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基于概率的飞行环境危险探测与告警算法研究
作 者: 张浩淼
导 师: 敬忠良;庹红娅
学 校: 上海交通大学
专 业: 导航、制导与控制
关键词: 综合环境监视系统 危险探测 告警阈值 性能分析 飞行建模
分类号: V328
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
飞行环境监视系统(AESS)是航空安全的重要保障,通过对飞机周围环境的监测,提前探测危险区域发出告警,从而避免飞行事故。本文以AESS中地形感知告警系统(TAWS)和空中交通告警避撞系统(TCAS)作为研究对象,基于概率统计方法,进行三方面的研究:TAWS前视功能告警阈值评估方法研究,TCAS告警阈值评估方法研究,基于相撞概率的TCAS威胁探测算法研究。通过对TAWS前视告警原理进行分析,总结TAWS告警中的三类不确定因素,采用概率统计指标对TAWS前视告警性能进行评估。建立两种轨迹模型,使用蒙特卡洛方法统计得到阈值性能。仿真环境下得到的最优阈值与现行阈值吻合。分析航迹误差,使用差分方程建立与实际航迹误差相符合的轨迹模型,对TCAS告警事件建模。深入研究现行TCAS告警算法,总结TCAS五种告警输出结果。对TCAS告警事件进行蒙特卡洛仿真,使用系统操作性能(SOC)曲线的方法,建立针对TCAS告警的评价体系,基于概率统计结果,设定不同的阈值并进行评估。通过对比测试,验证现行TCAS阈值告警性能优于其它阈值。以单路径告警模型和最坏情况告警模型为例,深入分析确定性告警算法的告警原理及其局限性。针对TCAS引入基于冲突概率的危险探测方法。构建相遇模型,使用实时蒙特卡洛仿真方法,实时求解冲突概率,并直接以冲突概率作为告警依据。最后,在多种相遇初始条件下,比较概率告警算法与确定性告警算法的告警性能,概率告警算法在确保安全的基础上,有效减少了事故率。
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全文目录
摘要 3-5 ABSTRACT 5-10 第一章 概述 10-20 1.1 引言 10-11 1.2 AESS 系统运行原理 11-12 1.3 威胁探测与告警阈值设定 12-14 1.4 相关系统国内外现状 14-17 1.4.1 TAWS 系统国外现状 14-15 1.4.2 TAWS 系统国内现状 15-16 1.4.3 TCAS 系统国外现状 16-17 1.4.4 TCAS 系统国内现状 17 1.5 危险探测与告警算法研究意义与课题来源 17-18 1.6 研究内容和章节安排 18-20 1.6.1 本文研究内容 18-19 1.6.2 章节安排 19-20 第二章 地形感知和告警系统(TAWS)前视阈值分析 20-37 2.1 引言 20 2.2 TAWS 前视告警功能分析与建模 20-26 2.2.1 TAWS 告警中不确定因素分析 21 2.2.2 无前视告警轨迹模型 21-22 2.2.3 前视告警规避模型 22-24 2.2.4 随机地形数据模型 24-25 2.2.5 告警阈值合理性分析 25-26 2.3 TAWS 前视告警仿真实验设计 26-30 2.3.1 仿真实验设计 26-27 2.3.2 模型参数设计分析 27-30 2.4 TAWS 前视告警阈值分析 30-36 2.4.1 前视警戒(Caution)时间阈值仿真结果分析 30-33 2.4.2 前视警告(Warning)时间阈值仿真结果分析 33-36 2.5 本章小结 36-37 第三章 空中交通告警与避撞系统(TCAS)告警阈值分析 37-48 3.1 TCAS 介绍 37 3.2 TCAS 告警事件建模 37-41 3.2.1 航迹误差分析 38-39 3.2.2 轨迹模型 39-41 3.2.3 飞行员反应时间与规避操作模型 41 3.3 针对TCAS 告警的评价方法 41-44 3.3.1 TCAS 告警输出 41-42 3.3.2 系统操作性能曲线(SOC)方法 42-44 3.4 仿真实验结果分析 44-47 3.4.1 相遇模型参数分析 44-45 3.4.2 TCAS 告警分析 45-47 3.5 本章小结 47-48 第四章 基于冲突概率的TCAS 危险探测分析 48-79 4.1 引言 48 4.2 确定性告警模型 48-50 4.2.1 单一路径模型 49 4.2.2 最坏情况模型 49-50 4.3 确定性告警阈值选择方法 50-54 4.3.1 Ad Hoc 阈值选择方法 51 4.3.2 Ad Hoc 确定性算法的局限性 51-54 4.3.3 分类-选择算法 54 4.4 概率型告警算法 54-60 4.4.1 告警相遇模型 55-57 4.4.2 冲突概率计算方法 57-59 4.4.3 基于冲突概率的TCAS 告警 59-60 4.5 仿真实验与结果分析 60-77 4.5.1 仿真实验过程 60-63 4.5.2 蒙特卡洛求解精度分析 63-64 4.5.3 实验结果与分析 64-77 4.6 本章小结 77-79 第五章 总结与展望 79-82 5.1 全文总结 79-80 5.2 未来展望 80-82 参考文献 82-87 致谢 87-89 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文及主持参与项目 89-91
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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空飞行术 > 飞机飞行安全
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