中國民航大學(xué)交通運輸專業(yè)本科畢業(yè)論文

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1、 本科畢業(yè)論文 AIDL語言的實現(xiàn)方法研究 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 交通運輸 學(xué) 號： 091341815 指導(dǎo)教師： 所屬學(xué)院： 空管學(xué)院 二〇一四年六月 中國民航大學(xué) 本科畢業(yè)論文 AIDL語言的實現(xiàn)方法研究 Study on the realization method of AIDL language 學(xué)生姓名： 專 業(yè)：交通運輸

2、 學(xué) 號：091341815 指導(dǎo)教師： 學(xué) 院：空管學(xué)院 2014年6月 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 創(chuàng)見性聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的工作和取得的成果，論文中所引用的他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，均加以特別標(biāo)注并在此表示致謝。與我一同工作的同志對本論文所做的任何貢獻(xiàn)也已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 畢業(yè)論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)設(shè)計（論文）作者完全了解中國民航大學(xué)有關(guān)保留、使用畢業(yè)

3、設(shè)計（論文）的規(guī)定。特授權(quán)中國民航大學(xué)可以將畢業(yè)設(shè)計（論文）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)設(shè)計（論文）的復(fù)印件和磁盤。 （保密的畢業(yè)論文在解密后適用本授權(quán)說明） 畢業(yè)論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 摘 要 隨著民用航空的快速發(fā)展，空中交通日益擁擠，如何提高機(jī)場空域使用率變得尤為重要，本文的研究方向在于通過電腦語言對當(dāng)時環(huán)境以及航空器意

4、圖進(jìn)行分析生成指令并傳達(dá)。這種方法可以比傳統(tǒng)的語言通話更快捷，準(zhǔn)確，減少人的因素產(chǎn)生的誤差，進(jìn)而提高ATM系統(tǒng)以及空域的利用率。 目前的陸空通話主要是靠飛行員與管制員通話進(jìn)行信息交流來確定航空器意圖，通信設(shè)備的好壞以及語言的不確定造成的歧義都會對飛行造成隱患。針對對航空器指令的統(tǒng)一以及規(guī)范問題，用一種計算機(jī)語言AIDL（Aircraft Intent Description Language）來實現(xiàn)意圖信息的標(biāo)準(zhǔn)化傳輸，以便不同的軌跡預(yù)測器之間進(jìn)行信息的共享。在航空器的實際飛行練習(xí)操作中，通過在航空器實時狀態(tài)的輸入，將意圖信息進(jìn)行同步，使用確定的有窮狀態(tài)自動機(jī)識別系統(tǒng)實現(xiàn)了對于句子所包含的航

5、空器意圖信息的解析并將指令進(jìn)行傳輸，可以確保地面和空中應(yīng)用實施的各類自動化系統(tǒng)之間實現(xiàn)互操作。從而提高ATM系統(tǒng)效率與空域利用率。 本文將AIDL語言應(yīng)用到航路交流，通過構(gòu)建可視化的地空通信輸入窗口，研究基于AIDL的標(biāo)準(zhǔn)化傳輸構(gòu)成的航空器意圖信息傳輸，降低了了由于傳統(tǒng)語言通信造成的語言理解誤差造以及通信設(shè)備的好壞成的信息傳輸?shù)牟粶?zhǔn)確，同時通過可視化傳輸交流通道的構(gòu)建，可以使不同的航空器實現(xiàn)信息共享。通過基于AIDL語言傳輸實現(xiàn)的航空器意圖信息的共享，并在航跡預(yù)測中息加入信息意圖以及氣象因素的影響。進(jìn)行航空器所進(jìn)行的運動分類，找出每種運動對應(yīng)的運動方程及狀態(tài)變量，把它們同AIDL指令相關(guān)聯(lián)，

6、通過指令的發(fā)布，意圖信息的傳輸，來達(dá)到改變航跡從而預(yù)測新的未來航跡的目的。其目標(biāo)是實現(xiàn)空域的靈活使用、動態(tài)的航跡管理、機(jī)場場面運行的有效監(jiān)控、飛行和空中交通管制服務(wù)的無縫交互等，提高了在高密度，高復(fù)雜空域航空器預(yù)測航跡的準(zhǔn)確性，以及空域和機(jī)場資源的利用率與安全性。 關(guān)鍵詞：計算機(jī)航路語言； 安全飛行 I Abstract With the rapid development of civil aviation, air traffic is becoming more and more crowded.How to improve the rate of use of

7、airspace, the airport has become particularly important,his paper explains computer words to Generating command and communication to the environment and the aileron intention This method can be compared to the traditional language communication more efficient, accurate，and decrease deviation which h

8、uman-being brings，and improve ATM system and the utilization rate of the airspace Currently the communication between ATC and pilot in command rely on talk to knows the aileron intention. The quality of communication apparatus and the misunderstanding of talk will cause some hidden danger which

9、 will influence safety flight.To slove this problem, a new language which named aircraft Intent Description Language to make the aileron intention Specification for accurate to make the information share between different aileron and tower.In the actual practice,people can get information from the a

10、ctual aileron and make decision from the computer language so that the understanding of talking and the quality of the equipment. For this method, the ATM system efficiency and airspace utilization will both improve. This passage will use AIDL language to airline language, with visualization g

