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

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【摘要】：我國航空運輸事業(yè)處于高速發(fā)展之中,國內(nèi)各大機場不斷擴建,機場的發(fā)展越來越需要機場場面實現(xiàn)自動引導(dǎo)及控制,地面滑行航空器的動態(tài)路徑規(guī)劃是機場實施自動控制及引導(dǎo)不可或缺的一部分。尤其是當機場場面條件復(fù)雜或者天氣氣象較差乃至惡劣時,對航空器實施動態(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)測模型以及動態(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)劃算法首先要對場面的結(jié)構(gòu)進行分析并搭建模型,接著基于A*算法的思想,將航空器滑行距離最短作為目標,計算航空器從起始節(jié)點到目標節(jié)點的K條靜態(tài)路徑,并將其作為可行滑行路徑集�；谒俣绕拭鏀M合的航空器場面滑行4D軌跡預(yù)測的方法,將動態(tài)空間規(guī)整(Dynamic Space Warping,DSW)算法應(yīng)用到速度剖面的擬合中,得出一種標稱速度剖面的生成方法,并通過建立平均速度修正參數(shù)修正不同機型對滑行速度的影響,最后基于動力學(xué)平衡方程構(gòu)造了標稱速度到瞬時速度的映射,結(jié)合BADA數(shù)據(jù)實現(xiàn)對瞬時速度的修正。在上述分析的基礎(chǔ)上得到航空器場面滑行4D軌跡預(yù)測模型�；泻娇掌鞯膭討B(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)測其4D軌跡,同時確保與其他航空器不發(fā)生沖突,最后求解出總滑行時間和總等待時延,保留具有最小值的路徑作為規(guī)劃的最優(yōu)結(jié)果。為確保提出的動態(tài)路由算法的合理、有效,故設(shè)計并實現(xiàn)了動態(tài)引導(dǎo)場面航空器滑行的仿真系統(tǒng)加以驗證。該仿真系統(tǒng)具有對機場場面運行情況的仿真功能,并成功完成了對航空器4D航跡的預(yù)測,同時還實現(xiàn)了動態(tài)規(guī)劃航空器路由的功能。仿真系統(tǒng)基于CAT062報文格式設(shè)計了航空器流數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和解析功能,能自動檢測路徑規(guī)劃需求,并安排路徑,實現(xiàn)機場場面的自動路由。
【關(guān)鍵詞】：A-SMGCS 4D軌跡預(yù)測 K條最短路 A*算法 動態(tài)路徑規(guī)劃 時間窗 機場場面運行仿真
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：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 課題研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析13-15
• 1.2.1 機場場面結(jié)構(gòu)建模方面的現(xiàn)狀13
• 1.2.2 場面軌跡推測方面的現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 機場場面滑行路徑規(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 機場場面結(jié)構(gòu)建模17-21
• 2.2.1 機場場面結(jié)構(gòu)化簡17-19
• 2.2.2 機場場面結(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27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 航空器動態(tài)模型與速度剖面27-29
• 3.2.1 航空器滑行動態(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 標稱速度剖面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31-33
• 3.4.1 考慮不同機型的平均速度修正31-32
• 3.4.2 考慮不同運行條件下的瞬時速度修正32
• 3.4.3 4D軌跡實時預(yù)測32-33
• 3.5 航空器 4D軌跡預(yù)測案例分析33-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 基于 4D軌跡預(yù)測的滑行航空器動態(tài)路徑規(guī)劃方法研究36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 機場滑行道活動控制規(guī)范36-38
• 4.2.1 機場滑行道運行規(guī)則36-37
• 4.2.2 機場滑行道活動規(guī)范37-38
• 4.3 基于 4D軌跡預(yù)測的場面航空器滑行時間窗計算38-40
• 4.4 基于時間窗的場面滑行沖突探測及解脫40-45
• 4.4.1 對頭沖突的探測與解脫40-41
• 4.4.2 交叉沖突的探測與解脫41-42
• 4.4.3 追尾沖突的探測與解脫42-44
• 4.4.4 滑行航空器動態(tài)路徑規(guī)劃求解44-45
• 4.5 滑行航空器動態(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47-51
• 5.2.1 機場場面仿真功能需求分析47-48
• 5.2.2 航空器地面滑行動態(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)測框架設(shè)計48-49
• 5.2.4 航空器地面滑行動態(tài)路徑規(guī)劃框架設(shè)計49-50
• 5.2.5 機場場面仿真框架設(shè)計50-51
• 5.3 機場場面結(jié)構(gòu)建模及航空器運行建模51-52
• 5.3.1 機場場面靜態(tài)場景建模51-52
• 5.3.2 航空器運行建模52
• 5.4 機場場面航空器路徑規(guī)劃的實現(xiàn)52-54
• 5.4.1 靜態(tài)路徑規(guī)劃的實現(xiàn)52-53
• 5.4.2 動態(tài)路徑規(guī)劃的實現(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 報文格式說明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：609671