[發明專利]一種基于ADS?B信息更新的四維航跡動態預測方法

在審

• 申請號: 201710030156.8
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106846919A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張軍峰;陳強;葛騰騰;朱海波;鄭志祥
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 唐紹焜

技術領域

本發明屬于民用航空空中交通管理技術領域，特別涉及空中交通服務、空中交通管制的自動化與智能化、基于航跡運行以及空管決策支持工具的設計與驗證等。

背景技術

近年來，隨著空中交通量的持續激增，現有空中航行系統的運行能力幾近飽和，從而導致空域擁堵、航班延誤等問題頻繁發生，而且我國尤為嚴重。如何在飛行流量持續增長的情況下，提高空中交通運行效率、保障航班正常率成為我國民航運輸事業可持續發展的迫切需求。

國際民航組織(ICAO)提出了“航空系統組塊升級”(ASBU)計劃，美國和歐洲則分別提出了“下一代空中交通系統”(NextGen)與“單一歐洲天空空管研究”(SESAR)計劃，以期指導空中交通管理系統的規劃與實施，其中民用航空器四維航跡預測是上述計劃實施的核心與關鍵。

早在上世紀末，美國宇航局(NASA)便開始著手研究與設計四維航跡預測方法和工具，在嘗試通過時間間隔取代距離間隔來管理終端空域的航空器時，于民用航空領域提出航跡預測技術，并基于四階Runge-Kutta方法設計與仿真了航空器的四維下降剖面。歐洲航行安全局(EUROCONTROL)在實施空中交通管理研究協調計劃(PHARE)時，明確將航跡預測作為主要模塊進行設計與測試，從而更好地為諸如沖突探測、進場管理、離場管理等模塊服務。隨后，EUROCONTROL在“歐洲空中交通管制協調實施計劃”(EATCHIP)中從定義、數據以及性能角度分析了航跡預測的運行需求。本世紀初，荷蘭航空航天國家實驗室(NLR)從空域管理、空管系統、空管人員、航空公司、飛行員、航空電子設備等視角，給出了在現行以及未來運行理念下的航跡預測結構與流程。

上述歐美的四維航跡預測研究擁有許多如下特點：

①定義一致：航跡預測是指通過計算預估航空器未來軌跡的過程；

②結構一致：航跡預測主要由四個過程組成——準備、計算、更新與輸出；

③數據來源：氣象數據、基礎數據和性能數據是航跡預測的重要數據來源；

④應用至上：由應用場合決定航跡預測模型的繁簡與方法的異同。

我國與民航發達國家相比，空管自動化與智能化運行水平尚存在一定的差距，目前尚未成功研制相關的四維航跡預測工具，僅在理論與算法領域取得較多成果，如：卡爾曼濾波方法、自適應濾波算法、交互式多模型濾波算法、全能量方程法、動力學及運動學模型法、機器學習方法等實現四維航跡預測。為了應對飛行流量持續增長的情況，努力提高空中交通運行效率、保障航班正常率，增強管制員的情境意識，我國急需研究與開發四維航跡預測的方法與工具。而且，為了提高航跡預測結果的精度與可行度，需要不斷根據航空器的實際位置進行修正?？展茏詣踊到y通過雷達監視信息的處理，能夠提供實時的航班位置信息，但是由于安全原因，無法獲取接口。近年來，廣播式自動相關監視(ADS-B)技術應用愈發廣泛，且與傳統的雷達監視技術相比，ADS-B技術具有精度高、誤差小、監視能力強的特點。如此，可以依靠ADS-B的信息更新，研究與開發四維航跡的動態實時在線預測技術與工具。

因此，本發明提出一種基于ADS-B信息更新的四維航跡動態預測方法：一方面，利用航空器性能數據，聯合氣象信息與航空器意圖，基于航空器動力與運動學模型，研究與開發航空器四維航跡預測方法和工具；另一方面，基于ADS-B信息更新，通過TCP(傳輸控制協議)的Socket編程，實現ADS-B接收機與四維航跡預測工具的網絡通信，針對預測航跡與實際航跡進行一致性檢驗，從而觸發航跡修正模塊，實現四維航跡的實時在線預測，為增強管制人員的情境意識，發展空中交通管制的自動化與智能化，以及實現基于航跡運行(TBO，Trajectory Based Operation)提供重要的技術保障。與現有國內四維航跡預測研究相比，本發明具有完整性、動態實時性與可驗證性的優勢。

發明內容

本發明的目的在于，通過提出一種基于ADS-B信息更新的四維航跡動態預測方法，為研發具有自主知識產權的、高性價比的、適合于國內繁忙終端空域的空管決策支持原型系統提供支撐，為后續發展空中交通管制的自動化與智能化，以及實現基于航跡運行夯實研究基礎與提供技術保障。從而達到加速空中交通流量、減少繁忙機場延誤、增強管制員情境意識、降低管制員工作負荷的目的。

技術方案：

一種基于ADS-B信息更新的四維航跡動態預測方法，包括步驟：

步驟1：建立ADS-B接收機與四維航跡預測系統之間的網絡通信；ADS-B接收機利用網絡通信接收表征航空器的實時信息的16進制代碼；