1.4.2　基于四维航迹运行的飞行引导系统架构

为实现上述要求，本书提出一种基于四维航迹运行的飞行引导系统架构，如图1-5所示。该飞行引导系统在飞机性能数据库、空中交通管制信息、气象信息处理系统和机载传感器系统的支持下工作，它由四维航迹预测和航迹规划算法、航段解析和区段四维引导三大模块组成。

四维航迹预测和航迹规划算法模块在具有时间约束的情况下，根据各种性能指标要求和飞机当前质量、姿态、高度、空管要求、风速、风向、温度等信息进行四维航迹规划，优化并生成四维航迹。

航段解析模块的功能是，把四维航迹预测和航迹规划算法模块生成的四维航迹分解为水平参考航迹和垂直参考航迹，把航段类型、时间约束条件等转化为四维飞行引导计算所需的空间和时间信息。

区段四维引导模块是整个四维飞行引导系统的核心，根据解析后的航路信息、气象信息和飞机当前状态等，计算水平位置误差、垂直位置误差和时间误差，并计算得到期望的方位角、滚转角、爬升率、期望地速、发动机推力等飞行引导指令，将其发送给飞行控制系统和自动油门系统，进而引导飞机按照四维航迹飞行。同时，根据飞机位置进行航段/模态转换判断，并发出转换指令。区段四维引导模块由ETA计算、区段误差计算、飞行引导指令计算、航段/模态转换判断、误差管理5个小模块组成，各个模块的功能简述如下。

ETA计算模块根据飞机接收到的风速、风向和飞机空速等信息，进行飞机地速和到指定航路点剩余航程的实时计算，进而计算估计到达时间。

区段误差计算模块根据解析后的航路信息、航段/模态转换指令和飞机当前状态等计算水平位置误差（侧偏距、方位角误差、纵向水平误差等）、垂直位置误差（高度差、垂直速率差、航迹倾斜角差等）和时间误差（到指定航路点的RTA与ETA的差），为飞行引导指令的计算奠定基础。

航段/模态转换判断模块主要包括俯仰轴、推力轴的控制要求和模态转换逻辑关系，并根据飞机当前状态（位置、速度、时间、发动机状态等）、误差信息（水平/垂直位置误差、时间误差）和飞行环境信息（风速、风向、温度、气压等），决定是否进行航段/模态转换，以保证飞机的安全性和飞行性能。

误差管理模块对飞机的位置误差和时间误差进行统计和预测，并根据飞行阶段和RNP/RSP要求发出航段/模态转换指令或航迹重规划指令，是空中交通管制部门要求的系统总体性能（RTSP）要求的体现，在RNP运行时，分析在自动驾驶仪接通情况下的四维航迹控制误差（位置误差、时间误差）。

飞行引导指令计算模块是基于4D-TBO的飞行引导系统的核心，根据区段误差计算结果得到期望的航迹角、滚转角、爬升率、期望地速、发动机推力/转速设定值等飞行引导指令，将其发送给飞行控制系统，进而引导飞机按照预定航迹飞行。