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作者：张楚谦中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

空化现象在自然界和工业应用中普遍存在。特别是在高高原机场这种低气压环境中,由于空化数降低,消防和燃油等液体输送系统更容易发生空化,这可能导致动力系统的性能下降和寿命缩短。针对这一问题,本研究通过在低气压工作环境下开展可视... 详细信息

空化现象在自然界和工业应用中普遍存在。特别是在高高原机场这种低气压环境中,由于空化数降低,消防和燃油等液体输送系统更容易发生空化,这可能导致动力系统的性能下降和寿命缩短。针对这一问题,本研究通过在低气压工作环境下开展可视化实验和数值模拟,旨在为高高原机场的标准制定、水力系统工程应用及技术创新提供理论依据。研究构建了低气压环境的空化可视化实验平台,其最低绝对气压可达51 k Pa。利用该平台,对不同环境压力下空化的演化过程进行研究。通过数字图像处理技术,获取了空化云的时序图像,进而揭示了空化云长度、周期与环境压力之间的密切关系。结果表明,环境压力的降低导致空化云形成的周期延长、长度增加,对流体动力特性产生显著影响。此外,通过分析空化云的界面行为,观察到回射流和凝结激波两种脱落机制和气液相互作用,这为理解空化动力学提供了新的视角。对空化流动引起的压力波动进行的深入研究,揭示了空化类型的无量纲参数识别方法。通过空化数σ、Strouhal数St、压力损失系数K三个参数的分析,区分了凝结激波和回射流两种空化模式:σ≤0.78,St≤0.15,K≤0.30时为凝结激波,σ>0.78,St>0.15,K>0.30时为回射流。同步分析压力脉动结果表明,空化过程中的压力波动呈现出明显的频率特征,而环境压力和流量的变化会影响这些特征频率与空化云动态行为之间的相位差,随着环境压力降低或流量增大,相位差发生左移,压力脉动幅值和周期增大。此外,通过大涡模拟(LES)技术和比较WALE、KET、Smagorinsky-Lilly(SL)三种亚格子模型的性能,发现WALE模型在空化流动模拟中能够提供更为准确的结果。数值模拟不仅再现了实验观察到的空化现象,而且讨论了空化云的形成、演变及其对流场的影响。通过对空化流场的压力PSD分析,进一步揭示了不同空化云脱落机制下的功率谱特性,为未来研究提供了新的方向。

关键词：空化可视化实验空化云脱落机制压力脉动大涡模拟

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基于航线网络的中国航空公司运营效率研究

基于航线网络的中国航空公司运营效率研究

作者：杨晨昕中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

航空公司运营效率是衡量航空公司经营情况与竞争力的重要指标。实现自身运营效率的提升,是航空公司提质增收、推动其高质量发展的必由之路。探究航空公司运营效率的提升路径,不仅符合交通强国的战略目标,也是实现航空运输行业高质量、... 详细信息

航空公司运营效率是衡量航空公司经营情况与竞争力的重要指标。实现自身运营效率的提升,是航空公司提质增收、推动其高质量发展的必由之路。探究航空公司运营效率的提升路径,不仅符合交通强国的战略目标,也是实现航空运输行业高质量、可持续发展的必然要求,对于促进航空运输行业的健康发展具有重要意义。而航线网络作为航空公司运营的基础和关键因素,直接关系到航空公司的经营成本和竞争力,是实现其运营效率提升和长远发展战略的重要支撑。以航线网络各项结构特征指标为切入点,深入研究其对航空公司运营效率的影响机制,从而有的放矢地对航线网络进行优化完善,以实现运营效率的提升,是一条科学可行的路径。本文以我国大型航空公司、中型航空公司、小型航空公司为研究对象,针对其航线网络特征对运营效率的影响机制开展实证分析,在此基础上给出航空公司运营效率的提升路径。首先,明确了航线网络与运营效率的相关概念、度量指标及研究方法。在理论上分析了各指标对运营效率的影响机制,并基于此提出了假设。其次,分析不同类型航空公司的航线网络布局情况,采用复杂网络方法,对不同类型航空公司航班分布情况、网络全局结构特征、节点直达性及分布、网络节点中心性、核心边缘结构进行分析,掌握不同类型航空公司航线网络结构特征。结果发现,大型航空公司航线网络发达,网络的通达性高、中心性较强,中型航空公司节点数、航线数、连接率明显低于大型航空公司,小型航空公司网络通达性整体处于较低水平。再次,构建航空公司运营效率评估体系,采用BCC-DEA模型完成各类航空公司运营效率评估。结果发现,大型、中型和小型航空公司在运营效率上存在显著差异。大型航空公司优势显著,中型航空公司在综合效率与纯技术效率方面获得较大进步,小型航空公司纯技术效率存在显著内部差异,中、小航空公司在规模效率方面存在明显不足。在此基础上,构建Tobit模型,分析航空公司规模、网络全局结构、节点直达性、网络节点中心性、核心边缘结构对航空公司运营效率的影响。所得结果证实了前文假设,诸指标对航司效率的影响正向性显著,基于此,将诸指标与三类样本相结合,进行了针对性分析。最后,结合理论基础、实证结果与现实情况,提出了针对大型航空公司、中型航空公司和小型航空公司运营效率提升的一系列对策。总而论之,即大型航空公司需要强化枢纽建设、开展集成化运营、维持领先地位,中型航空公司需要深耕区域网络、创新定制化服务、科学扩张规模,小型航空公司需要灵活调整航线、发扬成本优势、开展联盟合作。本文为中国航空公司航线网络优化与效率提升提供了决策依据,对推动民航交通运输业的可持续发展、实现民航交通运输业的高质量发展具有积极作用。

