基于4d轨迹的航空器地面滑行动态路径规划及仿真系统研究

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1、中图分类号：V351论文编号：102870715-S009学科分类号：082302硕士学位论文基于4D轨迹的航空器地面滑行动态路径规划及仿真系统研究研究生姓名周龙学科、专业交通信息工程及控制研究方向控制导航与智能化系统指导教师汤新民副教授南京航空航天大学研究生院民航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofcivilaviationResearchonsystemofdynamicrouteplanningandsimulationfortaxiingaircraf

2、tbasedon4DtrajectoryAThesisinTrafficInformationEngineeringandControlbyZhouLongAdvisedbyAssociateProf.TangXinminSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空

3、航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要我国航空运输事业处于高速发展之中，国内各大机场不断扩建，机场的发展越来越需要机场场面实现自动引导及控制，地面滑行航空器的动态路径规划是机场实施自动控制及引导不可或缺的一部分。尤其是当机场场面条件复杂或者天气气象较差乃至恶劣时，对航空器实施动态路径规划至关重要。本文主要研究了地面滑行航空器的轨迹预测模型以及动态路径规划的关键技术，并建立了滑行航空器

4、的动态路径规划仿真系统。静态路径规划算法首先要对场面的结构进行分析并搭建模型，接着基于A*算法的思想，将航空器滑行距离最短作为目标，计算航空器从起始节点到目标节点的K条静态路径，并将其作为可行滑行路径集。基于速度剖面拟合的航空器场面滑行4D轨迹预测的方法，将动态空间规整(DynamicSpaceWarping，DSW)算法应用到速度剖面的拟合中,得出一种标称速度剖面的生成方法,并通过建立平均速度修正参数修正不同机型对滑行速度的影响，最后基于动力学平衡方程构造了标称速度到瞬时速度的映射,结合BADA数据实现对瞬时速度的修正。在上述分析的基础上得到航空器场面滑行4D轨迹预测模型。滑行航

5、空器的动态路径规划将K条静态路径作为可行滑行路径集，依次为每条静态路径预测其4D轨迹，同时确保与其他航空器不发生冲突，最后求解出总滑行时间和总等待时延，保留具有最小值的路径作为规划的最优结果。为确保提出的动态路由算法的合理、有效，故设计并实现了动态引导场面航空器滑行的仿真系统加以验证。该仿真系统具有对机场场面运行情况的仿真功能，并成功完成了对航空器4D航迹的预测，同时还实现了动态规划航空器路由的功能。仿真系统基于CAT062报文格式设计了航空器流数据的产生和解析功能，能自动检测路径规划需求，并安排路径，实现机场场面的自动路由。关键词：A-SMGCS，4D轨迹预测，K条最短路，A*算

6、法，动态路径规划，时间窗，机场场面运行仿真IABSTRACTDuetotherapiddevelopmentofChina'sairtransportationaswellasthecontinuousexpansionofdomesticairport,airportsurfacewillinevitablyimplementautomaticguideandcontrol,ofwhichdynamicpathplanningforsurfaceaircraftisanintegralpart,especiallyincomplexairportenvironmentandbad

7、weatherconditions.Inthispaper,thetrajectorypredictionmodelofgroundtaxiingaircraftisstudied,coupledwiththekeytechnologyofdynamicpathplanning,andthesimulationsystemoftaxiingaircraftdynamicpathplanningisestablished.Thestructuremodelsofairp