[發(fā)明專利]一種基于管制意圖和飛機(jī)性能模型的四維航跡預(yù)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911076298.3
• 申請(qǐng)日: 2019-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN110930770B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣淑園;席玉華;張明偉;陶靖;陳剛;黃琰;胥寶新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): G08G5/00
• 分類號(hào): G08G5/00;G06K9/62
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于管制意圖和飛機(jī)性能模型的四維航跡預(yù)測方法，其特征在于，包括步驟如下：

1)對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

2)管制意圖提??；

3)基于飛機(jī)性能模型和管制意圖的4D航跡預(yù)測建模；

4)高空風(fēng)修正建模；

5)生成航班的靜態(tài)4D航跡預(yù)測結(jié)果；

6)實(shí)時(shí)雷達(dá)數(shù)據(jù)修正；

所述步驟2)具體包括：

21)對(duì)采集到的航空器航跡數(shù)據(jù)做融合處理，清洗后的數(shù)據(jù)與相應(yīng)的飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)匹配，建立航空器飛行情況記錄表；

22)獲取航跡點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)航程；

23)獲取報(bào)告點(diǎn)實(shí)際過點(diǎn)信息；根據(jù)航線啟用時(shí)間建立全國航線模型參數(shù)庫，利用上述步驟22)中結(jié)果獲得航路報(bào)告點(diǎn)實(shí)際航程，最小距離的航跡點(diǎn)的過點(diǎn)高度即為報(bào)告點(diǎn)過點(diǎn)高度；

24)獲取報(bào)告點(diǎn)高度層高度和航跡點(diǎn)高度層高度；

25)對(duì)步驟23)和步驟24)中得到的報(bào)告點(diǎn)實(shí)際航程和高度層高度，使用硬聚類算法得出同一起降機(jī)場、同一機(jī)型同一航線條件下經(jīng)過各報(bào)告點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)航程以及經(jīng)驗(yàn)高度層高度；

26)利用步驟24)得到的航跡點(diǎn)高度層高度以及飛行情況記錄中的航跡點(diǎn)過點(diǎn)時(shí)間作為巡航高度計(jì)算過程信息，刪除掉飛行時(shí)間持續(xù)低于一定范圍的信息，從中獲取持續(xù)時(shí)間最長的高度作為航班巡航高度；

27)建立航路經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息表，將上述計(jì)算過程得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，得到航路經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息表；

所述步驟3)具體包括：接收創(chuàng)建、修改或提取的飛行計(jì)劃處理信息，利用步驟27)中獲取的航路經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息表中報(bào)告點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)過點(diǎn)信息，替換飛行計(jì)劃中的報(bào)告點(diǎn)高度、巡航高度，結(jié)合采集到的實(shí)際雷達(dá)航跡氣象數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建基于管制意圖和飛機(jī)性能模型的4D航跡預(yù)測模型；

飛行性能模型表示如下；

式中：m為航空器質(zhì)量；V_Tas為真空速；T為推力；D為阻力；g為重力加速度；γ為航空器的爬升/下降角；

上升下降率為：

其中，h為高度，為能量分配系數(shù)，可轉(zhuǎn)化為馬赫數(shù)的函數(shù)f(M)，表示按照選定的速度進(jìn)行爬升時(shí)，用于爬升的推力與用于加速的推力的比值；利用BADA性能庫中的飛行器性能參數(shù)，即與飛機(jī)氣動(dòng)性能、發(fā)動(dòng)機(jī)性能、載重、航程相關(guān)的參數(shù)，包括飛機(jī)在不同姿態(tài)下的升力系數(shù)、阻力系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同高度、不同環(huán)境溫度、不同推力輸出情況下的耗油率，以及飛機(jī)重量、經(jīng)濟(jì)巡航速度、最大航程，來計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)推力、空氣阻力和燃油流量，然后根據(jù)這些參數(shù)來確定巡航、爬升及下降速度，實(shí)現(xiàn)航班飛行軌跡仿真動(dòng)力學(xué)建模；按飛行階段特點(diǎn)，將4D航跡分成水平飛行軌跡、高度剖面和速度剖面三個(gè)剖面進(jìn)行建模；建模思路：首先是合成從起始點(diǎn)位置和航向至結(jié)束點(diǎn)位置和航向的二維水平飛行軌跡，然后研究沿著已知水平軌跡的速度剖面和高度剖面，從而實(shí)現(xiàn)4D航跡仿真計(jì)算；

管制意圖和飛機(jī)性能模型的耦合方法：

(1)水平剖面

從數(shù)據(jù)挖掘得到的航路經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)里，提取該機(jī)型、該航路、該起降機(jī)場條件下的各報(bào)告點(diǎn)間經(jīng)驗(yàn)航程作為需要計(jì)算的航路各報(bào)告點(diǎn)的目標(biāo)航程；同時(shí)計(jì)算航段目標(biāo)航程，數(shù)據(jù)挖掘得到報(bào)告點(diǎn)A和報(bào)告點(diǎn)B間航程為S_A和S_B，則航段目標(biāo)航程為S_AB＝S_B-S_A；

(2)高度和速度剖面計(jì)算

航空器飛行模型構(gòu)建的過程中，在無特殊情況的條件下，航路飛行默認(rèn)是按照標(biāo)準(zhǔn)飛行程序爬升至巡航高度，再以巡航高度飛行一段距離后按照標(biāo)準(zhǔn)下降程序下降至落地機(jī)場；在實(shí)際飛行過程中，航空器經(jīng)過不同的管制區(qū)域時(shí)接受不同管制扇區(qū)的指揮，各扇區(qū)之間需要在扇區(qū)移交協(xié)議基礎(chǔ)上，通過高度調(diào)整指揮航空器進(jìn)入指定飛行高度層移交給下一管制扇區(qū)；不同扇區(qū)之間高度的限制要求將會(huì)影響航空器到達(dá)各報(bào)告點(diǎn)的高度；在航跡預(yù)測計(jì)算時(shí)，將從歷史航跡挖掘中得到的報(bào)告點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)過點(diǎn)高度作為報(bào)告點(diǎn)目標(biāo)高度；要求航空器在指定報(bào)告點(diǎn)到達(dá)指定的高度；

(3)剖面耦合

根據(jù)報(bào)告點(diǎn)經(jīng)緯度信息，計(jì)算報(bào)告點(diǎn)間計(jì)劃航程；

設(shè)第一點(diǎn)A的經(jīng)緯度(B1,L1),第二點(diǎn)B的經(jīng)緯度(B2,L2)；A,B兩點(diǎn)之間經(jīng)度差a和緯度差b：

a＝B₁-B₂

b＝L₁-L₂

A,B兩點(diǎn)之間計(jì)劃航程S'_AB：

根據(jù)報(bào)告點(diǎn)目標(biāo)航程和4D軌跡點(diǎn)航程計(jì)算得到的4D軌跡點(diǎn)所屬航段，并按照航段計(jì)劃航程與航段目標(biāo)航程等比例求得4D軌跡點(diǎn)到對(duì)應(yīng)的航段的起始點(diǎn)的計(jì)劃航程；

根據(jù)計(jì)劃航程和所屬航段的起始報(bào)告點(diǎn)位置信息，計(jì)算得到4D軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置信息，從而獲得所有4D軌跡點(diǎn)的預(yù)測位置、時(shí)間、高度、速度結(jié)果以及報(bào)告點(diǎn)的預(yù)測過點(diǎn)時(shí)間、過點(diǎn)速度、過點(diǎn)高度。