本文關(guān)鍵詞：基于4D軌跡的航空器地面滑行動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃及仿真系統(tǒng)研究

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【摘要】：我國(guó)航空運(yùn)輸事業(yè)處于高速發(fā)展之中,國(guó)內(nèi)各大機(jī)場(chǎng)不斷擴(kuò)建,機(jī)場(chǎng)的發(fā)展越來(lái)越需要機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)引導(dǎo)及控制,地面滑行航空器的動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃是機(jī)場(chǎng)實(shí)施自動(dòng)控制及引導(dǎo)不可或缺的一部分。尤其是當(dāng)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面條件復(fù)雜或者天氣氣象較差乃至惡劣時(shí),對(duì)航空器實(shí)施動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃至關(guān)重要。本文主要研究了地面滑行航空器的軌跡預(yù)測(cè)模型以及動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù),并建立了滑行航空器的動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃仿真系統(tǒng)。靜態(tài)路徑規(guī)劃算法首先要對(duì)場(chǎng)面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并搭建模型,接著基于A*算法的思想,將航空器滑行距離最短作為目標(biāo),計(jì)算航空器從起始節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的K條靜態(tài)路徑,并將其作為可行滑行路徑集。基于速度剖面擬合的航空器場(chǎng)面滑行4D軌跡預(yù)測(cè)的方法,將動(dòng)態(tài)空間規(guī)整(Dynamic Space Warping,DSW)算法應(yīng)用到速度剖面的擬合中,得出一種標(biāo)稱(chēng)速度剖面的生成方法,并通過(guò)建立平均速度修正參數(shù)修正不同機(jī)型對(duì)滑行速度的影響,最后基于動(dòng)力學(xué)平衡方程構(gòu)造了標(biāo)稱(chēng)速度到瞬時(shí)速度的映射,結(jié)合BADA數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)速度的修正。在上述分析的基礎(chǔ)上得到航空器場(chǎng)面滑行4D軌跡預(yù)測(cè)模型�；泻娇掌鞯膭�(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃將K條靜態(tài)路徑作為可行滑行路徑集,依次為每條靜態(tài)路徑預(yù)測(cè)其4D軌跡,同時(shí)確保與其他航空器不發(fā)生沖突,最后求解出總滑行時(shí)間和總等待時(shí)延,保留具有最小值的路徑作為規(guī)劃的最優(yōu)結(jié)果。為確保提出的動(dòng)態(tài)路由算法的合理、有效,故設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)引導(dǎo)場(chǎng)面航空器滑行的仿真系統(tǒng)加以驗(yàn)證。該仿真系統(tǒng)具有對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行情況的仿真功能,并成功完成了對(duì)航空器4D航跡的預(yù)測(cè),同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)規(guī)劃航空器路由的功能。仿真系統(tǒng)基于CAT062報(bào)文格式設(shè)計(jì)了航空器流數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和解析功能,能自動(dòng)檢測(cè)路徑規(guī)劃需求,并安排路徑,實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面的自動(dòng)路由。
【關(guān)鍵詞】：A-SMGCS 4D軌跡預(yù)測(cè) K條最短路 A*算法 動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃 時(shí)間窗 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行仿真
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V35
【目錄】：

