基于混杂系统模型的航空器4D航迹推测

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1、第44卷第1期2012年2月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&Astronautics基于混杂系统模型的航空器4D航迹推测汤新民韩云祥韩松臣(南京航空航天大学民航学院，南京，210016)V01．44No．1Feb．2012摘要：为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下空城实施管理，4D航迹推测是国内新一代空管自动化系统蓑为棱心的一项技术。首先基于飞行剖面不同飞行阶段的航空器动力学模型，构适了在不同飞行阶段之间转移，而在同一阶段航空器重量、校正空速、高度和距离等状态连续变化的混杂系统模型。通过温度和风速风向

2、修正航空器真空连及地速，利用混杂系统递推法求解航空器4D航迹。实际算例表明，本文提出的混杂系统模型推洲得到的水平航迹和垂直剖面能够准确地反映航空器的飞行状态变化，单架航空器4D航迹推测计算时间可以控制在2S以内．关键词：新一代空管自动化系统；4D航迹推测；混杂系统理论；航空器动力学模型中图分类号：V355文献标识码：A文章编号；1005·2615(2012)O卜0105—08Aircraft4DTrajectoryEstimationBasedonHybridSystemModelTangXinmin，HanYunxiang，HanSongchen(CollegeofCi

3、vilAviation。NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Toresolvetheproblemoffutureairspacemanagementundertheconditionofgreattrafficflow，highdensity，andsmallseparation，four—dimentional(4D)trajectoryestimationbecomesoneofthecoretechnologiesfornextnewgeneration

4、automaticairtrafficcontrolsystem．Accordingtothegiv—enflightprofileandtheaero-dynamicsmodelsunderdifferentflightconditions，ahybridsystemmodelisconstructedwiththefeaturethatstateswitchesbetweendifferentflightstages，whilebutaircraftweight，calibratedairspeed，altitudeanddistancechangecontinuou

5、slyinthesamestage．Airtempera-ture，windspeedandwinddirectionareusedtomodifythetrueairspeedandgroundspeedoftheair—craft．Thehybridsystemsimulationisusedtosolveaircraft4Dtrajectory．Casestudyprovesthathori—zontalandverticalaircrafttrajectoryestimatedthroughhybridsystemcanimagetheflightdynamics

6、tateofthegivenaircraft．Inaddition。thetimecostoftrajectorycomputationforoneaircraftcanbelimitedwithin2S．Keywords：nextgenerationautomaticairtrafficcontrolsystem；four—dimensionaltrajectoryestimation—al；hybridsystemtheory；aero—dynamicsmodel随着全球航空运输业快速发展与空域资源有限矛盾的日益突出，在空中交通流密集的复杂空域，采用飞行计划结合空管调

7、配的空中交通管理方式逐渐显示出其落后性，具体表现在：(1)飞行计划并未为航空器配置精确的空管间隔，容易造成交通流战术管理中的拥挤，降低空域安全性；(2)以飞行计划为中心的空管自动化系统对飞行剖面的推算和航迹预测精度差，造成冲突化解能力差；(3)空中交通管制工作仍然侧重于保持单个航空器之间的安全间隔，很难上升到对交通流进行战略性管理。基金项目：国家自然科学基金委员会与中国民用航空总局(61174180)联合资助项目；江苏省自然科学基金(NS2010177)资助项目；南京航空航天大学基本科研业务费专项科研(56Y1078)资助项目