CN102629423A - 机场滑行道碰撞报警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机场滑行道碰撞报警系统。一种用于如果存在滑行碰撞条件则向机组人员报警的系统和方法。主机运载器(20)上的示范系统(18)基于接收的有关其它运载器的信息确定在地面上的其它运载器周围的一个或多个的第一保护区，基于存储的有关主机运载器的信息和传感器信息确定在主机运载器周围的第二保护区，且如果任何第一保护区占据与第二保护区相同的地理区域的至少部分，则产生警报。该接收的信息包括位置、地速、运载器类型信息和航向或轨迹信息。保护区包括基于运载器尺寸信息的宽度尺度、基于尺寸信息的基础长度尺度，和基于地速的长度尺度的可变分量。

Description

机场滑行道碰撞报警系统
技术领域
本发明涉及机场滑行道碰撞报警系统。
背景技术
在夜间、低能见度条件下或在不受控的机场(即，没有主动交通管制设施的那些)的地面操作是尤其危险的。不像在空中操作，或在跑道上起飞和降落操作，飞行器通常靠近其他飞行器和地面运载器滑行，从而用于交通防撞系统(TCAS)或用于跑道碰撞报警的防碰撞算法的类型不适合地面操作，因为它们将导致高的无用警报率。
广播式自动相关监视(ADS-B)系统的出现使得设计可以提供对潜在的碰撞的有用警报的系统成为可能，通过广播式自动相关监视系统，飞行器和地面运载器传输了它们自己的状态数据(标识，分类，位置，速度，航迹角等)，且通过其飞行器可以收到来自其它飞行器和运载器的状态数据。特别是，从基于卫星的全球导航卫星系统(GNSS)获得的位置数据(纬度，经度)在ADS-B的数据链路上的可用性允许对飞行器或运载器的将来位置的预测达到明显优于标准的TCAS的系统可获得的精度。
发明内容
本发明提供了一种用于如果存在滑行碰撞条件时向机组人员报警的系统和方法。在主机运载器上的示范系统包括接收有关地面上一个或多个其它运载器的信息的接收器、存储有关主机运载器的信息的存储器、确定有关主机运载器的信息的一个或多个传感器，以及输出设备。该系统还包括处理器，其基于接收的有关一个或多个其它运载器的信息确定在每个其它运载器周围的一个或多个第一保护区，基于存储的有关主机运载器的信息和传感器信息确定在主机运载器周围的第二保护区，并且，如果任何第一保护区占据了与第二保护区相同的地理区域的至少部分，则产生警报。生成的警报通过输出设备输出。
在本发明的一个方面，接收的信息包括状态和运载器类型的信息。状态信息包括位置、地速和航向或轨迹之一的信息。其它运载器和主机运载器之一是飞行器且该类型的信息包括尺寸信息。
在本发明的另一个方面，保护区包括基于运载器尺寸信息的宽度尺度、基于尺寸信息的基础长度尺度，和基于地速的长度尺度的可变分量。
附图说明
本发明的优选和可替换实施例下面参考下面的附图进行详细的描述：
图1是根据本发明实施例形成的示范系统的框图；
图2是由图1所示的系统执行的示范过程的流程图；
图3-1是对于非碰撞条件由图1的系统执行的分析的概念图
图3-2是基于如图3-1所示的概念分析的非碰撞条件的平面视图显示；
图4-1是对于碰撞条件由图1的系统执行的分析的概念图；
图4-2是基于如图4-1所示的概念分析的碰撞条件的平面视图显示。
具体实施方式
