無(wú)人機(jī)監(jiān)視與自主沖突解脫一直是制約著無(wú)人機(jī)快速發(fā)展與安全高效運(yùn)行的主要問(wèn)題。為完善無(wú)人機(jī)監(jiān)視、飛行沖突探測(cè)與解脫,本文提出一種無(wú)人機(jī)沖突探測(cè)與解脫問(wèn)題研究方法,包括無(wú)人機(jī)監(jiān)視設(shè)備的實(shí)現(xiàn)、無(wú)人機(jī)機(jī)載沖突探測(cè)與解脫和多機(jī)聯(lián)動(dòng)沖突解脫。首先,針對(duì)當(dāng)前無(wú)人機(jī)監(jiān)視手段缺乏問(wèn)題,明確了無(wú)人機(jī)監(jiān)視設(shè)備的功能需求,結(jié)合ADSB技術(shù)的優(yōu)勢(shì),分析了基于ADS-B技術(shù)的監(jiān)視設(shè)備功能模塊組成,提出一種基于ADS-B技術(shù)的無(wú)人機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并在此基礎(chǔ)上,針對(duì)無(wú)人機(jī)定位誤差,提出了一種基于1090MHZ擴(kuò)展電文的位置差分修正方法,提高了設(shè)備的定位準(zhǔn)確性和監(jiān)視精度。其次,針對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)載沖突探測(cè)與解脫問(wèn)題,提出了一種基于線性外推法的機(jī)載無(wú)人機(jī)沖突探測(cè)方法,引入滑窗相關(guān)算法降低了虛警率。針對(duì)無(wú)人機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中可能遭遇的沖突狀況,討論并比較了無(wú)人機(jī)采用調(diào)高、調(diào)速、調(diào)向三種策略的單機(jī)動(dòng)解脫方案所需解脫時(shí)間。然后,針對(duì)存在的多機(jī)沖突問(wèn)題,提出了基于線性外推法的地面站多機(jī)沖突探測(cè)方法;引入基本蟻群算法,并對(duì)傳統(tǒng)基本蟻群算法的沖突簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了優(yōu)化,加入了調(diào)速策略,基于調(diào)速、調(diào)向策略給出多機(jī)沖突解脫方案。加入角度信息、排序系統(tǒng)對(duì)蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)。算法能夠?qū)Χ鄼C(jī)沖突情況給出多機(jī)聯(lián)動(dòng)解脫路徑,并降低計(jì)算最優(yōu)路徑的時(shí)間,減少解脫方案帶來(lái)的總延誤距離。最后,開發(fā)了基于World Wind的無(wú)人機(jī)管控平臺(tái),建立了三維空域模型,實(shí)現(xiàn)了ADS-B數(shù)據(jù)處理與位置修正、空域沖突告警、飛行沖突告警等功能的驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279
【部分圖文】：

圖 2. 8ADS-B 收發(fā)機(jī)結(jié)技術(shù)是保證無(wú)人機(jī)在空中安全運(yùn)行的重要條件，精確的監(jiān)視定解脫研究的重要基礎(chǔ)，本章在分析當(dāng)前無(wú)人機(jī)運(yùn)行監(jiān)視方式的視技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，確定采用 ADS-B 系統(tǒng)作為無(wú)人機(jī)運(yùn)行監(jiān)視定位機(jī)機(jī)載及地面站的 ADS-B 監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，使 ADS-B 技術(shù)出了一種基于 1090MHz 擴(kuò)展電文的 GPS 位置差分修正方法，提一步保障無(wú)人機(jī)運(yùn)行安全。

在垂直剖面：因?yàn)閮杉軣o(wú)人機(jī)均沒(méi)有垂直方向速度，只需判斷起始時(shí)刻在垂直方向的距時(shí)刻間隔 0.01km 將維持不變，該間隔不滿足最小垂直安全間隔。因此可得存在垂直方間范圍1 2[ , ] [0,180]v vT T ，進(jìn)入水平剖面探測(cè)階段。在水平剖面：無(wú)人機(jī) a 坐標(biāo)是(2,10)km，速度是(28.28,28.28)m/s，無(wú)人機(jī) b 的坐,6.4)km，速度為(0,38.33)m/s。兩機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻的相對(duì)速度是 V 30.01m /s，兩機(jī)的相勢(shì)表示量 S (6800-2000)*(0-38.33)+(6400-10000)*(38.33-28.28)=-171940，起始時(shí) 0 =6000m，由式（3-12）計(jì)算出水平剖面存在沖突的時(shí)間范圍是1 2[ , ] [160.8,180]h hT T 窗相關(guān)算法，預(yù)測(cè)發(fā)生沖突的時(shí)間間隔 160cT ，比 60s 大，所以，在連續(xù)三次探測(cè)到突情況下進(jìn)行預(yù)警。（3）三種機(jī)動(dòng)策略對(duì)比第一種解脫方法，采用調(diào)高機(jī)動(dòng)策略解脫沖突，按照該時(shí)刻兩架無(wú)人機(jī)的運(yùn)行趨勢(shì)， 、 兩機(jī)最小水平距離minD 1.78km， 運(yùn)行到 最接近點(diǎn)水平距離 7.32clod km，顯機(jī)動(dòng)策略能夠有效解脫當(dāng)前沖突，計(jì)算沖突解脫消耗時(shí)間為1T 78.8s。機(jī)動(dòng)策略執(zhí)行架無(wú)人機(jī)的空間位置坐標(biāo)變換如圖 3.10 所示，機(jī)動(dòng)策略過(guò)程中兩機(jī)之間的垂直間隔 所示；

圖3.11兩機(jī)垂直間隔變化

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本文編號(hào)：2830834