【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在航空、 信息、控制、交通和地學(xué)等學(xué)科的優(yōu)勢(shì)單位，實(shí)施產(chǎn)、學(xué)、研、用強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，匯 聚形成多學(xué)科交叉、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合開(kāi)展復(fù)雜低空飛行自主避險(xiǎn)的基 礎(chǔ)科學(xué)創(chuàng)新研究，為推動(dòng)我國(guó)飛行自主避險(xiǎn)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步奠定理論基礎(chǔ)。 按照上述技術(shù)途徑，本項(xiàng)目將研究?jī)?nèi)容分成三個(gè)方面，分別是：復(fù)雜低空環(huán) 境要素認(rèn)知處理模型、空域安全態(tài)勢(shì)構(gòu)建理論、多飛行器協(xié)同機(jī)動(dòng)控制方法。 三個(gè)方面相輔相成，互為補(bǔ)充，共同完成復(fù)雜低空飛行的自主避險(xiǎn)研究。 在復(fù)雜低空環(huán)境要素認(rèn)知處理模型方面，研究將不同時(shí)空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到一個(gè)層 次化表示框架的關(guān)聯(lián)表征方法，建立兼顧及時(shí)性與準(zhǔn)確性要求的結(jié)構(gòu)認(rèn)知與統(tǒng)計(jì) 認(rèn)知于一體的層次化認(rèn)知加工模型。在空域安全態(tài)勢(shì)構(gòu)建理論方面，探索多飛行 器安全包絡(luò)間的耦合機(jī)理，研究大尺度安全態(tài)勢(shì)的生成演化方法。在飛行器密集 飛行的協(xié)同 機(jī)動(dòng)控制方面，通過(guò)構(gòu)建基于實(shí)時(shí)航跡信息和動(dòng)態(tài)安全態(tài)勢(shì)場(chǎng)的多重 密集飛行碰撞風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)預(yù)測(cè)模型與方法，重點(diǎn)研究多時(shí)空約束下、動(dòng)態(tài)高維空間 內(nèi)多飛行器航跡的快速尋優(yōu)模型與方法。最后，建立面向航空應(yīng)急救援重大應(yīng)用 需求的半實(shí)物的仿真驗(yàn)證平臺(tái)，對(duì)理論模型與方法進(jìn)行驗(yàn)證，促進(jìn)復(fù)雜低空飛行 自主避險(xiǎn)理論和方法的完善。 （ 1）研究思路的創(chuàng)新與特色 從復(fù)雜低空飛行自主避險(xiǎn)蘊(yùn)含的科學(xué)問(wèn)題出發(fā)，圍繞環(huán)境要素認(rèn)知的完備 性、安全態(tài)勢(shì)構(gòu)建的可信性、飛行器自主避險(xiǎn)的協(xié)同性三大關(guān)鍵性挑戰(zhàn)，強(qiáng)調(diào) 多源多粒度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)表征與認(rèn)知加工的按需融合、強(qiáng)調(diào)飛行器小尺度安全態(tài)勢(shì)與 全空域大尺度安全態(tài)勢(shì)的跨尺度耦合、強(qiáng)調(diào)多飛行器飛行航跡調(diào)控局部自主性和 全局協(xié)同性的聚合。 （ 2）研究方法創(chuàng)新 1) 針對(duì)低空空域環(huán)境的非結(jié)構(gòu)性和多態(tài)性等復(fù)雜性特征，研究多源多粒度 觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征與完備認(rèn)知機(jī)理，建立符合環(huán)境要素認(rèn)知完備性的 按需認(rèn)知框架。 2) 針對(duì)復(fù)雜低空空域安全態(tài)勢(shì)生成與演化的不確定性和跨尺度特性，研究 動(dòng)態(tài)空域安全態(tài)勢(shì)的跨尺度時(shí)空映射關(guān)系，提出資源受限條件下的安全 態(tài)勢(shì)信息的按需可靠共享方法，構(gòu)建多尺度安全態(tài)勢(shì)場(chǎng)的可信生成理 論。 3) 針對(duì)復(fù)雜低空飛行環(huán)境的快變性和飛行行為的多樣性，研究受限空域多 飛行器密集飛行的協(xié)同調(diào)控方法，突破復(fù)雜低空環(huán)境中多飛行器協(xié)同機(jī) 動(dòng)的實(shí)時(shí)控制技術(shù)瓶頸。 