11、round-air way to discuss how to use standard AIDL method to establish aileron intention message, decrease the probability of tradition way which will cause the bad equipment and misunderstanding of talking.to share aileron intention. In the base of IAIDL language share are which involved environment

12、 and aileron intention. This language put the intention into group and found a language to match the word to AIDL. With the instruct issue to make a new method to increase the airspace coefficient of utilization . Key Words: Computerlanguagecourse; Safety fight 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 I

13、 Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 論文研究的背景 1 1.2 AIDL語言的研究現(xiàn)狀及發(fā)展情況 3 1.3 AIDL語言的應(yīng)用領(lǐng)域 3 1.4 本文主要內(nèi)容 3 第2章 分析空管中的指令與意圖 5 2.1 指令意義 5 2.2 指令類型以及間隔 5 2.2.1 約束型 5 2.2.2 構(gòu)形型 5 2.2.3 操縱型 5 2.2.4 目標(biāo)型 5 2.3 信息意圖的意義 5 2.4 航空器意圖 6 第3章 形式語言 7 3.1 形式語言的文法 7 3.2 形式語言的文法分類 8 3.3 本章小結(jié) 9 第4

14、章 AIDL語言文法 11 4.1 AIDL描述語言 11 4.2 AIDL字母表 11 4.2.1 指令命名 12 4.2.2 指令特征 12 4.3 本章小結(jié) 13 第5章 AIDL語言的應(yīng)用 14 5.1 AIDL在航跡預(yù)測方面的應(yīng)用 14 5.2 AIDL在進(jìn)近通訊的作用 14 第6章 結(jié)論 16 參考文獻(xiàn) 17 致 謝 19 附錄A：外文翻譯資料 20 附錄B：外文翻譯資料譯文部分 26 III 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 論文研究的背景 2012年，在世界經(jīng)濟(jì)不景氣的情況下，我國民航主要運輸指標(biāo)保持平穩(wěn)較

15、快增長。2012年，全行業(yè)完成運輸總周轉(zhuǎn)量610.32億噸公里，比2011年增加32.88億噸公里，增長5.7%，其中旅客周轉(zhuǎn)量446.43億噸公里，比2011年增加42.90億噸公里，增長10.6%；貨郵周轉(zhuǎn)量163.89億噸公里，比2011年減少10.02億噸公里，減少5.8%。 　　2013年1-11月，我國民航完成運輸總周轉(zhuǎn)量616.0億噸公里，比2012年同比增長10.3%。其中旅客周轉(zhuǎn)量51984912.2萬人公里，比2012年同比增長12.7%；貨郵周轉(zhuǎn)量1538097.7萬噸公里，比2012年同比增長3%。隨著中國民用航空交通運的快速發(fā)展以及流量的快速增加，空中交通管理以及空

16、域的利用率制約著空中流量，航班的延誤狀況非常嚴(yán)重，需求與服務(wù)矛盾日益突出，目前中國民航發(fā)展的瓶頸有一部分是空中交通管理ATM(Air Traffic Management)?？罩薪煌ü芾硐到y(tǒng)一直致力于提高安全系數(shù)以及在安全保障安全系數(shù)的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)容量。 由于環(huán)境等因素的存在，航空器的飛行的每次飛行不可能完全按照按照既定的飛行計劃執(zhí)行，空中交通系統(tǒng)的狀態(tài)仍然是按照飛行員與管制員通話進(jìn)行信息交流來確定航空器意圖，通信設(shè)備的好壞以及語言的不確定造成的歧義都會對飛行造成隱患。語言交流信息的不確定性，給飛行造成極大的隱患。 未來中國民用航空的發(fā)展趨勢是依靠空中與地面的自動化設(shè)施捕捉當(dāng)時的動態(tài)，進(jìn)

17、而掌握航空器的運行提供交流與協(xié)作。所以改變固有的傳統(tǒng)信息交流方式，通過地面設(shè)備與空中設(shè)備進(jìn)行合作來實現(xiàn)航空器意圖的交換，從而進(jìn)行信息交流與指令傳輸，從而對航空器的狀態(tài)以及意圖進(jìn)行實時的了解進(jìn)行相互協(xié)作以及指令的發(fā)布。這樣做的好處就是可以極大地避免由于環(huán)境原因以及傳統(tǒng)語音通信的模糊不清等原因所造成的航空器飛行沖突，指令發(fā)布過慢等等，進(jìn)而提高單位時間內(nèi)航空器的效率以及空域使用率，保證安全高效的飛行。飛行意圖的 各種信息包含了航空器重要運動狀態(tài)信息，以及飛行實時環(huán)境因素等等，這一切都為為新一代ATM的研究提供了新的發(fā)展方向提供的新思路。 隨著現(xiàn)有星基導(dǎo)航設(shè)備的不斷使用，通信設(shè)施的不斷完善，未來航空

18、器在飛行中的自由程度將大大提高，從而使得將航空器飛行中的意圖信息的共享成為可能[2]。傳統(tǒng)的地面與空中之間的交流主要通過航空器過前一個報告點的時間、位置和速度來推斷航空器當(dāng)前的位置，或通過雷達(dá)探測到航空器當(dāng)前的位置、速度、高度，但不能動態(tài)的實時的獲得航空器的飛行意圖?；谝鈭D信息的共享是通過地面與空中實時的共享航空器運行的意圖信息從而獲取航空器當(dāng)前狀態(tài)，并且通過飛行員與飛行員之間，飛行員與管制員之間意圖信息的交換與共享，再加上計算機(jī)系統(tǒng)的處理，不僅能獲取航空器當(dāng)前的準(zhǔn)確位置還能動態(tài)的掌握航空器的未來飛行意圖。極大地避免可能存在的各種原因造成的航空器之間可能存在的航跡沖突，并確保航空器的安全間隔

