CN101416028A - 飞行器导航系统 - Google Patents

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Abstract

导航系统(1)，其包括装置(2，6)和显示装置(10)，装置(2，6)用于产生字母数字型识别特征，该识别特征允许识别应该用于该飞行器的选择的导航模式的数据；而显示装置(10)自动地在显示屏(12)上显示此字母数字型的识别特征。

Description

飞行器导航系统
本发明涉及飞行器的导航系统。
更具体地说，其涉及如下类型的导航系统，该导航系统至少包括如下装置：
-数据库，其至少包括与该飞行器要飞越的地形相关的数据；
-可启动的选择装置，其允许该飞行器的飞行员选择具体的导航模式；
-计算装置，在选择例如进场模式的导航模式期间，其确定取决于至少一个数据(轴线、轨迹等)的导航指令(consigne de guidage)：
·该数据包括至少一个具体的参数(倾斜角、地理点的高度等)；
·该数据来自所述数据库；并且
·该数据应该用于所述选择的导航模式；和
-显示装置，其包括至少一个显示屏。
本发明特别在军事领域中尤其应用于在着陆跑道上的自动进场。它也可以应用于民用过程，这些民用过程与没有LS(英文为“LandingSystem”)型着陆协助装置(如ILS，GLS，MLS等)的进场、复飞(remiserdes gaz)或起飞过程相关，这些过程具有较高的精度和整体性，即，具有几乎与精确进场同样约束的飞行器性能水平。
在本发明的范围内，据认为在自动进场期间，该飞行器应该能不使用位于地面的导航设备在仪表飞行气象条件(IMC，英文为“Instrument Meteorological Conditions”)下飞行到例如200英尺(大约60米)的决断高度(hauteur de décision)，该决断高度对应于ILS型(英文为“Instrument Landing System”，即着陆系统仪器)的精确进场的进场决断高度。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，并且尤其是例如Galileo的GNSS型(英文是“GlobalNavigation Satellite System”)或GPS型(英文是“Global PositioningSystem”)的通过卫星的定位系统、惯性导航仪以及气压传感器。对于前述类型的进场过程、复飞或起飞情况也是如此。
进场时，在所述决断高度上，飞行器的机组成员必须对跑道目视地定位。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，如果在此决断高度上，机组成员看不到跑道，则必须进行复飞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轨迹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。为了制定该轨迹，已经对着陆跑道周围的地形构造进行了分析，并且对与障碍物相对的边际进行了详细说明。此进场轨迹还存储在导航系统的所述数据库中。
因此，在飞行期间，当机组成员决定遵循自动进场的飞行，或具有较高的精度和整体性的进场、复飞或起飞过程时，机组成员经由所述选择装置将适当的过程插入飞行计划，该选择装置通常对应于飞行器的飞行管理系统的界面装置。此时所述飞行管理系统根据来自该数据库的信息生成基准轨迹(对应于自动进场情况下的虚拟进场轴线)。根据此基准轨迹，以及借助于机载装置所知道的该飞行器的当前三维位置，导航系统的所述计算装置计算导航指令，该导航指令通常由飞行器的自动驾驶仪自动地遵循，或由机组成员借助于飞行指引仪(directeur de vol)手动地遵循。
然而，在实施自动进场之前，或在具有较高进度和整体性的这样的进场、复飞或起飞过程之前，机组成员必须确保由所述计算装置用来计算这些导航指令的基准轨迹。事实上，此轨迹被认为是非常重要的，因为与其有关的误差会导致飞行器沿着错误的轨迹飞行，对此存在飞行器偏离相对于障碍物的安全飞行区域的危险。在这种情况下，飞行器会与凸起部分或外部障碍物发生碰撞。
通常，为了实现确保该基准轨迹，机组成员将显示在供其使用的所述纸质地图上的关于此基准轨迹的信息，与由所述计算装置显示在显示装置的显示屏上的关于所述基准轨迹的信息进行比较。
但是，在自动进场的情况下，这样的校验对于机组成员呈现出非常沉重的工作负担，尤其是当该飞行器是军用飞机时，对于此类飞行器工作负担被军用飞机的战术形势所加重(可能位于敌方区域，尤其有要监视存在偶然威胁的必要)。这种校验的工作负担是沉重的，特别是由于涉及进场轴线的数据尤其包括地理点的纬度值和经度值，这些值的每个值均包括大量要确认的数字。此外，在这种情况下由于当时存在的压力，校验时机组成员方面的误差概率也增加了。
此外，在具有较高精度和整体性的进场、复飞或起飞的情况下，由飞行员根据纸质地图进行的过程特征的比较不能获得所需的整体性水平(每个过程的误差概率小于10-9)。
本发明的目的是弥补前述缺陷。其涉及飞行器的导航系统，尤其是民用运输机或军用运输机的导航系统，这使得该飞行器的机组成员能够迅速、安全并有效地监视在飞行器的特定导航模式期间(尤其是自动进场时)被用来确定该飞行器的导航指令的预定数据。
为此，根据本发明，所述类型的导航系统至少包括：
-导航数据库；
-可启动的选择装置，其允许该飞行器的飞行员选择具体的导航模式；
-计算装置，在选择导航模式期间，其确定取决于至少一个数据的导航指令：
·该数据包括至少一个具体的参数；
·该数据来自所述数据库；并且
·该数据应该用于所述选择的导航模式；和
-显示装置，其包括至少一个显示屏，
值得注意的是：
-所述导航系统包括用于产生字母数字型的识别特征的辅助装置(在以下明确指出)，该识别特征优选地借助于周期性冗余码来确定，并且允许识别应该由所述选择的导航模式利用的所述数据；以及
-所述显示装置形成为以便在选择所述导航模式时，自动地在所述显示屏上显示所述字母数字型的识别特征。
这样，受惠于本发明，由所述计算装置用来计算飞行器的导航指令的数据(预先录制在数据库中)以识别特征的形式显示，该识别特征借助于短代码显示，并且因而简单且容易监视，如以下明确指出。
因此，如果数据这样以识别特征的形式显示在显示屏上，并且还以这样的形式描绘在供机组成员使用的纸质地图上，则机组成员实施前述校验将变得简单而容易，该校验包括将各具有少量字母数字要素(数字和/或字母)的两个识别特征进行比较。
在一个具体实施例中：
-所述导航系统还包括：
·至少一个导航装置，例如自动导航仪或飞行引向仪，其用于通过利用由所述计算装置确定的导航指令来协助该飞行器的导航；以及
·可启动的配备装置(moyen d′armement)，其允许飞行器的飞行员配备选择的导航模式，以便允许将所述计算装置的所述导航指令自动地传输到所述导航装置，从而将它们用于该飞行器的导航；以及
-所述计算装置形成为便于使所述被使用的数据固定，随即配备所述导航模式，并且在保持配备所述导航模式期间一直使所述数据固定。
在第一实施例中，所述辅助装置包括所述计算装置，该计算装置形成为以便借助于特定的编码装置在选择所述导航模式期间，自动地确定所述字母数字型的识别特征，该识别特征允许识别应该用于所述选择的导航模式的所述数据。
此外，在第一实施例中：
-所述导航系统形成为以便至少在跑道的自动进场期间(如前所述)，沿着虚拟的进场轴线引导飞行器；
-所述数据库至少包括作为数据的所述虚拟进场轴线，该虚拟进场轴线由多个参数决定；以及
-所述计算装置形成识别特征，该特征允许确定限定所述虚拟进场轴线的所述参数。
在此情况下，有利的是，所述进场轴线由以下五个参数限定：磁方向(orientation magnétique)、倾斜度、以及锚定点(point d′ancrage)的纬度、经度和高度(其例如位于地面上方50英尺处)，并且所述计算装置形成识别特征，该识别特征包括分别识别所述五个参数的五个字母数字型的识别要素(数字和/或字母)。
此外，有利的是，所述计算装置包括采用常用类型的循环冗余码的编码装置。
