CN105006177A - 用于调制过早下降保护包络的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于调制过早下降保护包络的系统和方法。提供了一种系统和方法，用于在向跑道进行进场的航空器在标称进场路径以下并具有大于标称进场路径角的飞行路径角时，相对于跑道修改过早下降保护包络的定位或形状。

Description

用于调制过早下降保护包络的系统和方法

技术领域

本文所述的示例性实施例一般涉及航空器增强的近地警告系统（EGPWS），并且更具体地涉及为所选的跑道调制过早下降（premature descent）保护（PDP）包络（envelope），例如跑道场间隔底限（clearance floor）（RFCF）包络或地形间隔底限（TCF）包络，以提供适当的警报。

背景技术

航空器飞行安全中的重要进步已经是EGPWS的开发。这些警告系统分析航空器的飞行参数和航空器周围的地形。基于分析，这些警告系统向飞行机组人员提供警报，所述警报涉及与地形或其它障碍物的可能的不经意碰撞。此外，通过提供警报，这些EGPWS确保飞行员维持相对于航空器之下的地形的最小高度。RFCF将航空器维持在相对于跑道场高程（elevation）的适当高度处。

随着航空器接近用于着陆的跑道，EGPWS生成RFCF包络，所述包络提供航空器应当在所选的跑道高程之上维持的最小高度。如果航空器相对于所选跑道高程的高度小于由RFCF包络所要求的最小高度，则EGPWS将提供适当的警报。

图1图示由至少一个EGPWS生成的典型的RFCF包络110。参考所选的跑道112典型地生成RFCF包络110。对于离所选跑道112的不同距离，RFCF包络110规定航空器应当在所选跑道高程之上维持的不同最小高度。如果航空器侵入RFCF包络110内，则提供警报。

例如，如果航空器在离跑道112的5nm内，则RFCF规定航空器在跑道高程之上维持至少300英尺的高度。因此，如果航空器正在飞行具有900英尺的高程的进场，则航空器应当维持至少1200英尺的高度。在本示例中，如果航空器骤降到距目的地跑道112的1200英尺高度以下，则RFCF将提供适当的警报。

重要地，参考图1，对于更靠近所选跑道112的距离，RFCF包络110要求航空器应当在所选跑道高程上方维持的更小的最小间隔高度。RFCF包络110的该部分114反映航空器的着陆型式（pattern）。离所选跑道112各种距离处的高度被选择以提供接近警告保护，同时还减少在着陆期间可能扰乱飞行机组人员的烦扰报警的生成。例如，当航空器离所选跑道4.5nm时，飞行机组人员将不接收警报，除非航空器骤降到跑道高程以上小于300英尺的高度。RFCF包络110典型地可以自跑道隔开1.0英里；然而，优选为自跑道0.5英里。

对于大多数情况，由EGPWS生成的RFCF包络，诸如图1中图示的RFCF包络110，一般是有利的，因为它们提供近地警告保护，而同时减少烦扰报警。然而，可能存在特定的飞行剖面，其中可以做出对系统的改进。

具体地，如上所述，取决于航空器和所选跑道之间的距离，RFCF包络110要求航空器应当在所选跑道之上维持的最小高度。虽然RFCF包络110对于近地警告保护而言典型地充足得有余，但在不期望的飞行剖面干扰该保护时可能出现问题。

典型地，RFCF包络110离跑道的末端一英里而终止，如图1中所示。不期望的飞行剖面，例如陡的下降，可能在该英里内将航空器置于极接近地形处而不接收警报。

因此，合期望的是提供一种用于关于不期望的飞行剖面而修改RFCF包络的系统和方法。此外，从结合附图和前述技术领域以及背景技术进行的随后的具体实施方式和所附权利要求中，示例性实施例的其它合期望的特征和特性将变得显而易见。