关键词：航空公司航线网络运营效率影响机制

基于深度学习的重庆江北机场能见度预测模型研究

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基于深度学习的重庆江北机场能见度预测模型研究

作者：李忠堃中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

安全是机场运营和民航运输的生命线,能见度作为重要的气象参数,由于其复杂、易变的特点给民航运输工作带来了极大的挑战,这不仅增加了运输的成本,还严重影响了运输过程的安全和稳定。因此,可靠的能见度预报对提高民航运输安全具有重大... 详细信息

安全是机场运营和民航运输的生命线,能见度作为重要的气象参数,由于其复杂、易变的特点给民航运输工作带来了极大的挑战,这不仅增加了运输的成本,还严重影响了运输过程的安全和稳定。因此,可靠的能见度预报对提高民航运输安全具有重大意义。依赖深度学习可以充分挖掘数据间特征的优势,近年来已广泛应用于自然语言处理、语音识别、图像识别等领域。本文以重庆江北机场为研究主体,收集2014-2023年近九年的机场例行天气报告（METAR报）和机场附近空气质量监测站（空港,站号:1425A）的大气污染物数据,基于深度学习构建重庆江北机场能见度预测模型,为机场的能见度预报提供决策支持,从而保障机场运输安全。具体研究内容如下:首先,通过将收集到的气象报文数据和大气污染物数据进行多个时间维度的统计分析,探究能见度的分布及变化特征。按重庆江北机场跑道起飞标准把能见度划分为四个等级,对所有等级能见度做年际统计分析后,再对各等级能见度做年际、季节、月、日变化特统计分析。研究后发现,第IV等级发生频次增多,第I、II、III等级的频次减少,这说明重庆江北机场的能见度条件逐渐得到好转。另外,针对各季节下导致能见度发生变化的影响因素存在不同,对能见度和所有因素进行Pearson、Spearman相关性分析。结果表明,在每个季节内,相对湿度、温度露点差均为影响能见度变化的主要因素,除此之外,能见度对相对湿度、修正海平面气压、PM、PM、NO均具有不同程度的负相关,对温度、温度露点差、风速、O均具有不同程度的正相关。其次,构建LSTM、CNN-LSTM和CNN-LSTM-Attention的重庆江北机场能见度预测模型,设置好网络模型内部的激活函数、Adam优化器、代价函数以及网络各参数后,将相关性分析出的主要影响因素分季节输入到预测模型中展开研究。结果表明,在不同季节、不同预测时长的情况下,CNN-LSTM-Attention模型都表现出最佳的预测性能,模型预测值与真实值的拟合程度最高,相对误差最小,同时四个评价指标结果相较于CNN-LSTM模型与LSTM模型均为最小。本文以预测春季未来1h时为例分析,CNN-LSTM-Attention能见度预测模型的预测曲线和真实观测曲线的拟合程度最高,CNN-LSTM次之,LSTM最差,另外,CNN-LSTM-Attention模型相较于CNN-LSTM模型和LSTM模型具有更小的RMSE、MAE、MAPE和SMAPE值,分别为238.8米,178.22米,4.66%和4.6%。最后,选取2020年12月27日和2021年11月17日重庆江北机场真实发生的两起低能见度事件案例来对CNN-LSTM-Attention模型的预测性能做进一步验证分析,通过对结果进行可视化和指标计算分析,证实了该模型对机场发生低能见度时有着精确的预测输出,预测值与观测值的曲线拟合程度最好,RMSE、MAE、MAPE、SMAPE四个指标的计算结果均是三个模型内最小,再次验证CNN-LSTM-Attention模型在重庆江北机场能见度预测研究的理论可行性。综上,基于深度学习构建的CNN-LSTM-Attention预测模型可以实现对能见度准确、及时预报,在一定程度上可为重庆江北机场气象部门提供能见度预报参考,对机场安全运行有着重要意义。