图1显示了位于飞行器或地面运载器(本机20)上的示范运载器碰撞警报系统18，其用于如果本机20和任何其他运载器22的基于地面的轨迹可能导致碰撞时，提供警告和/或注意警报。系统18包括处理器26、一个或多个数据源38(例如，全球定位系统(GPS))、显示器/用户接口设备30、通信系统32、存储器34以及一个或多个输出设备40。
处理器26通过通信系统32(即，转发器)在数据通道上发送和接收状态信息。利用本机信息(来自GPS或其他系统)和目标(其他)运载器状态(如位置，速度，加速度，航迹角和/或离开其他运载器22或地基系统24的航向)和运载器类型信息，处理器26计算围绕本机20和目标运载器22中的每个的二维缓冲区(框)。当区相交时，处理器26输出警报至(多个)输出设备40。
交通的情况显示在显示器/用户接口设备30上提供，且交通状态(即碰撞的可能)被描绘和/或通过输出设备(例如，耳机，扬声器，触觉设备)40提供听觉的警报消息给机组人员。
本发明利用接收自其他飞行器或运载器22的ADS-B状态数据和/或从地面装置(地基系统24)转播的状态信息、本机状态数据、类型信息，以及一个或多个算法，以产生该区并提供对在不是跑道环境的部分的机场地面上的潜在碰撞(即，对以相对较低速度的潜在碰撞)的警报。举例来说，转播状态数据包括报告式自动相关监视(ADS-R)的数据或源自地面雷达的数据和来自单独的地面装置的广播(即，交通信息服务广播(TIS-B))。该一个或多个的算法在检测到冲突的情况时给机组人员提供潜在的冲突交通的显示。报警算法设计成将无用警报率保持为可以接收的低。
本发明利用来自本机20和其它运载器22的位置、速度和航迹角(或航向，若速度低于阈值)数据来预测本机20和其它运载器22的未来相对位置。执行本分析不需要机场滑行道的地图。
图2显示了由处理器26执行的示范过程80的流程图。首先，在块84和86，分别基于本机20状态和类型数据和其它运载器22的状态和类型数据，在本机20和本机20的阈值距离内的每个其他运载器22周围限定保护“框”区域(即，缓冲区)。框的尺寸和取向与相对运载器的动能(即速度的平方：以动能为函数的所需制动距离)及每个的航迹角成比例地变化。若本机20的框和任何其它运载器22的框重叠，如在决定块92所确定，则存在潜在的碰撞且产生警报并输出至机组人员，见块94。
在一个实施例中，处理器26利用本机和交通目标的物理尺寸信息来产生缓冲区。本机的尺寸信息(例如，翼展和长度)由正在安装的系统获取，因为该系统“知道”它所安装于的飞行器的类型。通过检验由目标运载器传输的“类型”参数，从收到的ADS-B数据中获取交通目标的尺寸信息。这提供了在“地面运载器、小型飞行器、中型飞行器、大型飞行器”意义上的尺寸的粗糙知识。
在一个实施例中，地面运载器的ADS-B的数据包含“运载器尺寸”参数，该参数用于更精确地确定保护框(缓冲区)的尺度。可替换地，更精确的尺寸信息通过采用“S模式”的代码编号获取，该代码编号由每个飞行器在ADS-B上传输。S模式代码编号对于单独的飞行器而言是独特的。处理器26通过将S模式代码编号与根据S模式代码标号的所有注册飞行器的数据库进行对比以获得飞行器类型来确定目标飞行器的物理尺度。该数据库存储在存储器34中。
在一个实施例中，框(缓冲区)的尺寸具有基于运载器类型信息的固定宽度尺度。长度尺度具有基于运载器类型信息的基础最小值。长度尺度的向前尺度(L)根据运载器的速度而变化。下面是示例等式：L＝Ki*速度2+K2*速度+K3.
