一种预测温度偏移的方法与流程

1.本发明属于飞行管理技术领域，涉及一种预测温度偏移的方法。


背景技术：

2.气象信息对于飞机的性能预测有着重要的影响。对于飞机预测来说，气象信息的内涵包括温度、压力和风。精确的气象预测将极大地改进优化计算和到达时间预报的能力，以及实际的油耗和飞行时间的估计。在faa新一代空中交通系统(nextgen)和欧洲单一天空(sesar)倡议下，精确的气象信息对于某些未来空中交通概念的设想是非常重要的。精确的气象信息将影响基于时间流量管理，具体包括四维航迹(4dtrad)运行、飞行间隔管理(fim)、高度层变更(itp)和冲突管理(acm)等。
3.预测在飞行期间会遇到的温度、压力和风的条件是飞行计划管理过程的一部分。对温度、压力和风的预测使得飞行管理系统的航迹预测更加精确，以提供更准确的估计到达时间(eta)、燃料消耗、爬升/下降率和航段过渡的构建。
4.多功能显示控制单元(mcdu)是飞行员与飞行管理系统的直接对话窗口，飞行员可以通过mcdu直接输入预报温度和预报风数据。飞行员也可以通过按压mcdu上的气象信息请求按键，请求航空公司运行控制中心通过数据链将预报温度和预报风数据发送给飞行管理系统。mcdu上的预报温度有两种形式，一种是isa偏移，可以应用于整个飞行阶段；另一种是航段isa偏移，对应于每个航段。机载大气数据计算机可实时测量飞机当前位置的温度。飞行管理系统根据飞机当前位置的测量温度信息以及mcdu上的预报温度信息可以实时预测后续点的预测温度。
5.四维航迹运行、飞行间隔管理、高度层变更和冲突管理对于国内的民用飞机制造商、科研院所、设计公司来说都是一个崭新的概念。我们国内与国外的差距较大，国内各大高校、院所一直在追赶国外技术发展的步伐，开展了一系列关于风预测的技术研究，例如一些科研单位开展了基于数据链网格风的风预测技术研究、基于航迹运行的数字化管制工作站等。但对于温度偏移预测国内甚少涉足。


