基于要求到达时间和性能预测的速度求解方法及系统技术方案

本发明专利技术属于飞行管理系统技术领域，公开了一种基于要求到达时间和性能预测的速求解方法及系统，包括：S1，在飞机开始要求定时到达的位置到定时到达航路点之间的所有航段，将原有速度计划表作为初值；S2，确定速度调整比例系数，按所述速度调整比例系数统一调整原有速度计划表中的速度；S3，周期更新从飞机当前位置到定时到达航路点之间所有航段的速度计划表，周期更新频率随着飞机到定时到达航路点的距离或时间的增大而减小，直到飞机到达定时到达航路点。通过迭代求解速度计划表可以实现全飞行阶段的定时到达，而且能满足飞机性能和航路速度限制对速度优化的需求。速度限制对速度优化的需求。速度限制对速度优化的需求。

【技术实现步骤摘要】
基于要求到达时间和性能预测的速度求解方法及系统


[0001]本专利技术属于飞行管理系统
，尤其涉及一种基于要求到达时间和性能预测的速求解方法及系统。

技术介绍

[0002]现有的空域运行管理系统即将达到容量极限，为了避免空域拥堵并减少航空运输对环境的影响，国际上正在逐步推进四维航迹运行，实现飞行过程中的定时定点的精准可控到达，因此飞行管理系统的四维飞行引导功能成为解决这一问题的关键。
[0003]目前飞机上安装的飞行管理系统具备飞行计划、综合导航、性能预测、飞行引导等功能，传统的飞行引导只考虑空间三维的引导，无法实现时间维度上的定时到达，因此管制指挥的时间分辨率往往高达分钟乃至10分钟级别，对空域的利用效率较低，而通过实现定时到达，可以提高到10s级别。当前主流飞行管理系统的性能预测能力，可以基于飞机当前的飞行计划、速度计划表，和全过程的气象风场预测信息，计算飞行计划中各个航路点的预计到达时间ETA。为了实现定时到达，部分算法通过要求定时到达的航路点的要求到达时间(RTA，Required Time of Arrival)和此航路点的预计到达时间ETA的时间差，输入到PID反馈控制器消除时间差，来实现定时到达，此类方法的定时到达控制完全独立于飞机性能要求，只用误差反馈方法消除时间误差实现定时到达，使得整个定时到达过程中的速度趋于一致，无法实现飞机既满足定时到达，又满足速度按照性能指标优化的要求。
[0004]综上所述，实现飞机的定时到达是未来飞机普遍具备的基本能力，而在实现定时到达过程中，也需要同时考虑满足飞机性能指标最优化的需求。。

