空管仿真验证技术研究

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1、《空中交通管理》2007年第10期空管仿真验证技术研究民航总局空管局李泉川振才背景随着信息技术、通信技术和卫星技术为代表的新技术在航空领域的广泛应用，民航空屮交通管理方式正发生着深刻的变革。国际民航组织提出了新的“全球空管运行概念”，其主要特点是建立网络、交互、共享的分布式系统平台，使航空运输参与各方，在确保安全的前提下，提高系统总体运行效率。在此概念基础上，卅界许多国家和地区依据

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3、身情况和未来发展盂要开始规划和建立新一代空中交通管理系统，以适应国民经济和航空发展新的要求。美国联邦航空局提出了其下一代空中交通管理系

4、统计划项冃——NextGen计划，将以四维航迹(4D航迹)収代目前的飞行计划作为未來运行系统计算的基础。到2025年，NextGen计划将满足空屮飞行的各类航空器机型纽合的需耍，为空域川户和旅客、货主提供更多的选择。欧盟发起的“单一欧洲天空”计划目标年为2025年，其中，空管层而的内容以SESAR计划项冃为代表。该项冃以星基技术为慕础，结合传统陆基的成熟技术，通过建立通用数据交换网络、伽利略导航卫星系统、雷达联网和广播式自动相关监视系统,达到一体化的通信、导航、监视，从而实现对欧洲高空空域的统一协调指挥，以最大限度的提

5、高空域安全、容量和效率。各航空强国下一代空管系统的规划都涉及到许多新的运行概念和技术，从安全和经济的角度考虑,在NextGen和SESAR计划项目的实施中,新概念、新建设、新运行模式的研究与应用都是通过预先建立仿真环境进行仿真、测试、验证和评估，从而调整和确认新概念、新技术、新运行模式的发展路线，明确研究方向、安全风险和潜在挑战。空管仿真验证己经成为空管建设过程中至关重要的一个环节，其应用范I罚已从单一设备扩人到了系统级的全尺寸仿真。大力推进系统仿真技术在空管系统建设中的应用已经成为各航空强国和地区空管技术发展的一个主

6、要方向。二、空管仿真验证发展系统仿真(也称计算机仿真或计算机模拟)是通过建立仿真模型，在计算机上再现真实系统，并模拟真实系统的运行过程而得到系统解的研究方法。作为分析评价现有系统运行状态或优化设计未來系统性能与功能的一-种技术手段，它通过运行具体仿真模型和对计算机输出信息的分析，实现对实际系统运行状态和变化规律的综合评估少预测，进而实现对真实系统设计与结构的改善或优化。其中授关键的是仿真模型的建立技术和仿真系统Z间通信互联技术。1、初期应用上世纪70年代末开始，欧美等发达国家最初开始尝试将系统仿真技术，尤其是离散事件仿

7、真建模的方法，引入到空域利机场管理中来，建立整个空域和机场系统或者局部的某个了系统的仿真模型，并利用计算机和设计好的模型，对已冇的或设想的空域和机场系统及管理策略进行模拟实验，输出重要的统计与决策信息，以便对所设计的方案和出现的问题进行分析判断。仿真技术一开始主要被用于评估机场容量和航班延误的研究，后来逐渐扩展到对整个机场地面和空域管理的仿真。近来，机场管理的其它方面，如噪声管理、收支分析、人力资源等，也开始广泛采用仿真技术以提高管理水平。已有的相关模型系统包括：机场容量与延误分析模型包括AirfieldCapacit

8、yModel(FAA)、AND(MIT/MITRE)>DELAYS(MIT)及RunwayCapacityModel(LMI)；高级的机场运行仿真模型包括HERMES(CAA/NATS)和TheAirportMachine(ASI)；中级的机场和空域仿真模型包括NASPACandspinoffs(FAA,MITRE,CENA)>TMAC(MITRE)^FLOWSIM(FAA,ATAC)即TacticalTFMTestbed(Draper)；高级的机场和空域仿真模型包括SIMMOD(FAA)和TAAM(ThePresto

9、nGroup)o2、发展趋势从空管系统仿真的初期发展來看，空管仿真验证主要针对某一•具体空管需求，利用单一仿真验证系统进行研究，主要采用离散仿真建模技术。随着空管系统的发展，仿真验证的需求逐步从单一的技术试验仿真验证扩展到全尺寸门到门的运行仿真验证，所采用的仿真技术也从单机仿真过渡到分布式系统仿真。从系统仿真技术的角度看，空管系统属于复杂系统，是由运行的实体和实体Z间的交互关系组成的。这些实体包括航空器、管制员、飞行员、通信、导航、监视、气象、管制设备、空域环境等，实体Z间的关系是指为了冇效协调系统各实体运行而制定的一

10、些法规、程序和规则。对于复朵系统，需耍釆用复杂系统仿真技术，即分布式系统仿真技术。三、分布式空管仿真验证系统近年來，随着空管建设发展的需求，不断涌现出-•批性能卓越的分布式空管仿真验证系统。现介绍几个主要系统。•ComDATSS：2000,明尼苏达州大学研究的一•个空中交通系统仿真项目，为先进的空管系统设计和口动化工具的评估提供一