技术实现要素：

6.本发明的发明目的在于提供一种预测温度偏移的方法，满足四维航迹运行、飞行间隔管理、高度层变更和冲突管理对温度预测精确度的需求。该方法的创新点和难点在于：该方法充分利用飞机当前位置的实测温度信息、预测点的预报温度信息，飞机当前位置与预测点之间的相对几何关系等有限资源，通过虚拟飞机的方法，计算当前预测点的预测温度信息。该方法在实施时全面考量飞机实时位置与预测点之间的相对位置关系对预测点预测温度的影响。
7.本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
8.一种预测温度偏移的方法，包括以下步骤：
9.步骤1、获取机载大气数据计算机实时测量的飞机当前位置的温度偏移测量值isa
δ
m
，获取多功能控制显示单元上的预测点的温度偏移预报值isaδ
f
；
10.步骤2、确认预测点在爬升阶段、巡航阶段还是下降阶段，以及飞机当前位置与预测点之间的相对几何关系后，结合步骤1获取的isaδ
m
和isaδ
f
的计算预测点的温度偏移预测值isaδ
p
。
11.优选地，在步骤2中，若预测点在爬升阶段，预测点的温度偏移预测值isaδ
p
＝isaδ
f
。
12.优选地，在步骤2中，若预测点在巡航阶段，计算飞机当前位置与垂直剖面预测点的距离d
距离差
，设置距离差阈值d
距离差阈值
；
13.(a)如果d
距离差
≤d
距离差阈值
，则使用下列公式计算isaδ
p
：
14.isaδ
p
＝{[(d
距离差阈值
‑
d
距离差
)*isaδ
m
] d
距离差
*isaδ
f
}/d
距离差阈值
[0015]
(b)如果d
距离差
＞d
距离差阈值
，则isaδ
p
＝isaδ
f
。
[0016]
优选地，在步骤2中，若预测点在下降阶段，计算飞机当前位置与垂直剖面预测点的高度差h
高度差
，设置高度差阈值h
高度差阈值
；计算飞机当前位置与垂直剖面预测点的距离d
距离差
，设置距离差阈值d
距离差阈值
：
[0017]
(a)若飞机当前位置在下降顶点之后，如果h
高度差
≤h
高度差阈值
，则isaδ
p
＝{[(h
高度差阈值
‑
h
高度差
)*isaδ
m
] h
高度差
*isaδ
f
}/h
高度差阈值
；
[0018]
如果h
高度差
＞h
高度差阈值
，则isaδ
p
＝isaδ
f
；
[0019]
(b)若飞机当前位置在下降顶点之前，假定一个虚拟的飞机在巡航高度以上，假设虚拟的飞机与巡航高度相差h
虚拟高度差
，使用公式(d
距离差阈值
‑
d
距离差
)/d
距离差阈值
＝(h
高度差阈值
‑
h
虚拟高度差
)/h
高度差阈值
计算h
虚拟高度差
；
[0020]
如果h
高度差
≤h
高度差阈值
‑
h
虚拟高度差
，则：
[0021]
isaδ
p
＝(h
高度差阈值
‑
(h
高度差
h
虚拟高度差
))/h
高度差阈值
*isaδ
m
(h
高度差
h
虚拟高度差
)/h
高度差阈值
*isaδ
f
；
[0022]
如果h
高度差
＞h
高度差阈值
‑
h
虚拟高度差
，则isaδ
p
＝isaδ
f
。
[0023]
优选地，在步骤1中，多功能控制显示单元mcdu上的温度偏移预报值isaδ
f
由飞行员直接输入，或者通过按压多功能控制显示单元上的气象信息请求按键，请求航空公司运行控制中心通过数据链发送给飞行管理系统。
[0024]
本发明的有益效果在于：
[0025]
本发明提出了一种偏移预测温度的方法，充分利用飞机当前位置的实测温度信息、预测点的预报温度信息，飞机当前位置与预测点之间的相对几何关系等有限资源，计算预测点的温度预测值。该方法能有效提升飞行管理系统性能优化计算、到达时间预报、实际油耗和飞行时间估计的能力。该方法能有效支撑四维航迹运行、飞行间隔管理、高度层变更和冲突管理等，是一种易于工程实现的方法，对于航空器在民用领域运行，特别是支持所需到达时间的运行，具有重要的现实应用意义。
附图说明
[0026]
图1为预测点在爬升阶段。
[0027]
图2为预测点在巡航阶段。
[0028]
图3为预测点在下降阶段且飞机在tod之后。
[0029]
图4为预测点在下降阶段且飞机在tod之前。
[0030]
图5为预测点在下降阶段且飞机在tod之前的例子。
[0031]
图6为本发明一种预测温度偏移的方法的流程示意图。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0033]
