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

1、安全是航空業(yè)永恒的主題。為了保證飛機的飛行安全，必須獲知一定范圍內(nèi)飛機的飛行狀態(tài)信息，包括位置、速度、預(yù)期航跡等，據(jù)此對各機的飛行狀態(tài)做出調(diào)整以保證安全。運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，機載防撞系統(tǒng)（TCAS）作為ATC系統(tǒng)的一個備份，獨立于ATC系統(tǒng)運行，用于避免空中飛機相撞。TCAS對本機周圍一定范圍內(nèi)的飛機進行監(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。本文主要研究和實現(xiàn)CAS防撞系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤技術(shù)。
　　對周圍飛機的跟蹤是一個三維空間目標(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)跟蹤器進行設(shè)計和實現(xiàn)：
　　垂直方向上， TCAS的測量高度報告分為25ft精度和100ft精度。對25ft精度，跟蹤器采用α-β濾波器；對100ft精度，在采用α-β濾波器時

3、會產(chǎn)生不可接受的跟蹤誤差，設(shè)計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間以及穿越高度層數(shù)來計算高度率，間接對高度進行跟蹤，并將飛行過程劃分為5個不同狀態(tài)，針對不同狀態(tài)采用不同修正公式對高度率進行修正。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。水平方向的機動情況復(fù)雜，為快速對機動

4、情況進行跟蹤設(shè)計了三個獨立跟蹤器：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，最后綜合三個跟蹤器的結(jié)果以及飛行過程數(shù)學(xué)模型進行跟蹤。仿真結(jié)果驗證了水平跟蹤器在跟蹤精度和應(yīng)對機動情況的及時性兩方面均滿足TCAS最低性能標(biāo)準(zhǔn)的要求。
　　為了方便直觀的對跟蹤系統(tǒng)進行仿真測試，設(shè)計了基于Matlab的可視化綜合仿真平臺，采用TCAS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試用例對跟蹤算法進行仿真測試，結(jié)果表明跟蹤系統(tǒng)