CN100568142C

CN100568142C - 飞行器的显示系统

Info

Publication number: CN100568142C
Application number: CNB2005800286313A
Authority: CN
Inventors: B·莫里泽特; V·阿马德; P·莫里雷; P·加默特
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: CN101006404A; FR2874371A1; RU2328764C1; JP2008509844A; CA2567222A1; US20070247336A1; US7855664B2; EP1779210A1; FR2874371B1; WO2006024746A1; JP4879177B2; BRPI0512474A

Abstract

本发明涉及飞行器的显示系统(1A)。本发明的系统包括：显示设备(2)，其包括含有与飞行器及外界环境相关信息的信息源(3)；信息处理装置(4)，它使用来自信息源(3)的信息能够构成飞行器环境的图像并构成一种三维合成图像以显示出飞行器的位置及飞行器正在通过的环境，包括所飞越的地形，所述的合成图像至少与另一显示例如与二维显示有关的信息相干；及显示装置(6)，其至少在显示屏(7)的一个区(9A)上显示出合成图像。

Description

飞行器的显示系统

本发明涉及飞行器，特别是民用运输飞机的显示系统。

更确切地说，所述的显示系统，特别是用来构成飞机的环境图像并将此图像显示给该飞机的至少一个飞行员。

众所周知：飞行器的导航和飞行，特别是民用运输飞机的导航和飞行可能给操作人员和空中交通控制带来巨大的工作量。特别是，某些飞行阶段或飞行状况可能易于使飞行员的注意力或多或少地不够集中。这样，飞行器的驾驶和导航数据与各系统状态的复杂综合就可能不是以最佳和完美的方式完成。对飞行器在空中实际情况所构成的错误的心理图像可能会导致作出不合时宜或错误的判断和行为。

在提供给飞行员的各种不同显示中特别是当这些显示型式不同时例如具有不同维度数时，其中存在的(大小，色彩等)不一致性或更常出现的不均匀性尤其可能是构成错误心理图像的原因。

本发明的主题就是能够弥补上述缺点的飞行器显示系统。

为此，根据本发明，含有显示设备的显示系统包括：

-信息源，其含有与飞行器及其环境有关的信息；

-信息处理装置，它能够根据信息源发出的信息来构成飞行器环境的图像；及

-显示装置，其包括至少一个显像屏，

显示系统值得注意之处在于：所述的信息处理装置要建立三维(3D)的合成图像以便能够看得见飞行器的位置以及飞行器正在利用的环境、尤其是包括要飞越的地形，所述的合成图像至少要与另一显示例如二维(2D)显示有关的信息相一致；显示装置至少在显像屏的一个区域显示出合成图像；显示设备与能够实现其它显示的装置相链接。

最好是，信息处理装置根据在飞行器外部的视点按照下文中说明的方式来构成三维的合成图像。这种三维图像便于飞行员直接与直观地使用而无需花费特别的气力。

此外，借助本发明所构成和显示的三维合成图像至少与飞行器的一个其它显示(例如二维显示)相一致，并且这个其它显示是不同类型的(二维而不是三维)。

依据本发明的显示系统因而能够帮助飞行员了解飞行器在其环境中的位置。该显示系统特别是借助所显示三维图像与关于至少一个其它显示信息的一致性而对了解飞行器对地形的情况给予宝贵的帮助，因而它提高了飞行的舒适性和安全性。

更具体地说，不过并非专指地说，一旦出现飞行器与飞越地带相碰撞的危险时就会从能够发出预警信号的碰撞预警，设备发出与所述的其它显示有关的信息。关于碰撞预警设备，其尤其可能是TAWS型设备(英文为：Awareness and Warning system，也就是“地形告知与预警系统”)，EGPWS型设备(英文为：Enhanced Ground ProximityWarning System，也就是“增强型贴地预警系统”)或GCAS型设备(英文为：Ground Collision Avoidance System，也就是“防止撞地系统”)。

在第一具体实施方案中，根据本发明的显示系统还包括这种涉及地形的碰撞预警设备，它能够实现所述的其它显示。

此外，特别是为了提高显示设备所显示的三维合成图像与碰撞预警设备所产生的其它显示之间的一致性，有利的情况是：

a)所述显示设备和碰撞预警设备使用来自含关于地形数据的同一数据库的信息；和/或

b)所述碰撞预警设备(以常规方式)恰当地确定出飞行器与所飞越地域可能发生碰撞的区域并将其传送至显示设备，显示设备再把这些可能发生碰撞的区域综合成为合成图像；和/或

c)碰撞预警设备(以常规方式)把按特定比例分配的不同色彩用于所述的其它显示(特别是可能发生碰撞的区域的显示)并将此按特定比例分配的色彩传送给显示设备，显示设备再将其用到三维合成图像的显示中。

