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基于改进STPA-DEMATEL的智能航电系统致因要素分析

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系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2023-2033页

作者：刘嘉琛董磊陈曦梁博尧王鹏中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全(safety of the intended functionality,SOTIF)问题,提出一种将系统理论过程分析(systematic theory process analysis,STPA)与决策试验与评价实验法(decision-making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)相结合的致因分析框架。首先,在定义系统级危险的基础上构建安全控制结构,识别其不安全控制行为并提取与智能化缺陷相关的STPA致因要素。接下来,引入毕达哥拉斯模糊加权平均算子和闵可夫斯基距离对传统DEMATEL方法进行优化,专家根据控制反馈回路对致因要素进行评价并计算其中心度与原因度。最后,分析STPA致因要素与SOTIF致因属性之间的映射关系,给出关键致因要素的风险减缓措施。以单一飞行员驾驶(single-pilot operation,SPO)模式下的虚拟驾驶员助理系统为例说明了所提方法的可行性与有效性。研究结果表明,改进的STPA-DEMATEL方法可以有效识别关键致因要素,且能够克服专家评价的模糊性与不确定性,为智能航电系统的安全性设计提供了参考依据。

关键词：智能航电系统单一飞行员驾驶系统理论过程分析决策试验与评价实验法毕达哥拉斯模糊理论致因分析

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独立式北斗机载导航天线适航要求及关键指标分析

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现代电子技术 2024年第15期47卷 19-25页

作者：段照斌周行杨乐林马振洋民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中电科航空电子有限公司四川成都610096

北斗卫星导航系统在民航领域的应用已进入“机载导航应用”阶段,与“仅用作定位追踪”阶段相比,此阶段对机载卫星导航系统的要求更为严格。然而,在独立式北斗机载导航天线方面,目前国内仅有“仅用作定位追踪”的标准(CTSO-2C604a)可供参... 详细信息

北斗卫星导航系统在民航领域的应用已进入“机载导航应用”阶段,与“仅用作定位追踪”阶段相比,此阶段对机载卫星导航系统的要求更为严格。然而,在独立式北斗机载导航天线方面,目前国内仅有“仅用作定位追踪”的标准(CTSO-2C604a)可供参考,无法满足“机载导航应用”阶段对天线的适航要求,同时由于目前应用广泛的GPS信号与北斗信号体制不同,其相关标准也无法完全符合独立式北斗机载导航天线要求。为此,文中针对机载导航天线的技术特点,对当前国内外相关标准进行了综合分析,并考虑了适用性、安全性、当前紧迫需求以及未来发展方向,研究了独立式北斗机载导航天线的关键指标,并提出了相应的修订方案。通过研究建立了一套机载导航天线的指标要求和标准体系,旨在为独立式北斗机载导航天线设计提供必要的工业支持。

关键词：独立式导航机载导航天线北斗导航天线增益 B1C信号 G/T值

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基于多维信号特征的无人机探测识别方法

电子与信息学报 2024年第3期46卷 1089-1099页

作者：聂伟戴琪霏杨小龙王平周牧周超重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室和电子与电气工程学院德阳618307

如今,无人机(UAVs)在军用民用领域得到大规模应用,在无人机带来便利的同时也带来了巨大的安全隐患。针对无人机的探测识别技术逐渐成为研究热点,传统的无人机探测方法主要是通过获取雷达回波信号、无人机声音信号和光电信号的方式对无... 详细信息

如今,无人机(UAVs)在军用民用领域得到大规模应用,在无人机带来便利的同时也带来了巨大的安全隐患。针对无人机的探测识别技术逐渐成为研究热点,传统的无人机探测方法主要是通过获取雷达回波信号、无人机声音信号和光电信号的方式对无人机进行探测。然而,这类方法往往容易受到环境影响具有一定的局限性,无法对无人机进行精确的定位和识别。该文提出一种基于多维信号特征的无人机识别方法,该方法首先通过自适应三角阈值法从接收到的无线信号中探测并筛选出无人机信号,同时解析获取的无线信号的信道状态信息(CSI)。然后,利用正交匹配追踪算法(OMP)进行参数估计来获取无人机的位置信息对无人机进行定位。最后,提取无人机信号中的盒维数和径向积分双谱(RIB)来对无人机进行分类识别。通过实验,该方法对无人机的3维定位精度小于1 m,对无人机的分类识别精度最高能达到100%。

关键词：无人机参数估计特征提取目标识别目标定位

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直升机强电磁脉冲耦合效应研究

微波学报 2024年

作者：张铁纯王育博刘明亮张波方家成司晓亮中国民航大学航空工程学院中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司强电磁环境防护技术航空科技重点实验室中航工业合肥航太电物理技术有限公司

