CN101198997A - 辅助驾驶在低高度飞行的飞行器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

所述系统(1)包括用于确定对应于飞行器必须飞行的斜度的限定斜度的装置(6)，以便能够掩避让轨迹飞过地面，和一些用于在可视屏幕(9)上呈现代表限定斜度的特征符号的装置(8)。

Description

辅助驾驶在低高度飞行的飞行器的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种辅助驾驶在低高度上飞行的飞机的方法和系统。
背景技术
在本发明范围内，低高度飞行是指沿允许飞行器最多靠近被飞过的地面所遵循的飞行轨迹的飞行，特别是用于避免被发现。这样的低高度飞行轨迹因此位于预定的地面高度处，例如500英尺(大约150米)。
尽管非绝对地，本发明更特别地用于具有较小推力/重力比和较大惯性的军用运输机，并且所述军用运输机的控制时间一般相对缓慢。在发现地对空威胁(可视地或者通过机载对抗电子系统发现)，这样的军用运输机出于可靠的安全原因必须能够快速进行线路修改，所述线路修改并没有在最初被程序化。
然而，低高度飞行轨迹的确定需要飞行器上的系统具有非常高的计算能力。因为允许较早地离开邪恶区域的路线改变必须能够几乎没有预先通知地进行，因此驾驶员并不能手动地重新编制新的路线。事实上，首先，这样的控制需要一些时间(点对点的重新编制计划)，其次在新的侧向路线上的低高度轨迹的计算还要求一定的时限。这些不同的时间大约为数秒，因此可能在某些允许飞行器远离邪恶区域的情况下，特别是上述的地对空威胁时，过于长。
本发明用于解决上述的技术问题，涉及了一种辅助驾驶在低高度上飞行的飞行器的方法。
因此，根据本发明，所述方法的特征在于自动和重复地实施了下述的方法：
a)至少在飞行器前面的预先确定的距离上确定至少一个回避轨迹，所述回避轨迹对应于低高度侧向轨迹并且具有至少一个侧向转向；
b)确定位于该回避轨迹下面的地面情况；
c)根据该地面情况，确定至少一个对应于该飞行器必须飞行的斜度的第一限定斜度，以便能够沿所述回避轨迹在任何所述预定的距离上飞过所述地面；和
d)在可视屏幕上向驾驶员显示至少一个代表所述第一限定斜度的特征符号，该特征符号与斜度大小有关，该斜度大小还与说明该飞行器对地速度矢量的标记有关。
因此，根据本发明，该驾驶员在任何时间并且其无需任何动作就可以设置至少一个允许实现回避飞行控制的回避轨迹，特别是在突发的威胁，尤其是地对空威胁的情况下。这样的回避轨迹因此允许飞行员远离所述威胁，即连续低高度飞行(根据所述回避轨迹)，并且这是在完全安全下进行的，因为飞行员也已经知道了限定的斜度，飞行员使该飞行器在该斜度下飞行以便沿该回避轨迹飞过地面。将注意到，所述示出了对地速度矢量的标记为驾驶员提供了一种关于该飞行器的瞬时对地斜度的指示。
因此，根据本发明，当操纵回避时，飞行器可以与沿初始低高度(沿初始飞行平面计算的)的轨迹飞行时一样完整地继续在低高度飞行。
在第一实施例中，所述第一限定斜度对应飞行器必须飞行的最小斜度，以便能够在沿所述回避轨迹预定的任何所述距离上，与所述飞行器的表现无关地飞过所述地面。
在第一实施例中，最好：
-在步骤c)，还根据所述飞行器的预定飞行条件和有效的表现确定至少一个第二限定斜度，其对应于飞行器可飞行的最大斜度。在这个情况中，在第一变形实施例中，所述预定飞行条件与飞行器的任何发动机的正常运转有关，而在第二变形实施例中，所述预定飞行条件与该飞行器的发动机的预计的故障有关；和
-在步骤d)，在可视屏幕上显示了至少一个第二特征符号，其表示了所述第二限定斜度并且还与所述斜度大小有关。
因此，根据所述第一和第二特征符号，驾驶员了解了其要求的用于沿回避轨迹飞过地面的斜度(第一特征符号)是否与就在任何时刻可获得的斜度而言的最好的上升表现(第二特征符号)兼容(根据飞行器的有效的表现)，这样，或者所有的发动机在运转，或者预期，飞行器的发动机中的一个有故障(该飞行器在这种情况下是多发动机类型)。
在第一实施例中，在优选的实施变形中：
-在步骤a)，确定了分别具有不同转向的多个回避轨迹。所述转向可以是正的或者是负的，即在每个方向中。回避轨迹还可以具有零转向，飞行器因此直线飞行；
-在步骤b)，确定了在回避轨迹下面的地面情况；
-在步骤c)，确定了多个第一限定斜度，该多个第一限定斜度分别与所述多个回避轨迹有关；和
-在步骤d)，在可视屏幕上示出了多个第一特征符号，它们分别代表了所述多个第一限定斜度，所述斜度大小被垂直显示，所述第一特征符号根据相应的转向方向和值彼此并列地被水平示出。
另外，这种情况下，最好：
-在步骤c)，确定多个分别与多个回避轨迹相关的第二限定斜度；和
-在步骤d)，在可视屏幕上显示多个第二特征符号，分别代表了所述多个第二限定斜度，所述第二特征符号根据相应的转向方向和值彼此并列地在水平方向示出使得与同一回避轨迹相关的第一和第二特征符号在同一位置处水平设置。
因此为驾驶员提出了多个回避轨迹，每个回避轨迹都联系了第一限定斜度和可能的第二限定斜度，从而允许驾驶员在操纵回避时选择最好的可能回避轨迹，即预期将沿该被选择的回避轨迹遇到的地面的构形。换句话说，因为本发明而给出的帮助特别在于，瞬时地(或者非常短地时限)提供给驾驶员一种待遵循低高度飞行的回避轨迹的指示，以便保护其不受刚刚检测的威胁伤害；向其确认所述飞行器的表现是否允许这样的轨迹或者这样的选择轨迹。