19、，進(jìn)而提高ATM系統(tǒng)的安全性與空域利用率。 傳統(tǒng)語音通話轉(zhuǎn)換為AIDL電子信息傳輸成為提高飛行安全的有效方法，不斷的受到普遍關(guān)注。研究表明，現(xiàn)在和未來的空中交通管理系統(tǒng)可以通過減少語音通話所產(chǎn)生的歧義進(jìn)行修整從而保證空域安全以及流量要求。給當(dāng)前空域使用的人提供便捷的服務(wù)也正是空中交通管理系統(tǒng)的目標(biāo)，為了用有效的方法去完成這個目標(biāo)，現(xiàn)在可以通過使用現(xiàn)代化的設(shè)備來滿足空中交通管制的要求。 1、1995年MITRE公司的高級航空系統(tǒng)開發(fā)中心(CAASD)在開發(fā)一個原型系統(tǒng)來確定“自由飛行”的系統(tǒng)需求，在該原型系統(tǒng)中使用管制意圖信息作為一項很重要的數(shù)據(jù)來源，并通過ADS-B/GPS數(shù)據(jù)鏈共享該數(shù)據(jù)

20、，進(jìn)而研究了該原型系統(tǒng)的其他方面的需求[14]。 2、1997年美國加得福尼亞第36屆決策與控制會議上，文章《不確定的意圖信息在沖突探測與解決中的應(yīng)用》[15]將ATM中的意圖信息分為直接意圖信息和隱含意圖信息，分析了在航跡沖突探測與解決過程中，意圖信息的精確度對于飛行決策者所產(chǎn)生的影響。 3、2000年，在美國大西洋城的FAA William J Hughes研究中心召開的關(guān)于“分享意圖信息和航空器意圖數(shù)據(jù)”的專業(yè)交流會議(TIM)上對意圖信息的定義達(dá)成一致，即“航空器在未來時間段內(nèi)直到目的地的四維航跡[16]”。 4、美國NASA里有一項關(guān)于“改進(jìn)的航空運輸技術(shù)計劃” 重要的研究，美

21、國科學(xué)院給予了高度關(guān)注。該研究被描述為分布式地空交通管理。美國NASA已經(jīng)將分布式地空交通管理擴(kuò)展為一個高水平的操作概念，包括15個要素的分布子樹，其中意圖概念要素將被作為一個重點項目進(jìn)行更加深入的研究。在該概念要素里，被指定為“具備部分自主能力”的航空器的飛行員有權(quán)力按自己的意愿執(zhí)行操作并生成新的航跡，從而滿足個人，公司或ATM系統(tǒng)的目標(biāo)。 5、2001年，美國國家空域?qū)嶒炇?，在進(jìn)行航跡沖突分析中用到了航空器意圖信息，實驗采用蒙特卡羅仿真方法研究加入飛行意圖的航跡沖突探測，仿真結(jié)果顯示運用該探測方法可以將航跡沖突探測的預(yù)警時間提前20分鐘，而且大大提高了航跡沖突探測成功率[17]。 6、

22、2004年，美國航空航天局埃姆斯研究中心的一項研究表明，在空中飛行員希望能夠?qū)崟r動態(tài)的獲取與之可能存在沖突的航空器的意圖信息，飛行管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是這些意圖信息的來源。研究表明，交替地向飛行機(jī)組成員提供這三種類型的信息：飛行控制面板數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、飛行管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。航空器機(jī)組成員運用語音通信設(shè)備與其他航空器直接進(jìn)行通信，從而交流意圖信息或協(xié)商解決問題。 7、2005年，EUROCONTROL與NLR的“INTENT project”[18]提出了基于意圖信息的空中交通管制的整體結(jié)構(gòu)。但沒有給出具體的運算方法。NASA的空中交通運行實驗室針對意圖信息的應(yīng)用方式，目前主要還在實驗驗證階段，并沒有完

23、全將其應(yīng)用到實際的ATM中。 8、2007年，Javier Lovera Yepes，Inseok Hwang用混合估算算法進(jìn)行基于意圖信息的航跡預(yù)測[19]，結(jié)果表明采用的基于意圖信息的混合估算算法能夠?qū)崟r的獲取精確的航空器意圖以及進(jìn)行軌跡預(yù)測，能夠滿足空中交通管理系統(tǒng)中航空器的當(dāng)前和未來的運行控制。 9、2008年，美國新一代空中交通運輸系統(tǒng)NextGen[20]是一項巨大的系統(tǒng)工程，能通過實時信息共享的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行自我更新和自我調(diào)整，構(gòu)建一個可升級的靈活的航空運輸系統(tǒng)，以滿足市場需求并為未來的變革提供路徑。NextGen通過改進(jìn)航空器運行方式，注重航空器綜合性能，以改進(jìn)航空器運行安全