在第二具体实施方案(可将其与上述第一实施方案结合起来)中，显像屏为导航屏，它至少包括一个在另一个之上竖直设置的，两个不同显示区，即实现其它显示的第一上区以及显示三维合成图像的第二下区。

最好是，第一上区的高度与第二下区的高度之间的比在[2，3]的范围。

此外，有利的是，显示系统在第一上区要显示发自碰撞预警设备尤其是发自上述型式碰撞预警设备的至少一个地形图像。

将会注意到，根据本发明在显示设备与用来实现所说其它显示的装置(即上述第一实施方案中的碰撞预警设备和上述第二实施方案中的显像屏第一上区)之间的链接是这样得到的：

-在第一实施方案中：

·通过在上述实例a)中使用的同一数据库；及

·通过在上述实例b)和c)中用于信息传送的物理链路；以及

-在第二实施方案中，通过把第一上显示区整合到所述显示设备的显像屏。

并且，有利的是，信息处理装置使用放大的飞行高度来建立合成图像上的地形表示，这个放大的飞行高度对应于从信息源所接收到的实际地形高度，它由数值范围基本上在[1，2]的系数k倍乘而得。最好是，系数k大体上等于1.4。应用这一倍乘系数能够将高度放大因而提高了对地形起伏的感知。

此外，有利的是，为构成三维合成图像，信息处理装置使用(表示在合成图像上地形投影图的)一些参数，这些参数由用于其它图像上的显示方式和显示比例尺所决定。

附图中的各图将说明可实施本发明的方式。在这些图中，相同的参考符号表示相似的组成部分。

图1和图2为根据本发明之显示系统的两个不同实施方案的原理图。

根据本发明以及根据分别在图1和图2中两个实施方案1A和1B所代表的显示系统，其特别是用来构成飞行器的环境图像并且将此图像显示给该飞行器、特别是运输机的至少一个飞行员。

显示系统1A，1B至少包括一个显示设备2，显示设备2包括：

-信息源3，其包含有与飞行器及其环境有关的信息；

-信息处理装置4，其通过链路5与信息源3相连接并且能够根据从信息源3发现的信息来构成飞行器环境的图像；及

-显示装置6，它至少包括一个显像屏7，并通过链路8与信息处理装置4相连接。

根据本发明，信息处理装置4要构成三维合成图像使得能够看得见飞行器的位置，以及此飞行器正在利用的环境，特别是包括所要飞越的地形，所述的合成图像与关于至少一个二维显示的信息相一致，显示装置6在显像屏7的至少一个区域9A，9B上显示出三维合成图像。

最好是，信息处理装置4根据在飞行器外的视点、以下文规定的方式来构成三维合成图像。这样的三维图像便于飞行员直接与直观地使用而无需花费特别的气力。

此外借助本发明，所构成和显示的三维合成图像至少与飞行器的一个其它显示(例如二维显示)相一致，并且这一其它显示是不同类型的(二维而不是三维的)。

因此根据本发明的显示系统1A，1B能够帮助飞行员即时地了解飞行器在其环境中的位置。这就为了解飞行器对于地形的位置提供了宝贵的帮助并提高了飞行的舒适性和安全性。

更具体地说，但并非是特指地说，一旦出现飞行器与所飞越地带相碰撞的危险时就会从可发出视和/或听预警信号的碰撞预警设备10中发出与二维显示有关的信息。至于碰撞预警设备，其尤其可能是TAWS型设备(“地形告知与预警系统”)，EGPWS型设备(“增强型贴地预警系统”)或GCAS型设备(“防止撞地系统”)。

这样的碰撞预警设备10通常能够产生与不同预警水平有关的两种预警信号，即注意和警告。通常，在检测飞行器与所飞越地域可能发生碰撞危险的约前60秒发出“注意”信号。如果在所预测的飞行器与地域的碰撞的前30秒这样碰撞危险仍然很明显，碰撞预警设备10就发出警告信号。当然，一旦出现报警信号，飞行员必须立刻作出反应。另一方面，在出现注意信号时，飞行器的飞行员应当验证可能发生与地域碰撞危险的现实性，若此危险明显就应修正航线，以避免这种碰撞的发生。

