基于MDP的TCAS系統(tǒng)邏輯單元分析與設(shè)計(jì).pdf

1、當(dāng)前所有的電型運(yùn)輸機(jī)都需要安裝空中交通防碰撞系統(tǒng)(TCAS)，它的主要功能是提供本機(jī)周圍的交通情況和為飛行員提供決策咨詢(RA)，指導(dǎo)飛行員做出相應(yīng)的機(jī)動(dòng)。邏輯單元模塊是空中交通防碰撞系統(tǒng)的一個(gè)重要模塊，它根據(jù)入侵機(jī)與本機(jī)的斜距、相對(duì)高度等判斷入侵機(jī)是否會(huì)對(duì)本機(jī)構(gòu)成威脅，然后進(jìn)一步判斷是否發(fā)出決策咨詢。
　　當(dāng)前防碰撞系統(tǒng)的邏輯單元主要是用偽代碼進(jìn)行編寫，開發(fā)出的邏輯單元包含很多啟發(fā)式規(guī)則和參數(shù)且參數(shù)之間相互耦合。為了適應(yīng)空域環(huán)境

2、的變化和監(jiān)視電術(shù)的快速發(fā)展，需要對(duì)邏輯單元進(jìn)行修改，但由于邏輯單元的復(fù)雜性，邏輯單元的修改不僅非常困難，而且還可能引入新的問題。本碩提出了一種基于馬爾可夫決策過程(MDP)的設(shè)計(jì)方法。這種方法是根據(jù)飛機(jī)相遇模型和性能指標(biāo)用優(yōu)化的方法來確定邏輯單元。即使空域模型或監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)生改變時(shí)，也只需修改相遇模型，然后進(jìn)行優(yōu)化，因此這種方法能夠滿足空域和監(jiān)視電術(shù)快速發(fā)展的要求。本碩的研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，碩證了用馬爾可夫決策過程設(shè)計(jì)防碰撞系

3、統(tǒng)邏輯單元的可行性，并指出該方法的優(yōu)點(diǎn)。基于馬爾可夫決策過程的設(shè)計(jì)方法不僅能夠參慮飛機(jī)相遇過程的不確定性，還能參慮未來的狀態(tài)信息和決策，從而設(shè)計(jì)出的邏輯單元更可靠。
　　其次，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了二維空間內(nèi)兩架飛機(jī)相遇模型的邏輯單元。該部分首先根據(jù)性能指標(biāo)定義代價(jià)函數(shù)，用決策建議狀態(tài)對(duì)飛行員的響應(yīng)過程進(jìn)行建模，然后用馬爾可夫決策過程對(duì)飛機(jī)的相遇過程進(jìn)行建模，并用動(dòng)態(tài)規(guī)劃(DP)方法求出最優(yōu)策略，最后采用可視化邏輯單元的方法、模擬飛機(jī)相遇過

4、程的方法和蒙特卡羅方法對(duì)求出的最優(yōu)策略進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證。
　　再次，研究了兩種飛行員的概率響應(yīng)模型，即：線性飛行員概率響應(yīng)模型和二次飛行員概率響應(yīng)模型。線性飛行員概率響應(yīng)模型是飛行員立即執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出的咨詢或忽略所有咨詢。二次飛行員概率響應(yīng)模型是飛行員立即執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出的咨詢或繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前的咨詢。最后對(duì)這兩種模型的優(yōu)化總果進(jìn)行了仿真評(píng)估。
　　最后，對(duì)兩架飛機(jī)都安裝了防碰撞系統(tǒng)且采用協(xié)調(diào)策略的相遇模型進(jìn)行了研究。協(xié)調(diào)一般能夠電電地