Kỹ thuật tránh va chạm cho các phương tiện trên bề mặt sân bay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TẠ ĐĂNG HÙNG KỸ THUẬT TRÁNH VA CHẠM CHO CÁC PHƯƠNG TIỆN TRÊN BỀ MẶT SÂN BAY Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ TRỌNG TUẤN Hà Nội – Năm 2014 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ .6 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài .8 Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Tóm tắt cô đọng luận điểm đóng góp tác giả .8 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRÁNH VA CHẠM CHO CÁC PHƯƠNG TIỆN TRÊN BỀ MẶT SÂN BAY 10 1.1 Mô hình hoạt động sân bay .10 1.2 Kỹ thuật truyền thông phát cảnh báo va chạm cho phương tiện sân bay 15 1.2.1 Kỹ thuật giám sát phương tiện sân bay .16 1.2.2 Kỹ thuật truyền thông tin cho phương tiện sân bay .23 CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRÁNH VA CHẠM VÀ THUẬT TOÁN TRÁNH VA CHẠM CHO CÁC PHƯƠNG TIỆN TRÊN BỀ MẶT SÂN BAY 31 2.1 Công nghệ thông tin di động hàng không ứng dụng vào hệ thống tránh va chạm 32 2.1.1 Tính toán vùng phủ thời gian truyền nhận liệu ứng dụng giám sát tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay 33 2.1.2 Mô hình mạng WiMAX cho hệ thống thông tin di động hàng không 36 2.2 Thuật toán phát va chạm tránh va chạm hai phương tiện bề mặt sân bay 40 2.2.1 Cơ sở thuật toán tránh va chạm cho hai phương tiện 40 2.2.2 Thuật toán tránh va chạm phương tiện 47 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN TRÁNH VA CHẠM CHO CÁC PHƯƠNG TIỆN TRÊN BỀ MẶT SÂN BAY .55 3.1 Ứng dụng thuật toán mô tránh va chạm cho hai phương tiện bề mặt sân bay 55 3.1.1 Kỹ thuật xác đinh tham số phương tiện 55 3.1.2 Kịch va chạm hai phương tiện sân bay Nội Bài 57 3.1.3 Lưu đồ thuật toán tham số mô hai phương tiện sân bay…… 59 3.2 Kết chương trình mô tránh va chạm cho hai phương tiện bề mặt sân bay 60 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC .63 Phụ lục 1: Code matlab mô tránh va chạm theo thuật toán tránh va chạm 63 Phụ lục 2: Code matlab mô tránh va chạm theo di chuyển tự 73 Phụ lục 3: Bảng tham số mô 83 WiMAX GPS ADS-B DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Worldwide Interoperability for Công nghệ Wimax Microwave Access Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu MLAT Automatic dependent surveillance – broadcast Multilateration VDL MODE VHF Data Link mode TDMA Time division multiple access AeroMACS Aeronautical Mobile Airport Communications System Orthogonal frequency-division multiplexing Orthogonal Frequency-Division Multiple Access Line-of-sight OFDM OFDMA LOS A-SGMCS Advanced Surface Movement Guidance and Control System ATC Air traffic control TCAS Traffic collision avoidance system Tự động giám sát phụ thuộc quảng bá Công nghệ xác định vị trí đa điểm MLAT Đường truyền liệu VHF chế độ Đa truy nhập phân chia theo thời gian Hệ thống thông tin di động hàng không Ghép kênh theo tần số phân chia trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số sóng mang trực giao Đường nhìn thẳng Hệ thống điều khiển hướng dẫn di chuyển mặt đất Kiểm soát không lưu PSR Hệ thống tránh va chạm cho máy bay không Global Navigation Satellite System Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu Primary Surveillance Radar Radar giám sát sơ cấp SSR Secondary surveillance radar Radar giám sát thứ cấp TDOA Time Difference of Arrival STDMA Self-Organized Time Division Multiple Access International Civil Aviation Organization Air traffic management Sự khác thời gian đến thời điểm phát Đa truy nhập phân chia theo thời gian tự tổ chức Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế Hệ thống quản lý giao thông Hàng không GNSS ICAO ATM FAA The Federal Aviation Administration RTCA Radio Technical Commission for Aeronautics NASA National Aeronautics and Space Administration EUROCONTROL European Organisation for the Safety of Air Navigation WGS84 Cục Hàng Không Liên Bang Mỹ Ủy ban kỹ thuật vô tuyến cho Hàng Không Tổ chức quản lý Hàng không vùng trời Mỹ Tổ chức an toàn dẫn đường