风影响下航空器多目标最优控制航迹优化方法

【类型】期刊

【作者】常哲宁 胡明华 张颖 杨磊 邹润原  

【刊名】北京航空航天大学学报

【关键词】 最优控制,基于航迹运行,空中交通管理,非线性规划,多目标优化,航迹优化

【摘要】风影响下的四维航迹优化问题约束复杂，多目标四维航迹优化模型难以求解。为此，基于最优控制方法研究固定水平航路下考虑风影响的航迹垂直剖面多目标优化问题的建模和求解。首先，以飞行时间和飞行油耗最小化为双目标建立航迹最优控制模型；然后，设计了梯形配点结合ε-constraint的模型求解方法，并特别针对按高度层飞行场景下的航迹优化提出了两阶段求解方法；接着，建立四维航迹仿真模型用于对轨迹优化效果的仿真验证；最后，选用长航线实际飞行计划数据作为算例进行算法性能分析，并区分自由选择高度和按高度层飞行两种场景进行航迹优化效果验证。实验结果表明：所提出的模型和算法相比另外两种常用算法能获得更优的Pareto前沿解，按高度层飞行场景下采用两阶段求解方法能获得更优的前沿解；自由高度飞行和按高度层飞行两种场景下求得的前沿解中最低油耗航迹分别比飞行计划仿真航迹的油耗降低了6.33%，5.94%，最短飞行时间航迹分别比飞行计划仿真航迹的飞行时间降低了10.16%，10.01%。

【年份】2023

【作者单位】南京航空航天大学民航学院;南京航空航天大学国家空管飞行流量管理技术重点实验室;南京航空航天大学通用航空与飞行学院;

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