CN104802999A - 用于图形化显示闯入者错误气压的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

这里提出一种用于在主飞行器上的航空电子显示系统上图形化显示闯入飞机符号的系统和方法。该方法包括从该闯入飞机接收数据，确定该闯入飞机的参考高度，在显示器上显示闯入者符号，以及当该闯入者的气压设定实质上不等于该主飞行器的气压设定时，在显示器上生成符号以可视地区分该闯入者符号。

Description

用于图形化显示闯入者错误气压的系统和方法
技术领域
这里描述的主题的实施例一般地涉及航空电子显示系统。更具体地，这里描述的主题的实施例涉及用于图形化识别和显示具有错误的参考压力高度计设定的闯入飞机的系统和方法。
背景技术
气压高度被确定为参考压力和外部气压的函数。飞行员使用旋钮或某些其他输入设备来设置参考压力(即，气压设定)。该参考压力可由空中交通管制(Air Traffic Control，ATC)、终端雷达进场控制设施、飞行服务站或地面站来提供。不幸的是，飞机(例如，闯入飞机)的飞行员会错误地设置该参考压力。
有几个原因会导致设置错误的参考压力。例如，飞行员和ATC之间可能有误通信。另外，飞国际航线的飞行员面对不同的标准，在于(1)使用不同单位(例如英尺vs.米)的高度测量；(2)使用不同单位(例如百帕或英寸汞柱)的高度参考设定；(3)比如快速大气压改变的环境条件；等等。设置参考压力中的错误也可能由(1)高工作负荷；(2)正常任务分摊中的偏差；(3)打断和分心；(4)机组成员间缺少有效的交叉检查和备份；(5)不完整的简报(例如，未能讨论适用的高度表设定单位和用于固定的或可变的过渡高度/水平的地区做法)；(6)语言上的困难；等等。如果飞机依赖于错误的闯入者高度以达到合适的垂直间隔标准，可能会导致主飞行器和闯入者之间的潜在冲突。
鉴于上述内容，期望提供一种用于在显示器上检测和图形化区分具有错误气压设定的闯入飞机的系统和方法，从而警告主飞行器的全体人员以在闯入者的附近保持谨慎。
发明内容
提供本综述以简化形式介绍选择的概念，其在下面的详细说明中被进一步描述。本综述并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用作为确定所要求保护的主题范围的辅助。
提供了一种方法，用于在主飞行器上的航空电子显示系统上显示闯入飞机符号。该方法包括从闯入飞机接收数据，确定闯入飞机的高度，在显示器上显示闯入者符号，以及当闯入者的气压设定实质上不等于主飞行器的气压设定时，在显示器上生成符号以可视地区分该闯入者符号。
还提供了一种方法，用于当闯入飞机具有不正确设置的参考高度时可视地区分闯入飞机符号。该方法包括在航空电子系统上从闯入飞机接收ADS-B数据，该航空电子系统包括来自闯入飞机的主飞行器上的显示器，确定闯入飞机的气压设定，在显示器上显示闯入飞机，以及当闯入飞机的气压设定不同于主飞行器的气压设定时，在显示器上生成符号以高亮显示该闯入飞机。
此外，提供了一种用于在主飞行器上的航空电子显示系统上显示闯入飞机符号的系统。该系统包括接收器，用于接收闯入者ADS-B数据、主飞行器数据的源、以及显示系统，用于显示代表主飞行器和闯入飞机的符号。该系统还包括耦接至接收器、显示系统和主飞行器的源的处理器。该处理器被配置用以生成在显示器上可视地区分闯入飞机的符号，闯入飞机具有如其ADS-B数据所确定的气压设定，其大于或小于主飞行器的的气压设定。
附图说明
结合该背景技术和附图，从下面的详细描述和所附的权利要求中，其他所期望的特征和特性将变得很明显，其中：
图1是根据实施例的适于在飞机中使用的信息显示系统的框图；
图2是可由图1的飞机显示系统渲染的示例性自上而下的视觉显示器；
图3-6图示了显示器上的特定闯入者如何被视觉地区分于其他闯入者的附加实施例；以及
图7是根据示例性实施例的用于图形化区分具有实质上不同于主飞行器的气压设定的闯入飞机的方法的流程图。
具体实施方式
下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，而不是为了限制应用的主题及其用途。此外，并不打算由前面的背景技术或下面的详细描述中出现的任何理论限制。这里出现的用于说明目的是交通信息，尤其是与闯入飞机相关的交通信息可以如何以容易理解的方式被图形化地显示的特定示例性实施例。应理解的是，这些说明性的示例实施例仅仅是用于实现用于图形化显示交通信息符号的新显示系统和方法的示例和向导。因此，这里出现的示例旨在作为非限制性的。