发明内容

提供了一种系统和方法，用于响应于不期望的飞行剖面而修改地形间隔底限包络。

在示例性实施例中，一种用于为向所选跑道进行进场的航空器而使过早下降保护包络移位（shift）的系统，所述系统包括：被配置成存储跑道数据库的至少一个数据存储元件，所述跑道数据库包括与所选跑道相关联的数据；航空电子系统，其被配置成为向跑道进行进场的航空器确定飞行参数；为所选跑道确定过早下降保护包络；并确定到跑道的标称进场路径；以及处理器，其耦合到数据存储元件和航空电子系统，并且被配置成响应于飞行参数和标称进场路径角而使过早下降保护包络移位。

在另一个示例性实施例中，一种用于为所选跑道而使过早下降保护包络移位的系统，所述系统包括：被配置成存储跑道数据库的至少一个数据存储元件，所述跑道数据库包括与所选跑道相关联的数据；航空电子系统，其被配置成：为向跑道进行进场的航空器确定飞行参数，所述飞行参数包括航空器的相对于水平线（horizon）的飞行路径角；为所选跑道确定过早下降保护包络；并确定到跑道的标称进场路径；以及处理器，其耦合到数据存储元件和航空电子系统，并且被配置成响应于航空器在标称进场路径以下并且飞行路径角大于标称进场路径角而使过早下降保护包络移位。

在又一个示例性实施例中，一种为接近（approach）跑道的航空器而使过早下降保护包络移位的方法，包括：确定过早下降保护包络，所述过早下降保护包络包括离跑道第一距离处的第一边界；确定用于接近跑道的标称进场路径；确定航空器的飞行路径角；以及响应于航空器在标称进场路径以下并且飞行路径角大于标称进场路径角而将第一边界移位到比第一距离更靠近跑道的第二距离。

附图说明

将在下文中结合以下附图各图来描述本发明，其中同样的标号指代同样的元件，以及

图1是已知RFCF包络的图形表示；

图2是根据本文所述的示例性实施例的适合在航空器中使用的已知系统的框图；

图3是向具有与其相关联的RFCF包络的跑道进行进场的航空器的图形表示；

图4是根据示例性实施例的向跑道（其中与其相关联的RFCF包络已经移位）进行进场的航空器的图形表示；

图5是根据另一个示例性实施例的RFCF包络的图形表示；

图6是根据又一个示例性实施例的RFCF包络的图形表示；以及

图7是根据示例性实施例的适合于供图2的系统使用的示例性方法的流程图。

具体实施方式

以下具体实施方式在本质上仅仅是说明性的，并不旨在限制主题或申请的实施例以及这样的实施例的使用。本文中被描述为示例性的任何实现方式不一定被解释为对于其它实现方式是优选或有利的。此外，没有意图由前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何表述或暗含的理论进行限制。

本领域技术人员将领会到：结合本文公开的实施例所述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或二者的组合。以上在功能和/或逻辑块组件（或模块）以及各种处理步骤方面描述实施例和实现方式中的一些。然而，应当领会到：可以通过被配置成执行所指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件组件来实现这样的块组件（或模块）。为了清楚地图示硬件和软件的该可互换性，以上已经在其功能性方面一般地描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。这样的功能性是被实现为硬件还是软件取决于在整体系统上施加的特定应用及设计约束。技术人员可以以对于每个特定应用变化的方式实现所描述的功能性，但是这样的实现方式决策不应被解释为导致脱离本发明的范围。例如，系统的或组件的实施例可以采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，其可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下实行各种功能。另外，本领域技术人员将领会到：本文所述的实施例仅仅是示例性的实现方式。

结合本文公开的实施例所述的各种说明性逻辑块、模块以及电路可以用被设计成执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在可替代方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核或任何其它这样的配置。本文中排他地使用词语“示例性”以意指“充当示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为对于其它实施例是优选或有利的。以上设备中的任一个是计算机可读存储介质的示例性的非限制性示例。

结合本文公开的实施例所述的方法或算​​法的步骤可以直接体现在硬件中、由处理器执行的软件模块中或二者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM或本领域中已知的任何其它形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器，这样处理器能够从存储介质读取信息并向存储介质写入信息。在可替代方案中，存储介质可以集成到处理器。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在可替代方案中，处理器和存储介质可以作为离散组件而驻留在用户终端中。以上设备中的任何一个是计算机可读存储介质的示例性的非限制性示例。