基于上述創(chuàng)新點(diǎn)，本項(xiàng)目將建立復(fù)雜低空飛行自主避險(xiǎn)的新理論和新模型， 為解決復(fù)雜低空安全飛行面臨的空域環(huán)境復(fù)雜性、安全態(tài)勢(shì)缺失性以及機(jī)動(dòng)引導(dǎo) 不確定性等挑戰(zhàn)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。 開(kāi)展復(fù)雜低空飛行自主避險(xiǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)研究，符合國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā) 展規(guī)劃，研究成果將結(jié)合中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)等重大專(zhuān)項(xiàng) 的建設(shè)與發(fā)展，提升我國(guó)航空應(yīng)急救援的核心技術(shù)水平，推動(dòng)我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)、通 用航空、公共安全等重大應(yīng)用的發(fā)展。因此，本項(xiàng)目符合國(guó)家戰(zhàn)略需求。 本項(xiàng)目圍繞復(fù)雜低空安全飛行面臨的環(huán)境要素認(rèn)知完備性、安全態(tài)勢(shì)構(gòu)建可 信性、飛行器自主避險(xiǎn)協(xié)同性三大科學(xué)挑戰(zhàn)，強(qiáng)調(diào)解決復(fù)雜低空飛行自主避險(xiǎn)蘊(yùn) 含的科學(xué)問(wèn)題，集中開(kāi)展基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法的研究。因此，本項(xiàng)目 科學(xué)研究目標(biāo)明確。 在具體實(shí)現(xiàn)思路上，本項(xiàng)目按照科學(xué)問(wèn)題解決、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、綜合仿真驗(yàn) 證三個(gè)層次，針對(duì)多源多粒度觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征與完備認(rèn)知、動(dòng)態(tài)空域安全態(tài) 勢(shì)跨尺度時(shí)空映射、受限空域多飛行器密集飛行的協(xié)同調(diào)控等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，將 項(xiàng)目分解為有機(jī)聯(lián)系、相互支持的六個(gè)課題，開(kāi)展復(fù)雜低空飛行自主避險(xiǎn)理論、 模型和方法的研究，構(gòu)建綜合仿真驗(yàn)證平臺(tái)，解決飛行器安全飛行中的共性基礎(chǔ) 科學(xué)問(wèn)題。因此，本項(xiàng)目的創(chuàng)新思路可行。 項(xiàng)目牽頭單位北京航空航天大學(xué)長(zhǎng)期從事網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同式空中交通管理、空地 協(xié)同空域監(jiān)視 、空天飛行器協(xié)作控制、飛行器設(shè)計(jì)理論與方法等方面的研究工作， 在本領(lǐng)域取得了多項(xiàng)具有國(guó)際先進(jìn)水平的創(chuàng)新性成果，為本項(xiàng)目中飛行器低空飛 行避險(xiǎn)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。參與項(xiàng)目的其他申請(qǐng)單位在航空、信息、控制、 交通、地學(xué)等相關(guān)學(xué)科具備雄厚的科研實(shí)力和交叉學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在多傳感器聯(lián)合探 測(cè)、空地協(xié)同網(wǎng)絡(luò)、飛行器協(xié)同控制等相關(guān)研究方向上具有雄厚的研究實(shí)力和基 礎(chǔ)。研究隊(duì)伍由 1 名 “千人計(jì)劃 ”特聘教授、 4 名國(guó)家杰出青年基金獲得者和 4 名教育部長(zhǎng)江學(xué)者 等優(yōu)秀中青年學(xué)術(shù)骨干組成，為項(xiàng)目的開(kāi)展提供了有力的人才 保障。項(xiàng)目申請(qǐng)單位擁有 2 個(gè)相關(guān)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）、 9 個(gè)相關(guān)的國(guó)家級(jí)和國(guó) 防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與一批省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，為本項(xiàng)目研究提供了高水平的創(chuàng)新 研究平臺(tái)。 