在图1所示的第一具体实施方案中，根据本发明的显示系统1A除包括上述组成部分外还包括与涉及地形的这种碰撞预警设备10，它能够实现上述的二维显示。

这种碰撞预警设备10在通常情况下包括：

-信息源装置11；

-中央单元12，它通过链路13与装置11相连接并完成各种不同的处理操作；及

-预警装置14，其包括例如显像屏(未示出)，此装置14通过链路15与中央单元12相连接并适时发出上述类型的预警信号。

在优选的实施方案中，显示设备2和碰撞预警设备10使用含地形相关数据的同一数据库16的信息来构成分别由显示装置6和预警装置14所显示的3D和2D的地形图像。这样就可以保证由装置6和14所显示的与地形有关的信息的一致性。

在这种情况下，数据库16构成了显示设备2之信息源3以及碰撞预警设备10之信息源装置11的组成部分，如图1所示。此外将会注意到，信息源3还包括例如传感器，计算机，机上系统，等等，它们可提供与飞行器及其环境有关的信息。

此外，为了进一步提高由显示设备2所显示的三维合成图像与由碰撞预警设备10所预测的二维显示之间的一致性：

-碰撞预警设备10以常规方式(根据飞行器航线的预计计算结果)确定飞行器与所飞越地域可能发生碰撞的区域并将这些区域通过链路17传送至信息处理装置4，信息处理装置4再把这些可能发生碰撞的区域整合成在显像屏7上显示的合成图像；及

-碰撞预警设备10以常规方式将特定的按比例分配的各不同色彩用于二维显示，特别是用于可能发生碰撞的区域，并将这种特定的按比例分配的色彩通过链路17传送至信息处理装置4，后者以同样的方法将其用于显像屏7上(三维)合成图像的显示。

通常，碰撞预警设备10用地形标高的坐标网格作为输入，而给出所谓“标记”的坐标网格作为输出，并且它使每个标记与标记所表示的2D图像上的色彩(和/或网纹)相关联。因而，举例来说，注意信号可以与橙色相关联，警告信号可以与红色相关联。根据本发明借助设备2与设备10的配合，合成图像和2D显示的色彩(和/或网纹)可以是相同(如已指出的那样)或相互一致的色彩(和/或网纹)。

因此，如果存在可能发生冲撞的区域，可以在3D合成图像上发出报警信号。例如，这个可能发生冲撞的区域可以以预警方式加上色彩。这一区域的显示也可以是闪光信号，其闪光频率是随着冲撞区越靠近飞行器而闪光频率越高。

在图1的实例中将会注意到，(用于显示合成图像的)显示区9A对应于整个显像屏7。在显像屏7(例如其位于飞行器的驾驶舱内)上合成图像的显示(或表示)使得能够提高飞行员对飞行器实际位置A的了解。此显像屏7可以是专用屏或是飞行器上业已存在的屏。

在图2所示的第二具体实施方案中(其特性可以与图1中第一实施方案的特性结合起来)，显像屏7为ND型(英文为：Navigation Display，也就是“导航显示器”)标准导航屏，它至少包括一个在另一个之上竖向设置的两个不同显示区9B和9C，即实现二维显示的第一上区9C和显示三维合成图像的第二下区9B。

显示装置6在上区9C显示出2D图像，其包括标准导航信息(飞行图，风速和风向，等等)，气象信息，等等，以及从上述类型碰撞预警设备10发出的地形图像。

在两个显示区9B和9C上完全相同的信息发自于相同的处理单元和/或相同的信息源。并且，在本发明的范围内，为实现这两种显示，显示系统1B可包括：

-信息源3和信息处理装置4，它们为两个区域9B和9C所独占和共有；或

-信息源3A和3B，两者是分开的(且分别与区域9B和9C相关联)，但信息处理装置4，其为区域9B和9C所独占和共有；或

-信息源3，其为区域9B和9C所独占和共有，而信息处理装置4A和4B则是分开的(且分别与区域9B和9C相关联)。

此外，上区9C的高度与下区9B的高度之间的比率范围在[2，3]。最好是：

-在空中客车A380上使用的6”×8”型屏幕上，8”的按比例分配最好是6”(区9C)和2”(区9B)；及

-在空客A318，A319，A320，A321，A330和A340上使用的6”×6”型屏幕上，6”的按比例分配最好是4”(区9C)和2”(区9B)。

并且，有利的是，信息处理装置4使用放大的高度来建立3D合成图像上的地形表示。这个放大的高度对应于(从信息源3所接收到的)实际地形高度，它由数值范围基本上在[1，2]的系数k倍乘而得。最好是，系数k大体上等于1.4。应用这一倍乘系数能够将高度稍加放大从而提高了对地形起伏的感知。

