Hybrid Machine Learning and Estimation-Based Flight Trajectory Prediction in Terminal Airspace

弹道 计算机科学 空中交通管理 机器学习 空中交通管制 人工智能 航空航天工程 工程类 天文 物理
作者
Hong-Cheol Choi,Chuhao Deng,Inseok Hwang
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:9: 151186-151197 被引量:30
标识
DOI:10.1109/access.2021.3126117
摘要

For air traffic management, trajectory prediction plays an important role as the predicted trajectory information is used in crucial tasks for the safety and efficiency of air traffic operations, such as conflict detection and resolution, scheduling, and sequencing. In this paper, we propose a framework for trajectory prediction in terminal airspace by combining a machine learning-based method and a physics-based estimation method. A trajectory prediction model based on machine learning is trained from historical surveillance data to represent the collective behavior of a set of flight trajectories, from which the data-driven prediction can be obtained as the expected future behavior of an incoming flight. A physics-based estimation algorithm called Residual-Mean Interacting Multiple Models (RM-IMM) then incorporates the machine learning prediction as a pseudo-measurement to account for the current motion of the aircraft. The proposed framework is tested, with real air traffic surveillance data, by predicting the future state information of the flights for real-time air traffic control applications. The results show that the proposed framework produces a greatly improved prediction accuracy compared to the two existing machine learning-based algorithms.
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