[发明专利]基于点融合程序的航空器进场4D航迹规划方法

权利要求书

1.一种基于点融合程序的航空器进场4D航迹规划方法,其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1，设计点融合飞行程序；

步骤S101，在终端区机场跑道延长线上，距离跑道口5千米～20千米范围内，交通流开始汇聚整合、并且位于跑道延长线上的定位点作为融合点；

步骤S102，以融合点为圆心，设定内排序弧Leg_内和外排序弧Leg_外；

步骤S2，对点融合飞行程序进行评价；

步骤S201，测算点融合飞行程序运行是否安全；

步骤202，采用以下数学模型对点融合飞行程序容量进行分析，

其中：Cpy为程序容量；L_i为对应每条排序弧的长度；m为排序弧条数；R为常数；i为排序弧编号，即第i条排序弧；

步骤S203，测算点融合飞行程序运行成本，点融合飞行程序运行成本包括飞行油耗成本和飞行时间成本，点融合飞行程序运行成本Co_o是指典型机型航空器应用某一点融合飞行程序运行时，产生的燃油消耗成本Co_f和飞行时间成本Co_t之和，即：

Co_o＝Co_f+Co_t；

步骤S204，测算飞行程序对环境影响因素，环境影响因素包括噪声指数和尾气排放指数；

步骤S205，采用层次分析法层次化目标问题，构建多层次分析结构模型,即构建塔式结构模型，设定点融合程序运行评价体系为目标层，经济性、容量、环境构成准则层，评价指标构成指标层；

所述目标问题包括：在满足安全运行的约束下，增大容量，减少运行成本，减缓噪声影响，降低排放；

量化描述各层因素的相对重要度，组成判断矩阵，判断矩阵如下：

目标A有B₁、B₂、B₃、…、B_n个评价指标，则构造目标A中B的判断矩阵，如下：

b_qp表示纵列一B_p与纵列二B_q相比较的结果，且b_qp＝1/b_pq，b_pq为中间变量，

1)将判断矩阵B每一列正规化，所到正规化值a_qp；

b_rq表示任一纵列B_r与纵列B_q相比较的结果；n为判断矩阵的维数；

2)将AW＝(a_qp)_n×n按行加总；AW为归一化矩阵；

3)将步骤2)所得行和向量正规化，得到排序权重向量W_p；

W_p为特征向量，分别为AW_p、AW_q的n次根方；

4)计算判断矩阵B最大特征值ψ_max；

AW_p为AW的第p个分量；

检查判断矩阵一致性，根据如下方法判断：

1)计算一致性指标CI；

2)计算一致性比例CR；

式中，n_RI为评价指标个数；RI表示平均随机一致性指标；

3)当一致性比例CR小于设定值时，则认为矩阵通过一致性检验，其中各元素符合要求；否则重新构建矩阵；

计算容量、经济性、环境影响的权重，计算过程如下：

计算各判断矩阵中各因素对目标层的相对合成权重，设B层包含元素B₁、B₂、B₃、…、B_n,其层次权重分别为b₁、b₂、b₃、…、b_n，C层包含元素C₁、C₂、C₃、…、C_n,其相对因素B_q的层次权重分别为c_1q、c_2q、c_3q、…、c_nq,则C层对于B_q的合成权重分别为n_c为C层元素个数；

步骤S3，优化点融合程序静态结构；

步骤S301，选取融合点参数、排序弧参数、融合点至排序弧距离和程序偏置角度为关键参数；

步骤S302，采用Z-score标准化法，求出各指标的算术平均值X_i和标准差S_i，进行标准化处理，各指标包括容量、运行成本、噪声和排放；

步骤S303，采用评价函数对点融合程序结构进行量化评价，依据评价结果变更参数，利用评价函数法逐步优化，获取点融合程序的最优静态结构，变更方法为：调整融合点高度、排序弧长度及高度和融合点至排序弧距离及程序偏置角度；

步骤S4，构建点融合程序4D进场轨迹规划模型；

步骤S401，构建排序弧模块及连接模块；所述排序弧模块的工作过程为：

1)航班进入终端区时，通过排序弧模块判断该航班进入点融合程序的入口点；

2)计算在当前航班排序下，航班到达融合点所需时间；

3)依据航班在4D航迹中的位置信息，利用尾流间隔判断前后机的间隔是否满足要求，进行冲突探测；

4)利用调节速度法进行冲突解脱；

所述连接模块的工作过程为：

1)航班在排序弧上运行时，确定航班可在排序弧上转弯直达融合点的时间；

2)计算最佳转弯时间，以便在考虑飞机性能的情况下执行连续下降进近；

3)基于4D航迹位置，采用尾流间隔进行冲突探测；

4)采用速度调控的方法解脱冲突；

步骤S402，在排序弧模块上设置红绿灯段；

步骤S403，构建点融合程序4D进场轨迹规划agent模型；

步骤S5，设定航空器之间的冲突数为零，以容量、经济性和环境影响为优化目标，建立数学模型进行量化分析，以航班位置、速度、进入终端区时间及排序弧转弯时间为决策变量，建立最大位置移动次数、到达时间窗、安全间隔和排序弧转弯时间约束，以步骤S2中评价方法的评估结果为目标设置权重系数，之后采用遗传算法对飞行计划进行处理，自动搜寻目标函数最优值，由此生成进场航班的点融合程序4D动态航迹；所述数学模型为步骤S2中各个指标的计算公式及步骤S3中评价函数Fun＝αCY+βCT+χNE+δEN，其中，CY、CT、NE、EN分别为容量、运行成本、噪声和排放归一化结果，α、β、χ、δ为各指标对应的权重。