此外，有利的是，为构成三维合成图像，信息处理装置4使用(下文中规定的、能够表示合成图像上地形投影图的)参数α，β，......，这些参数由用于二维显示的显示方式(例如所谓的“ARC”方式或所谓的“ROSE”方式)和显示比例尺(英文为range，也就是“范围”)所决定。

借助本发明，说明合成图像上地形的表示是一种现实而直观的表示，它有利于即刻掌握对实际地理情况的了解。

以下说明构成三维合成图像的优选实施方案。

根据这一优选实施方案，信息处理装置4执行的方法包括下述一系列步骤，这些步骤是：

a)确定通过飞行器位置的第一直线并形成对飞行器航向的第一水平分角α和第一垂直分角β；

b)确定处在第一直线上距飞行器尾部某一距离的一个第一点使得通过飞行器位置的水平平面上的此第一点的竖直投影处在距飞行器位置的某一预定距离L1；

c)确定通过第一点的导航线并形成对通过第一点且与飞行器航向平行之第二直线的第二水平分角va和第二垂直分角vb；

d)确定与导航线正交的投影平面；

e)考虑到以第一点作为投影参考点通过把一锥形投影投射到投影平面上，构成至少飞行器前方环境中的至少一部分环境的图像；

f)用两条竖直直线在水平方向上限定上述图像，这两个垂直直线分别在第二和第三点上切割此图像的水平线，使得一方面在导航线与通过第一和第二点的第三直线之间的角度等于某一预定角度，另一方面在导航线与通过第一和第三点的第四直线之间的角度等于一个预定角度；

g)修改如此限定的图像的比例以便使得由第二和第三点所形成的并限定图像宽度的直线段等于希望在其上面显示此图像的显像屏的宽度，而在垂直方向上则随此显像屏高度的变化来限定这一图像。

h)将如此构成的图像(其表示三维合成图像)传送至显示装置6，显示装置6再将此图像在显像屏7的显示区9A，9B上显示出来。

在一个具体实施方案中：

-第一水平分角α在6°-15°；

-第一垂直分角β在3°-10°；

-预定距离L1在3-20公里；

-第二水平分角va小于或等于第一水平分角α；

-第二垂直分角vb小于或等于第一垂直分角β。

此外，在一具体的实施方案中，显像屏7配备有航向比例尺，导航线与第三和第四直线之间的角度应是这样，即在航向比例尺上第二与第三点之间的偏向角在40°-140°。并且，在步骤g)，对图像在垂直方向上加以限定，使得图像的水平线处在显像屏7显示区9A，9B的上三分之一。此外，在步骤e)只构成了处于飞行器前方一定距离的环境图像。

在本发明的优选实施方案中，在步骤e)中所构成的图像至少包括下述组成部分；

-代表飞行器并指明其位置的第一符号；

-描述地形的表示；

-飞行器第一符号与其在地形上垂直投影之间的垂直参考行程线；及

-代表飞行器未来飞行航线的第一曲线图。

因而，所构成的图像能够提高飞行员对飞行器的总状态特别是对外界环境的位置的了解，以及对其相对于这一外界环境飞行器未来飞行航线的了解，最好是，其中至少一个垂直行程线包含安全高度的指示；

此外，步骤e)中所构成的图像还包括：

-代表在飞行器未来飞行航线地形上垂直投影的第二曲线图；

-在代表飞行器未来飞行航线的第一曲线图上的各点与相应垂直投影之间的多个垂直行程；

-在水平线上表示的航向比例尺；

-飞行计划；及

-附加信息，例如关于空中交通情况或气象的信息。

并且，垂直参考行程线包括安全飞行高度的比例和/或指示。此外，代表飞行器的第一符号表示飞行器按侧倾，俯仰，偏航表示的姿态，而说明地形的表示可以随飞行器飞行高度与地形高度间绕航的变化加上不同的颜色。

根据本发明的显示系统1A，1B能够帮助飞行员即时地了解此时此刻和即将来到的几分钟之内飞行器在其环境中的位置。这就对了解飞行器相对地形的位置给予了宝贵的帮助并且提高了飞行舒适性和安全性。准确地说，显示系统1A，1B使得能够向飞行员提供直观和直觉的信息，而无需为处理这种信息再花费气力。所使用的信息记录媒体提供了综合的直接的画面。所产生的3D表示法提高了飞行员对全面情况的了解。