这里描述的技术和工艺可以以功能和/或逻辑块组件为单位，且参考可由各种计算组件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示。应理解的是，任何数量的被配置用以执行特定功能的硬件、软件和/或固件组件可以实现图中示出的各种块组件。例如，系统或组件的实施例可使用各种集成电路组件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，其可在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下实现各种功能。
下面的描述可涉及被“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所用的，除非另有明确说明，“耦接”意味着一个元件/节点/特征被直接或间接地连接至另一个元件/节点/特征(或与之直接或间接通信)，而不必是机械地。因此，尽管附图可能描绘了元件的一个示例性布置，额外的中间元件、设备、特征或组件可出现在所描绘主题的实施例中。另外，某些术语也可仅为了参考的目的用在下面的描述中，并且因此不是限制的目的。
为简洁起见，涉及图形和图像处理、导航、飞行计划、飞机控制和系统的其他功能方面(以及系统的个别操作组件)的传统技术可能没有在此详细描述。此外，这里包含的各种附图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦接。应注意的是，该主题的实施例中可出现很多可选的或附加的功能关系或物理连接。
图1描绘了飞机显示系统100的示例性实施例。在示例性实施例中，显示系统100包括而不限制为用于显示图形飞行计划图像103的显示模块102、导航系统104、交通信息模块105、通信系统106、飞行管理系统(FMS)108、处理器112、图形模块114、用户接口110以及包括适于被配置用以支持图形模块114和显示模块102的操作的符号数据库的数据库116，如下面将进一步详细描述。导航系统104可包括惯性参考系统118、导航数据库120和一个或多个无线收发机122，用于以公知的方式从外部源接收导航数据，例如交通信息广播服务(Traffic Information Service Broadcast，TIS-B)数据、交通预警和防撞系统(TrafficAlert and Collision Avoidance System，TCAS)数据和广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B)数据。
应当理解，图1是显示系统100的简要表示，其是为了解释和便于描述的目的，而不是旨在以任何方式限制主题的应用或范围。实践中，显示系统100和/或飞机将包括用于提供附加的功能和特性的许多其他设备和组件，如现有技术中已知的那样。例如，显示系统100和/或飞机可包括耦接至飞行管理系统108和/或处理器112的一个或多个航空电子系统(例如，空中管制系统、雷达系统、交通回避系统)，用于获得和/或提供可被显示在显示模块102上的实时飞行相关信息。
适于用作显示模块102的图像生成设备可包括各种模拟(例如，阴极射线管)和数字(例如，液晶、有源矩阵、等离子体等)显示模块。在某些实施例中，显示模块102可假定包括在飞机的电子飞行装置系统(Electronic FlightInstrument System，EFIS)中的下视显示器(Head-Down Display，HDD)或上视显示器(Head-Up Display，HUD)的形式。显示模块102可被布置在遍及驾驶员座舱的各种位置。例如，显示模块102可包括主飞行显示器(PFD)，且驻留在飞行员的主视场中的中央位置。可选地，显示模块102可包括次要飞行甲板显示器，例如引擎装置和全员咨询系统(Engine Instrument and Crew AdvisorySystem，EICAS)显示器，安装在便于飞机全员观察的位置，但一般地驻留在飞行员的主视场之外。在又另外的实施例中，显示模块102可由飞行全员中的一个或多个成员佩戴。