此外，在第二实施例中，所述辅助装置包括所述导航数据库，该数据库包含所述字母数字型的识别特征，该识别特征允许识别应该由所述选择的导航模式利用的所述数据。优选的是，此识别特征还借助于前述类型的循环冗余码来形成。
在第二实施例中，所述系统形成为以便在如下其中一个阶段(如前所述)期间沿基准轨迹引导飞行器，这些阶段是自动型的阶段并具有较高的整体性和精度：进场阶段、复飞阶段及起飞阶段，并且所述数据库至少包括作为数据的所述基准轨迹，以及允许识别所述基准轨迹的识别特征。
在这种情况下，有利的是，所述计算装置形成为以便自动地将从所述数据库接收的所述基准轨迹与同样从所述数据库接收的对应的所述识别特征进行比较，如果此比较结果显示这些要素相同，则所述显示装置自动地在所述显示屏上显示所述基准轨迹以及对应的所述识别特征。
附图中唯一的图将使得易于理解如何实施本发明。该唯一的图是根据本发明的导航系统的示意简图。
根据本发明并示意性地在图中示出的系统1意图用于对飞行器(未示出)尤其是军用运输机或民用运输机进行导航。
此导航系统1是机载的，并且是包括如下装置的类型：
-导航数据库2，其至少包括与该飞行器要飞越的地形相关的数据；
-可启动的选择装置3，其允许飞行器的飞行员选择特定的导航模式，并且其启动例如为常用的FMS型(英文为“Flight ManagementSystem”)飞行管理系统4，该飞行管理系统可经由连接5连接到所述数据库2上；
-计算装置6，例如FG型(英文为“Flight Guidance”)的飞行引导计算装置，其经由连接7连接到所述飞行管理系统4上，并且经由连接8连接到信息源组9上。此组9没有更多的明确描述，但其包括例如用于确定飞行过程中飞行器的三维位置的装置；
-显示装置10，其经由连接11连接在计算装置6上，并且其能够在显示屏12上显示信息；以及
-常用的导航装置，例如自动导航仪13和飞行引向仪14，其经由连接15连接到所述计算装置6上，并且其用于通过利用由所述计算装置6所确定的导航指令来协助引导该飞行器。
在借助于所述选择装置3选择的具体导航模式期间，该计算装置6确定与该具体导航模式相关的导航指令，并且这些导航指令至少取决于一个数据(轨迹、形状、位置等)：
-该数据至少包括一个具体的参数(该参数允许限定或表征此数据)；
-该数据来自所述数据库2；并且
-该数据应该由借助于所述选择装置3选择的所述选择的导航模式使用。
为了允许飞行器的机组成员迅速且安全地监视这些由所述计算装置6在具体导航模式期间用来确定导航指令的预定数据，根据本发明，所述显示装置10形成为以便在所述显示屏12上自动地显示字母数字型的识别特征，该识别特征允许识别至少一个应该用于所述选择的导航模式的数据。这样，根据本发明的系统1经由所述显示系统10以识别特征的形式显示至少一个数据(如下明确指出)，该数据预先录制在该数据库2中并且由该计算装置6用来计算该飞行器的导航指令。此外，此识别特征是短代码(字母数字型)的形式，以便能够被快速并安全地监视。
除此之外，如果这样以识别特征的形式显示在显示屏12上的数据也以同样的形式显示在另一个介质上，例如供机组成员使用的纸质地图上，则机组成员要校验由该计算装置6显示并使用的数据是否确实与显示在此另一个介质上的所需数据一致将简单而容易。可简单而快速地实现这样的比较，因为两个识别特征中的每一个特征都显示出少量的字母数字要素，即，少量的数字和/或字母，如以下明确指出。
当然，如果机组成员必须校验多个同时由该计算装置6用来计算导航指令的数据，则系统1给每个数据提供识别特征，并且显示装置10同时显示所有这些识别特征。
每个数据均可包括唯一的参数或多个参数。在包括多个参数的情况下，尤其是借助于例如集成在所述计算装置6中的编码装置16对这些不同参数的每个参数都进行编码，并且所得到的识别特征包括多个分别对应于这些不同参数的要素。在一个优选实施例中，所述编码装置16使用常用类型的循环冗余码。在一个具体实施例中，编码装置16使用的编码方法必须保证预定的误差概率(编码)，例如10-9。
此外，在第一实施例中，所述导航系统1形成为以便能够至少在自动跑道进场阶段期间引导飞行器。如先前指出，可沿虚拟进场轴线实施这样的进场阶段，该虚拟进场轴线在飞行前限定，以便确保相对所飞越地形的障碍物和凸起部分对飞行器轨迹的保护包围。已知这样的虚拟进场路线由以下参数体现：