关键词：机场能见度预测深度学习长短期记忆神经网络卷积神经网络注意力机制

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基于水平定向钻技术的道面结构力学响应研究

基于水平定向钻技术的道面结构力学响应研究

作者：刘雨星中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

机场助航灯光设施在夜间和低能见度条件下,为飞行员的起飞、进近、着陆和滑行提供关键的目视引导信号,对保障机场安全运行具有至关重要的作用。因此,深入探讨机场助航灯光设施的改造升级对于增强民航机场的安全性能具有不可忽视的理论... 详细信息

机场助航灯光设施在夜间和低能见度条件下,为飞行员的起飞、进近、着陆和滑行提供关键的目视引导信号,对保障机场安全运行具有至关重要的作用。因此,深入探讨机场助航灯光设施的改造升级对于增强民航机场的安全性能具有不可忽视的理论和实践意义。然而,在机场的新建或改扩建工程中,地下管线的铺设往往涉及大量的开挖回填作业,这不仅消耗大量的人力、物力和财力,还可能导致工期延误和成本增加,甚至可能给机场带来潜在的安全隐患。为有效应对上述问题,本研究致力于研发水平定向钻技术的专用注浆设备,并深入探讨基于水平定向钻进技术的机场水泥道面和沥青道面的力学响应,以验证该技术的可行性和优越性。论文研究内容主要包括以下几个方面:1.通过飞机荷载模拟和有限元软件ABAQUS,构建机场刚性道面结构的三维数值模型。基于该模型,分析不同飞机荷载形式及道面结构参数在水平定向钻机施工后对机场水泥道面和沥青道面力学响应的影响。在跑道结构为水泥道面的水稳基层开直径为10c m的孔时,机型为B737-800时,板底最大弯拉应力为2.106MPa,最大变形为0.066cm;机型为B747-400时,板底最大弯拉应力为1.936MPa,最大变形为0.065cm,符合道面设计规范。在跑道为沥青道面时,经仿真验算,孔位在基层和底基层时,施加B-747-400与B-737-800两种机型的荷载,得到无机结合料稳定类基层疲劳开裂控制轮撤CDF值为0.202和0.728,均小于1.05;沥青层轮辙CDF值为0.297和0.324,均小于1.05,在水平定向钻钻孔的工况下,拟定结构厚度满足设计要求。实验数据表明,在特定跑道结构和飞机荷载条件下,有限元数值仿真表明,道面结构的弯拉应力和变形均符合设计规范,水平定向钻施工不会对道面强度和使用寿命产生显著影响。2.设计试验段场地,并依据民航跑道设计标准铺设了4C和4E两个飞行区等级的试验段,为后续的试验研究奠定基础。3.本研究还对封孔器进行设计改进。封孔器的核心功能在于确保水平定向钻施工后钻孔的有效封堵,防止浆液回流,进而保障注浆效果和道面承载力。在机械式封孔器的基础上,本研究进一步设计气液两用式封孔器,通过气体或液体的注入促使胶塞快速膨胀,从而简化操作流程、缩短施工时间并提高密封性能。现场实验结果表明,改进后的封孔器表现优异,成功解决了原有问题。本研究从道面结构力学响应的角度出发,验证水平定向钻技术在机场水泥道面和沥青道面施工中的可靠性和有效性。这不仅为机场地下管线的非开挖铺设提供了新的技术途径,也为提升机场建设项目的效率和安全性提供了有力支持。未来,本研究将继续深化对水平定向钻技术的探索和应用,为民航机场的安全运行和持续发展贡献更多力量。