随着直升机技术创新及强电磁脉冲干扰问题的日益突出，极易造成直升机机载电子设备的失灵或瘫痪，严重威胁着直升机的生存能力和作战性能。本文建立了直升机及内部线缆系统的电磁仿真模型，并基于CST电磁仿真软件的时域有限积分法，分... 详细信息

随着直升机技术创新及强电磁脉冲干扰问题的日益突出，极易造成直升机机载电子设备的失灵或瘫痪，严重威胁着直升机的生存能力和作战性能。本文建立了直升机及内部线缆系统的电磁仿真模型，并基于CST电磁仿真软件的时域有限积分法，分析了电磁脉冲辐射下典型位置处的电场耦合响应以及直升机内部线缆的电流耦合效应。仿真结果表明，舷窗和孔缝结构对直升机内部的耦合场强具有重要影响，越靠近这些屏蔽缺陷的位置内部电场场强越高，同时腔体的谐振频点也会使耦合场强发生增强效应；距离屏蔽缺陷越近的线缆所感应的耦合电流峰值越大，具有屏蔽层的同轴线比非屏蔽单芯线的电磁防护能力强，感应电流较小，且所有线缆均受谐振频点的影响。本研究内容对直升机电子设备的强电磁防护具有一定的实际工程意义。

关键词：强电磁脉冲直升机线缆电磁耦合电磁防护

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基于自适应噪声方差的卫星定位故障检测法

北京航空航天大学学报 2023年第2期49卷 406-421页

作者：陈含智孙蕊邱明毛继志胡浩亮张立东南京航空航天大学民航学院南京211106 中国航空无线电电子研究所民航空管航空电子技术实验室上海201109

不同观测环境的实际观测噪声可能存在较大差别,因此,固定的噪声方差矩阵可能使基于卡尔曼滤波故障检测法的故障检测效果下降。对此,提出自适应噪声方差的卫星定位故障检测算法,利用滑动窗内的历史新息实时估计观测噪声方差矩阵,在此基... 详细信息

不同观测环境的实际观测噪声可能存在较大差别,因此,固定的噪声方差矩阵可能使基于卡尔曼滤波故障检测法的故障检测效果下降。对此,提出自适应噪声方差的卫星定位故障检测算法,利用滑动窗内的历史新息实时估计观测噪声方差矩阵,在此基础上构建故障检测量与识别量对故障进行检测与识别,利用不含故障的新息更新状态向量并解算出定位结果。实验结果表明:所提算法在静态模式下,可100%检测和识别的最小单阶跃故障为3 m,对持续时间为100 s、斜坡故障增长速率为0.2 m/s的斜坡故障识别比率为51.4%,可100%检测和识别的最小多故障为4 m;在动态模式下,可100%检测和识别的最小单阶跃故障为10 m,对持续时间为200 s、斜坡故障增长速率为0.2 m/s的斜坡故障识别比率为66.25%,可100%检测和识别的最小多故障为12 m。所提算法性能优于基于最小二乘和卡尔曼滤波的故障检测法。

关键词：全球卫星导航系统全球卫星导航系统质量控制故障检测卡尔曼滤波自适应滤波

基于GA-BP的中欧GNSS电离层误差建模与精度分析

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北京航空航天大学学报 2023年第6期49卷 1533-1542页

作者：蒋磊孙蕊刘正午徐成梁的达胡德振南京航空航天大学民航学院南京211106 中国航空无线电电子研究所民航空管航空电子技术实验室上海200241

电离层误差是全球卫星导航系统(GNSS)的主要误差来源之一,改正电离层误差的关键在于确定电离层的总电子含量(TEC)。针对现有电离层误差改正模型中存在的经验模型精度较低、球谐函数模型计算繁琐及其他模型存在的计算效率不足等问题,提... 详细信息

电离层误差是全球卫星导航系统(GNSS)的主要误差来源之一,改正电离层误差的关键在于确定电离层的总电子含量(TEC)。针对现有电离层误差改正模型中存在的经验模型精度较低、球谐函数模型计算繁琐及其他模型存在的计算效率不足等问题,提出了基于遗传算法优化反向传播神经网络(GA-BP)的中欧GNSS电离层误差建模方法,并对模型精度进行了评估。通过国际GNSS服务组织(IGS)提供的TEC数据训练所提模型,挖掘了基于GA-BP模型的GNSS电离层TEC预测规则,并对不同时间和位置处的TEC值进行了短期、中期和长期预测。实验结果表明:基于GA-BP的电离层误差模型的短期预测均方根误差(RMSE)在不同纬度位置相比于自回归移动平均(ARIMA)模型分别提高了67.61%、36.33%、73.68%;在中期预测过程中的提升比例分别达到54.07%、22.36%、78.48%;在长期预测过程中的提升比例分别达到45.53%、43.78%、48.50%,能够更好地预测和拟合TEC随时间的变化情况。

