CN101366064B - 自动进场时协助驾驶飞行器的方法和装置及相应的飞行器 - Google Patents

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Abstract

用于协助驾驶飞行器的方法和装置，所述方法和装置用来确定进场轴线，并包括用来沿此进场轴线引导飞行器的导航系统。所述方法和装置限定主进场轴线(Al)以及修正的进场轴线，该修正的进场轴线和代表1类精度进场的主进场轴线相比，相对于正在飞越的地形垂直地显示出多出的余量(ΔH)。所述导航系统沿所述修正的进场轴线引导所述飞行器。

Description

自动进场时协助驾驶飞行器的方法和装置及相应的飞行器
本发明涉及协助驾驶飞行器的方法和装置，该方法和装置用于至少在自动靠近着陆跑道时协助驾驶飞行器以进行着陆，尤其是在军事领域当中。在本发明的范围内，据认为自动进场应该允许飞行器在如下条件下飞行：不使用位于地面的导航设备，处于仪表气象条件(IMC，英文名称为“Instrument Meteorological Conditions”)下，至例如200英尺(大约60米)的判断高度，其对应于1类ILS(英文是“InstrumentLanding System”，即仪表着陆系统)类型的通常精度(précision)的进场判断高度(hauteur de décision)。在这样的自动进场期间，由飞行器使用的定位设备因而只是机载设备，尤其是通过卫星的定位系统，例如GPS(英文是“Global Positioning System”)，惯性导航仪以及气压传感器。该进场也可在没有空中交通管理员(
Figure G2007800021256D00011
de l′espace aérien)的情况下实现。如果情况如此，着陆在手动导航的协助下以目视方式完成。相反地，如果在该判断高度，机组成员看不到跑道，则必须进行重新加速以重新爬升到预定的安全高度。用来实现这样的自动进场的路线在飞行前生成并描绘在飞行期间供机组成员使用的纸质地图上。为了制定该路线，已经对着陆跑道周围的地形构造进行了分析，并且对和障碍物相关的空地进行了定义。此进场路线还存储在飞行器飞行控制系统的数据库中。
如前面所指出，本发明所考虑的此种自动进场的判断高度和民用领域中使用的1类精度进场所使用的判断高度是相同的。为了实施如使用ILS的这种精确进场，通常使用位于沿跑道边缘的地面站以及至少一个安装在飞行器上的专用无线电接收器，该接收器在着陆前以及着陆过程中通过给飞行员提供相对于进场轴线(axe)的横向偏离以及相对于下降平面的垂直偏离来提供水平和垂直导航。像这样的精确仪表进场给着陆提供了重要而有效的帮助，尤其是在可见度差(雾天等)或者零可见度的情况下。像这样的精确的仪表进场因而使用从外部接收的信息。这不是本发明中所设想的自动进场中的情况，对于本发明设想的情况，帮助导航仅需使用机载设备来实现，如之前所指出。
因此，考虑到在自动进场时不能使用精确仪表进场，尤其是由于在自动进场的情况下不能达到实施这种精确仪表进场所需的飞行器性能时，设想了进场轴线。
众所周知，飞行器性能可以主要分成定位部分和导航部分。导航部分允许对飞行器以一定的精度跟随所设想的进场轴线的能力进行估计。而定位部分允许确保飞行器的实际位置。这些方面的性能在垂直平面和水平平面中同时都得到考虑。
然而，在自动进场的情况下，对于这种情况飞行器的定位仅依据飞行器机载可获得的信息，由于和之前所述的定位部件有关的足够的误差余量，在垂直平面上无法获得所需的性能。
因此，在军事领域内自动进场的背景下，如本发明内所考虑的这样，不可能没有更改地和民用领域中所用的方式那样实施精确仪表进场。
本发明的一个目的是弥补前述缺陷。其涉及协助驾驶飞行器的方法，该方法用于至少在自动靠近跑道期间协助驾驶飞行器以进行着陆。
