一种采用ADS-B技术的通用航空防撞系统

为适应快速发展的通用航空对避撞的迫切需求,在基于广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）的通用航空监视系统的基础上构建了通用航空防撞系统,该系统与无人机和运输航空一体化构建。结合ADS-B工作范围广和通用航空防撞复杂的特点,提出并构建了包括紧急避撞、一般避撞和提前避撞的三级避撞系统。分析了避撞系统中区域的划分,给出了避撞处理流程,讨论了每一级避撞需求及其关键算法。     

ADS-B技术在通用航空器防撞系统中的应用

阐述ADS-B工作范围,通用航空器的防撞特点,构建了紧急避撞、一般避撞、提前避撞的三级避撞系统,并对于避撞系统中区域的划分进行分析,提出避撞处理流程。     

基于ADS和一二次雷达数据的飞行冲突检测和危害告警

简述了研究航空危险告警和避撞的重要性和必要性以及目前采取的防撞措施，检测和避撞系统的发展现状，对基于ADS和一二次雷达数控空中目标的冲突检测和危险告警处理模型进行了较为详细的阐述，并对该模型进行了性能分析。     

基于ADS-B的时间轴映射航路冲突检测算法

由于ADS-B工作范围广,将其应用于航空避撞系统时,在原先的避撞区域外再构建保护区域进行提前避撞,可进一步提高避撞系统性能,航路冲突检测是提前避撞的前提,其算法复杂。提出时间轴映射航路冲突检测算法,将航路冲突问题转化为分别求解X,Y,Z轴冲突区间问题,再由X,Y,Z轴的冲突区间分别映射到时间轴得到冲突时间段,最后通过求解3个冲突时间段的交集来确定航路冲突。仿真实验中,对ADS-B工作范围100 n mile内的入侵飞机在ATC规定的避撞区域进行航路冲突检测,结果只有1‰左右的入侵飞机存在冲突,这与ATC规定的避撞区域和ADS-B工作范围100 n mile体积之比接近,证明算法的正确性。     

机载防撞系统垂直防撞的物理模型

如何准确预测和估算本机与入侵飞机相遇时在最接近点的垂直间隔距离,是机载防撞系统(TCAS)在垂直方向上选择防撞措施的关键问题.采用空间相遇几何学的方法,建立了本机与入侵飞机相遇时垂直防撞的两种物理模型,基于该模型推导出了预测两机之间垂直间隔距离的计算公式,并且进行了计算机仿真.仿真结果表明,该模型能够准确预测本机与入侵飞机相遇时在最接近点的垂直间隔距离.最后,给出了本机在垂直方向上选择防撞措施的决策咨询条件和逻辑处理流程.     

无人机动态避撞区建模方法研究

针对现有方法采用定值飞行间隔确定避撞区域对空域利用不足的问题,提出一种动态、实时建立避撞区域的方法。根据无人机的机动约束,无人机的碰撞区域以及飞机之间的相对位置、相对速度等信息,实时建立避撞区包络。由于动态考虑了无人机与入侵飞机对避撞区的影响因素,提高了所建包络的针对性,缩小了避撞区包络所占的空域面积,不仅避免了一些不必要的规避机动,而且还可以使繁忙的空域得到更合理的利用。仿真结果验证了所建动态避撞区的有效性。     

临近空间飞行器自动防撞技术探讨

在分析机载平台空中防撞系统的发展历程和技术特点的基础上，提出了在临近空间飞行器上采用自动防撞技术。对所提出的自动防撞技术的基本功能、主要技术特点以及自动防撞技术的基本工作原理进行了描述，同时，阐述了临近空间飞行器自动防撞技术研究中几个需要解决的关键技术。     

民机空中交通警戒与防撞系统目标跟踪算法

空中交通警戒与防撞系统(TCAS)是航空电子综合环境监视系统的一个重要组成部分,它能有效降低空中飞行器间的碰撞威胁,对于提高飞行安全有着非常重要的意义。TCAS是一种不依赖地面设备的空中交通防撞系统。它能够探测在其领域内装有空中交通管制应答机的飞机,向驾驶员报告潜在的相撞目标。目标跟踪是TCAS的一个重要模块,能提供目标的飞行状态信息,并对目标的未来飞行状态进行预测。对空中目标进行稳定、高精确度的跟踪是目标跟踪模块的重要任务。本文介绍了基于扩展卡尔曼和交互式多模型(IMM-EKF)的目标跟踪算法,实现对目标的精确跟踪。通过仿真验证,证明算法能实现精确的目标跟踪,对防止空中相撞起到了积极作用。     

车辆自动紧急制动建模与分析

简要介绍了自动紧急制动的原理,并基于Matlab构建了一种自动紧急制动算法,对算法的核心模块进行了详细描述,同时进行了经典的C-NCAP测试,结果表明本文构建的算法效果良好,可以充分地发挥车辆避撞潜力,在多种车速下面对前方静止障碍物,都做出了有效的避撞动作.     