24、、擴(kuò)大容量、提高空域效率、提升運行保障能力。 1.2 AIDL語言的研究現(xiàn)狀及發(fā)展情況 AIDL是一種用嚴(yán)謹(jǐn)復(fù)雜的方式描述交流航空器意圖的標(biāo)準(zhǔn)語言，航空器意圖清晰的描述出了航空器在一定時間內(nèi)事如何工作的。AIDL語言的目的就是為了以一種正式的結(jié)構(gòu)化的方法實現(xiàn)地空之間航空器意圖信息的共享以及通信交流。 外國學(xué)者M(jìn)iguel.A首先提出了一種計算機(jī)語言AIDL（Aircraft Intent Description Language）來實現(xiàn)意圖信息的標(biāo)準(zhǔn)化傳輸，可以確保地面和空中應(yīng)用實施的各類自動化系統(tǒng)之間實現(xiàn)互操作。相比較國外研究，結(jié)合我國新一代民航運輸系統(tǒng)，國內(nèi)關(guān)于AIDL語言處于初

25、始階段發(fā)展階段， 1.3 AIDL語言的應(yīng)用領(lǐng)域 隨著全球民航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及空中客流量的日益增多，空中交通日益吃腸滑，隨著越來越多的航空企業(yè)要求提高運行效率，以及機(jī)場的日漸繁忙，擁擠。建立一種新的運行方式使得機(jī)場區(qū)域的空域使用率以及管理效率提高變得越來越關(guān)鍵。本文的問題解決出發(fā)點是設(shè)置一種更為嚴(yán)禁復(fù)雜的計算機(jī)語言來描述當(dāng)時環(huán)境以及航空器意圖使得飛行員與管制員的交流方式不再受傳統(tǒng)通信設(shè)備的好壞以及語言的歧義誤差而產(chǎn)生安全飛行的隱患。這種航空器意圖語言描述的一項基礎(chǔ)技術(shù)就是AIDL語言的開發(fā)。 1.4 本文主要內(nèi)容 本文主要對航空器意圖描述語言（AIDL：Aircraft Intent

26、 Description Language）進(jìn)行研究。意圖信息必須跟根據(jù)環(huán)境航空器意圖進(jìn)行指令的發(fā)布并識別，航空器飛行中相應(yīng)的指令與意圖也要用不同的字符表示。AIDL語言設(shè)定同計算機(jī)一樣也有要有字母表，以及對應(yīng)于字母表的詞匯規(guī)則與文法規(guī)則。利用AIDL的文法，對當(dāng)時的環(huán)境意圖對應(yīng)字符，并通過文法規(guī)則生成句子通過確定的有限狀態(tài)自動機(jī)（DFA）實現(xiàn)，DFA識別字符的過程就是航空器的運動狀態(tài)根據(jù)發(fā)布指令改變的過程。 27 第2章 分析空管中的指令與意圖 第2章 分析空管中的指令與意圖 2.1 指令意義 空管的指令意義是引導(dǎo)航空器改變飛行狀態(tài)，分為瞬時指令和持續(xù)指令。瞬時指

27、令是指即時執(zhí)行且有明確時間點，比如打開襟翼擾流板等，如果指令是一個時間段就是持續(xù)指令比如爬升時保持航向310度至3000FT就是持續(xù)指令。 2.2 指令類型以及間隔 指令類型分為四種，約束構(gòu)型操縱型構(gòu)形型以及目標(biāo)型。指令發(fā)出間隔，就是指令發(fā)出的時間間隔。對于瞬時指令來說，指令發(fā)出間隔就是發(fā)出指令的時刻。不同指令的發(fā)出間隔可能會重疊，也就是說，可能會同時發(fā)出不同的指令。 2.2.1 約束型 約束型指令是通過對目標(biāo)的某個約束方程給出自由度來限制航空器的運動。指令執(zhí)行間隔要么直接通過給定間隔的時長來給定，要么間接地通過結(jié)束條件來給定。比如，對航空器發(fā)出保持高度FL210或者保持速度爬升直

28、至某一高度等等 2.2.2 構(gòu)形型 該指令瞬時發(fā)出有明確的時間點對航空器限制，比如調(diào)換頻率，收放起落架。 2.2.3 操縱型 這類指令發(fā)出主要為了短時間對航空器狀態(tài)進(jìn)行改變比如轉(zhuǎn)彎剎車等 2.2.4 目標(biāo)型 目標(biāo)飛行是一個瞬時指令，執(zhí)行的時間長度為完成結(jié)束條件，比如機(jī)場繁忙時需要飛機(jī)在機(jī)場上空盤旋直至管制員發(fā)出指令。 2.3 信息意圖的意義 意圖，就是對于希望達(dá)到目的的實時方法。意圖是由信息加工而成的，意圖的發(fā)布是根據(jù)實時信息以及目的而成。 2000年，“分享意圖信息和航空器意圖數(shù)據(jù)”的專業(yè)交流會議(TIM)里對意圖信息定義達(dá)成一致，即“用四維影像展示未來時間段

29、內(nèi)航空器直到目的地的航跡。這個航跡主要受到航空器的性能、外界大氣環(huán)境、地形、空中交通管制等多因素限制。意圖信息是通過航空器機(jī)載飛行管理系統(tǒng)計算出來并發(fā)布給地面和空中的相關(guān)通信設(shè)備的飛行信息，也稱為航空器意圖信息。”該定義成立的前提是，目前地面和空中都有可供支持這種操作模式的基礎(chǔ)設(shè)施，那么未來的ATM有望出現(xiàn)一種新的不同于目前的航空器操作模式。 目前的空中交通管理系統(tǒng)，航空器的意圖還是依靠飛行員與管制員通過語音進(jìn)行交流協(xié)商。將來空中與地面之間的自動化設(shè)備直接進(jìn)行內(nèi)部合作，從而極大地簡化了飛行員與管制員之間的溝通，從而提高空中交通管理系統(tǒng)的整體性能。未來航空發(fā)展肯定是以人為中心的自動化操作，僅僅

