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基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術 版權信息
- ISBN：9787121447570
- 條形碼：9787121447570 ; 978-7-121-44757-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術 本書特色
結合仿真算例，全面闡述基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術。 本書可供從事飛行控制、飛行管理、飛行引導技術研究的工程技術人員和相關專業的碩士/博士研究生參考使用。
基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術 內容簡介
本書圍繞四維航跡運行中如何實現精準定時到達這一目標，全面闡述基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術，內容覆蓋飛行計劃航段解析、四維航跡規劃和重規劃、四維航跡飛行誤差估計、基于四維航跡運行的飛行引導指令計算、飛行管理著陸系統（FLS）進近引導等飛行引導全過程。 本書共12 章，主要內容包括飛行計劃航段解析和過渡路徑的構建、基于航跡運行的四維航跡規劃、四維航跡各個航路點的要求到達時間（RTA）分配、四維航跡沖突探測與消解、四維航跡飛行誤差估計和誤差管理策略研究、基于四維航跡運行的推力管理系統需求分析及架構設計、基于四維航跡運行的飛行引導指令計算、飛行管理著陸系統進近引導技術等飛行管理和飛行引導技術領域的前沿問題，對新一代飛行管理系統的研究具有參考價值。讀者若要查詢本書各章相關彩色插圖，尤其是仿真結果彩色插圖，可登錄華信教育資源網（http://www.hxedu.com.cn）下載素材。 本書是作者團隊10 年來從事飛行管理系統和飛行引導技術研究工作的總結，書中所闡述的理論方法基本上是經過預研項目和實際工程型號驗證的，具有重要的理論意義和工程應用價值。本書可供從事飛行控制、飛行管理、飛行引導技術研究的工程技術人員和相關專業的碩士/博士研究生參考使用。
基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術 目錄
目 錄
第1 章 緒論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．1 飛行管理系統 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．2 基于航跡的運行模式 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．2
1．2．1 概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．3
1．2．2 研究進展 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．5
1．3 基于四維航跡運行的飛行管理系統需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．8
1．4 基于四維航跡運行的飛行引導技術 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．10
1．4．1 基于四維航跡運行的飛行引導關鍵技術 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．11
1．4．2 基于四維航跡運行的飛行引導系統架構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．12
第2 章 地球模型及引導參數計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．14
2．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．14
2．2 導航坐標系的建立和引導參數的計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．14
2．3 大圓航線及其引導參數的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．16
2．3．1 大圓航線應飛航向（真航向） ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．17
2．3．2 大圓航線側偏距計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．18
2．3．3 大圓航程計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．18
2．3．4 大圓航線的正解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．19
2．3．5 大圓航線的反解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．19
2．4 等角航線及其引導參數的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．20
2．4．1 等角航線的正解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．21
2．4．2 等角航線的反解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．22
2．4．3 等角航線側偏距的計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．23
2．5 平面直角坐標系及其引導參數的計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．5．1 經度和緯度方程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．5．2 平面直角坐標系中某一點的經度和緯度推算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．25
2．5．3 平面直角坐標系中的側偏距計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．26
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．26
第3 章 飛行計劃航段的解析和過渡路徑的構建 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．27
3．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．27
3．2 ARINC 424 中的飛行計劃簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．27
3．3 ARINC 424 中的飛行計劃編碼和存儲方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．28
3．4 ARINC 424 中的各個航段的定義、所需數據和解析算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．4．1 AF 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．4．2 CA 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．32
3．4．3 CD 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．33
3．4．4 CF 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．34
3．4．5 CI 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．35
3．4．6 CR 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．35
3．4．7 DF 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．36
3．4．8 FA 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．37
3．4．9 FC 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．37
3．4．10 FD 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．38
3．4．11 FM 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．38
3．4．12 HX 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．39
3．4．13 IF 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．41
3．4．14 PI 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．41
3．4．15 RF 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．43
3．4．16 TF 航段??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．43
3．4．17 VA 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．43
3．4．18 VI 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．44
3．4．19 VM 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．44
3．4．20 VR 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．44
3．5 ARINC 424 中的各個航段的過渡路徑構建 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．45
3．5．1 切線過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．45
3．5．2 45°截獲過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．49
3．5．3 方位截獲過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．51
3．5．4 直飛過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．52
3．5．5 進入等待過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．55
3．5．6 圓弧截獲過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．59
3．6 ARINC 424 中的各個航段過渡時存在的特殊情況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．62
3．7 ARINC 424 中的各個航段的過渡路徑 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．63
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．65
第4 章 基于航跡運行的四維航跡規劃 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．66
4．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．66
4．2 四維航跡的關鍵概念及內容 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．66
4．3 四維航跡規劃中的約束條件和影響因素 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．67
4．3．1 性能限制 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．67
4．3．2 空管要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．68
