一种不确定爬升率的航空器指令高度规划方法技术

本发明专利技术提供了一种不确定爬升率的航空器指令高度规划方法，包括：步骤1，获取雷达航迹历史数据；步骤2，得到不同机型在不同方向不同时段的爬升率范围；步骤3，得到进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合；步骤4：计算航空器爬升率和下降率；步骤5：得到航空器可能的高度飞行剖面集合；步骤6：根据冲突探测识别结果对进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合进行分类；步骤7：进行冲突解脱。本发明专利技术为面向管制员在管制过程中提供了一种不确定爬升率的航空器指令高度规划方法，以辅助空中交通管理人员实现航空有效高效的运行，同时较少管制负荷，为下一代基于时间运行的空管自动化系统提供了技术支撑。化系统提供了技术支撑。化系统提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种不确定爬升率的航空器指令高度规划方法


[0001]本专利技术涉及空中交通管理
，尤其涉及不确定爬升率情况下航空器指令高度规划方法。

技术介绍

[0002]在空中交通管理过程中，往往涉及到为了调节空域扇区内航空器之间的冲突，需要进行高度的调整，一般管制员会为航空器发出指令高度，让航空器在在指令高度保持。实际的操作过程中，对于如何选择最优化的指令高度，目前没有较好的方法，主要是通过管制员的经验来确定指令高度的值；这种方法存在以下问题：1)无法保证选择的指令高度是最优的；2)需要管制员自己计算并确定指令高度值，增加管制员的管制负荷；3)对于不确定爬升率性的情况，管制员很难通过大脑实现指令高度的计算和选择；因此基于上述挑战，需要提出不确定爬升率情况下航空器指令高度规划方法。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对当前或者下一代空管需求，从减少管制员管制负荷以及管制效率的角度出发，提供不确定爬升率情况下航空器指令高度规划方法，辅助管制员进行指令高度的选择，包括如下步骤：
[0004]步骤1，获取飞行计划信息中的航空器的关键航路点、经过的扇区编号等信息，进出扇区的高度限制、速度限制等信息；获取指定扇区的航空器的雷达航迹历史数据；
[0005]步骤2，通过统计分析的方法，得到不同机型在不同方向、不同时段的历史爬升率的均值和方差，以均值和方差得到不同机型在不同方向不同时段的爬升率范围；
[0006]步骤3，根据扇区空域的限制以及扇区移交协议中移交点的限制信息，选取能够用于指令高度设置的值，包括进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合；
[0007]步骤4：计算航空器爬升率和下降率；
[0008]步骤5：基于航空器爬升率和下降率，根据航空器当前高度、进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合，得到航空器可能的高度飞行剖面集合Tr
ijk
；
[0009]步骤6：计算扇区内各航空器潜在的运动区域，进行冲突探测识别；根据冲突探测识别结果，基于冲突发生的概率对进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合进行分类；
[0010]步骤7：针对存在潜在冲突风险指令高度CFL的值，基于调整高度、偏航和调整速度进行冲突解脱；
[0011]步骤8，重复步骤1～步骤7，直至管制扇区内各航空器具有无冲突的指令高度值，以辅助空中交通管理人员实现航空有效高效的运行，同时较少管制负荷。
[0012]步骤2包括：
[0013]步骤2
‑
1：对获取的一段时间内的航空器雷达航迹历史数据按照航空器类型、经过的扇区、不同时间段以及不同的飞行方向(东单西双)进行爬升率数据分类，一段时间一般
以一个月为周期；
[0014]步骤2
‑
2：设样本数量为N，计算不同机型在不同方向、不同时段的历史爬升率的均值mean_ROC
ijk
和方差st_ROC
ijk
：
[0015][0016][0017]式中，ROC
ijk
表示机型为i，方向为j，时段为k爬升率的值；
[0018]步骤2
‑
3：得到不同机型在不同方向不同时段的爬升率范围，表示为：
[0019][mean_ROC
ijk
‑
st_ROC
ijk
,mean_ROC
ijk
+st_ROC
ijk
]。
[0020]步骤3包括：
[0021]步骤3
‑
1：管制员输入管制扇区空域的范围限制，包括扇区的编号、长、宽、高
[0022]步骤3
‑
2：根据步骤3
‑
1的输入，基于集合交集计算方法，计算管制扇区空间区域与管制扇区移交协议的限制区域的重叠区域，计算得到的交集记为Q
CFL
；
[0023]步骤3
‑
3：根据高度层的设置规则(东单西双，300米一个高度层)，在交集Q
CFL
中选取进扇区的指令高度集合CFL_set_in和出扇区的指令高度集合CFL_set_out，表示如下：
[0024]CFL_set_in＝{in_CFL
ijk
|in_CFL
ijk
满足扇区空域限制以及进扇区移交协议限制}
[0025]CFL_set_out＝{out_CFL
ijk
|out_CFL
ijk
满足扇区空域限制以及出扇区移交协议限制}
[0026]其中，in_CFL
ijk
表示机型为i，方向为j，时段为k，且在交集Q
CFL
中根据高度层的设置规则选取的进扇区的指令高度，所有的指令高度in_CFL
ijk
组成进扇区的指令高度集合CFL_set_in；out_CFL
ijk
表示机型为i，方向为j，时段为k，且在交集Q
CFL
中根据高度层的设置规则选取的出扇区的指令高度，所有的指令高度out_CFL
ijk
组成进扇区的指令高度集合CFL_set_out。
