航空器无冲突4D航迹推测与生成-交通运输规划与管理专业论文.docxVIP

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of civil aviation The Conflict-free 4D Trajectory Prediction and Generation for Aircrafts A Thesis in Transportation Engineering by Lu Zhiwei Advised by Prof. Han Songchen Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering February 2012 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 航空器无冲突 航空器无冲突 4D 航迹推测与生成 I I PAGE PAGE IV 摘 要 为了提供更精确的航空器位置和状态信息，生成无冲突 4D 航迹飞行，实现空中交通管制 的自动化系统，本课题主要对航空器航迹推测算法进行了研究。本课题根据民用航班飞行是按 照飞行计划程序和航路结构飞行的特点，利用动力学、运动学原理、基于 BADA 数据库的航空 器各飞行阶段特征点上的飞行性能数据、历史飞行数据构造描述整个飞行过程的模型。利用每 一阶段航空器航迹推测模型，结合 Petri 网混杂系统理论建立的航空器各飞行阶段间的状态转移 模型，对航空器整个飞行过程的航迹进行整合；其次应用离散事件极大代数理论对单航路和同 高度汇聚的航路结构单独建模，利用控制航空器到达关键点时间技术，并在此基础上对整个终 端区建立了极大代数航路服务模型，通过推迟航空器地面起飞时刻，实现航空器的无冲突 4D 航迹的生成；最后抛开战略层次，对航空器航迹进行短期预测，利用已有的雷达数据、飞行计 划表、实时电报等数据，采用极大似然估计法对航空器飞行参数进行数据拟合，将拟合出来的 参数带入原始预测模型，修正误差分析，预测航空器在未来较短一段时间内的 4D 航迹。在课 题最后，本文对本方向的进一步研究做了展望。 关键词：动力学模型，状态转移模型，混杂系统，极大代数，航路区间，极大似然估计法 ABSTRACT The algorithms for aircrafts trajectory prediction are mainl discussed in the paper, in order that more accurate position and state of the aircraft can be provided to generate free-conflict 4D trajectory, and achieve the automation of air traffic control system. According to the characteristics of the civil aircraft which fly invariably in conformity to the flight plan and air route structure, the models describing entire flight course are constructed by means of elements of Dynamics, Kinematics and the aircraft performances at the characteristic points of each phase based on BADA, and the historical flight data. Using the aircraft trajectory prediction model in each phase and combined the state transition model between the various phases of flight which based on hybrid systems