CN103262141A - 飞机路径一致性监视 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特殊的方法，其包括在空中交通管制系统接收与飞机关联的飞机状态数据。飞机状态数据包括飞机的被检测位置、飞机的速度和飞机的取向。该方法也包括基于飞机状态数据预测飞机的至少一个未来位置。该方法进一步包括，响应于比较预测的未来位置与分配给飞机的空中交通导航约束，生成警报。

Description

飞机路径一致性监视

技术领域

本公开内容一般涉及飞机路径一致性监视。

背景技术

某些空中交通管制方案依赖于路径一致性。例如，空中交通管制员可分配飞行路径给飞机。可以选择飞行路径，从而避免潜在的冲突（例如，与其它飞机）。可预期飞机在具体的导航参数之内继续停留在飞行路径。例如，可预期飞机保持飞行路径在所需导航性能值（RNP）之内。RNP值定义了空域体积或飞行路径周围的“隧道”，其可被称为RNP路径。可预期飞机停留在RNP路径的边界之内。

空中交通管制员可以负责监视飞机从而确保飞机符合RNP路径。例如，空中交通管制员可配备有高刷新率的雷达显示器。雷达显示器可基于雷达回波信息示出飞机的最近位置。此外，雷达显示器可以示出飞机的先前位置。因此，雷达显示器可以指示飞机当前是否符合RNP路径。为估计预期飞机在未来时间是否符合RNP路径，空中交通管制员可基于先前位置和最近位置，用脑力推断飞机的后续位置。替代地，管制员的自动化可为他们提供这个推断的位置。

发明内容

公开了监视飞机路径一致性的系统和方法。具体方法可以监视飞机与所需导航性能（RNP）路径的符合性。该方法可预测飞机位置从而预料与RNP路径的偏离。该方法可响应检测的或预测的与RNP路径的偏离，生成警报。使用飞机和地面站之间的数据链路提供的飞机状态数据，如位置、速度矢量和飞机滚转角（roll angle），可以预测飞机的未来位置。例如，1090Mhz增强监测（EHS）数据链路可用于提供飞机状态数据。使用关于飞机的信息，如估计的飞机性能能力，也可以预测飞机的未来位置。提供给空中交通管制员的显示，除了飞机的一个或更多个被检测位置，还可示出预测的飞机未来位置。

在具体的实施例中，一种方法包括在空中交通管制系统中接收与飞机关联的飞机状态数据。飞机状态数据包括飞机的被检测位置、飞机的速度、飞机的滚转角和飞机的取向。该方法也包括基于飞机状态数据，预测飞机的至少一个未来位置。该方法进一步包括，响应比较预测的未来位置与分配给飞机的空中交通导航约束，生成警报。

在具体的实施例中，非暂时性计算机可读介质包括由处理器可执行的指令，从而使处理器访问分配给飞机的空中交通导航约束。这些指令进一步可执行从而使处理器访问与飞机关联的飞机状态数据。飞机状态数据包括飞机的被检测位置、飞机的速度、飞机的滚转角和飞机的取向（例如滚转角、俯仰角（pitch angle）或偏航角（yaw angle））。指令进一步可执行从而使处理器基于飞机状态数据，预测飞机的至少一个未来位置。指令进一步可执行从而响应比较预测的未来位置与分配给飞机的空中交通导航约束，生成警报。

在具体的实施例中，空中交通管制系统包括处理器以及处理器可访问的存储器。存储器存储指令，这些指令由处理器可执行从而使处理器访问分配给飞机的空中交通导航约束。指令进一步可执行从而使处理器访问与飞机关联的飞机状态数据。飞机状态数据包括飞机的被检测位置、飞机的速度和飞机的取向。指令进一步可执行从而使处理器基于飞机状态数据，预测飞机的至少一个未来位置。指令进一步可执行从而使处理器在未来位置违反分配的空中交通导航约束时，生成警报。

