[发明专利]一种4D航迹生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种标称飞行剖面4D(Four-Dimensional)航迹生成方法，尤其涉及一种基于航空器气象资料下传(Aircraft Meteorological Data Relay，简称AMDAR)和气象实测数据修正气象预报GRIB(GRIded Binary,GRIB)数据的4D航迹生成方法。

背景技术

4D航迹预测和面向航迹的运行作为一项未来空域运行实施的基础关键技术，是下一代空管自动化系统、飞行流量管理系统等系统的核心部件。以航迹推测系统按照推测时间后推的长度可以分为：预战术航迹推测(在飞机起飞之前数个小时对飞行过程的模拟)和战术航迹推测(对飞机在未来几分钟之内航迹的推测)。

飞机预战术4D航迹推测研究中出现的算法主要分为两种：基于数据挖掘的航迹推测、基于飞机模型的航迹推测。基于历史飞行数据挖掘的航迹推测不依赖于空气动力学和牛顿力学模型，也不需要获取飞机的动力学参数，主要通过对大量的实际飞行数据进行统计分析来进行航迹推测。与基于数据挖掘的航迹推测方法不同，基于飞机模型的航迹推测从飞机运行的水平剖面、垂直剖面和速度剖面着手，分析各个剖面不同航段上的飞机运动学模型并依此生成飞机航迹。飞行航迹数据无参数的数据挖掘方法可以解决常态下的航迹推测问题，但动态适应性较差，飞机运行方式如果做出较大的改变(如：航空公司调整飞机的爬升速度)，推测结果的偏差将会很大，而动力学模型方法过于依赖模型参数，大量待定的模型参数将影响航迹规划的精度。对单个飞机的航迹规划主要是将全程飞行过程划分为若干个阶段，对每个阶段上的飞行航迹进行建模研究并且较少考虑燃油消耗及气象因素的影响，从而造成对飞机地速的估计偏差较大。因此，如何将高精度气象预报信息融入到飞机的航迹推测过程中，并建立具有一定鲁棒性的飞机的航迹推测模型就显得十分必要。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种4D航迹生成方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种4D航迹生成方法，采用的技术方案主要是接收飞机发送的AMDAR数据，对数据进行检验与质量控制，根据AMDAR中航迹历史信息与大椭圆距离法，生成飞行高度剖面与飞行速度剖面；依据飞行高度剖面与飞行速度剖面，采用动态时间规整(Dynamic Time Warping，简称DTW)算法与航空器基本性能数据库(Base of Aircraft Data,简称BADA)数据模型生成标称飞行剖面；根据AMDAR气象实测数据修正GRIB气象预报数据，生成4D航迹。因此实现本技术方案主要包括以下3个步骤：

步骤1：接收飞机发送的航空器气象资料下传数据，对数据进行检验与质量控制，根据数据中航迹历史信息与大椭圆距离法，生成飞行高度剖面与飞行速度剖面；

步骤2：依据上述飞行高度剖面与飞行速度剖面，采用动态时间规整算法(Dynamic Time Warping，DTW)算法与航空器基本性能数据库(Base of Aircraft Data,BADA)模型，生成标称飞行剖面；

步骤3：根据AMDAR气象实测数据修正GRIB气象预报数据，计算航空器航路点过点时间并与所述标称飞行剖面结合，生成4D航迹。

其中，生成飞行剖面方法具体包括以下步骤：

步骤A1：从质量控制检验后的AMDAR数据中提取飞机的经度、纬度、高度信息，利用大圆航线法求两采样点间距离，累加得到航程距离；

步骤A2：利用航程距离与两采样点平均高度，生成飞行高度剖面；

步骤A3：将飞机位置点从大地坐标转换为空间直角坐标系，利用大椭圆距离法计算飞行距离，采用差分方法得到飞行地速；

步骤A4：由AMDAR数据中已知的风速风向信息，利用航行速度三角形，计算飞行真空速；

步骤A5：由BADA模型校正空速与真空速的转换关系，得到所需校正空速剖面，即飞行速度剖面；

步骤A6：由DTW算法生成包括标称飞行高度剖面与标称飞行速度剖面的标称飞行剖面。

(DTW方法详见参考文献：Lichtenauer J F,Hendriks E A,Reinders M J T.Sign language recognition by combining statistical DTW and independent classification[J].Pattern Analysis and Machine Intelligence,IEEE Transactions on,2008,30(11):2040-2046.)