【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于空中交通管理，具體涉及一種基于四維航跡的可信引導指令生成方法。
技術介紹
1、隨著航空交通量的快速增長，傳統(tǒng)的人工空中交通管理方式已難以滿足高效、安全的需求。因此，民機自主運行模式的提出，旨在通過技術手段提高航空器的自主性、智能性和安全性，以適應未來航空交通的增長。四維航跡技術作為該模式的核心之一，通過在經度、緯度、高度的基礎上引入時間維度，實現(xiàn)了對航空器飛行狀態(tài)的更精準預測和控制。這種技術不僅能夠提高空中交通的可預測性，還能更好地保障飛行安全，減少燃料使用，降低成本，并減少二氧化碳排放。然而，要實現(xiàn)民機自主運行模式下的四維航跡引導，需要解決一系列技術難題。其中，如何基于四維航跡生成可信的飛行引導指令是關鍵之一。傳統(tǒng)的飛行引導指令生成方法往往依賴于人工經驗和規(guī)則，難以適應復雜多變的飛行環(huán)境。因此，需要一種能夠自動、準確地根據(jù)四維航跡信息生成引導指令的方法。基于上述需求，提出了一種民機自主運行模式下基于四維航跡的可信引導指令生成方法。該方法通過四維航跡特征識別、飛行引導指令生成、人機交互優(yōu)化控制持續(xù)為航空器提供針對目標引導航跡的可信引導指令。這種方法不僅提高了飛行引導指令的準確性和可靠性，還降低了空中交通管制員的任務負荷，為民航業(yè)的未來發(fā)展提供了有力支持。
技術實現(xiàn)思路
1、為達到上述目的，本專利技術的技術方案如下：
2、本專利技術公開了一種民機自主運行模式下基于四維航跡的可信引導指令生成方法，解決未來基于自主運行/基于航跡運行模式下飛行員對航空器操作引導問
3、步驟s1，近似擬合求導識別航跡特征
4、步驟s2，基于曲線求導的航跡特征識別
5、步驟s3，人機交互優(yōu)化控制
6、其中步驟s1近似擬合求導識別航跡特征包括兩大主要過程：
7、步驟s1.1，離散航跡點擬合
8、步驟s1.1離散航跡點擬合，主要包括(1)選擇擬合函數(shù)，(2)構建目標函數(shù)，(3)求解擬合參數(shù)，(4)驗證擬合效果。
9、步驟s1.2：基于曲線求導的航跡特征識別
10、步驟s1.2基于曲線求導的航跡特征識別，主要包括(1)一階導數(shù)計算，(2)二階導數(shù)計算，(3)航跡曲率計算。
11、其中步驟s2基于曲線求導的航跡特征識別包括兩大主要過程：
12、步驟s2.1：飛行引導指令格式化編碼
13、步驟2.1中指令格式化編碼形如：
14、指令編碼＝type_code+date_code+time_code+
15、aircraft_callsign_code
16、其中，type_code為指令類型的代碼，如起飛指令為“t”，降落指令為“l(fā)”等。
17、date_code為指令發(fā)布日期的代碼，可以采用年月日的組合形式，如“20241022”。
18、time_code為指令發(fā)布時間的代碼，可以采用時分秒的組合形式，如“143000”。
19、aircraft_callsign_code為航空器呼號的代碼，可以是呼號的縮寫或某種轉換形式。
20、指令格式化代碼示例(基于c語言)：
21、
22、步驟s2.2：四維航跡到指令的轉變計算
23、步驟s2.2四維航跡到指令的轉變計算，主要包括(1)速度調整指令生成，(2)航向調整指令生成，(3)高度調整指令生成
24、其中步驟s3人機交互優(yōu)化控制包括三大主要過程：
25、步驟s3.1：航空器飛行控制模型構建
26、步驟s3.2：飛行員行為模型構建
27、步驟s3.3：人機交互控制優(yōu)化
28、步驟s3.3人機交互控制優(yōu)化，主要包括(1)建立基于狀態(tài)空間的航空器飛行狀態(tài)預測模型(預測器)，(2)建立基于當前飛行狀態(tài)與預測器的航空器控制指令優(yōu)化模型(優(yōu)化器)。
29、相對于現(xiàn)有技術，本專利技術的有益效果為：該方法通過高度智能化的技術手段，極大地提升了民用航空的自主運行能力和飛行安全性，為空中交通管理帶來了革命性的變革。首先，該方法的應用顯著提高了空中交通的流暢性和效率。通過精確的四維航跡規(guī)劃，航空器能夠在預定的時間和空間內高效、準確地完成飛行任務，有效避免了飛行沖突和延誤，提升了整個空中交通系統(tǒng)的運行效率。其次，該方法對于保障飛行安全具有重要意義。基于四維航跡的可信引導指令能夠實時、準確地反映航空器的飛行狀態(tài)，為飛行員和空中交通管制員提供了更為可靠的信息支持，有助于及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的飛行風險，確保飛行安全。此外，該方法還有助于降低航空運營成本和環(huán)境影響。通過優(yōu)化飛行路徑和速度，減少了不必要的燃料消耗和二氧化碳排放，對于推動綠色航空發(fā)展、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標具有重要意義。綜上所述，民機自主運行模式下基于四維航跡的可信引導指令生成方法不僅提升了空中交通管理的智能化水平，也為航空業(yè)的安全、高效、綠色發(fā)展提供了有力支撐，具有廣泛的社會效益和深遠的意義。