4．3．3 氣象條件的影響 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．68
4．3．4 性能優化指標的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．68
4．4 性能數據庫的建立 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．69
4．4．1 基本飛行性能數據庫的建立 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．69
4．4．2 運行性能數據庫的建立 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．71
4．5 四維航跡參數預測 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．75
4．5．1 地速 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．75
4．5．2 估計到達時間 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．76
4．5．3 燃油余量 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．76
4．6 四維航跡規劃和RTA 分配 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．76
4．6．1 水平航跡規劃 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．77
4．6．2 基于性能優化指標的航跡垂直剖面規劃 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．84
4．6．3 基于航跡運行的四維航跡RTA 分配 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．86
4．7 仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．86
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．90
第5 章 四維航跡各個航路點的RTA 分配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．91
5．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．91
5．2 空間氣象網格數據預報和更新修正 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．91
5．2．1 基于空間氣象網格數據的航路氣象預報 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．92
5．2．2 基于多元回歸方法和機載氣象雷達數據的氣象數據更新 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????．93
5．2．3 氣象預報值和氣象回歸預測值仿真結果對比 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．95
5．3 基于偽航路點法的ETA 計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．97
5．3．1 基于偽航路點法的風場信息細化 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．97
5．3．2 ETA 計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．98
5．4 四維航跡RTA 序列初始分配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．101
5．4．1 四維航跡RTA 序列初始分配流程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．101
5．4．2 四維航跡RTA 序列初始分配仿真算例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．103
5．5 基于約束管理和松弛的四維航跡RTA 序列重分配 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．105
5．5．1 四維航跡RTA 序列與飛機ETA 預測的沖突分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．106
5．5．2 四維航跡RTA 序列重分配問題描述和建模 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．107
5．5．3 基于內點法的四維航跡RTA 序列重分配方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．110
5．5．4 四維航跡RTA 序列重分配仿真算例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．112
5．5．5 四維航跡RTA 序列重分配算法的局限性 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．113
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．113
第6 章 四維航跡沖突探測與消解 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
6．1 概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
6．2 四維航跡沖突探測 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
6．2．1 四維航跡沖突探測的假設條件 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
6．2．2 改進型Paielli 法的流程和算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．117
6．2．3 四維航跡沖突探測仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．125
6．2．4 航跡航向變化的沖突探測方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．127
6．2．5 航跡航向變化的沖突探測仿真算例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．128
6．2．6 根據沖突概率確定沖突區 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．130
6．3 基于機動消解模式的航跡沖突消解路徑遺傳算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
6．3．1 機動消解模式和適應度函數的定義 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
6．3．2 機動消解模式的選擇策略 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．135
6．3．3 基于遺傳算法的沖突消解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．136
6．3．4 沖突消解流程 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．139
6．3．5 沖突消解仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．141
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．143
第7 章 四維航跡飛行誤差估計和誤差管理策略研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
7．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
7．2 四維航跡飛行誤差的定義和RNP/ANP 的定義 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
7．2．1 水平位置誤差 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
7．2．2 垂直位置誤差 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．145
7．2．3 時間誤差 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．146
7．2．4 RNP/ANP 的定義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．148
7．3 基于多源信息融合算法的飛行位置誤差估計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．149
7．3．1 常用導航傳感器的精度和組合方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．149
7．3．2 基于擴展卡爾曼濾波器的組合導航性能評估 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．151
7．3．3 基于擴展卡爾曼濾波器的組合導航誤差估計仿真算例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????．154
7．4 航跡跟蹤誤差估計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
7．4．1 飛機飛行動力學和運動學模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．158
7．4．2 自動飛行控制系統架構及控制律設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．159
7．4．3 風場模型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．162
7．4．4 舵回路模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．164
7．4．5 航跡跟蹤誤差估計仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．165
7．5 ETA 誤差估計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．167
7．5．1 飛機性能限制 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．168
7．5．2 飛行時間誤差估計仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．169
7．6 誤差管理策略研究 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．175
7．6．1 虛警率、漏警率和誤差閾值的關系 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．175
7．6．2 誤差管理閾值的確定方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．176
7．6．3 誤差閾值設置算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．177
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．177
第8 章 基于四維航跡運行的推力管理系統需求分析及架構設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????．178
8．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．178
8．2 基于四維航跡運行的推力管理系統需求分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．178
8．2．1 基于四維航跡運行的起飛段推力管理系統需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．178