30、對航空器監(jiān)視是不能產(chǎn)生意圖信息的，只有人作為主體才能產(chǎn)生意圖信息，通過意圖信息與已知條件來推測航空器未來位置。 空管中意圖信息通常包括飛行計劃、管制員指令或許可、飛行員操作等。根據(jù)意圖信息的表達(dá)含義與來源的不同，我們把空中交通管理中的意圖信息主要分為飛行意圖、管制意圖和簽派意圖三類。 2.4 航空器意圖 航空器意圖是描述飛行員在操縱航空器時從現(xiàn)在到將來時間對航空器所進(jìn)行的操作意向，通過直接操縱航空器按照某個航跡飛行來表達(dá)飛行意圖。對于其它航空器或管制員來說，如果確定了某個特定的航空器飛行意圖信息，那么就可以預(yù)測該航空器未來的飛行軌跡。飛行員意圖作為意圖信息，傳遞給其他航空器飛行員或管制

31、員，通過當(dāng)前航空器的位置和速度預(yù)測該航空器在將來時間段內(nèi)最可能的飛行軌跡或飛行區(qū)域。 目前的ATM系統(tǒng)為商用航空器的飛行制定了飛行程序，并且這些飛行程序是以飛行員意圖直接定義的。例如，某個航空器的巡航飛行由該航空器的意圖航向、意圖高度和意圖巡航速度決定。這些信息都包括在航空器此次飛行的飛行計劃里。然而，飛行計劃在航空器解決航跡沖突期間不能描述航空器的具體操作，如果我們需要實時的掌握航空器的運行狀態(tài)，那么就需要實時的確定航空器的飛行意圖信息。如果允許某個航空器根據(jù)實際情況實時的決定它的飛行計劃，飛行意圖就需要包括所有有關(guān)飛行程序的信息。如果沒有這些意圖信息就允許航空器任意飛行，航跡沖突時很難避

32、免的。所以實時準(zhǔn)確的飛行意圖對于保證航空器安全飛行是很重要的。 第3章 形式語言 第3章 形式語言 3.1 形式語言的文法 文法也叫做語法，是定義形式語言的通用方法，通過文法來確定字母表中的那些字符串可以級聯(lián)成字符串。文法規(guī)則也叫產(chǎn)生式，它通過代替機(jī)制說明如何產(chǎn)生字符串。下面說明這種代替機(jī)制是怎么使用的，字母表中的字符級聯(lián)的字符串包括終極符與無終極符，其中無終極符可以與其他無終極符或終極符相連接。產(chǎn)生式就是確保終極符或無終極符去代替特定的無終極符。通過運用產(chǎn)生式的這種代替機(jī)制，我們會發(fā)現(xiàn)字符串里最終只有終極符，所得到的這些只有終極符的字符串就屬于該形式語言。形式語言的

33、任何字符串都可以通過語法的產(chǎn)生式得到。 對于一類語言，可以在字母表上按照一定的規(guī)則，根據(jù)語言的結(jié)構(gòu)特點，定義一個文法（語法）。通過文法作為相應(yīng)語言的有窮描述不僅可以描述出語言的結(jié)構(gòu)特征，而且還可以產(chǎn)生這個語言的所有句子。下面給出文法的形式定義。 定義3-12 文法（grammar）G是一個四元組[30]： G=（V，T，S，P） 其中， V—變量（variable）的非空有窮集。錯誤！未找到引用源。V，A叫做一個語法變量（syntactical variable）也可以叫做非終極符號（nonterminal）。 T—終極符（terminal）的非空有窮集。aT，a叫做終極符。由于

34、V中變量表示語法范疇，T中的字符是語言的句子中出現(xiàn)的字符，所以，有V∩T=。 P—產(chǎn)生式（production）的非空有窮集合。P中的元素都有形式α→β，稱為產(chǎn)生式，讀作α定義為β。其中α錯誤！未找到引用源。V∩T）+，且α中至少有V中一個元素出現(xiàn)。β錯誤！未找到引用源。（V∩T）*。α稱為產(chǎn)生式的左部，β稱為產(chǎn)生式的右部。 S—S錯誤！未找到引用源。，文法G的開始符號（start symbol）。 文法的形式定義實際上給出的是語言描述的一種模型。定義形式語言文法的最初目的是通過文法定義語言，那么就要尋找出文法、語法變量對應(yīng)的集合與語言之間的關(guān)系。下面給出推導(dǎo)與歸約的定義。 定義3-2

35、 設(shè)G=（V，T，S，P）是一個文法，如果α→β錯誤！未找到引用源。，γ，δ錯誤！未找到引用源。V錯誤！未找到引用源。T）*，則稱γ錯誤！未找到引用源。δ在G中直接推到出γβδ，記作γ錯誤！未找到引用源。δ錯誤！未找到引用源。γβδ。讀作γ錯誤！未找到引用源。δ在文法G中直接推導(dǎo)出γβδ。 當(dāng)不特別強(qiáng)調(diào)推導(dǎo)的直接性時，“直接推導(dǎo)”可以簡稱為推導(dǎo)，也可以叫做派生[31]。 與之相對應(yīng)，也可以稱γβδ在文法G中直接歸約成γ錯誤！未找到引用源。δ。同樣地，在不特別強(qiáng)調(diào)歸約的直接性時，“直接歸約”可以簡稱為歸約。 可以看出，錯誤！未找到引用源。是錯誤！未找到引用源。V錯誤！未找到引用源。T）*