对四维航迹运行、飞行间隔管理、高度层变更和冲突管理对温度预测精确度的需求，本实施例提出了一种预测温度偏移的方法。该方法充分利用飞机当前位置的实测温度信息、预测点的预报温度信息，飞机当前位置与预测点之间的相对几何关系等有限资源，计算预测点的温度预测值。具体包括以下步骤：
[0034]
步骤1、获取机载大气数据计算机实时测量的飞机当前位置的温度偏移测量值isaδ
m
，获取多功能控制显示单元上的预测点的温度偏移预报值isaδ
f
。多功能控制显示单元mcdu上的温度偏移预报值isaδ
f
可以由飞行员直接输入，也可以通过按压mcdu上的气象信息请求按键，请求航空公司运行控制中心通过数据链发送给飞行管理系统。
[0035]
步骤2、确认预测点在爬升阶段、巡航阶段还是下降阶段，以及飞机当前位置与预测点之间的相对几何关系后，结合步骤1获取的isaδ
m
和isaδ
f
的计算预测点的温度偏移预测值isaδ
p
。
[0036]
如图1所示，若预测点在爬升阶段，预测点的温度偏移预测值isaδ
p
＝isaδ
f
。
[0037]
如图2所示，若预测点在巡航阶段，计算飞机当前位置与垂直剖面预测点的距离d
距离差
，设置距离差阈值d
距离差阈值
；
[0038]
(a)如果d
距离差
≤d
距离差阈值
，则使用下列公式计算isaδ
p
：
[0039]
isaδ
p
＝{[(d
距离差阈值
‑
d
距离差
)*isaδ
m
] d
距离差
*isaδ
f
}/d
距离差阈值
。
[0040]
(b)如果d
距离差
＞d
距离差阈值
，则isaδ
p
＝isaδ
f
。
[0041]
若预测点在下降阶段，判断飞机与下降顶点tod的相对位置，计算飞机当前位置与垂直剖面预测点的高度差h
高度差
，设置高度差阈值h
高度差阈值
；计算飞机当前位置与垂直剖面预测点的距离d
距离差
，设置距离差阈值d
距离差阈值
：
[0042]
(a)如图3所示，若飞机当前位置在tod之后，如果h
高度差
≤h
高度差阈值
，则isaδ
p
＝{[(h
高度差阈值
‑
h
高度差
)*isaδ
m
] h
高度差
*isaδ
f
}/h
高度差阈值
；
[0043]
如果h
高度差
＞h
高度差阈值
，则isaδ
p
＝isaδ
f
[0044]
(b)如图4所示，若飞机当前位置在tod之前，假定一个虚拟的飞机在巡航高度以上，假设虚拟的飞机与巡航高度相差h
虚拟高度差
，使用公式(d
距离差阈值
‑
d
距离差
)/d
距离差阈值
＝(h
高度差阈值
‑
h
虚拟高度差
)/h
高度差阈值
计算h
虚拟高度差
。
[0045]
如果h
高度差
≤h
高度差阈值
‑
h
虚拟高度差
，则：
[0046]
isaδ
p
＝(h
高度差阈值
‑
(h
高度差
h
虚拟高度差
))/h
高度差阈值
*isaδ
m
(h
高度差
h
虚拟高度差
)/h
高度差阈值
*isaδ
f
；
[0047]
如果h
高度差
＞h
高度差阈值
‑
h
虚拟高度差
，则isaδ
p
＝isaδ
f
。
[0048]
作为举例说明，如图5所示，飞机在35000ft，处于巡航阶段，距离tod点100nm，飞机所在位置处的温度偏移测量值为isaδ
m
＝
‑
8℃，预测点温度偏移的预报值为isaδ
f
＝ 6℃。假定设置的距离差阈值d
距离差阈值
为400nm，设置的高度差阈值h
高度差阈值
为10000ft。首先使用
(d
距离差阈值
‑
d
距离差
)/d
距离差阈值
＝(h
高度差阈值
‑
h
虚拟高度差
)/h
高度差阈值
计算h
虚拟高度差
，即(400nm
‑
100nm)/400nm＝(10000ft
‑
h
虚拟高度差
)/10000ft，则h
虚拟高度差
＝2500ft。此时h
高度差
≤h
高度差阈值
‑
h
虚拟高度差
，即3000ft≤10000ft
‑
2500ft则使用以下公式计算预测点温度偏移的预测值isaδ
p
＝(h
高度差阈值
‑
(h
高度差
h
虚拟高度差
))/h
高度差阈值
*isaδ
m
(h
高度差
h
虚拟高度差
)/h
高度差阈值
*isaδ
f
＝(10000
‑
(3000 2500))/10000*(
‑
8℃) (3000 2500)/10000*( 6℃)＝
‑
0.3℃。
[0049]
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。