ADS-B技术在通用航空避撞系统中应用研究

分析了 ADS-B 技术及其在运输航空监视管理系统、通用航空监视管理系统、无人机监视管理系统和避撞系统中应用情况。分析了构建通用航空避撞系统的必要性和构建基于 ADS-B 的通用航空避撞系统的可行性及其优势;研究表明基于 ADS-B 技术的通用航空避撞系统是非常符合我国通用航空特点和需求,在性能上较 TCAS 会有更多优势,除了用于通用航空飞机自身相互避撞外,还可实现通用航空飞机与无人机、运输航空飞机以及地面建筑物和障碍物的避撞。基于 ADS-B 技术对通用航空避撞系统总体构建,包括硬件部分、软件部分、数据部分和通用航空避撞系统规划。     

基于SSR和ADS-B混合监视的机载编队防撞系统设计

由于设备性能的限制,民航飞机目前使用的机载防撞系统TCASⅡ不能适用于编队飞 行防撞。为了解决飞机编队飞行防撞以及与民航飞机TCASⅡ兼容的问题,给出了一种基 于二次雷达(SSR)和ADS-B混合监视的机载编队防撞系统的设计方案。该方案采用了TCAS主动 监视和被动监 视相结合的方法,利用唯一的24位S模式地址来识别和归类目标飞机,将TCAS的监视数据和A DS-B的监视数据进行数据融合来完成对目标飞机的监视和跟踪。通过将大型编队划分为多个 编队单元的方法,由长机负责保持各个编队单元之间的安全间距。采用收发器将长机产生的 位置保持和碰撞避免的操纵指令通过高频数据链路传送给各个编队单元,各个编队成员按照 操纵指令调整自己飞机的位置,完成对整个编队的位置保持和碰撞避免的集中控制和分散执 行。该方案可以为机载编队防撞系统的设计和实现提供参考和帮助。     

A Novel Approach towards the Designing of an Antenna for Aircraft Collision Avoidance System

TCAS/ACAS (Traffic/Aircraft Collision Avoidance System) is an airborne system designed to increase cockpit awareness of nearby aircraft and to service as a last defense against mid-air collisions between the aircrafts. In the existing system, four monopole stub elements are used as TCAS directional antenna and one blade type element is used as TCAS Omni-directional antenna. The transmission and reception frequencies of the TCAS antenna are 1.03G Hz and 1.09G Hz respectively. The existing TCAS antenna has some drawbacks such as low gain, large beamwidth, frequency and beam tuning/scanning issues etc. Antenna issues like unwanted signals reception may create difficulties in identifying the possible threats. In this paper, the focus is on the design and development of a novel Microstrip Antenna Array which can be used for TCAS/ACAS application. Two proposed antenna models are presented here – a Unit Element Dual Feed Microstrip Dual Patch Slotted Antenna and a Compact Microstrip Antenna Array. These are designed in CST tool to meet the current needs of aircraft Collision Avoidance System and to overcome the possible limitations associated with the existing techniques. The performance and other antenna characteristics have been explored from the simulation results followed by the antenna fabrication and measurement. A good Reflection Coefficient and VSWR with proper 50 Ω Impedance Matching, narrow Beamwidth, perfect Directional Radiation Pattern, high Gain and Directivity at the operating frequencies make this proposed antenna a good candidate for TCAS application. The proposed antenna would be expected to meet the requirements of the advanced avionics standards in terms of design simplicity, lightweight and high performance.     