最好，确定与具有向左转向的回避轨迹数量相同的具有向右转向的回避轨迹。
另外，最好：
-考虑一些允许获得至少一个将所述第一特征符号连成整体的第一连续曲线的回避轨迹；和/或者
-考虑一些允许获得至少一个将所述第二特征符号连成整体的第二连续曲线的回避轨迹。
另外，在第二实施例中，所述第一限定斜度对应于飞行器的最大俯冲斜度，在以最大功率满后操纵杆地施加爬升以便飞过地面之前飞行器可以在该第一限定斜度下下降。另外，最好，代表了所述第一限定斜度的该第一特征符号通过被所述地面情况(当第一特征符号截获该地面情况时)限定或者被预定值限定(在没有所述截获时)而适合于地面情况。
在第二实施例中，优选地，当所述第一特征符号达到表示了对地速度矢量的标记时，将发出警报信号。
另外，优选地：
-在步骤c)，还确定了飞行器能够飞的最大升高斜度；和
-在步骤d)，在可视屏幕上示出了表示所述最大升高斜度的辅助符号。
另外，在第二实施例中，当飞行器转向时：
-在步骤c)，还确定了对应于飞行器的最大俯冲斜度的辅助限定斜度，在进行将机翼回复到平放然后以最大功率实施满后控制杆的回升之前该飞行器以所述辅助限定斜度下降，以便能够飞越地面；和
-在步骤d)，在可视屏幕上示出了代表所述辅助限定斜度的辅助符号。
另外，补充地或者附加地，当飞行器处于转向并且飞行器的机翼不可能恢复到平放时，发出相应的警报信号。
另外，优选地，当飞行器处于转向时，在可视屏幕上示出了横向摆动的指示，其指示飞行员待控制的横向摆动，以便保持给定的轨迹。
另外，在所述第二实施例的特别变形中：
-在步骤a)，确定多个回避轨迹，其分别显示了不同的转向；
-在步骤b)，确定了在回避轨迹下面的地面情况；
-在步骤c)，确定了分别与所述多个回避轨迹相连的多个第一限定斜度；和
-在步骤d)，在可视屏幕上示出了多个第一特征符号，它们分别表示了所述多个第一限定斜度，所述斜度的大小被垂直示出，所述第一特征符号根据相应的转向的方向和值并列地在水平上显示。
不管所考虑的实施例如何，所述可视屏幕最好是一种高头可视装置(dispositif de visualisation tête haute)的一个屏幕。这是非常有利的，因为在外部威胁的情况下，驾驶员一般尝试通过在驾驶位置之外保持注视外部环境来驾驶飞行器。因此，高头可视装置的应用避免了驾驶员不得不降低对飞行仪器的注视
另外，优选地，能够删除在步骤d)中给出的第一特征符号的显示。该删除在例如良好可视性下可以自动或者手动进行。另外，示范性地，可以将所述显示限定在特别的情况，例如在不良的可视性的情况。
另外，在利用上述的基本方法并且用于自动地向驾驶员建议一种路径的特定应用中：
-对于每个回避轨迹来说确定一个注释：其与至少一个预定的标准(相对于两个飞行点限定的飞行轴的侧向偏差，最小的燃料消耗…)有关；
-将因此确定的注释彼此比较；和
-根据所述比较，选择被强调的回避轨迹中的一个。
因此，根据预定的特征，本发明的方法被这样优化：使得允许确定一个优选的侧向轨迹(路径)。当然，当该优选轨迹被确定并且被飞行器所遵循时，本发明的基本方法可以继续被实施以便辅助驾驶员实现在突然的威胁情况下的回避控制。
本发明还涉及一种辅助驾驶在低高度飞行的飞行器例如军用运输机的辅助系统。
根据本发明，所述系统的特征在于，包括：
-一些第一装置，用于至少在飞行器前面的预定高度上确定至少一个回避轨迹，所述回避轨迹对应低高度的侧向轨迹并且具有至少一个侧向转向；
-一些第二装置，用于确定位于所述回避轨迹下面的地面情况；
-一些第三装置，用于根据所述地面情况去确定至少一个第一限定斜度，其对应于飞行器必须飞的斜度，以便能够在沿所述回避轨迹的任何预定距离上飞过所述地面；和
-一些显示装置，用于在可视屏幕上显示至少一个第一特征符号，其代表了所述第一限定斜度并且与斜度的大小相关，该斜度大小还与表示飞行器的对地速度矢量的标记相关。
在第一实施例中，所述第三装置形成用于确定对应于飞行器必须飞的最小斜度的第一限定斜度，以便能够在沿所述回避轨迹的任何预定距离上与飞行器的表现无关地飞过所述地面。
在这个情况中，优选地：
-所述系统还包括一些第四装置，用于根据飞行器的预定飞行条件和有效的表现确定至少一个第二限定斜度，其对应于飞行器可飞行的最大斜度；和
-所述显示装置在该可视屏幕上显示了至少一个第二特征符号，该符号代表了所述第二限定斜度并且还与所述斜度的大小相关。
另外，在一个特别的实施例变形中：
-所述第一装置确定了多个回避侧向轨迹，这些轨迹分别具有不同的转向；
-所述第二装置确定了在回避轨迹下的地面情况；
-所述第三装置确定了多个分别与所述多个回避轨迹相连的第一限定斜度；和
-所述显示装置在可视屏幕上具有多个第一特征符号，它们分别代表了所述多个第一限定斜度，所述斜度的大小在垂直方向表示，所述第一特征符号彼此并列根据相应的转向的值和方向沿水平方向显示。
另外，在一个特别的实施例中：
-所述第四装置确定了多个第二限定斜度，它们分别与所述多个回避轨迹相连；和
-所述显示装置在可视屏幕上具有多个第二特征符号，分别代表了所述多个第二限定斜度，所述第二特征符号根据相应的转向的方向和值并列地在水平方向上显示，从而所述第一和第二特征符号在水平方向上位于同一位置上，所述第一和第二特征符号与同一回避轨迹相关。
另外，在第二优选实施例中，所述第三装置被形成用于确定第一限定斜度，该第一限定斜度对应于飞行器的最大俯冲斜度，飞行器在以最大功率实施满后控制杆爬升从而能够飞过所述地面之前以所述最大俯冲斜度下降。
另外，优选地：