在示例性实施例中，显示模块102耦接至图形模块114，而图形模块114耦接至处理器112。处理器112和图形模块114被协同配置用以在显示模块102上显示、渲染或以其他方式传送交通信息符号的图形表示或图像。如前所述，导航系统104包括惯性参考系统118、导航数据库120、一个或多个天线107和至少一个无线收发机122。惯性参考系统118和无线收发机122将分别从主飞行器机载上或外部的源得到的导航信息提供给处理器112。更具体地，惯性参考系统118将如由布置在飞机上的大量运动传感器(例如，加速度计、陀螺仪等)所监控的描述主飞行器的各种飞行参数(例如，位置、方向、速度等)的信息提供给处理器112。通过比较，并且如图1中所指示的，无线收发机122从各种飞机外部的源接收导航信息。这些源可包括各类导航辅助(例如，全球定位系统、非定向无线电信标、特高频率全向信标装置(VOR)等)、基于地面的导航设施(例如，空中交通控制中心、终端雷达进场控制设施、飞行服务站和控制塔)和基于地面的导航系统(例如，仪表着陆系统)。无线收发机122也从相邻飞机接收广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B)、交通预警和防撞系统(TCAS)和交通信息服务广播(TIS-B)数据。在具体实现中，无线收发机122假定具有全球导航卫星系统能力的多模式接收机(MMR)的形式。
ADS-B(其包括两个不同的服务，“ADS-B输出”和“ADS-B输入”)将代替雷达作为用于控制全球飞机的主要监视方法。在美国，ADS-B是用于升级或增强航空基础和操作的下一代国家领空战略的集成组件。ADS-B系统也可通过TIS-B和飞行信息服务广播(FIS-B)应用而提供交通和政府生成的图形天气信息。ADS-B通过使飞机连同位置和每条传输的速度数据对于ATC和其他合适地装备了ADS-B的飞机实时可视来提高安全性。可记录和下载ADS-B数据用于飞行后的分析。ADS-B也提供数据基础用于廉价的飞行跟踪、计划和分派。“ADS-B输出”通过机载发射机周期性地广播关于每个飞机的信息，例如标识、当前位置、高度和速度。ADS-B输出为空中交通控制器提供实时位置信息，即大多数情况下，比当前基于雷达的系统可用的信息更精确。“ADS-B输入”是由飞机对FIS-B和TIS-B数据和其他ADS-B数据的接收，例如来自邻近飞机的直接通信。ADS-B数据由无线收发机122接收，并且随后该数据被解析为单独部分，例如飞机ID、位置、方位、高度等等。
继续参考图1，无线收发机122可从外部控制源接收交通信息服务广播(TIS-B)数据，外部控制源例如是卫星和各种基于地面的设施，包括空中交通控制中心、终端雷达进场控制设施、飞行服务站、控制塔等等。TIS-B数据、ADS-B数据和其他这种外部源数据优选地被格式化以包括空中交通状态向量信息，其可用于确定邻近飞机的当前位置和速度。此外，根据本发明的实施例，TIS-B数据和/或ADS-B也可被格式化以包括用于确定邻近飞机的其他飞行特性的附加信息。
TCAS是检测和跟踪主飞行器(即，本机)附近的飞机(即，闯入飞机)的航空系统。TCAS系统包括处理器(例如处理器112)、天线(例如天线107)、交通显示器例如在103处所显示(例如横向的地图显示器、竖向的模拟显示器等)和控制装置，例如图1中所示的。该系统通过询问其.应答器且在显示器上跟踪它们来跟踪闯入飞机。处理器112分析.应答器的答复来确定范围、方位和相对高度。如果系统确定存在潜在危险，其发出视觉的和听觉的建议给全体机组成员。视觉的建议表现为在一个或多个交通显示器上的符号的形式，且通过各种符号和颜色来标明每个闯入者的相应威胁。相对于主飞行器的高度的闯入者的高度被显示和告知，且使用趋势箭头来指示闯入者是上升还是下降。以这种方式，该系统可确定该主飞行器和该闯入者之间的范围、至闯入者的相对方位、至闯入者的高度和垂直速度以及该闯入者和主飞行器之间的闭合率。
导航数据库120包括存储在其中的各类导航相关的数据。在优选实施例中，导航数据库120是由飞机携带的机载数据库。该导航相关的数据包括各种飞行计划相关数据，例如但不限于：用于地理航点的位置数据；航点间的距离；航点间的轨迹；涉及不同机场的数据；导航助手；障碍物；特殊用途空域；行政区划界；通信频率；以及飞机进场信息。导航系统104还被配置用以获取一个或多个与飞机的操作相关联的导航参数。导航系统104可被实现为全球定位系统(GPS)、惯性参考系统(inertial reference system，IRS)、或基于无线电的导航系统(例如，VHF全向无线电范围(VOR)或长距离导航(LORAN))，且可包括一个或多个导航无线电或适于被配置以支持导航系统104的操作的其他传感器，如将在本领域中理解的。在示例性实施例中，导航系统104能够获取和/或确定飞机的即时位置，也就是，飞机的当前位置(例如，纬度和经度)和高度或对于飞机高于地面的水平。导航系统104还可获取和/确定飞机的航向(即，相对于某些参考的飞机正在航行的方向)。