[0027]步骤4包括：为推算飞行高度剖面，通过如下公式计算航空器爬升率或下降率：
[0028][0029]其中，ROCD表示航空器爬升率或下降率，T表示大气温度，单位为K；ΔT表示温度差，单位为K；V
TAS
表示真空速，由地速和风速的差可以获得；m表示航空器质量；g0＝9.80665m/s2表示重力加速度。f{M}表示能量分享因子，表示在沿着固定的速度剖面爬升过程中，分配给爬升的能量与分配给加速的能量的比值。
[0030]步骤4中，按照BADA用户手册中提供的不同爬升段的能量分享因子的计算公式，分别计算能量分享因子，具体包括：
[0031]步骤4
‑
1，根据BADA用户手册，计算加速爬升段的能量分享因子；
[0032]步骤4
‑
2，根据BADA用户手册，计算等表速爬升段的能量分享因子；
[0033]步骤4
‑
3，根据BADA用户手册，计算等马赫爬升段的能量分享因子。
[0034]步骤5包括：根据爬升率或下降率计算高度增量，计算公式如下：
[0035]Δh＝ROCD
·
Δt
[0036]式中，Δt是系统计算采样时间周期；
[0037]根据航空器当前高度、进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合，根据步骤4爬升率计算公式，基于高度增量，计算得到航空器可能的高度飞行剖面集合Tr
ijk
。
[0038]步骤6包括：
[0039]步骤6
‑
1：根据航空器当前的运行状态，具体包括通过雷达获取的当前的位置、速度信息，推算未来一段时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不确定爬升率的航空器指令高度规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取飞行计划信息中的航空器的关键航路点、经过的扇区编号、进出扇区的高度限制、速度限制；获取指定扇区的航空器的雷达航迹历史数据；步骤2，通过统计分析的方法，得到不同机型在不同方向、不同时段的历史爬升率的均值和方差，以均值和方差得到不同机型在不同方向不同时段的爬升率范围；步骤3，根据扇区空域的限制以及扇区移交协议中移交点的限制信息，选取能够用于指令高度设置的值，包括进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合；步骤4：计算航空器爬升率和下降率；步骤5：基于航空器爬升率和下降率，根据航空器当前高度、进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合，得到航空器可能的高度飞行剖面集合Tr
ijk
；步骤6：计算扇区内各航空器潜在的运动区域，进行冲突探测识别；根据冲突探测识别结果，基于冲突发生的概率对进扇区的指令高度集合和出扇区的指令高度集合进行分类；步骤7：针对存在潜在冲突风险指令高度的值，基于调整高度、偏航和调整速度进行冲突解脱；步骤8，重复步骤1～步骤7，直至管制扇区内各航空器具有无冲突的指令高度值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2
‑
1：对获取的一段时间内的航空器雷达航迹历史数据按照航空器类型、经过的扇区、不同时间段以及不同的飞行方向进行爬升率数据分类；步骤2
‑
2：设样本数量为N，计算不同机型在不同方向、不同时段的历史爬升率的均值mean_ROC
ijk
和方差st_ROC
ijk
：：式中，ROC
ijk
表示机型为i，方向为j，时段为k爬升率的值；步骤2
‑
3：得到不同机型在不同方向不同时段的爬升率范围，表示为：[mean_ROC
ijk
‑
st_ROC
ijk
,mean_ROC
ijk
+st_ROC
ijk
]。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3
‑
1：输入管制扇区空域的范围限制，包括扇区的编号、长、宽、高步骤3
‑
2：根据步骤3
‑
1的输入，基于集合交集计算方法，计算管制扇区空间区域与管制扇区移交协议的限制区域的重叠区域，计算得到的交集记为Q
CFL
；步骤3
‑
3：根据高度层的设置规则，在交集Q
CFL
中选取进扇区的指令高度集合CFL_set_in和出扇区的指令高度集合CFL_set_out，表示如下：CFL_set_in＝{in_CFL
ijk
|in_CFL
ijk
满足扇区空域限制以及进扇区移交协议限制}CFL_set_out＝{out_CFL
ijk
|out_CFL
ijk
满足扇区空域限制以及出扇区移交协议限制}其中，in_CFL
ijk
表示机型为i，方向为j，时段为k，且在交集Q
CFL
中根据高度层的设置规则选取的进扇区的指令高度，所有的指令高度in_CFL
ijk
组成进扇区的指令高度集合CFL_
set_in；out_CFL
ijk
表示机型为i，方向为j，时段为k，且在交集Q
CFL
中根据高度层的设置规则选取的出扇区的指令高度，所有的指令高度out_CFL
ijk
组成进扇区的指令高度集合CFL_set_out。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤4包括：通过如下公式计算航空器爬升率或下降率：其中，ROCD表示航空器爬升率或下降率，T表示大气温度；ΔT表示温度差；V
TAS
表示真空速；m表示航空器质量；g0表示重力加速度；f{M}表示能量分享因子。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4中，按照BADA用户手册中提供的不同爬升段的能量分享因子的计算公式，分别计算能量分享因子，具体包括：步骤4
‑
1，根据B...

【专利技术属性】
技术研发人员：马龙彪，田云钢，张阳，丁辉，张明伟，肖英超，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：