已描述的特征、功能和优点可在各种实施例中独立地实现，或可以在其它实施例中组合，参考下面的描述和附图，公开这些特征、功能和优点的进一步细节。

附图说明

图1是示出飞机的预测路径的图示；

图2是示出飞机的预测路径的额外图示；

图3是示出飞机的预测路径的两个额外图示；

图4是监视飞机路径一致性的系统具体实施例的框图；

图5是监视飞机路径一致性的方法的第一具体实施例的流程图；

图6是监视飞机路径一致性的方法的第二具体实施例的流程图；以及

图7是根据具体实施例的计算机系统的框图，所述计算机系统适于执行监视飞机路径一致性的方法。

具体实施方式

空中交通管制员可根据他们的控制分配每架飞机到空间“隧道”，预计飞机可逗留在其中。隧道或路径可被指定为所需导航性能（RNP）路径。空中交通管制员可使用位置信息的雷达显示器，从而监视每架飞机的路径一致性。雷达显示器根据其性质显示关于飞机的过去位置的信息。例如，雷达显示器可提供关于最近检测到飞机在哪里的信息（基于雷达回波）。因此，等到在雷达显示器上示出飞机时，飞机已移动一些量了。为了解释飞机的显示位置和飞机的实际位置的这种变化，空中交通管制系统分配给飞机的空域量可以相对地大，这可能导致效率低下。例如，当机场变得更繁忙时，更多的飞机可能使用机场周围的空域。分配大的路径给每架飞机以考虑位置不确定性，可降低因过度拥挤而导致能够使用机场周围空域的飞机数量。

在机场处区域导航（RNAV）和基于RNP路径的净空，如标准仪表离场（SIDS）和标准终端到达路线（STARS）的数量和可用性可能增长。然而，用于这些基于路径的净空的间隔标准不依赖于飞机的路径一致性准确度、路径一致性的重复性或路径一致性的预测性。因此，路径可以经常以符合并确保正常雷达间隔标准的方式，相对于其它飞机的路径设置，并也对雷达和导航不确定性过度补偿，其导致路径之间不必要的大净空区域。

这里公开的实施例使用飞机的预测位置，从而警告空中交通管制员预期或潜在的路径一致性的违反。例如，飞机的未来位置可以基于飞机的被检测位置和飞机状态数据，如飞机的速度和滚转角而预测。可使用飞机和地面系统，如空中交通管制系统之间的数据链路确定飞机状态数据。例如，增强监测（EHS）数据链路可用于提供状态数据。EHS数据链路可包括自动相关监视广播式（ADS-B）传输，如1090MHz EHS链路。

状态数据可用于改善路径一致性预测，并当预测路径一致性违反时（即在路径一致性违反发生之前）为空中交通管制员生成警报。状态数据可用于展现飞机的未来位置。例如，如果飞机当前在分配的隧道中，但具有高速度和非常倾斜的横斜角，则可预测接下来的位置在隧道之外。关于飞机的信息也可用于预测未来的位置。例如，估计的飞机恢复时间可用于确定是否以及何时警告空中交通管制员。可基于飞机的性能特性确定估计的恢复时间。为了说明，估计的恢复时间可以基于滚转角速度或滚转速率（roll rate）特性，如与飞机关联的最大滚转速率（即滚转速率限制）而确定。例如，在具体的情况下，基于预期的飞机滚转速率（由滚转速率特性确定）、飞机的速率、飞机的横斜角（bank angle）以及飞机的最后被检测位置和航向（heading），可执行指示飞机将违反RNP路径的计算，即使飞行员立即采取纠正行动。因此，可基于预测的飞机未来位置，立即提供警报给空中交通管制员。因此，可在RNP路径违反发生之前向空中交通管制员报警。

使用这里公开的系统和方法，由于可更迅速并更准确地使用飞机状态数据预测飞机的未来位置，所以可以使用更窄、较不保守的路径和空中交通导航约束。因此，可以建立更加有效的SIDS、STARS和其它基于性能的导航（PBN）路线，并可以使用较不保守的基于路径的间隔标准，导致改善空中交通服务。

图1是示出飞机的预测路径的示意图。图1示出在不同时间检测的飞机位置。例如，飞机的被检测位置包括第一被检测位置130，在该处在第一时间检测飞机，并包括第二被检测位置132，在该处在紧随第一时间的第二时间检测飞机。

图1也示出与飞机关联的区域导航（RNAV）/所需导航性能（RNP）计划102。RNAV/RNP计划102可对应于预期或分配的飞机飞行路径。RNAV/RNP计划102可基于飞机提供给空中交通管制系统或空中交通管制员的信息而确定，或可以由空中交通管制系统或空中交通管制员分配给飞机。RNAV/RNP计划102可由空中交通导航约束103、104限制。如图1中示出的，空中交通导航约束103、104可包括第一空中交通导航约束103和第二空中交通导航约束104。预期飞机可保持在第一空中交通导航约束103内，且如果飞机在第二空中交通导航约束104之外通过，则可以生成警报或可以采取其它行动。在具体的实施例中，空中交通导航约束103、104由所需导航性能（RNP）值、飞机间隔约束、另一个约束或其任何组合指定。例如，第一空中交通导航约束103可指定远离RNAV/RNP计划102的一个RNP值的距离，且第二空中交通导航约束104可以是距离RNAV/RNP计划102的两倍RNP值的距离。

