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。     

基于飞行姿态的潜在冲突预警算法

将冲突探测与飞行器的飞行姿态联系起来，将不同飞行姿态的不同取值标准应用于当前位置告警检测及高度与水平间距顶测的预推算法中，使得飞行器的飞行冲突探测算法更加合理、准确。算法在实际飞行检验中，取得了较好的效果。     

基于球形边界的ATC飞行冲突概率预测

文章根据ICAO的飞行规则对飞行器的飞行冲突进行了较详细的理论分析,将该飞行冲突过程分成两个阶段即航路巡航阶段和离场起飞、进近着陆阶段,通过简化飞行边界条件和飞行冲突状态,分别推导给出了该两个阶段需要的三维飞行冲突预测解析运算模型。该飞行冲突预测解析运算模型运算量明显得到减少,并利用Monte-Carlo仿真算法验证了该算法的精确度和可行性。     

基于航迹预测的飞行冲突探测

基于飞行器飞行途中的随机影响及观测仪器的误差影响,给出了常速模型的冲突探测模型。重点讨论2架飞行器靠近飞行的情况,采用卡尔曼滤波理论,预测2架飞行器的相对航迹。然后依据相对航迹,计算2架飞行器在各时刻的距离。最后根据冲突条件判断冲突是否存在。该方法不仅从模型上保证了更接近飞行器的实际飞行情况,而且计算机仿真结果表明该方法能有效地进行冲突探测。     

用于自由飞行冲突探测的Delaunay方法

简要介绍了Delaunay方法,这是广泛用于计算流体力学中的非结构网格生成方法之一。为便于实际应用,本文将自由飞行条件进行了合理的简化,然后详细论述了Delaunay方法用于冲突探测的数据处理过程。该方法能同时探测多架飞机之间发生的冲突和潜在冲突,减少不必要的距离探测,从而减少了计算量。最后通过对空域内的若干架飞机的飞行进行仿真模拟,证明了该方法进行冲突探测的有效性。     

基于ADS-B的飞机预警避撞算法研究

为解决引入广播式自动相关监视技术(ADS-B)后飞机密度加大带来相撞概率增大问题,提出了一种基于ADS-B的飞机预警防撞算法.该算法将飞行冲突区域分为保护和避碰区域,冲突告警分为低级、保护区域和避碰区域告警.该算法有效利用ADS-B提供的数据,在本机的垂直和水平方向分别设计了合理的保护和避碰区域的预警防撞空间和时间门限...     

中期冲突探测算法的研究与设计

综合考虑飞机实际飞行中存在多个航路转弯点及空中交通管制辅助系统需满足实时准确性的要求,设计了一种改进型的中期冲突探测算法.以雷达获取的飞机的当前位置和速度矢量作为初始状态,再结合航路飞行意图信息和转弯后的航迹误差积累方法,计算整合后的各航路分段冲突发生的概率来预测冲突发生的可能性.仿真实验结果表明,该算法能有效地用于中期冲突探测.     

飞行计划冲突预探测算法研究

对飞行计划冲突预探测进行了彻底的研究,给出了相应的预探测算法。在对各种冲突类型进行研究的同时,针对航迹交叉时横向间隔的冲突探测——预探测中最困难的问题,给出了相关的探测模型,结合严密的数学理论推导,得出相关的求解公式,全面地解决了该问题。当冲突存在时,该算法确定地给出冲突时间段和冲突的航路段。实践表明,该算法是非常有效的。     

空域航空器碰撞风险评估的建模仿真研究

空域运行风险评估利用预估碰撞风险概率来保证飞行间隔。为保障空域安全,提出采用缩小垂直间隔(RVSM)Reich模型的椭柱形改进模型,用以对RVSM空域碰撞风险进行建模分析。新算法首先确定评估空域、影响安全性的各参数间的关系和最大可接受的碰撞风险值等用以建立模型,计算出碰撞风险的发生概率;最后采用临界值比对方法得出当前的安全等级系数,以确定出标准。采用结构尺寸较大机型的实测数据进行仿真,并将Event模型算法与新方法进行比较。仿真结果验证了新模型简化算法的同时也提高了评估精度,具备可行性和优越性。     

