基于ADS-B和TCASⅡ机载综合防撞系统设计研究

针对TCASⅡ存在的组成设备多、交联关系复杂、使用过程中出现虚警和不必要的告警等问题,结合国内军民航飞机特点提供了一种结构简单、集成化程度高、交联关系简单的机载综合防撞系统,它以TCASⅡ为基础,将ADS-B信息和TCASⅡ信息融合送入TCASⅡ决策单元,提供机载监视、冲突检测和决策信息,增加了载机监视范围,提高了冲突检测精度,增强了防撞功能,并具有多航管应答自动抑制功能.     

基于TCASⅡ和ADS-B的组合监视防撞系统研究

为了有效地保持空中运行航空器的最小安全间隔和增加空域容量,急需发展独立可靠的空空监视和冲突检测与防撞系统.提出一种集合TCASⅡ和ADS-B技术的组合监视防撞系统,它以TCAsⅡ为基础,将ADS-B信息和TCASⅡ信息融合送入TCASⅡ决策单元,提供机栽监视、冲突检测和决策信息;同时以基于当前统计模型的卡尔曼滤波算法为...     

编队飞行防撞系统防撞模型研究

针对飞机编队飞行防撞系统的功能要求,采用时间碰撞威胁度和空间碰撞威胁度的方法建立了编队飞行碰撞威胁的探测模型,给出了基于机载防撞系统的编队飞行模拟测试系统的仿真方法和测试方案,并且进行了计算机仿真和测试.仿真结果表明,该编队飞机防撞模型能够为飞行员提供侵犯告警咨询信息和正确编队的位置指示.     

机载防撞系统干扰限制功能的设计与实现

针对机载防撞系统( TCAS)空对空通信时存在的同步混扰,采用飞机分布因子结合问询功率和问询速率的控制方法,建立了干扰限制的数学模型,给出了TCAS监视功能干扰限制的设计流程。按照DO-185 B标准定义的高密度飞机分布环境,采用计算机仿真得到了TCAS干扰限制功能在高密度空域中统计性能,对不同监视区域中TCAS应答机的占用率与DO-185 B的设计需求进行比较,验证了设计的干扰限制功能的有效性和实用性。仿真结果表明干扰限制算法能够满足高密度空域中TCAS监视功能的要求,在TCAS干扰限制功能的设计和性能评估方面具有实际应用价值。     

基于当前统计模型的TCAS/ADS-B组合监视系统数据融合算法

比较了空中交通警戒与防撞系统(TCAS)和自动相关监视系统(ADS-B)的监视原理,构建了TCAS/ADS-B组合监视系统,对组合监视系统的监视区域进行了划分。采用当前统计模型的数据融合算法,得到了优化的TCAS局部轨迹估算和优化的ADS-B局部轨迹估算,以及优化的融合轨迹估算。仿真结果显示,最大优化融合位置误差为100 m,证明该组合监视系统可以提高目标飞机轨迹估算的准确度,从而提高TCAS的监视精度。     

某型运输机机载防撞系统交联实现方案

为了减少和避免飞机相撞的危险,飞机上需要加装机载防撞系统。但是机载防撞系统不是一个独立的系统,需要与其他机载设备交联。通过分析机载防撞系统交联关系以及与机载设备的接口特性,提出了某型运输机机载防撞系统与原机设备通过研制接口适配器实施交联的方法,给出了接口适配器的技术实现方案。据此方案研制的接口适配器已成功应用于某型运输机机载防撞系统改装工程,实现了机载防撞系统与机载设备的交联,提高了飞机空中防撞能力。     

运输机机载防撞系统的体系构建研究

为了减少和避免飞机相撞的危险,结合防撞设备的发展,论证了运输机加装机载防撞系统的必要性,提出了运输机机载防撞系统应具备监视、跟踪、潜在威胁评估、交通告警显示、决断告警显示、空对空协调等六大功能;针对国内运输机机型多、制式不同、设备差异较大等特点,给出了构建机载防撞系统的对策与措施。     

