一种基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法技术

本发明专利技术提供了一种基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法。通过本机和目标飞机的航路点信息和到达点ABP位置，计算本机和目标飞机的TTG，求得预测飞行间隔PSI；根据S1计算出的预测飞行间隔PSI和间隔目标Δ，求出预测间隔误差；根据本机当前沿航线至到达点ABP的距离，计算误差阈值；基于PID控制模式计算飞机间隔管理IM速度；使用迭代算法，计算IM转向后新航线长度；根据余弦定理和所述IM转向后新航线长度计算IM转向点的位置。通过预测出飞机沿航路到达ABP的间隔，然后用PID控制速度，判断是否转向，并计算转向点，飞行间隔管理使得驾驶员能获得和维护本机与目标飞机的间隔，实现动态的、连续的、符合安全要求的间隔。符合安全要求的间隔。符合安全要求的间隔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法


[0001]本专利技术涉及民用航空监视领域，具体而言，涉及一种基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法。

技术介绍

[0002]飞行间隔管理用于区域导航RNAV(Regional Area Navigation)、基于性能的导航PBN(Performance Based Navigation)等新一代导航系统，目的是提高飞机间距的精度和一致性，为飞行员提供间隔操作建议，保障最低间隔要求，降低地面管制员负荷。传统的航路导航方式主要依靠地面导航台，而飞机航路的起点、转向点、终点均以地面导航台为参照对象，因此航空器只能通过地面导航台的无线电信号进行向台和背台航行。新的导航方式使得航空器在导航信息范围内，沿着管制员指定的航路点航行，不用受地面塔台的指引，相同航路上的飞机走不同的航线，提高了同一航路上飞机的容量。
[0003]在传统导航中，管制员只需分配一个最小间隔，飞机沿着固定航路飞行，比较容易控制飞机的纵向间隔。在新的导航方式中，飞机沿着不同的航线飞行，飞机的间隔不是两架飞机间简单的距离差或时间差，动态的间隔管理(Interval Management,IM)需要考虑本机和目标飞机的位置、速度、风向和温度等信息。通常管制员为本机指定一架目标飞机，在抵达相同的计划终端点PTP(Planed Termination Point)之前，管制员为两架飞机指定一个相同的到达点ABP(Achieve
‑
by Point)，IM根据飞机的信息和航路点位置，预测出本机和目标飞机到达ABP的时间差，通过调节本机的速度来满足管制间隔要求。如果仅调节速度仍然不能满足要求，则允许飞机离开航路点构成的航线，计算出新的转向点和转向路径。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术针对航路上的飞机间隔管理，通过采用积分分离PID调节速度，进一步采用转向方法改变路径长度，保障飞机的安全纵向间隔，通过自动间隔管理，降低管制员和飞行员的工作量。
[0005]专利技术的第一方面提供了一种基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法,所述方法包括：
[0006]S1，根据本机和目标飞机的航路点信息和到达点ABP位置，计算本机和目标飞机的TTG，求得预测飞行间隔PSI；
[0007]S2，根据S1计算出的预测飞行间隔PSI和间隔目标Δ，求出预测间隔误差；根据本机当前沿航线至到达点ABP的距离，计算误差阈值；通过所述预测间隔误差和误差阈值的大小关系确定相应的PID控制模式，并基于所述PID控制模式计算飞机间隔管理IM速度；其中，所述间隔目标Δ为管制员预先设定；
[0008]S3，根据本机IM速度大小和本机的速度限制区间，判断是否使用IM转向方法；
[0009]S4，使用迭代算法，计算IM转向后新航线长度；将转向后TTG是否满足IM容差，作为判断迭代是否完成的条件；
[0010]S5，根据航路点信息，将本机原始航线分段，在每一段判断转向点是否存在；根据余弦定理和所述IM转向后新航线长度计算IM转向点的位置。
[0011]进一步，所述S1，根据本机和目标飞机的航路点信息和到达点ABP位置，计算本机和目标飞机的TTG，求得预测飞行间隔PSI，包括：
[0012]根据如下公式执行预测飞行间隔PSI：
[0013]PSI(t)＝TTG
O
(t)
‑
TTG
T
(t)
[0014]其中，TTG
O
(t)表示本机的当前沿航线位置到达所述到达点ABP的时间；TTG
T
(t)表示目标飞机当前沿航线位置到达所述到达点ABP的时间；PSI(t)表示在t时刻时，本机和目标飞机预测间隔。
[0015]进一步，所述S2，还包括：
[0016]在t时刻，确定间隔目标Δ和预测间隔PSI的差值为预测间隔误差e(t)，所述预测间隔误差e(t)表示为：
[0017]e(t)＝Δ
‑
PSI(t)＝Δ
‑
(TTG
O
(t)
‑
TTG
T
(t))＝(TTG
T
(t)+Δ)
‑
TTG
O
(t)
[0018]所述通过所述预测间隔误差和误差阈值的大小关系确定相应的PID控制模式，包括：
[0019]设置偏差阈值ε＝e
threshold
(s
O
(t)