出于此目的，根据本发明，前述方法根据如下步骤：
a)确定进场轴线；以及
b)仅使用飞行器机载设备沿所述进场轴线对飞行器至少导航至判断高度，
值得注意的是：
-在步骤a)：
a1)确定主进场轴线，该轴线代表1类精度进场；以及
确定垂直校正量并且根据此垂直量和所述主进场轴线，确定修正的进场轴线，该轴线相对于所述主进场轴线垂直地显示出相对于待飞越的地形附加的余量；以及
-在步骤b)，引导所述飞行器沿所述修正的进场轴线飞行。
这样，受惠于本发明，使飞行器沿修正的进场轴线飞行，与以通常方式对于1类精度进场所确定的进场轴线相比，该修正的进场轴线相对要飞越的地形具有垂直余量。因此，此垂直余量允许在自动进场期间飞行器相对于地面安全地飞行，对于该自动进场(如前面所指出)，飞行器的当前性能低于常用的1类精度仪表进场现有的性能。
可以注意到，受惠于本发明，可以利用对于1类精度进场以通常方式确定的信息。这尤其有助于本发明的实施。尤其是在OACI(Organisation de l′Aviation Civile Internationale)，或者英文为ICAO(International Civil Aviation Organization，国际民用航空组织)的附件10中对一种1类精度仪表进场进行了描述。
在一个具体实施例中，在步骤a)：
-将所述修正的进场轴线的倾斜度和代表该飞行器能够飞行的最大倾斜度的辅助倾斜度进行比较；以及
-如果所述修正的进场轴线的倾斜度大于所述辅助倾斜度，则发出信息给该飞行器的飞行员，指示所述飞行器的性能不允许飞行器沿所述修正的进场轴线飞行。
此外，有利地在至少一个显示屏上向飞行员提供第一和第二指示装置，其分别显示所述主进场轴线和所述修正的进场轴线。
在本发明的背景中，所述垂直修正允许确定该修正的进场轴线可以以不同的方式实现。在一个优选实施例中，在步骤a2)考虑该飞行器的当前性能确定所述垂直修正量和所述修正的进场轴线。
从而，对于该飞行器当前实际的情况而适应该修正的进场轴线。可以注意到，为了这样做，飞行器的性能通过安装在此飞行器上的常用系统而通常自动地是已知的。
在一个优选实施例中，在第一变型中，通过使用倾斜度修正量确定修正的进场轴线，所述修正的进场轴线的倾斜度P2满足如下关系：
P2＝arctg[(H·tgP0)/(H·(tgP0/tgP1)-ΔH)]
其中：
-tg代表正切；
-arctg代表反正切；
-P0代表限定了相对1类精度进场的安全锥面的倾斜度；
-P1代表所述主进场轴线的倾斜度；
-H代表所述判断高度；以及
-ΔH代表取决于飞行器当前性能的垂直余量。
此外，在第二变型中，确定所述修正的进场轴线，该轴线如下：
-该轴线与所述主进场轴线平行；
-该轴线在飞行器飞行方向的下游被水平地移动；以及
-该水平移动ΔL满足如下关系：
ΔL＝ΔH/tg P0
其中：
·tg代表正切；
·ΔH代表取决于飞行器当前性能的垂直余量；以及
·P0代表限定了相对1类精度进场的安全锥面的倾斜度。
此外，在本发明的背景下，在步骤a2也可以同样地确定所述修正的进场轴线：
-借助于第一倾斜度修正量，对应于所述主进场轴线的倾斜度的所述修正的进场轴线的倾斜度增加预定的倾斜度值；
-借助于第二倾斜度修正量，对应于所述主进场轴线的倾斜度的所述修正的进场轴线的倾斜度增加预定的倾斜度值；
-借助具有恒定值的高度修正量。
本发明同样涉及用于协助驾驶飞行器，尤其是军用运输机的装置，该装置用于至少在前述类型的自动进场期间协助驾驶飞行器。
为了这样做，根据本发明，所述该类型的装置包括：
-用于确定进场轴线的飞行管理系统；以及
-用于协助至少至判断高度前沿所述进场轴线引导飞行器的导航系统，其仅借助于由飞行器机载设备可提供的信息，
值得注意的是，所述飞行管理系统包括：
-用于确定主进场线路的第一装置，该线路代表1类精度进场；以及
