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Uncertainty Assessment of Aircraft State Vector Modeling and Estimation

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Uncertainty Assessment of Aircraft State Vector Modeling and Estimation

Mathias Alexander Schwithal (Taschenbuch, Englisch)

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Beschreibung

Kurzfassung Im Zuge der aktuellen Bestrebungen, die Lufträume grenzübergreifend auf die stetige Zunahme des Luftverkehrs vorzubereiten, laufen verschiedene Initiativen mit dem Ziel, die Kapazität der Lufträume zu erhöhen sowie Kosten und CO 2 -Ausstoß zu reduzieren. Eine anvisierte Maßnahme, die sich sowohl im europäischen SESAR Masterplan als auch im US-amerikanischen Plan NextGen wiederfindet, ist das Konzept der 4D Trajektory Based Operation (4D TBO). Hierbei wird das Ziel verfolgt, dass Flugzeuge ihre präferierten Routen direkt und ohne Umwege fliegen können, ohne sich an fest definierte Luftkorridore halten zu müssen. Für diesen Modus Operandi müssen sowohl flugzeugseitig als auch bodenseitig die geplanten Flugrouten genau prädiziert und eingehalten werden. In der letzten Ausbaustufe werden diese Trajektorien inklusive Zeitvorgaben als sogenannte 4D Trajektorien definiert. Bedingt durch verschiedene Einflussfaktoren wie z.B. Wind unterliegen diese Flugbahnen jedoch gewissen Unsicherheiten. In dieser Arbeit werden in 4D Trajektorien auftretende Unsicherheiten, im Speziellen in der longitudinalen Komponente, durch Simulationen nachgestellt, analysiert und bewertet. Als Vorläufer der finalen 4D TBO ist die Umsetzung von sogenannten „initial 4D Trajectories“ geplant, die eine explizite Zeitvorgabe für nur einen Zielwegpunkt, z.B. im Final Approach Abschnitt, definieren. Ein erweiterter Nutzen ergibt sich für andere Akteure im Air Traffic System (ATS), wenn Vorhersagen der Ankunftszeit am Zielwegpunkt um ein statistisches Maß für die Einhaltung des ausgehandelten Required Time of Arrival (RTA) Zeitfensters erweitert werden. Mit diesem ergänzenden Unsicherheitsmaß können andere Nutzer die prädizierte RTA Einhaltung für ihre Anwendung wichten und ihre eigenen Entscheidungen weiter optimieren, z.B. durch ein gezieltes Anpassen von eingeplanten Reserven. Viele Forschungsansätze betrachten die reine Trajektorienvorhersage als offenen Regelkreis, nur wenige Ansätze beziehen aktive Flight Management Funktionen in die Vorhersage mit ein. Letzteres ist zentraler Bestand dieser Arbeit. Gleichzeitig kommen neue Technologien im Bereich der meteorologischen Windvorhersage auf, die nicht nur die Windverhältnisse sondern zusätzlich auch die zugehörigen Unsicherheitsmaße bereitstellen. Die Windvorhersageunsicherheiten werden in dieser Arbeit in einen neuen Ansatz integriert. Diese Arbeit stellt eine Simulationsumgebung vor, mit der Unsicherheiten einer RTA Einhaltung in einem globalen ATM Kontext adressiert werden können. Hierzu werden analog zu den schon heute angewandten lateralen Genauigkeitsanforderungen für den Gesamtfehler, Anforderungen für die longitudinale Komponente eines potentiellen 4D Required Navigation Performance (4D-RNP) Konzeptes abgeleitet. Die Software basiert im Grundsatz auf dem weit verbreiteten BADA Flugzeugmodell, das mit verschiedenen Funktionen wie unter anderem einem 4D Geschwindigkeitsregelungsmodus im Hinblick auf einen zukünftigen 4D TBO Einsatz erweitert wurde. Hiermit ist es möglich, die Fortpflanzung von Unsicherheiten während des 4D Fluges zu untersuchen, wobei ein besonderer Fokus auf der Sensitivität von Windvorhersageunsicherheiten auf die RTA Einhaltung liegt. Die Ergebnisse werden für ausgewählte Flugsegmente diskutiert. Weiterhin legt die Arbeit das Potential einer aktiven Fluggeschwindigkeits-regelung auf die Verbesserung der prädizierten RTA Einhaltung unter Berücksichtigung von system-immanenten Eigenschaften des Luftraums dar. Anhand der simulierten Fortpflanzung der Unsicherheiten können für ausgewählte Szenarien analytische Beschreibungen abgeleitet werden, die eine Beurteilung der voraussichtlichen RTA Einhaltung in Echtzeit erlauben. Die präsentierten Ergebnisse ermöglichen die Ableitung von Anforderungen für Eingangsgrößen wie zum Beispiel von maximalen Windvorhersagefehlern, um vorgegebene Zeitfenster am Zielwegpunkt einhalten zu können und geben Einblick in die Voraussetzungen für robuste 4D Trajektorien. Weniger zeigen

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Produktinformationen

Technische Daten

Erscheinungsdatum

01.01.2018

Sprache

Englisch

EAN

9783947623051

Herausgeber

Technische Uni Braunschweig NFL

Serien- oder Bandtitel

NFL-Forschungsberichte

Sonderedition

Nein

Autor

Mathias Alexander Schwithal

Seitenanzahl

132

Auflage

Einbandart

Taschenbuch

Warnhinweise und Sicherheitsinformationen

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