关键词：机场道面有限元封孔器水平定向钻力学响应

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基于碳排放的航空公司飞机排班优化研究

基于碳排放的航空公司飞机排班优化研究

作者：吴迪中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

近年来,随着民航行业快速发展,碳排放量逐年提升,碳交易市场应运而生。碳交易市场要求航空公司为购买碳排放额度支付碳排放成本。因此为计算碳排放成本,本文分别对碳排放量的计算和碳交易价格的预测进行了研究。以计算结果为支撑,本文... 详细信息

近年来,随着民航行业快速发展,碳排放量逐年提升,碳交易市场应运而生。碳交易市场要求航空公司为购买碳排放额度支付碳排放成本。因此为计算碳排放成本,本文分别对碳排放量的计算和碳交易价格的预测进行了研究。以计算结果为支撑,本文对航线的机型选择进行优化,降低了碳排放成本对航空公司的影响。具体研究内容和方法如下:首先介绍了碳排放量的计算边界和多种计算方法。以ICAO碳排放计算方法为基础,使用实际运行数据,计算出两种机型在不同航线上的碳排放量。其次,面对碳交易价格的预测问题,本文在ARIMA预测和LSTM预测两种预测模型的基础上,提出了方差倒数法和熵权法两种加权组合预测模型,基于以上四种预测模型对碳交易单价进行了预测。预测结果表明,熵权法构建的组合预测模型具有较好的预测结果。最后,结合航班的碳排放量和预测的碳交易单价,提出了碳排放成本的计算方法。结合燃油成本和机组成本,建立了飞机排班优化模型。使用实际运行数据对模型进行求解。结果显示,优化后航班总成本降低了31万元,优化比例为2.58%。表明考虑碳排放成本后通过在航线上选择适宜的机型能够有效降低航班总运行成本。

关键词：碳排放成本基于标准的ICAO碳排放计算方法 ARIMA模型 LSTM模型组合预测飞机排班

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融合空域中无人机与有人机冲突解脱研究

融合空域中无人机与有人机冲突解脱研究

作者：方娜中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

近年来,无人机的应用场景大幅增加,而目前无人机运行限制在隔离空域内,有限的空域资源恐难以满足无人机日益增长的市场需求。得益于政府政策支持,提出引导无人机分阶段逐步融入国家空域体系,未来无人机进入融合空域与有人机融合飞行将... 详细信息

近年来,无人机的应用场景大幅增加,而目前无人机运行限制在隔离空域内,有限的空域资源恐难以满足无人机日益增长的市场需求。得益于政府政策支持,提出引导无人机分阶段逐步融入国家空域体系,未来无人机进入融合空域与有人机融合飞行将成为可能,而无人机的冲突解脱能力也将成为制约无人机进入融合空域的关键之一。因此,本文将以大型固定翼无人机为研究对象,研究融合空域中大型固定翼无人机与有人机的冲突解脱问题。本文主要研究内容如下:(1)针对融合空域中无人机与有人机双机冲突场景,在速度障碍法原理的基础上,提出了一种多目标优化的双机冲突解脱模型,研究双机冲突下无人机解脱机动时机。首先,采用航向解脱和速度解脱策略,以航向调整范围和航向解脱可机动范围为约束,以航向调整量和解脱总偏离距离为多目标函数,构建航向解脱模型;以速度调整范围和速度解脱可机动范围为约束,以速度调整量和解脱总延迟距离为多目标函数,构建速度解脱模型。其次,结合枚举法求解模型,得到航向/速度目标函数值最小时对应的时间即为航向/速度解脱机动时机。最后,仿真验证了提出的多目标优化解脱模型在求解双机冲突下无人机解脱机动时机上的有效性与可行性。(2)针对融合空域中无人机与有人机多机冲突场景,提出了一种改进的水母算法,用于求解复杂多机冲突解脱问题。首先,对标准水母算法进行改进,改用Circle混沌初始化种群,并引入TUA搜索算子、自适应非线性惯性权重因子以及柯西变异策略改进水母位置更新公式,通过与不同算法在14个性能测试函数上进行仿真对比,结果验证了改进的水母算法在寻优精度和算法稳定性上的优越性。其次,采用航向解脱和速度解脱策略,并构建基于改进水母算法的多机冲突解脱模型。最后,将改进水母算法和标准水母算法分别用于求解多机冲突解脱模型,仿真结果表明,无论是航向解脱还是速度解脱,改进的水母算法均能有效解决多机冲突下无人机冲突解脱问题,且求解精度更高,解脱路径优化效果更好。

