大型运输机巡航航迹优化方案建模与分析

针对某大型运输机巡航段航迹优化问题,提出一种近似工程化的计算方法。分析了几种典型的巡航类型,并推导出精确的计算公式。对飞机气动参数和发动机特性进行了拟合建模,以燃油最省为性能指标,给出了在不同重量下的最佳巡航高度、最佳巡航速度、燃油消耗量、飞机需用推力等巡航表的主要参数,分析了巡航段的影响因素。研究结果表明,优化方案较好地降低了运输机燃油消耗和营运成本,增大了航程。     

GRIB数据及其在航迹预测中的应用

四维航迹预测的准确性是轨迹运行与空管决策支持的基础,而高空风数据支持下的气象建模是提高航迹预测准确性的关键。通过解析GRIB格式的风数据,获取各高度层的风速和风向,同时依据风对地速、航向的影响进行四维航迹预测建模,利用浦东机场的进场航班实现仿真验证,将预测结果与实际雷达轨迹对比,验证了风影响下四维航迹预测的准确性。     

民用航空器四维航迹预测技术综述

民用航空器四维航迹预测是保障飞行安全、提升运行效率、缓解航班延误、倡导绿色飞行的有效支撑和重要保证.四维航迹预测的研究集中于如下领域:预测结构与流程、预测模型与方法、误差分析与精度提升,其中航迹预测模型与方法是核心,主要包括混合估计模型、质点运动模型与机器学习方法.最后,总结与提炼开展民用航空器四维航迹预测研究的思路和热点,并相应指出了未来的研究方向.     

基于计划到达时刻的四维航迹规划

为了加速空管自动化与智能化技术的应用与实施,提出了水平航迹与高度/速度剖面分阶段设计的四维航迹规划方法。基于动态时间规整与层次聚类方法实现历史雷达航迹聚类分析,完成水平航迹设计。建立速度剖面规划模型,通过航迹生成器与速度调整器交互协作,精细化控制进场时间,以满足计划到达时间要求。以上海浦东国际机场PINOT进场航班为例实施验证,结果表明,四维航迹规划方法可有效实现航班的计划到达时间,从而减少航班延误,提高终端空域运行效率。     

基于高空风修正的四维航迹优化算法

航迹预测是基于航空器航迹运行的核心技术,也是空中交通流量管理的基础技术。结合航空器飞行速度数据与航段飞行时间数据,分析高空风对航空器飞行时间的影响。基于GRIB2格式风数据,建立高空风修正模型,提出一种四维航迹优化算法进行航迹预测。利用中南区域实际航班飞行数据进行算例仿真,并与实际雷达飞行数据进行对比。对比结果表明,预测飞行时间总误差分别减少了7%和16.4%,从而验证了模型的有效性与正确性。     

飞机航路爬升航迹的计算分析

精确的航迹预测能力是空中交通管制软件的开发基础。对飞机航路爬升的飞行轨迹进行了二维模拟,并绘制出了飞机航路爬升时的飞行轨迹曲线和其他分析曲线。用航迹角来代替性能计算中常用的爬升率概念,对飞机爬升各项参数的变化及其影响因素进行了研究。     

基于雷达航迹的航空器质量估算

为保障基于轨迹运行的顺利实施,必须提高四维航迹预测的精度,而四维航迹的精准预测依赖于航空器质量准确估算。鉴于此,构建并分析了航空器能量模型;基于雷达航迹与航空器基础资料( BADA),提出了新型的航空器质量估算方法与步骤;利用最小二乘算法求解了航空器质量的估计值;分别基于预测航迹、雷达轨迹与QAR数据,采用相对误差作为评价指标,实施验证与分析。验证结果表明,提出的方法可将航空器质量估算误差控制在5%以内,从而能够有效地提高航迹预测精度。     

基于数字地形的机场终端区离场航迹预测

高效准确的航迹预测能够掌握飞机的运行轨迹,是空管自动化与智能化领域的关键要素,旨在提高空中交通的运行能力和可预测性。针对高原机场终端区内离场航空器运行,通过挖掘大量历史数据的特征关系,提出基于长短时记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)神经网络的航迹预测模型。此外,考虑高原机场复杂的地形环境使得离场航空器安全运行条件更为严苛,引入支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)算法建立数字地形模型,得到离场航迹上经纬度所对应地形高度的剖面图。采用拉萨贡嘎国际机场的真实离场航迹与地形数据进行实例验证,结合地形条件对所预测离场航迹的安全性进行评估。实验结果表明：基于LSTM神经网络建立的离场航迹预测模型具有较高的精度,且离场航空器能够实现满足最小超障余度的安全运行。     

