一种面向飞行员不完整输入计算预测点预报风的方法与流程

本发明属于飞行管理技术领域，涉及一种面向飞行员不完整输入计算预测点预报风的方法。

背景技术：

风对于飞机的性能有着重要的影响，精确的风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。在faa新一代空中交通系统(nextgen)和欧洲单一天空(sesar)倡议下，精确的风信息对于某些未来空中交通概念的设想是非常重要的。精确的风信息将影响基于时间流量管理，具体包括基于四维航迹的运行(4d-tbo)和飞行间隔管理(fim)。

预测在飞行期间会遇到的温度和风的条件是飞行计划管理过程的一部分。对温度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。

可以通过多功能显示控制单元(mcdu)或数据链输入预报风和温度数据。mcdu是飞行员与飞行管理系统的直接对话窗口。爬升阶段的预报风是一组不同高度的风的大小和方向。飞行员可以输入某个或全部高度层的预报风的大小和方向。飞行管理系统根据飞行员输入的预报风和传感器测得的当前风可以计算任一高度的风值。巡航阶段允许飞行员在mcdu上输入某个航路点的、部分航路点的或全部航路点的预报风的大小和方向，这些航路点可以是单个高度层的也可以是多个高度层的。飞行管理系统将这些输入的预报风和传感器测得的当前风值加权混合，以计算预测点的预测风。下降阶段飞行管理系统使用的预报风是输入的不同高度上的风的大小和方向。飞行管理系统根据这些预报风和传感器测得的当前实测风可以计算任一高度的预测风。

基于四维航迹的运行和飞行间隔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。而对于前端风预报的预处理，以及如何面向飞行员的不完整输入计算预报风，以支持后续飞行管理系统风预测的计算，国内甚少有研究。

技术实现要素：

本发明的发明目的是：针对基于四维航迹的运行对风预测精确度的需求，提出了一种面向飞行员不完整输入预报风计算预测点预报风的方法；该方法能充分利用已输入的预测点前、后最近的预报风以及巡航航段的航段风等有限资源，计算当前预测点的预报风；该方法在实施时全面考量预报风与预测点之间的相对位置关系对预测点预报风的影响。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种面向飞行员不完整输入计算预测点预报风的方法，具体包括以下步骤：

(1)基于飞行员对于预报风的不完整输入，根据风传播的特点，确定巡航阶段每个航段的航段风；

(2)确认预测点在爬升阶段、巡航阶段还是下降阶段；

(3)若预测点在爬升阶段，则获取预测点前距离预测点最近的爬升预报风wpre1及其对应的高度hpre1，预测点后距离预测点最近的爬升预报风wnext1及其对应的高度hnext1，巡航阶段的第一个航段预报风wleg1及巡航高度hcruise，起始机场高度horg，预测点的高度h，计算预测点预报风wfore；

(4)若预测点在巡航阶段，则获取预测点后距离预测点最近的下一个航段预报风，作为预测点预报风wfore；

(5)若预测点在下降阶段，则获取预测点前距离预测点最近的下降预报风wpre3及其对应的高度hpre3，预测点后距离预测点最近的下降预报风wnext3及其对应的高度hnext3，巡航阶段的最后一个航段预报风wlegx及巡航高度hcruise，目的地机场高度hdest，预测点的高度h，计算预测点预报风wfore。

优选的，对于巡航阶段，步骤(1)预报风传播的具体方法包括：

(a)页面输入的航段预报风沿着飞行计划向后扩展到后续的航路点；

(b)飞行员输入的首个航段预报风向前扩展到飞行计划中前序的航路点。

优选的，步骤(3)计算预测点在爬升阶段的预测点预报风wfore具体方法包括：

(a)找出预测点前、后最近的爬升预报风，计算预测点预报风wfore：

wfore＝r·wnext1+(1-r)·wpre1

(b)若未找到预测点后最近的爬升预报风，则使用巡航阶段的第一个航段预报风，计算预测点预报风wfore：

wfore＝r·wleg1+(1-r)·wpre1

(c)若未找到预测点后最近的爬升预报风，巡航阶段的第一个航段预报风也为无效，计算预测点预报风wfore：

(d)若未找到预测点前最近的爬升预报风，计算预测点预报风wfore：

(e)若未找到预测点前最近的爬升预报风，预测点后最近的爬升预报风无效，则使用巡航阶段的第一个航段预报风，计算预测点预报风wfore：

(f)若未找到预测点前最近的爬升预报风，预测点后最近的爬升预报风无效，巡航阶段的第一个航段预报风也无效，则预测点预报风wfore也为无效。

优选的，步骤(5)计算预测点在下降阶段的预测点预报风wfore具体方法包括：

(a)找出预测点前、后最近的下降预报风，计算预测点预报风wfore：

wfore＝r·wpre3+(1-r)·wnext3

(b)若未找到预测点前最近的下降预报风，则使用巡航阶段的最后一个航段预报风，计算预测点预报风wfore：

wfore＝r·wlegx+(1-r)·wnext3

(c)若未找到预测点前最近的下降预报风，巡航阶段的最后一个航段预报风也为无效，计算预测点预报风wfore：

(d)若未找到预测点后最近的下降预报风，计算预测点预报风wfore：

(e)若未找到预测点后最近的下降预报风，预测点前最近的下降预报风无效，则使用巡航阶段的最后一个航段预报风，计算预测点预报风wfore：

(f)若未找到预测点前最近的下降预报风，预测点前最近的下降预报风无效，巡航阶段的最后一个航段预报风也无效，则预测点预报风wfore也为无效。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种面向飞行员不完整输入计算预测点预报风的方法，充分利用已输入的预测点前、后最近的预报风以及巡航航段的航段风等有限资源，计算当前预测点的预报风。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。该方法能有效支撑基于四维航迹的运行，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