8．2．2 基于四維航跡運行的爬升段推力管理需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．180
8．2．3 基于四維航跡運行的巡航段推力管理系統需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．181
8．3 基于四維航跡運行的推力管理系統架構設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．183
8．4 基于四維航跡運行的推力管理系統功能實現 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．187
8．4．1 基于四維航跡運行的飛行剖面規劃 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．187
8．4．2 基于四維航跡運行的推力指引值計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．199
8．4．3 基于四維航跡運行的推力邊界值計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．202
8．4．4 推力等級設定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．204
8．5 基于四維航跡運行的推力管理系統功能轉換邏輯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．207
8．5．1 起飛段的推力管理系統功能轉換邏輯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．208
8．5．2 爬升段的推力管理系統功能轉換邏輯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．209
8．5．3 巡航段的推力管理系統功能轉換邏輯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．211
8．5．4 下降段的推力管理系統功能轉換邏輯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．213
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．213
第9 章 基于四維航跡運行的飛行引導指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
9．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
9．2 優化水平航段過渡路徑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
9．3 優化水平引導截獲路徑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．217
9．4 基于性能模式優化垂直剖面 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．218
9．5 處理高度限制和速度限制 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．221
9．6 考慮氣象因素時的ETA 估算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．224
9．7 特殊情況下的航跡重規劃 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．225
9．7．1 飛行途中遭遇惡劣天氣 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．225
9．7．2 飛行途中遭遇航跡沖突 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．226
9．8 飛行引導過程中的模式管理 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．227
9．9 飛行引導指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．230
9．9．1 直線航段滾轉角指令計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．231
9．9．2 圓弧航段滾轉角指令計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．231
9．9．3 航跡目標高度指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
9．9．4 目標垂直速率指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
9．9．5 目標速度指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．233
第10 章 飛行管理著陸系統進近引導技術 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．234
10．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．234
10．2 FLS 進近引導技術簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．234
10．3 FLS 進近引導功能架構設計和關鍵技術 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．235
10．3．1 FLS 進近引導功能架構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．235
10．3．2 FLS 進近引導過程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．236
10．3．3 FLS 進近引導過程的影響因素及關鍵技術分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．238
10．4 基于導航傳感器完好性的FLS 進近能力判斷??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．242
10．4．1 FLS 進近能力判斷原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．242
10．4．2 基于卡爾曼濾波器殘差的FLS 進近能力判斷 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．244
10．4．3 基于故障允許時間和閾值限制的FLS 進近能力判斷 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．251
10．5 FLS 進近引導模式判斷及轉換邏輯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．254
10．5．1 FLS 進近引導模式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．254
10．5．2 FLS 進近引導模式的預位/截獲/接通/斷開條件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．255
10．5．3 不同進近方式下FLS 進近引導模式轉換邏輯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．262
10．5．4 不同進近方式下FLS 進近引導模式的顯示 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．265
10．5．5 FLS 進近引導過程的信息顯示 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．268
10．6 基于導航數據庫信息的FLS 虛擬波束生成 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．271
10．7 基于空間幾何關系的FLS 波束偏差計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．278
10．8 FLS 進近引導指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．282
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．286
第11 章 基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術仿真驗證系統設計 ??????????????????????????????????????．287
11．1 概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．287
11．2 仿真驗證系統功能需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．287
11．3 仿真驗證系統的功能架構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．289
11．4 仿真驗證系統的層次結構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．293
11．5 仿真驗證系統的任務設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．296
11．5．1 CDU 任務 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．296
11．5．2 四維航跡規劃和預測任務 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．296
11．5．3 精確四維飛行引導任務 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．304
11．5．4 飛行仿真任務 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．307
11．6 仿真驗證系統的網絡結構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．308
11．7 仿真驗證系統的數據接口 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．309
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．309
第12 章 FLS 進近引導技術仿真驗證系統 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．310
12．1 功能需求分析及總體框架設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．310
12．2 建模需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．312
12．2．1 所需模型概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．312
12．2．2 自動飛行控制系統模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．314
12．2．3 風場模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．318
12．2．4 機場環境模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．319
12．3 顯示界面設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．320
12．4 基于蒙特卡洛模型的FLS 進近引導技術仿真驗證 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．323
12．4．1 FLS 進近引導效果評估流程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．324
12．4．2 FLS 進近引導效果評估指標 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．324
