Estimació de la trajectòria de l'aeronau i identificació del mode de guia mitjançant tècniques de filtratge bayesià
30/09/2024
Homeyra Khaledian va defensar la seva tesi, codiregida pel Prof. Xavier Prats i Prof. Jordi Vilà Valls, el 19 de setembre de 2024, al Campus del Baix Llobregat de Castelldefels. Amb el títol "Aircraft Trajectory Estimation and Guidance Mode Identification using Bayesian Filtering Techniques", la tesi se centra en l'estimació de la trajectòria de l'aeronau en temps real i la identificació del mode de guia en temps real, que són necessàries per aconseguir una predicció precisa de la trajectòria de l'avió.
La tesi explora mètodes avançats per a l'estimació de la trajectòria d'aeronaus i la predicció de la trajectòria (TP), que són crítics per a la propera generació de sistemes de gestió del trànsit aeri (ATM) que operen sota el paradigma d'operacions basades en trajectòries (TBO). A mesura que evolucionen els sistemes ATM, s'espera que més responsabilitats com els ajustos del pla de vol i la gestió de la separació passin dels controladors terrestres als avions, posant l'accent en la necessitat d'una estimació precisa de la trajectòria.
La investigació se centra principalment en la millora de l'estimació de la trajectòria d'un sol avió i la identificació del mode d'orientació, important per a les operacions segures i eficients de les eines de suport a les decisions (DST) tant a terra com aerotransportades. El nucli del treball és el desenvolupament d'algoritmes sofisticats de model múltiple d'interacció (IMM) millorats amb tècniques de filtratge avançades, inclosos els filtres Kalman i els mètodes seqüencials de Monte Carlo (SMC). Aquestes millores aborden reptes com la gestió d'incerteses, els possibles desajustos de models i la identificació de modes d'orientació ocults, tots els quals afecten significativament el TP. Un model dinàmic per a l'estimació de trajectòries i TP requereix diverses entrades, incloses dades de mesura, previsions meteorològiques, models de rendiment de l'aeronau i restriccions operatives. Tanmateix, un repte clau és la disponibilitat de la intenció de l'aeronau, que inclou instruccions operatives i modes d'orientació que són necessaris per predir les trajectòries amb precisió. La identificació dels modes de guia és essencial per millorar el rendiment del TP, ja que influeix directament en com es controla l'avió durant el vol.
Els objectius principals d'aquesta tesi són caracteritzar el problema d'identificació del mode d'estimació i guia i millorar les metodologies de filtrat existents mitjançant tècniques bayesianes que es basen en enfocaments multimodel. El treball proposa un enfocament IMM òptim que utilitza mètodes basats en filtres de Kalman, especialment el filtre de Kalman estès (EKF), per gestionar la dinàmica no lineal predominant en els perfils de trajectòria vertical. Els resultats mostren que el percentatge màxim d'error en l'estimació de la massa de l'aeronau és mínim, i altres variables d'estat també s'estimen amb precisió amb pocs retards en el seguiment dels salts híbrids i la identificació de modes de guia.
Les possibles direccions futures inclouen la integració de maniobres de navegació lateral en els models del sistema, l'ampliació del vector d'estat per incloure paràmetres de vol addicionals i l'adaptació d'aquestes metodologies per a escenaris de seguiment de múltiples aeronaus. Aquestes millores tenen com a objectiu perfeccionar encara més les capacitats de TP, fent avançar els sistemes ATM cap a una major eficiència i seguretat.
Comparteix: