一种基于航向变化量最小策略的大型客机水平截获过渡路径构建方法

本发明属于航空，具体涉及一种基于航向变化量最小策略的大型客机水平截获过渡路径构建方法。

背景技术：

1、随着航空技术的进步和民航业的蓬勃发展，高密度、大流量、小间隔的航空运行现状对民用客机的飞行管理系统(flight management system,fms)提出了新的功能要求，如基于航迹运行(trajectory-based operation,tbo)、基于性能导航(performance-basednavigation,pbn)等。基于航迹运行模式要求飞机按既定的飞行计划飞行，但不可避免地，由于气象、交通飞机等因素，飞机在飞行过程中可能会出现偏离计划航迹的情况。因此，如何根据飞机初始位置、初始航向和计划航迹信息构建满足飞机性能约束的水平截获过渡路径是大型客机飞行管理系统必须要具备的功能。

2、本发明就是在此背景下提出的，针对民用客机因气象、交通飞机等原因偏离计划航迹的飞行场景，以乘客舒适度为主要评标指标，从飞行程序设计的角度出发构建水平截获过渡路径，对于完善大型客机飞行管理系统功能，实现满足所需到达时间要求的精确飞行引导具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：

2、为了解决民用客机因恶劣气象、交通飞机等原因偏离计划航迹且需要重新进入计划航迹的问题，本发明提出一种基于航向变化量最小策略的大型客机水平截获过渡路径构建方法。

3、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

4、一种基于航向变化量最小策略的大型客机水平截获过渡路径构建方法，其特征在于，包括：

5、获取飞机初始位置、初始航向和计划航段；所述计划航段由起点、终点和航迹方位角描述；

6、根据飞机初始位置、计划航段计算飞机初始位置到计划航段的第一距离；根据飞机当前地速、最大滚转角计算飞机做圆弧飞行时的最小转弯半径；根据飞机初始航向、计划航段计算飞机初始航向与计划航段的航迹方位角的第一差值；

7、根据飞机初始航向、第一航迹方位角和第二航迹方位角判断飞机初始航向延长线与计划航段是否相交；所述的第一航迹方位角表示从飞机初始位置指向计划航段起点的直线航段的航迹方位角，所述第二航迹方位角表示从飞机初始位置指向计划航段终点的直线航段的航迹方位角；

8、如果不相交，则进一步判断飞机飞行方向的指向：如果是飞机飞向计划航段的终点，则采用s型推测航迹模式构建水平截获过渡路径；如果是飞机飞向计划航段的起点，则根据第一差值的绝对值与180°的差值的绝对值来确定采用半圆弧反向切入模式构建水平截获过渡路径或者反向航线模式构建水平截获过渡路径；

9、如果相交，则进一步判断飞机飞行方向的指向：如果是飞机飞向计划航段的终点，根据第一距离、第一差值和最小转弯半径确定采用s型推测航迹模式构建水平截获过渡路径或者直线航线切入模式构建水平截获过渡路径；如果是飞机飞向计划航段的起点，根据第一距离、第一差值和最小转弯半径确定基线转弯模式构建水平截获过渡路径或者u型推测航迹模式构建水平截获过渡路径。

10、本发明进一步的技术方案：所述根据飞机初始航向、第一航迹方位角和第二航迹方位角判断飞机初始航向延长线与计划航段是否相交，具体为：

11、计算第一航迹方位角和第二航迹方位角的差值的绝对值，如果大于180°，则先将飞机初始航向、第一航迹方位角和第二航迹方位角转换到-180°～180°范围内；之后分别计算第一航迹方位角和第二航迹方位角与飞机初始航向的差值，两个差值相乘如果大于零，则飞机初始航向延长线与计划航段不相交，否则飞机初始航向延长线与计划航段相交。

12、本发明进一步的技术方案：所述如果不相交，则进一步判断飞机飞行方向的指向，具体为：

13、计算飞机初始航向与计划航段的航迹方位角的差的绝对值，如果大于180°，则先将飞机初始航向、计划航段的航迹方位角转换到-180°～180°范围内；之后再次计算飞机初始航向与计划航段的航迹方位角的差的绝对值，如果小于90°，则飞机飞向计划航段的终点，否则，飞机飞向计划航段的起点。

14、本发明进一步的技术方案：所述如果是飞机飞向计划航段的起点，则根据第一差值的绝对值与180°的差值的绝对值来确定采用半圆弧反向切入模式构建水平截获过渡路径或者反向航线模式构建水平截获过渡路径；具体为：

15、如果第一差值的绝对值与180°的差值的绝对值小于设定阈值，则采用半圆弧反向切入模式构建水平截获过渡路径；否则采用反向航线模式构建水平截获过渡路径。

16、本发明进一步的技术方案：所述如果相交，则进一步判断飞机飞行方向的指向；具体为：

17、计算飞机初始航向与计划航段的航迹方位角的差的绝对值，如果大于180°，则先将飞机初始航向、计划航段的航迹方位角转换到-180°～180°范围内；之后再次计算飞机初始航向与计划航段的航迹方位角的差的绝对值，如果小于90°，则飞机飞向计划航段的终点，否则，飞机飞向计划航段的起点。

18、本发明进一步的技术方案：所述如果是飞机飞向计划航段的终点，根据第一距离、第一差值和最小转弯半径确定采用s型推测航迹模式构建水平截获过渡路径或者直线航线切入模式构建水平截获过渡路径；具体为：

19、比较第一距离的绝对值与其中rmin为最小转弯半径，δχ为第一差值；如果第一距离的绝对值小于则采用s型推测航迹模式构建水平截获过渡路径；否则采用直线航线切入模式构建水平截获过渡路径。

20、本发明进一步的技术方案：所述如果是飞机飞向计划航段的起点，根据第一距离、第一差值和最小转弯半径确定基线转弯模式构建水平截获过渡路径或者u型推测航迹模式构建水平截获过渡路径；具体为：

21、比较第一距离的绝对值与dthr1＝rmin·[1+cos||δχ|-180°|]，其中rmin为最小转弯半径，δχ为第一差值；如果第一距离的绝对值小于dthr1＝rmin·[1+cos||δχ|-180°|]，则采用基线转弯模式构建水平截获过渡路径；否则采用u型推测航迹模式构建水平截获过渡路径。

22、一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。

23、一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

24、一种计算机程序，其特征在于包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

25、本发明的有益效果在于：

26、本发明针对民用客机因恶劣气象、交通飞机、地形限制等原因偏离计划航迹且需要重新截获计划航迹这一问题，从飞行程序设计的角度出发，提出了一种基于航向变化量最小策略的水平过渡路径构建方法。一方面，相比较民机标准arinc424-21中提供的直飞过渡、45°截获过渡等过渡方法，本发明适用于更复杂的应用场景，进一步完善了大型客机飞行管理系统的飞行引导功能；另一方面，本发明以航向变化量为评价准则，构建的水平过渡路径更加平滑，充分照顾了民用客机在飞行过程中的乘客舒适度要求。