基于多源数据融合的4D航迹规划技术研究

摘要

随着全球航空业的飞速发展，空域资源紧缺与交通流堵塞现象已日趋显现。为能有效地实施对高密度、小间隔、大流量条件下的空域管理，将无冲突4D航迹预测与规划作为国内新一代空管自动化系统最核心的一项技术。因此，本文针对该项核心技术，提出了基于多源数据融合的4D航迹预测与规划算法，为管制员提前预知航空器动向并及时处理航空器冲突提供必要的依据。该算法主要针对初始标称飞行剖面的生成、通过融合空速拟合与航路气象修正模型提高航迹精度以及多航空器无冲突航迹规划展开了一系列的研究。
　　首先，为有效提高标称飞行剖面的精度，提出一种混合改进K均值和BADA模型的飞行剖面生成方法。其中，根据航迹数据的特点及传统K均值的缺陷，提出SWED算法来度量高度剖面间的相似性；为获得更精确的标称速度剖面，通过速度三角关系将地速和IDW插值航路风转换成真空速，再结合BADA模型得到以转换高度为分界点的不同阶段的校正空速/真空速剖面。
　　其次，针对如何提高4D航迹预测精度问题，考虑了空速曲线拟合与航路气象修正模型，提出了基于连续自动分段最小二乘法的空速拟合算法和基于Gressman插值的预报GRIB修正算法。一方面，通过空速曲线拟合算法，实现了航迹中任意点的状态信息可知；另一方面，通过融合GRIB和AMDAR气象数据，提升了航路气象预报的精度。
　　接着，针对预测的4D航迹间存在的飞行冲突问题，给出了一种多航空器无冲突的4D航迹规划方法，通过4D网格和几何模型算法实施飞行冲突探测，再针对冲突航迹运用动态分组策略，进行初始放行时刻调整的无冲突4D航迹规划，提前降低潜在飞行冲突率，减轻管制员的工作负荷。
　　最终，运用World Wind搭建了多航空器无冲突4D航迹推测系统的仿真验证平台，总结并展示了本文的研究内容和成果。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外相关研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 基于历史雷达数据的标称飞行剖面生成

2.1 航迹数据分析与处理

2.2 依据改进K-means算法的标称高度剖面生成

2.3 依据BADA模型的标称速度剖面生成

2.4 案例分析

2.5 本章小结

第三章 基于空速曲线拟合和气象预测模型的4D航迹预测

3.1 基于连续自动分段最小二乘法的空速曲线拟合

3.2 航路气象修正模型的建立

3.3 基于气象修正的4D航迹预测

3.4 案例分析

3.5 本章小结

第四章 多航空器预战术无冲突4D航迹规划

4.1 飞行安全间隔与飞行冲突分析

4.2 多航空器间飞行冲突探测

4.3 多航空器无冲突4D航迹规划

4.4 案例分析

4.5 本章小结

第五章 基于World Wind 的4D航迹预测及规划仿真

5.1 仿真系统需求分析及虚拟环境平台搭建

5.2 系统设计与实现

5.3 4D航迹预测仿真系统功能介绍及运行界面

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究成果

6.2 未来展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文