CN100555358C

CN100555358C - 机场地图显示系统和数据交换方法

Info

Publication number: CN100555358C
Application number: CNB028243560A
Authority: CN
Inventors: 兰迪·L·沃尔特
Original assignee: GE Aviation Systems LLC
Current assignee: GE Aviation Systems LLC
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: CN1771524A; CN1742277B; CN1742277A

Abstract

机场地图显示系统(10)向驾驶员提供相对于驾驶员的航空器的机场跑道、滑行道以及其他特征的位置意识。转换代表机场地图的数据，并利用有助于增加用于表示机场地图之信息的吞吐量的数据交换方法，在航空器系统之间传送以上数据。另外，转换代表滑行路线、修正滑行路线以及机场中的航空器的当前位置的数据，并使用压缩数据交换方法进行传送。对机场地图数据进行缩放处理，以便与先前不适合显示某些机场地图的显示系统兼容。通过重新定义现有航向界标，操控安装有光栅显示器的航空器显示地图符号。对于改型应用，当显示与滑行有关的页面时，通过启动先前存在的输入(如“ARPT”按钮)，启动机场地图显示系统(10)。

Description

机场地图显示系统和数据交换方法

技术领域

本发明涉及航空器地面引导系统(SGS)，确切地说，涉及向航空器上的显示系统传送机场地图数据的通信交换。

背景技术

人们对加强航空器的场面引导非常感兴趣。在航空器降落到机场上的跑道之后，下一步是使航空器滑行到预定位置，如乘客登机/离机门。驾驶员很容易在构成机场的众多跑道、滑行道、停机坪和建筑物中迷惑或迷失。在大型机场中上述问题更加严重，并且在夜间时上述问题特别严重，因为大量光源很难使航空器滑行到预定位置。

有效的滑行操作节省时间和金钱。随着机场越来越拥挤，航空器通常花费大量时间在跑道和舱门之间滑行。如果驾驶员错误转弯、迷失或盲目到达错误跑道或滑行道上，滑行时间将更长。另外，错误转弯或导航错误可能造成机场上的其他航空器的延误。

机场地面引导能力的主要特征是向驾驶员展现机场地图。提供此类地图的常规方法是下视显示(HDD)，即在驾驶员视线的前方区域内显示HDD。驾驶员通常输入或选择地面管理员批准的滑行路线。机场地图指示航空器的当前位置，并在机场地图上叠加显示滑行路线。地图向驾驶员提供该航空器相对于滑行指令的位置意识。用于地面引导的实际航空电子设备实现的主要方面必须包括通信总线或数据链路，以便传送在显示屏上适当提供机场地图所需的大量数据。

实际实现机场地图系统的障碍是需要清楚显示机场地图，最好在地图上叠加滑行路线和航空器的当前位置。现有航空电子设备通过以数字图像的方式存储机场地图，显示机场地图。该方法起作用时，以上述方式提供机场地图要求大量存储器存储各机场地图。数字表示机场地图消耗的存储量可能超过1GB。另外，此类数字地图需要相应的高速通信总线向显示系统传送地图数据。上述需求连同许多航空电子设备系统只有有限数据存储容量且不具备高速总线的事实，严重妨碍了在许多航空器上实现机场地图的努力。显示机场地图的其他方法是利用具有更大数据存储容量和高速数据总线的新设备升级航空器航空电子设备系统。然而，必须设计、认证此类系统，与现有航空电子设备套件集成，并安装此类系统。这些处理使得升级非常昂贵，因此，对许多航空器而言，上述方法在经济上是不可行的。

所有机场地图系统不仅能够完成显示机场地图的任务，而且应使地图有用并具有高性能价格比。同时需要设计作为现有航空器航空电子设备系统之改型的地图系统。

因此，持续目标是寻址缩减费用、减少滑行错误、缩短滑行时间以提高机场效率的方法。

发明内容

为实现上述目标以及其他目标，本发明的机场地图显示系统包括数据交换方法，该方法通过现有数据总线传送机场地图，而无需设计或安装新的高速数据总线。本发明的机场地图显示系统将地图数据转换为某些现有显示系统上更加用户友好的比例尺。当使用显示机场地图数据的光栅类型的显示系统实现本发明时，重新定义航向界标，以便以不同于航线符号的方式显示机场地图符号。对于改型应用，响应在显示与滑行有关的页面时启动的先前存在的双重用途输入，启动机场地图显示系统。