在本文档中，诸如第一和第二等等之类的关系术语可以仅仅用于区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或次序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等之类的数字序数仅仅指代多个中的不同单个，并不暗示任何次序或顺序，除非由权利要求语言特别限定。任何权利要求中的文本的顺序并不暗示必须以根据这样的顺序的时间或逻辑次序来执行过程步骤，除非由权利要求的语言特别限定。可以以任何次序互换过程步骤而不脱离发明的范围，只要这样的互换不违背权利要求语言并且不是逻辑上无意义的。

此外，在本文包含的各图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应当注意的是：在主题的实施例中可以存在许多可替代或附加的功能关系或物理连接。

以下描述是指被“耦合”在一起的元件或节点或特征。如本文所使用，除非另行明确陈述，否则“耦合”意指一个元件/节点/特征直接或间接地接合到（或者直接或间接地与之通信）另一个元件/节点/特征，而不一定是机械地。因此，虽然附图可以描绘元件的一个示例性布置，但附加的居间元件、设备、特征或组件可以存在于所描绘的主题的实施例中。另外，仅仅为了参考的目的，还可以在以下描述中使用某种术语，并且因此不旨在是限制性的。

根据示例性实施例，当航空器在标称进场路径（例如仪表着陆系统（ILS）滑翔斜率、竖直导航（VNAV）路径角或精密进场路径指示器/可视进场斜率指示器（PAPI/VASI）斜率）以下时，并且如果航空器的飞行路径角大于标称进场路径角，则过早下降保护（PDP）包络，例如跑道场间隔底限（RFCF）包络或地形间隔底限（TCF）包络，朝着目的地跑道末端、在形状上被调制（偏置或移位），例如具有离跑道高程更远的升限（高度）。例如，当标称进场路径角对于目的地跑道是3度时，如果航空器已经被确定为在进场路径以下并且其飞行路径角为4度（比标称进场路径角更陡），则PDP包络朝向跑道被移位，在形状上改变，或提升到更高的高程。在标称进场路径角和飞行路径角之间的角度中的差异越大，PDP包络的调制越大。

图2描绘系统200的示例性实施例，系统200可以机载地位于诸如航空器222之类的交通工具上。在示例性实施例中，系统200包括但不限于：输出设备206、处理系统208、定位源210，和数据存储元件220，其被合适地配置成支持系统200的操作，如以下更详细描述的。应当理解的是：为了解释和易于描述的目的，图2是系统200的简化表示，并且图2不旨在以任何方式限制主题的应用或范围。系统200和/或航空器222的实际实施例将包括用于提供附加功能和特征的众多其它设备和组件，如将在本领域中领会到的。在这方面，虽然图2描绘单个定位源210，但在实践中，系统200和/或航空器222可以包括用于获得和/或提供在本文所述的示例性实施例的情况下使用的实时飞行相关的信息（参数）的众多定位源，例如全球定位系统（GPS）和确定航空器的横向和竖直定位二者的惯性导航系统（INS）。

在示例性实施例中，输出设备206耦合到处理系统208，并且被协同地配置成向航空器222的飞行员提供音频或视觉警报。处理系统208耦合到定位源216，用于获得针对航空器222的实时定位数据和/或信息，以支持系统200的操作。定位源216例如可以被实现为全球定位系统（GPS）、惯性参考系统（IRS）或基于无线电的导航系统（例如VHF全向无线电范围（VOR）或长距离辅助导航（LORAN）），并且可以包括被合适地配置成提供竖直（高度）和横向（坐标）定位数据的一个或多个导航无线电设备或其它传感器，如将在本领域中领会到的。