用于一方面确定垂直修正量而另一方面从此修正量和所述主进场轴线确定修正的进场轴线的第二装置，该修正的进场轴线相对于所述主进场轴线垂直地显示出相对于待飞越的地形附加的余量，所述修正的进场轴线被传输给所述导航系统，使得该系统可以协助沿此修正的进场轴线引导飞行器。
在一个具体实施例中，所述装置还包括监视装置，其用于：
-将所述修正的进场轴线的倾斜度和代表该飞行器能够飞行的最大倾斜度的辅助倾斜度进行比较；以及
-如果所述修正的进场轴线的倾斜度大于所述辅助倾斜度，则发出信息给该飞行器的飞行员，指示所述飞行器的性能不允许飞行器沿所述修正的进场轴线飞行。
此外，根据本发明的该装置有利地还可包括：
-显示装置，用于在至少一个显示屏上向飞行员提供第一和第二指示装置，其分别显示所述主进场轴线和所述修正的进场轴线；及/或
-界面装置，其允许飞行员在例如飞行管理系统中输入至少一个判断高度值。
附图的图形将使得易于理解如何实施本发明。在这些附图中，相同的标号代表相似的部件。
图1是根据本发明的导航辅助装置的方框图。
图2和图3分别是在两种不同实施形式中能够使本发明的优势显而易见的图示。
根据本发明并且在图1中示意性地描绘的装置1用于协助飞行器，尤其是军用运输机的驾驶，该驾驶发生在至少是在为了着陆目的而自动靠近着陆跑道2期间。
为了这样做，所述装置1包括：
-飞行管理系统3，例如FMS(英文为″Flight ManagementSystem″)，其能够确定进场轴线；
-常用信息源集合4，尤其包括定位装置；以及
-导航系统5，其由中间连接6和7分别连接到所述飞行管理系统3和所述集合4上，该导航系统5用于协助沿由所述飞行管理系统3确定的进场轴线自动地引导飞行器，也就是说仅借助于从飞行器的机载设备可获得的信息(以及至少部分地来自所述集合4)，并且至少直到如下所确定的判断高度H。
在一个优选实施例中，所述导航装置5包括未具体描绘的如下装置：
-计算装置，其用于以通常的方式，从通过中间连接6由所述飞行管理系统3以及通过中间连接7由所述集合4所接收的信息确定导航指令；
-至少一个协助导航的装置，例如自动导航装置和/或飞行导向仪，其根据从所述计算装置接收的导航指令确定飞行器的导航命令；以及
-用于致动受控部件的装置，该受控部件诸如例如飞行器的舵面(gouverne)(转向系统、升降舵等)，对于这些舵面应用如此确定的导航命令。
根据本发明，所述飞行管理系统包括：
-装置8，其包括例如未示出的数据库，而该装置8能够以通常的方式确定主进场轴线A1。根据本发明，该主进场轴线A1是1类精度仪表进场的代表性轴线。尤其是在OACI(Organisation de l′AviationCivile Internationale)，或者英文为ICAO(International Civil AviationOrganization，国际民用航空组织)的附件10中，会注意到对这样的1类精度仪表进场进行了描述；以及
-装置9，其通过中间连接10连接到所述装置8上，该装置9以这样的方式形成以：
·一方面，确定垂直修正量；以及
·另一方面，根据该垂直修正量以及从所述装置8接收的所述主进场轴线A1，确定修正的进场轴线A2，该修正的进场轴线A2相对于所述主进场轴线A1垂直地显示出相对于待飞越的地形附加的余量ΔH(在所述判断高度H上)。
此外，根据本发明，由所述装置9确定的修正的进场轴线A2被通过中间连接6传送给导航系统5，以便所述导航系统5协助沿该修正的进场轴线A2引导飞行器。为了这样做，飞行器的导航可以或者通过例如自动导航装置的中转而自动地实现，或者通过例如在飞行导向仪的协助下由飞行器的飞行员手动地实现。
这样，当靠近着陆跑道2时，根据本发明的装置1导致飞行器遵循修正的进场轴线A2，与对于1类精度进场以通常方式确定的进场轴线A1相比，该修正的进场轴线A2在判断高度H上相对于被飞越的地形显示出垂直余量ΔH。因此，此垂直余量ΔH允许在由装置1实施的自动进场期间飞行器相对于地面安全地飞行，对于该自动进场，飞行器的当前性能低于通常的1类精度仪表进场现有的性能。