处理器112耦接至导航系统104以获取实时导航数据和/或与飞机操作相关的信息以支持显示系统100的操作。通信系统106也耦接至处理器112并被配置为支持至和/或来自飞机的通信，如在本领域中所理解的。处理器112耦接至飞行管理系统108，其反过来，也可耦接至导航系统104和通信系统106以提供实时数据和/或与飞机操作相关的信息至处理器112以支持飞机的操作。此外，交通信息模块105耦接至处理器112，且利用从无线收发机122收集的ADS-B、TIS-B和TCAS数据以图形化地生成表示附近飞机及其相关联交通信息的符号。此外，用户接口110耦接至处理器112，并且用户接口110和处理器112被协同配置以允许用户与显示模块102和显示系统100的其他元件交互，如下面更详细地描述。
在示例性实施例中，显示模块102被实现作为被配置以在图形模块114的控制下图形化地显示交通信息、天气信息和/或与飞机操作相关联的其他数据的电子显示器。在示例性实施例中，显示模块102位于飞机的驾驶舱内。将理解，尽管图1示出了单个显示模块102，在实践中，飞机上可存在额外的显示模块。用户接口110也位于飞机的驾驶舱内且适于允许用户(例如，飞行员、副驾驶或机组成员)与显示系统100的剩余部分交互，且使得用户能够选择显示在显示模块102上的内容，如下面更详细地描述。在各种实施例中，用户接口110可被实现为键盘、触摸板、键盘、鼠标、触摸屏、操纵杆、旋钮、麦克风或适于从用户处接收输入的另一合适设备。在优选实施例中，用户接口110可以是触摸屏、光标控制装置、操纵杆等等。
在示例性实施例中，通信系统106被适当地配置以支持飞机和其他飞机或地面位置(例如，空中交通控制)之间的通信。在这方面，可通过利用无线电通信系统或另一合适的数据链接系统来实现通信系统106。在示例性实施例中，飞行管理系统108(或，可选地，飞行管理计算机)位于飞机上。尽管图1是显示系统100的简要表示，实践中，飞行管理系统108可以以传统方式按需耦接至一个或多个额外的模块或组件以支持导航、飞行计划和其他飞机控制功能。
处理器112和/或图形模块114在示例性实施例中被配置以在显示模块102上显示和/或渲染代表飞行信息的符号。这允许用户(例如，通过用户接口110)获得周围飞机的更好的了解。处理器112一般代表硬件、软件和/或固件组件，其被配置以在显示模块102上便于进行显示和/或渲染导航地图，且执行下面更详细描述的额外任务和/或功能。依赖于该实施例，处理器112可用被设计以执行这里描述的功能的通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任意组合来实施或实现。处理器112也可被实现为计算设备的组合，例如，数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、与数字信号处理器核结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。实践中，处理器112包括可被配置以执行与显示系统100的操作关联的功能、技术和处理任务的处理逻辑，如下面更详细地描述。此外，结合这里公开的实施例描述的方法和算法的步骤可直接以硬件、固件、由处理器112执行的软件模块或以其任何实际的组合来实现。
图形模块114一般地表示硬件、软件、和/或固件组件，其被配置以控制在显示模块102上显示和/或渲染导航地图，并执行下面更详细描述的附加的任务和/或功能。在示例性实施例中，图形模块114访问包括符号数据库115的一个或多个数据库116，该符号数据库115被适当地配置以支持图形模块114的操作，如下所述。在这方面，数据库116可包括符号数据库、航点数据库、所需导航性能(required navigation performance，RNP)数据库、地形数据库、天气数据库、飞行计划数据库、障碍数据库、导航数据库、地理政治数据库、终端领空数据库、特殊用途领空数据库、或用于在显示模块102上渲染和/或显示内容的其他信息，如下所述。将理解，尽管图1示出了单个数据库116用于解释和易于描述的目的，但在实践中，大量的数据库将很有可能出现在显示系统100的实际实施例中。
图2是可由图1的飞机显示系统102渲染的示例性自上而下的视觉显示器200。显示半径内的飞机符号被图形化地渲染在显示器上，如在示例性视觉显示器200上显示的。显示半径是以海里(nautical miles，nm)所测量的在主飞行器202周围所渲染的地理区域。飞行员可通过放大以显示更小的地理区域或缩小以显示更大的地理区域来设置显示半径。然而，应理解的是，显示半径将被设为默认设置，其可按要求被调整为期望的范围。图2包括描绘距主飞行器20220海里距离的范围环204。