关键词：融合空域冲突解脱无人机多目标优化速度障碍法水母算法

超细晶颗粒增强铝/镁基复合材料力学行为的模拟研究

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超细晶颗粒增强铝/镁基复合材料力学行为的模拟研究

作者：马骏驰中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

相较于传统金属材料,颗粒增强金属基复合材料的优势在于可通过调控增强体种类、形貌、大小、分布和含量来获得理想的复合材料性能。但是,研究发现这些增强体参数协同影响着复合材料的力学性能,且对复合材料力学性能的具体影响规律仍未... 详细信息

相较于传统金属材料,颗粒增强金属基复合材料的优势在于可通过调控增强体种类、形貌、大小、分布和含量来获得理想的复合材料性能。但是,研究发现这些增强体参数协同影响着复合材料的力学性能,且对复合材料力学性能的具体影响规律仍未明确。目前主要的研究方式为制备材料并开展拉伸实验,但这种研究方式存在干扰因素较多,耗时长且成本高的难点。因此,为解决上述问题,本文从仿真模拟的角度入手,首先基于三种金属基复合材料(TiB2/6061Al、ZrB2/6061Al、SiC/CNT/AZ91D)的微观TEM照片,在仿真平台ABAQUS中建立了这三种复合材料的代表体积单元(Representative volume element,RVE)模型。随后结合Vumat子程序和Cohesive单元,在RVE模型中引入基体延性断裂准则、线性损伤演化算法、界面牵引分离准则,成功中模拟了 RVE在单向拉伸载荷作用下包括弹性变形、塑性变形和断裂损伤的全过程力学行为。随后与实验数据比对,验证了模型的精确性。最后对纤维(含量、投放角度)、颗粒(含量、圆整度,团簇率)进行了参数化分析,并总结出增强体对RVE的力学行为以及断裂行为的作用机制。研究结果表明:(1)对于TiB2/6061Al复合材料,增加颗粒质量分数wt提高了 RVE的承载能力,但降低了它的伸长率。颗粒的团簇率β对RVE的力学行为也有很大影响,随着团簇率β增加,颗粒间距的减小导致颗粒上的应力增加,伸长率降低了约8%,并导致损伤提前发生、应力的下降梯度增加,然而,屈服强度、拉伸强度及弹性模量均未得到提高。此外,还研究了裂纹产生和扩展的机理:首先在颗粒周围产生细裂纹,随后细裂纹与附近的其他细裂纹融合,形成主裂纹,主裂纹的进一步扩展导致了复合材料的宏观断裂。(2)对于ZrB2/6061Al复合材料,实验发现该材料在制备过程中会产生局部高密度位错,这种位错效应使得复合材料的屈服强度得到提高,仅靠原有的塑性硬化模型无法模拟出真实的屈服强度。因此,本文基于热错配(CTE)机制,推导出了一个适用于该材料的新型塑性硬化模型,并成功开展了仿真模拟实验。考虑到颗粒圆角尺寸对应力的分布有着较大的影响,且目前对该因素的研究还较少,因此本文还对颗粒圆角尺寸进行了研究。结果表明:增加颗粒的体积分数fv显著提高了复合材料的承载能力,但降低了其伸长率。同时,为探究RVE在受载过程中的深层致因,我们结合正交标准化Lode角及应力三轴度对失效单元进行了深入分析,分析结果表明:当圆角尺寸pc较小时,偏应力引起的剪应力、压应力和拉应力是基体失效的主要致因,而当圆角较尺寸pc大时,静水应力产生的剪应力和拉应力基体失效的主要致因,且应力集中得到了有效缓解,并在很大程度上提高了伸长率,但承载能力没有明显变化。(3)对于SiC/CNT/AZ91D复合材料,实验发现该材料的强化机制较为复杂,涉及多种强化机制,因此本文在此基础上,结合原有的塑性硬化模型和各项强化机制,推导出了一个适用于该材料的新型塑性硬化模型。实验结果表明:与仅含一种增强体的复合材料不同,对于含双相增强体的混杂复合材料而言,仅增大增强体的体积分数fv对其承载能力无明显强化作用,因此还需进一步探究具体的影响因素。随后进一步的失效分析表明:双相增强体混杂情况下的RVE材料损伤致因较为复杂,增强体团簇,投放角度等因素都会对RVE的力学行为具有较大的影响。考虑到CNT纤维在形貌及材料性能上的特殊性,本文对CNT纤维的投放角度φ进行了分析。分析结果表明:随着CNT纤维的投放角度φ由0°上升到90°,屈服强度上升了 30MPa,抗拉强度下降了 15MPa,伸长率下降了5%。