-所述显示装置包括高头可视装置，其包括所述可视屏幕；和/或者
-所述系统还包括一些控制装置，其允许将在所述可视屏幕上产生或者删除第一特征符号的显示。
附图将使得本发明可以如何实施被很好地理解。在该附图中，一些相同的附图标记表示了相同的元件。
图1为本发明的装置的简要视图；
图2-5对应于第一实施例，具体地说：
-图2示出了允许本发明的第一实施例的基本特征突出的图形；
-图3示出了根据本发明的第一实施例实施的附图；
-图4示出了两个可以解释特定的实施例的视图；和
-图5简示了本发明的特别的应用，可以发现优选的侧向轨迹；
图6-11对应于第二实施例，具体地说：
-图6和7示出了所述第二实施例的基本特征；
-图8-10示出了表示了一些特定特征的不同视图；和
-图11是出了类似于图2的图形的图形，但是用于第二实施例。
在图1中简示出的本发明的系统1用于在驾驶低高度上飞行的飞行器A，例如军用运输机时辅助驾驶该飞行器A。
在本发明的范围内，低高度飞行是指沿允许飞行器A最靠近被飞过的地面5进行的飞行轨迹(低高度)飞行，特别是用于避免被发现。这样的低高度飞行轨迹一般位于预定的地面的高度上，例如500英尺(大约150米)。
根据本发明，所述系统1包括：
-一些装置2，用于至少在飞行器A的前面的预定距离D上确定至少一个回避轨迹Ti。该回避轨迹Ti对应于低高度侧面轨迹的一段；
-一些通过连接件4连接到所述装置2的装置3，用于确定位于所述回避轨迹Ti下面的地面情况5；
-一些装置6，用于根据所述装置3通过连接件7收到的地面情况确定至少一个第一限定斜度，该第一限定斜度对应于飞行器A必须飞的斜度以便能够在任何所述预定距离D上沿所述回避轨迹Ti飞过所述地面情况5；和
-一些显示装置8，用于在可视屏幕9上显示至少一个特征符号Si，该特征符号代表了所述第一限定斜度并且与该斜度的大小10相连，该斜度大小还与示出飞行器A的对地速度矢量的系统11有关(例如图2和3)。
因此，本发明的系统在任何情况下向飞行员并且不用飞行员动作地提供了至少一个回避轨迹Ti，其允许实施回避操纵(飞行)，特别是在突然出现的威胁时，特别是地对空的威胁。这样的回避轨迹Ti因此允许飞行员使飞行器A远离出现了所述威胁的区域，即完全是继续着低高度的飞行(根据所述属于低高度类型的回避轨迹Ti)，并且这是在完全的安全性下进行的，因为驾驶员还了解了飞行器A必须飞的最小斜度(特征符号Si)，从而沿回避轨迹Ti飞过该地面情况5。
注意到示出了该对地速度矢量的所述标记11向驾驶员提供了在飞行器A的瞬时对地斜度上的指示，如下面所述。
另外，最好，所述显示装置8的可视屏幕9是一种高头可视装置，如HUD类型(“英语为Head Up Display)。这是非常有利的，因为当有外部威胁时，驾驶员一般通过特别是在驾驶位置之外保持注视外部环境来尝试驾驶飞行器A。因此，高头可视装置的应用避免了存在外部威胁时驾驶员不得不减小注视飞行仪器，从而有利于本发明所带来的辅助。
注意到示出了该对地速度矢量并且在高头可视屏幕9上示出的该标记11指示了飞行器A对装载在飞行器上的通用引导系统所给出的对地斜度赋值(飞行自动驾驶或者引导)的响应或者对手动飞行驾驶的响应(不是自动驾驶也不是飞行引导)。在速度矢量和惯性水平之间的偏差(在图2，3和6-11中用线16示出)表示了该飞行器A的瞬时对地斜度，还示出了可通过高头可视屏幕9看到的地面5的凸构型18。
本发明的系统1还包括一些控制装置22(手动或者自动)允许在所述可视屏幕9上产生和删除特征符号的显示(通过连接件23)。
在图2-5中示出的第一实施例中，所述第三装置6被形成用于确定第一限定斜度，其对应于飞行器A必须飞行的最小斜度，以便能够在任何预定的距离D上沿所述回避轨迹T1-T5独立于所述飞行器A的表现飞过所述地面5。
在这个情况中，优选地：
-所述系统1还包括一些装置12，用于根据所述飞行器A的预定飞行条件和有效表现确定至少一个第二限定斜度，其对应于飞行器A可飞过的最大斜度；和
-所述显示装置8在该可视屏幕9上具有特征符号Ci，其代表了所述第二限定斜度并且还与所述斜度的大小10相连。
在这个情况中，在第一优选实施例中，所述预定飞行条件与飞行器A的全部发动机的正常工作有关(条件AEO(“all engine operative”))，而在第二实施例中，所述预定飞行条件与属于多发动机类型的飞行器的发动机的故障有关(条件OEI(“one Engine Inoperative”))。
还可以构思一些装置(未示出)，用于自动或者手动地从条件OEI进入到条件AEO，并且可以反向。还可以构思同时在同一可视屏幕9上提供至少一对不同的特征符号Ci，分别对应于两个条件OEI和AEO。
因此，根据所述特征符号Si和Ci，驾驶员知道向其询问的用于沿回避轨迹Ti飞过地面情况5的斜度(特征符号Si)是否仍然与在斜度方面的上升的最好的有效表现(特征符号Ci)兼容，这对于所有发动机在运转和对于飞行器(在这种情况下为多发动机类型)的发动机之一故障都是如此。
注意到所考虑的(总)斜度的概念等同于总能量的概念，即代表了将作为或者是一个发动机故障(条件OEI)或者是所有发动机都运转(条件AEO)飞行器A的最大总能量的概念。
当然，所述斜度(或者总能量)信息必须考虑(可能的)路径改变，例如设置用于回避轨迹Ti，因为所述上升表现由转向的出现(精确地说由产生的载荷因数)被改变。