图3-1阐述了由包含在本机飞行器104内的处理器基于本机飞行器104和其它邻近的运载器106、108的信息产生的边界框120、122、124。在本例中，边界框122、124没有与同本机飞行器104相关的边界框120重叠。因此，没有警报产生。
图3-2阐述了飞行器场区域的平面图100，其显示了在滑行道B上的由飞行器图标104-1标识的本机飞行器104。在平面图100上还描述的有其他运载器106、108的其他图标106-1、108-1。与运载器(飞行器)106相关联的图标106显示飞行器106正在滑行道A上滑行，其与目前由本机飞行器104占据的滑行道B相交。由第二图标108-1表示的第二运载器(飞行器)108正在离开机场的登机门区域。
图4-1阐述了当飞行器106具有更大的速度和从而具有比图3-1、3-2描述的情形更大的、确定的边界框122-1的向前尺度时的情形。因此，存在警报碰撞条件，因为边界框122-1与本机飞行器104的边界框120相重叠。
如图4-2所示，由于框122-1与框120重叠，因此图标106-1从所有其它显示的图标中独特地描绘出来以传达碰撞条件是可能的。在图标106-1被独特地描绘的同时，还可以显示从图标106-1前端延伸的线。
在一个实施例中，不同的算法用于限定不同尺寸的边界框。不同尺寸的边界框的相交将引发不同类型的报警条件(例如，注意、警告)。
虽然已经对本发明的优选实施例进行了阐述和描绘，如上所述，但在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行许多改变。例如，本发明执行的功能在机场的某些区域被禁用，例如跑道和登机门区域，以减少滋扰警告。

Claims (10)

1.一种当主机运载器在地面时由主机运载器上的系统执行的方法，其包括：
接收有关在地面上操作的一个或多个其它运载器的信息；
接收有关主机运载器的信息；
基于接收的有关在地面上操作的一个或多个其它运载器的信息确定在每一个在地面上操作的其它运载器周围的一个或多个保护区；
基于接收的主机运载器的信息确定在主机运载器周围的第一保护区；
如果在每个其它运载器周围的任何保护区占据与在主机运载器周围的第一保护区相同的地理区域的至少部分，则产生警报；以及
输出警报，
其中接收的信息包括状态和运载器类型信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中状态信息包括位置、地速、和方向信息，其中方向信息包括航向和轨迹信息，其中其它在地面上操作的运载器包括飞行器和地面运载器且类型信息包括尺寸信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其中保护区为地理框，其中地理框包括基于尺寸信息的宽度尺度，基于尺寸信息的基础长度尺度和基于地速的长度尺度的可变分量。
4.根据权利要求2所述的方法，其中接收有关在地面上操作的一个或多个其它运载器的信息包括通过无线数据通信系统直接从在地面上操作的一个或多个其它运载器接收该信息或从静止的地基系统接收该信息。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于收到的主机运载器信息确定在主机运载器周围的第二保护区，第二保护区包括与第一保护区的可比较的尺度相比要小的至少一个尺度；
如果在每个其它运载器周围的任何保护区占据与第二保护区相同的地理区域的至少部分，则产生警报，以及
输出警报。
6.一个主机运载器上的系统(20)，其包括：
接收器(32)，其配置为接收有关在地面上的一个或多个其他运载器的信息；
存储器(34)，其配置为存储有关主机运载器的信息；
一个或多个传感器(38)，其配置为确定有关主机运载器的信息；
输出设备(30)；和
与接收器、存储器、一个或多个传感器和输出设备信号通信的处理器(26)，该处理器包括：
第一组件，其配置为基于接收的有关一个或多个其他运载器的信息确定在每个其它运载器周围的一个或多个保护区；
第二组件，其配置为基于存储的有关主机运载器的信息和传感器信息确定在主机运载器周围的第一保护区；
第三组件，其配置为如果在每个其它运载器周围的任何保护区占据与第一保护区相同的地理区域的至少部分，则产生警报；以及
第四组件，其配置为通过输出设备输出警报。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，接收的信息包括状态和运载器类型信息，其中状态信息包括位置、地速和方向信息，其中方向信息包括航向和轨迹信息，其中在地面上操作的其它运载器之一包括飞行器和地面运载器，且类型信息包括尺寸信息。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，保护区为地理框，其中地理框包括基于尺寸信息的宽度尺度，基于尺寸信息的基础长度尺度和基于地速的长度尺度的可变分量。
9.根据权利要求7所述的系统，其中接收器进一步包括无线数据通信系统，该系统配置为直接从一个或多个其它运载器接收信息，其中，无线数据通信系统进一步配置为从静止的地基系统接收信息。
10.根据权利要求6所述的系统，其中处理器进一步包括：
第五组件，其配置为基于接收的主机运载器信息确定在主机运载器周围的第二保护区，第二保护区包括与第一保护区的可比较的尺度相比要小的至少一个尺度，
其中，如果在每个其它运载器周围的任何保护区占据与第二保护区相同的地理区域的至少部分，则第三组件产生第二警报，并且
其中第四组件输出该警报。
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