Claims

1.飞行器的显示系统，所述的显示系统(1A，1B)包括显示设备(2)，显示设备(2)包括：

-信息源(3)，它包含有与飞行器及其环境有关的信息；

-信息处理装置(4)，它能够根据从信息源(3)发出的信息构成飞行器的环境图像，信息处理装置(4)构成三维合成图像以便能够看得见飞行器的位置，以及飞行器通过的环境，包括飞行器要飞越的地形；及

-显示装置(6)，它包括至少一个显像屏(7)，并在显像屏(7)的至少一个区域(9A，9B)上显示出合成图像，

显示系统的特征在于：合成图像至少与另一显示有关的信息相一致；显示设备(2)与能够实现其它显示的装置(10，6)相链接，信息处理装置(4)利用放大过的高度来建立合成图像上的地形表示，这个放大的高度对应于从信息源(3)所接收到的实际地形的高度，它由数值范围在[1，2]的系数k倍乘而得，

其中所述信息处理装置(4)包括：

-用于确定通过飞行器位置的第一直线并形成对飞行器航向的第一水平分角α和第一垂直分角β的装置；

-用于确定处在第一直线上距飞行器尾部某一距离的一个第一点使得通过飞行器位置的水平平面上的此第一点的竖直投影处在距飞行器位置的某一预定距离L1的装置；

-用于确定通过第一点的导航线并形成对通过第一点且与飞行器航向平行之第二直线的第二水平分角va和第二垂直分角vb的装置；

-用于确定与导航线正交的投影平面的装置；

-用于考虑到以第一点作为投影参考点通过把一锥形投影投射到投影平面上，构成至少飞行器前方环境中的至少一部分环境的图像的装置；

-装置，用于用两条竖直直线在水平方向上限定所述至少一部分环境的图像，这两个垂直直线分别在第二和第三点上切割此图像的水平线，使得一方面在导航线与通过第一和第二点的第三直线之间的角度等于某一预定角度，另一方面在导航线与通过第一和第三点的第四直线之间的角度等于一个预定角度；

-装置，用于修改所限定的图像的比例以便使得由第二和第三点所形成的并限定图像宽度的直线段等于希望在其上面显示此图像的显像屏的宽度，而在垂直方向上则随此显像屏高度的变化来限定这一图像。

-装置，用于将所构成的图像传送至显示装置(6)，显示装置(6)再将此图像在显像屏(7)的显示区(9A，9B)上显示出来。

2.按权利要求1所述的显示系统，

其特征在于，所述的其它显示为二维显示。

3.按权利要求1或2中之一所述的显示系统，

其特征在于，信息处理装置(4)根据在飞行器之外的视点来构成三维合成图像。

4.按权利要求1-2中之一所述的显示系统，

其特征在于，它还包括涉及地形的碰撞预警设备(10)，该设备能够实现所述的其它显示。

5.按权利要求4所述的显示系统，

其特征在于，显示设备(2)和碰撞预警设备(10)使用来自含地形有关数据的同一数据库(16)的信息。

6.按权利要求4所述的显示系统，

其特征在于，碰撞预警设备(10)可适时地确定飞行器与所飞越地形可能发生碰撞的区域并将这些区域传送至显示设备(2)，显示设备(2)再把这些可能发生碰撞的区域整合进合成图像。

7.按权利要求4所述的显示系统，

其特征在于，碰撞预警设备(10)把按特定比例分配的各种不同色彩用于所述的其它显示并把这种按特定比例分配的色彩传送至显示设备(2)，显示设备(2)再将其用到三维合成图像的显示中。

8.按权利要求4所述的显示系统，

其特征在于，显像屏(7)为导航屏，它至少包括一个在另一个之上竖向设置的两个不同显示区(9B，9C)，实现其它显示的第一上区(9C)和显示三维合成图像的第二下区。

9.按权利要求8所述的显示系统，

其特征在于，第一区(9C)的高度与第二区(9B)的高度之间的比率范围在[2，3]。

10.按权利要求8所述的显示系统，

其特征在于，它在第一上区(9C)至少显示一个发自碰撞预警设备(10)的地形图像。

11.按权利要求8所述的显示系统，

其特征在于，为构成三维合成图像，信息处理装置(4)使用表示合成图像上地形投影的参数，这些参数由用于所说其它显示的显示方式和显示比例尺所决定。

12.飞行器，

其特征在于，它包括如在权利要求1-11中任意一项所规定的显示系统(1A，1B)。