36、上的二元關(guān)系，那么按照二元關(guān)系合成的意義，有 錯誤！未找到引用源。表示錯誤！未找到引用源。在G中經(jīng)過n步推導(dǎo)出β，β在G中經(jīng)過n步歸約成錯誤！未找到引用源。即存在 錯誤！未找到引用源。1錯誤！未找到引用源。2，錯誤！未找到引用源。3，…，錯誤！未找到引用源。V∩T）*，使得錯誤！未找到引用源。1，錯誤！未找到引用源。1錯誤！未找到引用源。2，，錯誤！未找到引用源。β。 當(dāng)n=0時，有錯誤！未找到引用源。β。即錯誤！未找到引用源。。錯誤！未找到引用源。 錯誤！未找到引用源。表示在G中經(jīng)過至少一步推導(dǎo)出β，β在G中經(jīng)過至少一步歸約成錯誤！未找到引用源。 錯誤！未找到引用源。表示

37、在G中經(jīng)過若干步推導(dǎo)出β，β在G中經(jīng)過若干步歸約成錯誤！未找到引用源。 定義3-3 設(shè)文法G=（V，T，S，P），則稱 L(G)={錯誤！未找到引用源。} 為文法G產(chǎn)生的語言。錯誤！未找到引用源。L（G），錯誤！未找到引用源。稱為G產(chǎn)生的一個句子。 定義3-4 設(shè)文法G=（V，T，S，P），對于錯誤！未找到引用源。，如果S錯誤！未找到引用源。，則稱錯誤！未找到引用源。是G產(chǎn)生的一個句型。 對于任意文法G=（V，T，S，P），G產(chǎn)生的句子和句型的區(qū)別在于句子錯誤！未找到引用源。，而句型錯誤！未找到引用源。。這就是說： 句子錯誤！未找到引用源。是從S開始，在文法G中可以推導(dǎo)出來的終

38、極符號行，句子是不包含語法變量。 句型錯誤！未找到引用源。是從S開始，在文法G中可以推導(dǎo)出來的符號行，句型則可能包含語法變量。 所以，句子一定是句型，而句型則不一定是句子。 3.2 形式語言的文法分類 定義3-5 設(shè)文法G=(V，T，P，S)，則 (1) G叫做0型文法(type 0 grammar)或短語結(jié)構(gòu)文法.對應(yīng)地，L(G)叫做0型語言或短語結(jié)構(gòu)語言。 (2) 如果對于錯誤！未找到引用源。α→β錯誤！未找到引用源。，均有|β|≥|α|成立，則稱G為1型文法(type l grammar)或上下文有關(guān)文法(context sensitive grammar)。對應(yīng)地

39、，L(G)叫做1型語言或上下文有關(guān)語言。 (3) 如果對于錯誤！未找到引用源。α→β錯誤！未找到引用源。。均有|β|≥|α|，并且a錯誤！未找到引用源。V成立，則稱G為2型文法(type 2 grammar)或上下文無關(guān)文法(context free grammar)。對應(yīng)地，L(G)叫做2型語言或上下文無關(guān)語言. (4)如果對于錯誤！未找到引用源。α→β錯誤！未找到引用源。α→β均具有形式 A→ω A→ωB 其中，A，B錯誤！未找到引用源。ω錯誤！未找到引用源。+，則稱G為3型文法(type 3 grammar)或正則文法（regular grammar，RG）或者正規(guī)文法。對應(yīng)地

40、，L（G）叫做3型語言，也可叫做正則語言或者正規(guī)語言（regular language，RL）。 定義3-6 設(shè)G =（V，T，S，P）。如果對于錯誤！未找到引用源。α→β錯誤！未找到引用源。，α→β都具有下面的形式： A錯誤！未找到引用源。 A錯誤！未找到引用源。Bx 其中，A，B錯誤！未找到引用源。，x錯誤！未找到引用源。，則稱G為線性文法。對應(yīng)于線性文法G的語言L（G）叫做線性語言。 定義3-7 設(shè)G =（V，T，S，P）。如果對于錯誤！未找到引用源。α→β錯誤！未找到引用源。，α→β都具有下面的形式： A錯誤！未找到引用源。 A錯誤！未找到引用源。B 其中，A，B錯

41、誤！未找到引用源。，x錯誤！未找到引用源。，則稱G為右線性文法。對應(yīng)于線性文法G的語言L（G）叫做右線性語言。 定義3-8 設(shè)G =（V，T，S，P）。如果對于錯誤！未找到引用源。α→β錯誤！未找到引用源。，α→β都具有下面的形式： A錯誤！未找到引用源。 A錯誤！未找到引用源。 3.3 本章小結(jié) 文法也叫做語法，是定義形式語言的通用方法，通過文法來確定字母表中的那些字符串可以級聯(lián)成字符串。文法規(guī)則也叫產(chǎn)生式，它通過代替機(jī)制說明如何產(chǎn)生字符串。下面說明這種代替機(jī)制是怎么使用的，字母表中的字符級聯(lián)的字符串包括終極符與無終極符，其中無終極符可以與其他無終極符或終極符相連接。產(chǎn)生式