关键词：全球卫星导航系统总电子含量遗传算法反向传播神经网络自回归移动平均模型

基于双变量自适应“当前”统计模型的场面4D轨迹跟踪预测

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系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 675-683页

作者：鲁其兴汤新民周杨南京航空航天大学民航学院江苏南京211106 中国民航大学交通科学与工程学院天津300300

为了解决“当前”统计模型由于固定机动频率及假定加速度极限值,在复杂机场环境下机动目标跟踪性能降低的问题,提出一种双变量自适应的“当前”统计模型滤波算法。首先,利用加速度噪声一阶时间相关过程模型,推算出实时在线调整的机动频... 详细信息

为了解决“当前”统计模型由于固定机动频率及假定加速度极限值,在复杂机场环境下机动目标跟踪性能降低的问题,提出一种双变量自适应的“当前”统计模型滤波算法。首先,利用加速度噪声一阶时间相关过程模型,推算出实时在线调整的机动频率。然后,根据位置状态估计值与加速度变化率,通过运动学理论模型和位置滤波残差,推导出实时在线更新的加速度方差,从理论上实现了模型自适应更新。最后,基于场面真实广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)轨迹数据进行验证,结果表明改进的“当前”统计模型能够在非等间隔预测的基础上实现自适应调参,且在位置、速度和加速度上的轨迹拟合精度均得到了提高,并在速度和加速度跟踪误差方面得到了收敛。

关键词：目标跟踪广播式自动相关监视机动频率加速度方差跟踪误差

面向城市道路安全的ARAIM保护级优化方法

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北京航空航天大学学报 2023年

作者：邓思瑜孙蕊张立东胡浩亮南京航空航天大学民航学院中国航空无线电电子研究所民航空管航空电子技术重点实验室

目前，以安全为导向的城市智能交通应用正不断扩展。此类应用不仅对全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System， GNSS)的精度有着一定的要求，同时对GNSS 的完好性性能也提出了新的挑战。先进接收机自主完好性监测(Advanced... 详细信息

目前，以安全为导向的城市智能交通应用正不断扩展。此类应用不仅对全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System， GNSS)的精度有着一定的要求，同时对GNSS 的完好性性能也提出了新的挑战。先进接收机自主完好性监测(Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring， ARAIM)技术作为一种低成本、自主性强的完好性监测方法，目前已经在空旷的航空领域受到广泛的关注，但是在城市环境的应用尚属空白。且面向航空应用空旷环境下的传统ARAIM算法对完好性风险和连续性风险分配较为简单、导致计算的保护级数值过于保守。针对上述问题，本文提出一种基于教与学算法(Teaching-learning-based optimization， TLBO)的保护级优化方法，可以实现城市道路安全的完好性需求下完好性风险和连续性风险的合理分配，从而提高多星座ARAIM的可用性。车载实测数据表明，在GPS+GAL双星座场景下，水平保护级(Horizontal Protection Level， HPL)和垂直保护级(Vertical Protection Level， VPL)的平均优化率为50.58%和44.14%，10米级告警门限(Alert Limit， AL)对应的ARAIM可用性提高了51.29%;GPS+GAL+BDS多星座场景下，HPL和VPL的平均优化率为59.59%和56.33%，10米级AL对应的ARAIM可用性提高了99.29%。

关键词： ARAIM 垂直保护级水平保护级风险概率分配教与学算法

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BDS机载天线增益适航性分析与验证

无线电工程 2024年第4期54卷 984-991页

作者：刘瑞华王彦军马赞马琬淇中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民用航空华北地区空中交通管理局天津分局天津300270

基于航空无线电技术委员会(Radio Technical Committee for Aeronautics,RTCA)等的相关技术标准,结合卫星通信链路预算理论,给出全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)机载天线增益适航性分析的理论方法,并对北斗... 详细信息

基于航空无线电技术委员会(Radio Technical Committee for Aeronautics,RTCA)等的相关技术标准,结合卫星通信链路预算理论,给出全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)机载天线增益适航性分析的理论方法,并对北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)机载天线增益进行适航性分析计算。以BDS机载天线增益适航性分析结果为设计指标进行BDS B1I频段机载无源天线的验证设计与仿真。BDS机载无源天线仿真结果满足设计指标,并具有良好的低仰角增益与圆极化性能。证明了所给GNSS机载天线增益适航性分析方法的可行性与BDS机载天线增益适航性分析结果的合理性。

关键词：北斗卫星导航系统机载天线适航性最低工作性能标准机载天线设计