CN105116781A - 独立仪表着陆系统监视器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及独立仪表着陆系统监视器。一种监视飞行器的机上接收的仪表着陆系统（ILS）信号的系统和方法包括执行接收到的ILS信号的进近前采样以由此生成进近前阶段ILS数据。至少部分地基于进近前阶段ILS数据来确定飞行器的统计进近航线。进行关于飞行器何时在预定激活高度以下的确定，并且在该时间，执行接收到的ILS信号的进近采样以生成进近阶段ILS数据。将进近阶段ILS数据与统计进近航线相比较以确定航线偏差。当航线偏差超过预定量值时，选择性地生成警报信号。

Description

独立仪表着陆系统监视器

技术领域

本发明一般地涉及飞行器仪表着陆系统，并且更特别地涉及独立仪表着陆系统（ILS）监视器。

背景技术

飞行器的进近（approach）以着陆和在跑道上的降落是飞行员在正常飞行器操作期间承担的最具挑战性的任务中的一个。为了适当地执行着陆，飞行器在姿态、航线、速度以及下降速率限制的包络内接近跑道。航线限制包括例如横向限制和滑翔斜率限制。在此包络之外的进近可以导致飞行器相对于跑道的不期望定位，导致着陆尝试的可能中止。

在某些情况下，在进近和着陆操作期间能见度可能很差，导致被称为仪表飞行条件的条件。在仪表飞行条件期间，飞行员依赖于仪表而不是视觉参考来对飞行器进行导航。即使在良好的天气条件期间，飞行员通常也在进近期间在一定程度上依赖于仪表。许多机场和飞行器包括跑道辅助着陆系统，诸如仪表着陆系统（ILS），以在进近和着陆操作期间帮助引导飞行器。ILS允许横向偏差指示器指示与进近航线的飞行器横向偏差，并且允许滑翔斜率指示器指示与滑翔斜率的垂直偏差。

常规ILS包括定位信标（localizer）子系统和滑翔斜率子系统。定位信标子系统包括定位信标天线阵列，其辐射用90Hz和150Hz音调的相等幅度进行调幅的RF载波信号。飞行器的记载定位信标接收机将这些信号解调并驱动横向偏差指示器。滑翔斜率子系统包括滑翔斜率天线阵列，其辐射也用90Hz和150Hz音调的相等幅度进行调幅的RF载波信号。飞行器的机载滑翔斜率接收机将这些信号解调并驱动滑翔斜率指示器。

虽然罕见，但已存在其中飞行器正在从飞行器即将着陆的相同跑道起飞且临时地与ILS信号相干扰的情况。此临时干扰可以使得ILS信号不平衡。如果不平衡具有足够的持续时间，则其可以使得飞行器飞行控制/自动驾驶系统经历不需要且不期望的机动。在一个特定已证明的情况下，该不期望机动使得飞行器仅靠左侧主起落架着陆。不同的力使得飞行器暂时地滑出跑道。如果向机组人员提供将警告机组人员自动确定的机动与实际预定航线方向不相容的机载ILS信号监视功能，则可避免该事故和未来事故。目前，未提供此类功能。

因此，需要一种将基于接收到的ILS信号而警告机组人员自动确定的机动与实际预定航线方向不相容的系统和方法。本发明至少解决了此需要。

发明内容

提供本发明内容以用在具体实施方式中进一步描述的简化形式来描述选择概念。本发明内容并不意图识别要求保护的主题的关键特征或必要特征，其也不意图用作确定要求保护的主题的范围的辅助。

在一个实施例中，一种监视飞行器的机上接收的仪表着陆系统（ILS）信号的方法包括执行接收到的ILS信号的进近前（pre-approach）采样以由此生成进近前阶段ILS数据。至少部分地基于进近前阶段ILS数据来确定飞行器的统计进近航线。进行关于飞行器何时在预定激活高度以下的确定，并且在该时间，执行接收到的ILS信号的进近采样以生成进近阶段ILS数据。将进近阶段ILS数据与统计进近航线相比较以确定航线偏差。当航线偏差超过预定量值时，选择性地生成警报信号。