舰载机着舰时航迹稳定性研究

本文讨论了舰载飞机以小于有利速度着舰时的航迹稳定性问题。在分析飞机航迹稳定性的同时,还对油门杆控制、机动襟翼控制对改善航迹稳定性的作用进行了初步探讨;在此基础上还讨论了舰载飞机加装波束导引系统对着舰过程的影响原理。结果表明:采用油门杆控制、机动襟翼控制来改善着舰阶段的航迹稳定性是可行的:而且用以上两控制系统作为内环的自动驾驶仪在波束导引系统自动导引飞机着舰过程中,能控制飞机的飞行速度、高度,帮助驾驶员操纵。     

基于改进A*算法的UUV冰下避障航迹规划算法

针对冰下避障航迹规划问题,提出了一种基于改进A*算法的三维冰下避障航迹规划算法.不同于传统的A*航迹规划算法,该算法结合了人工势场航迹规划算法的思想,将水下地形碰撞约束、海冰碰撞约束以及UUV巡航高度约束重新编排.算法分析表明,该避障航迹规划算法能够有效增强UUV冰下避障能力与定深巡航高度控制能力.基于改进的A*冰下避障航迹规划算法,给出了上述约束的设计方法并进行了仿真验证.仿真结果表明,基于上述约束的航迹规划算法具有良好的避障能力、巡航高度控制能力以及航行距离控制能力.     

飞行管理系统中飞行计划模块的功能设计与仿真实现

飞行计划模块包括飞行计划管理、航迹优化计算、飞行中实时执行等子功能模块。首先研究了飞行计划的人工创建、自动创建、状态管理等功能模块的实现方式;然后研究了水平航迹(水平计划)合成、三维航迹(垂直轨迹)优化和四维航迹生成模块的实现方式;对于飞行计划的实时执行功能模块,研究了由于危险天气、空管限制、飞机构形等因素限制而进行计划偏离、直飞、等待、激活备用计划、航路备降、盘旋等待等功能模块的实现方式;最后以波音737-800飞机的相关数据为例进行了仿真计算,研究结果可为飞行管理系统的研究提供参考。     

一种生成飞行管理优化航迹的方法

本文针对飞行管理中的航迹生成问题进行了分析研究.飞行管理系统是以综合节油性和时间性的直接工作成本为其性能指标的.根据这一指标,本文探讨了用能量近似法生成优化航迹,对波音-767飞机的实际航线飞行进行了对比计算,并与波音公司制定的使用手册提供的飞行结果作了比较,证实了该方法的可行性。     

考虑飞机排放因素的飞机巡航性能参数优化方法

巡航是民航飞机主要的飞行阶段,航班飞行中绝大多数的燃油消耗、飞行时间和污染物排放均发生在该阶段。基于国际民航组织（ICAO）基准排放数据和BM2方法,建立了污染物排放量和排放成本计算模型;提出污染物排放价格权重、成本指数排放因子和综合成本指数概念,以改进飞行成本计算模型,考虑污染物排放对飞行成本优化的影响;通过计算分析输入成本指数对性能参数和飞行成本的影响,建立了基于搜索方法的综合成本指数优化流程,并采用Visual Studio予以开发实现;然后计算了综合成本指数飞行的经济效益,以及飞机质量、成本指数和巡航高度对飞行成本的影响。结果表明,选择合适的综合成本指数和巡航高度,可使总飞行成本达到最小,提高运行经济性。与传统巡航相比,在典型情况下采用综合成本指数巡航可以降低相同条件下的总飞行成本的0.15%。     

TBO模式下终端区进场交通流优化模型与仿真分析

持续增长的交通需求量和日趋饱和的可用空域资源促使未来空中交通管理向基于航迹运行（TBO）的精细化管理模式转变。在TBO概念的基础上，依据目前繁忙机场终端区常见进场航线结构，提出了对应TBO模式下的截点直飞方式与融合点方式进场交通流优化模型，并以法国戴高乐机场终端区为例，构建了仿真运行环境。基于实际飞行计划与雷达记录轨迹模拟生成了航空器四维航迹，而后运用上述2种模型对进场交通流进行了优化，根据仿真结果对特定交通流参数展开了对比分析。研究结果表明，模型可通过航迹选择、时隙分配、顺序交换及动态间隔等方式有效化解终端区内潜在的航空器冲突并保持交通流安全高效运行，同时在一定程度上揭示了TBO模式下交通流的部分运行特性，为以四维航迹为核心的未来空中交通管理策略提供了理论支持。     