技术实现思路

[0005]本专利技术技术方案针对
技术介绍
中的问题，提供一种基于要求到达时间和性能预测的速求解方法及系统，不同于一般的PID反馈控制方法，此方法是一个迭代求解的过程。在飞机开始要求定时到达的位置到定时到达航路点之间的所有航段，将原有性能计算的满足性能指标优化要求的速度计划表作为初值，重新调整各个航段的速度，计算一个速度计划表，使得此速度计划表输入到性能预测模块计算得到定时到达航路点的ETA，等于要求的RTA或者相应的精度范围内。因为实际飞行过程中的气象风场和预测的气象风场不一致等原因造成ETA预测不准确导致的定时到达解算的速度计划表需要按周期更新，直到飞机到达定时到达航路点。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。
[0007]技术方案一：
[0008]一种基于要求到达时间和性能预测的速度求解方法，所述方法包括：
[0009]S1，在飞机开始要求定时到达的位置到定时到达航路点之间的所有航段，将原有速度计划表作为初值；
[0010]S2，确定速度调整比例系数，按所述速度调整比例系数统一调整原有速度计划表
中的速度；
[0011]S3，周期更新从飞机当前位置到定时到达航路点之间所有航段的速度计划表，周期更新频率随着飞机到定时到达航路点的距离或时间的增大而减小，直到飞机到达定时到达航路点。
[0012]本专利技术技术方案一的特点和进一步的改进为：
[0013](1)S1具体为：
[0014]S11，飞行机组选择相应的飞行计划，飞管系统根据飞行机组的选择将飞行机组选择的飞行程序从导航数据库中解析出来，获得要执行的飞行计划；
[0015]S12，飞管系统根据所选的飞行计划，解析出全飞行过程的连续可飞的航段组合，使飞机能沿着解析出的航段组合飞行，其中飞行航段不仅包含水平轨迹信息，也包含垂直的速度高度信息；
[0016]S13，获取性能管理模块优化的从飞机当前位置到定时到达航路点之间所有航段的速度计划表V
p
作为初值。
[0017](2)S2中，确定速度调整比例系数具体为：
[0018]S21，将确定速度调整比例系数k的问题转化为一个一元连续函数F(k)＝f(kV
p
)
‑
RTA＝0迭代求根的问题，RTA为要求到达时间，ETA为预计到达时间；
[0019]S22，确定速度调整的最大值V
max
和最小值V
min
，确定最大的速度调整比例系数和最小的速度调整比例系数
[0020]S23，将最大的速度调整比例系数k
max
和最小的速度调整比例系数k
min
，输入到求根函数F(k)，则一元连续函数F(k)＝f(kV
p
)
‑
RTA＝0存在解的条件是F(k
max
)≤0且F(k
min
)≥0；
[0021]S24，如果所述一元连续函数有解，则需要对该一元连续函数采用逆二次插值法求解速度调整比例系数k；
[0022]S25，如果所述一元连续函数无解，则需要判断一元连续函数F(k)的边界值是否在定时到达精度范围内：
[0023]|F(k
min
)|≤ΔETA或者|F(k
max
)|≤ΔETA
[0024]其中，ΔETA为预设的定时到达精度；
[0025]S26，如果一元连续函数F(k)的边界值不在定时到达精度范围内，则定时到达功能需要向机组人员给出无法定时到达的消息；
[0026]S27，如果一元连续函数F(k)的边界值在定时到达精度范围内，则使用二分法求解速度调整比例系数k。
[0027](3)S24，逆二次插值法求得速度调整比例系数k具体为：
[0028](a)以y为自变量，设置初值，依次使用最大速度调整比例系数k
i
‑2＝k
max
、最小速度调整比例系数k
i
＝k
min
，以及k
i
‑1＝1，通过这三个点确定的二次函数为：
[0029][0030](b)令y＝0计算得到新的速度调整比例系数k
i+1
：
[0031][0032]如果计算的k
i+1
在所需精度范围内，即|k
i+1
‑
k
i
|≤ε，则经过调整后的速度计划表能够准确实现定时到达；
[0033](c)当满足这个条件时，需要终止迭代并返回k
i+1
V
p
作为新的速度计划表；否则需要判断是否超过最大的迭代次数，如果没有超过最大的迭代次数，需要继续迭代查找速度调整比例系数，如果超过了最大迭代次数，则不能继续在本结算周期内继续求解。
[0034](4)步骤(c)中，如果超过了最大迭代次数，则不能继续在本结算周期内继续求解，此时：
[0035]需要判断此调整系数是否满足定时到达精度范围，即|F(k
i+1
)|≤ΔETA，如果满足需要终止迭代并返回k
i+1
V
p
作为新的速度计划表，如果不满足则将最后解算的比例系数作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于要求到达时间和性能预测的速度求解方法，其特征在于，所述方法包括：S1，在飞机开始要求定时到达的位置到定时到达航路点之间的所有航段，将原有速度计划表作为初值；S2，确定速度调整比例系数，按所述速度调整比例系数统一调整原有速度计划表中的速度；S3，周期更新从飞机当前位置到定时到达航路点之间所有航段的速度计划表，周期更新频率随着飞机到定时到达航路点的距离或时间的增大而减小，直到飞机到达定时到达航路点。2.根据权利要求1所述的一种基于要求到达时间和性能预测的速度求解方法，其特征在于，S1具体为：S11，飞行机组选择相应的飞行计划，飞管系统根据飞行机组的选择将飞行机组选择的飞行程序从导航数据库中解析出来，获得要执行的飞行计划；S12，飞管系统根据所选的飞行计划，解析出全飞行过程的连续可飞的航段组合，使飞机能沿着解析出的航段组合飞行，其中飞行航段不仅包含水平轨迹信息，也包含垂直的速度高度信息；S13，获取性能管理模块优化的从飞机当前位置到定时到达航路点之间所有航段的速度计划表V
p
作为初值。3.根据权利要求1所述的一种基于要求到达时间和性能预测的速度求解方法，其特征在于，S2中，确定速度调整比例系数具体为：S21，将确定速度调整比例系数k的问题转化为一个一元连续函数F(k)＝f(kV
p
)
‑
RTA＝0迭代求根的问题，RTA为要求到达时间，ETA为预计到达时间；S22，确定速度调整的最大值V
max
和最小值V
min
，确定最大的速度调整比例系数和最小的速度调整比例系数S23，将最大的速度调整比例系数k
max
和最小的速度调整比例系数k
min
，输入到求根函数F(k)，则一元连续函数F(k)＝f(kV
p
)
‑
RTA＝0存在解的条件是F(k
max
)≤0且F(k
min
)≥0；S24，如果所述一元连续函数有解，则需要对该一元连续函数采用逆二次插值法求解速度调整比例系数k；S25，如果所述一元连续函数无解，则需要判断一元连续函数F(k)的边界值是否在定时到达精度范围内：|F(k
min
)|≤ΔETA或者|F(k
max
)|≤ΔETA其中，ΔETA为预设的定时到达精度；S26，如果一元连续函数F(k)的边界值不在定时到达精度范围内，则定时到达功能需要向机组人员给出无法定时到达的消息；S27，如果一元连续函数F(k)的边界值在定时到达精度范围内，则使用二分法求解速度调整比例系数k。4.根据权利要求3所述的一种基于要求到达时间和性能预测的速度求解方法，其特征在于，S24，逆二次插值法求得速度调整比例系数k具体为：
(a)以y为自变量，设置初值，依次使用最大速度调整比例系数k
i
‑2＝k
max
、最小速度调整比例系数k
i
＝k
min
，以及k
i
‑1＝1，通过这三个点确定的二次函数为：(b)令y＝0计算得到新的速度调整比例系数k
i+1
：如果计算的k
i+1
在所需精度范围内，即|k
i+1
‑
k
i
|≤ε，则经过调整后的速度计划表能够准确实现定时到达；(c)当满足这个条件时，需要终止迭代并返回k
i+1
V
p
作为新的速...

【专利技术属性】
技术研发人员：马力，薛广龙，陈芳，陈畅翀，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：