[发明专利]基于飞行计划与导航数据库的航迹预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及空中交通管制领域，特别涉及一种航迹预测方法。

背景技术

现有的空中交通管制系统(ATC)对空中交管员的反应速度、危机处理能力等依赖度过高；交通管理员需要在高负荷的工作状态下长时间保持注意力高度集中，而这种以空中交通管制员为核心的空管系统可能会因为管制员的疏忽或者超负荷工作而引发危机，如果能事先制定合理的飞行轨迹并要求飞机跟随制定的轨迹飞行，则空管部门就能在很大程度上提前预计飞机的飞行轨迹，从而提前进行冲突探测，以避免可能发生的碰撞等事故。在这种需求下，基于轨迹的运行(TBO)和基于性能的导航(PBN)概念被相继提出。尤其在TBO概念下，飞机应当沿着一条制定好的航线进行飞行。而该条航线必须保证飞行的可预测性以及可重复性。因此，在航线制定过程中应当充分考虑飞机性能参数，飞机起降程序以及导航规范，并且选择合理的地理坐标系统。而现有技术中对于航迹的预测或是对起降程序过分简化，或者对实际飞行航段的航段类型考虑过于简化而未充分考虑导航规范，或者将飞机模型过于简化，未考虑飞机一般性能参数。因而不能保证所制定航线的可飞行，可预测性以及可重复性。现有航迹预测方法存在的问题可大致概括为以下四个方面：

1)空间定位点(包括航路点、导航台、强制报告点、伪航路点、跑道入口等)坐标系统采用标准圆球系统，甚至采用二维平面坐标系。在实际系统中，应当采用WGS-84地理坐标系统。

2)飞行阶段划分过于简单，多数成果未考虑飞机标准爬升/下降程序，未考虑终端区标准仪表飞行程序，甚至将整个飞行阶段简单的划分为“直线爬升——平飞巡航——直线下降”三个阶段。在实际系统中应当考虑飞机的标准爬升/下降程序以及终端区标准仪表飞行程序。

3)未考虑实际飞行航段信息，将航段类型过于简化，多数只考虑简单的定位点之间的直线连接，即使考虑转弯衔接，转弯航迹计算也过于简化。未充分考虑航段高度限制及速度限制。在实际系统中，应当根据飞行计划查询导航数据库，严格按照导航数据库对各航段的定义和规范进行航迹预测。

4)飞机模型考虑过于简化，多数将飞机视为匀速运动质点、或者匀加速运动质点。在实际系统中，虽然空管部门进行航迹预测不需要考虑复杂的飞机动力学模型和复杂的性能数据库。然而应当考虑飞机一般性能参数，如部分基本气动参数、最大横倾角、最大水平加速度、最大垂直加速度、最大爬升/下降率、最大垂直速率等，以保证预测出的航迹为可飞航迹。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种覆盖飞行全过程更具有可飞性的航迹预测方法。

为达到上述目的，本发明基于飞行计划与导航数据库的航迹预测方法，包括水平航迹预测方法和/或垂直航迹预测方法；所述基于飞行计划与导航数据库的航迹预测方法的过程为：

1.1获取所述水平航迹预测方法和/或垂直航迹预测方法所需的航迹预测数据，所述航迹预测数据包括飞行计划、导航数据库、飞机性能参数；

1.2根据航迹预测数据，应用水平航迹预测方法和/或垂直航迹预测方法逐段生成飞行全过程的水平航迹与垂直航迹。

1.3应用航迹整合方法将水平垂直航迹进行整合为完整的三维航迹。

优选地，所述水平航迹预测方法的步骤为：

2.1在导航数据库中提取飞行计划的第一、第二条航段数据，设置第一条航段为当前航段，第二条航段为后续航段；

2.2判断是否需要在相邻两航段之间加入转弯衔接：

如需要则采用直线-转弯衔接-直线航迹预测方法生成航迹；

否则将当前航段的终点定义为后续航段的起点，生成一段与当前航段对应的水平预测航迹

2.3一步航迹预测后将后续航段定义为当前航段，将导航数据库中后续航段的下一航段定义为后续航段；转2.2进行下一步预测，直至逐段形成整个飞行过程的全部水平航迹。

优选地，所述直线-转弯衔接-直线航迹预测方法的判断依据及两种不同的预测方法分别为：

如果当前航段和后续航段均为直线型航段，且两航段朝向差超过预设门槛值，则采用直线一转弯衔接一直线预测方法在两直线航段之间插入一段转弯衔接航段。

直线-转弯衔接-直线航迹预测方法的两种不同的具体预测方法分别为：

当前航段终点与后续航段起点的坐标如果相同：

先根据转弯处的预计高度查询速度计划表，估算转弯处的速度，并以此估算转弯半径；

利用转弯半径，以及当前航段和后续航段的朝向计算出转弯中心点坐标；

利用转弯中心点坐标和转弯半径计算出转弯起点和终点；