技术特征：
1.一种基于ads-b的航空器自主间隔控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)依据ads-b航空器航行状态信息及空管预计航空器飞行路径信息，生成航路水平轨迹；(2)计算各航路点距自主间隔计划终止点的沿水平轨迹航行行程距离dtg，生成各航路点序列间不同轨迹段地速剖面并得到航路航行参考轨迹；(3)利用参考轨迹中航路距离信息及速度信息及航空器ads-b定位信息中的当前航行经纬度点匹配参考轨迹的位置点，基于基本运动学原理结合地速剖面图计算得到本机航空器和目标航空器从当前航路位置点到达自主间隔计划终止点的目标到达时间ttg；(4)计算本机航空器与目标航空器间的预测间距间隔；(5)计算航空器飞行自主间隔实现阶段的控制律速度；(6)计算航空器飞行自主间隔保持阶段的控制律速度。2.根据权利要求1所述的一种基于ads-b的航空器自主间隔控制方法,其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：(11)依据预计飞行路径信息元素得到航空器预计飞行航线上的各航路点的经纬度、速度、高度信息，并初步得到各航路点序列；(12)利用各航路点序列信息依次判断得出航路点间航段的直线或转弯的类型，计算本机航空器与目标航空器的航段信息元素并依次连接航路点序列得到水平轨迹。3.根据权利要求1所述的一种基于ads-b的航空器自主间隔控制方法,其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：依据各航路点元素间的距离值依次累加计算各个航路点到自主间隔计划终止点的沿水平轨迹航行行程距离：迹航行行程距离：其中，(x0,y0)为自主间隔计划终止点坐标，dtg
i
为由自主间隔计划终止点向后推第i个航路点距自主间隔计划终止点的行程距离长度；依据航路点序列中各航路点的预计速度信息v及计算得到的各航路点的dtg，生成各航路点序列间不同轨迹段的航空器速度v关于距离dtg的地速剖面；结合水平轨迹与地速剖面，水平轨迹各点对应坐标与地速值，得到航路航行参考轨迹。4.根据权利要求1所述的一种基于ads-b的航空器自主间隔控制方法,其特征在于，所述步骤(3)实现过程如下：依据航路点序列中各航路点的预计速度信息v及计算得到的各航路点的dtg，生成各航路点序列间不同轨迹段的航空器速度v关于距离dtg的地速剖面，结合水平轨迹与所对应地速剖面得到航路航行参考轨迹；利用参考轨迹中航路距离信息及速度信息，依据航空器ads-b定位信息中的当前航行经纬度点匹配参考轨迹的位置点；基于基本运动学原理结合地速剖面图计算得到本机航空器和目标航空器从当前航路位置点到达自主间隔目标点的到达时间ttg：
其中，v
gs
为航空器飞行地速，为地速剖面图中得到的地速对于点(x0,y0)到点(x
i
,y
i
)的距离s的积分；进而基于目标到达时间ttg的航空器自主间隔控制算法来进行im自主间隔在实现阶段的间隔预测与速度保持控制。5.根据权利要求1所述的一种基于ads-b的航空器自主间隔控制方法,其特征在于，所述步骤(4)包括以下步骤：(41)在目标航空器到达预先设定的目标实现点之前，时间t时的预测时间间隔psi
t
(t)是指，在时间t时本机航空器到达目标实现点的目标到达时间ttg与目标航空器到达目标实现点的ttg之间的差值，用方程式表示：psi
t
(t)＝eta
o
(t)-eta
t
(t)＝ttg
o
(t)-ttg
t
(t)其中，psi
t
(t)为预测时间间隔，eta
o
(t)为本机航空器预计到达目标实现点的时间，eta
t
(t)为目标航空器预计到达目标实现点的时间，ttg
o
(t)为本机航空器的目标到达时间，ttg
t
(t)为目标航空器的目标到达时间；(42)目标航空器已通过目标实现点但本机航空器并未到达目标实现点，时间t时的预测间隔psi
t
(t)为本机航空器在目标实现点的预计到达时间eta与目标航空器在到达目标实现点时的所实际到达时间ata之间的差值，用方程式表示：psi
t
(t)＝eta
o
(t)-ata
t
＝(ttg
o
(t)+t)-ata
t
其中，ata
t
