民机机载防撞系统算法研究与仿真

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1、上海交通大学硕士学位论文民机机载防撞系统算法研究与仿真硕士研究生：倪壮学号：1124139033导师：敬忠良教授申请学位：工学硕士学科：航空工程所在单位：航空航天学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：上海交通大学ThesisSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterSTUDYONTHEALGORITHMOFCIVILAIRCRAFTTCASANDSIMULATIONCandidate：ZhuangNiStudentID:1124139033Supervisor：Prof.Zhongli

2、angJingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：AeronauticalEngineeringAffiliation：SchoolofAeronauticsandAstronauticsDateofDefense：July,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文民机机载防撞系统算法研究与仿真摘要民机机载防撞系统（TCAS）是飞机环境监视系统的一个重要组成部分。该系统是一种可以独立于地

3、面空中交通管制系统的机载电子系统，对保证飞行安全起着十分重要的作用。在该系统当中，冲突探测和解脱是重要的功能，当飞机之间存在碰撞风险时，需要系统及时发出告警并规划出解脱路线，指导飞行员进行冲突解脱。本文首先介绍了机载防撞系统的产生背景、研究意义、国内外研究现状，之后详细阐述了TCAS的系统构成、工作原理和飞机保护区模型，为研究TCAS的避撞算法奠定了理论基础。本文基于外推法建立了两架飞机间的冲突探测模型，对TCAS垂直避撞算法进行了理论分析，并根据冲突探测模型和垂直避撞算法为两架飞机在垂直方向上制定规避策略，达到了两架飞机冲突解脱的目的。基于该算法，编写了相应

4、的软件，该软件可以根据场景给出解脱路径，并将解脱过程实时显示，同时，通过参数的读取和更新，达到了人机交互的功能。该软件通过以太网与人在回路飞行仿真平台进行连接，在相关的场景下对解脱算法进行了仿真验证，证明了该算法的有效性。最后，在多架飞机的冲突解脱研究方面，针对传统算法的缺点，本文通过引入“角度信息”和“精英策略”对基本蚁群算法进行改进，并将改进的蚁群算法与飞机解脱模型进行有机整合，计算出解脱路径。经过仿真验证，该方法可应用于空域中多架飞机的冲突解脱，计算结果和效率均优于传统方法。关键词：TCAS，规避策略，人在回路，改进蚁群算法，软件仿真I上海交通大学硕士学

5、位论文STUDYONTHEALGORITHMANDSIMULATIONOFCIVILAIRCRAFTTCASABSTRACTTrafficalertandcollisionavoidancesystem(TCAS)isacrucialpartofaircraftenvironmentsurveillancesystem(AESS).Thissystemisanelectronicairbornesystemindependentofairtrafficcontrolsystem,whichisimportantforthesecurityoftheflight

6、.Conflictdetectionandresolutionareimportantfunctionsinthissystem.Whenthereisacollisionrisk,thesystemshouldgivethealarmandcomputetheconflictresolutionroute,whichcanguidetheflight.Inthispaper,thebackground,researchmeaningandthestatusareintroducedfirst.Thenthesystemcomposition,operatin

7、gprincipleandthemodelofprotectionzonearedescribedindetail.Allofabovelayasolidfoundationforthefollowingjobs.Theconflictdetectionmodelisproposedbasedonextrapolationmethod,andtheverticalcollisionavoidanceisanalyzed.Thestrategyofcollisionresolutionisestablishedtoachievethepurposeoftheco

8、nflictresolutionoft