42、就是確保終極符或無終極符去代替特定的無終極符。通過運用產(chǎn)生式的這種代替機(jī)制，我們會發(fā)現(xiàn)字符串里最終只有終極符，所得到的這些只有終極符的字符串就屬于該形式語言。形式語言的任何字符串都可以通過語法的產(chǎn)生式得到。 對于一類語言，可以在字母表上按照一定的規(guī)則，根據(jù)語言的結(jié)構(gòu)特點，定義一個文法（語法）。通過文法作為相應(yīng)語言的有窮描述不僅可以描述出語言的結(jié)構(gòu)特征，而且還可以產(chǎn)生這個語言的所有句子。 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 第4章 AIDL語言文法 4.1 AIDL描述語言 AIDL語言用固定字符和文法根據(jù)當(dāng)時的航空器的狀態(tài)意圖做出指令，能夠清準(zhǔn)確清晰的發(fā)出指令引導(dǎo)航空器做出動作。以實現(xiàn)飛

43、行員與管制員的信息交流 4.2 AIDL字母表 AIDL字母表有32個指令，每一個指令都代表一個基本命令和飛行員直接操縱航空器的基本單元。這些指令在AIDL字母表中呈現(xiàn)出來，如表4.1所示。 表4.1 AIDL的指令 編號 編碼 英文指令 中文含義 1 ST Set throttle 設(shè)置油門 2 TL Throttle law 油門規(guī)則 3 HT Hold throttle 保持油門 4 OLT Open-loop throttle 自由控制油門 5 SBA set bank angle 設(shè)置坡度角 6 BAL Bank angl

44、e law 坡度角規(guī)律 7 HBA Hold bank angle 保持坡度角 8 OLB Open-loop bank angle 自由控制坡度角 9 SL Speed law 速度規(guī)則 10 HS Hold speed 保持速度 11 SPA Set path angle 設(shè)置航路角 12 PAL Path angle law 航路角規(guī)則 13 HPA Hold path angle 保持航路角 14 CL Course law 航線規(guī)則 15 HC Hold course 保持航線 16 AL Alt

45、itude law 高度規(guī)則 17 HA Hold altitude 保持高度 18 HSL Horizontal speed law 水平速度規(guī)則 19 HHS Hold horizontal speed 保持水平速度 20 VSL Vertical speed law 垂直速度規(guī)則 21 HVS Hold vertical speed 保持垂直速度 22 THP Track horizontal position 航跡水平位置 23 TVP Track vertical position 航跡垂直位置 24 SHL Set H

46、igh Lift 設(shè)置增升裝置 25 HLL High lift devices 選擇增升裝置的設(shè)備 26 HHL hold High lift 保持增升裝置 27 SSB Set Speed brake 設(shè)置減速板 28 SBL Speed brake law 減速板規(guī)則 29 HSB Hold speed brake 保持減速板 30 OLSB Open-loop speed brake 自由控制減速板 31 SLG Set landing gear 設(shè)置起落架 32 HLG Hold landing gear

47、 保持起落架 4.2.1 指令命名 對于AIDL字母表中的指令的命名遵循特定的慣例，下面給出指令命名分別遵循的慣例： l Set類型指令：設(shè)置令，控制航空器的元件，設(shè)置航空器狀態(tài)，例如從飛出機(jī)場進(jìn)去管制區(qū)域需要設(shè)置頻率，這個指令作用于飛機(jī)的頻率段轉(zhuǎn)換。又例如放下或收起起落架位置 l Law類型指令：根據(jù)當(dāng)初變量進(jìn)行改變調(diào)整的量，比如速度高度航路角等隨風(fēng)向溫度氣壓等量改變指令的量 l Hold類型指令：保持量，保持量，比如五邊階段需要飛機(jī)保持的速度，高度等等 l Open-loop類型指令：、不固定型指令，例如resume all navigation，飛機(jī)即將離開管制區(qū)域按照固定

48、航跡飛行管制員的命令，不需要按照之前管制區(qū)域內(nèi)的飛行角度從而達(dá)到飛行員或者管制員所要求的飛行目的。 l Track類型指令：航路引導(dǎo)命令，航空器按照預(yù)先的設(shè)置的航線目標(biāo)位置點的坐標(biāo)引導(dǎo)進(jìn)入就可以與航校矯正 4.2.2 指令特征 每個指令都有三個主要特征：效果，執(zhí)行間隔和意義。 指令的效果是這個對航空器產(chǎn)生的影響；指令的執(zhí)行間隔是指令作用在航空器運動過程中的時間，指令的意義是指指令本身固有的目的，它與指令捕獲的命令、導(dǎo)航模式或者操縱輸入的操作目的有關(guān)。例如，指令HA就是保持高度的意思。 4.3 本章小結(jié) AIDL作為一種計算機(jī)語言工具，將航空器飛行過程中的相關(guān)操作通過AIDL句

