CN101201870A - 空中交通飞行态势动态仿真的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属计算机的仿真。在默认空域态势分析基础上增加动态修正，将各种动态因素叠加在基于GIS信息的、静态空域态势信息上，利用仿真期间接收到的实时气象信息、AFTN电报信息和雷达信息对仿真开始前预测到的信息进行修正。采用Windows操作系统在ATC系统基础平台上构建，所用雷达信号、飞行亲报信息和航行情报均从ATC系统中引接。仿真处理过程分别在前端数据处理、数据库处理、服务器处理、仿真显示和模拟终端模块中进行。引入各种实时的不确定动态因素后，弥补了静态仿真技术的不足。更全面真实地反映未来飞行状况，提高空中交通态势仿真的合理性和准确性。为空域管理与规划、空中交通管制和流量管理等领域提供更加合理有效的决策支持。

Description

空中交通飞行态势动态仿真的方法

所属技术领域

本发明属计算机应用领域技术的仿真范畴，具体是空中交通飞行态势的动态仿真。

背景技术

随着中国民用航空交通流量的持续快速增长，空中交通管制和流量管理方法对未来交通态势的感知能力要求越来越高。通过仿真来模拟未来飞行态势是验证和评估当前决策的有效方法。现有的仿真方法，通过分析空中交通管制的各种要素，建立了仿真环境框架和仿真环境模型。但目前的这些飞行态势仿真技术多以静态的飞行计划数据和模拟数据为基础，没有考虑仿真过程中的各种实际变化因素，如实时雷达信号、飞行计划变更情况、气象条件、军事活动影响、空管设备运行状况等等。这种仅仅考虑静态数据和模拟数据的仿真方法，导致仿真结果较为理想化，缺乏合理性和准确性，与实际运行状况偏差较大，不能适应航空事业的飞速发展。

发明内容

本发明的目的是在基于数据处理的基础上，提供一种动态仿真的方法，引入各种实时的不确定因素，弥补静态仿真技术的不足。更全面真实地反映未来飞行状况，提高空中交通态势仿真的合理性和准确性。

本发明的目的是这样达到的：

一种空中交通飞行态势动态仿真的方法，其特征在于：在默认空域态势分析的基础上增加动态修正，将各种影响空域态势的动态因素叠加在基于GIS信息的、静态的默认空域态势信息上，利用仿真期间接收到的实时气象信息、AFTN电报信息和雷达信息对仿真开始前预测到的4D信息进行修正，实现对未来空域态势的仿真；雷达信号采用经过多雷达融合处理后输出的系统综合航迹，飞行情报信息采用AFTN电报处理系统和FDP系统处理后的相关数据，气象情报以及航行情报等数据是经过ATC系统接收、解析处理后的输出数据；仿真处理过程分别在前端数据处理、数据库处理、服务器处理、仿真显示和模拟终端模块中进行，完成相应的处理。

系统采用Windows操作系统在ATC系统基础平台上构建，所用信息直接从ATC系统中引接，在前端数据处理模块中对所有接入仿真系统的实时动态数据进行预处理，判断数据的有效性，完成军民航飞行情报转换、多雷达数据融合、气象情报解析、设备运行状况监视信息分析，并将规范化数据存入数据库。

在数据库处理模块中提取空域、航路、航线的基本结构信息和航空器的基本性能参数，保存仿真计算需要的所有数据和仿真结果。

在服务器处理模块中完成仿真运行所需的所有数据运算，包括飞行轨迹动态预测与修正，默认空域态势分析和空域态势修正，并对飞行态势的仿真显示进行人工动态调整：

在仿真显示处理模块中融合服务器计算的飞行目标轨迹、空域态势信息以及地理信息，完成空域飞行态势仿真显示。

在模拟终端处理中根据仿真需要产生雷达数据、飞行情报、气象情报和设备监控信息等各种模拟信号，同时提供空域结构编辑功能。

所述在服务器处理模块中完成的飞行轨迹动态预测与飞行轨迹动态修正，是在轨迹预测和轨迹动态修正模块中进行，根据不同的飞机机型建立相应的飞行模型，从飞行计划中得到其飞行路线和指定巡航速度，结合经验飞行时间粗略预测出飞越每个航路点的时间、速度；在飞机起飞前，根据飞行计划动态电报实时修正预测结果，在飞机起飞后，用实时雷达数据对已有的预测做出修正，在全程飞行过程中，同时考虑气象条件对飞行的影响。