12．4．3 FLS 進近引導技術仿真場景及參數設置 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．326
12．4．4 FLS 進近引導律設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．326
12．4．5 FLS 進近引導技術綜合仿真驗證 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．328
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．340
參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．341
第1 章 緒論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．1 飛行管理系統 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．2 基于航跡的運行模式 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．2
1．2．1 概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．3
1．2．2 研究進展 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．5
1．3 基于四維航跡運行的飛行管理系統需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．8
1．4 基于四維航跡運行的飛行引導技術 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．10
1．4．1 基于四維航跡運行的飛行引導關鍵技術 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．11
1．4．2 基于四維航跡運行的飛行引導系統架構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．12
第2 章 地球模型及引導參數計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．14
2．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．14
2．2 導航坐標系的建立和引導參數的計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．14
2．3 大圓航線及其引導參數的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．16
2．3．1 大圓航線應飛航向（真航向） ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．17
2．3．2 大圓航線側偏距計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．18
2．3．3 大圓航程計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．18
2．3．4 大圓航線的正解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．19
2．3．5 大圓航線的反解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．19
2．4 等角航線及其引導參數的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．20
2．4．1 等角航線的正解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．21
2．4．2 等角航線的反解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．22
2．4．3 等角航線側偏距的計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．23
2．5 平面直角坐標系及其引導參數的計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．5．1 經度和緯度方程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．5．2 平面直角坐標系中某一點的經度和緯度推算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．25
2．5．3 平面直角坐標系中的側偏距計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．26
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．26
第3 章 飛行計劃航段的解析和過渡路徑的構建 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．27
3．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．27
3．2 ARINC 424 中的飛行計劃簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．27
3．3 ARINC 424 中的飛行計劃編碼和存儲方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．28
3．4 ARINC 424 中的各個航段的定義、所需數據和解析算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．4．1 AF 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．4．2 CA 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．32
3．4．3 CD 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．33
3．4．4 CF 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．34
3．4．5 CI 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．35
3．4．6 CR 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．35
3．4．7 DF 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．36
3．4．8 FA 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．37
3．4．9 FC 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．37
3．4．10 FD 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．38
3．4．11 FM 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．38
3．4．12 HX 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．39
3．4．13 IF 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．41
3．4．14 PI 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．41
3．4．15 RF 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．43
3．4．16 TF 航段??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．43
3．4．17 VA 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．43
3．4．18 VI 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．44
3．4．19 VM 航段 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．44
3．4．20 VR 航段 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．44
3．5 ARINC 424 中的各個航段的過渡路徑構建 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．45
3．5．1 切線過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．45
3．5．2 45°截獲過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．49
3．5．3 方位截獲過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．51
3．5．4 直飛過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．52
3．5．5 進入等待過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．55
3．5．6 圓弧截獲過渡 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．59
3．6 ARINC 424 中的各個航段過渡時存在的特殊情況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．62
3．7 ARINC 424 中的各個航段的過渡路徑 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．63
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．65
第4 章 基于航跡運行的四維航跡規劃 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．66
4．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．66
4．2 四維航跡的關鍵概念及內容 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．66
4．3 四維航跡規劃中的約束條件和影響因素 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．67
4．3．1 性能限制 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．67
4．3．2 空管要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．68
4．3．3 氣象條件的影響 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．68
4．3．4 性能優化指標的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．68
4．4 性能數據庫的建立 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．69
4．4．1 基本飛行性能數據庫的建立 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．69
4．4．2 運行性能數據庫的建立 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．71
4．5 四維航跡參數預測 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．75
4．5．1 地速 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．75
4．5．2 估計到達時間 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．76
4．5．3 燃油余量 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．76
4．6 四維航跡規劃和RTA 分配 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．76