此外，由于装置8利用了以通常的方式确定的对于1类精度进场的信息，因而更易于实施本发明。
在一个具体实施例中，所述装置1还包括监视装置11，其例如至少部分地结合在飞行管理系统3中，且该装置包括：
-装置12，其通过中间连接13连接到装置9上，且该装置12以这样的方式形成，其将由所述装置9确定的所述修正的进场轴线A2的倾斜度P2与辅助倾斜度相比较，该辅助倾斜度代表飞行器根据其认证能够飞行的最大倾斜度；以及
-装置14(例如显示装置)，其通过中间连接15连接在装置12上，并且该装置14以这样的方式形成，以便当所述修正的进场轴线A2的倾斜度大于所述辅助倾斜度时，该装置14向飞行器的飞行员发出显示所述飞行器的性能不允许沿所述修正的进场轴线A2飞行的信号(声音的和/或视觉的)。
装置14可尤其在显示屏16上显示此信息，显示屏16形成例如飞行管理系统3的一部分。
此外，在一个优选实施例中，所述装置1也包括显示装置，例如所述装置14，用于在驾驶员座舱的至少一个显示屏，尤其是在显示屏16上，通过第一和第二显示装置(例如在显示垂直平面的屏幕的一部分上可见的路线轨迹)向飞行器的飞行员分别显示所述主进场轴线A1和所述修正的进场轴线A2。
在本发明的背景中，所述装置9可采用不同的方式确定该修正的进场轴线A2的所述垂直修正量。
在一个优选实施例中，所述装置9考虑该飞行器的当前性能确定所述垂直修正量和所述修正的进场轴线A2。因此，根据本发明的装置1使修正的进场轴线A2适应于飞行器的当前实际情况。为了这样做，所使用的飞行器性能自动地由常用系统(未示出)的装置9接收(通过以通常方式显示的连接19)，该常用系统装载在所述飞行器上。
在此优选实施例中，在图2中所示的第一变型中，所述装置9借助于倾斜度修正量确定所述修正的进场轴线A2。所述修正的进场轴线A2的倾斜度P2满足如下关系：
P2＝arctg[(H·tgP0)/(H·(tgP0/tgP1)-ΔH)]
其中：
-tg代表正切；
-arctg代表反正切；
-P0代表定义安全锥面CS的倾斜度(例如2°)，该锥面与1类精度仪表进场相关，并且该锥面在图2中示出为由线显示其下端；
-P1代表所述主进场轴线A1的倾斜度(例如3°)；
-H代表所述决定高度，例如200英尺(大约60米)，该高度可以由飞行器的飞行员输入飞行管理系统3，尤其是使用通常界面装置17，该装置通过连接18连接到所述飞行管理系统3；以及
-ΔH代表取决于飞行器当前性能的所述垂直余量。如可在图2中所见，在判断高度H上，安全锥面CS具有：
-与主进场轴线A1相比的小的高度h1；以及
-相对于修正的进场轴线A2大于h1的高度h2(数量为2ΔH)。
因此，由于在本发明所考虑的自动进场期间飞行器的性能不能确保如果飞行器沿主进场轴线A1(其与精确进场相关)飞行该飞行器将保持在安全锥面CS之内，因此根据本发明的装置相对于正在飞越的地形做出了增加余量ΔH的高度修正量。当沿所述修正的进场轴线A2引导飞行器期间，与由主进场轴线A1所限定的安全锥面CS相比，这间接地将安全锥面扩大到高度h2。
此外，在前述优选实施例的第二变型中，如图3所示，所述装置9确定修正的进场轴线如轴线A2：
-该轴线与所述主进场轴线A1平行；
-该轴线在飞行器飞行方向E的下游被水平地移动；以及
-该水平移动ΔL满足如下关系：
ΔL＝ΔH/tg P0
该进场轴线的触地点因此被从相对于主进场轴线A1的点B1移动了距离ΔL而到达相对于修正的进场轴线A2的点B2。
可以注意到，触地点的水平移动导致着陆距离的增加，因为撞击跑道2的点被向后移动。因此，在判断高度H上，建议飞行员通过瞄准跑道的极限来增加其进场倾斜度，以便限制着陆距离。装置1还可包括报警装置，如果通过将着陆距离与跑道2的长度比较而证明该着陆距离太长，该报警装置可以向机组成员发出警报。