注意到：对于具有惯性的慢的或者重型的战略运输机的飞行器A来说，必须考虑一些实际的表现。考虑总能量的事实允许最大地利用飞行器A的表现，假定了运动能量向潜在能量的能量转移(对于可飞的斜度的增益来说的速度的减小)，从而假定计算具有最好斜度的速度的最大斜度。另外，对该斜度的考虑允许最好地使用高头可视屏幕9的叠加驾驶员看到的风景的一致的显示，正如下面描述的那样。另外，发动机故障的影响对飞行器的上升的表现非常敏感，从而突出了能够通过预期考虑的条件OEI的优点，甚至飞行器A与所有的运转发动机一起变化。
在图1示出的特定的实施例中，装置6和12集成在一个中央单元13中，该中央单元13通过一些连接件14和15分别连接到显示装置2和8中。
在特定的实施例中：
-所述装置2确定了多个回避轨迹Ti(i为1-n，n为大于1的整数)，所述多个回避轨迹Ti分别具有不同的转向i(可以是负的、正的或者零)；
-所述装置3确定了在全部回避轨迹Ti下面的不同的地面情况5；
-所述装置6确定了多个分别与所述多个回避轨迹Ti相连的第一限定斜度；和
-所述显示装置8在可视屏幕9上具有多个特征符号Si，其分别代表了所述多个第一限定斜度。该斜度的大小10如图2所示在垂直方向上显示(其中n等于5)，所述特征符号S1，S2，S3，S4，S5根据相应的转向i的方向和值而在水平方向上并列示出1，2，3，4，5。在该实施例中，3被考虑为零(完全垂直飞行)，1和2为负值(向左转向)而4和5为正值(朝右转向)。
另外，在一个特定实施例中：
-所述装置12确定了多个分别与所述多个回避轨迹Ti相连的第二限定斜度；和
-所述显示装置8在可视屏幕9上显示了多个特征符号Ci(在图2和3中的C1，C2，C3，C4，和C5)，它们分别表示了所述多个第二限定斜度。所述特征符号Ci(C1-C5)根据相应的转向i的方向和值彼此并列地在水平方向上显示，从而与同一回避轨迹Ti(在该实施例中为T2)相连的特征符号Si和Ci(例如S2和C2)沿水平方向位于同一位置(在用于所述实施例的转向2的位置)。另外最好，所述特征符号Ci和Si具有完全相同的宽度。
侧向地，该回避轨迹Ti必须考虑两侧限定的走廊17，用于考虑与该飞行器A上的系统有关的错误。
可计算的最大数目的轨迹Ti取决于机载的装置2的计算能力。当轨迹的数目n增加时，在不考虑因地面原理导致的滑动效应(围绕该飞行器A以逐渐变小的间断扫描)，则该轨迹接近了该凹凸的总构型。
当飞行器A移动时，随着该移动并且沿着每个预定的回避轨迹Ti的走廊17，借助于装置3提取地面5。该中央单元13因此处理了用于每个回避轨迹Ti的地面情况。
注意到，用于确定和供应地面的单个情况的装置3，对于每个回避轨迹Ti来说，包括获悉该地面5的总体情况(借助图2和5总的区域5A，5B和5C凸现了该地面的不同高度)的通用装置。该通用装置可以是一个机载的数字式数据库，含有整体的地面情况，或者是一个装置，例如自动绘图模式的雷达，例如其在飞行器A上制作出了所述地面情况。
当突然出现地对空的威胁时，距离D最好允许从每一侧修改路径至少90度。然而，高头类型的可视屏幕9具有小于该值的角度开口(大致20度对所需的180度)。然而，不是必须赋予不同的回避轨迹Ti的所述显示以在侧面平面中一致。重要的是驾驶员知道根据最合适的地面构型采取那一条路径。然后，驾驶员以任何方式使飞行器A在合适的方向上飞行，从而导致非必须的侧向一致性，重要的是沿所遵循的路径。
再者，最好，所估算的最大斜度的图形化的侧向一致性随着侧向远离对地速度矢量而降级，但是它对于表示在带零转向的轨迹上的斜度的部分来说是完美的(对于图2的实施例来说是3)。当该飞行器朝向所选择的轨迹转向时，该显示以任何方式与飞行器A同时转向。
另外，作为驾驶的辅助，本发明的显示最好在可见性差的条件下使用，从而导致不必须在地面上叠加某些被显示的高头的信息(第一限定斜度)。
垂直上的一致性，对于所有可构思的侧向轨迹来说，是必须的，因为该显示涉及了一些对地斜度。另外，总斜度和轨迹相对于地面给出，附加的载荷因数允许考虑转向导致的影响。
图2给出了在高头类型的屏幕9上(根据不同的可构思的轨迹n＝5)的可视显示的概况(根据本发明)。示出飞行所必须的斜度(用于避免凸起)和被飞行器飞过的斜度(对于在速度矢量上没有对齐的斜度来说由转向交替)的信息的所述特征符号Si和Ci可以分别用术语最低限度标度线表示(特征符号Si)和最高限度标度线表示(特征符号Ci)。
所述最高限度标度线和最低限度标度线(或者特征符号)Ci和Si如下所述设置：
-该标度线的参考系统的始点为该飞行器的路径(3＝0)；
-垂直方向上，每个标度线的高度相对于可视屏幕9的始点(惯性水平线16)设置于Gv.γmrd(γ为对应的斜度)处。如果该被计算的斜度是负的，该标度线位于惯性水平线16下面；和
-侧向地，该标度线的中央相对飞行器的路径(3)设置在GL.处。
每个标度线Ci，Si的增益Gv，GL和宽度被确定为使得获得对速度矢量容易控制。最好，增益Gv等于1，以便用于获得严格一致的垂直显示，即遵循实际的相对角度。
因此，驾驶员必须保持在最高限度标度线Ci和最低限度标度线Si之间的对地速度矢量(标记11)，以便能够以在地面5上面给出的载荷因数转向，同时完全保持在飞行器A的实际表现限度内。为此，条件是明显的：最高限度标度线Ci在最低限度标度线Si上面(这对于在图2和3上的转向1-4来说是如此)。在相反情况中(在图2和3上的S5下面的C5)，经过地面5所必须的斜度相对于飞行器A的表现过高。
注意到如果在一侧出现悬崖，可以构思使在被显示的斜度例如最低限度标度线Si上的一个增益Gv从高处离开可视屏幕9，从而劝阻飞行员将飞行器A的速度矢量的标记11放置在所述最低限度的标度线Si的上面。
