本文系统地研究了飞行管理系统(FMS)中的性能管理和4D制导原理,推导了飞机水平航路动态优化和垂直剖面飞行轨迹的性能优化模型并进行了软件仿真,完成了包括水平航路动态寻优、垂直剖面的巡航段性能优化计算在内的航迹规划初步仿真。本仿真系统既可用于航迹规划和制导技术的理论分析研究,也可以作为飞机飞行剖面管理模块,与导航模块、自动驾驶和控制显示单元(CDU)等功能模块一起构成FMS的全系统仿真,为制导系统调用不同的飞行控制模态导引飞机飞行提供输入接口。本文的主要工作如下:(1)对飞机水平航路动态优化问题进行建模和分析,讨论了动态规划(DP)、不加区域约束和加入区域约束的动态寻优等问题。使用动态规划法对水平航路进行动态优化,尤其是得到了加入区域约束后的水平航路动态优化算法流程。在VC++6.0开发平台仿真生成了水平航迹优化程序,并以国内某航线为例进行航迹规划动态仿真,生成了水平动态优化路径。(2)对民机垂直剖面的性能优化技术进行了理论分析,讨论了飞机的数学模型、优化模型、性能指标等关键问题。使用能量状态近似法对以最小直接运营成本(DOC)为性能指标的优化方法进行了推导,得到飞机纵向飞行剖面—爬升、巡航、下降段的最优轨迹的分段计算方法。利用VC、MATLAB软件设计了巡航段最优性能计算程序,并根据某型飞机性能数据进行了仿真运算,生成了优化的巡航段飞行轨迹。