在另一实施例中，一种用于独立地监视飞行器的机上接收仪表着陆系统（ILS）信号的系统包括ILS接收机、高度计以及处理器。ILS接收机适合于接收并解调ILS信号。高度计被配置成感测飞行器高度并供应表示所感测飞行器高度的高度数据。处理器与定位信标接收机和高度计进行可操作通信。处理器被配置成响应于高度数据而确定飞行器何时处于进近前阶段和飞行器何时处于进近阶段。处理器还被配置成在进近前阶段期间对被定位信标接收机解调的ILS信号进行采样以由此生成进近前阶段ILS数据，至少部分地基于进近前阶段ILS数据来确定飞行器的统计进近航线，在进近阶段期间对被定位信标接收机解调的ILS信号进行采样以由此生成进近阶段ILS数据，将进近阶段ILS数据与统计进近航线相比较以确定航线偏差，并在航线偏差超过预定量值时选择性地生成警报信号。

在又一实施例中，一种用于独立地监视飞行器的机上接收仪表着陆系统（ILS）信号的系统包括ILS接收机、全球定位系统（GPS）接收机、高度计以及处理器。ILS接收机适合于接收并解调ILS信号。GPS接收机被配置成确定飞行器位置并将表示该飞行器位置的飞行器位置数据供应给处理器。高度计被配置成感测飞行器高度并供应表示所感测飞行器高度的高度数据。处理器与定位信标接收机、GPS接收机以及高度计进行可操作通信。处理器被配置成响应于飞行器位置数据而确定实际飞行器位置。处理器被配置成响应于高度数据而确定飞行器何时处于进近前阶段和飞行器何时处于进近阶段。处理器还被配置成在进近前阶段期间对被定位信标接收机解调的ILS信号进行采样以由此生成进近前阶段ILS数据，基于所确定飞行器位置和进近前阶段ILS数据来确定飞行器的统计进近航线，在进近阶段期间对被定位信标接收机解调的ILS信号进行采样以由此生成进近阶段ILS数据，将进近阶段ILS信号与统计进近航线相比较以确定航线偏差，确定航线偏差何时超过预定量值达预定时间段，并且在航线偏差超过该预定量值达预定时间段时生成警报信号。

此外，根据与附图及前述背景技术相结合地进行的后续详细描述和所附权利要求书，ILS监视系统和方法的其他期望特征和特性将变得清楚。

附图说明

下面将结合以下附图来描述本发明，其中，相同的附图标记表示相同的元素，并且在所述附图中：

图1描述了飞行器航空电子系统的一个实施例的一部分的功能框图；

图2描述了典型仪表着陆系统的功能框图；

图3以图形方式描述了在飞行器进近阶段期间由图1的系统确定的示例性航线偏差；以及

图4以流程图形式描述了在图1的系统中实现的过程。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅仅是示例性的且并不意图限制本发明或本发明的应用和使用。如本文所使用那样，词语“示例性”意指“充当示例、实例或图示”。因此，不一定将在本文中描述为“示例性”的任何实施例理解为相比于其他实施例而言是优选或有利的。本文所述的所有实施例都是为了使得本领域的技术人员能够制造或使用本发明而不是限制由权利要求书限定的本发明的范围而提供的示例性实施例。此外，并不意图受到在前面的技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中提出的任何明示或暗示理论的束缚。

首先参考图1，描述了飞行器航空电子系统100的一个实施例的一部分的功能框图。所描述的部分是用于独立地监视接收到的仪表着陆系统（ILS）信号的系统100，并且包括ILS接收机102、全球定位系统（GPS）接收机104、高度计106以及处理器108。ILS接收机102适合于接收从ILS传输的ILS信号并将其解调。为了完整起见，现在将提供常规ILS的简要描述。