根据本发明的一方面，提供了一种用于航空器的机场地图显示系统，该系统包括：用户界面，包括显示屏，以及地图选择输入；数据存储设备，该设备能够存储代表至少一个机场地图的数据；以及与所述显示屏、所述地图选择输入和所述数据存储设备通信的处理器，其中所述处理器生成包括相对于参考点计算的位置点的机场地图数据，对相对位置点进行缩放处理，将经过缩放的相对位置点转换为绝对位置点，并向显示屏提供所述机场地图数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于航空器中的机场地图数据交换方法，该方法包括以下步骤：获取参考位置的坐标；获取机场结构的坐标；相对于所述参考位置计算机场结构的相对结构坐标；对相对结构坐标进行缩放处理；将经过缩放的相对结构坐标转换为绝对位置坐标；以及向显示设备传送所述结构坐标。

根据本发明的一个方面，集成机场地图显示系统作为提供航空器航线规划功能的飞行管理系统(FMS)的扩展。许多航空器上安装有FMS，FMS包括实现本发明之机场地图显示系统所需的许多组件。例如，FMS可能包括处理器，数据存储设备，用户界面，并且通常与众多显示系统通信。

根据本发明的另一方面，将机场地图数据转换为与目标显示系统兼容的比例尺。这样，本发明的机场显示地图系统与更多先前存在的显示系统兼容。

本发明的另一方面在于，通过重新定义航向界标以方便显示机场地图符号，处理现有系统的光栅显示接口。

显然，本发明是对现有系统的重大改进。另外，熟练技术人员可以理解，本发明并不限于与FMS一起使用。应该理解，可使用其他处理器、显示屏和数据输入设备实施本发明。

随后的详细说明书阐述本发明的附加特征和优点，详细说明书的部分内容对熟练技术人员是显而易见的，或者通过按照随后的详细说明书、权利要求书和附图实施本发明，部分理解本发明。

应该理解，以上描述仅仅是本发明的示例，目的是为理解权利要求书定义的本发明的实质和特征提供概述。包含附图的目的是为了更好地理解本发明，附图构成详细说明书的一部分。附图表示本发明的各种特征和实施方式，附图与其详细说明书一起解释本发明的原理和操作。

附图说明

图1表示根据本发明的机场地图显示系统之某一实施方式的框图；

图2表示根据本发明的示例接口定义；

图3表示根据本发明的示例地图标识格式；

图4表示根据本发明的示例缩放算法的流程图；以及

图5和图6表示根据本发明的机场地图显示屏。

具体实施方式

以下详细参照本发明的最佳实施方式，其中附图说明其示例。在所有附图中，相同参考号数指相同或相似部件。

现在参照图1，该图表示根据本发明的机场地图系统的典型实施方式，全文用参考号数10标识该系统。首先简述本发明的机场地图系统的组件，然后进行详细说明。本发明的最普通用途是作为诸如商务客机或货机之类的航空器的FMS中的集成组件，因此，以下论述将参照此类应用来说明本发明。

图1表示根据本发明的机场地图系统以及有关航空器系统的框图。各种各样的航空器系统均可以包括本发明，因此，一并称为机场地图显示系统10。机场地图显示系统10包括飞行管理计算机(FMC)11，多功能控制显示装置(MCDU)12，导航数据库(NDB)13，平视显示(DUD)14，电子飞行仪表系统(EFIS)15，多模式接收机(MMR)16，转发器17，以及通信管理装置(CMU)18。FMC 11和MCDU 12通常共同称为飞行管理系统(FMS)。

FMC 11包括处理器11A和存储器11B。处理器11A包括适合于接收和处理命令和数据的数据处理器。处理器11A最好为其吞吐量足以以实时方式完成所需的FMS和机场地图任务的微处理器。存储器11B最好同时包括存储动态数据和变量的随机存取存储器(RAM)和存储程序数据和静态数据的只读存储器(ROM)。处理器11A与存储器11B通信，以检索程序指令和数据，处理并存储变量。同时，处理器11A与NDB 13通信。