基于当前统计模型的TCAS/ADS-B组合监视系统数据融合算法

比较了空中交通警戒与防撞系统(TCAS)和自动相关监视系统(ADS-B)的监视原理,构建了TCAS/ADS-B组合监视系统,对组合监视系统的监视区域进行了划分。采用当前统计模型的数据融合算法,得到了优化的TCAS局部轨迹估算和优化的ADS-B局部轨迹估算,以及优化的融合轨迹估算。仿真结果显示,最大优化融合位置误差为100 m,证明该组合监视系统可以提高目标飞机轨迹估算的准确度,从而提高TCAS的监视精度。     

基于TCASⅡ和ADS-B的组合监视防撞系统研究

为了有效地保持空中运行航空器的最小安全间隔和增加空域容量,急需发展独立可靠的空空监视和冲突检测与防撞系统.提出一种集合TCASⅡ和ADS-B技术的组合监视防撞系统,它以TCAsⅡ为基础,将ADS-B信息和TCASⅡ信息融合送入TCASⅡ决策单元,提供机栽监视、冲突检测和决策信息;同时以基于当前统计模型的卡尔曼滤波算法为...     

Novel Collision Detection and Avoidance System for Midvehicle Using Offset-Based Curvilinear Motion

In recent days, the manufacture of automotive vehicles is dramatically enhanced worldwide. Most vehicle crashes are due to the drive distraction on the real highway roads and traffic-density. In this proposed method, a novel collision detection and avoidance algorithm are coined for Midvehicle Collision Detection and Avoidance System (MCDAS), addressing two scenarios, namely, (a) A rear-end collision avoidance with host vehicle under no front-end vehicle condition and (b) offset-based curvilinear motion under critical conditions, while, suitable parallel parking manoeuvring also addressed using offset-based curvilinear motion. The Monte Carlo analysis of the proposed MCDAS is demonstrated using the Constant Velocity (CV) manoeuvring strategy and simulated with real-time data using the NGSIM database.

     

飞机环境监视系统的数字仿真

飞机环境监视系统AESS是由地形感知与告警系统、空中交通警戒与防撞系统、S模式应答机、机载气象雷达等构成,是大型民机航电系统的重要组成部分,它的研制对于提高飞行安全有非常重要的意义.根据ARINC - 768等适航标准,对AESS各分系统的功能进行分析,提出一种系统功能集成方案,给出系统综合的接口设计,制定综合画面显示...     

一种新的通用航空机载防撞逻辑设计方法

由于机载防撞系统(TCAS)是针对具有较大垂直高度变化率的大型飞机设计的,系统设定条件和与之相关的解脱建议并不能适用于通航飞机.针对通用航空的防撞问题,提出了一种基于马尔可夫决策过程(MDP)的防撞逻辑设计方法.首先,将飞机空中相遇过程的动态模型转换为离散转移函数;然后,基于防撞系统结果事件末端效用函数进行MDP建模,采用动态规划方法导出了最优防撞逻辑的迭代方程;最后,给出了通航飞机最优化防撞逻辑的设计流程并对最优防撞逻辑进行了计算机仿真.仿真结果表明,通过调整效用比参数可以在保证安全性能的同时有效降低系统告警率.在垂直相遇高度小于30 m的相遇过程占比高达18%的情况下,当告警率大于0.85时系统的碰撞概率仅为2.88×10-4左右.该设计方法对我国在低空空域通用飞机防撞系统的研究具有一定的参考价值.     

High-level modeling and analysis of the traffic alert and collisionavoidance system (TCAS)

We demonstrate a high-level approach to modeling, analyzing, and verifying complex safety-critical systems through a case study on the traffic alert and collision avoidance system (TCAS); an avionics system that detects and resolves aircraft collision threats. Due to the complexity of the TCAS software and the hybrid nature of the closed-loop system, the traditional testing technique of exhaustive simulation does not constitute a viable verification approach. Moreover, the detailed specification of the system software employed to date as a means toward analysis and verification neither helps in intuitively understanding the behavior of the system nor enables the analysis of the closed-loop system behavior. We advocate defining high-level hybrid system models that capture the behavior not only of the software but also of the airplanes, sensors, pilots, etc. In particular, we show how the core components of TCAS can be captured by relatively simple hybrid I/O automata, which are amenable to format analysis. We then outline a methodology for establishing conditions under which TCAS guarantees sufficient separation in altitude for aircraft involved in collision threats. The contributions of the paper are the high-level models of the closed-loop TCAS system and the demonstration of the usefulness of high-level modeling, analysis, and verification techniques