文档介绍：项目名称:
复杂低空飞行的自主避险理论与方法研究
首席科学家:
张军北京航空航天大学
起止年限:

依托部门:
中华人民共和国工业和信息化部
二、预期目标

针对国家中长期科技发展规划中中国卫星导航系统、高分辨率对地观测系统等国家重大战略需求,围绕复杂低空环境下飞行器安全飞行的基础科学问题,重点研究复杂低空飞行的自主避险理论与方法,建立复杂低空环境要素多源多粒度关联表征与认知模型;揭示多元异质动态环境要素所蕴含安全飞行威胁特征的一般性规律,攻克多尺度空域安全态势场的生成演化与可信度估计难题;建立受限空域多飞行器密集飞行的实时协同控制模型与协同机动方法,构建复杂低空的自主避险基础理论与方法体系。
在复杂低空飞行自主避险的多源多粒度观测数据的关联表征与完备认知、动态空域安全态势跨尺度时空映射、受限空域多飞行器密集飞行的协同调控等方面取得原创性成果,使我。为国家培养一批从事飞行器安全飞行研究的青年学术带头人和研究骨干。

探索复杂低空环境下飞行器安全飞行的基础科学问题,包括复杂低空空域环境要素的完备认知模型,动态空域安全态势跨尺度时空映射模型,空域安全态势场的生成演化理论与可信度估计方法,受限空域多飞行器实时协同控制与安全引导基础理论与方法,开展复杂低空飞行器自主避险机载与地面仿真验证。具体目标是:
(1)揭示对环境要素的物理、几何、行为抽象特征的认知机理,建立适应环境要素数据分布特性的信息加工模型与方法,提出复杂空域环境要素及时完备认知方法。
(2)建立面向多威胁目标的飞行器安全包络模型,揭示安全包络间的演化机理及耦合机理,建立动态空域安全态势跨尺度的时空映射关系模型,提出多尺度安全态势场的生成演化理论及可信度估计方法。
(3)提出受限空域多飞行器密集飞行的协同调控理论与方法体系,建立飞行器实际飞行性能的可信判定与推演方法,揭示多元误差因素对飞行器导航不确定性的影响机理和时空变化规律;建立空间多飞行器的实时协同控制模型,揭示各种不确定性因素对多机协同的影响机理,提出多机实时协同控制与快速避险策略。
预期在国内外重要刊物和一流国际学术会议上发表论文300篇以上,出版著作5本以上,申请发明专利50项以上。结合本项目的实施,培养和建立一支具有一定规模的、以中青年科学家为骨干、多学科交叉融合的高水平人才队伍,其中杰出青年基金获得者、教育部“长江学者”特聘教授入选者3人以上,培养博士后和博士研究生100名以上。
三、研究方案
1. 学术思路
本项目针对复杂低空飞行自主避险中的环境要素认知完备性、安全态势构建可信性、飞行器自主避险协同性的三大关键性挑战,围绕多源多粒度观测数据的关联表征与完备认知、动态空域安全态势跨尺度时空映射、受限空域多飞行器密集飞行的协同调控等三大基础科学问题,采取联合航空宇航科学、信息科学、控制科学、交通科学和地球科学等多学科交叉融合的研究思路,面向航空应急救援的重大应用,从科学问题研究、关键技术攻关、综合仿真验证三个层次着手开展研究工作,并取得原创性成果。项目组确立了如下三条学术思路:
(1)强调多源多粒度数据关联表征与认知加工的融合研究,建立符合环境要素认知完备性的按需认知框架。多源信息融合等现有的认知加工理论在数据精准统一表示、信息加工处理机制与方法等研究方面已有较多进展,以追求数据处理的准确率为首要目的。但对航空应急救援等应用下的低空空域环境要素的认知,其认知模型必须追求及时性与准确性的均衡。与直接借鉴多源数据融合已有的成果不同,本项目将围绕复杂低空环境要素认知的完备性目标,强调数据关联与信息加工融合的按需认知方式:一方面,考虑到应急反应的及时性要求,探索基于关键特征相关性的多源、多粒度数据关联表征模型,支持数据及特征的快速按需优选;另一方面,兼顾及时性与准确性要求,建立结构认知与统计认知于一体的层次化信息加工模型,支持在较高层次快速完成信息加工处理。从而促进符合环境要素认知完备性的按需认知框架的建立。
(2)强调飞行器小尺度安全态势与全空域大尺度安全态势的跨尺度耦合,构建多尺度安全态势场的可信生成理论与方法。
考虑到全空域大尺度安全态势与飞行器小尺度安全态势存在关联耦合,且复杂低空空域安全态势具有动态特征,与采用传统安全态势分离构建方法不同,本项目将围绕复杂低空空域安全态势构建的可信性要求,强调动态空域安全态势的跨尺度耦合本质特性,通过建立飞行器安全包络模型,探索多飞行器安全包络间的耦合机理,研究大尺度安全态势的生成演化方法,实现多飞行器小尺度安全态势到全空域大尺度安全态势的推演,保证复杂动态空域环境中多尺度安全态势的一致性和可信性。从而构建多尺度安全态势场的可信生成理论