基于虚拟长机的非线性视线导引律多机编队控制

针对多无人机编队控制难题,设计了一种基于虚拟长机与非线性视线导引律相结合的多机编队控制算法。将编队飞行过程分为航路飞行与航路切换两个阶段。在航路飞行阶段,虚拟长机由非线性视线导引律生成参考点,根据队形的几何位置生成实际编队飞机的期望参考点,进而得到每架飞机保持编队队形所需的滚转角指令;在航路切换阶段,虚拟长机采用圆弧飞行,以虚拟长机作为编队飞机的期望参考点生成队形保持的滚转角指令。速度指令由虚拟飞机与编队飞机之间的距离误差得到。以某固定翼飞机的非线性仿真模型为基础,设计典型“V”字队形,通过数值仿真验证了多架飞机在航路飞行与航路切换阶段编队算法的可靠性与控制精度。     

一种新的通用航空机载防撞逻辑设计方法

由于机载防撞系统(TCAS)是针对具有较大垂直高度变化率的大型飞机设计的,系统设定条件和与之相关的解脱建议并不能适用于通航飞机.针对通用航空的防撞问题,提出了一种基于马尔可夫决策过程(MDP)的防撞逻辑设计方法.首先,将飞机空中相遇过程的动态模型转换为离散转移函数;然后,基于防撞系统结果事件末端效用函数进行MDP建模,采用动态规划方法导出了最优防撞逻辑的迭代方程;最后,给出了通航飞机最优化防撞逻辑的设计流程并对最优防撞逻辑进行了计算机仿真.仿真结果表明,通过调整效用比参数可以在保证安全性能的同时有效降低系统告警率.在垂直相遇高度小于30 m的相遇过程占比高达18%的情况下,当告警率大于0.85时系统的碰撞概率仅为2.88×10-4左右.该设计方法对我国在低空空域通用飞机防撞系统的研究具有一定的参考价值.     

机载防撞系统垂直防撞的物理模型

如何准确预测和估算本机与入侵飞机相遇时在最接近点的垂直间隔距离,是机载防撞系统(TCAS)在垂直方向上选择防撞措施的关键问题.采用空间相遇几何学的方法,建立了本机与入侵飞机相遇时垂直防撞的两种物理模型,基于该模型推导出了预测两机之间垂直间隔距离的计算公式,并且进行了计算机仿真.仿真结果表明,该模型能够准确预测本机与入侵飞机相遇时在最接近点的垂直间隔距离.最后,给出了本机在垂直方向上选择防撞措施的决策咨询条件和逻辑处理流程.     

ADS-B技术在通用航空避撞系统中应用研究

分析了 ADS-B 技术及其在运输航空监视管理系统、通用航空监视管理系统、无人机监视管理系统和避撞系统中应用情况。分析了构建通用航空避撞系统的必要性和构建基于 ADS-B 的通用航空避撞系统的可行性及其优势;研究表明基于 ADS-B 技术的通用航空避撞系统是非常符合我国通用航空特点和需求,在性能上较 TCAS 会有更多优势,除了用于通用航空飞机自身相互避撞外,还可实现通用航空飞机与无人机、运输航空飞机以及地面建筑物和障碍物的避撞。基于 ADS-B 技术对通用航空避撞系统总体构建,包括硬件部分、软件部分、数据部分和通用航空避撞系统规划。     

基于ADS-B水平位置不确定度的碰撞风险研究

广播式自动相关监视(ADS-B)技术具有监视精度高、刷新快、成本低、维护简单等优点,得到民航空中交通管制部门的青睐,常用于航路监视服务。ADS-B水平位置不确定度作为ADS-B的重要参数,反应了目标定位的水平精度等级。文中统计和分析DO-260版本的水平位置不确定度,验证了不同水平精度等级位置误差的正态性。基于位置误差的概率统计特性,评估了当前ADS-B运行间隔下的目标冲突和危险接近等碰撞风险,为ADS-B管制下的飞行间隔评估提供理论基础。     