hàng không Châu Âu Hệ tọa độ WGS 84 Mỹ Cartesian Hệ tọa độ Đề DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1:Bảng thông số kết thiết bị thu phát SELEX 34 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ đường băng sân bay Nội Bài 11 Hình 2: Sơ đồ sân đỗ sân bay Nội Bài .12 Hình Sơ đồ sân bay Nội Bài sửa chữa đường lăn S3 .13 Hình : Mô hình vận hành kỹ thuật tránh va chạm sân bay 15 Hình : Radar sơ cấp 18 Hình 6: Radar giám sát thứ cấp 19 Hình 7: Nguyên lý hoạt động chế độ Mode S 20 Hình 8: Hệ thống định vị toàn cầu GPS 20 Hình 9: Công nghệ giám sát ADS-B 22 Hình 10: Công nghệ MLAT 22 Hình 11: Kiến trúc hệ thống VHF data link 24 Hình 12: Cấu hình vật lý phát đáp VDL mode 25 Hình 13: Mô hình OSI đơn giản VDL mode 26 Hình 14: cấu trúc khung TDMA VDL mode 27 Hình 15: Giao thức VDL mode ứng dụng vào hệ thống giám sát mặt đất .27 Hình 16: Lịch sử phát triển hệ thống AeroMACS 28 Hình 17: Mô hình triển khai công nghệ AeroMACS sân bay 29 Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay .31 Hình 2: Mô hình hoạt động thông tin di động hàng không 33 Hình 3: Sơ đồ hệ thống máy bay năm đường băng 35 Hình 4:Cấu trúc symbol cho trường hợp sử dụng OFDM .37 Hình 5: Một khung truyền công nghệ AeroMACS 38 Hình 6:Mô hình mạng WiMAX tham khảo 39 Hình 7: Sơ đồ hình học hai phương tiện hệ trục tọa độ chiều 43 Hình :Hai phương tiện di chuyển theo hai hướng khác 49 Hình 9: Hai phương tiện có khả xảy va chạm 50 Hình 10: Đường ngắm LOS góc ngắm lỗi E dương .51 Hình 11: Đường ngắm LOS góc ngắm lỗi E âm .52 Hình 12: Hình vẽ xác định góc ngắm lỗi 53 Hình 1: Hệ tọa độ theo WGS84 Cartesian 55 Hình 2: Kịch va chạm hai máy bay sân bay Nội Bài 57 Hình 3: Lưu đồ thuật toán mô tránh va chạm cho hai phương tiện 59 Hình 4: Giao diện phần mềm mô tránh va chạm cho hai phương tiện 60 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với phát triển ngành Hàng Không, lượng hành khách lưu thông đường không ngày gia tăng Để đáp ứng nhu cầu lại, hãng hàng không cần phải tăng số lượng chuyến bay Kéo theo hoạt động khu vực sân bay gia tăng, bao gồm hoạt động máy bay lẫn phương tiện khác di chuyển sân bay Bên cạnh độ phức tạp sân bay tăng lên để đáp ứng yêu cầu khai thác Hiện hoạt động khu vực sân bay chủ yếu dựa quan sát mắt kiểm soát viên không lưu, phi công người điều khiển phương tiện khác để từ dự đoán đưa định điều khiển hợp lý Khi đó, với gia tăng chuyến bay, đặc biệt điều kiện tầm nhìn thấp, với độ phức tạp sân bay dịch vụ khác sân bay, khả xảy xung đột trình di chuyển bề mặt sân bay, xung đột đường cất hạ cánh ngày gia tăng Do luận văn em trình bày nghiên cứu giải pháp “kỹ thuật tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay.” Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu  Mục đích nghiên cứu: Mục đích luận văn nghiên cứu vấn đề kỹ thuật tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay  Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu giải pháp, kỹ thuật tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay Tóm tắt cô đọng luận điểm đóng góp tác giả: Kỹ thuật tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay vô quan trọng Hiện Việt Nam chưa có sân bay sử dụng hệ thống tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay Trên giới tổ chức hàng không dân dụng quốc tế cung đưa hệ thống A-SGMCS, hệ thống có chức dẫn đường giám sát, hướng dẫn di chuyển cho phương tiện bề mặt sân bay Thấy cấp thiết luận văn nghiên cứu kỹ thuật tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay Luận văn trình bày lựa chọn công nghệ giám sát, truyền thông, thuật toán tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay Luận văn xây dựng giải pháp thiết kế hệ thống tránh va chạm dựa vào kỹ thuật nghiên cứu Ngoài luận văn mô ứng dụng thuật toán tránh va chạm cho phương tiện vào kịch sân bay Nội Bài Phương pháp nghiên cứu Luận văn nghiên cứu phương diện lý thuyết kết hợp với mô phần mềm MatLab để nghiên cứu kỹ thuật tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay Nội dung luận văn Cấu trúc luận văn bao