• 摘要4-5
• 英文摘要5-11
• 注釋表11-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 課題背景及研究意義12-13
• 1.1.1 課題研究背景12-13
• 1.1.2 課題研究意義13
• 1.2 課題研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析13-15
• 1.2.1 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面結(jié)構(gòu)建模方面的現(xiàn)狀13
• 1.2.2 場(chǎng)面軌跡推測(cè)方面的現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面滑行路徑規(guī)劃方面的現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要內(nèi)容15-17
• 第二章 滑行航空器靜態(tài)路徑規(guī)劃方法研究17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面結(jié)構(gòu)建模17-21
• 2.2.1 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面結(jié)構(gòu)化簡(jiǎn)17-19
• 2.2.2 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面結(jié)構(gòu)的有向圖表示19-21
• 2.3 多條靜態(tài)路徑規(guī)劃算法21-24
• 2.3.1 路徑規(guī)劃相關(guān)定義21-22
• 2.3.2 基于A*算法的靜態(tài)路徑規(guī)劃22-24
• 2.4 滑行航空器靜態(tài)路徑規(guī)劃案例分析24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 基于速度剖面擬合的航空器地面滑行 4D軌跡預(yù)測(cè)27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 航空器動(dòng)態(tài)模型與速度剖面27-29
• 3.2.1 航空器滑行動(dòng)態(tài)模型27-28
• 3.2.2 航空器滑行速度剖面28-29
• 3.3 歷史軌跡數(shù)據(jù)的擬合分析29-31
• 3.3.1 標(biāo)稱(chēng)速度剖面29-30
• 3.3.2 基于DSW距離的速度剖面擬合分析30-31
• 3.4 航空器 4D軌跡預(yù)測(cè)31-33
• 3.4.1 考慮不同機(jī)型的平均速度修正31-32
• 3.4.2 考慮不同運(yùn)行條件下的瞬時(shí)速度修正32
• 3.4.3 4D軌跡實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)32-33
• 3.5 航空器 4D軌跡預(yù)測(cè)案例分析33-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 基于 4D軌跡預(yù)測(cè)的滑行航空器動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法研究36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 機(jī)場(chǎng)滑行道活動(dòng)控制規(guī)范36-38
• 4.2.1 機(jī)場(chǎng)滑行道運(yùn)行規(guī)則36-37
• 4.2.2 機(jī)場(chǎng)滑行道活動(dòng)規(guī)范37-38
• 4.3 基于 4D軌跡預(yù)測(cè)的場(chǎng)面航空器滑行時(shí)間窗計(jì)算38-40
• 4.4 基于時(shí)間窗的場(chǎng)面滑行沖突探測(cè)及解脫40-45
• 4.4.1 對(duì)頭沖突的探測(cè)與解脫40-41
• 4.4.2 交叉沖突的探測(cè)與解脫41-42
• 4.4.3 追尾沖突的探測(cè)與解脫42-44
• 4.4.4 滑行航空器動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃求解44-45
• 4.5 滑行航空器動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃案例分析45-46
• 4.6 本章小結(jié)46-47
• 第五章 滑行航空器動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃仿真系統(tǒng)47-65
• 5.1 引言47
• 5.2 仿真系統(tǒng)需求分析與框架設(shè)計(jì)47-51
• 5.2.1 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面仿真功能需求分析47-48
• 5.2.2 航空器地面滑行動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃仿真系統(tǒng)整體框架48
• 5.2.3 航空器地面滑行 4D軌跡預(yù)測(cè)框架設(shè)計(jì)48-49
• 5.2.4 航空器地面滑行動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃框架設(shè)計(jì)49-50
• 5.2.5 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面仿真框架設(shè)計(jì)50-51
• 5.3 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面結(jié)構(gòu)建模及航空器運(yùn)行建模51-52
• 5.3.1 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面靜態(tài)場(chǎng)景建模51-52
• 5.3.2 航空器運(yùn)行建模52
• 5.4 機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面航空器路徑規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)52-54
• 5.4.1 靜態(tài)路徑規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)52-53
• 5.4.2 動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)53-54
• 5.5 航空器流數(shù)據(jù)的生成與解析54-59
• 5.5.1 CAT062 報(bào)文格式說(shuō)明54-56
• 5.5.2 航空器流數(shù)據(jù)的產(chǎn)生功能56-58
• 5.5.3 航空器流數(shù)據(jù)的解析功能58-59
• 5.6 路徑規(guī)劃仿真系統(tǒng)主界面及功能介紹59-64
• 5.6.1 服務(wù)器主界面及功能介紹59-63
• 5.6.2 客戶(hù)端主界面及功能介紹63-64
• 5.7 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 本文的工作65
• 6.2 工作展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71

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本文編號(hào)：609671