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四维航迹飞行引导技术全面解析
内容简介
本书围绕四维航迹运行中如何实现精准定时到达这一目标，全面阐述基于四维航迹运行的大型客机飞行引导技术，内容覆盖飞行计划航段解析、四维航迹规划和重规划、四维航迹飞行误差估计、基于四维航迹运行的飞行引导指令计算、飞行管理着陆系统（FLS）进近引导等飞行引导全过程。本书共12 章，主要内容包括飞行计划航段解析和过渡路径的构建、基于航迹运行的四维航迹规划、四维航迹各个航路点的要求到达时间（RTA）分配、四维航迹冲突探测与消解、四维航迹飞行误差估计和误差管理策略研究、基于四维航迹运行的推力管理系统需求分析及架构设计、基于四维航迹运行的飞行引导指令计算、飞行管理着陆系统进近引导技术等飞行管理和飞行引导技术领域的前沿问题，对新一代飞行管理系统的研究具有参考价值。读者若要查询本书各章相关彩色插图，尤其是仿真结果彩色插图，可登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）下载素材。本书是作者团队10 年来从事飞行管理系统和飞行引导技术研究工作的总结，书中所阐述的理论方法基本上是经过预研项目和实际工程型号验证的，具有重要的理论意义和工程应用价值。本书可供从事飞行控制、飞行管理、飞行引导技术研究的工程技术人员和相关专业的硕士/博士研究生参考使用。
章节目录
封面
版权信息
内容简介
前 言
缩略语表
第1章 绪 论
1.1 飞行管理系统
1.2 基于航迹的运行模式
1.2.1 概述
1.2.2 研究进展
1.3 基于四维航迹运行的飞行管理系统需求分析
1.4 基于四维航迹运行的飞行引导技术
1.4.1 基于四维航迹运行的飞行引导关键技术
1.4.2 基于四维航迹运行的飞行引导系统架构
第2章 地球模型及引导参数计算
2.1 概 述
2.2 导航坐标系的建立和引导参数的计算
2.3 大圆航线及其引导参数的计算
2.3.1 大圆航线应飞航向（真航向）
2.3.2 大圆航线侧偏距计算
2.3.3 大圆航程计算
2.3.4 大圆航线的正解
2.3.5 大圆航线的反解
2.4 等角航线及其引导参数的计算
2.4.1 等角航线的正解
2.4.2 等角航线的反解
2.4.3 等角航线侧偏距的计算
2.5 平面直角坐标系及其引导参数的计算
2.5.1 经度和纬度方程
2.5.2 平面直角坐标系中某一点的经度和纬度推算
2.5.3 平面直角坐标系中的侧偏距计算
本章小结
第3章 飞行计划航段的解析和过渡路径的构建
3.1 概 述
3.2 ARINC 424中的飞行计划简介
3.3 ARINC 424中的飞行计划编码和存储方式
3.4 ARINC 424中的各个航段的定义、所需数据和解析算法
3.4.1 AF航段
3.4.2 CA航段
3.4.3 CD航段
3.4.4 CF航段
3.4.5 CI航段
3.4.6 CR航段
3.4.7 DF航段
3.4.8 FA航段
3.4.9 FC航段
3.4.10 FD航段
3.4.11 FM航段
3.4.12 HX航段
3.4.13 IF航段
3.4.14 PI航段
3.4.15 RF航段
3.4.16 TF航段
3.4.17 VA航段
3.4.18 VI航段
3.4.19 VM航段
3.4.20 VR航段
3.5 ARINC 424中的各个航段的过渡路径构建
3.5.1 切线过渡
3.5.2 45°截获过渡
3.5.3 方位截获过渡
3.5.4 直飞过渡
3.5.5 进入等待过渡
3.5.6 圆弧截获过渡
3.6 ARINC 424中的各个航段过渡时存在的特殊情况
3.7 ARINC 424中的各个航段的过渡路径
本章小结
第4章 基于航迹运行的四维航迹规划
4.1 概 述
4.2 四维航迹的关键概念及内容
4.3 四维航迹规划中的约束条件和影响因素
4.3.1 性能限制
4.3.2 空管要求
4.3.3 气象条件的影响
4.3.4 性能优化指标的选择
4.4 性能数据库的建立
4.4.1 基本飞行性能数据库的建立
4.4.2 运行性能数据库的建立
4.5 四维航迹参数预测
4.5.1 地速
4.5.2 估计到达时间
4.5.3 燃油余量
4.6 四维航迹规划和RTA分配
4.6.1 水平航迹规划
4.6.2 基于性能优化指标的航迹垂直剖面规划
4.6.3 基于航迹运行的四维航迹RTA分配
4.7 仿真算例
本章小结
第5章 四维航迹各个航路点的RTA分配
5.1 概 述
5.2 空间气象网格数据预报和更新修正
5.2.1 基于空间气象网格数据的航路气象预报
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
5.2.3 气象预报值和气象预测值仿真结果对比
5.3 基于伪航路点法的ETA计算
5.3.1 基于伪航路点法的风场信息细化
5.3.2 ETA计算
5.4 四维航迹RTA序列初始分配
5.4.1 四维航迹RTA序列初始分配流程
5.4.2 四维航迹RTA序列初始分配仿真算例
5.5 基于约束管理和松弛的四维航迹RTA序列重分配
5.5.1 四维航迹RTA序列与飞机ETA预测的冲突分析
5.5.2 四维航迹RTA序列重分配问题描述和建模
5.5.3 基于内点法的四维航迹RTA序列重分配方法
.5.4 四维航迹RTA序列重分配仿真算例
5.5.5 四维航迹RTA序列重分配算法的局限性
本章小结
第6章 四维航迹冲突探测与消解
6.1 概 述
6.2 四维航迹冲突探测
6.2.1 四维航迹冲突探测的假设条件
6.2.2 改进型Paielli法的流程和算法
6.2.3 四维航迹冲突探测仿真算例
6.2.4 航迹航向变化的冲突探测方法