4．6．1 水平航跡規劃 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．77
4．6．2 基于性能優化指標的航跡垂直剖面規劃 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．84
4．6．3 基于航跡運行的四維航跡RTA 分配 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．86
4．7 仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．86
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．90
第5 章 四維航跡各個航路點的RTA 分配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．91
5．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．91
5．2 空間氣象網格數據預報和更新修正 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．91
5．2．1 基于空間氣象網格數據的航路氣象預報 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．92
5．2．2 基于多元回歸方法和機載氣象雷達數據的氣象數據更新 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????．93
5．2．3 氣象預報值和氣象回歸預測值仿真結果對比 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．95
5．3 基于偽航路點法的ETA 計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．97
5．3．1 基于偽航路點法的風場信息細化 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．97
5．3．2 ETA 計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．98
5．4 四維航跡RTA 序列初始分配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．101
5．4．1 四維航跡RTA 序列初始分配流程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．101
5．4．2 四維航跡RTA 序列初始分配仿真算例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．103
5．5 基于約束管理和松弛的四維航跡RTA 序列重分配 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．105
5．5．1 四維航跡RTA 序列與飛機ETA 預測的沖突分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．106
5．5．2 四維航跡RTA 序列重分配問題描述和建模 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．107
5．5．3 基于內點法的四維航跡RTA 序列重分配方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．110
5．5．4 四維航跡RTA 序列重分配仿真算例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．112
5．5．5 四維航跡RTA 序列重分配算法的局限性 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．113
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．113
第6 章 四維航跡沖突探測與消解 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
6．1 概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
6．2 四維航跡沖突探測 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
6．2．1 四維航跡沖突探測的假設條件 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．114
6．2．2 改進型Paielli 法的流程和算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．117
6．2．3 四維航跡沖突探測仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．125
6．2．4 航跡航向變化的沖突探測方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．127
6．2．5 航跡航向變化的沖突探測仿真算例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．128
6．2．6 根據沖突概率確定沖突區 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．130
6．3 基于機動消解模式的航跡沖突消解路徑遺傳算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
6．3．1 機動消解模式和適應度函數的定義 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
6．3．2 機動消解模式的選擇策略 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．135
6．3．3 基于遺傳算法的沖突消解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．136
6．3．4 沖突消解流程 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．139
6．3．5 沖突消解仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．141
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．143
第7 章 四維航跡飛行誤差估計和誤差管理策略研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
7．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
7．2 四維航跡飛行誤差的定義和RNP/ANP 的定義 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
7．2．1 水平位置誤差 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
7．2．2 垂直位置誤差 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．145
7．2．3 時間誤差 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．146
7．2．4 RNP/ANP 的定義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．148
7．3 基于多源信息融合算法的飛行位置誤差估計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．149
7．3．1 常用導航傳感器的精度和組合方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．149
7．3．2 基于擴展卡爾曼濾波器的組合導航性能評估 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．151
7．3．3 基于擴展卡爾曼濾波器的組合導航誤差估計仿真算例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????．154
7．4 航跡跟蹤誤差估計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
7．4．1 飛機飛行動力學和運動學模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．158
7．4．2 自動飛行控制系統架構及控制律設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．159
7．4．3 風場模型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．162
7．4．4 舵回路模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．164
7．4．5 航跡跟蹤誤差估計仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．165
7．5 ETA 誤差估計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．167
7．5．1 飛機性能限制 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．168
7．5．2 飛行時間誤差估計仿真算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．169
7．6 誤差管理策略研究 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．175
7．6．1 虛警率、漏警率和誤差閾值的關系 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．175
7．6．2 誤差管理閾值的確定方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．176
7．6．3 誤差閾值設置算例 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．177
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．177
第8 章 基于四維航跡運行的推力管理系統需求分析及架構設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????．178
8．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．178
8．2 基于四維航跡運行的推力管理系統需求分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．178
8．2．1 基于四維航跡運行的起飛段推力管理系統需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．178
8．2．2 基于四維航跡運行的爬升段推力管理需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．180
8．2．3 基于四維航跡運行的巡航段推力管理系統需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．181
8．3 基于四維航跡運行的推力管理系統架構設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．183
8．4 基于四維航跡運行的推力管理系統功能實現 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．187
8．4．1 基于四維航跡運行的飛行剖面規劃 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．187
8．4．2 基于四維航跡運行的推力指引值計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．199
8．4．3 基于四維航跡運行的推力邊界值計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．202
8．4．4 推力等級設定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．204
8．5 基于四維航跡運行的推力管理系統功能轉換邏輯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．207
