基于随机微分方程的自由飞行下飞行间隔安全评估研究

自由飞行体系中，飞行员可以更加灵活地选择适合的飞行路径和速度，不仅能节约飞行时间、减少燃料消耗，还能因空域的充分利用而获得更大的飞行流量。为保障自由飞行下的飞行安全，需要研究规定飞行间隔是否能达到安全要求以及在给定安全要求下确定安全间隔大小等问题，即要研究自由飞行下的间隔安全评估问题。本项目拟通过分析自由飞行下CNS因素、人为因素和防撞系统等对飞机间相对位置误差的影响，考虑自由飞行下飞行的随机特征，采用基于随机微分方程的建模思想来建立飞行间隔的碰撞风险评估模型，并建立快速算法；同时根据建立的碰撞风险评估模型研究自由飞行下的最小安全间隔计算方法；编制自由飞行下飞行间隔安全评估计算软件用于自由飞行下的间隔安全评估；开发基于Monte Carlo仿真方法的模拟仿真软件用于模拟自由飞行下的飞行。项目成果对我国新一代民航运输系统中的空中交通管理系统建设及运行具有重要的理论指导意义和技术支持。

围绕着自由飞行下安全间隔评估问题，从风险因素及其对飞机定位误差的影响、基于随机微分方程的碰撞风险评估模型及快速算法、自由飞行下计算最小安全间隔的方法、软件开发和其他密切相关或直接相关内容等方面开展了研究取得了一系列有特色的研究成果。在风险因素及其对飞机定位误差的影响方面，主要研究讨论了通信导航监视（CNS）性能（包括ADS-B）、人为因素、防撞系统、风等对定位误差的影响；应用概率论基本原理、模糊数学和随机微分方程等基本理论，使用龙格库塔法、欧拉法和有限元法等快速求解算法，从不同角度，考虑不同影响因素建立数学模型，解决了自由飞行给定安全间隔确定碰撞风险的研究；使用了蒙特卡洛方法、牛顿迭代法和Steffensen迭代法等方法完成了给定安全目标水平下确定最小安全间隔的研究。项目研究成果能够评估实行自由飞行航空器之间的碰撞风险，能够为未来自由飞行运行标准的建立提供理论依据。