处理系统208一般表示被配置成促进在音频输出设备206和系统200的其它元件之间的通信和/或交互并执行以下更详细描述的附加任务和/或功能的硬件、软件和/或固件组件。取决于实施例，可以用被设计成执行本文所述功能的通用处理器、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、处理核、离散硬件组件或其任何组合来实施或实现处理系统208。处理系统208也可以被实现为计算设备的组合，例如多个处理核、数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合数字信号处理器核或任何其它这样的配置。在实践中，处理系统208包括可以被配置成实行与系统200的操作相关联的功能、技术和处理任务的处理逻辑，如下面更详细描述的。此外，结合本文公开的实施例描述的方法或算​​法的步骤可以直接体现在硬件中、固件中、由处理系统208执行的软件模块中或其任何实际的组合中。在一些实施例中，处理系统208的特征和/或功能性可以被实现为航空电子系统（未示出）的部分，如将在本领域中领会到的。

数据存储元件220可以被实现为RAM存储器、闪速存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM或本领域中已知的任何其它形式的存储介质。此外，可以使用一个组件或多个物理上不同的组件来实现数据存储元件220，如对于特定实施例适当的那样。在这方面，数据存储元件220可以耦合到处理器208，使得处理器208可以从数据存储元件220读取信息，并向数据存储元件220写入信息。在可替代方案中，数据存储元件220可以集成到处理器208。作为示例，处理器208和数据存储元件220可以驻留在ASIC中。例如，数据存储元件220包括地形数据库224，地形数据库224包括与跑道高程和位置有关的数据。

应当理解的是，为了解释和易于描述的目的，图2是系统200的简化表示，并且图2不旨在以任何方式限制主题的应用或范围。在实践中，系统200和/或航空器208将包括用于提供附加功能和特征的众多其它设备和组件，如将在本领域中领会到的。

在本描述的过程期间，根据图示各种示例性实施例的不同的图，同样的标号可以用来标识同样的元件。

参考图3，标称进场路径302优选地存储在跑道数据库228中；然而，例如可以由ILS滑翔斜率、VNAV路径角或PAPI/VASI斜率提供，以用于向跑道312的进场。跑道312具有与其相关联的RFCF包络314，其典型地离跑道312的末端大约1英里而终止或结束。虽然在所述实施例中呈现RFCF包络，但是应当理解的是：可以使用其它PDP包络，例如TCF包络。航空器304正在标称进场路径302以下并以大于标称进场路径角302的飞行路径角306而在向跑道的进场上下降。例如，如果标称进场路径角302是3度（离水平线308），则航空器304的飞行路径角306将更大，如果它例如是4度的话。可以看出（如由虚线307所指示）：如果航空器继续以4度下降，则它可能撞击地形310而不进入RFCF包络314并且不接收警报。

参考图4并根据本示例性实施例，当航空器304如图3中所图示那样在标称进场路径302以下并且以大于标称进场路径角302的角307下降时，RFCF包络314被移位朝向（即更靠近）跑道312（至大约半英里，如所示那样）。RFCF包络314的该移位的量或距离由若干因素中的一个或多个确定，包括飞行参数，诸如空速、下降速率、重量、可用推力和从RFCF包络314到跑道312的最初距离。优选地，整个RFCF包络314被移位朝向跑道312；然而，在一些实施例中，RFCF包络314的形状可以改变（见图5），或在其它实施例中，R​​FCF包络314可以提升到相对于跑道高程的更高的高程（见图6）。

图7是图示适合于供系统100使用的方法700的示例性实施例的流程图。方法700表示用于为所选跑道而使RFCF警报区域移位的方法的一种实现方式。结合方法700执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或其任何组合来执行。为了说明性目的，方法700的以下描述可以指代以上结合前述各图提及的元件。在实践中，方法700的部分可以由所述系统的不同元件来执行，例如处理器、显示元件或数据通信组件。应当领会的是：方法700可以包括任何数量的附加的或可替代的任务，图7中所示的任务不需要以图示的次序来执行，并且方法700可以被合并到具有本文未详细描述的附加功能性的更全面的过程或方法中。此外，图7中所示的一个或多个任务可以从方法700的实施例中省略，只要所意图的整体功能性保持完整。

