识别以及各种危险目标告警的功能。在不影响原航海雷达功能的前提下,为其增加了防撞避碰的功能。     

民航空管自动化系统中CFL高度层保护功能研究

民航空管自动化系统是现代空中交通管制的核心系统,该系统将雷达、ADS-B等监视源获取的飞机位置、高度等信息进行融合处理,除显示基本的航班信息外,自动化系统的核心功能是提供航班冲突告警预测处理和低高度告警预测处理,这是确保民航飞行安全的基础。飞行高度差容差——CFL是这些告警更加精确化合理化的重要因素,笔者将通过实例围绕自动化系统中飞行高度层容差CFL对飞行短期冲突告警的影响进行探讨。     

基于初等运动的多机器人避碰及死锁预防

该文以一实际应用为背景提出了多移动机器人避碰及死锁预防算法,该算法将机器人的运行环境形式化地描述为初等运动集、冲突图、总任务集及机器人作业集,利用集合论、图论的有关方法及技术实现了多机器人间的避碰与死锁预防。当机器人的运行环境改变时,只需要对相应的集合描述文件进行修改,而不用对程序做任何屐改动。算法的另一个特点是利用避碰算法巧妙地完成了死锁预防。仿真和实际运行证明了该算法高效可靠。     

空管理系统中低高预警算法改进

预警和告警模块是空管系统的重要组成部分,对保证空中交通安全意义重大.及时准确地进行各类预警、告警是该模块的基本要求.本文对基于马赛克检测的低高告警算法做了分析,并针对该算法的不足给出了改进算法.     

机场地面飞机自动监视车载装置的设计与研究

为了有效地降低机场特种车辆与地面飞机存在的严重危险（如碰撞、气流冲击和损坏等）,采用广播式自动相关监视（ADS-B）和地面飞机的ADS-B报文解析和筛选算法、监视信息（位置、航向和速度）解码算法、安全区域数据库、触摸屏图形显示算法等关键技术,设计了一个主要具有自动监视地面飞机、动态显示地面飞机安全区域图形功能的机场特种车辆车载装置,为驾驶员提供可视化图形的辅助和指示。经试验和测试表明,自动监视结果清晰、准确、有效。     

光纤定位单元防碰撞分治标签算法

光纤定位单元的夹持机构在运行过程中可能出现相互碰撞现象,造成光纤单元定位失败及结构损坏。为此提出了一种从软件控制上规避单元之间相互碰撞的算法。该算法根据碰撞现象的特点,利用分而治之思想把碰撞现象进行碰撞类型划分。通过单元碰撞属性标签化方法生成碰撞标签。碰撞的单元根据碰撞类型和碰撞标签处理碰撞,从而规避碰撞,顺利运行至目标位置。软件仿真实验表明,提出的算法在保证单元规避碰撞的同时,也能够连续运行。     

基于PSO-IGA算法的高性能十字阵列的设计与综合

前碰撞预警系统是安全辅助驾驶领域的一项重要部分,通过计算机处理交通环境信息,当检测到潜在危险时,及时提醒并辅助驾驶员。采用计算机视觉方法,通过目标检测和跟踪算法,获取图像中目标车辆的位置和轨迹信息,并利用相机标定,计算当前车辆和前方车辆在世界坐标系中的距离、速度及轨迹等信息,综合该信息,实现前车碰撞时间预警、前车并线预警以及非机动车预警算法。在前车并线过程中,利用轨迹信息实时检测前车并线意图,及时提示驾驶员注意避让前方车辆。实验表明,本文提出的预警算法具有较高的准确性和鲁棒性,特别在高架或高速道路场景下,并线预警算法能检测到前车的并线意图,及时预警。     

A Multi-Point Distance-Bounding Protocol for Securing Automatic Dependent Surveillance-Broadcast in Unmanned Aerial Vehicle Applications

The Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) protocol is being adopted for use in unmanned aerial vehicles (UAVs) as the primary source of information for emerging multi-UAV collision avoidance algorithms. The lack of security features in ADS-B leaves any processes dependent upon the information vulnerable to a variety of threats from compromised and dishonest UAVs. This could result in substantial losses or damage to properties. This research proposes a new distance-bounding scheme for verifying the distance and flight trajectory in the ADS-B broadcast data from surrounding UAVs. The proposed scheme enables UAVs or ground stations to identify fraudulent UAVs and avoid collisions. The scheme was implemented and tested in the ArduPilot SITL (Software In The Loop) simulator to verify its ability to detect fraudulent UAVs. The experiments showed that the scheme achieved the desired accuracy in both flight trajectory measurement and attack detection.

     

基于Copula模型实现的车辆碰撞协同预警

近十年来,智能交通系统(ITS)和车载网络开始融合紧密,从而彻底改变了事件侦查和交通信息传送的方式。车辆碰撞协同预警系统是其中一个重要方向。根据预设的一系列车辆碰撞协同预警系统(CCWS)的参数,如前后两辆车之间的距离、司机的反应时间、相对速度和加速性能等,采用Copula模型对这些参数进行分析并得到车辆发生碰撞的条件概率,从而为其建立相互的联系,从全局的角度多方面对碰撞作出预测。最后的仿真验证了此分析结果的正确性。     

一种新的航空自组网混合路由算法

路由算法是航空自组网研究的重点和难点。针对目前对航空自组网高动态路由研究较少的现状,考虑到飞机节点高动态但局部结构相对稳定的特点,通过将ADS-B系统整合到路由表建立过程中,设计了一种基于分簇和地理位置信息的混合路由算法CGCR。应用ADS-B消息中的节点位速和飞行意向数据预测节点运动趋势,从而选择最优下一跳节点。通过扩大下一跳选择区域策略来避免路由空洞的产生。仿真结果表明,CGCR具有良好的性能。     

一种基于最小二乘法的船舶碰撞计算方法

针对海上船舶碰撞时的航行路径特征,提出一种基于最小二乘法的船舶碰撞点计算方法,根据船舶碰撞前的历史全球定位系统航行数据,利用墨卡托投影变换,在墨卡托直角坐标系中拟合出船舶航行路径函数,结合船舶航速、危险距离阈值,判断两船的航行拟合函数的交点是否为可能碰撞点。仿真实验分析比较和实际应用结果表明,该方法的计算误差小于传统方法。     

基于FlightGear的A-SMGCS场面活动三维仿真

针对A-SMGCS系统场面活动三维仿真问题,提出一种以开源模拟飞行器FlightGear为场景仿真平台,以实时ADS-B监视数据为驱动,以Linux为操作平台的机场场面活动三维仿真系统设计新方法。仿真系统按照实际机场模型进行机场布局设计,飞机、航站楼、塔台三维建模,地形数据生成,对真实机场环境进行了完整建模。由于ADS-B监视数据缺少飞机姿态信息,提出一种根据位置数据推算出姿态信息的新方法。首先把ADS-B监视数据进行航迹卡尔曼滤波,然后根据飞机前后两个位置的空间连线矢量计算飞行姿态。通过FlightGear多机网络数据接口导入飞机定位数据与姿态数据驱动飞机模型运动,实现了对飞机运动的六自由度仿真。仿真结果表明,该系统能逼真、准确再现真实机场飞机实时活动情况。由于完全基于开源软件设计,该系统低成本实现了对场面活动的实时三维仿真。