关键词： PRMMC 数值仿真 3D RVE 力学行为失效分析

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西南地区机场运营效率测度及时空演化研究

西南地区机场运营效率测度及时空演化研究

作者：刘冰洋中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

机场运营效率体现的是机场运营过程的状态,时空演化体现的是事物在时间和空间维度上的差异性和演变规律。探究西南地区机场运营效率的时空演化规律既是实现民航强国建设目标和民航业绿色发展的需要,也是提升西南地区机场运营水平的需要... 详细信息

机场运营效率体现的是机场运营过程的状态,时空演化体现的是事物在时间和空间维度上的差异性和演变规律。探究西南地区机场运营效率的时空演化规律既是实现民航强国建设目标和民航业绿色发展的需要,也是提升西南地区机场运营水平的需要。本文在确定机场运营效率的4个投入指标和3个产出指标后,运用超效率DEA模型,对2016-2020年西南地区42个机场的运营效率进行测度,然后从时间演化差异性和时间演化规律两个角度对单个机场和各省份机场运营效率进行分析;随后,使用标准差椭圆模型探究机场运营效率的空间特征,使用空间自相关模型分析机场运营效率的空间关联特征,使用核密度估计模型研究机场运营效率的时空演化特征;最后,基于分析结果和研究结论,提出对策建议。对西南地区机场运营效率时间演化研究发现:(1)2016-2019年间,机场的运营效率有所提高,有效运营的机场逐年增加,但增长率呈下降趋势,2020年有效运营的机场数量与2018年持平。(2)不同省份机场运营效率存在差异,四川省和重庆市机场运营效率普遍高于其他三个省份,西藏自治区机场运营效率值在这5年内呈现增长趋势。对西南地区机场运营效率空间演化研究发现:(1)在空间特征分析中,机场运营效率重心表现出一种向东北部移动的趋势,轴线始终为东北—西南指向,旋转角呈现稳定减小的趋势。(2)在空间关联性分析中,机场的运营效率呈现出一种相对独立且分散的特征,机场与机场之间缺乏空间上的相互依赖性。(3)在时空演化规律上,呈现“大分散、小聚集”的格局,集聚区域逐渐向东北方向偏移。

关键词：民航业西南地区机场运营效率时空演化

基于AeroMACS的机场场面定位算法研究

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基于AeroMACS的机场场面定位算法研究

作者：任赟中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

航空运输业的快速发展使得航班数量大幅增长,这导致航空运输的通信需求急剧增加,进而加剧了甚高频(VHF)链路的拥堵。现有的场面监视技术如场面监视雷达、多点定位系统(MLAT)以及广播式自动相关监视系统(ADS-B)等多依赖于甚高频数据链。... 详细信息

