基于导航性能的连续下降进近与性能评估算法研究

Continuous Descent Approach (CDA) Methodology is the advanced landing technology which ICAO and European and American strongly research on at present. The theory and techniques of CDA are studied in this task; the techniques will be involved in searching set of columned gridding. At same time the kernel algorithm of approach tracks are be constructed using the theory and techniques. And then the optimizing methods of 4D trajectory profile are shown with modified terminal area multi-location signals and refresh data domain based on PBN. By the key parameters consistent testing such as the Top of Descend (TOD) etc. , the evaluation algorithm for the CDA trajectory based on PBN is explored. And the optimizing fusion model of optimization descent trajcetory is illustrated with the descent track profile data using PBN. At last, the practicable CDA trajectory creation system and demonstration system is established. The research results can be used as concept foundation of terminal approach landing program designs for the airports applications. The research contents include: the basic concept of CDA and CDA program design algorithm based on PBN; the constructing algorithm for the columned gridding set and columned gridding set searching algorithm for the dynamic CDA routing layout based on PBN; the evaluation algorithm model of the CDA tracks based on PBN; and according to the parameters of the beginning descent points set, area utilizing efficiency, approach time and the flight profile, the terminal area aircrafts descent profile’s optimal trajectory fusion model and fasting 4D descent trajectory optimizing methods based on routing analyzing and control, and so on.

连续下降进近是ICAO和欧美各国重点研究的先进着陆技术。本课题主要研究连续下降进近理论及采用圆柱网格点集搜索等技术的进近航迹构建核心算法，揭示基于PBN的终端区多源定位信号误差修正与更新域的4D航迹剖面优化规律，通过对下降顶点等多关键点参数符合性验证，探索基于性能的连续下降进近航迹的评估算法，并利用PBN导航形成的下降航迹剖面数据阐明最优下降航迹的优化融合算法模型，建立实用的连续下降进近航迹生成与验证演示系统，为应用于大中型机场终端区进近着陆程序设计奠定理论基础。涉及的研究内容包括：基于PBN的连续下降进近的基本原理和程序设计算法；圆柱网格点集的构建算法及基于性能的动态连续下降进近路径规划圆柱网格搜索算法；基于性能的连续下降进近航迹的评估算法模型；根据起始下降点集、空域效率、进近时间和飞行剖面等参量的终端区航空器下降剖面的最佳航迹融合模型和基于路径分析与控制的快速4D下降航迹优化处理方法等

连续下降进近（CDA）或者连续下降运行（CDO）是国际民航推荐的替代传统阶梯式下降方式的新技术，除了具有节省燃油、降低终端区运行噪声和下降时间的优点外，还具有乘客乘坐感觉舒适的特点。目前国际上许多大型民航机场已经开始逐步采用该进近着陆方式，中国民航发布了连续下降最后进近（CDFA）的咨询通告，也开始逐步实施连续下降最后进近程序。.本项目从终端区连续下降进近技术的研究入手，通过对连续下降进近基本概念、飞行程序、运行方式、飞行原理和航迹剖面等方面的研究，给出连续下降进近技术的航迹剖面结构、航迹优化算法以及典型机型的航迹剖面仿真结果及初步的飞行程序设计方法。首先，搭建飞机进近飞行动力学模型构造飞机状态方程组，研究飞行剖面的结构和波尔扎问题建立连续下降进近的波尔扎多相最优控制模型；研究基于对直接配点法中高斯伪谱法的算法，给出连续下降进近波尔扎多相最优控制模型进行离散计算的具体算法模型。以B737-800和B777-300ER两个典型机型为实例，利用GPOPS开源程序包和SNOPT解算器仿真分析连续下降进近-Bolza多相最优控制模型，选取燃油消耗和飞行时间两项飞行性能仿真分析CDA航迹剖面，分别得出两机型的最低燃油消耗、最优下降剖面和最短飞行时间最优下降剖面。.其次，考虑飞机发动机保持的较低推力，并沿着一个固定的下滑角稳定进近模式，缩短在终端区飞行的时间来减少噪声以及污染气体的排放，提出基于进近特征点的CDA进近航迹模型和算法。以B737-800和B777-300ER两个典型机型为实例对此模型用Matlab进行仿真，获得最优下降时间与最优燃油情况对应的最优4D航迹。同时，提出了基于飞机冲突检测及解决方案的、以时间为指标的一种循环CDA技术的评估算法，将融合点模型加入CDA程序中，解决了CDA下降时候的排序问题，为终端区CDA进近程序评估提供了可靠方法。.第三，从基于PBN原理的一般飞行程序设计方法出发，探索基于PBN的连续下降进近飞行程序设计方法，利用龙格-库塔(Runge-Kutta)算法估计耗油量、噪声等参数，并对天津滨海国际机场连续下降运行结果与效率进行了模拟仿真。.第四，研究了终端区基于性能的导航、监视典型设备、北斗系统、MLAT定位精确度等性能、算法优化和GBAS着陆引导系统许可认证、GLS设备终端区选址等因素，形成了优化算法、GDOP评估及应用标准等。