49、子來描述，這些句子按照AIDL文法生成，從而保證句子的有效性與合法性。基于DFA識別AIDL句子，從而自動生成航空器意圖信息，并將其傳輸?shù)降孛婊蚩罩?，地面接收航空器意圖信息主要便于管制員確定航空器運行，空中接收主要便于臨近空域的其他航空器安全飛行。這個過程體現(xiàn)了基于DFA使用AIDL的航空器意圖信息的交流與共享。 第5章第6章 結(jié)論 第5章 AIDL語言的應(yīng)用 5.1 AIDL在航跡預(yù)測方面的應(yīng)用 基于地空技術(shù)的實時交換技術(shù)，AIDL可以將影響航路的不確定因素都包括在內(nèi)建立相應(yīng)的AIDL航跡預(yù)算法，可以進(jìn)行多用戶溝通共享空對空空對地的信息交流，通過仿真計算模型有效地實

50、現(xiàn)軌跡的交互以及空余利用率。如圖5-1 圖5-1 航跡預(yù)測的應(yīng)用 5.2 AIDL在進(jìn)近通訊的作用 AIDL語言可以通過改善通信方式提高飛機(jī)在進(jìn)近著陸階段安全系數(shù)，使得提高機(jī)場的使用率以及機(jī)場管制區(qū)域的空域利用率大大提升。管制員同飛行員之間主要是通過話音進(jìn)行通信，通信設(shè)備的好壞以及信號的強(qiáng)弱會直接影響到通信傳輸?shù)臏?zhǔn)確程度，信息傳輸?shù)牟粶?zhǔn)確，將給飛行器的運行安全造成極大的威脅。AIDL語言可以根據(jù)實時環(huán)境因素發(fā)出指令，比傳統(tǒng)的語言通話更快捷，準(zhǔn)確，減少人的音速產(chǎn)生的誤差，可以極大的提高飛機(jī)在進(jìn)近以及著陸階段的安全性以及穩(wěn)定性。如圖5-2 圖5-2 運用AIDL進(jìn)行飛

51、行員與管制員之間的通話 第6章 結(jié)論 開發(fā)研究AIDL語言可以通過改善通信方式提高飛機(jī)在進(jìn)近著陸階段安全系數(shù)，使得提高機(jī)場的使用率以及機(jī)場管制區(qū)域的空域利用率大大提升。管制員同飛行員之間主要是通過話音進(jìn)行通信，通信設(shè)備的好壞以及信號的強(qiáng)弱會直接影響到通信傳輸?shù)臏?zhǔn)確程度，信息傳輸?shù)牟粶?zhǔn)確，將給飛行器的運行安全造成極大的威脅。AIDL語言可以根據(jù)實時環(huán)境因素發(fā)出指令，比傳統(tǒng)的語言通話更快捷，準(zhǔn)確，減少人的音速產(chǎn)生的誤差，可以極大的提高飛機(jī)在進(jìn)近以及著陸階段的安全性以及穩(wěn)定性。 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 參考文獻(xiàn) [1]

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58、 Action Plan 1 ASAS[R].2000 [17] Lee C.Yang，James K.Kucharf.USING INTENT INFORMATION IN PROBABILISTIC CONFLICT ANALYSIS.AIAA-98-4237.2001 [18]J.Ruigrok，C.Tessier.Project Scope and Relevant Results of other Projects，Activities and Initiatives–D1-1.National Aerospace Laboratory，NLR.2001 [19]Ja

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60、 論文工作是在我的導(dǎo)師 教授的悉心指導(dǎo)下完成的。馬老師以她敏銳的洞察力、淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)和對科學(xué)的奉獻(xiàn)精神給我留下了深刻的印象，這些使我受益匪淺，并將成為我終身奮斗的目標(biāo)與動力。 在論文結(jié)稿之際，謹(jǐn)向她致以衷心的感謝！ 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 附錄A：外文翻譯資料 (Article Source：Baidu Library, 2010-06-06.) TOWARDS A FORMAL LANGUAGE FOR THE COMMON DESCRIPTION OFAIRCRAFT INTENT Miguel A. Vilaplana, Ed

61、uardo Gallo, Francisco A. NavarroBoeing Research and Technology Europe, Madrid, Spain Sip Swierstra, Eurocontrol Headquarters, Brussels, Belgium Abstract The Air Traffic Management (ATM) system is continuously evolving to enhance system capacity whilst maintaining safety. To this effect,sophist

62、icated Decision Support Tools (DSTs) are being developed and implemented in airborne andground-based automation systems. Interoperability among these DSTs is key forthe healthy evolution of the ATM system. Unfortunately, most DSTs incorporate their owntrajectory predictor (TP) tailored to their s

63、pecificneeds. As a consequence, predicted trajectories lackconsistency, DSTs have limited interoperability andevolution is difficult if not impossible. This maylead to inefficient flight profiles, loss of ATMcapacity and potentially introduces a safety issue. To achieve consistency it is essential

64、that,besides using similar estimates of meteorologicalconditions and aircraft performance, the variousTPs share a common view of the way in which theaircraft will be operated over the extent of theprediction period, i.e. of the aircraft intent. Theprediction period may cover the entire flight, from

65、 gate to gate. This paper summarizes the key characteristicsof several different methods applied to encode aircraft intent in TP implementations. The differences appear to be significant. We concludethat a standardized formal method to express aircraft intent information (understood as input toth

66、e trajectory computation process) is a key enablerto achieve the required consistency. This paper identifies the need for aformal language for the common description of aircraftintent in the context of trajectory computation. Sucha language, denoted as Aircraft Intent Description。Language (AIDL), would allow expressing theaircraft intent with different levels of detai