‑
s
ABP
(t))＞0；
[0020]其中，s
o
(t)表示本机当前沿航迹位置，所述s
o
(t)在计划终止点前为负值；s
ABP
(t)表示到达点的沿航迹位置；
[0021]当|e(t)|＞ε时，采用PD控制模式；当|e(t)|≤ε时，采用PID控制模式。
[0022]进一步，所述S2，还包括：
[0023]将e(t)＝(TTG
T
(t)+Δ)
‑
TTG
O
(t)中的第一项作为系统输入值y
d
(t)，第二项作为输出值y(t)，则得到如下表达式：
[0024]y
d
(t)＝TTG
T
(t)+Δ
[0025]y(t)＝TTG
O
(t)
[0026]e(t)＝y
d
(t)
‑
y(t)
[0027]所述当|e(t)|≤ε时，采用PID控制模式，包括将偏差经过比例、积分、微分环节线性叠加后得到控制量u(t)，表达式如下所示：
[0028][0029]通过上式求出传递函数：
[0030][0031]其中，K
P
为比例系数；K
I
为积分时间常数；K
D
为微分时间常数。
[0032]进一步，所述S3，根据本机IM速度大小和本机的速度限制区间，判断是否使用IM转向方法，包括：
[0033]本机接收来自导航数据库的速度限制，在IM速度控制时，如果所需要的IM速度超出了限制的速度区间，则需要通过IM转向控制本机新航线长度，从而满足与目标飞机间的间隔目标。
[0034]进一步，所述S4，使用迭代算法，计算IM转向后新航线长度；将转向后TTG是否满足IM容差，作为判断迭代是否完成的条件，包括：
[0035]在迭代过程中，将IM转向后的最小、最大航线长度d
IM min
、d
IM max
作为初始值，d
IM min
和d
IM max
是新航线长度d
IM
的两大边界；
[0036]通过对d
IM min
和d
IM max...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法,其特征在于，所述方法包括：S1，根据本机和目标飞机的航路点信息和到达点ABP位置，计算本机和目标飞机的TTG，求得预测飞行间隔PSI；S2，根据S1计算出的预测飞行间隔PSI和间隔目标Δ，求出预测间隔误差；根据本机当前沿航线至到达点ABP的距离，计算误差阈值；通过所述预测间隔误差和误差阈值的大小关系确定相应的PID控制模式，并基于所述PID控制模式计算飞机间隔管理IM速度；其中，所述间隔目标Δ为管制员预先设定；S3，根据本机IM速度大小和本机的速度限制区间，判断是否使用IM转向方法；S4，使用迭代算法，计算IM转向后新航线长度；将转向后TTG是否满足IM容差，作为判断迭代是否完成的条件；S5，根据航路点信息，将本机原始航线分段，在每一段判断转向点是否存在；根据余弦定理和所述IM转向后新航线长度计算IM转向点的位置。2.根据权利要求1所述的基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法,其特征在于，所述S1，根据本机和目标飞机的航路点信息和到达点ABP位置，计算本机和目标飞机的TTG，求得预测飞行间隔PSI，包括：根据如下公式执行预测飞行间隔PSI：PSI(t)＝TTG
O
(t)
‑
TTG
T
(t)其中，TTG
O
(t)表示本机的当前沿航线位置到达所述到达点ABP的时间；TTG
T
(t)表示目标飞机当前沿航线位置到达所述到达点ABP的时间；PSI(t)表示在t时刻时，本机和目标飞机预测间隔。3.根据权利要求2所述的基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法,其特征在于，所述S2，还包括：在t时刻，确定间隔目标Δ和预测间隔PSI的差值为预测间隔误差e(t)，所述预测间隔误差e(t)表示为：e(t)＝Δ
‑
PSI(t)＝Δ
‑
(TTG
O
(t)
‑
TTG
T
(t))＝(TTG
T
(t)+Δ)
‑
TTG
O
(t)所述通过所述预测间隔误差和误差阈值的大小关系确定相应的PID控制模式，包括：设置偏差阈值ε＝e
threshold
(s
o
(t)
‑
s
ABP
(t))＞0；其中，s
o
(t)表示本机当前沿航迹位置，所述s
o
(t)在计划终止点前为负值；s
ABP
(t)表示到达点的沿航迹位置；当|e(t)|>ε时，采用PD控制模式；当|e(t)|≤ε时，采用PID控制模式。4.根据权利要求3所述的基于PID速度调节和迭代转向的飞行间隔管理方法,其特征在于，所述S2，还包括：将e(t)＝(TTG
T
(t)+Δ)
‑
TTG
O
(t)中的第一项作为系统输入值y
d
(t)，第二项作为输出值y(t)，则得到如下表达式：y
d
(t)＝TTG
T
(t)+Δy(t)＝TTG
O
(t)e(t)＝y
d
(t)
‑
y(t)所述当|e(t)|≤ε时，采用PID控制模式，包括将偏差经过比例、积分、微分环节线性叠
加后得到控制量u(t)，表达式如下所示：通过上式求出传递函数：其中，K
P
为比例系数；K
I
为积分时间常数；K
D
为微分时间常数。5.根据权利要求4所述的基于PID速度调节和迭代转向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪，张昊坤，吴龙泉，郭志成，张保存，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：