中国民航历经数十年的高速发展,在运送旅客数、飞机持有数、机场数量方面均得到显著提升,吞吐量破千万的中大型机场数目也与日俱增。然而,由于时空资源受限,终端空域拥堵、航班延误严重等问题屡有发生。面对上述困境,基于航迹运行(TBO)理念的实施以及空管自动化设备的升级迫在眉睫,而上述运行理念与技术手段均离不开航空器四维航迹的管理。因此,本文拟深入研究四维航迹的生成、预测和优化,以期为四维航迹管理奠定基础。首先,阐述了航空器航迹生成的一般流程,深入分析了航迹生成中的质点模型、性能模型、气象模型与意图模型,分别研究了水平航迹、垂直剖面的导航模式和实现方法,构建了阶梯运行与连续运行时垂直剖面的航空器意图,仿真表明本文提出的航迹初始生成方法准确度较高。其次,提出了航空器四维航迹的在线/实时预测方法,该方法实时获取航空器轨迹信息,在线监测实际航迹与预测航迹的偏离度,当超出设定阈值时更新飞行意图并再次预测,四维航迹的在线/实时预测能更好的捕捉航空器意图、提升预测精度。再次,研究了基于到达时间的航迹优化,其中水平航迹决定了到达时间窗,垂直剖面确定了准确的到达时间,仿真结果表明航迹优化模块能够在阶梯下降中规划出时间阈值内的综合航迹,在连续下降中规划出无冲突航迹。最后,基于QT平台,使用C++编程语言,开发了四维航迹的初始生成工具、实时预测工具以及动态优化工具,在AMAN原型系统中综合验证了航迹支持模块的功能,结果表明该模块拥有较好的航迹规划能力,能够满足AMAN的运行需求。