【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航迹预测，特别涉及一种基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法及系统。
技术介绍
1、4d航迹预测是空中交通管理(air traffic management,atm)系统的关键技术，精准的4d航迹预测对于提高空中交通管理效率和确保空中交通安全具有重要意义。依据航空器航迹生成手段的不同，现有的4d航迹预测方法主要有两大类，一类是基于动力学和运动学模型的航迹预测方法，一类是基于曲线插值拟合模型的航迹预测方法；前者的优点是能够体现航空器运动的本质特征，当构建的模型足够精细准确时，预测精度较高，但缺点是需要大量的模型和参数等先验信息支持；后者的优点是不需要大量的物理模型和参数等先验信息，且获得的航迹较为连续平滑，但是缺点是对航空器运动本质特征的体现不足，预测精度依赖于曲线的模型和节点个数等。为此，亟需一种能够不依赖目标模型和参数等先验信息且能够实现航空器运动本质特征的高精度预测手段，以满足空中交通管理系统应用需求。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法及系统，通过等效制导律并基于质心动力学和运动学模型实现航空器航迹预测，在不依赖目标模型和参数等先验信息的条件下来实现体现目标动力学特征本质及较高精度的航空器航迹预测。
2、按照本专利技术所提供的设计方案，一方面，提供一种基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，包含：
3、基于ads-b航迹数据获取航空器速度参数和加速度参数，其中，航迹数据包括航空器大地经纬度、气
4、依据航空器速度参数、加速度参数及等效制导参数并结合航迹坐标系中质心动力学方程获取航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系，其中，等效制导参数包括航空器发动机推力、迎角和滚转角，等效制导律为航空器等效制导参数随时间变化的质心运动曲线；
5、利用航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系对航空器目标时刻等效制导参数对应的4d航迹进行预测并输出。
6、作为本专利技术基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，进一步地，基于ads-b航迹数据获取航空器速度参数和加速度参数，包含：
7、首先，将大地经纬度和气压高度转换至地固系坐标，并基于地固系坐标与球坐标之间的转换关系获取地心距和地心经纬度；
8、接着，依据地心距和地心经纬度获取航空器位置参数，并根据地速大小和高度变化率得到速度参数；
9、然后，获取速度参数随时间变化的数据序列，并利用样条插值法构建速度参数的插值模型；
10、最后，基于插值模型对数据序列的时间一阶导数进行插值，获取对应时刻的加速度参数。
11、作为本专利技术基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，进一步地，利用样条插值法构建速度参数的插值模型，包含：
12、利用三次样条插值函数将速度参数分割为若干段区间，每段构造一个三次函数，且每段三次函数的衔接处圆滑衔接，其中，圆滑衔接包括：每段区间端点处的三次函数的0阶导数、一阶导数及二阶导数呈连续状态。
13、作为本专利技术基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，进一步地，依据航空器速度参数、加速度参数及等效制导参数并结合航迹坐标系中质心动力学方程获取航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系，包含：
14、首先，基于航空器速度参数、加速度参数、等效制导参数、航空器质量、升力、大气阻力、地球自传角速度及引力加速度构建航空器在航迹坐标系中的质心动力学方程；
15、接着，通过将地球自传角速度设置为0来简化质心动力学方程；设定空中目标气动系数满足抛物线阻力极线，并依据升力系数和阻力系数构建气动系数模型；
16、然后，基于气动系数模型对简化后的质心动力学方程进行优化，并通过对优化后的质心动力学方程进行求解来获取航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系。
17、作为本专利技术基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，进一步地，气动系数模型表示为：其中，cl为升力系数，cd为阻力系数，cd0、k均为气动系数，α为航空器迎角。
18、作为本专利技术基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，进一步地，基于气动系数模型对简化后的质心动力学方程进行优化，包含：
19、获取大气密度、航空器机翼参考面积及速度大小，并结合气动系数模型中升力系数和阻力系数来表示质心动力学方程中的升力和大气阻力。
