基于AF-PSO的飞机着陆排序算法及其FPGA实现

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近年来,随着我国民航事业的快速发展,交通流量快速增长,给空中交通管制系统带来较大压力,空中交通流量管理是解决终端区拥堵问题的方法之一。其中,航班进场排序辅助系统是流量管理的重要手段,对于提高运行效率、实现空中交通管制现代化、自动化具有重要意义。先到先服务(FCFS)方法是目前最常用的方法,由于它是依靠飞机预计到达时间(ETA)的次序来决定飞机的着陆顺序,没有经过任何优化,往往会造成延误。结合可编程逻辑阵列(FPGA)灵活、并行等特点,利用粒子群优化算法(PSO)和人工鱼群算法(AFSA)优化终端区的交通管制,从而提出了基于滚动时域的AFPSO算法。首先,本文先对空中交通流量管理研究意义、分类以及相关策略进行了概述,总结了流量管理中离场排序、进场排序以及终端区协同优化问题和相应模型;其次,针对单跑道情况,基于飞机间尾流安全间隔标准的约束性进行了分析,给出了进场飞机降落模型和基于尾流间隔标准的约束条件,得出着陆飞机队列全部着陆总时间最小的目标函数;再次,基于着陆总时间最小的目标函数和滚动时域算法,设计了AFPSO飞机着陆排序算法。并通过MATLAB仿真验证算法的可行性,为算法在FPGA上实现排序提供理论基础;最后,实现了算法在硬件上的运行,分析了算法硬件实现的结果。仿真结果表明,在单跑道情况下,AFPSO比FCFS(先到先服务)方法的航班队列总延迟减少了36%,可以为机场的自动化、智能化建设提供基础。
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