还有其他可能的方式允许装置9确定修正的进场轴线A2。
在第一备选实施例中，所述装置9利用第一倾斜度修正量确定所述修正的进场轴线A2。在这种情况下，所述修正的进场轴线A2的倾斜度相对所述主进场轴线A1的倾斜度被增加了预定的倾斜度值，例如0.3°。
此外，在第二备选实施例中，所述装置9利用第二倾斜度修正量确定所述修正的进场轴线A2。在这种情况下，所述修正的进场轴线A2的倾斜度相对所述主进场轴线A1的倾斜度被乘上预定的值，例如0.1。
在这两个备选实施例中，修正量都不取决于判断高度H或实际飞行器性能。
此外，在第三备选实施例中，所述装置9利用具有恒定值的修正量确定所述修正的进场轴线A2。在这种情况下，该修正量也不取决于实际的飞行器性能。作为优选方案，此修正量考虑保守假设而设定对于正常飞行器性能所需的余量。
因此，在本发明的背景下，所考虑的自动进场轴线将是修正的进场轨迹或进场轴线A2，该轴线基于代表通常的1类精度仪表进场的主进场轴线A1而限定。涉及此主进场轴线A1的信息通常保存在属于装置8的数据库中。其通常也显示在供机组成员使用的纸质进场地图上。在飞行中，机组成员例如使用飞行管理系统3的界面装置17将自动进场结合在该系统的飞行计划中。然后从数据库提取涉及主进场轴线的信息。机组成员还使用所述界面装置17向飞行管理系统3通知判断高度H。该判断高度H在进场地图上进行限定。在距离目标机场的预定距离，例如100NM处(大约180公里)，属于飞行管理系统3的装置9计算垂直修正量，该垂直修正量优选地是由机组成员提供的判断高度H的函数，以及实际飞行器性能的函数，实际飞行器性能通过连接19从未示出的飞行器系统，尤其是定位系统中接收。所述装置9然后在导航系统5的协助下确定飞行器必须遵循的修正的进场轴线A2。

Claims (14)

1.一种用于协助驾驶飞行器的方法，所述方法用于至少在自动接近跑道(2)期间协助驾驶所述飞行器以进行着陆，根据所述方法：
a)确定进场轴线；以及
b)仅使用飞行器机载设备沿所述进场轴线对飞行器至少引导至判断高度(H)，
其特征在于：
-在步骤a)：
a1)确定主进场轴线(A1)，其代表1类精度进场；以及
a2)确定垂直修正量并且根据此垂直修正量和所述主进场轴线(A1)，确定修正的进场轴线(A2)，该修正的进场轴线(A2)相对所述主进场轴线(A1)垂直地显示出相对于待飞越的地形附加的余量(ΔH)；以及
-在步骤b)，沿所述修正的进场轴线(A2)引导所述飞行器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)：
-将所述修正的进场轴线(A2)的倾斜度(P2)和代表该飞行器能够飞行的最大倾斜度的辅助倾斜度进行比较；以及
-如果所述修正的进场轴线(A2)的倾斜度(P2)大于所述辅助倾斜度，则发出信息给该飞行器的飞行员，指示所述飞行器的性能不允许飞行器沿所述修正的进场轴线(A2)飞行。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个显示屏(16)上向飞行员提供第一指示装置和第二指示装置，其分别显示所述主进场轴线(A1)和所述修正的进场轴线(A2)。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a2)，考虑当前飞行器性能，而确定所述垂直修正量和所述修正的进场轴线(A2)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤a2)，使用倾斜度修正量来确定所述修正的进场轴线(A2)，所述修正的进场轴线(A2)的倾斜度P2满足如下关系：
P2＝arctg[(H·tgP0)/(H·(tgP0/tgP1)-ΔH)]
其中：