图1示出未来时间的飞机预测位置134-136。图1的预测位置134-136中的每个对应于相同的未来时间；然而，使用不同的估计技术确定预测位置。第一预测位置134可以使用位置推断而估计。也就是说，假设飞机移动的是直线，所述直线包括第一被检测位置130和第二被检测位置132。因此，第一预测位置134在延伸通过第一被检测位置130和第二被检测位置132的线上。注意，用于确定第一预测位置134的位置推断技术不解释飞机的取向。也就是说，当飞机转弯时，如图1，位置推断可预测飞机将违反空中交通导航约束103、104。

第二预测位置135可使用状态矢量推断而估计。也就是说，当做出确定时，假设飞机继续沿着飞机的飞机报告状态矢量（即方向和速率）指示的方向移动。例如，当飞机在第二被检测位置132时，飞机的状态矢量包括近似相切于图1示出的转弯曲线的方向。因此，推断状态矢量导致第二预测位置135，其位于与第二被检测位置132的位置处的转弯曲线相切的线上。

第三预测位置136可以使用这里公开的方法的具体实施例来估计，其在图1中被称为预测性估计。可考虑飞机的位置、速度和取向以使用预测性估计技术估计第三预测位置136。例如，在第二被检测位置132处，飞机倾斜从而开始转弯。因此，第三预测位置136遵循转弯曲线，并具有比第一预测位置134和第二预测位置135小的误差。

在具体的实施例中，可使用与飞机关联的空气动力学信息计算第三预测位置136。例如，可使用关于飞机的性能能力（或者飞机的类型）的信息和状态数据如飞机速度和飞机倾斜转弯角计算第三预测位置136。为了说明，状态数据和性能能力可以用于估计飞机的转弯半径，以便近似飞机的飞行路径。

飞机可提供至少部分状态数据给地面站，如空中交通管制系统，从而使地面站能够确定第三预测位置136。例如，飞机可定期或不定期地通过数据链路，如增强监测（EHS）数据链路传递状态数据。当预计飞机违反空中交通导航约束103、104时，空中交通管制系统可适于提供警报给空中交通管制员。因此，当空中交通管制系统使用这里公开的预测性估计技术时，与空中交通管制系统使用位置推断技术或状态矢量推断技术相比，预计假警报会更少。

如图1的第一和第二预测位置134、135示出的，当使用某些位置估计技术（如位置推断或状态矢量推断）时，弯曲路径可导致不准确的未来位置预测。然而，使用飞机状态数据和预测性估计技术估计飞机的未来位置可提高弯曲路径中的预测准确性，其可减少误警。

图2是示出飞机的预测路径的另一个示意图。图2中，示出飞机的两个确定位置230、232，其包括第一被检测位置230，飞机在第一时间位于该处，并包括第二被检测位置232，飞机在第二时间位于该处。也示出两个预测位置，其包括第一预测位置234和第二预测位置236。预测位置234和236对应于相同的未来时间，且使用不同技术预测。如图2中示出的，RNAV/RNP计划102和空中交通导航约束103、104近似笔直。在第一被检测位置230处，飞机近似水平飞行（即没有横斜角）。在第二被检测位置232处，飞机处于横斜角；然而，出于空气动力学原因，飞机没有开始转弯。

图2示出使用位置推断技术预测可导致延迟报警的方式。第一预测位置234使用位置推断技术估计。也就是说，可推测第一被检测位置230和第二被检测位置232之间的直线从而发现第一预测位置234。使用位置推断技术，假设飞机在直线上继续。因此，没有警报发出来指示预计飞机违反空中交通导航约束103、104。

第二预测位置236使用预测性估计技术估计。也就是说，在第二被检测位置232的飞机位置和在第二被检测位置232的飞机状态数据被用于估计第二预测位置236。由于飞机在第二被检测位置232处倾斜转弯飞行，因此预测性估计技术可基于状态数据计算飞机的转弯半径。因此，即使当飞机近似在RNAV/RNP计划102上时，也可预计第二预测位置236违反空中交通导航约束103、104。