-锚定点，对于该锚定点需要知道纬度、经度和高度；
-磁方向；以及
-倾斜度值。
在此情况下，所述计算装置6形成为以便借助于集成的编码装置16在选定的所述导航模式期间自动地确定字母数字型的识别特征，该识别特征允许识别应该用于所述选择的导航模式的所述数据。
在此第一实施例中，要编码的该数据因而代表所述进场轴线，并且该数据包括五个参数，即，磁方向、倾斜度、所述锚定点的纬度、所述锚定点的经度和所述锚定点的高度。这样，计算装置6产生识别特征，该识别特征优选地包括五个字母数字型的识别要素，例如五个数字或五个字母，它们分别识别前面的五个参数。
此外，在此第一实施例中，在以下两个层面上实施前述编码：
-在飞行前，当在地面上限定所述虚拟进场轴线时。此时确定的识别特征重新标注在进场地图上(其供飞行器的机组成员在随后的飞行过程中使用)；以及
-在飞行期间，由计算装置6尤其借助于从所述数据库2接收的信息进行。如先前所述，由所述计算装置6确定的识别特征显示在显示屏12上。
因此，在第一实施例中，当飞行器飞行时，机组成员借助于飞行管理系统4的选择装置3选择自动进场，该自动进场被插入该飞行器的飞行计划，并且飞行管理系统4从数据库2提取出那些与此自动进场相关联的限定虚拟进场轴线的参数。这些参数由飞行管理系统4向计算装置6传输，计算装置6然后计算对应的识别特征，并显示在显示屏12上。此时，机组成员应该通过将这些识别特征与显示在供其使用的地图上的那些信息进行比较来对此识别信息进行第一次校验。当自动进场最终被例如位于地面的飞行调度员批准时，机组成员借助于配备装置17配备自动进场，该配备装置17经由连接18连接在计算装置6上，即，将自动导航仪13和/或飞行引向仪14与由计算装置6确定的自动进场的导航指令进行联接。这些导航指令根据前述限定虚拟进场轴线的参数，以及从所述组9接收的飞行器的三维当前位置进行计算。此时，对于每个过程，机组成员必须再一次将至少显示在所述显示屏12上的识别特征与那些进场地图上信息进行校验。同时，计算装置6固定所使用的关于进场轴线的参数，以便只要在保持配备或进行此进场时这些参数都不再变化。如果机组成员想要实施新的进场，将必须在借助于选择装置3选择新的进场之前解除当前进场。
此外，在第二实施例中，所述导航系统1形成为以便在如下其中一个阶段期间沿着基准轨迹引导飞行器：进场阶段、复飞阶段和起飞阶段。在民用领域，这些阶段是自动的并且具有较高的整体性和精度。在这种情况下，所述数据库2至少包括作为数据的所述基准轨迹，以及使得能够识别此基准轨迹的识别特征。此识别特征由过程设计人员确定并且集成在导航数据库2中，且过程包含用来限定基准轨迹所需的全部要素(路线点[英文为“waypoints”]，连续的路线点之间的轨迹，倾斜度等)。每次传输基准轨迹时，此识别特征都由具有非常高的集成水平的计算装置6(飞行管理计算装置)自动地校验。此基准轨迹以及对应的识别特征也被显示出来供飞行员校验。
识别特征的目的在于以很好的概率水平保证全部的参数，这些参数限定在进场、复飞或起飞期间由计算装置6使用的基准轨迹，并因而通过此新参数向机组成员确保了基准轨迹的安全。识别特征通过利用识别特征的编码方法来确定，该编码方法被应用于每个要确保的基准轨迹的参数。该编码方法必须对基准轨迹的参数确保10-9的误差概率。
将会注意到，基准轨迹由过程设计人员定义，以便获得相对于地形的障碍物和凸起部分的预定余量。因而该基准轨迹通常由一系列路线点(用纬度、经度和高度识别)以及直的或曲的线段来体现。该轨迹保存在数据库2中并可用其识别特征进行选择。
在具有较高精度和整体性的进场、复飞或起飞过程的范围内，基准轨迹的参数由飞行管理系统4(从数据库2)向计算装置6(飞行管理)传输。对应的识别特征也同样地如此传输。计算装置(飞行管理)6随后校验此识别特征和基准轨迹参数之间的一致性。如果校验是确定的，该轨迹有效，并且飞行员可通过导航装置跟随该轨迹。在相反的情况下，基准轨迹无效，这就禁止通过导航装置使飞行器沿此基准轨迹飞行。