转向时的侧向轨迹Ti的数量以及该轨迹Ti的深度D严格地取决于系统1的计算潜力以及可视屏幕9的跟踪性能。需要最多的计算资源的处理是提取地面5的数据(由装置3实施)。因此重要的是最小化地面5的提取。
另外，注意到当n太大时，必然地，每个标度线或者特征符号Ci，Si的宽度非常小。在这种情况中，所显示的斜度图形倾向于围绕该飞行器A的过滤的地面图形(如附图4的与n＝5的图示9A相比较的图示9B所示那样)。装备有标度线Si和Ci的曲线19A和20A因此用光滑的曲线19B和20B代替。
因此，根据本发明，当飞行器A遵循初始的低高度飞行方案时，系统1连续计算一个或者多个回避轨迹Ti，该回避轨迹Ti对应一个或者多个转向i，一般在该飞行器的当前路径的两侧为相同的数量。该系统1允许沿回避轨迹Ti预期该地面5的构型并且允许指示出所述飞行器A达到的实际表现是否允许飞过所述凸起。出于计算能力的原因(计算时间的限制，因此每个轨迹的获得的延期的限制)，所述回避轨迹Ti总是在给定的长度D(或者深度)上计算。该系统1然后计算用于侧向轨迹组Ti(允许控制回避)的能量(总斜度)，并且具有一种在高头类型的可视屏幕9上充分阐释的状态，以便瞬时(或者具有非常短的延期)向驾驶员提供将要采用的低高度飞行的最好路径，以便保护不受检测到的威胁的影响。
在与路径化有关的特定的应用中，可以利用连续的型面以计算在飞行器A前面的一定的深度上低高度飞行型面，在飞行器A的路径的两侧寻找地面5的凹处(山谷)。
总之，飞行器离开点B1以便向点B2飞去。在恒定的低高度飞行时，直线很明显是最小化行程时间和燃油消耗的最短的轨迹。在低高度飞行时，通过避免不得不在一些山顶之上飞过，因此通过沿所述山谷飞行，驾驶员可以从点B1向点B2飞行，从而不严格显示最短的路程，而是允许飞行器尽可能有效地利用地面掩护。
遵循这样的山谷的选择，因此飞行器A纵向前进的选择根据评价在飞行器前面的轨迹的一定深度上的可能的轨迹组合的专家系统而自动进行。
标记系统允许自动确定一个方向而不是另一个方向。由该标记系统计算的一个标记可以取决于相对直接轨迹的远离程度，附加燃油的消耗和轨迹在地面掩护方面的有效性(通过例如计算附近地面的在光学范围内判断轨迹的点数，根据地面数据的数字库计算有效性)。
该技术方案的优点是在两个维度上优化了所述轨迹。没有示出的该专家系统和标记系统属于本发明的系统的一部分。
在图5的实施例中，看到了飞行器A可以不过于偏离实际的路径地在垂直的凹形部分中飞行。该专家系统在飞行器A前面的一定深度上验证了该方案在短期内比左面的方案确实好。
在图5中示出了不同的回避轨迹Ti，它们具有不同的连续时间(或者路径)t1，t2，t3，t4。所获得的轨迹对应于加重线条的中央轨迹21。
利用了上述的基本方法的一部分的特定实施例独特地允许根据地面自动提出一个优选的侧向轨迹(订路径)，用于将点B1连接到点B2。一旦该驾驶员选择遵循作为参考轨迹的新的轨迹，则在需要进行回避控制的情况中，例如因为突然或者预料之外的地对空的威胁时，总是使用由系统1实施的基本方法(即最高限度的标度线和/或者最低限度的标度线)。
另外，在图6-11中示出的第二优选实施例中，所述装置6形成用于确定对应于飞行器A的最大俯冲斜度的第一限定斜度θmin，该飞行器在该第一限定斜度下下降，然后以最大功率实施满后操纵杆爬升，从而能够飞过其前面的地面5。
这样的以TOGA(“take-off/go-around”，即起飞或者恢复油门的最大推力)类型的最大功率在FBS(“Full Back Stick”)类型的满后控制杆爬升的操纵对应于这样的控制：驾驶员向后拉控制杆到底并且向飞行器A施加最大功率。已知这样的控制并不允许以飞行器能够达到的最大斜度升起，而是对于飞行员来说这样的控制代表了紧急控制，该紧急控制的启动最简单并且最直观。
在第二实施例中，所述显示装置8因此在可视屏幕9上显示了一个特征符号SC，它代表了所述限定斜度θmin，如图6所示。
根据本发明，该装置6使用了一种检测要素25，它允许检测飞行器A以上述的控制飞越的能力并且如图6和7所示那样，包括：
-用矢量V1示出的直线部分25A，其相对于飞行器A的当前速度矢量V2具有角度θmin，该直线部分25A的长度由预定的飞行期限表示；
-垂直源部分25B；和
-以最大功率满后控制杆升起的部分25C。
该检测要素25的总长必须允许以足够的预先通知进行预期(对于类型A400M的战略运输机来说大约几千海里)。该检测要素25因此提供了用于在飞行器A以当前速度矢量V2下的θmin度数下降时的瞬时速度矢量的最大的回避能力。在图6和7中还示出了一个检测要素26，其包括一些与所述部分25A，25B和25C相似的部分26A，26B和26C，但是该检测要素26的部分26A示出了当前的速度矢量V2。该检测要素26因此提供了用于瞬时速度矢量的最大的回避能力。当然，该检测要素26并非必须通过地面5的型面(最差情况，该检测要素接触该地面型面)。
当检测要素25没有截取任何地面要素时上述确定的特征符号SC被向下充满。在这种情况下，该角度θmin具有预定的值，例如对于A400M类型的军用运输机来说为-14度。