因此，使用预测性估计技术，可在比使用位置推断的可能更早时间，向空中交通管制员报警预测的空中交通导航约束103、104违反。注意，在图2中示出的情况下，由于飞机在第二位置232处倾斜飞行但没有转弯，参考图1描述的状态矢量推断技术也近似产生第一预测位置234。因此，使用位置推断技术，第二被检测位置232可显现为较小的跨轨道误差，且不生成针对空中交通管制员的警报。然而，使用预测性估计技术，滚转和瞬时速度状态数据指示从空中交通导航约束103、104的偏离将发生，且向空中交通管制员报警。

图3包括示出飞机的预测路径的两个额外示意图。图3的第一示意图310示出飞机的两个确定位置330、332，其包括第一被检测位置330，飞机在第一时间位于该处，并包括第二被检测位置332，飞机在第二时间位于该处。在第二被检测位置332处，飞机的航向偏离RNAV/RNP路径102；然而，飞机在空中交通导航约束103、104之内。飞机在第二被检测位置332处也具有倾斜的左（从飞行员的视角）滚转角。

图3的第一示意图310也示出在未来时间飞机的第一预测未来路径334。第一预测未来路径334可在第二被检测位置332处基于飞机报告的飞机状态数据而确定。第一预测未来路径334指示预计飞机违反第一空中交通导航约束103和第二空中交通导航约束104。例如，虽然飞机的航向在第二被检测位置332处没有显著偏离于RNAV/RNP路径102，但是飞机的倾斜左滚转角可指示飞机将在未来偏离于RNAV/RNP路径102。此外，当前状态意味着即使立即开始恢复机动，飞机也可能不会保持在空中交通导航约束104内。

图3的第二示意图320示出了当飞机在第二时间已经开始修正机动时，飞机的预测未来路径338。因此，图3示出飞机的两个确定位置330、336，其包括第一被检测位置330，飞机在第一时间位于该处，并包括修正的第二被检测位置336，飞机第二时间位于该处。在修正的第二被检测位置336处，飞机航向偏离于RNAV/RNP路径102。例如，在修正的第二被检测位置336处的飞机航向可以与第一示意图310的第二被检测位置332处的飞机航向相同或近似相同。此外，修正的第二被检测位置336的位置可以与第一示意图310的第二被检测位置332处的位置相同或近似相同。然而，修正的第二被检测位置336和第二被检测位置332不同，因为在第二被检测位置332处，飞机具有倾斜的左滚转角；而在修正的第二被检测位置336处，飞机具有修正的滚转角。在该上下文中，修正的滚转角是指解决与RNAV/RNP路径102的偏离的滚转角。例如，修正的滚转角可以是右滚转角或中性的滚转角。

第二示意图320中的飞机的预测未来路径338不违反第二空中交通导航约束104。相反，因为飞机已开始修正机动，所以基于飞机的位置（例如相对于RNAV/RNP路径102）和飞机状态数据（例如速度、航向和滚转角），预计飞机停留在第二空中交通导航约束104内。

在具体实施例中，预测的未来路径334、338可以通过空中交通管制系统基于飞机提供的飞机状态数据而确定。空中交通管制系统可为空中交通管制员生成显示。显示可以包括第一被检测位置330、第二被检测位置332或它们两个。显示也可识别飞机的一个或更多个预测位置或预测路径。例如，当飞机状态数据指示飞机没有开始修正机动时，显示可包括沿着第一预测未来路径334的飞机的预测位置，且当飞机状态数据指示飞机已经开始修正机动时，显示可包括沿着第二预测未来路径338的飞机的预测位置。

此外或者可替代地，空中交通管制系统可基于飞机违反空中交通导航约束103、104中一个或两个的概率，生成警报给空中交通管制员。例如，飞机将违反空中交通导航约束103、104的概率可以基于与飞机关联的飞机状态数据和参数，如估计的飞行员恢复时间、滚转速率限制、滚转角限制等来估计。当飞机具有违反空中交通导航约束103、104的高概率（例如大于阈值概率）时，可以生成警报。因此，空中交通管制系统可使得能够生成关于潜在违反空中交通导航约束103、104的预测性警报。例如，可生成第一警报可从而指示预计飞机违反第一空中交通导航约束103，且可生成第二警报从而指示预计飞机违反第二空中交通导航约束104。在该例子中，可选择对于空中交通管制员更引人注意的第二警报。例如，第一警报可以是视觉警报，而第二警报可包括视觉警报和可听警报。为了说明，当预计飞机违反第一空中交通导航约束103时，可以修改显现给空中交通管制员的显示从而指示违反。例如，当预计飞机违反第一空中交通导航约束103时，与飞机关联的图标或其它指示物可以在显示器上增亮。当预计飞机违反第二空中交通导航约束104时，可听警报和修改的图标或另一指示物可以显现给空中交通管制员。