NDB 13包括用于描述机场跑道、滑行道、舱门、停机坪、标准滑行路线和各种其他所需机场结构或特征的机场地图数据和滑行路线数据。最好在链表13A中存储机场地图数据，在数据库中存储标准滑行路线13B。然而，也可以采用多种其他格式来存储机场地图数据。NDB 13最好是可重写的或可更换的，以便在需要时更新表示机场地图的数据和标准滑行路线数据，并且有关机场跑道、滑行道、建筑之类的变更数据是最新的。NDB 13是利用诸如PROM、EPROM、EEPROM、磁盘驱动器、光盘驱动器或类似设备之各种组合之类的多种记忆体存储器技术构造的。其操作需求仅仅是存储机场地图数据的能力。

最好通过与FMC 11和处理器11A通信的MCDU 12实现用户界面。MCDU 12包括显示屏12A，行选择键19和小键盘12B。MCDU 12通常用于向FMC 11输入航线飞行计划命令，并通过显示屏12A，向驾驶员、机组人员或操作员输出航线飞行数据。行选择键19的操作允许快速选择、删除显示的项目。根据某一实施方式，本发明使用先前存在的用户界面设备实现用于机场地面导航的用户界面，尽管也可使用其他用户界面实施本发明。例如，可使用EFIS 15或HUD 14之类的显示屏作为用户界面的一部分，因为此类系统也有用户界面。

将HUD 14和EFIS 15表示为经由显示信号11C与FMC 11通信。HUD 14将图像投射到位于驾驶员前方视线的组合器上，从而驾驶员能够在观看图像的同时注意航空器的前挡风玻璃。EFIS 15(也称为HDD)通常位于航空器的前挡风玻璃的下方。EFIS 15包括一块或多块显示屏，显示屏通常是用阴极射线管(CRT)、平板显示器或功能类似的显示设备实现的。在选定机场地图后，最好在HUD 14或EFIS15上向驾驶员显示地图。EFIS 15是首选显示设备。EFIS 15、HUD 14和MCDU 12全部具有实施本发明的显示屏。

同样，将几种通信系统连接到FMC 11。MMR 16接收导航或位置信号，如全球定位系统(GPS)信号，差分GPS(DGPS)，局域增强系统(LAAS)信号，广域增强系统(WAAS)信号等。将此类信号传送到FMC 11，在FMC 11中确定航空器相对于机场特征的位置。然后使用航空器位置信息或来自其他信源的类似信息计算适当的显示信号11C。

转发器17和CMU 18提供附加输入和输出信道。例如，转发器17接收来自其他航空器或空中交通管制(ATC)的自动回报监视广播(ADS-B)之类的信号。利用该信息将其他飞行器的位置添加到显示的机场地图中。CMU 18包括与ATC或类似控制机构的数据链路，通过该数据链路传送、协商、修改、批准或拒绝滑行路线、计划和指令。

存在与航空工业特别是航空电子设备领域中的通信有关的许多标准。位于马里兰州安纳波利斯Riva路2551号的Aeronautical Radio公司(ARINC)公布了与航空电子设备有关的许多标准。两种出版物公开了航空通信标准。ARINC 429为与航空器上频繁使用的通信总线有关的标准。题目为“Advanced Flight Management Computer System(高级飞行管理计算机系统)”的ARINC特性702A是1996年12月31日公布的，其中涉及FMS和显示系统之间的通信协议。本文引用上述出版物作为参考。

图2表示根据本发明的示例界面定义。为了利用航空器上的现有EFIS接口，滑行路线和机场地图特征利用现有的航向界标。界标用于诸如显示航线符号之类的其他目的。机场地图显示系统使用航向界标表示滑行路线(有效的和修正的)和机场地图(如跑道和滑行道)。有效和修正飞行计划界标分别用于滑行路线和修正滑行路线。同样，偏移飞行计划界标用于机场地图符号。机场地图描述路面轮廓，并且可能包括用于描述各种弯曲路面区域的圆锥截面。位置(即位置或坐标)为绝对纬度/经度位置坐标，该坐标使用ARINC规范中提及的BNR格式中的20比特的数据。图3表示地面标识的示例格式。最好包括跑道和滑行道的文本标识符(如R25，B42)。