本項(xiàng)目集中了國(guó)內(nèi)多所一流高校和研究所的優(yōu)秀中青年科研力量組成的攻 堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，學(xué)科交叉融合，研究課題分工明確，在發(fā)揮各自專(zhuān)長(zhǎng)的同時(shí)將定期組織 學(xué)術(shù)交流，避免分散、孤立和重復(fù)研究；各合作單位與國(guó)內(nèi)外同行均具有很好的 合作基礎(chǔ)和交流能力、建立了密切的學(xué)術(shù)交流渠道和合作研究機(jī)制，可以有效保 證研究工作的前沿性和創(chuàng)新性。 圍繞多源多粒度觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征與完備認(rèn)知、動(dòng)態(tài)空域安全態(tài)勢(shì)跨尺度 時(shí)空映射、受限空域多飛行器密集飛行的協(xié)同調(diào)控三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，本項(xiàng)目將 研究?jī)?nèi)容劃分為緊密聯(lián)系而各有側(cè)重的 6 個(gè)課題，各課題之間的內(nèi)在聯(lián)系如圖 所示。課題 1 是課題 2 的重要基礎(chǔ)，課題 3 是課題 5 實(shí)現(xiàn)飛行器自主 避險(xiǎn)的基礎(chǔ)，課題 4 與課題 5 相互支撐。所有課題成果都將通過(guò)課題 6 復(fù)雜低 空飛行自主避險(xiǎn)仿真驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。 圖 各課題間的關(guān)系 課題 空域環(huán)境要素的完備認(rèn)知理論與方法 預(yù)期目標(biāo)： 面向復(fù)雜低空飛行的自主避險(xiǎn)需求，研究環(huán)境要素特征的相關(guān)性，建立多源、 多粒度數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征模型；揭示對(duì)環(huán)境要素的物理、幾何、行為抽象特征的認(rèn) 知機(jī)理，探索針對(duì)環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)分布特性的結(jié)構(gòu)認(rèn)知與統(tǒng)計(jì)認(rèn)知融為一體的信息 加工模型與方法，提出復(fù)雜空域環(huán)境要素快速認(rèn)知方法。為后續(xù)環(huán)境安全態(tài)勢(shì)場(chǎng) 的建立提供必要的基礎(chǔ)信息。 研究?jī)?nèi)容： （ 1）空域環(huán)境要素的關(guān)聯(lián)表征模型研究 揭示空域環(huán)境要素的內(nèi)涵（屬性、空間、方位、等級(jí)等）及其之間的相互作 用關(guān)系，建立飛行器位置、姿態(tài)、速度、抖動(dòng)等參數(shù)與空域環(huán)境要素之間的映射 模型；研究空域環(huán)境要素特征的相關(guān)性，建立空域環(huán)境要素多源多粒度觀測(cè)數(shù)據(jù) 的關(guān)聯(lián)表征模型，探索環(huán)境要素間的相關(guān)度計(jì)算方法。 （ 2）空域環(huán)境要素的認(rèn)知加工模型 探索空域環(huán)境要素的物理、幾何、行為的本質(zhì)特征分布規(guī)律，提出數(shù)據(jù)拓?fù)? 分布統(tǒng)計(jì)方法；研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性與信息認(rèn)知結(jié)構(gòu)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出數(shù)據(jù)特 性與信息加工模型的融合方法；提出結(jié)構(gòu)認(rèn)知機(jī)制與統(tǒng)計(jì)認(rèn)知機(jī)制的集成方法， 建立結(jié)構(gòu)認(rèn)知與統(tǒng)計(jì)認(rèn)知于一體的信息認(rèn)知模型。 （ 3）空域環(huán)境要素的快速認(rèn)知方法 研究傳感器類(lèi)型、參數(shù)與環(huán)境要素觀測(cè)精度之間的規(guī)律，提出源數(shù)據(jù)誤差產(chǎn) 生機(jī)理與補(bǔ)償方法；研究環(huán)境要素關(guān)鍵特征的優(yōu)選策略，提出環(huán)境要素認(rèn)知的增 量式集成學(xué)習(xí)方法；研究空域環(huán)境要素的直接空間定位理論與求解方法，為空域 環(huán)境要素認(rèn)知的及時(shí)性要求提供方法支撐。 