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1.一種基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟，
2.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟S1.1離散航跡點擬合包括以下部分，
3.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟S1.2基于曲線求導的航跡特征識別包括以下部分，
4.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟S2.1根據(jù)自主運行/基于航跡運行場景的實際需求，確定需要包含哪些類型的引導指令，設計每種指令的結構，包括指令的基本格式、包含的字段以及字段的排列順序，為每種指令類型分配唯一的編碼，設計指令中各字段的編碼規(guī)則，確保每個字段都能被準確解析，根據(jù)確定的指令類型與結構，對整理后的引導指令進行標準化處理，確保每種指令都符合規(guī)定的格式和結構，并對指令中的關鍵字段進行規(guī)范化處理，進一步使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件存儲系統(tǒng)建立標準管制引導指令庫，將標準化后的引導指令按照編碼規(guī)則存儲到指令庫中，確保每條指令都能被快速檢索和調用。
5.根據(jù)權利要求1所述
6.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟S3.1包括以下步驟，
7.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟S3.2包括以下步驟，
8.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟S3.3包括以下步驟，
9.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟S3.3包括以下步驟，
10.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟3.3還包括將預測器和優(yōu)化器組成基于MPC的航空器可信引導指令生成器，獲取航空器當前飛行狀態(tài)與已規(guī)劃好的四維引導航跡，獲取機載設備提供的航空器當前飛行狀態(tài)，作為優(yōu)化器的輸入狀態(tài)，獲取航空器軌跡規(guī)劃與協(xié)商得到的四維引導航跡結果，作為優(yōu)化器的輸入航跡，將輸入狀態(tài)與輸入航跡輸入航空器可信引導指令生成器，計算得到優(yōu)化結果，將當前航空器飛行狀態(tài)與目標軌跡作為優(yōu)化模型的參數(shù)，基于優(yōu)化模型求解得到當前時刻到未來k-1時刻的航空器最優(yōu)控制方案，將最優(yōu)控制方案中當前時刻的控制變量u(t)作為最終結果輸出，通過映射得到對應的文本指令，作為航空器可信引導指令。
...【技術特征摘要】
1.一種基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟，
2.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟s1.1離散航跡點擬合包括以下部分，
3.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟s1.2基于曲線求導的航跡特征識別包括以下部分，
4.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟s2.1根據(jù)自主運行/基于航跡運行場景的實際需求，確定需要包含哪些類型的引導指令，設計每種指令的結構，包括指令的基本格式、包含的字段以及字段的排列順序，為每種指令類型分配唯一的編碼，設計指令中各字段的編碼規(guī)則，確保每個字段都能被準確解析，根據(jù)確定的指令類型與結構，對整理后的引導指令進行標準化處理，確保每種指令都符合規(guī)定的格式和結構，并對指令中的關鍵字段進行規(guī)范化處理，進一步使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件存儲系統(tǒng)建立標準管制引導指令庫，將標準化后的引導指令按照編碼規(guī)則存儲到指令庫中，確保每條指令都能被快速檢索和調用。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于四維航跡的可信引導指令生成方法，其特征在于，所述步驟s2.2，四維航跡到指令的轉變計算包括，
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：周錦倫，張洪海，寧常遠，石宗北，華明壯，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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