Claims (10)

1.一种飞行器的导航系统，所述导航系统(1)至少包括如下装置：
-导航数据库(2)；
-可启动的选择装置(3)，其允许所述飞行器的飞行员选择具体的导航模式；
-计算装置(6)，在选择导航模式期间，其确定取决于至少一个数据的导航指令：
·所述数据至少包括一个限定此数据的具体的参数；
·所述数据来自所述数据库；并且
·所述数据应该用于所述选择的导航模式；和
-显示装置(10)，其包括至少一个显示屏(12)，
其特征在于：
-所述导航系统(1)包括用于产生字母数字型识别特征的辅助装置(2，6)，所述识别特征允许识别应该用于所述选择的导航模式的所述数据；并且
-当选择所述导航模式时，所述显示装置(10)自动地在所述显示屏(12)上显示所述字母数字型的识别特征。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
-所述导航系统(1)还包括：
·通过利用所述计算装置(6)所确定的导航指令，用来协助飞行器的导航的至少一个导航装置(13，14)；以及
·可启动的配备装置(17)，其允许所述飞行器的飞行员配备选择的导航模式，以便允许将所述计算装置(6)的所述导航指令自动地传输到所述导航装置(13，14)，从而将所述导航指令用于所述飞行器的导航；以及
-所述计算装置(6)使所述被使用的数据固定，随即配备所述导航模式，并且在保持配备所述导航模式期间一直使所述数据固定。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其特征在于，所述辅助装置包括所述计算装置(6)，所述计算装置(6)借助于特定的编码装置(16)在选择所述导航模式期间，自动地确定所述字母数字型的识别特征，所述识别特征允许识别应该用于所述选择的导航模式的所述数据。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统形成为以便至少在其中一个跑道自动进场阶段期间，沿虚拟进场轴线引导所述飞行器，并且所述数据库(2)包括作为数据的由多个参数限定的至少一个所述虚拟进场轴线，而且所述计算装置(6)产生识别特征，所述识别特征允许识别限定所述虚拟进场轴线的所述参数。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述虚拟进场轴线由以下五个参数限定：磁方向，倾斜度，锚定点的纬度、经度和高度，并且所述计算装置(6)产生包括五个字母数字型识别要素的识别特征，所述识别要素分别识别所述五个参数。
6.根据权利要求3到5中任一项所述的系统，其特征在于，所述计算装置(6)包括采用循环冗余码的编码装置(16)。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其特征在于，所述辅助装置包括所述导航数据库(2)，所述导航数据库(2)包含所述字母数字型的识别特征，所述识别特征允许识别应该由所述选择的导航模式利用的所述数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统形成为以便在自动型的以下阶段期间沿基准轨迹引导所述飞行器：进场阶段、复飞阶段及起飞阶段，并且所述数据库(2)至少包括作为数据的所述基准轨迹，以及允许识别所述基准轨迹的识别特征。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述计算装置(9)自动地将从所述数据库(2)接收的所述基准轨迹与同样从所述数据库(2)接收的对应的识别特征进行比较，并且，如果由所述计算装置(9)进行的比较的结果是一致的，则所述显示装置(10)在所述显示屏(12)上自动地显示所述基准轨迹和所述对应的识别特征。
10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括如权利要求1到9中任一项所述的导航系统(1)。
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