CN109191921A - 一种基于4d轨迹预测的空管监视数据仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，包括以下步骤：S1：制作仿真脚本，输入航空器计划参数和目标参数，绘制航空器飞行航线，保存整个仿真脚本，发送给4D轨迹预测模块；S2：提取4D轨迹预测所需输入数据；S3：4D轨迹预测模块根据输入信息，根据飞行动力学方程和航空器性能数据计算飞行剖面，形成4D轨迹数据文件；S4：根据4D轨迹数据文件，按时间提取轨迹数据，计算高度、速度、航向发生变化的关键点，形成经4D轨迹预测修正的仿真脚本；S5：运行仿真脚本，启动定时器，按照关键点路径推算航空器的飞行姿态，报出航空器监视数据。本发明有效提高了仿真精度和灵活性。

Description

一种基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法
技术领域
本发明涉及空管领域，特别是涉及基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法。
背景技术
随着空管新技术研发和验证的不断深入，对系统仿真数据质量的要求也越来越高，需要通过精确的仿真数据模拟大批量的航空器起降过程，目前仿真数据的生成方法都是通过飞行计划的简单推算或历史数据分析等方式实现的，在仿真精度和灵活性等方面都存在很多不足。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，有效提高了仿真精度和灵活性。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，包括以下步骤：
S1：制作仿真脚本，输入航空器计划参数和目标参数，绘制航空器飞行航线，保存整个仿真脚本，发送给4D轨迹预测模块；
S2：提取4D轨迹预测所需输入数据；
S3：4D轨迹预测模块根据输入信息，根据飞行动力学方程和航空器性能数据计算飞行剖面，形成4D轨迹数据文件；
S4：根据4D轨迹数据文件，按时间提取轨迹数据，计算高度、速度、航向发生变化的关键点，形成经4D轨迹预测修正的仿真脚本；
S5：运行仿真脚本，启动定时器，按照关键点路径推算航空器的飞行姿态，报出航空器监视数据。
进一步，所述步骤S1中，通过以下步骤制作仿真脚本：
S1.1：输入航空器计划参数和航空器目标参数；
S1.2：选取航空器所在停机坪、跑道，规划航空器起飞时场面滑行路径；
S1.3：选取离场航线；
S1.4：绘制高空飞行航线；
S1.5：选取进场航线；
S1.6：选取航空器所在的停机坪、跑道，规划航空器降落时场面滑行路径；
S1.7：保存航线，形成从场面滑行、起飞、离场飞行、高空飞行、进场飞行、降落的全航线段数据。
进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1：根据起飞和降落机场，确定飞行航路，结合进离场航线生成水平剖面；
S3.2：根据飞行动力学方程和航空器不同飞行阶段采用的推力，以水平剖面中的飞行距离为变量，依次按爬升阶段、巡航阶段和下降阶段计算形成高度剖面和空速剖面；
S3.3：结合风速和风向对空速剖面进行修正，生成地速剖面；
S3.4：对水平剖面、高度剖面、空速剖面和地速剖面进行耦合，形成完整的4D轨迹。
进一步，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S4.1：设置高度变化门限值、速度变化门限值和航向变化门限值；
S4.2：在4D轨迹数据文件中提取高度、速度、航向发生变化的点，标识为飞行路径关键点；
S4.3：保存航空器参数及飞行关键点路径信息，形成修正后的仿真脚本文件。
进一步，所述步骤S5具体包括以下步骤：
S5.1：运行仿真脚本，读取仿真脚本文件，把航空器参数和飞行关键点路径放入内存区；
S5.2：启动定时器，按照周期1秒/次执行步骤S5.3、S5.4和S5.5；
S5.3：调用系统函数取得当前时间，根据当前时间确定航空器处于关键点路径段；
S5.4：根据已知路径点的位置、高度、速度、航向和当前时间，推算航空器当前的位置、高度、速度和航向；
S5.5：判断当前航空器活动位置是否处于报出范围，如果处于报出范围，产生监视数据，报出当前航空器的飞行姿态。
有益效果：本发明公开了一种基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)采用自行设置4D轨迹预测的输入参数，增强了监视数据仿真的灵活性与适应性；
2)采用水平剖面、高度剖面和速度剖面拟合生成完整的4D轨迹，提高仿真数据的逼真度；
3)采用路径关键点推算，产生的监视数据目标点连续、稳定。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中制作仿真脚本的示意图；
图2为本发明具体实施方式中4D轨迹预测流程图；
图3为本发明具体实施方式中路径关键点形成仿真脚本的流程图；
图4为本发明具体实施方式中目标外推流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本发明具体实施方式公开了一种基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，包括以下步骤：
S1：制作仿真脚本，输入航空器计划参数和目标参数，绘制航空器飞行航线，保存整个仿真脚本，发送给4D轨迹预测模块。图1为制作仿真脚本的示意图。航空器计划参数包括航班号、二次代码、飞机注册号、起飞时刻、起飞机场、降落机场、飞机型号、尾流等级、飞行规则、飞行种类、导航设备、监视设备等。航空器目标参数包括国籍、属性、任务、初始油量、应答器开关状态等信息。航空器飞行航线包括航空器起飞时场面航线、离场航线、高空航线、进场航线和降落时场面航线。
S2：提取4D轨迹预测所需输入数据，包括起降机场、飞机型号、跑道信息、巡航高度、速度、进离场程序、气象条件。
S3：如图2所示，4D轨迹预测模块根据输入信息，根据飞行动力学方程和航空器性能数据计算飞行剖面，包括高度、速度、水平剖面，形成4D轨迹数据文件。
S4：如图3所示，根据4D轨迹数据文件，按时间提取轨迹数据，计算高度、速度、航向发生变化的关键点，形成经4D轨迹预测修正的仿真脚本。
S5：如图4所示，运行仿真脚本，启动定时器，按照关键点路径推算航空器的飞行姿态，报出航空器监视数据。
步骤S1中，通过以下步骤制作仿真脚本：
S1.1：输入航空器计划参数和航空器目标参数；
S1.2：选取航空器所在停机坪、跑道，规划航空器起飞时场面滑行路径；
S1.3：选取离场航线；
S1.4：绘制高空飞行航线；
S1.5：选取进场航线；
S1.6：选取航空器所在的停机坪、跑道，规划航空器降落时场面滑行路径；
S1.7：保存航线，形成从场面滑行、起飞、离场飞行、高空飞行、进场飞行、降落的全航线段数据。
步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1：根据起飞和降落机场，确定飞行航路，结合进离场航线生成水平剖面；
S3.2：根据飞行动力学方程和航空器不同飞行阶段采用的推力，以水平剖面中的飞行距离为变量，依次按爬升阶段、巡航阶段和下降阶段计算形成高度剖面和空速剖面；
S3.3：结合风速和风向对空速剖面进行修正，生成地速剖面；
S3.4：对水平剖面、高度剖面、空速剖面和地速剖面进行耦合，形成完整的4D轨迹。
步骤S4具体包括以下步骤：
S4.1：设置高度变化门限值、速度变化门限值和航向变化门限值；
S4.2：在4D轨迹数据文件中提取高度、速度、航向发生变化的点，标识为飞行路径关键点；
S4.3：保存航空器参数及飞行关键点路径信息，形成修正后的仿真脚本文件。
步骤S5具体包括以下步骤：
S5.1：运行仿真脚本，读取仿真脚本文件，把航空器参数和飞行关键点路径放入内存区；
S5.2：启动定时器，按照周期1秒/次执行步骤S5.3、S5.4和S5.5；
S5.3：调用系统函数取得当前时间，根据当前时间确定航空器处于关键点路径段；
S5.4：根据已知路径点的位置、高度、速度、航向和当前时间，推算航空器当前的位置、高度、速度和航向；
S5.5：判断当前航空器活动位置是否处于报出范围，如果处于报出范围，产生监视数据，报出当前航空器的飞行姿态。