多目标模糊航迹规划方法研究(英文)

在航迹规划方法中,常常需要满足多个目标要求。多目标综合体现飞行任务要求和决策者意愿,而决策者对目标的认识及对各个目标趋优满意程度的主观意愿存在模糊性,在多目标规划中如何体现这种特性,是航迹规划应该考虑的问题。基于Voronoi图形的航迹规划方法,研究多目标代价性能指标的综合问题。首先,分析了多目标性能指标建立的困难:因为各子目标代价物理意义不同,且同一子目标会受到任务、飞行环境等的影响,这使得在不同情况下,不同目标代价在相对重要性方面缺乏可比性,因而造成决策者认识上的困难,不便直观反映决策者对各个目标趋优满意程度的主观意愿,影响航迹规划效果。针对这一问题,对多目标综合性能指标函数进行模糊隶属化,建立模糊优化方法,有利于解决航迹规划多目标综合的困难。结合实际算例,验证了提出的多目标模糊优化方法的合理性。     

高空长航时无人机航迹优化研究

主要探讨了高空长航时无人机的最省油的爬升-巡航航迹。采用改进了的遗传算法,求解了无人机从起飞到达目标区的最优航迹,并与传统的飞行方式作了比较。结果表明,采用改进了的遗传算法得到的航迹可以有效地减少无人机的耗油量,具有明显的经济、军事意义。     

空袭作战远距离支援干扰空域划设研究

针对远距离支援干扰空域划设确定空域大小和中心点位置这一问题,提出了一种基于最大航迹偏差和遗传算法的空域划设方法。参考飞机基本性能,考虑干扰飞机受空中风和飞行员操纵误差的影响,以航迹最大偏差为基准确定空域大小;选取干扰飞机作战时的3个常用代价指标进行加权,利用遗传算法搜索不同作战要求下空域中心点位置;最后根据建立的模型对实例进行仿真计算,并分析了不同权重下的空域位置选择。仿真结果验证了方法的可行性,有效综合了干扰时实际代价因素。     

民用飞机航迹预测关键技术研究

航迹预测子系统是现代空管自动化系统的计算核心。首先对航迹预测的概念、预测系统分类及其重要性进行了简要说明,分析了世界航空发达国家在相关领域的研究进展情况及发展方向,说明了中国开发自己航迹预测系统的必要性;然后重点介绍了航迹预测系统的模型结构与关键技术,在此基础上建立了一个实验性的航迹预测仿真系统,对系统运行结果进行了分析。     

混合动力复合翼应急迫降在线航迹规划与制导

针对混合动力复合翼飞行器巡航模式下空中停车后无动力应急迫降（VTOL）问题,提出在线航迹规划与制导方法。根据复合翼空中停车时初始位置/航向不确定散布,发展一套满足动力学约束、终端约束的三维航迹在线规划方法：利用几何规划方法快速生成扩展Dubins二维航迹,再根据下滑性能约束进行三维扩展。针对低速无动力下滑航迹跟踪更易受风干扰以及三维航线分段连接处曲率不连续的特性,发展一种基于非线性模型预测控制的三维制导算法。将纵横解耦的制导律嵌入到预测模型框架内,跟踪误差、外界风扰动、航迹曲率不连续等非线性因素则通过系统输出建立目标约束,其后利用滚动优化实时求解制导指令。最后对航迹在线规划方法与三维制导律的适用性进行仿真分析与验证,结果表明所提出的航迹规划方法适用于不确定初始位置/航向散布的应急迫降在线规划,所提的制导算法具备抵抗风扰、提高三维制导精度的能力。     

基于Nash均衡与进化计算的协调航迹规划

在对策论框架下研究多无人飞行器的协调航迹规划问题,提出了一种基于Nash平衡和进化计算的航迹规划算法.协调航迹规划是一个多目标合作优化问题,也是一个非合作对策问题.飞行器编队的分布结构提供了一种隐性偏好信息,有助于找到飞行器编队的最优协调航迹和最优飞行代价分配.本文算法使用特定的航迹个体表示方法和进化算子,按照层次方法处理各种航迹约束.不同飞行器间的协同和竞争关系定义在航迹评价函数里.仿真结果验证了基于博弈论航迹规划算法的可行性和优越性.