6.2.5 航迹航向变化的冲突探测仿真算例
6.2.6 根据冲突概率确定冲突区
6.3 基于机动消解模式的航迹冲突消解路径遗传算法
6.3.1 机动消解模式和适应度函数的定义
6.3.2 机动消解模式的选择策略
6.3.3 基于遗传算法的冲突消解
6.3.4 冲突消解流程
6.3.5 冲突消解仿真算例
本章小结
第7章 四维航迹飞行误差估计和误差管理策略研究
7.1 概 述
7.2 四维航迹飞行误差的定义和RNP/ANP的定义
7.2.1 水平位置误差
7.2.2 垂直位置误差
7.2.3 时间误差
7.2.4 RNP/ANP的定义
7.3 基于多源信息融合算法的飞行位置误差估计
7.3.1 常用导航传感器的精度和组合方式
7.3.2 基于扩展卡尔曼滤波器的组合导航性能评估
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
7.4 航迹跟踪误差估计
7.4.1 飞机飞行动力学和运动学模型
7.4.2 自动飞行控制系统架构及控制律设计
7.4.3 风场模型
7.4.4 舵回路模型
7.4.5 航迹跟踪误差估计仿真算例
7.5 ETA误差估计
7.5.1 飞机性能限制
7.5.2 飞行时间误差估计仿真算例
7.6 误差管理策略研究
7.6.1 虚警率、漏警率和误差阈值的关系
7.6.2 误差管理阈值的确定方法
7.6.3 误差阈值设置算例
本章小结
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
8.1 概 述
8.2 基于四维航迹运行的推力管理系统需求分析
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
8.2.2 基于四维航迹运行的爬升段推力管理需求分析
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
8.3 基于四维航迹运行的推力管理系统架构设计
8.4 基于四维航迹运行的推力管理系统功能实现
8.4.1 基于四维航迹运行的飞行剖面规划
8.4.2 基于四维航迹运行的推力指引值计算
8.4.3 基于四维航迹运行的推力边界值计算
8.4.4 推力等级设定
8.5 基于四维航迹运行的推力管理系统功能转换逻辑
8.5.1 起飞段的推力管理系统功能转换逻辑
8.5.2 爬升段的推力管理系统功能转换逻辑
8.5.3 巡航段的推力管理系统功能转换逻辑
8.5.4 下降段的推力管理系统功能转换逻辑
本章小结
第9章 基于四维航迹运行的飞行引导指令计算
9.1 概 述
9.2 优化水平航段过渡路径
9.3 优化水平引导截获路径
9.4 基于性能模式优化垂直剖面
9.5 处理高度限制和速度限制
9.6 考虑气象因素时的ETA估算
9.7 特殊情况下的航迹重规划
9.7.1 飞行途中遭遇恶劣天气
9.7.2 飞行途中遭遇航迹冲突
9.8 飞行引导过程中的模式管理
9.9 飞行引导指令计算
9.9.1 直线航段滚转角指令计算
9.9.2 圆弧航段滚转角指令计算
9.9.3 航迹目标高度指令计算
9.9.4 目标垂直速率指令计算
9.9.5 目标速度指令计算
本章小结
第10章 飞行管理着陆系统进近引导技术
10.1 概 述
10.2 FLS进近引导技术简介
10.3 FLS进近引导功能架构设计和关键技术
10.3.1 FLS进近引导功能架构
10.3.2 FLS进近引导过程
10.3.3 FLS进近引导过程的影响因素及关键技术分析
10.4 基于导航传感器完好性的FLS进近能力判断
10.4.1 FLS进近能力判断原理
10.4.2 基于卡尔曼滤波器残差的FLS进近能力判断
10.4.3 基于故障允许时间和阈值限制的FLS进近能力判断
10.5 FLS进近引导模式判断及转换逻辑
10.5.1 FLS进近引导模式
10.5.2 FLS进近引导模式的预位/截获/接通/断开条件
10.5.3 不同进近方式下FLS进近引导模式转换逻辑
10.5.4 不同进近方式下FLS进近引导模式的显示
10.5.5 FLS进近引导过程的信息显示
10.6 基于导航数据库信息的FLS虚拟波束生成
10.7 基于空间几何关系的FLS波束偏差计算
10.8 FLS进近引导指令计算
本章小结
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
11.1 概 述
11.2 仿真验证系统功能需求分析
11.3 仿真验证系统的功能架构
11.4 仿真验证系统的层次结构
11.5 仿真验证系统的任务设计
11.5.1 CDU任务
11.5.2 四维航迹规划和预测任务
11.5.3 精确四维飞行引导任务
11.5.4 飞行仿真任务
11.6 仿真验证系统的网络结构
11.7 仿真验证系统的数据接口
本章小结
第12章 FLS进近引导技术仿真验证系统
12.1 功能需求分析及总体框架设计
12.2 建模需求分析
12.2.1 所需模型概述
12.2.2 自动飞行控制系统模型
12.2.3 风场模型
12.2.4 机场环境模型
12.3 显示界面设计
12.4 基于蒙特卡洛模型的FLS进近引导技术仿真验证
12.4.1 FLS进近引导效果评估流程
12.4.2 FLS进近引导效果评估指标
12.4.3 FLS进近引导技术仿真场景及参数设置
12.4.4 FLS进近引导律设计
12.4.5 FLS进近引导技术综合仿真验证
本章小结
参考文献
封底
基于四维航迹运行的大型客机飞行引导技术是2022年由电子工业出版社出版,作者 贾秋玲。
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