【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于民航空管自动化与智能化，具体涉及一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法。
技术介绍
1、我国正处于民航业高速发展的时期，在航空运输市场快速扩张的同时，空中交通环境也变得越来越复杂。客货运输量的激增和空域容量规划的欠缺致使空中交通拥挤和堵塞，出现航班延误，飞行冲突等情况，不利于民航安全运行和空中交通管理。因此，准确、合理、有效地进行空域容量评估，空域运行效率评估以及交通流冲突安全评估是提升空域利用率，提高机场服务能力和保障民航运行安全的重要方法。目前使用计算机仿真技术来模拟空域运行已成为最常用的评估方法之一。
2、计算机仿真技术是通过场景模型和运行数据对实际情况进行模拟仿真。在使用计算机仿真技术模拟空域运行时，基于飞行计划的航空器飞行轨迹数据必不可少。由于在进行仿真时空域航班量巨大且需要根据仿真情况调整飞行计划，所以要求在短时间内按照飞行计划生成大量飞行轨迹数据。飞行性能数据库是航空器飞行过程中重要节点的性能参数值，是轨迹生成时所必须的数据库。通常使用的飞行性能数据库是根据飞机制造商公布的性能报告与专有飞行数据建立的。但这些数据源成本高昂，并且有一定的许可限制。除此之外，模型本身是根据国外飞行规则进行开发，意味着和我国实际运行情况并不相符，使得进行轨迹生成研究变得困难。如今大多数商用飞机配备了雷达设备，航空器的飞行数据变得更加容易获取，可以得到诸如位置、高度、速度之类的航空器性能监视数据。
3、轨迹生成模型有着不同的分类，最复杂的六自由度模型常用于航空器的飞行控制研究，而质点模型常用于有
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术提出一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，通过国内轨迹数据和性能参数统计模型建立飞行性能数据库，符合我国的飞行标准；根据航空器的飞行规律建立质点运动学模型，大大减少了轨迹生成时间。
2、技术方案：本专利技术所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，具体包括以下步骤：
3、(1)针对不同机型获取轨迹数据；根据轨迹数据进行飞行阶段划分；
4、(2)根据步骤(1)所划分的飞行阶段确定关键性能参数；
5、(3)从轨迹数据中提取每个飞行阶段的关键性能参数值；
6、(4)建立飞行性能数据库；
7、(5)根据航空器轨迹参数的变化规律，建立轨迹数据模型；所述轨迹数据模型包括离场飞行轨迹数据模型、巡航飞行轨迹数据模型、进场飞行轨迹数据模型；
8、(6)建立轨迹点坐标模型；
9、(7)建立运动学模型：运动学模型由轨迹数据模型和轨迹点坐标模型组成；使用轨迹数据模型得到轨迹属性，导入轨迹点坐标模型中生成轨迹点的机场坐标系坐标和经纬度坐标；
10、(8)根据所制定的飞行计划，在运动学模型中导入航空器所飞航路点坐标和巡航高度，巡航速度等飞行信息，调用飞行性能数据库，生成轨迹数据。
11、进一步地，步骤(1)所述飞行阶段划分为：
12、从速度为零至高度增加到35英尺是起飞阶段；高度由35英尺上升到1000英尺为初始爬升阶段；高度由1000英尺上升到巡航高度为爬升阶段；高度由巡航高度下降到1000英尺为下降阶段；高度由1000英尺下降到35英尺为最后进近阶段；从35英尺高度至速度下降为零为着陆阶段。
13、进一步地，所述步骤(2)实现过程如下：
14、每个性能参数对于不同飞行阶段的重要性不同，不同飞行阶段，选择关键性能参数如下：
15、起飞阶段：包括离地速度vtof、起飞加速度atof；
16、初始爬升阶段：包括初始爬升垂直速度κic、初始爬升高度hic、初始爬升加速度aic；
17、爬升阶段：包括等校正空速爬升前垂直速度κprecas,cl、等校正空速爬升时高度hcas,cl、等校正空速爬升速度vcas,cl、等校正空速爬升时垂直速度κcas,cl、等马赫数爬升时高度hmach,cl、等马赫数爬升速度mcl、等马赫数爬升时垂直速度κmach,cl；
18、巡航阶段：巡航高度hcr、巡航速度vcr、初始巡航加速度acr；
19、下降阶段：包括等马赫数下降时速度mde、等马赫数下降时高度hmach,de、等马赫数下降时垂直速度κmach,de、等校正空速下降速度vcas,de、等校正空速下降时高度hcas,de、等校正空速下降时垂直速度κcas,de、等校正空速下降后垂直速度κpostcas,de；
20、最后进近阶段：包括最后进近垂直速度κfa、最后进近高度hfa、最后进近速度vapp；
21、着陆阶段：包括接地速度vtcd、着陆加速度alnd。
22、进一步地，所述步骤(3)实现过程如下：
23、起飞阶段：根据地面滑跑段起始点和结束点的坐标求得距离值d，再根据时间和空速，通过二阶多项式拟合得到起飞加速度atof；离地速度为：
24、
25、vtof＝ve+atof(ttof-te) (2)
26、其中，ttof为升空时刻，由第一次空中观测时的垂直速度和高度确定；t1为第一次空中观测时刻，h1为第一次空中观测时高度，κ1为第一次空中观测时垂直速度，vtof为离地速度，ve为最后一次地面观测的速度，atof为起飞加速度，te为最后一次地面观测的时刻；
27、初始爬升阶段：初始爬升垂直速度直接使用轨迹数据计算得出；
28、爬升阶段从飞机达到光洁形态开始，持续到飞机达到巡航高度结束；包含等校正空速前爬升，等校正空速爬升，等马赫数爬升三个阶段；飞机首先加速到目标校正空速，然后根据该等校正空速飞行；在飞行过程中航空器的马赫数随真空速的增加和声速的减小的影响而增加；当达到一定的马赫数时，飞机就会按照等马赫数飞行，直到巡航高度；如公式所示：
29、
30、
31、其中，fcas(t)为校正空速表达式，g2为校正空速因子，tcas为等校正空速爬升时刻，ycas为等校正空速爬升速度，tmach为等校正空速爬升结束时刻，同时为等马赫数爬升开始时刻；fmach(t)为马赫数表达式，g1为马赫数因子，ymach为等马赫数爬升速度；
32、对于马赫数来说，在tmach之前马赫数为增加段，在其后为恒定段；使用最小二乘拟合来提取等马赫数爬升开始时刻tmach和等马赫爬升数ymach；对于校正空速变化曲线来说，整个爬升阶段同样分为校正空速增加部分和等校正空速部分，使用tmach作为截止时间，拟合时间序列从开始直到tmach；同样通过最小二乘法获得等校正空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，步骤(1)所述飞行阶段划分为：
3.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述步骤(3)实现过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述离场飞行轨迹数据模型构建过程如下：
7.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述巡航飞行轨迹数据模型构建过程如下：
8.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述进场飞行轨迹数据模型构建过程如下：
9.
10.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，步骤(7)所述轨迹属性包括轨迹点速度、轨迹点高度、航空器所飞航程及航空器所飞航向数据。
...【技术特征摘要】
1.一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，步骤(1)所述飞行阶段划分为：
3.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述步骤(3)实现过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨迹快速生成方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于飞行计划的航空器飞行轨...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾维理，郭文韬，陈者，谭湘花，周亚东，江灏，田文，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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