另外，当该检测要素截取了地面5时，如图7所示，所述检测要素25适应于所述地面5的型面。因此获得了在特征符号SC和标记11之间的角度θterr(示出了该飞行器A的对地速度矢量)，该角度小于上述的最小斜度θmin。在这样的情况中，随着该特征符号SC接近标记11并且该余量减小，驾驶员必须拉控制杆，以便一直保持该特征符号在所述标记11下面，使得能够通过其前面的障碍物。这样的控制可以一直到该特征符号Sc达到标记11处为止。当这样的限定情况达到时，该装置1，例如通过在可视屏幕9上的特定的指示装置27的显示发出警告信号。该指示装置27可以对应于如图8所示那样的脱开十字。还可以包括警告信息，闪烁的标度线或者脱开箭头。在这种极端情况中，如果驾驶员以上述的最大功率，实施了满后控制杆的爬升，飞行器A总是能够飞越该凸形部分。
另外，如果在这个极端情况中，驾驶员没有拉该控制杆，则特征符号SC将通过该标记11的上面，从而告知该飞行器A至少以期望的余量不能再飞越前面的凸形部分了。该驾驶员必须改变侧向轨迹以便能够飞过该凸形部分。
注意到，在FBS/TOGA类型的回避控制期间，下降余量开始随着障碍物被飞越而增加。在这样的情况中，建议在最小的时间期间内保持FBS/TOGA控制以便避免突然的驾驶，所述突然的驾驶在驾驶员放开手时将导致连续的警报。
在这个实施例中：
-所述装置6还确定了对应于能够被所有发动机都运转或者一个发动机故障的飞行器A飞过的最大的上升斜度的上升斜度；和
-所述显示装置8在可视屏幕9上如图9所示示出了辅助符号28，其在可视屏幕9的斜度大小上表示了最大的上升斜度。
该特定的实施例允许驾驶员很好地看到与特征符号SC和所述辅助符号28相比的剩余上升余量。
下面感兴趣的是飞行器A转向飞行情况。
在这个情况中，如果继续在当前的轨迹上，驾驶员必须意识到发生了什么，或者在不能在该当前轨迹上行进的情况中，意识到在最大推力的垂直源之前在恢复平机翼的路径上突然发生了什么。
相对地面的保护因此在根据飞行器A的当前横向摆动推出的轨迹上以及在通过于FBS/TOGA控制前的平机翼恢复的假定推算出的轨迹上被保证。该第二轨迹并不垂直于飞行器A的当前轨迹，并且因为恢复平机翼所必须的时间，它具有相对所述法线的偏转。在这个情况中：
-中央单元13还确定了辅助限定斜度，该辅助限定斜度对应于飞行器A的最大俯冲斜度，在该俯冲斜度下飞行器下降，然后实施平机翼恢复，然后以TOGA类型的最大功率施加FBS类型满后控制杆的爬升，从而能够飞越所述地面5。垂直轨迹以相同的方式被计算，用于转向情况和用于平机翼恢复的情况；和
-所述显示装置8在可视屏幕9上示出了辅助符号29，其表示了该辅助限定斜度，如图10所示。
代替示出与恢复平机翼的轨迹有关的辅助符号29，当不可能恢复平机翼时如果辅助信号29通过标记11的上面，则发出警告信号(例如信息的形式，该信息例如记载在图10的断线表示的矩形30中)是足够的。后面的实施例允许了简化可视屏幕9的显示。
当手动驾驶低高度飞行时，飞行器A潜入山谷中以便利用地面掩护，例如相对可能的地对空的威胁而言。另外，当因为面对凸起部分驾驶员使飞行器A转向时，以恢复平机翼进行的回避控制通常是不可能的。在这种情况中，如果涉及飞行器A的当前轨迹的警报被发出：
-或者如果驾驶员使飞行器A升起，在这种情况中地面掩护可以不再有效；
-或者如果期望仍然最大地靠近地面，驾驶员根据地面的构型的可能性改变转向，即：
增加飞行器A的横向摆动，即缩小该转向；
或者如果该横向摆动已经很大，则扩大该转向。
然而，改变该恢复轨迹的事实与警报的出现或者缺少有关，驾驶员因此可以在较好的情况中和在初始的不好的情况中都能弄清情况。
再者，为了解决上述的缺陷，增加了轨迹数量，在该轨迹上对地保护如图11那样被计算和验证。
图11的情况类似于图2的情况，但是它与第二实施例有关。在这个情况中，特征符号SC被计算用于每个轨迹T1-T5，即位于标记11下面的特征符号SC是在轨迹T4的情况下被计算用于当前轨迹的特征符号。所述特征符号SC因此在可视屏幕9上根据用于飞行器A的横向摆动侧向移动。因此只需沿在特别取决于飞行器A的驾驶品质的走廊17上的每个轨迹提取地面。
注意到在直线上或者在转向时，位于与标记11有关的特征符号SC的两侧的特征符号SC提供了关于在飞行器A周围的地面的信息。因此驾驶员提前了解了横向摆动的赋值。如果驾驶员希望通过根据当前的轨迹T4缩紧或者放松转向来改变轨迹，则标记11在驾驶员的横向摆动动作之后相对地定位在特征符号SC处，该特征符号对应于受控的横向摆动。
在本发明的范围内，当相对当前的轨迹发出警报时，驾驶员因此具有下述选择：
-沿当前的侧向轨迹升起；或者
-使机翼变平并且升起；或者
-通过缩紧或者放大转向而保持尽可能低。
后面的可能方案导致了一种当前轨迹的转向改进。该警报可以根据地面的构型而消失或者加剧。此外，示例如在驾驶屏幕上的地面的水平显示可以辅助飞行员选择新的侧向轨迹，但是该方法需要良好的地面预测，因此由于这样的显示必须是低头类型的并不非常容易。此外，该显示没有给出任何关于待飞越凸形部分的飞行器的表现能力的指示。而且，在这种情形中，包括多个轨迹的图11示出的实施例允许驾驶员容易地进行驾驶，因为恰当的信息已经显示在高头可视屏幕9上。
另外，如果驾驶员决定遵循已经发出警报的轨迹，则驾驶员不可以仅限于在上升期间保持初始横向摆动，因为转向的半径在所述上升期间以恒定的横向摆动变化。在这个情况中，在可视屏幕9上还给出了一个横向摆动指示31，如图10所示，其指示飞行员待控制的横向摆动，用于保持给定轨迹。

Claims (31)

1.辅助驾驶低高度飞行的飞行器(A)的方法，其特征在于，自动并且重复地实施了下述的操作：