所述在服务器处理中完成默认空域态势分析和空域动态修正是在默认空域态势分析和空域态势修正模块中进行，空域动态修正是根据军航场内、场外飞行训练计划和炮射计划提取禁区、限制区和危险区的使用信息；根据未来天气预报提取仿真空域范围内的气象信息；然后结合空管设备运行状况信息预测空域的实际运行状况；默认的空域运行状况为理想状态，只考虑空域固定的航路、航线结构，不考虑任何动态因素。

所述在服务器处理中人工动态调整是在人工动态调整模块中进行，调整包括：

(1)空域结构调整：根据仿真需要读入航路、航线、空中走廊、导航台、扇区等各级空域单元结构数据进行修改、添加或修改等编辑工作，然后另存为临时数据，同时生成新的GIS图层发往仿真显示端更新显示；

(2)空域运行环境调整：通过模拟终端产生军事活动信息、特定气象条件和控管设备运行状况等信息发往服务器和显示端，模拟特定的空域运行环境；同时在仿真过程中人工动态修改各种模拟信号，实现空域运行环境的动态调整；

(3)飞行轨迹调整：通过模拟终端产生模拟的雷达信号和飞行情报数据，利用雷达数据和飞行计划配对后的相关信息人工调整计划航迹的未来航段，然后自动调整模拟雷达目标的速度大小、方向和飞行高度，实现飞行轨迹的动态调整。

本发明的积极效果是在仿真过程中引入飞行情报、雷达信号、天气预报、导航设备运行状况等实时数据，对仿真飞行态势进行实时修正，同时提供工具对仿真过程进行实时的人工动态调整。综合考虑各种影响军民航飞行安全和效率的主要动态因素，将部分实时信号引接到仿真过程中，与传统静态仿真方法相比能够更加灵活、准确地仿真空中交通飞行态势，可为空域管理与规划、空中交通管制和流量管理等领域提供更加合理有效的决策支持。

附图说明

图1是本发明在默认空域态势分析的基础上增加动态修正，将各种影响空域态势的动态因素叠加在基于GIS信息的、静态的默认空域态势信息上进行实时修正的示意图。

图2是仿真系统结构示意图。

图3是仿真系统操作界面示意图。

图4是服务器运行方式和结构示意图。

图5是利用仿真期间接收到的实时气象信息、AFTN电报信息和雷达信息对仿真开始前预测到的4D信息进行修正的程序流程图。

具体实施方式

附图给出了本发明的具体实施例。

图2是采用本发明的系统结构示意图，前端数据处理、数据库处理、服务器处理、仿真显示和模拟终端都通过以太网连接。

系统采用Windows操作系统在ATC系统基础平台上构建。所用信息均直接从ATC系统中引接：雷达信号采用经过多雷达融合处理后输出的系统综合航迹、飞行情报信息采用AFTN电报处理系统和FDP系统处理后的相关数据；气象情报以及航行情报等数据也都是经过ATC系统接收、解析处理后的输出数据。软件结构如图3所示，人工干预的方式是人工动态调整。