因此，飞机的状态数据可以用于预测飞机的未来路径。预测飞机的未来路径可以使得能够在空中交通导航约束的违反发生之前，空中交通管制员的准确自动报警成为可能。此外，当还没有开始纠正行为时，飞机的性能特性（比如滚转速率特性）可用于确定飞机是否能够可行地执行机动，从而避免违反第二空中交通导航约束104。

预测位置的计算可伴有一些不确定性。因此，统计技术可用于估计计算中的不确定性。例如，统计技术可用于确定飞机将违反第一空中交通导航约束103、第二空中交通导航约束104或它们两个的概率。可以基于将违反空中交通导航约束103、104中之一的概率而做出是否生成警报的决定。例如，当飞机将违反第二空中交通导航约束104的概率满足预定的阈值时，可以生成警报。

图4是监视飞机路径一致性系统的具体实施例的框图。该系统包括空中交通管制系统402，其适于与一个或更多飞机，如飞机430，通过一个或更多个数据链路，如数据链路424，经由数据链路接口420通信。例如，空中交通管制系统402可通过数据链路424从飞机430接收飞机状态数据432。飞机状态数据432可包括识别飞机430的信息、基于飞机430的定位系统（例如惯性导航系统或全球定位卫星（GPS）系统）识别飞机430位置的信息、描述飞机430速率或速度的信息、描述飞机430的路线或航向的信息、描述飞机430的取向的信息、描述飞机430的类型的信息、其它信息或其中的任何组合。在说明性实施例中，数据链路424是增强监测（EHS）链路。

空中交通管制系统402也可适于访问或接收来自其它计算装置或系统的信息。为了说明，空中交通管制系统402可通过读取来自存储器装置的信息、通过接收来自一个或更多传感器的信息、通过接收来自计算装置的信息或其中的任何组合而访问信息。例如，空中交通管制系统402可从雷达系统422接收额外数据。空中交通管制系统402可在空中交通管制系统402的存储器406中存储来自雷达系统422的数据、飞机状态数据432、描述飞机430状态的其它信息或其中的任何组合，作为飞机状态数据416。

空中交通管制系统402可包括处理器404和存储器406。存储器406可由处理器404访问，并可存储由处理器404可执行的指令408，从而使处理器404执行空中交通管制系统402的各种功能。例如，空中交通管制系统402的某些功能在图4中示出，并在下面描述为由预测模块409和警报模块410执行。预测模块409和警报模块410被描述为功能块，从而简化描述。然而，可以使用如下描述的，执行预测模块409和警报模块410功能的另一种软件架构（例如，存储在非暂时性计算机可读介质上的计算机可执行指令）或硬件架构。为了说明，可以使用适于执行预测模块409和/或警报模块410的一个或更多功能的专用集成电路。

在具体实施例中，预测模块409是处理器404可执行的，从而基于飞机状态数据416预测飞机430的至少一个未来位置。警报模块410可由处理器404执行，从而当未来位置违反或可能违反与飞机430关联的空中交通导航约束412时，生成警报。

空中交通管制系统402也可包括飞机信息数据库450或与飞机信息数据库450通信。飞机信息数据库450可包括与具体飞机如飞机430相关的信息，或与飞机类型或类别相关的信息。例如，飞机信息数据库450可包括性能数据452。性能数据452可与飞机具体类型454关联。例如，某些性能数据452可与重型飞机关联（例如大型客机和货机），且其它性能数据452可与轻型飞机关联（例如通用航空飞机）。性能数据452可包括描述与飞机类型454关联的性能能力或特性。例如，性能能力可包括速率限制（即参数可以改变得多快）、范围限制（例如具体参数的最大值或最小值）或其中的任何组合。为了说明，性能数据452可包括滚转速率限制，其指示滚转参数改变的最大速率。在另一个例子中，性能数据452可包括俯仰速率限制，其指示俯仰参数改变的最大速率。在另一个例子中，性能数据452可包括滚转范围限制，其指示飞机430的最大或最小滚转角。在另一个例子中，性能数据452可包括俯仰范围限制，其指示飞机430的最大或最小俯仰角。