a)至少在飞行器(A)前面的预定距离(D)上确定至少一个回避轨迹(T1-T5)，所述回避轨迹(T1-T5)对应于低高度侧向轨迹并且具有至少一个侧向转向(1-5)；
b)确定在该回避轨迹(T1-T5)下面设置的地面情况(5)；
c)根据所述地面情况(5)确定至少一个第一限定斜度，其对应于飞行器(A)必须飞的斜度，以便能够沿回避轨迹(T1-T5)在任何所述预定距离(D)上飞越所述地面；和
d)在可视屏幕(9)上向驾驶员显示至少一个第一特征符号(S1-S5，Sc)，该特征符号代表了所述第一限定斜度并且与斜度大小(10)相关，该斜度大小还与表示飞行器(A)的对地速度矢量的标记(11)相关。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：
所述第一限定斜度对应于飞行器(A)必须飞的最小斜度以便能够沿回避轨迹(T1-T5)在任何所述预定距离(D)上独立于所述飞行器(A)的表现地飞越所述地面。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于：
-在步骤c)，还根据飞行器(A)的预定的飞行条件和有效表现确定至少一个对应于飞行器(A)可飞的最大斜度的第二限定斜度；和
-在步骤d)中，在可视屏幕上显示了至少一个第二特征符号(C1-C5)，其代表了所述第二限定斜度并且还与所述斜度大小(10)相连。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，
所述预定飞行条件与该飞行器(A)的任何发动机的正常运转有关。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定飞行条件与飞行器(A)的发动机的预期故障有关。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于
-在步骤a)中，确定多个分别代表不同的转向(1-5)的回避轨迹(T1-T5)；
-在步骤b)中，确定在回避轨迹(T1-T5)下面的地面情况(5)；
-在步骤c)中，确定多个分别与所述多个回避轨迹(T1-T5)相连的第一限定斜度；和
-在步骤d)中，在可视屏幕(9)上示出了多个分别代表所述多个第一限定斜度的第一特征符号(S1-S5)，所述斜度大小(10)被垂直显示，而所述第一特征符号(S1-S5)根据相应的转向(1-5)的方向和值并列地在水平方向上显示。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，
-在步骤c)中，确定了分别与所述多个回避轨迹(T1-T5)相连的多个第二限定斜度；和
-在步骤d)中，在可视屏幕(9)上示出多个分别代表所述多个第二限定斜度的第二特征符号(C1-C5)，所述第二特征符号(C1-C5)根据相应的转向(1-5)的方向和值并列地在水平方向上显示，从而与同一回避轨迹相关的第一和第二特征符号水平地位于同一位置。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的方法，其特征在于，
确定相同数目的具有向右的转向的回避轨迹和具有向左转向的回避轨迹。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，
其特征在于，
考虑一些回避轨迹，允许获得至少一个将所述第一特征符号连在一起的第一连续曲线(20B)。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
考虑一些回避轨迹，允许获得至少一个将所述第二特征符号连在一起的第二连续曲线(19B)。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的方法，其特征在于，
-对于每个回避轨迹(T1-T5)确定一个与至少一个预定标准相关的注释；
-比较如此确定的注释；和
-根据所述比较，选择突显的所述回避轨迹中的一个。
12.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述第一限定斜度对应于飞行器(A)的最大俯冲斜度，飞行器(A)以该最大俯冲斜度下降，然后以最大的功率施加满后控制杆的爬升，从而能够飞过所述地面(5)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，具有所述第一限定斜度的该第一特征符号(SC)适合于地面情况(5)。
14.根据权利要求12和13中任一项所述的方法，其特征在于，当所述第一特征符号(SC)到达表示对地速度矢量的标记(11)时，发出警报信号。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，
-在步骤c)中，在可视屏幕(9)上示出了能够被飞行器(A)飞的最大上升斜度；和
-在步骤d)中，在可视屏幕(9)上示出了代表最大的上升斜度的辅助符号(28)。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其特征在于，当飞行器(A)转向时：
-在步骤c)中，还确定了对应于飞行器(A)的最大俯冲斜度的辅助限定斜度，在该最大俯冲斜度下飞行器可以下降，然后实施平机翼的恢复，然后以最大功率实施满后控制杆的爬升，从而能够飞越所述地面(5)；和
