随着全球民航业逐步迈入其发展的快车道,如何在安全运行的前提下,尽可能地满足节能、减排与降噪的要求,实现绿色飞行,已成为民航业关注的焦点。鉴于此,国外纷纷针对连续下降运行这一新技术,开展了基于航空器四维航迹的相关验证分析工作。四维航迹是实现基于航迹运行理念的核心与关键,其能够确保在高密度、小间隔与大流量的空域运行条件下有效实施空中交通管理。为此,本文针对连续下降运行的四维航迹生成、跟踪与优化进行了深入研究。首先,分析连续下降运行的垂直剖面,构建特殊的航空器意图模型,结合质点模型、性能数据与气象模型,利用反向积分策略,基于四阶龙格库塔法,实现连续下降运行的航迹生成。仿真结果表明,该方法生成的剖面与模拟机生成的剖面具有较高的一致性。其次,基于LNAV/VNAV的制导逻辑与控制逻辑间转换的制导选择表,提出了连续下降运行的四维航迹跟踪方法。通过高度、速度选择相应的制导选择表,依托航迹误差与阈值间的关系选择相关的制导逻辑,通过增益来控制航空器的坡度角、推力和阻力,从水平航迹、垂直航迹两个方面实现四维航迹跟踪。仿真结果表明,跟踪后的航迹与参考航迹基本吻合,尤其在水平制导与高度剖面的跟踪方面表现优异。然后,基于高斯伪谱法,提出了连续下降运行的航迹优化方法。四维航迹优化的本质为最优控制问题,故而以油耗或时间为目标函数,运用高斯伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,采用序列二次规划方法求解非线性规划问题。仿真结果表明,该方法能够生成优化的连续下降的剖面。最后,针对四维航迹分析,基于上述理论,结合蒙特卡洛仿真技术,实现了航迹管理系统的开发。以广州白云国际机场ATAGA进场航班为例实施验证,结果表明:在无管制员与飞行员干预的情况下,现行30公里管制移交间隔实施连续下降,起始进近定位点处航空器间隔大于12公里的概率为99.78%,能够满足运行安全要求。