欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13095918853 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13095918853
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2015100077559
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 信号装置
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法,所述空中交通管制系统包括机载终端模块、数据通信模块以及管制终端模块;其特征在于:所述管制终端模块包括以下子模块:

实时飞行冲突监控与告警模块,用于建立从航空器的连续动态到离散冲突逻辑的观测器,将空中交通系统的连续动态映射为离散观测值表达的冲突状态;当系统有可能违反空中交通管制规则时,对空中交通混杂系统的混杂动态行为实施监控,为管制员提供及时的告警信息;

飞行冲突解脱4D航迹优化模块,在保证系统满足航空器性能和管制规则约束条件下,通过选择不同的解脱目标函数,采用模型预测控制理论方法,计算航空器冲突解脱4D航迹;并通过数据通信模块将航空器冲突解脱4D航迹发送给机载终端模块执行;

所述空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法包括如下几个步骤:

步骤A、通过空中交通控制中心直接获得空中交通控制中心在每一采样时刻推测的各航空器在未来时段内的航空器4D轨迹;

步骤B、实时飞行冲突监控与告警模块根据步骤A获得的各航空器在未来时段内的航空器4D轨迹建立从航空器的连续动态到离散冲突逻辑的观测器,将空中交通系统的连续动态映射为离散观测值表达的冲突状态;当系统有可能违反空中交通管制规则时,对空中交通混杂系统的混杂动态行为实施监控,为管制员提供及时的告警信息;

步骤C、飞行冲突解脱4D航迹优化模块在保证系统满足航空器性能和管制规则约束条件下,通过选择不同的解脱目标函数,采用模型预测控制理论方法,计算航空器冲突解脱4D航迹;并通过数据通信模块将航空器冲突解脱4D航迹发送给机载终端模块执行;其具体实施过程如下:步骤C1、对飞行冲突解脱过程建模:将冲突解脱航迹视为连续的三段光滑曲线,给定解脱航迹的起点和终点,依据航迹限制条件,建立包含加速度、爬升或下降率、转弯率的多变量最优冲突解脱模型;

步骤C2、对不同飞行条件下冲突解脱变量约束建模:其中t时刻需实施冲突解脱航空器k的变量约束可描述为:ak(t)≤aM、ωk(t)≤ωM、γk(t)≤γM,aM、ωM、γM分别为最大的加速度、转弯率和爬升或下降率;

步骤C3、设定航空器避撞规划的终止参考点位置P、避撞规划控制时域Θ、轨迹预测时域γ;

步骤C4、在每一采样时刻t,基于航空器当前的运行状态和历史位置观察序列,获取空域风场变量的数值;

步骤C5、设定在给定优化指标函数的前提下,基于合作式避撞轨迹规划思想,通过给各个航空器赋予不同的权重以及融入实时风场变量滤波数值,得到各个航空器的避撞轨迹和避撞控制策略且各航空器在滚动规划间隔内仅实施其第一个优化控制策略;

步骤C6、在下一采样时刻,重复步骤C4至C5直至各航空器均到达其解脱终点;

步骤D、机载终端模块接收并执行管制终端模块发布的4D航迹数据。

2.根据权利要求1所述的一种空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法,其特征在于:步骤C3中:终止参考点位置P即为航空器的下一个航路点,避撞规划控制时域Θ为300秒,轨迹预测时域γ为300秒;

步骤C4的具体过程如下:

C4.1)设定航空器的停靠位置为轨迹参考坐标原点;

C4.2)在航空器处于直线运行状态和匀速转弯运行状态时,构建空域风场线性滤波模型x(t+Δt)=F(t)x(t)+w(t)和z(t)=H(t)x(t)+v(t)获取风场变量数值,其中Δt表示采样间隔,x(t)表示t时刻的状态向量,z(t)表示t时刻的观测向量,F(t)和H(t)分别表示状态转移矩阵和输出测量矩阵,w(t)和v(t)分别表示系统噪声向量和测量噪声向量;

在航空器处于变速转弯运行状态时,构建空域风场非线性滤波模型

x(t+Δt)=Ψ(t,x(t),u(t))+w(t)、z(t)=Ω(t,x(t))+v(t)和u(t)=[ωa(t),Tγa(t)],

其中Ψ(·)和Ω(·)分别表示状态转移矩阵和输出测量矩阵,ωa(t)和γa(t)分别表示转弯率和加速率;

C4.3)根据所构建的滤波模型获取风场变量的数值。

3.根据权利要求1或2所述的一种空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法,其特征在于:步骤C5的具体过程如下:令其中 表示t时刻航空器i当前所在位置Pi(t)和下一航路点 间的距离的平方,Pi(t)=(xit,yit), 那么t时刻航空器i的优先级指数可设定为:其中nt表示t时刻空域内存在冲突的航空器数目,由优先级指数的含义可知,航空器距离其下一航路点越近,其优先级越高;

设定优化指标

其中i∈I(t)表示航空器代码且I(t)={1,2,...,nt},Pi(t+sΔt)表示航空器在时刻(t+sΔt)的位置向量, 表示航空器i的下一航路点,ui表示待优化的航空器i的最优控制序列,Qit为正定对角矩阵,其对角元素为航空器i在t时刻的优先级指数Lit,并且

4.根据权利要求1至3之一所述的一种空中交通管制系统的飞行冲突解脱方法,其特征在于:所述步骤B的具体实施过程如下:步骤B1、构造基于管制规则的冲突超曲面函数集:建立超曲面函数集用以反映系统的冲突状况,其中,冲突超曲面中与单一航空器相关的连续函数 为第I型超曲面,与两架航空器相关的连续函数 为第II型超曲面;

步骤B2、建立由航空器连续状态至离散冲突状态的观测器:需要根据管制规范建立观测器,观测系统系统穿越超曲面而产生的冲突事件,以便控制器做出相应的控制决策指令;

观测器ξ用于观测系统中航空器位置的连续变化而产生冲突事件,称 为第I型观测器, 为第II型观测器;

步骤B3、设计从冲突到冲突解脱手段的离散监控器,该离散监控器可描述为函数其中S是观测器观测向量展成的空间,D是所有决策向量d展成的空间;当观测器的离散观测向量表明某一非期望的状态出现时,立刻发出相应的告警。