终端空域进场航空器航迹规划研究

摘要

近年来，伴随经济的腾飞、科技的进步，人们越来越多的选择乘坐飞机出行，各航空公司机队日益壮大，航班量激增，民用航空业得到了飞速发展，导致在繁忙的机场终端区出现交通拥挤现象，影响航班的正常运行，带来大面积航班延误问题，其不仅带来巨大的经济损失还对航班的安全运行构成了威胁。因此，欧美等航空发达国家提出的基于航迹运行（TBO）模式的概念越来越受到关注，因为其可实现高密度、大流量、小间隔条件下的有效空域管理，而4D航迹规划是实现基于航迹运行模式的基础，并且能够加速空管自动化与智能化技术的应用与实施。鉴于此，本文针对4D航迹规划，尤其是终端区进场航空器4D航迹规划进行了深入研究。
　　首先，利用动态时间规整（DTW）算法对每两条历史雷达航迹序列进行最优调整，基于调整计算出两两历史雷达航迹间的距离；进而应用基于ward最小方差准则的层次聚类方法对历史雷达轨迹进行聚类分析，复现盛行交通流；依据标准进场航线和盛行交通流规划设计多条合理的水平进场路径。
　　其次，分析了两种速度剖面的规划方法：一是基于参数调整的速度剖面规划方法，通过设置参数r（0≤r≤1），进而确定航空器飞经每个航路点时的速度，以及航空器在每相邻的两个航路点间所应减速的位置，并推导计算出了满足计划到达时间（STA）的动态速度剖面；二是基于航空器运动学模型的速度剖面规划方法，并且在速度剖面规划的同时引入风等数据以逼近实际运行情况，利用航迹生成器与速度调整参数生成器交互协作的方式实现了满足计划到达时间（STA）的速度剖面规划。
　　最后，基于以上理论分析，分别选取了浦东国际机场VMB和PINOT两个进港点的进场航迹进行了仿真验证，仿真结果表明以上方法可以生成满足计划到达时间（STA）的4D航迹，可有效实现航班的准点降落，减少航班延误，加速基于航迹运行（TBO）模式的实现，提高终端空域运行效率。

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 基于历史雷达轨迹分析的水平路径规划

2.1终端区航迹分析

2.2终端区航迹常规调整方法

2.3终端区航迹聚类场景仿真分析

2.4本章小结

第三章 基于参数调整的速度剖面规划

3.1速度控制方法

3.2所需到达时间控制方法

3.3速度剖面规划仿真实例

3.4本章小结

第四章 基于航空器运动学模型的速度剖面规划

4.1航迹生成器

4.2速度剖面反馈生成原理

4.3速度剖面规划仿真分析

4.4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：速度剖面生成过程中最后一轮循环相关数据