引入自动驾驶仪时空中交通防撞系统的仿真

空中交通防撞的主要功能是对本机和入侵目标机位置的预测以及在预测后对冲突的处理。在防撞过程中,入侵飞机的轨迹突然发生比较大的机动,则原有的防撞策略失效。2009年欧洲航空安全局认证通过了自动驾驶仪在避撞时与防撞系统耦合的方法,使问题得到了一定的解决。对避撞系统加入自动驾驶仪的方法进行了研究建模,并且对解决的情况进行了仿真,为民航空中交通避撞提出了一种新的思路。     

多设备数据融合的空中防撞预警研究

空中防撞预警是保证飞行安全的一项重要课题，而随着各大机场吞吐量的不断攀升， 航路日益拥堵，对空中防撞性能的要求也随之增加。为了提高目前空中防撞探测距离和探测精度， 利用 ADS-B 和本机 GPS 接收机获取入侵飞行器的相对位置信息，以 GPS 报文中的 EPU 值为质量参数，对 ADS-B 数据和 TCAS 数据融合，获得最优线性融合，最后滤波输出高精度位置信息。 仿真实验结果表明，通过 EPU 数据的引入该融合算法运算速度快，精度高，提高了相对位置探测精度和预警范围，为空中防撞策略提供了更为准确的判断依据，可以显著提高空中防撞预警能力。     

High-level modeling and analysis of the traffic alert and collisionavoidance system (TCAS)

We demonstrate a high-level approach to modeling, analyzing, and verifying complex safety-critical systems through a case study on the traffic alert and collision avoidance system (TCAS); an avionics system that detects and resolves aircraft collision threats. Due to the complexity of the TCAS software and the hybrid nature of the closed-loop system, the traditional testing technique of exhaustive simulation does not constitute a viable verification approach. Moreover, the detailed specification of the system software employed to date as a means toward analysis and verification neither helps in intuitively understanding the behavior of the system nor enables the analysis of the closed-loop system behavior. We advocate defining high-level hybrid system models that capture the behavior not only of the software but also of the airplanes, sensors, pilots, etc. In particular, we show how the core components of TCAS can be captured by relatively simple hybrid I/O automata, which are amenable to format analysis. We then outline a methodology for establishing conditions under which TCAS guarantees sufficient separation in altitude for aircraft involved in collision threats. The contributions of the paper are the high-level models of the closed-loop TCAS system and the demonstration of the usefulness of high-level modeling, analysis, and verification techniques     

基于ADS-B的飞机防撞算法

面对飞行流量持续快速增长,民航空域资源日益短缺,对冲突飞机进行有效的解脱,是避免飞机间发生碰撞的关键技术。对飞机保护区域进行合理建模,给出一种基于广播式自动相关监视（ADS．B）技术的冲突解脱算法,该算法有效利用ADS．B的数据精度高、更新快的特点,从水平方向上给出“保向变速”与“保速变向”两类解脱策略,从垂直方向上给出“爬升”和“下降”两种解脱策略。把飞机的水平速度、航向和垂直速度作为控制变量,通过计算冲突解脱的边界条件获得控制变量转换时间,从而找到可行的解脱方法。仿真结果表明,对于同一飞行冲突情形,并不是所有的冲突解脱策略都是可行的,但是对于可行的冲突解脱策略,需要由飞行员根据当时的具体情况去决定哪种解脱方式是最优的。     

基于ADS-B的通用航空飞行冲突解脱算法

为了解决通航实际飞行中出现冲突情况复杂的问题,提出基于广播式自动相关监视（ADS-B）技术监视状态下的飞行冲突解脱算法。首先,将两机的冲突场景分成交叉、相向和追及冲突三种,利用相对运动调整航向和调节速度法,针对不同冲突场景给出相应可行的解脱模型。然后,基于空中交通管制防撞相关规定,建立不同解脱策略的选择标准,提升了算法的实际可行性。对不同解脱策略的解脱情况进行仿真和比较,表明该算法能够为具体的飞行冲突场景提供可行的解决方案。