在操作中，空中交通管制系统402可在输入接口436处从输入装置434接收输入。输入可指定将应用于飞机的空中交通导航约束412。例如，空中交通导航约束412可包括所需导航性能（RNP）约束413、飞机间隔约束414、另一个导航约束或其中的任何组合。空中交通管制系统402可包括数据链路接口420，从而通过数据链路424、通过雷达系统422或其中的组合，接收飞机状态数据416。

空中交通管制系统402的处理器404可执行预测模块409，从而预测飞机430的至少一个未来位置。可基于飞机状态数据416预测飞机430的未来位置。预测模块409也可访问与飞机430关联的性能数据452（例如基于飞机类型454），从而预测飞机430的未来位置。例如，预测模块409可基于飞机430的速度和飞机430的取向（例如俯仰角、滚转角或它们两个），根据被检测位置计算飞机的预期未来路径。预测模块409也可使用估计的延迟时间，从而计算预期的未来路径。估计的延迟时间可对应于用于改变飞机430的取向到修正飞机430的路线偏离的取向的时间量。为了说明，当飞机430直线水平飞行（即没有俯仰角或滚转角），但应该转弯从而满足空中交通导航约束412时，预测模块409可基于与飞机430关联的性能数据452，估计飞行员将花多少时间做出转弯（例如将飞机430的滚转角改变到完成转弯的滚转角）。在另一个说明性例子中，当飞机430倾斜（即具有特殊的滚转角）时，但飞机430应该直线飞行从而满足空中交通导航约束412时，预测模块409可基于与飞机430关联的性能数据452，估计将飞行员花多少时间使飞机430平飞（即改变飞机430的滚转角）。

预测模块409也可基于预期的未来路径，估计飞机430将违反空中交通导航约束412的概率。当飞机430将违反空中交通导航约束412的概率满足阈值时，处理器404可调用警报模块410生成警报。警报可通过显示接口440发送给显示装置438。显示装置438可与空中交通管制员关联。当飞机430将违反空中交通导航约束412的概率不满足阈值时，可不发送警报给显示装置438。警报模块410或包括指令408的另一模块也可由处理器404执行，从而发送识别飞机430的预期未来位置的显示给显示装置438。

图5是监视飞机路径一致性方法的第一具体实施例的流程图。该方法可通过空中交通管制系统，如图4的空中交通管制系统402执行。该方法包括，在502处接收与飞机关联的飞机状态数据。飞机状态数据可包括飞机的被检测位置、飞机的速度、飞机的取向、关于飞机状态的其它信息或其中的任何组合。该方法也可包括，在504处基于飞机状态数据预测飞机的至少一个未来位置。例如，预测性估计技术可用于预测飞机的未来位置。该方法可进一步包括，在506处响应比较预测的至少一个未来位置与分配给飞机的空中交通导航约束，生成警报。例如，当飞机的未来位置违反图1-3的空中交通导航约束103、104中的一个时，可生成警报。

图6是监视飞机路径一致性方法的第二具体实施例的流程图。该方法可通过空中交通管制系统，如图4的空中交通管制系统402执行。该方法可包括，在602处接收指定与飞机关联的空中交通导航约束的输入。例如，空中交通管制员可输入、信息，其指示飞机被分配了具体的飞行路径或具体的所需导航性能（RNP）路径。在另一个例子中，输入可由空中交通管制系统自动检索。为了说明，空中交通管制系统可基于具体的条件，如一个或更多飞机的位置、天气、在机场或飞机上的紧急情况检测、飞机特性或其中的任何组合，从数据库自动访问具体的飞机空中交通导航约束。空中交通导航约束可包括飞机间隔约束、飞行路径、RNP路径、其它导航约束或其中的任何组合。

该方法可包括，在604处接收与飞机关联的飞机状态数据。例如，至少部分的飞机状态数据可通过数据链路接收，如图4的数据链路424。在另一个例子中，飞机状态数据可基于雷达系统，如图4的雷达系统422的雷达回波数据接收。此外或可替代地，飞机状态数据可通过到飞机的无线电链路、空中交通管制员的手动输入或其任何组合而接收。飞机状态数据可包括飞机的被检测位置（例如基于雷达回波数据或机上的定位系统）、飞机的速率或速度、飞机的取向（例如，滚转角、俯仰角或偏航角）、识别飞机类型的信息（例如确切类型，如飞机的品牌和型号或通用类别）、与飞机相关的其它状态数据或其中的任何组合。

