(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210784295.0 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 电子科技大 学长三角研究院 （湖州） 地址 313000 浙江省湖州市西塞山路819号 南太湖科技创新综合体B2幢8层 (72)发明人 王洪　李磊　吴龙泉　郭志成　 张保存　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 专利代理师 郭美 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于水平航线和地速剖面的飞行时间 间隔计算方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于水平航线和地速剖 面的飞机纵向时间间隔计算方法。 首先根据预设 航迹点计算初始水平航线， 由初始地速和倾斜角 计算航向变化、 转弯半径、 转弯的起点、 终点、 中 心； 然后根据航迹段模型和空速、 高度的限制， 结 合初始水平航线中的空速、 高度、 风和温度信息， 计算初始地速剖面和飞机沿航线位置； 利用上述 计算结果， 对水平航线和地速剖面依次迭代更 新； 最后， 由水平航线和地速剖面获得飞机通过 各航段的时间， 预测不同飞机之间的时间间隔。 通过本机和目标飞机的位置高度信息， 并且考虑 风速、 温度等影响因素， 可准确计算飞机的纵向 间隔， 进一步实现间隔管理， 提高间隔的精度和 连续性。 权利要求书4页 说明书12页 附图8页 CN 115292895 A 2022.11.04 CN 115292895 A 1.一种基于水平航线和地速剖面的飞行时间间隔计算方法， 其特征在于， 所述方法包 括： S1， 根据由预期飞行航迹信息所定义的航路点序列， 计算初始水平航线， 所述初始水平 航线是根据一系列水平航线转换点HPT描述的水平航线； 根据转弯期间的初始地速和倾斜 角， 计算航向变化， 转弯半径， 转弯的起点、 终点、 中心， 以及各水平 航线转换点HPT到计划终 点之间的沿航线距离； S2， 基于航迹段模型和程序设置的空速和高度的限制， 结合初始水平航线中沿航线的 空速、 高度、 风和温度信息， 计算初始地速剖面和本 机当前沿航线位置； S3， 根据S2计算的地速剖面， 使用转弯处地速的精确估计值重新计算水平航线； S4， 若所述沿航线的空速、 高度、 风和温度信息发生改变， 则根据S3中获取的水平航线， 并基于改变后的空速、 高度、 风和温度信息， 重新计算地速剖面， 以生成更新地速剖面； 根据 所述更新 地速剖面重新执 行S3， 以重新计算水平航线； S5， 基于地速剖面和当前的沿航线距离计算本 机和目标飞机T TG， 得到预测时间 间隔。 2.根据权利要求1所述的基于水预测时间间隔平航线和地速剖面的飞行时间间隔计算 方法， 其特征在于， 所述S 5， 基于地速剖面和当前的沿航线距离计算本机和目标飞机TTG， 得 到时间间隔， 包括： 在目标飞机通过到达点之前， 预测时间间隔PSI(t)是指本机从当前沿航线位置通过到 达点的时间T TGO(t)和目标飞机的T TGT(t)的时间 间隔之差， 表示 为： PSI(t)＝T TGO(t)‑TTGT(t) 在目标飞机通过到达点之后， 但在本机通过到达点之前， 在时刻t的预测时间间隔PSI (t)是本机的TTGO(t)和目标飞机在到 达点的实际到 达时间ATA之间的差值， 表示 为： PSI(t)＝(T TGO(t)+t)‑ATAT。 3.根据权利要求2所述的基于水预测时间间隔平航线和地速剖面的飞行时间间隔计算 方法， 所述S1， 包括： S11， 确定航路点序列： 首先根据导航数据库中的IFPI数据转换为航路点序列， 航路点 用wpti表示， 其中i＝1， …， N； 计算的水平航线转换点用HPTj表示， 其中j＝1， …， M， M＝2m +2， m为转弯次数； 转弯处的航路点， 用两个HPT表示 转弯的起 点的终点； S12， 计算 航路点间的航向变化： 各个航路点的坐标为(x， y)， 两个航路点之间的航向θi： 航向角沿x轴以逆时针 方向进行测量， 定义范围为0到2 π； 航向变化Δθ 是wp ti+1和wpti之 间的航向θi和wpti和wpti‑1之间的航向θi‑1的差； 航向变化Δθ 的定义为[ ‑π， π]， 以防止航向 变化超过180度； S13， 计算转弯半径： 如果采用固定半径RF(Radius ‑to‑Fix)航段， 则转弯半径R为转弯 中心到终点的距离， 其 他航段转弯半径为 地速和假定转弯倾 斜角度的函数： 其中， VGS是假定的地速， g是重力引起的加速度， φ是转弯时假定的倾斜角； 假定最大转权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115292895 A 2弯倾斜角为23 °， 转弯倾斜角φ： S14， 计算转弯的起点、 终点和中心： 如果采用RF航段， 转弯中心和转弯 终点则在导航数 据库中确定， 转弯 起点为前一个航段的终点， 否则将根据航路点、 转弯半径和航向变化计算 转弯的起 点和终点； S15， 计算各HPT到计划终点的距离DTG： 对两条连续的直线航段， 第j个HPT的DTG是从第 (j‑1)个HPT的沿航线距离加上第j个和第(j ‑1)个HPT之间的距离； 对于非RF的转弯航段， 有 两个HPT被标记 为转弯的起点和终点； 转弯 起点处的沿航线距离为后一个HPT到转弯终点的 沿航线距离加上前一个HPT的沿航线距离； 转弯处的沿航线距离为转弯半径乘以航线改变 角得出的弧长 。 4.根据权利要求3所述的基于水预测时间间隔平航线和地速剖面的飞行时间间隔计算 方法， 所述S2， 包括： S21， 航迹段建模： 根据不同的航段类型执行航迹段建模， 每个航迹段的输出是作为时 间函数的沿航线位置(ds/dt)、 高度(dh/dt)和真实空速 的导数， 然后相对于 时间 对它们进行积分； S22， 计算风速信息： 风速信息的分矢量Vw， x， i和Vw， y， i分别表示高度hi在x和y方向上面的 风速； 使用样本拟合算法来计算出指定高度的预测风速 和 其中， 相对于飞机风速的 平行风 和垂直风 表示为： 其中， θ表示 航向， 为分别x和y方向上的风速拟合 值； S23， 计算温度信息： 采用国际标准大气ISA模型来确定温度和海拔 高度的关系， 使用以 下方程式定义的ISA模型： T(Hp)＝T0+ΔT+β *Htrop,Hp≥Htrop T(Hp)＝T0+ΔT+β *Hp， Hp≤Htrop 其中， T0＝288.15K， β ＝ ‑0.0065K/m， Hp是以米为单位的位势高度， ΔT是ISA偏差， 并且 Htrop＝11000m是对流层顶的位势高度； S24， 计算高度和速度限制： 根据IFPI元素或者默认的高度速度限制的设置， 来进行确 定高度和速度限制； S25， 计算当前位置的沿航线位置： 本机和目标飞机的沿航线位置通过将其当前水平位 置投影到水平航线上来确定 。 5.根据权利要求4所述的基于水预测时间间隔平航线和地速剖面的飞行时间间隔计算 方法， 所述S25， 还 包括： 当j＝1…M时， 航路点的坐标(x， y)位置和HP Tj之间的距 离使用欧几里德距 离计算； 从计 算出最小距离dj的HPT开始， 计算飞机位置和水平航线之间的跨 航迹误差；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115292895 A 3