gồm chương Chương 1: Tổng quan kỹ thuật tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay Chương 2: Giải pháp thiết kế hệ thống tránh va chạm thuật toán tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay Chương 3: Đánh giá mô thuật toán tránh va chạm cho phương tiện bề mặt sân bay if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function y2t_Callback(hObject, eventdata, handles) function y2t_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function D_Callback(hObject, eventdata, handles) function D_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function lamda_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to lamda (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of lamda as text 69 % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of lamda as a double % - Executes during object creation, after setting all properties function lamda_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to lamda (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function tb1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to tb1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of tb1 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of tb1 as a double % - Executes during object creation, after setting all properties function tb1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to tb1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER 70 if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function tb2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to tb2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of tb2 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of tb2 as a double % - Executes during object creation, after setting all properties function tb2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to tb2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function tb3_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to tb3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) 71 % Hints: get(hObject,'String') returns contents of tb3 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of tb3 as a double % - Executes during object creation, after setting all properties function tb3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to tb3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % - Executes on button press in pushbutton6 function pushbutton6_Callback(hObject, eventdata, handles) global var ip jp is js; is=ip; js=jp; var=1; % hObject handle to pushbutton6 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) 72 Phụ lục 2: Code matlab mô tránh va chạm theo di chuyển tự function varargout = mophongsanbay(varargin) gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', 'gui_Singleton', mfilename, gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @mophongsanbay_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @mophongsanbay_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end function mophongsanbay_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) guidata(hObject, handles); function varargout = mophongsanbay_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = handles.output; function start_Callback(hObject, eventdata, handles) Untitled; % -map -l=0:3750:3750; l0=0*l+0; % gd1 xe1 a1=2160:100:2260; b1= a1-1885; 73 a2=2190:100:2290; b2= a2-1915; % gd2 xe1 r2=370:555:925; r21=2250+0*r2; r22=2290+0*r2; % gd3 xe1 l11=0*l+630; l12=0*l+660; % gd4 xe1 r4=660:715:1375; r41=590+0*r4; r42=640+0*r4; % duong di xe2 l21=0*l+925; l22=0*l+975; % cac duong bang khac l1=600:3150:3750; R291=0*l1+1325; R292=0*l1+1375; %dyibg j r5=660:315:975; r51=10+0*r5; r52=50+0*r5; %S r6=630:770:1400; r61=3750+0*r6; r62=3800+0*r6; r7=660:265:925; r71=1500+0*r7; r72=1550+0*r7; r8=975:350:1325; r81=3100+0*r8; r82=3150+0*r8; %cheo a11=2240:350:2590; b11= 1*a11-1265; a12=2290:350:2640; b12= 1*a12-1315; 74 a21=1910:350:2260; b21= -1*a21+3235; a22=1860:350:2210; b22= -1*a22+3185; % khai bao j=0; i=0; khoangcach = 1765; a=[]; b=[]; c=[]; d=[]; D=[]; tt=[]; while (i