20、作为本专利技术基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，进一步地，对优化后的质心动力学方程进行求解，包含：
21、首先，根据航空器速度参数、加速度参数和等效制导参数，并利用航空器定直平飞状态对未知模型参数进行估算，其中，未知模型参数包括：航空器质量、航空器机翼参考面积及气动系数；
22、然后，利用航空器发动机推力的预设推理公式对估算的未知模型参数进行验证，基于验证结果获取预期的未知模型参数估算结果，以基于该估算结果建立航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系。
23、进一步地，本专利技术还提供一种基于等效制导律的航空器4d航迹预测系统，包含：运动数据获取模块、映射关系构建模块和航迹预测输出模块，其中，
24、运动数据获取模块，用于基于ads-b航迹数据获取航空器速度参数和加速度参数，其中，航迹数据包括航空器大地经纬度、气压高度、地速大小、高度变化率和航向角，速度参数包括速度大小、速度倾角和航向角，加速度参数包括速度变化率、速度倾角变化率和航向角变化率；
25、映射关系构建模块，用于依据航空器速度参数、加速度参数及等效制导参数并结合航迹坐标系中质心动力学方程获取航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系，其中，等效制导参数包括航空器发动机推力、迎角和滚转角，等效制导律为航空器等效制导参数随时间变化的质心运动曲线；
26、航迹预测输出模块，用于利用航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系对航空器目标时刻等效制导参数对应的4d航迹进行预测并输出。
27、本专利技术的有益效果：
28、本专利技术基于ads-b航迹数据并利用样条插值方法获得位置参数、速度参数以及加速度参数；通过构建航迹坐标系下航空器的基于等效制导律的简化质心动力学方程来获取航迹数据与等效制导律的非线性映射关系，并利用数值方法如牛顿迭代等求解，得到等效制导律；将当前的等效制导律参数代入基于等效制导律的简化质心动力学方程，进行数值积分来实现航空器的4d航迹预测。基于动力学和运动学模型并利用等效制导律，在不依赖目标模型和参数等先验信息的条件下，实现对目标动力学特征本质的体现和较高精度的航迹预测，且能够适用于非合作航空器的航迹预测，具有较好的应用价值。
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1.一种基于等效制导律的航空器4D航迹预测方法，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的基于等效制导律的航空器4D航迹预测方法，其特征在于，基于ADS-B航迹数据获取航空器速度参数和加速度参数，包含：
3.根据权利要求2所述的基于等效制导律的航空器4D航迹预测方法，其特征在于，利用样条插值法构建速度参数的插值模型，包含：
4.根据权利要求1所述的基于等效制导律的航空器4D航迹预测方法，其特征在于，依据航空器速度参数、加速度参数及等效制导参数并结合航迹坐标系中质心动力学方程获取航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系，包含：
5.根据权利要求4所述的基于等效制导律的航空器4D航迹预测方法，其特征在于，气动系数模型表示为：其中，CL为升力系数，CD为阻力系数，CD0、K均为气动系数，α为航空器迎角。
6.根据权利要求4或5所述的基于等效制导律的航空器4D航迹预测方法，其特征在于，基于气动系数模型对简化后的质心动力学方程进行优化，包含：
7.根据权利要求6所述的基于等效制导律的航空器4D航迹预测方法，其特
8.一种基于等效制导律的航空器4D航迹预测系统，其特征在于，包含：运动数据获取模块、映射关系构建模块和航迹预测输出模块，其中，
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，其特征在于，基于ads-b航迹数据获取航空器速度参数和加速度参数，包含：
3.根据权利要求2所述的基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，其特征在于，利用样条插值法构建速度参数的插值模型，包含：
4.根据权利要求1所述的基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，其特征在于，依据航空器速度参数、加速度参数及等效制导参数并结合航迹坐标系中质心动力学方程获取航空器航迹数据与等效制导律之间的非线性映射关系，包含：
5.根据权利要求4所述的基于等效制导律的航空器4d航迹预测方法，其特征在于，气动系数模型表示为：其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴楠，王建涛，吴锦杰，白显宗，明光照，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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