图1示出了本发明的基本思路。基本思路是在默认空域态势分析的基础上增加动态修正，将各种影响空域态势的动态因素叠加在基于GIS信息的、静态的默认空域态势信息上。利用仿真期间接收到的实时气象信息、AFTN电报信息和雷达信息对仿真开始前预测到的4D信息进行修正，实现对未来空域态势的仿真。仿真过程考虑到航行情报或飞行情报、气象情报以及设备监控信息。气象情报特别重视了仿真空域是否发生恶劣天气，恶劣天气的范围和对飞行态势的预测范围影响。气象信息对预测轨迹的影响主要通过实时提取重要天气报告SINGMET、日常航空天气报告METAR、特殊天气报告SPECI、航站天气预报电报FT、航路天气预报电报ROFOR和航空区域天气预报ARFOR中高空风的风速、风向、高度和作用范围等具体数据项，然后通过将风的速度矢量投影到目标轨迹的速度矢量上来计算高空风对预测轨迹的影响。处理时用黄色实线标识恶劣天气的范围，用黄色虚线标识预测的范围，将这些影响引入到默认的空域态势分析上。航行情报或飞行情报主要考虑了军事活动是否影响仿真空域，航行情报和军用飞行计划中的场内、场外飞行训练计划TPI、TPO以及炮射计划报STG提取军事活动空域状况的详细信息。处理上以红色标识激活的军事活动区域引入到默认的空域态势分析上。设备监控信息考查导航设备是否正常，根据导航设备监控信息提取各类空管设备运行状。处理上用红色标识故障发生的位置或区域，将这些影响引入到默认的空域态势分析上。最后，将这些实时情报在服务器中进行修正，预测结果及时显示。

从图4可知，本发明的人工动态调整在飞行态势仿真现实中是一个重要的环节，人工动态调整对空域结构、空域运行环境以及飞行轨迹进行合理调配，达到预测的更佳效果。在空域结构调整中根据仿真需要读入航路、航线、空中走廊、导航台、扇区等各级空域单元结构数据进行修改、添加或修改等编辑工作，然后另存为临时数据，同时生成新的GIS图层发往仿真显示端更新显示。在空域运行环境调整：通过模拟终端产生军事活动信息、特定气象条件和控管设备运行状况等信息发往服务器和显示端，模拟特定的空域运行环境；同时在仿真过程中可以人工动态修改各种模拟信号，以此来实现空域运行环境的动态调整。在飞行轨迹调整：通过模拟终端产生模拟的雷达信号和飞行情报数据，利用雷达数据和飞行计划配对后的相关信息人工调整计划航迹的未来航段，然后自动调整模拟雷达目标的速度大小、方向和飞行高度，从而实现飞行轨迹的动态调整。

图5进一步显示了利用仿真期间接收到的实时气象信息、AFTN电报信息和雷达信息对仿真开始前预测到的4D信息进行修正的程序流程。根据飞行计划和飞行器性能参数进行初步轨迹预测，接收天气报文，根据天气报文分析是否会受到当前高空飞的影响，若是，根据高空风速度和方向修正预测轨迹速率，然后接收AFTN电报，未受到高空风的影响，直接接收AFTN电报；根据AFTN电报内容修正预测轨迹的位置信息，然后，接收雷达信息，检查雷达信号与飞行计划是否相关，有关，根据雷达数据修正预测轨迹的位置和状态，将新的预测轨迹和信息发往显示端，无关，直接将预测轨迹和信息发往显示端。

由本发明进行的空中交通飞行态势动态仿真有效和合理地利用了各种情报资源，在基于静态数据的基础上，引入各种实时的不确定因素或可预测数据，充分利用在仿真过程中接收到的各种态势信息实时修正当前仿真状态，弥补静态仿真技术的不足，更为全面真实地反映未来飞行状况，提高空中交通态势仿真的合理性和准确性，为空域管理与规划、空中交通管制和流量管理提供决策支持工具。有效应用在日趋繁忙的空中交通管理中。例如，未来2～4小时的飞行态势进行仿真时有一架飞机已经起飞，则可以利用当前起飞报得到飞机的实际起飞时间，利用当前雷达信号得到飞机实际位置信息和飞行状态信息，还可以利用已有的气象预报信息和在仿真期间接收到的气象实况报文信息计算预测轨迹所受到的影响，同时结合当前已有空域状态信息和仿真阶段新接收到的军事活动信息和航行情报准确把握仿真阶段的空域态势。

Claims (5)