基于交互式方法的飞行器短期冲突检测模型

为了提高航空器的短期冲突检测的准确性和可靠性,对传统算法与模型进行了研究,在此基础上设计了具有机动检测的交互式UKF算法,提出了短期冲突检测模型。该模型对飞行器的航迹进行了分析,然后对飞行器的冲突域检测、冲突脱离、机动检测和冲突确认进行了讨论,并根据该模型设计了冲突检测算法。仿真结果表明,该算法能够精确、实时的检测飞行器的航迹,克服了传统算法的冲突盲警告和轨迹不变问题,提高了冲突预警的准确性,为管制员提供了可靠的保障。     

导弹飞行视景仿真中的碰撞检测算法

针对导弹飞行视景仿真中碰撞检测实时性与精确性的不足,提出了一种优化的混合包围盒碰撞检测算法.该算法在包围盒树的上层使用Sphere,下层使用OBB;将该算法在导弹飞行视景仿真系统中实现后,分别与相交矢量碰撞检测算法、OBB包围盒算法进行对比试验和分析.结果表明,这种混合包围盒算法能够有效地提高导弹飞行视景仿真中碰撞检测的实时性与精确性.     

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。     

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。     

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。     

Cooperative surveillance systems and digital-technology enabler for a real-time standard terminal arrival schedule displacement

As the backbone of Communications, Navigation and Surveillance Systems for Air Traffic Management (CNS/ATM), Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) is a surveillance technology and digital-technology enabler relying on the Global Navigation Satellite System (GNSS). The onboard ADS-B Out system broadcasts the aircraft’s real-time digital information such as position and ground speed periodically (every 0.5–2 s), which is more frequent than the radar system. Taking this advantage, situational awareness and flight efficiency can be highly improved. In this paper, a novel heuristic search method based on ADS-B is proposed for the Aircraft Landing Problem (ALP) with the objective of reducing flight time while maintaining the time separation standards mandated by the International Civil Aviation Organization (ICAO). The recorded ADS-B data in Shanghai Hongqiao and Pudong international airports are adopted to demonstrate the performance of the proposed method. Results show that there is an obvious decrease in the total flight time. Besides, the heuristic search method can achieve continuous and real-time ALP updates, satisfying the requirements for air traffic control. While highlighting ADS-B-based applications, this study also provides some basic implications for the updated model in air traffic management.     

基于距离场和扫掠剪除算法的线缆碰撞检测技术

针对线缆具有柔性可变形特性而引起线缆碰撞检测难的问题,提出了基于距离场和扫掠剪除算法的线缆碰撞检测方法。基于距离场的碰撞检测方法主要用于检测线缆与线缆、线缆与结构件之间的碰撞：首先通过建立线缆体廓包围球,完成线缆多细节层次球面调和的表达;然后生成三维距离场映射,获取线缆或结构件表面法向量和穿刺深度等碰撞反馈信息。基于扫掠剪除算法的碰撞检测方法主要用于检测线缆的自碰撞：先构建线缆分段数学模型,然后通过线缆离散点扫掠剪除完成线缆自碰撞检测。最后对算法进行了验证,算法具有较好的准确性和快速性,可以满足工程实际的要求。     

三维服装仿真中的"服装-人体"快速冲突检测及响应算法

维胆装仿真可以为三维人体动画生成逼真的服装动态效果，但其中的冲突检测与仿真计算的时间复杂度太高，其实用性一直受到很大限制．提出了一种快速的“服装-人体”冲突检测友响应算法，在人体运动状态下，快速检测服装与人体之间的位置冲突，其时间复杂度仅为O（n）（n为服装模型上的顶点数目）．在此基础上，提出一种合理有效的冲突响应机制，并实现快速稳定的三维服装仿真，取得了真实的仿真结果．