前言

基于四维航迹运行是指，以飞机等航空器的四维（4D）航迹预测为基础，在空中交通管制部门（ATM）、航空公司运营通信系统（AOC）、飞机之间实时共享航迹动态信息，做出协同决策的运行模式。四维航迹运行是新一代空中交通管制系统的核心技术，基于四维航迹运行的飞行引导技术是实现基于航迹运行的关键技术，也是基于四维航迹运行的飞行管理系统（4D-FMS）的核心功能。4D-FMS将飞行计划和航迹预测/规划相结合，利用机载性能数据库和导航数据库，结合飞机当前飞行状态进行四维航迹预测/规划，给出飞行引导指令控制飞机，使之按预定航迹精确地飞行，实现可定时到达的精确飞行引导。

本书围绕四维航迹运行中如何实现精准定时到达这一目标，全面阐述了基于四维航迹运行的大型客机飞行引导技术。全书共12章，各章内容简述如下。

第1章绪论，介绍飞行管理系统、基于航迹运行模式的概念和研究进展、基于四维航迹运行的飞行管理系统需求分析、基于四维航迹运行的飞行引导关键技术和飞行引导系统架构。

第2章地球模型及飞行引导参数计算，主要介绍飞行管理系统所用导航坐标系和大圆航线、等角航线等常用飞行引导参数的计算方法，为后文介绍航段/模态切换和飞行引导指令计算奠定基础。

第3章飞行计划航段的解析和过渡路径的构建，主要介绍飞行管理系统常用的导航数据库标准ARINC 424中的飞行计划编码和存储方式，以及该标准规定的各航段定义所需数据和解析方式、飞行计划航段之间平滑过渡路径的构建方法，以此生成水平参考航迹。

第4章基于航迹运行的四维航迹规划，主要介绍飞机性能数据库的建立过程，以及考虑飞机性能限制、空管要求和气象条件影响的四维航迹规划过程、航迹参数预测和基于性能优化指标的航迹垂直剖面规划。

第5章四维航迹各个航路点的RTA分配，主要包括空间气象网格数据预报和更新修正方法、基于伪航路点法的估计到达时间（ETA）计算、四维航迹RTA序列初始分配、基于约束管理和松弛的四维航迹RTA序列重分配等内容。

第6章四维航迹冲突探测与消解，主要包括四维航迹冲突探测、基于机动消解模式的航迹冲突消解路径遗传算法等。

第7章四维航迹飞行误差估计和误差管理策略研究，主要介绍了四维航迹飞行误差定义和所需导航性能（RNP）相关概念、基于多源信息融合算法的飞行位置误差估计、飞行技术误差估计、ETA误差估计和误差管理策略研究。

第8章基于四维航迹运行的推力管理系统需求分析及架构设计，主要包括基于四维航迹运行的推力管理系统需求分析和基于四维航迹运行的推力管理系统架构设计、基于四维航迹运行的推力管理系统功能实现及转换逻辑等。

第9章基于四维航迹运行的飞行引导指令计算，主要内容包括优化水平航段过渡路径、飞行引导过程中的模式管理、飞行引导指令计算等。

第10章飞行管理着陆系统（FLS）进近引导技术，主要内容包括FLS进近引导技术简介、FLS进近引导功能架构设计和关键技术、基于导航传感器完好性的FLS进近能力判断、FLS进近引导模式判断及转换逻辑、FLS虚拟波束生成和FLS进近引导指令计算等。

第11章基于四维航迹运行的大型客机飞行引导技术仿真验证系统设计，介绍了该仿真验证系统的功能架构、任务设计等内容。

第12章FLS进近引导技术仿真验证，介绍了该仿真验证系统功能需求分析及总体框架设计、基于蒙特卡洛模型的FLS进近引导技术仿真验证等内容。

本书是作者团队10年来从事飞行管理系统和飞行引导技术研究工作的总结。在过去10年，作者所在团队和航空工业615所与618所就飞行管理系统和飞行引导技术开展了深入合作，共同完成了两项民机专项项目研究。在此特别感谢615所孙晓敏研究员、陈芳高级工程师、王丹高级工程师、齐林高级工程师、薛广龙高级工程师，以及618所魏学东研究员、屈重君研究员、王祎敏研究员、祖肇梓高级工程师、王梓桐高级工程师、徐丽娜高级工程师为我们的研究提供的无私帮助；对以上两个研究所其他各位同仁给作者提供的支持一并表示诚挚感谢。

本书是作者团队集体工作的结晶，李广文撰写了第1～8章，翟少博撰写了第10～12章，贾秋玲撰写了第9章。除以上3位作者外，过去10年间，还有很多在本团队攻读硕/博士学位的研究生们为本书的撰写提供了素材，他们是倪静、张宁、庞寅、邵明强、惠辉辉、刘恒立、曹植、许博、马力、曹萱、黄天宇、黄彭辉、陈畅翀、张祥、李钊星、尹芝钰。在此感谢这些研究生们的辛勤付出。

本书响应当前我国机载航空电子核心设备关键技术研制需求，书中所阐述的理论方法基本上经过预研项目和实际工程型号验证，具有重要的理论意义和工程应用价值。本书对于推广飞行管理系统和飞行引导技术、提高我国航空装备研究水平、实现航空关键核心技术的自主可控具有重要意义。本书可供从事飞行控制、飞行管理技术研究的工程技术人员和硕士/博士研究生参考使用。

由于作者学识水平有限，书中缺点和不足在所难免，恳请读者批评指正。

作者

2022年5月