航空运输业的快速发展使得航班数量大幅增长,这导致航空运输的通信需求急剧增加,进而加剧了甚高频(VHF)链路的拥堵。现有的场面监视技术如场面监视雷达、多点定位系统(MLAT)以及广播式自动相关监视系统(ADS-B)等多依赖于甚高频数据链。通信链路拥堵会使得监视系统的信息出现延迟、错误或丢失等一系列问题。此外,场面监视设备还容易受到遮蔽物和天气的干扰。这些限制和隐患对于航空运行安全产生了潜在的威胁。新型机场航空移动通信系统(AeroMACS)基于IEEE802.16标准建立,采用航空专用频段,有效避免了VHF链路拥堵的情况,具有更高的安全性和可靠性。同时这项技术可以有效抵抗多径传播带来的影响,在非视距(NLOS)传播环境中具有显著优势。因此,为确保场面运行的安全和高效,本文基于AeroMACS技术探讨了系统在机场场面定位的应用,并对定位方案进行了深入研究,取得的主要研究成果如下:(1)对时延测量技术进行了探讨和研究,并引进了基于IEEE 802.16e标准的一维搜索测距算法,显著降低了计算的复杂度。通过仿真对比表明,该算法能有效降低低信噪比环境对参数估计的影响,适用于多用户的复杂环境。(2)针对多用户环境引入了基于搜索步骤优化的到达角估计算法,这一算法在多用户情境下具备更高的运算效率,为AeroMACS系统在机场场面定位中的应用提供了新的算法支持。(3)研究在假设的多路径和NLOS环境中,利用单次反射路径设计了一种基于到达时间和到达角的单基站定位方案,基于圆盘散射模型和高斯散射体分布模型建立了几何定位模型并进行了模拟仿真。(4)本文提出了一种基于目标可能位置线(LPMD)的误差估计方法,通过误差消除法在三维空间中实现了高精度的定位。

关键词： AeroMACS 单基站无线定位多路径效应非视距(NLOS)

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基于深度学习的陆空通话品质评估方法研究

基于深度学习的陆空通话品质评估方法研究

作者：张坚中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

陆空通话品质评估是“智慧空管”和“智慧监管”发展路线中所需解决的关键技术问题之一。不同品质的陆空通话所对应的语音信号特征各有差异,存在“数据样本偏倚”和“数据样本类别不平衡”导致语音识别模型准确率高低不一的问题,影响各... 详细信息

陆空通话品质评估是“智慧空管”和“智慧监管”发展路线中所需解决的关键技术问题之一。不同品质的陆空通话所对应的语音信号特征各有差异,存在“数据样本偏倚”和“数据样本类别不平衡”导致语音识别模型准确率高低不一的问题,影响各类以“陆空通话”为核心的深度学习智慧化民航应用模型的性能。本文专注于从语音信号的角度对陆空通话品质进行评估,围绕当前“智慧民航”理念下的“泛化性广、鲁棒性强、可靠性高”的智慧化民航高水平要求,提出基于发音速率、口音、干扰程度的陆空通话品质评估指标体系,为智能化模型优化提供针对性的优化和调整方案。评估方法具体如下:(1)基于发音速率的陆空通话品质评估。构建基于声学模型的音素边界检测模型,对音素边界位置直接定位,获取归一化的音素持续时间,通过对发音的非均匀性计算来评估。与传统的语速计算方法相比,发音速率可以更好地反映不同语音在听觉感知上的差异性,精准捕捉语音特征发生的变化。实验结果通过专家打分的关联性分析图来呈现,得出“发音速率”较“语速”更加符合人耳的实际听觉感知。(2)基于口音的陆空通话品质评估。将口音视为相对标准发音的偏差,构建基于语音和句子先验文本融合特征的音素识别模型。该模型将含口音的陆空通话识别为与实际文本转录的不匹配音素,通过计算出被识别音素序列与语音实际文本所转录音素序列之间的差异度。实验结果表明,口音评估结果明显呈偏右态分布,偏度为0.7529。(3)基于干扰程度的陆空通话品质评估。构建基于无监督学习的语音去噪模型,在无干净语音和未知噪声类型的情况下从原始含噪陆空通话中获取干净语音,将去噪过程中达到最优去噪效果的噪声能量剔除阀门值作为该条语音的含噪值,用来衡量语音信号受干扰程度。实验采用Voice Bank-DEMAND数据库进行验证,得出语音去噪模型可以用来评估语音信号受干扰程度。通过场景应用,将不同品质程度的陆空通话输入至不同的语音识别模型中,分析品质程度与语音识别准确率之间的相关性。以皮尔逊相关系数得出的结果表明:发音速率影响程度最大为39.05%,口音影响程度最大为26.37%,干扰程度影响最大为33.94%。相较于传统的人工语音信号质量评估,本文所提出的评估方法具有客观、具体、量化的特点,能够减轻人工负担,提升工作效率。可借助语音品质评价指标体系所构建的数据集,分析出语音识别模型性能的“短板”,达到我们最终提升语音识别软件性能评估的准确性和可靠性的目的。

关键词：品质评估发音速率口音干扰程度智慧民航语音识别模型性能