8．5．1 起飛段的推力管理系統功能轉換邏輯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．208
8．5．2 爬升段的推力管理系統功能轉換邏輯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．209
8．5．3 巡航段的推力管理系統功能轉換邏輯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．211
8．5．4 下降段的推力管理系統功能轉換邏輯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．213
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．213
第9 章 基于四維航跡運行的飛行引導指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
9．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
9．2 優化水平航段過渡路徑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
9．3 優化水平引導截獲路徑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．217
9．4 基于性能模式優化垂直剖面 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．218
9．5 處理高度限制和速度限制 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．221
9．6 考慮氣象因素時的ETA 估算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．224
9．7 特殊情況下的航跡重規劃 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．225
9．7．1 飛行途中遭遇惡劣天氣 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．225
9．7．2 飛行途中遭遇航跡沖突 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．226
9．8 飛行引導過程中的模式管理 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．227
9．9 飛行引導指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．230
9．9．1 直線航段滾轉角指令計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．231
9．9．2 圓弧航段滾轉角指令計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．231
9．9．3 航跡目標高度指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
9．9．4 目標垂直速率指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
9．9．5 目標速度指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．233
第10 章 飛行管理著陸系統進近引導技術 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．234
10．1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．234
10．2 FLS 進近引導技術簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．234
10．3 FLS 進近引導功能架構設計和關鍵技術 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．235
10．3．1 FLS 進近引導功能架構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．235
10．3．2 FLS 進近引導過程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．236
10．3．3 FLS 進近引導過程的影響因素及關鍵技術分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．238
10．4 基于導航傳感器完好性的FLS 進近能力判斷??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．242
10．4．1 FLS 進近能力判斷原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．242
10．4．2 基于卡爾曼濾波器殘差的FLS 進近能力判斷 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．244
10．4．3 基于故障允許時間和閾值限制的FLS 進近能力判斷 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．251
10．5 FLS 進近引導模式判斷及轉換邏輯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．254
10．5．1 FLS 進近引導模式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．254
10．5．2 FLS 進近引導模式的預位/截獲/接通/斷開條件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．255
10．5．3 不同進近方式下FLS 進近引導模式轉換邏輯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．262
10．5．4 不同進近方式下FLS 進近引導模式的顯示 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．265
10．5．5 FLS 進近引導過程的信息顯示 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．268
10．6 基于導航數據庫信息的FLS 虛擬波束生成 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．271
10．7 基于空間幾何關系的FLS 波束偏差計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．278
10．8 FLS 進近引導指令計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．282
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．286
第11 章 基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術仿真驗證系統設計 ??????????????????????????????????????．287
11．1 概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．287
11．2 仿真驗證系統功能需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．287
11．3 仿真驗證系統的功能架構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．289
11．4 仿真驗證系統的層次結構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．293
11．5 仿真驗證系統的任務設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．296
11．5．1 CDU 任務 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．296
11．5．2 四維航跡規劃和預測任務 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．296
11．5．3 精確四維飛行引導任務 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．304
11．5．4 飛行仿真任務 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．307
11．6 仿真驗證系統的網絡結構 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．308
11．7 仿真驗證系統的數據接口 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．309
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．309
第12 章 FLS 進近引導技術仿真驗證系統 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．310
12．1 功能需求分析及總體框架設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．310
12．2 建模需求分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．312
12．2．1 所需模型概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．312
12．2．2 自動飛行控制系統模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．314
12．2．3 風場模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．318
12．2．4 機場環境模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．319
12．3 顯示界面設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．320
12．4 基于蒙特卡洛模型的FLS 進近引導技術仿真驗證 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．323
12．4．1 FLS 進近引導效果評估流程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．324
12．4．2 FLS 進近引導效果評估指標 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．324
12．4．3 FLS 進近引導技術仿真場景及參數設置 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．326
12．4．4 FLS 進近引導律設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．326
12．4．5 FLS 進近引導技術綜合仿真驗證 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．328
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．340
參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．341
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基于四維航跡運行的大型客機飛行引導技術 作者簡介
李廣文博士，主要從事飛行控制理論及工程應用、飛行管理技術等方面的研究和教學工作，發表論文40余篇，參編專著3部、教材2部；主持工業和信息化部民機專項項目2項、航空科學基金3項，主持橫向課題10余項。作為控制系統負責人設計完成HXZ小型艦載***飛行管理及自動控制系統，作為主要技術骨干參加了偵察機、電子**機、反潛機、運九運輸機、預警機等多型特種飛機和AG600水陸兩棲飛機自動飛行控制系統的設計工作，在大型飛機自動飛行控制系統、飛行管理系統引導技術研究方面具有豐富的工作經驗。
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