该方法也可包括，在606处确定与飞机关联的飞机性能数据。例如，飞机性能数据可包括取向改变率信息。取向改变率信息可包括滚转速率限制，俯仰速率限制，偏航速率限制或另一速率限制。在另一个例子中，飞机性能数据可包括取向范围信息。取向范围信息可包括滚转范围限制、俯仰范围限制、偏航范围限制或另一范围限制。飞机性能数据也可包括，或可替代地包括与飞机关联的另一性能限制。在具体实施例中，飞机性能数据可基于飞机类型确定。例如，与空中交通管制系统关联的数据库或其它存储器可存储与飞机具体品牌和型号关联的，或与具体的飞机驾驶员操作的飞机关联的飞机性能数据。在另一个例子中，与空中交通管制系统关联的数据库或存储器可存储与飞机具体类别关联的飞机性能数据。为了说明，重型飞机（例如大型商业客机，如客运飞机和货机）可与第一组飞机性能数据关联，且较小的飞机（例如，私人或较小的地区性航空公司飞机）可与第二组飞机性能数据关联。与每架飞机关联的具体类别和类型名称可从一个实施变化到另一个。例如，在某些实施例中，只有两种飞机类型（例如大型和小型）可用于区分飞机性能数据。然而，在其它的实施例中，每架具体的飞机可与一组飞机性能数据管理。

该方法可包括，在608处基于飞机状态数据预测飞机的至少一个未来位置。例如，预测性估计技术可用于预测飞机的至少一个未来位置。飞机性能数据也可用于预测至少一个未来位置。例如，预测未来位置可包括，在610处基于飞机的速度和取向，并基于改变飞机取向的估计的延迟时间，从被检测位置计算飞机的预期未来路径。估计的延迟时间可至少部分地基于飞机性能数据确定。例如，飞机在转弯后多快可恢复直线飞行可以是飞机速度以及飞机最大滚转速率的函数。

该方法也可包括，在612处，在空中交通管制系统的显示装置处生成显示。该显示可包括预测的未来位置的指示。例如，该显示可识别飞机的被检测位置（例如基于来自飞机的数据或基于雷达回波），飞机的先前位置，飞机的预测的未来位置或其中的任何组合。当示出一个以上的飞机位置时，该显示可以以协助用户识别哪个位置是估计的方式显现位置。

该方法可包括，在614处基于飞机状态数据和飞机性能数据，估计飞机将违反空中交通导航约束的概率。例如，飞机的未来路径可如上所述那样计算。此外，可以确定与预测的未来路径关联的统计置信信息。未来路径和统计置信信息可用于确定飞机将违反空中交通导航约束的可能性。估计可用于该计算中的某些值。飞机将违反空中交通导航约束的估计概率可以与阈值比较。当满足阈值时，在618处可生成警报。当不满足阈值时，在620处不生成警报。阈值可以是可配置的值，其可以被设定从而减少假警事件（即生成警报，但飞机最终不违反空中交通导航约束的事件）。也可选择阈值从而当飞机可能违反空中交通管制约束时，确保尽早向空中交通管制员报警。

这里公开的实施例可使用来自飞机（例如通过数据链路）的“临近预报”（nowcast）自报数据，从而计算飞机的未来位置。例如，某些实施例可以使用被检测位置以及航向和滚转角状态数据，从而预测飞机的未来位置。可基于飞机将违反分配的空中交通导航约束的概率而生成警报。这种基于路径遏制的警报对直线和曲线路径两种都是有用的。

如这里公开的飞机位置的预测性监视，可以使改进空中交通管制员的报警成为可能。此外，预测性监视可允许将较不保守的路径分配给飞机，其会减少空中交通拥挤，提高方法操作效率，节省燃料以及改进轨迹可预测性。

图7是根据具体实施例，适于执行监视飞机路径一致性的方法的计算机系统的框图。计算机系统700可以是基于地面的飞机监视系统，如空中交通管制系统的部分。在说明性实施例中，计算装置710可以包括至少一个处理器720。处理器720可经配置执行指令，从而执行飞机路径一致性监视的方法。处理器720可与系统存储器730、一个或更多存储装置740以及一个或更多输入装置770，如图4的输入装置434通信。处理器720通过一个或更多接收器或其它通信接口760，也可接收飞机状态数据（如图4的飞机状态数据432），或以别的方式与一个或更多个其它计算机系统或其它装置通信。