-tg代表正切；
-arctg代表反正切；
-P0代表限定了相对1类精度进场的安全锥面(CS)的倾斜度；
-P1代表所述主进场轴线(A1)的倾斜度；
-H代表所述判断高度；以及
-ΔH代表取决于飞行器当前性能的垂直余量。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤a2)，所述修正的进场轴线(A2)被确定为如下轴线：
-该轴线与所述主进场轴线(A1)平行；
-该轴线在飞行器飞行方向的下游被水平地移动；以及
-该水平移动ΔL满足如下关系：
ΔL≈ΔH/tg P0
其中：
·tg代表正切；
·ΔH代表取决于飞行器当前性能的垂直余量；以及
·P0代表限定了相对1类精度进场的安全锥面(CS)的倾斜度。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a2)，使用倾斜度修正量确定所述修正的进场轴线(A2)，所述修正的进场轴线(A2)的倾斜度对应于所述主进场轴线(A1)的倾斜度被增加预定倾斜度值。
8.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a2)，使用倾斜度修正量确定所述修正的进场轴线(A2)，所述修正的进场轴线(A2)的倾斜度对应于所述主进场轴线(A1)的倾斜度被乘以预定值。
9.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a2)，使用具有恒定值的高度修正量确定所述修正的进场轴线(A2)。
10.一种用于协助驾驶飞行器的装置，所述装置用于至少在自动接近跑道(2)期间协助驾驶所述飞行器以进行着陆，所述装置(1)包括：
-用于确定进场轴线的飞行管理系统(3)；以及
-导航系统(5)，其用于仅借助于由飞行器机载设备可提供的信息而至少至判断高度(H)前协助沿所述进场轴线引导飞行器，
其特征在于，所述飞行管理系统(3)包括：
-用于确定主进场轴线(A1)的第一装置(8)，所述主进场轴线(A1)代表1类精度进场；以及
-用于一方面确定垂直修正量而另一方面从此修正量和所述主进场轴线(A1)确定修正的进场轴线(A2)的第二装置(9)，所述修正的进场轴线(A2)相对于所述主进场轴线(A1)垂直地显示出相对于待飞越的地形附加的余量，所述修正的进场轴线(A2)被传输给所述导航系统(5)，使得所述导航系统(5)可以协助沿所述修正的进场轴线(A2)引导飞行器。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括监视装置(11)，所述监视装置(11用于：
-将所述修正的进场轴线(A2)的倾斜度(P2)和代表所述飞行器能够飞行的最大倾斜度的辅助倾斜度进行比较；以及
-如果所述修正的进场轴线(A2)的倾斜度(P2)大于所述辅助倾斜度，则发出信息给飞行器的飞行员，指示所述飞行器的性能不允许飞行器沿所述修正的进场轴线(A2)飞行。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括显示装置(14)，所述显示装置(14)用于在至少一个显示屏(16)上向飞行员提供第一指示装置和第二指示装置，其分别显示所述主进场轴线(A1)和所述修正的进场轴线(A2)。
13.根据权利要求10和11中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括界面装置(17)，其允许飞行员至少输入一个判断高度值(H)。
14.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括如权利要求10到13中任一项所述的装置(1)。
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