根据图7的示例性方法，为接近跑道的航空器而使RFCF包络移位的方法包括：确定702 RFCF包络，所述RFCF包络包括在离跑道第一距离处的第一边界；确定704用于接近跑道的标称进场路径以及进场路径角；确定706航空器的飞行路径角；以及响应于航空器在标称进场路径以下并且飞行路径角大于标称进场路径角，将第一边界移位708到比第一距离更靠近跑道的第二距离。

以上已经关于特定实施例描述了益处、其它优点和对问题的解决方案。然而，可以使得任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的益处、优点、对问题的解决方案以及任何（一个或多个）元件不要被解释为任何或所有权利要求的关键、所需或基本的特征或元素。如本文所使用，术语“包括”、“包含”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括，使得包括元素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些元件，而且可以包括未明确列出的或对这样的过程、方法、物品或装置而言固有的其它元素。

尽管在前述的具体实施方式中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当领会的是，存在大量的变型。还应当领会的是，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并不旨在以任何方式限制发明的范围、可适用性或配置。相反，前述的具体实施方式将为本领域技术人员提供用于实现发明的示例性实施例的方便路线图，理解的是，可以在示例性实施例中所述的元件的功能和布置中做出各种改变而不脱离如在所附权利要求中阐述的发明的范围。

Claims (14)

1.一种用于为向所选跑道进行进场的航空器而使过早下降保护包络移位的系统，所述系统包括：

至少一个数据存储元件，其被配置成：

　存储跑道数据库，所述跑道数据库包括与所选跑道相关联的数据；

航空电子系统，其被配置成：

　为向跑道进行进场的航空器确定飞行参数；

　为所选跑道确定过早下降保护包络；以及

　确定到跑道的标称进场路径；以及

处理器，其耦合到数据存储元件和航空电子系统，并且被配置成：

　响应于飞行参数和标称进场路径角，调制过早下降保护包络。

2.根据权利要求1所述的系统，其中航空电子系统还被配置成：

根据包括以下各项的组中之一而确定标称进场路径：仪表着陆系统进场路径、竖直导航路径角或精密进场路径指示器/可视进场斜率指示器斜率。

3.根据权利要求1所述的系统，其中航空电子系统还被配置成：

根据选自包括以下各项的组中至少一个的导航系统而确定航空器的定位：全球定位系统、惯性参考系统、基于无线电的导航系统和高度计。

4.根据权利要求1所述的系统，其中飞行参数包括选自以下各项的组中之一：地速、下降速率、重量、可用推力以及过早下降保护包络和跑道之间的距离。

5.根据权利要求1所述的系统，其中飞行参数包括航空器的定位。

6.根据权利要求1所述的系统，其中处理器还被配置成：

当航空器在标称进场路径以下并且以比标称进场路径角更陡的飞行路径角时，使跑道场间隔底限包络移位。

7.根据权利要求1所述的系统，其中跑道数据库还被配置成：

存储标称进场路径角。

8.根据权利要求1所述的系统，其中处理器还被配置成：

使过早下降保护包络移位。

9.根据权利要求1所述的系统，其中处理器还被配置成：

增加过早下降保护高程。

10.一种为接近跑道的航空器而使过早下降保护包络移位的方法，包括：

确定过早下降保护包络，所述过早下降保护包络包括离跑道第一距离处的第一边界；

确定用于接近跑道的标称进场路径以及进场路径角；

确定航空器的飞行路径角；以及

响应于航空器在标称进场路径以下并且飞行路径角大于标称进场路径角，将第一边界移位到比第一距离更靠近跑道的第二距离。

11.根据权利要求10所述的方法，其中确定标称进场路径包括：

根据包括以下各项的组中之一而确定标称进场路径：仪表着陆系统进场路径、竖直导航路径角或精密进场路径指示器/可视进场斜率指示器斜率。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括：

根据选自包括以下各项的组中之一的导航系统而确定航空器的定位：全球定位系统、惯性参考系统、基于无线电的导航系统和高度计。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括：

确定航空器的飞行参数，所述飞行参数包括选自以下各项的组中之一：地速、下降速率、重量、可用推力以及过早下降保护包络和跑道之间的距离。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括：

确定航空器的定位。