基于四维航迹运行的大型客机飞行引导技术

李广文博士，主要从事飞行控制理论及工程应用、飞行管理技术等方面的研究和教学工作，发表论文40余篇，参编专著3部、教材2部；主持工业和信息化部民机专项项目2项、航空科学基金3项，主持横向课题10余项。作为控制系统负责人设计完成HXZ小型舰载无人ji飞行管理及自动控制系统，作为主要技术骨干参加了侦察机、电子干rao机、反潜机、运九运输机、预警机等多型特种飞机和AG600水陆两栖飞机自动飞行控制系统的设计工作，在大型飞机自动飞行控制系统、飞行管理系统引导技术研究方面具有丰富的工作经验。

第1章绪论1
1.1飞行管理系统1
1.2基于航迹的运行模式2
1.2.1概述3
1.2.2研究进展5
1.3基于四维航迹运行的飞行管理系统需求分析8
1.4基于四维航迹运行的飞行引导技术10
1.4.1基于四维航迹运行的飞行引导关键技术11
1.4.2基于四维航迹运行的飞行引导系统架构12
第2章地球模型及引导参数计算14
2.1概述14
2.2导航坐标系的建立和引导参数的计算14
2.3大圆航线及其引导参数的计算16
2.3.1大圆航线应飞航向（真航向）17
2.3.2大圆航线侧偏距计算18
2.3.3大圆航程计算18
2.3.4大圆航线的正解19
2.3.5大圆航线的反解19
2.4等角航线及其引导参数的计算20
2.4.1等角航线的正解21
2.4.2等角航线的反解22
2.4.3等角航线侧偏距的计算23
2.5平面直角坐标系及其引导参数的计算24
2.5.1经度和纬度方程24
2.5.2平面直角坐标系中某一点的经度和纬度推算25
2.5.3平面直角坐标系中的侧偏距计算26
本章小结26
第3章飞行计划航段的解析和过渡路径的构建27
3.1概述27
3.2ARINC424中的飞行计划简介27
3.3ARINC424中的飞行计划编码和存储方式28
3.4ARINC424中的各个航段的定义、所需数据和解析算法31
3.4.1AF航段31
3.4.2CA航段32
3.4.3CD航段33
3.4.4CF航段34
3.4.5CI航段35
3.4.6CR航段35
3.4.7DF航段36
3.4.8FA航段37
3.4.9FC航段37
3.4.10FD航段38
3.4.11FM航段38
3.4.12HX航段39
3.4.13IF航段41
3.4.14PI航段41
3.4.15RF航段43
3.4.16TF航段43
3.4.17VA航段43
3.4.18VI航段44
3.4.19VM航段44
3.4.20VR航段44
3.5ARINC424中的各个航段的过渡路径构建45
3.5.1切线过渡45
3.5.245°截获过渡49
3.5.3方位截获过渡51
3.5.4直飞过渡52
3.5.5进入等待过渡55
3.5.6圆弧截获过渡59
3.6ARINC424中的各个航段过渡时存在的特殊情况62
3.7ARINC424中的各个航段的过渡路径63
本章小结65
第4章基于航迹运行的四维航迹规划66
4.1概述66
4.2四维航迹的关键概念及内容66
4.3四维航迹规划中的约束条件和影响因素67
4.3.1性能限zhi67
4.3.2空管要求68
4.3.3气象条件的影响68
4.3.4性能优化指标的选择68
4.4性能数据库的建立69
4.4.1基本飞行性能数据库的建立69
4.4.2运行性能数据库的建立71
4.5四维航迹参数预测75
4.5.1地速75
4.5.2估计到达时间76
4.5.3燃油余量76
4.6四维航迹规划和RTA分配76
4.6.1水平航迹规划77
4.6.2基于性能优化指标的航迹垂直剖面规划84
4.6.3基于航迹运行的四维航迹RTA分配86
4.7仿真算例86
本章小结90
第5章四维航迹各个航路点的RTA分配91
5.1概述91
5.2空间气象网格数据预报和更新修正91
5.2.1基于空间气象网格数据的航路气象预报92
5.2.2基于多元回归方法和机载气象雷达数据的气象数据更新93
5.2.3气象预报值和气象回归预测值仿真结果对比95
5.3基于伪航路点法的ETA计算97
5.3.1基于伪航路点法的风场信息细化97
5.3.2ETA计算98
5.4四维航迹RTA序列初始分配101
5.4.1四维航迹RTA序列初始分配流程101
5.4.2四维航迹RTA序列初始分配仿真算例103
5.5基于约束管理和松弛的四维航迹RTA序列重分配105
5.5.1四维航迹RTA序列与飞机ETA预测的冲突分析106
5.5.2四维航迹RTA序列重分配问题描述和建模107
5.5.3基于内点法的四维航迹RTA序列重分配方法110
5.5.4四维航迹RTA序列重分配仿真算例112
5.5.5四维航迹RTA序列重分配算法的局限性113
本章小结113
第6章四维航迹冲突探测与消解114
6.1概述114
6.2四维航迹冲突探测114
6.2.1四维航迹冲突探测的假设条件114
6.2.2改进型Paielli法的流程和算法117
6.2.3四维航迹冲突探测仿真算例125
6.2.4航迹航向变化的冲突探测方法127
6.2.5航迹航向变化的冲突探测仿真算例128
6.2.6根据冲突概率确定冲突区130
6.3基于机动消解模式的航迹冲突消解路径遗传算法131
6.3.1机动消解模式和适应度函数的定义131
6.3.2机动消解模式的选择策略135
6.3.3基于遗传算法的冲突消解136
6.3.4冲突消解流程139