系统存储器730可包括易失性存储器装置，如随机存取存储器（RAM）装置，以及非易失性存储器装置，如只读存储器（ROM），可编程只读存储器和闪存。系统存储器730可包括操作系统732，其可包括引导计算装置710的基本输入输出系统以及完整操作系统，从而使计算装置710能够与用户、其它程序和其它装置交互。系统存储器730也可包括一个或更多个应用程序734，如实施在这里描述的执行飞机路径一致性监视方法的指令。

处理器720也可与一个或更多存储装置740通信。存储装置740可包括非易失性存储装置，如磁盘、光盘或闪存存储装置。在替代实施例中，存储装置740可经配置存储操作系统732、应用程序734、程序数据736或其中的任何组合。处理器720可与一个或更多通信接口760通信，从而使计算装置710能够与其它计算系统780通信。

这里描述的实施例的说明旨在提供各种实施例结构的一般理解。这些说明不旨在作为利用这里描述的结构或方法的设备和系统的所有元件和特征的完整描述。当审阅本公开内容时，许多其它实施例对于本领域技术人员是显而易见的。其它实施例可以被利用，并源自本公开内容，以便可以做出结构和逻辑替代和变化而不背离本公开的范围。例如，方法步骤可以以不同于附图中示出的次序执行，或者一个或更多个方法步骤可以被省略。因此，该公开和附图可视为说明性而不是限制性的。

此外，虽然已示出并在这里描述特定的实施例，但是应该理解设计为实现的相同或类似结果的任何后续安排可以替代示出的特定实施例。该公开内容旨在覆盖各种实施例的任何和所有的后续修改或变化。当审阅说明书时，以上实施例的组合和这里没有具体描述的其它实施例，对于本领域技术人员是显而易见的。

应该理解提交本公开的摘要，其不用于解释或限制权利要求的保护范围或含义。此外，在前面的详细描述中，各种特征可组合在一起或在单个实施例中描述，用以简化本公开内容。这个公开内容不旨在解释为反映要求保护的实施例需要比各个权利要求中明确阐述的更多特征的意图。更确切地，如下面的权利要求反映的，要求保护的主题可以指向少于任何公开的实施例的所有特征。

Claims (16)

1.一种空中交通管制系统，其包括：

处理器；

存储器，其可访问所述处理器，其中所述存储器存储由所述处理器可执行的指令，从而使所述处理器：

访问分配给飞机的空中交通导航约束；

访问与所述飞机关联的飞机状态数据，所述飞机状态数据包括所述飞机的被检测位置、所述飞机的速度和所述飞机的取向；

基于所述飞机状态数据，预测所述飞机的至少一个未来位置；以及

当所述至少一个未来位置违反分配的空中交通导航约束时，生成警报。

2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括数据链路接口，以从所述飞机接收信息，其中至少部分的所述飞机状态数据通过所述数据链路接口被访问。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令进一步可执行，从而使所述处理器访问与所述飞机关联的飞机性能数据，其中所述飞机性能数据包括与所述飞机关联的取向变化率信息，以及其中所述至少一个未来位置至少部分地基于所述飞机性能数据来预测。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述飞机性能数据包括所述飞机的滚转速率特性。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述飞机滚转速率特性基于所述飞机类型来确定。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述飞机的取向包括滚转角。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述飞机的取向包括俯仰角。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述空中交通导航约束包括所需导航性能路径。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述被检测位置基于雷达回波数据来确定。

10.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括显示器接口，其中通过所述显示器接口发送所述警报给所述显示装置。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令进一步可执行，从而使所述处理器：

至少部分地基于所述飞机状态数据，估计所述飞机将违反所述空中交通导航约束的概率；以及

响应于确定所述飞机将违反所述空中交通导航约束的概率满足阈值，生成警报。

12.一种方法，其包括：

在空中交通管制系统中接收与飞机关联的飞机状态数据，所述飞机状态数据包括所述飞机的被检测位置、所述飞机的速度和所述飞机的取向；

基于所述飞机状态数据，确定所述飞机的预测的未来位置；以及

响应于比较所述预测的未来位置与分配给所述飞机的空中交通导航约束，生成警报。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括接收指定所述空中交通导航约束的输入。

14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括在所述空中交通管制系统的显示装置处生成显示，其中所述显示包括所述预测的未来位置的指示。

15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

基于所述飞机的类型确定飞机性能数据；以及

基于所述飞机状态数据和所述飞机性能数据，估计所述飞机将违反所述空中交通导航约束的概率；

其中响应于确定所述飞机将违反所述空中交通导航约束的概率满足阈值，生成所述警报。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述飞机性能数据包括滚转速率限制。

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