图2中还显示的是闯入飞机符号206和208。在闯入者206的情况下，其参考高度(即，气压设定)实质上与主飞行器202的相同，正如其应当相同；例如，不超过几百英尺的差别。这是从ADS-B输出数据中确定的，该ADS-B输出数据从飞机206传送且在主飞行器202处接收和处理。
然而，所确定的是，由于错误的参考压力设置，不能接受与主飞行器202不同(大于200-300英尺)的闯入飞机208的参考高度。因此，根据实施例，闯入飞机符号208被高亮显示且图形化地与其他飞机区分，例如闯入飞机符号(例如，符号206)。在图2的例子中，闯入飞机208被高亮显示且通过显示对应于圆210和212的符号而被可视地区分，圆210和212形成在闯入飞机符号208周围的环214。以这种方式，机组成员观看显示器200将被警告在由符号208表示的飞机附近保持谨慎，因为其气压设定或参考高度被错误地设置。因此，飞机在相互临近时操作的最小垂直间隔标准没有被满足。
应当强调的是，有很多方式高亮显示和/或视觉地区分闯入飞机符号208。例如，参见图3，闯入者208可由半透明叠加层300区分。叠加层300可如所示的环形或可以是不同的所期望的形状(例如，正方形、三角形等)和/或颜色。在图4中，闯入者符号可以由周围区域400高亮显示。区域400可以是如所示的环的形式或任何其他期望的形状或颜色。此外，环400可以包括大量如图5中所示的径向轮辐部500。此外且如图6中所示，闯入者208可视觉地由大量的如图6中所示的相同或不同颜色的中心圆600所区分。
图7是根据示例性实施例的用于图形化区分与主飞行器(图2中的202)具有实质上不同气压设定的闯入飞机的方法的流程图700。在步骤702，主飞行器202从闯入飞机(例如208)接收ADS-B数据。随后闯入者208符号被显示在导航显示器上(图2)(步骤704)。在步骤706中，主飞行器202ADS-B数据被提取，且在步骤708中，图1中的处理器112将闯入者208的气压设定与主飞行器202的气压设定进行比较。如果主飞行器202的气压设定和闯入者208的气压设定实质上相等，不再有进一步的动作。否则，在另一方面，如果主飞行器202的气压设定和闯入者208的气压设定实质上不相等，所显示的闯入者符号如前所述被视觉地且图形化地在显示器上高亮显示。
因此，提供了一种用于在主飞行器上的航空电子显示系统上图形化地显示闯入飞机符号的系统和方法。该方法包括从闯入飞机接收数据，确定闯入飞机的参考高度，在显示器上显示闯入者符号，以及当闯入者的气压设定实质上不等于主飞行器的气压设定时，在显示器上生成符号以可视地区分该闯入者符号。
尽管在本发明前述的详细说明中已出现了至少一个示例性实施例，但应当理解的是存在大量的变形。也应理解的是，该一个或多个示例性实施例仅仅是举例，且并不想要以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。反而，前述的详细说明将提供便利的道路地图给本领域技术人员用于实现本发明的示例性实施例。所理解的是，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置做出各种改变而不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于在主飞行器上的航空电子显示系统上显示闯入飞机符号的方法，该方法包括：
从闯入飞机接收数据；
在显示器上显示闯入者符号：
确定闯入飞机的气压设定；以及
当闯入者的气压设定实质上不等于主飞行器的气压设定时，在显示器上生成符号以可视地区分闯入者符号。
2.如权利要求1的方法，其中在主飞行器上从闯入者传送的ADS-B数据确定闯入飞机的气压设定。
3.如权利要求1的方法，其中当闯入者的气压设定比主飞行器的气压设定小至少第一预定量时，闯入者符号被可视地区分。
4.如权利要求1的方法，其中当闯入者的高度比主飞行器的气压设定大至少第二预定量时，闯入者符号被可视地区分。
5.如权利要求1的方法，其中通过在闯入飞机符号周围显示圆圈来可视地区分闯入者符号。
6.如权利要求1的方法，其中通过在闯入飞机符号周围显示多个同心圆来可视地区分闯入者符号。
7.如权利要求1的方法，其中通过在闯入飞机符号周围显示第一和第二同心圆以在该闯入飞机符号周围形成带来可视地区分闯入者符号。
8.如权利要求7的方法，进一步包括在带中径向延伸线段。
9.如权利要求7的方法，进一步包括在带中可视地由颜色来区分的区域。
10.如权利要求1的方法，其中通过显示覆盖闯入者符号的半透明区域来可视地区分闯入者符号。
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