[發明專利]基于飛機對思想的飛機連續下降碰撞率評估方法及裝置

有效

• 申請號: 202010694545.2
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN112002148B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 管祥民;呂人力;于一;胡疋盈
• 申請（專利權）人: 中國民航管理干部學院;浙江建德通用航空研究院;中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心
• 主分類號: G08G5/04
• 分類號: G08G5/04;G05D1/10
• 代理公司: 北京汲智翼成知識產權代理事務所(普通合伙) 11381
• 代理人: 陳曦;王鵬麗

1.一種飛機連續下降碰撞率評估方法，其特征在于包括如下步驟：

S1，確定需要評估的場景的飛機到達率、飛機數目和飛機型號；

S2，根據飛機型號，計算不同型號飛機的豎直連續下降飛行航跡；

S3，列舉出需要評估的場景中的所有飛機對組合，所述飛機對是指相同線路上的前后兩架飛機，前面的飛機稱為領先飛機，后面的飛機稱為尾隨飛機；

S4，根據豎直連續下降飛行航跡，分別計算飛機對中領先飛機和尾隨飛機的行駛時間與行駛距離的關系曲線，并計算各個飛機對的碰撞率；

S5，計算出需要評估的場景中的所有飛機對的連續下降碰撞率；

其中，所述步驟S2中，對于每種飛機機型，計算豎直連續下降飛行航跡的過程，包括如下子步驟：

S21，根據飛機的飛行動力學限制，飛機襟翼限制，下降階段狀態限制，將飛機連續下降過程分成多個階段；

S22，根據限制條件將航跡問題轉化為多階段最優控制問題，以航跡飛行最短時間作為該最優控制問題的目標函數；

S23，求出時間最優解的豎直連續下降航跡，

其中，所述步驟S22中，定義目標函數J_time為：

J_time＝t_IAF

t_IAF為飛機從計量點至起始進近點的飛行時間；

在整個下降過程中飛機的速度都滿足航空約束：

FAS≤V_CAS≤VMO

M≤MMO

其中，V_CAS表示飛機的速度，FAS表示最后進近速度，VMO表示最大操縱速度(校正空速)，M表示飛機的馬赫速度，MMO表示最大馬赫操縱速度；

根據約束條件，將該航跡問題轉化為多階段最優控制問題，使用Bolza模型，目標函數J_time中時間消耗只有Mayer成本部分，Lagrange成本為0，即：

根據問題需求，只要計算前兩個階段的時間成本之和即可；

根據Bolza模型，動態約束為飛機的動力學模型，具體參數可以采用歐空的BADA模型，控制變量為飛機航跡角，路徑約束和事件約束可以根據所述多個階段的速度高度約束獲得。

2.如權利要求1所述的飛機連續下降碰撞率評估方法，其特征在于所述步驟S21中，根據目標函數和飛機航跡約束，將飛機下降階段分為如下4個階段：

階段1：計量點至10000ft高度對應的點，速度滿足航空約束；

階段2：10000ft高度對應的點至起始進近點，速度小于250節；

階段3：起始進近點至平飛段起始點，速度逐漸變小直到等于綠點速度GD；

階段4：平飛段起始點至最后進近定位點；高度維持在2000ft，速度由綠點速度GD逐漸減少至S速度，且飛機的行駛距離小于2海里。

3.如權利要求2所述的飛機連續下降碰撞率評估方法，其特征在于所述步驟S23中，通過現有的最優控制工具箱—GPOPS工具箱求得時間最優豎直航跡。

4.如權利要求1所述的飛機連續下降碰撞率評估方法，其特征在于所述步驟S4中，計算每個飛機對的碰撞率的過程，包括如下子步驟：

S41，根據領先飛機和尾隨飛機對應的豎直連續下降飛行航跡，分別計算領先飛機和尾隨飛機的行駛時間與行駛距離的關系曲線；

S42，根據領先飛機和尾隨飛機的行駛時間與行駛距離的關系曲線，計算飛機對在沒有ATC干預的前提下，所需的分離時間，所述分離時間是指保證兩架飛機不相撞的最小時間間隔；

S43，獲取飛機沖突路徑的距離；

S44，根據交通流量，估算連續下降過程碰撞率。

5.如權利要求4所述的飛機連續下降碰撞率評估方法，其特征在于所述步驟S42中，根據尾流間隔限制和終端區的最小安全間隔限制可以計算出兩架飛機的避免相撞的行駛時間與行駛距離的關系曲線模型，從中可以獲得飛機對在無空管干預的前提下所需的分離時間，分離時間是保證兩架飛機不相撞的最小時間間隔。