Claims (5)

1.一种基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：制作仿真脚本，输入航空器计划参数和目标参数，绘制航空器飞行航线，保存整个仿真脚本，发送给4D轨迹预测模块；
S2：提取4D轨迹预测所需输入数据；
S3：4D轨迹预测模块根据输入信息，根据飞行动力学方程和航空器性能数据计算飞行剖面，形成4D轨迹数据文件；
S4：根据4D轨迹数据文件，按时间提取轨迹数据，计算高度、速度、航向发生变化的关键点，形成经4D轨迹预测修正的仿真脚本；
S5：运行仿真脚本，启动定时器，按照关键点路径推算航空器的飞行姿态，报出航空器监视数据。
2.根据权利要求1所述的基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，其特征在于：所述步骤S1中，通过以下步骤制作仿真脚本：
S1.1：输入航空器计划参数和航空器目标参数；
S1.2：选取航空器所在停机坪、跑道，规划航空器起飞时场面滑行路径；
S1.3：选取离场航线；
S1.4：绘制高空飞行航线；
S1.5：选取进场航线；
S1.6：选取航空器所在的停机坪、跑道，规划航空器降落时场面滑行路径；
S1.7：保存航线，形成从场面滑行、起飞、离场飞行、高空飞行、进场飞行、降落的全航线段数据。
3.根据权利要求1所述的基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1：根据起飞和降落机场，确定飞行航路，结合进离场航线生成水平剖面；
S3.2：根据飞行动力学方程和航空器不同飞行阶段采用的推力，以水平剖面中的飞行距离为变量，依次按爬升阶段、巡航阶段和下降阶段计算形成高度剖面和空速剖面；
S3.3：结合风速和风向对空速剖面进行修正，生成地速剖面；
S3.4：对水平剖面、高度剖面、空速剖面和地速剖面进行耦合，形成完整的4D轨迹。
4.根据权利要求1所述的基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下步骤：
S4.1：设置高度变化门限值、速度变化门限值和航向变化门限值；
S4.2：在4D轨迹数据文件中提取高度、速度、航向发生变化的点，标识为飞行路径关键点；
S4.3：保存航空器参数及飞行关键点路径信息，形成修正后的仿真脚本文件。
5.根据权利要求1所述的基于4D轨迹预测的空管监视数据仿真方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括以下步骤：
S5.1：运行仿真脚本，读取仿真脚本文件，把航空器参数和飞行关键点路径放入内存区；
S5.2：启动定时器，按照周期1秒/次执行步骤S5.3、S5.4和S5.5；
S5.3：调用系统函数取得当前时间，根据当前时间确定航空器处于关键点路径段；
S5.4：根据已知路径点的位置、高度、速度、航向和当前时间，推算航空器当前的位置、高度、速度和航向；
S5.5：判断当前航空器活动位置是否处于报出范围，如果处于报出范围，产生监视数据，报出当前航空器的飞行姿态。
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