Ensuring vertical separation is a key means of maintaining safe separation between aircraft in congested airspace. Aircraft trajectories are modelled in the presence of significant epistemic uncertainty, leading to discrepancies between observed trajectories and the predictions of deterministic models, hampering the task of planning to ensure safe separation. In this paper a probabilistic model is presented, for the purpose of emulating the trajectories of aircraft in climb and bounding the uncertainty of the predicted trajectory. A monotonic, functional representation exploits the spatio-temporal correlations in the radar observations. Through the use of Gaussian Process Emulators, features that parameterise the climb are mapped directly to functional outputs, providing a fast approximation, while ensuring that the resulting trajectory is monotonic. The model was applied as a probabilistic digital twin for aircraft in climb and baselined against BADA, a deterministic model widely used in industry. When applied to an unseen test dataset, the probabilistic model was found to provide a mean prediction that was 21% more accurate, with a 34% sharper forecast.


翻译:飞机轨迹是模拟在拥挤的空域中安全分离飞机的关键手段,它以明显的缩略图不确定性为模型,造成观察到的轨迹与确定模型预测之间的差异,妨碍了确保安全分离的规划工作。本文介绍了一种概率模型,目的是模拟飞机在攀登中的轨迹,并限制预测轨道的不确定性。一个单调功能模型利用雷达观测中的地表-时空相关性。通过使用高斯进程模拟器,将攀登的参数直接绘制为功能输出,提供快速近似,同时确保由此得出的轨迹是单调的。该模型是用作在攀登和基线上飞机的概率数字对巴达卡(BADA,这是工业中广泛使用的一种确定模型)。当应用于一个看不见的测试数据集时,预测性模型发现提供了一种更准确的平均值预测,即21 %, 精确度为34% 的精确度预测。

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