[发明专利]用于管理空中交通的方法和系统

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及用于管理空中交通的方法和系统。更具体来说，本发明的方面包括用于协商和处理从多个飞行器所接收的空中交通轨迹修改请求的方法和系统，以及用于调度到达机场的空中交通的方法和系统。

背景技术

基于轨迹的操作(TBO)是美国下一代空中运输系统(NextGen)和欧洲的单一欧洲天空ATM研究(SESAR)的关键组成部分。在两种计划中存在进行中的大量工作量以使这个概念发展。飞行器轨迹同步和轨迹协商是现有TBO概念中的关键能力，并且提供提高空域操作的效率的框架。在TBO中实现的轨迹同步和协商还使空域用户(包括班机经营者(航空公司)、班机调度员、班机工作人员、无人航空系统和军事用户)能够经常以接近它们优选(用户优选)轨迹的轨迹来飞行，从而使包括燃料和时间节省、风力最佳路线选择和天气单元附近移动的方向的商业目标能够结合到TBO概念中。因此，期望生成支持轨迹同步和协商、又能够促进和加速TBO的采用的技术。

本文所使用的“飞行器的轨迹”是飞行器从起飞到着陆所沿用的三维位置的时序序列，并且能够通过轨迹向量的时序集合以数学方式来描述。相比之下，飞行器的飞行计划指的是由飞行员或班机调度员在出发之前向当地民航机构提交的文档，并且包括诸如出发点和到达点、所估计的途中时间之类的信息和能够由空中交通控制(ATC)用于提供跟踪和路线选择服务的其它一般信息。飞行轨迹的概念中包含：存在具有中心线以及围绕这个中心线的位置不确定性和时间不确定性的轨迹路径。轨迹同步可定义为解决飞行器的轨迹的不同表示之间的偏差以使得任何剩余差异在操作上是不重要的过程。构成操作上不重要的差异的方面取决于轨迹的预计使用。相对较大的差异对于策略需求估计可以是可接受的，而差异对于战术间隔管理中的使用必须小得多。TBO的全部目标是通过使用空间(纬度、经度、高度)和时间中的准确四维轨迹(4DT)来降低与飞行器的未来位置预测关联的不确定性。精准4DT的使用具有以下能力：根据预测飞行器相对于时间的未来空间位置(纬度、经度和高度)的能力、包括预测接近它们的到达机场的一组飞行器在地理位置(称作计量方位(metering fix)、到达方位或角柱(cornerpost))的到达时间的能力，来极大地降低飞行器的未来飞行路径的不确定性。这种能力表示从当前“基于净空的控制”方式(这取决于飞行器的当前状态的观察)到基于轨迹的控制方式的重大改变，目标是允许飞行器沿用户优选轨迹飞行。因此，实现TBO的关键是准确的计划轨迹(或者可能的多个轨迹)的可用性，从而为ATC提供有价值信息以允许空域的更有效使用。

一般来说，轨迹协商是这样的过程：通过该过程交换信息，以便平衡对安全性、容量和商业目标的用户偏好以及对经营者或空中导航服务提供商(ANSP)的限制。虽然轨迹协商是现有TBO概念的关键组成部分，但是对于轨迹协商是什么并且包含什么存在许多不同观点。取决于协商的预期结果和时帧，不同施动者将包含在协商中，并且将交换不同的信息。一般来说，轨迹协商的概念已描述为飞行器经营者对协商最佳或优选轨迹的期望，与该期望进行平衡以便确保在出发和到达期间飞行器的安全间隔和那些飞行器的最佳定序，同时提供公平的框架。轨迹协商概念还允许空域用户提交轨迹偏好以解决冲突，包括对飞行器的4D轨迹(横向路线选择、高度和速度)的建议的修改。