經(jīng)費(fèi)比例： 15% 承擔(dān)單位： 西安電子科技大學(xué)、武漢大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人： 廖桂生 學(xué)術(shù)骨干： 達(dá)漢橋、陶海紅、曾操、黃先鋒 課題 多尺度安全態(tài)勢(shì)場(chǎng)演化建模理論與方法 預(yù)期目標(biāo)： 揭示動(dòng)態(tài)異質(zhì)環(huán)境要素對(duì)飛行器飛行的威脅特征和影響規(guī)律，建立多元威脅 特征變化條件下的飛行器安全包絡(luò)模型，研究動(dòng)態(tài)安全態(tài)勢(shì)的跨尺度時(shí)空映射關(guān) 系，提出空域安全態(tài)勢(shì)場(chǎng) 的生成演化方法和可信度估計(jì)方法，為復(fù)雜低空多飛行 器碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和協(xié)同調(diào)控提供基礎(chǔ)理論方法。 研究?jī)?nèi)容： （ 1）多元異質(zhì)環(huán)境要素的威脅特征提取和表征方法 揭示復(fù)雜低空多元異質(zhì)環(huán)境要素（飛行器、氣象環(huán)境、地形地物等）對(duì)飛行 器飛行的威脅特征和影響規(guī)律，研究飛行器與環(huán)境要素之間的相對(duì)定位誤差形成 機(jī)理與分布規(guī)律，建立不同機(jī)型不同性能飛行器與各類(lèi)環(huán)境要素間的安全間隔余 度的參數(shù)化表征模型，為飛行器安全包絡(luò)的生成提供理論依據(jù)。 （ 2）多元威脅特征變化條件下的飛行器安全包絡(luò)建模 研究飛行器與環(huán)境要素之間的相對(duì)定位誤差、安全間隔余度等威脅特征和飛 行碰撞風(fēng)險(xiǎn)間的映射關(guān)系，建立多元威脅特征變化條件下的飛行器安全包絡(luò)模 型，提出飛行器安全包絡(luò)的快速計(jì)算方法；研究飛行器安全包絡(luò)的演化規(guī)律，分 析與刻畫(huà)飛行器安全包絡(luò)的敏感性和魯棒性，為形成空域安全態(tài)勢(shì)場(chǎng)的生成提供 理論基礎(chǔ)。 （ 3）空域安全態(tài)勢(shì)場(chǎng)的生成演化機(jī)理及可信度估計(jì) 探索多飛行器安全包絡(luò)間耦合作用機(jī)理，建立復(fù)雜低空動(dòng)態(tài)安全態(tài)勢(shì)跨尺度 的映射模型，研究全空域大尺度安全態(tài)勢(shì)場(chǎng)的生成機(jī)理和演化規(guī)律，提出空域安 全態(tài)勢(shì)場(chǎng) 的可信度估計(jì)方法，分析安全態(tài)勢(shì)場(chǎng)與空域飛行容量之間的邊際效應(yīng)， 為復(fù)雜低空多飛行器的協(xié)同調(diào)控提供基礎(chǔ)理論與科學(xué)依據(jù)。 經(jīng)費(fèi)比例： 16% 承擔(dān)單位： 北京航空航天大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所 課題負(fù)責(zé)人： 向錦武 學(xué)術(shù)骨干： 羅漳平、閆平昆、王宏倫、唐鐵橋 課題 機(jī)間動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)下的安全態(tài)勢(shì)可靠共享理論與方法 預(yù)期目標(biāo)： 建立非穩(wěn)健機(jī)間動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)下的態(tài)勢(shì)信息可靠共享模型；探索時(shí)延限制、網(wǎng)絡(luò) 資源等要素制約的安全態(tài)勢(shì)信息的按需共享機(jī)理，提出飛行器之間安全態(tài)勢(shì)的及 時(shí)可靠共享方法，為飛行器之間實(shí)現(xiàn)協(xié)同機(jī)動(dòng)與避險(xiǎn)提供及時(shí)可靠的態(tài)勢(shì)信息。 研究?jī)?nèi)容： （ 1）機(jī)間動(dòng)態(tài)安全態(tài)勢(shì)共享網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣? 探索高動(dòng)態(tài)飛行器節(jié)點(diǎn)行為特征與動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，研究態(tài) 勢(shì)制約下的節(jié)點(diǎn)行為與動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的演變規(guī)律