为目标航空器到达目标实现点时的实际到达时间；在时间t时航空器的航行位置点正交投影到水平路径上，可获得时刻t时的沿轨迹位置点，以确定在时间t时本机航空器和目标航空器的目标到达时间ttg；(43)时间t时距离的预测间距间隔psi
s
(t)是指当目标航空器预计飞越目标实现点时，本机航空器在t时刻距目标实现点的预计沿轨迹距离的长度，用方程式表示：其中，psi
s
(t)为距离预测间隔，s
abp
为目标实现点处的距离值，ttg
o
(t)-ttg
t
(t)是依据本机航空器的参考轨迹得到的本机航空器沿航路位置点处的目标到达时间，为本机航空器的参考轨迹位置点距目标实现点的距离。6.根据权利要求1所述的一种基于ads-b的航空器自主间隔控制方法,其特征在于，所述步骤(5)实现过程如下：在基于时间的指定间隔
△
t
的自主间隔控制实现阶段，确定本机航空器的参考目标到达时间后，分别映射计算本机航空器参考轨迹上的沿航路位置点和该位置校准空速计算航空器自主间隔控制律校准空速用方程式表示为用于计算判断沿路径位置和当前位置的校准空速；其中，k
ttg
是等于0.008sec-1
的控制增益；
本机航空器的参考目标到达时间的确定方法为，如果|e(t)|<e
threshold
(|s
o
(t)-s
abp
|)，则否则其中e
threshold
(|s
o
(t)-s
abp
|)为本机航空器当前沿路径位置到目标实现点间距离的误差阈值，误差阈值e
threshold
(|s
o
(t)-s
abp
|)是本机航空器到目标实现点的沿水平轨迹距离的线性函数；预测间距误差项e(t)为ttg与指定间隔
△
t
间的差值,此值相当于时间预测间距间隔psi
t
(t)与指定间隔
△
t
之间的差值，方程式表示为e(t)＝ttg
o
(t)-(ttg
t
(t)+
△
t
)；在基于距离的指定间隔
△
s
的自主间隔控制实现阶段，该控制方法与基于时间的指定间隔
△
s
的控制方法相同，控制律的设计是用于实时计算匹配控制参考位置点和本机航空器参考轨迹的校准空速cas，参考位置点和cas是由参考目标到达时间ttg*映射得到，用方程式表示为在确定方程式中本机航空器的参考目标到达时间时，如果则否则，表示从沿航路位置s＝s
abp
‑△
s
到目标实现点的本机航空器的参考轨迹上的ttg。7.根据权利要求1所述的一种基于ads-b的航空器自主间隔控制方法,其特征在于，所述步骤(6)实现过程如下：在基于时间的指定间隔
△
的自主间隔控制保持阶段，使用基于时间的控制算法：保持阶段本机航空器和目标航空器航行于同一条航线上，然后与目标航空器在时间t
‑△
t
时的地速匹配，时间控制算法是以地速作为控制值，用方程式表示为：其中，控制增益k
th
为0.005sec-1
，指定目标间隔
△
t
为自主间隔控制中本机航空器与目标航空器之间需要保持的最小间距间隔；时间控制算法误差e(t)是目标航空器在时间t
‑△
t
上沿航路位置点和时间t时的本机航空器的沿航路位置点之间的差值e(t)＝s
t
(t
‑△
t
)-s
o
(t)；在基于距离的指定间距目标的自主间隔控制的保持阶段，使用距离保持算法：保持阶段本机航空器和目标航空器航行于同一条航线上，然后与目标航空器的地速相匹配；距离保持算法的输出值同为地速，用方程式表示为：其中，距离保持算法控制增益k
sk
为0.005sec-1
，算法误差e(t)是在时间t时目标航空器和所本机航空器的沿航路位置点与指定间隔目标
△
s
之间的差e(t)＝s
t
(t)-s
o
(t)
‑△
s
。
技术总结
本发明公开了一种基于ADS-B的航空器自主间隔控制方法，依据空管预定航空器飞行路径信息元素生成水平轨迹；计算各航路点距自主间隔计划终止点的沿水平轨迹航行行程距离DTG，生成各航路点序列间不同轨迹段地速剖面并得到航路航行参考轨迹；引入航空器ADS-B定位信息，生成目标到达时间TTG；生成本机航空器与目标航空器间的预测间距间隔；进行航空器飞行自主间隔控制律速度的计算。本发明能够对空域航行航空器速度进行有效控制以达到航空器间保持有效间隔的目的，确保将部分间隔责任移交至空域航行航空器。域航行航空器。域航行航空器。
技术研发人员：汤新民 李岱潍
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/6/24