CAS防撞算法的目標(biāo)跟蹤技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、安全是航空業(yè)永恒的主題。為了保證飛機(jī)的飛行安全，必須獲知一定范圍內(nèi)飛機(jī)的飛行狀態(tài)信息，包括位置、速度、預(yù)期航跡等，據(jù)此對(duì)各機(jī)的飛行狀態(tài)做出調(diào)整以保證安全。運(yùn)行于地面的空中交通管制系統(tǒng)（ATC）并不能完全保證飛行安全，機(jī)載防撞系統(tǒng)（TCAS）作為ATC系統(tǒng)的一個(gè)備份，獨(dú)立于ATC系統(tǒng)運(yùn)行，用于避免空中飛機(jī)相撞。TCAS對(duì)本機(jī)周圍一定范圍內(nèi)的飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、跟蹤以及向飛行員提供防撞咨詢，目標(biāo)跟蹤是TCAS正常工作的基礎(chǔ)，直接決定了防撞咨詢的可

2、靠性，CAS防撞系統(tǒng)是TCAS的核心子系統(tǒng)，完成跟蹤和防撞咨詢功能。本文主要研究和實(shí)現(xiàn)CAS防撞系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤技術(shù)。
　　對(duì)周圍飛機(jī)的跟蹤是一個(gè)三維空間目標(biāo)跟蹤問題，由于TCAS在垂直方向和水平方向的跟蹤測(cè)量方法不同，論文分別從垂直方向和水平方向?qū)δ繕?biāo)跟蹤器進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：
　　垂直方向上， TCAS的測(cè)量高度報(bào)告分為25ft精度和100ft精度。對(duì)25ft精度，跟蹤器采用α-β濾波器；對(duì)100ft精度，在采用α-β濾波器時(shí)

3、會(huì)產(chǎn)生不可接受的跟蹤誤差，設(shè)計(jì)了非線性高度跟蹤器，核心思想是利用多次高度層穿越占用時(shí)間以及穿越高度層數(shù)來計(jì)算高度率，間接對(duì)高度進(jìn)行跟蹤，并將飛行過程劃分為5個(gè)不同狀態(tài)，針對(duì)不同狀態(tài)采用不同修正公式對(duì)高度率進(jìn)行修正。仿真結(jié)果及誤差分析顯示非線性高度跟蹤器在跟蹤精度和響應(yīng)時(shí)間兩方面均優(yōu)于α-β跟蹤器，有效提高TCAS做出防撞咨詢的可靠性。
　　水平方向上，水平跟蹤主要利用α-β濾波器和卡爾曼濾波器。水平方向的機(jī)動(dòng)情況復(fù)雜，為快速對(duì)機(jī)動(dòng)

4、情況進(jìn)行跟蹤設(shè)計(jì)了三個(gè)獨(dú)立跟蹤器：笛卡爾跟蹤器、拋物線跟蹤器和距離方位跟蹤器，針對(duì)不同的目的和不同的條件采用不同的跟蹤器，最后綜合三個(gè)跟蹤器的結(jié)果以及飛行過程數(shù)學(xué)模型進(jìn)行跟蹤。仿真結(jié)果驗(yàn)證了水平跟蹤器在跟蹤精度和應(yīng)對(duì)機(jī)動(dòng)情況的及時(shí)性兩方面均滿足TCAS最低性能標(biāo)準(zhǔn)的要求。
　　為了方便直觀的對(duì)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試，設(shè)計(jì)了基于Matlab的可視化綜合仿真平臺(tái)，采用TCAS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試用例對(duì)跟蹤算法進(jìn)行仿真測(cè)試，結(jié)果表明跟蹤系統(tǒng)