-在步骤d)中，在可视屏幕(9)上示出了代表该辅助限定斜度的辅助符号(29)。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其特征在于，当飞行器(A)转向并且不能恢复飞行器(A)的平机翼时，发出相应的警报信号。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，其特征在于，当飞行器(A)转向时，在可视屏幕(9)上显示横向摆动的指示(31)，其指示驾驶员控制横向摆动以便保持给定的轨迹。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其特征在于，
-在步骤a)中，确定了多个分别具有不同转向的回避轨迹(T1-T5)；
-在步骤b)中，确定了在所述回避轨迹(T1-T5)下面的地面情况(5)；
-在步骤c)中，确定了多个分别与所述多个回避轨迹(T1-T5)相关第一限定斜度；和
-在步骤d)中，在可视屏幕(9)上显示了多个分别代表所述第一限定斜度的第一特征符号(SC)，所述斜度大小在垂直方向上示出，而所述第一特征符号(SC)根据相应的转向的方向和值在水平方向上彼此并列地显示。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的方法，其特征在于，所述可视屏幕(9)是一种高头可视装置。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其特征在于，能够删除在步骤d)中显示的第一特征符号的显示。
22.一种辅助驾驶低高度飞行的飞行器的系统，
其特征在于，包括：
-一些第一装置(2)，用于至少在飞行器(A)前面的预定高度(D)上确定至少一个回避轨迹(T1-T5)，所述回避轨迹(T1-T5)对应低高度的侧向轨迹并且代表了至少一个侧向转向(1-5)；
-一些第二装置(3)，用于确定位于所述回避轨迹(T1-T5)下面的地面情况(5)；
-一些第三装置(6)，用于根据所述地面情况(5)确定至少一个第一限定斜度，其对应于飞行器(A)必须飞的斜度，以便能够沿所述回避轨迹(T1-T5)在任何预定距离(D)上飞过所述地面(5)；和
-一些显示装置(8)，用于在可视屏幕(9)上显示至少一个第一特征符号(S1-S5)，其代表了所述第一限定斜度并且与斜度的大小(10)相关，该斜度大小还与表示飞行器(A)的对地速度矢量的标记(11)相关。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，
所述第三装置(6)被形成用于确定对应于飞行器(A)必须飞的最小斜度的第一限定斜度，以便能够沿所述回避轨迹(T1-T5)在任何预定距离(D)上与飞行器的表现无关地飞过所述地面(5)。
24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，
-所述系统(1)还包括一些第四装置(12)，用于根据飞行器(A)的预定飞行条件和有效的表现确定至少一个第二限定斜度，其对应于飞行器(A)可飞行的最大斜度；和
-所述显示装置(8)在该可视屏幕(9)上显示了至少一个第二特征符号(C1-C5)，该符号代表了所述第二限定斜度并且还与所述斜度大小(10)相关。
25.根据权利要求23和24中任一项所述的的系统，其特征在于，
--所述第一装置(2)确定了多个回避轨迹(T1-T5)，这些轨迹分别具有不同的转向(1-5)；
-所述第二装置确定了在回避轨迹(T1-T5)下的地面情况(5)；
-所述第三装置(6)确定了多个分别与多个回避轨迹(T1-T5)相连的第一限定斜度；和
-所述显示装置(8)在可视屏幕(9)上具有多个第一特征符号(S1-S5)，它们分别代表了所述多个第一限定斜度，所述斜度的大小(10)在垂直方向表示，所述第一特征符号(S1-S5)彼此并列根据相应的转向(1-5)的值和方向沿水平方向显示。
26.根据权利要求24和25中任一项所述的系统，
其特征在于，
-所述第四装置(12)确定了多个第二限定斜度，它们分别与所述多个回避轨迹(T1-T5)相连；和
-所述显示装置(8)在可视屏幕(9)上具有多个第二特征符号(C1-C5)，分别代表了所述多个第二限定斜度，所述第二特征符号(C1-C5)根据相应的转向(1-5)的方向和值并列地在水平方向上显示，从而所述第一和第二特征符号在水平方向上位于同一位置上，所述第一和第二特征符号与同一回避轨迹相关。
27.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，
所述第三装置(6)被形成用于确定第一限定斜度，该第一限定斜度对应于飞行器(A)的最大俯冲斜度，飞行器在以最大功率实施满后控制杆爬升从而能够飞过所述地面(5)之前以所述最大俯冲斜度下降。
28.根据权利要求22-27中任一项所述的系统，其特征在于，
所述显示装置(8)包括高头可视装置，其包括所述可视屏幕(9)。
29.根据权利要求22-28中任一项所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括一些控制装置(22)，其允许第一特征符号(S1-S5)在所述可视屏幕(9)上的显示产生或者删除。
30.一种飞行器，其特征在于，包括一种能够实施权利要求1-21中任一项所述的方法的系统。
31.一种飞行器，其特征在于，包括一种权利要求22-29中任一项所述的系统(1)。
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