基于容差的通用航空飞行计划符合度评估与预测

发布时间：2021-09-29 06:40

　　我国的通用航空业正处于快速发展的时期,随着空中交通流量急剧增加,空域资源日趋紧张,通用航空飞行安全受到极大挑战。由于通用航空飞机的飞行控制设备自动化程度受限,难以实现精确飞行控制,导致通用航空实际与理想飞行计划航线之间存在不可避免的偏差。飞行计划符合度评估是对二者之间的符合程度进行评价,它在航空运行安全保障中发挥至关重要的作用。因此,根据应用场景的不同,本文对基于容差的通用航空飞行计划符合度评估与预测方法进行深入研究,使评估结果更适合于非精确飞行控制的通用航空运行实际,为实际通用航空飞行活动提供安全容差裕度。目前常用基于距离度量的评估方法,即通过将时间、速度等因素加权转化为距离,再使用基于顺序航迹点对的单一距离门限判断该距离是否在单一距离门限范围内,计算较为简便,但评估结果稳健性受到较大制约,为此提出一种基于距离容差的飞行计划符合度评估与预测方法。利用动态时间归整（Dynamic Time Warping,DTW）算法实现运行航迹与飞行计划航迹的自适应匹配,等效于引入距离容差,提升了单一距离门限评估的稳健性。使用实际飞行数据验证方法的有效性,实验结果表明,由于引入容差,基于自适应点对的... 

【文章来源】：中国民航大学天津市

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

机体坐标系和大地坐标系示意图

中国民航大学硕士学位论文19误差和对应的预测误差协方差矩阵分别为：cov()TpRqpRqQpRSR(3.7)其中，机体坐标系中的航空器位置预测误差是对角矩阵。假设p是航空器在机体坐标系中的位置，q是对应的预测位置，qpq是预测误差。航迹预测误差近似符合正态分布，因此机体坐标系下的协方差矩阵S为对角阵：220=0acσSσ(3.8)其中，aσ为沿航向的位置预测误差标准差，cσ为垂直于飞行方向的误差标准差。当匀速直线飞行时，直线飞行航迹位置预测误差如图3-4所示，沿航向的位置预测误差标准差σa随时间线性增长，满足(3.9)aaσrt(3.9)其中，ra是沿航向的误差增长率，ra=0.25nm/min。垂直于飞行方向的误差标准差σc满足(3.10)min{(),1}ccσrstnm(3.10)其中，rc表示横向航迹误差标准差的增长系数，通常取rc=1/57。s(t)表示航空器在预测时间内的航程距离，单位为nm。图3-4直线飞行航迹位置预测误差当转弯飞行时，转弯运动航迹位置误差范围如图3-5所示，飞机的加速度在沿航向和垂直于航向上都有，认为沿航向和垂直于航向的误差标准差都随时间线性增长，满足(3.11)acaσσrt(3.11)

中国民航大学硕士学位论文20图3-5转弯运动航迹位置误差范围3.2.2符合度预测流程基于DTW的飞行计划符合度预测方法分为航迹预测模型和DTW距离计算两部分。航迹预测模型是根据飞行运动模型对航空器未来任意时刻的空间位置进行预测，接着按照一定规则对计划航迹和预测航迹采样，得到采样点序列；然后利用DTW计算预测航迹与计划航迹间的距离，基于DTW的飞行计划符合度预测流程如图3-6所示，具体过程如下：利用位置预测模型，得到采样时刻位置分布椭圆确定预测航迹采样点序列T1、T2、T3利用DTW算法，分别计算T1、T2、T3到R的距离确定计划航迹采样点序列R取上一步计算的3个距离中的最小值和最大值，构成符合度预测的区间输入转弯起点、速度、航向结束开始图3-6基于DTW的飞行计划符合度预测流程步骤1：确定起点、飞行速度和航向，利用位置预测模型得到任意时刻飞行航迹位

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本文编号：3413240