1.一种空中交通飞行态势动态仿真的方法，其特征在于：在默认空域态势分析的基础上增加动态修正，将各种影响空域态势的动态因素叠加在基于GIS信息的、静态的默认空域态势信息上，利用仿真期间接收到的实时气象信息、AFTN电报信息和雷达信息对仿真开始前预测到的4D信息进行修正，实现对未来空域态势的仿真；雷达信号采用经过多雷达融合处理后输出的系统综合航迹，飞行情报信息采用AFTN电报处理系统和FDP系统处理后的相关数据，气象情报以及航行情报等数据是经过ATC系统接收、解析处理后的输出数据；仿真处理过程分别在前端数据处理、数据库处理、服务器处理、仿真显示和模拟终端模块中进行，完成相应的处理。

2.如权利要求1所述的空中交通飞行态势动态仿真的方法，其特征在于：采用Windows操作系统在ATC系统基础平台上构建，所用信息直接从ATC系统中引接：在前端数据处理模块中对所有接入仿真系统的实时动态数据进行预处理，判断数据的有效性，完成军民航飞行情报转换、多雷达数据融合、气象情报解析、设备运行状况监视信息分析，并将规范化数据存入数据库；

在数据库处理模块中提取空域、航路、航线的基本结构信息和航空器的基本性能参数，保存仿真计算需要的所有数据和仿真结果；

在服务器处理模块中完成仿真运行所需的所有数据运算，包括飞行轨迹动态预测与修正，默认空域态势分析和空域态势修正，并对飞行态势的仿真显示进行人工动态调整：

在仿真显示处理模块中融合服务器计算的飞行目标轨迹、空域态势信息以及地理信息，完成空域飞行态势仿真显示；

在模拟终端处理中根据仿真需要产生雷达数据、飞行情报、气象情报和设备监控信息等各种模拟信号，同时提供空域结构编辑功能。

3.如权利要求1或2所述的空中交通飞行态势动态仿真的方法，其特征在于：所述在服务器处理模块中完成的飞行轨迹动态预测与飞行轨迹动态修正，是在轨迹预测和轨迹动态修正模块中进行，根据不同的飞机机型建立相应的飞行模型，从飞行计划中得到其飞行路线和指定巡航速度，结合经验飞行时间粗略预测出飞越每个航路点的时间、速度；在飞机起飞前，根据飞行计划动态电报实时修正预测结果，在飞机起飞后，用实时雷达数据对已有的预测做出修正，在全程飞行过程中，同时考虑气象条件对飞行的影响。

4.如权利要求1或2所述的空中交通飞行态势动态仿真的方法，其特征在于：所述在服务器处理中完成默认空域态势分析和空域动态修正是在默认空域态势分析和空域态势修正模块中进行，空域动态修正是根据军航场内、场外飞行训练计划和炮射计划提取禁区、限制区和危险区的使用信息；根据未来天气预报提取仿真空域范围内的气象信息；然后结合空管设备运行状况信息预测空域的实际运行状况；默认的空域运行状况为理想状态，只考虑空域固定的航路、航线结构，不考虑任何动态因素。

5.如权利要求1或2所述的空中交通飞行态势动态仿真的方法，其特征在于：所述在服务器处理中人工动态调整是在人工动态调整模块中进行，调整包括：

(1)空域结构调整：根据仿真需要读入航路、航线、空中走廊、导航台、扇区等各级空域单元结构数据进行修改、添加或修改等编辑工作，然后另存为临时数据，同时生成新的GIS图层发往仿真显示端更新显示；

(2)空域运行环境调整：通过模拟终端产生军事活动信息、特定气象条件和控管设备运行状况等信息发往服务器和显示端，模拟特定的空域运行环境；同时在仿真过程中人工动态修改各种模拟信号，实现空域运行环境的动态调整；

(3)飞行轨迹调整：通过模拟终端产生模拟的雷达信号和飞行情报数据，利用雷达数据和飞行计划配对后的相关信息人工调整计划航迹的未来航段，然后自动调整模拟雷达目标的速度大小、方向和飞行高度，实现飞行轨迹的动态调整。

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