基于轨迹运行理念下终端空域航迹管理研究

摘要

随着全球航空业的快速发展，空域资源紧缺与空中交通拥堵现象日益严重。为了能够在高密度、小间隔、大流量条件下有效实施空中交通管理，构建智能化的新一代空中交通管理自动化系统是民用航空领域需要迫切发展的重要目标。为此，美国下一代空中交通管理系统(NextGen)和欧洲单一天空实施计划(SESAR)，均将基于轨迹运行(TBO)作为研究的重点。其中，精确的四维航迹预测和优化又是实现基于轨迹运行的核心与关键。
　　本文针对四维航迹预测和四维航迹优化进行了深入研究。首先，基于航迹更新与意图更新策略，提出了实时四维航迹预测的方法。利用ADS-B接收器接收航空器机载设备每秒发出的信息，然后按照标准协议对信息进行分解和解码，得到航空器的实时轨迹，并触发四维航迹预测，对四维航迹预测进行实时监控，当四维航迹预测误差超过所设定的阈值时，更新航空器意图和实时轨迹，触发新的航迹预测。
　　其次，基于高斯伪谱法，提出了四维航迹优化方法。四维航迹优化问题其本质是最优控制问题，首先运用高斯伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题，然后采用序列二次规划方法求解非线性规划问题。基于上述理论，进行仿真验证，仿真结果表明该方法可以生成飞行剖面，满足对于运行和环境的要求。
　　最后，基于实时四维航迹预测方法，利用visual studio2005和QT，开发了实时四维航迹预测工具，以南京禄口机场进场航班的实时数据作为仿真数据，验证该方法的有效性。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第二章 实时四维航迹预测

2.1 问题描述

2.2 四维航迹预测

2.3 实时航迹的更新

2.4 航空器意图更新

2.5 实时航迹预测仿真

2.4 本章小结

第三章 基于高斯伪谱法的航迹优化算法

3.1 伪谱法简介

3.2 问题描述

3.3 最优控制问题求解

3.4 GPOPS工具箱

3.5 案例仿真

3.6 本章小结

第四章 实时航迹预测工具设计

4.1 南京禄口国际机场

4.2 实时航迹预测工具设计

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录一：python程序

附件二：Qt 程序