图1为飞行员不完整输入情况下预报风的传播示意图；

图2为预测点在爬升阶段示意图；

图3为预测点在下降阶段示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明针对基于四维航迹的运行对风预测精确度的需求，提出了一种面向飞行员不完整输入预报风计算预测点预报风的方法。该方法充分利用已输入的预测点前、后最近的预报风以及巡航航段的航段风等有限资源，计算当前预测点的预报风。具体包括以下步骤：

(1)基于飞行员对于预报风的不完整输入，根据风传播的特点，确定巡航阶段每个航段的航段风。对于巡航阶段，步骤(1)预报风传播的具体方法包括：

(a)页面输入的航段预报风沿着飞行计划向后扩展到后续的航路点；

(b)飞行员输入的首个航段预报风向前扩展到飞行计划中前序的航路点。

如图1所示，飞行员对巡航阶段的wptd和wptf分别输入了预报风(这里假定所有的风为逆风)，分别为110kts和90kts。在wptd处飞行员输入的航段风是首个航段预报风，因此向前扩展到飞行计划中的前序航路点wptc，即wptc的预报风为110kts。在wptd处飞行员输入的航段风向后扩展到后续的航路点wpte，即wpte的预报风为110kts。在wptf处飞行员输入的航段风为90kts，沿着飞行计划向后扩展到后续的航路点，即后续的航路点wptg、wpth处的航段风均为90kts。

(2)确认预测点在爬升阶段、巡航阶段还是下降阶段；

(3)若预测点在爬升阶段，则获取预测点前距离预测点最近的爬升预报风wpre1及其对应的高度hpre1，预测点后距离预测点最近的爬升预报风wnext1及其对应的高度hnext1，巡航阶段的第一个航段预报风wleg1及巡航高度hcruise，起始机场高度horg，预测点的高度h，计算预测点预报风wfore。如图2所示，步骤(3)计算预测点在爬升阶段的预测点预报风wfore具体方法包括：

(a)找出预测点前、后最近的爬升预报风，计算预测点预报风wfore：

wfore＝r·wnext1+(1-r)·wpre1

(b)若未找到预测点后最近的爬升预报风，则使用巡航阶段的第一个航段预报风，计算预测点预报风wfore：

wfore＝r·wleg1+(1-r)·wpre1

(c)若未找到预测点后最近的爬升预报风，巡航阶段的第一个航段预报风也为无效，计算预测点预报风wfore：

(d)若未找到预测点前最近的爬升预报风，计算预测点预报风wfore：

(e)若未找到预测点前最近的爬升预报风，预测点后最近的爬升预报风无效，则使用巡航阶段的第一个航段预报风，计算预测点预报风wfore：

(f)若未找到预测点前最近的爬升预报风，预测点后最近的爬升预报风无效，巡航阶段的第一个航段预报风也无效，则预测点预报风wfore也为无效。

结合图1和图2，预测点1在爬升阶段，预测点1前距离预测点最近的爬升预报风wpre1为80kts及其对应的高度hpre1为27000ft，预测点1后距离预测点最近的爬升预报风wnext1为100kts及其对应的高度hnext1为30000ft，巡航阶段的第一个航段预报风wleg1为110kts及巡航高度hcruise为31000ft，起始机场高度horg缺省为0，预测点1的高度h为28000ft，则预测点1预报风wfore计算如下：

(4)若预测点在巡航阶段，则获取预测点后距离预测点最近的下一个航段预报风，作为预测点预报风wfore。

结合图1，预测点2在巡航阶段，则wfore＝110kts。

(5)若预测点在下降阶段，则获取预测点前距离预测点最近的下降预报风wpre3及其对应的高度hpre3，预测点后距离预测点最近的下降预报风wnext3及其对应的高度hnext3，巡航阶段的最后一个航段预报风wlegx及巡航高度hcruise，目的地机场高度hdest，预测点的高度h，计算预测点预报风wfore。如图3所示，步骤(5)计算预测点在下降阶段的预测点预报风wfore具体方法包括：

(a)找出预测点前、后最近的下降预报风，计算预测点预报风wfore：

wfore＝r·wpre3+(1-r)·wnext3

(b)若未找到预测点前最近的下降预报风，则使用巡航阶段的最后一个航段预报风，计算预测点预报风wfore：

wfore＝r·wlegx+(1-r)·wnext3

(c)若未找到预测点前最近的下降预报风，巡航阶段的最后一个航段预报风也为无效，计算预测点预报风wfore：

(d)若未找到预测点后最近的下降预报风，计算预测点预报风wfore：

(e)若未找到预测点后最近的下降预报风，预测点前最近的下降预报风无效，则使用巡航阶段的最后一个航段预报风，计算预测点预报风wfore：

(f)若未找到预测点前最近的下降预报风，预测点前最近的下降预报风无效，巡航阶段的最后一个航段预报风也无效，则预测点预报风wfore也为无效。

结合图1和图3，预测点3在下降阶段，则获取预测点3前距离预测点最近的下降预报风wpre3为100kts及其对应的高度hpre3为29000ft，预测点3后距离预测点最近的下降预报风wnext3为75kts及其对应的高度hnext3为15000ft，巡航阶段的最后一个航段预报风wlegx为90kts及巡航高度hcruise为31000ft，目的地机场高度hdest缺省为0，预测点3的高度h为20000ft，则预测点3预报风wfore计算如下：

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。