图4表示为实现机场地图数据显示所需的扩展缩放而变换纬度和经度坐标的算法。公式1利用绝对纬度与参考纬度(即航空器纬度)的差与地球半径常数的乘积来计算Δ纬度。公式2根据参考经度和参考纬度来计算Δ经度。根据Δ纬度和Δ经度计算航线。根据Δ纬度和Δ经度计算距离。利用距离乘以10计算比例尺，以实现比例因数10。通过使用其他乘数可以实现其他比例因数。按照图4所示的公式6和公式7计算新的纬度和新的经度位置坐标。

图5和图6表示根据本发明的合成显示。在跑道52上显示航空器符号51。利用两条平行虚线表示跑道52。滑行路线53沿跑道52前行，左转后沿滑行道55前行到终点建筑54。利用一条虚线表示滑行道55。使用时，符号更容易辨认，因为可利用不同颜色来表示符号。例如，利用白色虚线显示跑道52，利用蓝色虚线显示滑行道55，利用品红色的实线显示滑行路线53和建筑物54。图6表示在EFIS显示屏上实现的另一种合成显示，该图是用更大比例尺显示的(即，显示机场的更大区域)。

显然熟练技术人员可以对本发明的最佳实施方式作出各种变更而并不背离附属权利要求书定义的本发明的实质和范围。

Claims

1.一种用于航空器的机场地图显示系统，该系统包括：

用户界面，包括

显示屏，以及

地图选择输入；

数据存储设备，该设备能够存储代表至少一个机场地图的数据；以及

与所述显示屏、所述地图选择输入和所述数据存储设备通信的处理器，其中所述处理器生成包括相对于参考点计算的位置点的机场地图数据，对相对位置点进行缩放处理，将经过缩放的相对位置点转换为绝对位置点，并向显示屏提供所述机场地图数据。

2.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述参考点为所述航空器。

3.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述位置点代表纬度和经度坐标。

4.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述代表机场地图的数据包括代表跑道和滑行道的数据。

5.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述代表机场地图的数据包括代表滑行路线的数据。

6.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述代表机场地图的数据包括代表从舱门、终点建筑物、跑道、滑行道、停机坪和防冰站组成的组中选择的机场结构的数据。

7.权利要求1的机场地图显示系统，其中对所述位置点进行缩放以表示经过放大或缩小尺寸的机场结构。

8.权利要求7的机场地图显示系统，其中所述位置点为地球半径值的函数。

9.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述机场地图数据包括用于显示航线飞行符号的光栅标志。

10.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述用户界面包括EFIS控制面板。

11.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述用户界面包括一个双重用途输入，当与滑行有关的页面有效时，双重用途输入启动机场地图数据的显示。

12.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述数据存储设备存储预定的标准滑行路线。

13.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述显示屏为下视显示HDD。

14.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述显示屏为平视显示HUD。

15.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述用户界面包括多功能控制显示装置MCDU。

16.权利要求1的机场地图显示系统，其中所述处理器为飞行管理计算机FMC。

17.一种用于航空器中的机场地图数据交换方法，该方法包括以下步骤：

获取参考位置的坐标；

获取机场结构的坐标；

相对于所述参考位置计算机场结构的相对结构坐标；

对相对结构坐标进行缩放处理；

将经过缩放的相对结构坐标转换为绝对位置坐标；以及

向显示设备传送所述结构坐标。

18.权利要求17的机场地图数据交换方法，其中所述参考位置为所述航空器的一部分。

19.权利要求17的机场地图数据交换方法，其中对所述相对结构坐标进行缩放处理的步骤包括作为参考坐标和机场特征坐标之函数的缩放处理。

20.权利要求17的机场地图数据交换方法还包括以下步骤，计算相对于所述参考位置的滑行路线坐标，并向所述显示设备传送所述滑行路线坐标。

21.权利要求17的机场地图数据交换方法还包括以下步骤，当在显示屏上显示与滑行有关的页面时，响应双重用途输入的启动操作，向显示设备传送所述绝对位置坐标。

22.权利要求17的方法还包括以下步骤，向显示设备传送所述参考位置和绝对位置坐标。

23.权利要求17的方法还包括以下步骤，在显示设备上显示绝对位置坐标。