6.3.5冲突消解仿真算例141
本章小结143
第7章四维航迹飞行误差估计和误差管理策略研究144
7.1概述144
7.2四维航迹飞行误差的定义和RNP/ANP的定义144
7.2.1水平位置误差144
7.2.2垂直位置误差145
7.2.3时间误差146
7.2.4RNP/ANP的定义148
7.3基于多源信息融合算法的飞行位置误差估计149
7.3.1常用导航传感器的精度和组合方式149
7.3.2基于扩展卡尔曼滤波器的组合导航性能评估151
7.3.3基于扩展卡尔曼滤波器的组合导航误差估计仿真算例154
7.4航迹跟踪误差估计156
7.4.1飞机飞行动力学和运动学模型158
7.4.2自动飞行控制系统架构及控制律设计159
7.4.3风场模型162
7.4.4舵回路模型164
7.4.5航迹跟踪误差估计仿真算例165
7.5ETA误差估计167
7.5.1飞机性能限zhi168
7.5.2飞行时间误差估计仿真算例169
7.6误差管理策略研究175
7.6.1虚警率、漏警率和误差阈值的关系175
7.6.2误差管理阈值的确定方法176
7.6.3误差阈值设置算例177
本章小结177
第8章基于四维航迹运行的推力管理系统需求分析及架构设计178
8.1概述178
8.2基于四维航迹运行的推力管理系统需求分析178
8.2.1基于四维航迹运行的起飞段推力管理系统需求分析178
8.2.2基于四维航迹运行的爬升段推力管理需求分析180
8.2.3基于四维航迹运行的巡航段推力管理系统需求分析181
8.3基于四维航迹运行的推力管理系统架构设计183
8.4基于四维航迹运行的推力管理系统功能实现187
8.4.1基于四维航迹运行的飞行剖面规划187
8.4.2基于四维航迹运行的推力指引值计算199
8.4.3基于四维航迹运行的推力边界值计算202
8.4.4推力等级设定204
8.5基于四维航迹运行的推力管理系统功能转换逻辑207
8.5.1起飞段的推力管理系统功能转换逻辑208
8.5.2爬升段的推力管理系统功能转换逻辑209
8.5.3巡航段的推力管理系统功能转换逻辑211
8.5.4下降段的推力管理系统功能转换逻辑213
本章小结213
第9章基于四维航迹运行的飞行引导指令计算214
9.1概述214
9.2优化水平航段过渡路径214
9.3优化水平引导截获路径217
9.4基于性能模式优化垂直剖面218
9.5处理高度限zhi和速度限zhi221
9.6考虑气象因素时的ETA估算224
9.7特殊情况下的航迹重规划225
9.7.1飞行途中遭遇恶劣天气225
9.7.2飞行途中遭遇航迹冲突226
9.8飞行引导过程中的模式管理227
9.9飞行引导指令计算230
9.9.1直线航段滚转角指令计算231
9.9.2圆弧航段滚转角指令计算231
9.9.3航迹目标高度指令计算232
9.9.4目标垂直速率指令计算232
9.9.5目标速度指令计算232
本章小结233
第10章飞行管理着陆系统进近引导技术234
10.1概述234
10.2FLS进近引导技术简介234
10.3FLS进近引导功能架构设计和关键技术235
10.3.1FLS进近引导功能架构235
10.3.2FLS进近引导过程236
10.3.3FLS进近引导过程的影响因素及关键技术分析238
10.4基于导航传感器完好性的FLS进近能力判断242
10.4.1FLS进近能力判断原理242
10.4.2基于卡尔曼滤波器残差的FLS进近能力判断244
10.4.3基于故障允许时间和阈值xianzhi的FLS进近能力判断251
10.5FLS进近引导模式判断及转换逻辑254
10.5.1FLS进近引导模式254
10.5.2FLS进近引导模式的预位/截获/接通/断开条件255
10.5.3不同进近方式下FLS进近引导模式转换逻辑262
10.5.4不同进近方式下FLS进近引导模式的显示265
10.5.5FLS进近引导过程的信息显示268
10.6基于导航数据库信息的FLS虚拟波束生成271
10.7基于空间几何关系的FLS波束偏差计算278
10.8FLS进近引导指令计算282
本章小结286
第11章基于四维航迹运行的大型客机飞行引导技术仿真验证系统设计287
11.1概述287
11.2仿真验证系统功能需求分析287
11.3仿真验证系统的功能架构289
11.4仿真验证系统的层次结构293
11.5仿真验证系统的任务设计296
11.5.1CDU任务296
11.5.2四维航迹规划和预测任务296
11.5.3精que四维飞行引导任务304
11.5.4飞行仿真任务307
11.6仿真验证系统的网络结构308
11.7仿真验证系统的数据接口309
本章小结309
第12章FLS进近引导技术仿真验证系统310
12.1功能需求分析及总体框架设计310
12.2建模需求分析312
12.2.1所需模型概述312
12.2.2自动飞行控制系统模型314
12.2.3风场模型318
12.2.4机场环境模型319
12.3显示界面设计320
12.4基于蒙特卡洛模型的FLS进近引导技术仿真验证323
12.4.1FLS进近引导效果评估流程324
12.4.2FLS进近引导效果评估指标324
12.4.3FLS进近引导技术仿真场景及参数设置326
12.4.4FLS进近引导律设计326
12.4.5FLS进近引导技术综合仿真验证328
本章小结340
参考文献341