如一般已知的，ILS是无线电导航系统，其刚好在着陆之前和和期间为飞行器提供水平（或定位信标）和垂直（或滑翔斜率）引导，并且在某些固定点处，指示到特定跑道上的着陆的参考点的距离。诸如在图2中描述的那个的典型的ILS200包括发射射频信号的地基（ground-based）传输子系统。这些子系统包括定位信标子系统202和滑翔斜率子系统204。定位信标子系统202向飞行器提供横向引导以便跟踪跑道中心线，并且滑翔斜率子系统204向飞信器提供垂直引导以便在适当的滑翔路径处下降。

定位信标子系统202包括定位信标发射机206和定位信标天线阵列208。定位信标发射机206生成定位信标信号并将其供应给定位信标天线阵列208。如一般地已知的，定位信标信号是用90Hz和150Hz音调的相等幅度进行调幅的RF载波信号。定位信标天线阵列208接收和辐射定位信标信号。定位信标辐射图被布置成使得当接收飞行器与跑道中心线对准时90Hz和150Hz音调具有相等水平。

滑翔斜率子系统204包括滑翔斜率发射机212和滑翔斜率天线阵列214。滑翔斜率发射机212生成滑翔斜率信号并将其供应给滑翔斜率天线阵列214。比如定位信标信号的滑翔斜率信号是用90Hz和150Hz音调的相等幅度进行调幅的RF载波信号。滑翔斜率辐射图被布置成使得当接收飞行器以期望的滑翔路径角下降时，90Hz和150Hz音调将具有相等的水平。

现在返回图1，ILS接收机102适合于接收由地基ILS200发射的ILS信号，并且被配置成使用已知解调技术来确定飞行器的横向偏差和滑翔斜率偏差两者。如一般地已知的，横向偏差表示用于特定跑道的期望飞信器横向进近与实际飞行器横向进近之间的差，并且垂直偏差表示用于特定跑道的期望飞信器滑翔斜率与实际飞行器滑翔斜率之间的差。

为了实现上述功能，并且如图1进一步描述的，可用定位信标接收机112和滑翔斜率接收机114两者来实现ILS接收机102。定位信标接收机112被配置为解调的接收的定位信标信号，并且滑翔斜率接收机114被配置为解调接收的滑翔斜率信号。将理解的是，可以将定位信标和滑翔斜率接收机112、114设置在相同物理单元内，或者可实现为单独单元。总之，如本文所使用的这两个接收机112、114包括ILS接收机102。

GPS接收机104被配置成确定飞行器位置并供应表示该飞行器位置的飞行器位置数据。虽然可以不同地实现GPS接收机104，但在所描述实施例中，其为多通道接收机，每个通道被调谐成接收由沿地球轨道运动的GPS卫星（未示出）的星座发射的GPS广播信号中的一个或多个。如一般地已知的，每个GPS卫星每天环绕地球两次，并且轨道被布置成使得至少四个卫星始终在来自地球上的几乎任何地方的视线内。GPS接收机104在从GPS卫星中的至少三个且优选地四个或更多接收到GPS广播信号时确定GPS接收机104与GPS卫星之间的距离和GPS卫星的位置。基于这些确定，GPS接收机104使用称为三边测量（trilateration）的技术来确定至少飞行器位置并将表示该飞行器位置的数据供应给处理器108。将认识到的是还可将GPS接收机104配置成在需要或期望的情况下确定各种其他飞行器参数，诸如地速和地面航迹角。

高度计106被配置成感测飞行器高度并供应表示该飞行器高度的高度数据。将认识到的是可使用现在已知或将来开发的各种类型的传感器来实现高度计106。这些传感器可包括各种类型的惯性传感器、各种基于压力的传感器以及各种基于雷达的传感器，仅举几个例子。无论特定实现如何，高度计向处理器108供应高度数据。

处理器108与GPS接收机104进行可操作通信，并且因此从其接收飞行器位置数据。处理器108被配置成响应于飞行器位置数据而确定实际飞行器位置。处理器108还可与高度计106进行可操作通信，并且因此从其接收高度数据。处理器另外被配置成响应于高度数据而确定飞行器何时处于进近前阶段和飞行器何时处于进近阶段。

在进一步前进之前，应注意的是如在本文中所使用的进近前阶段意味着飞行器在ILS的范围内，并且因此接收ILS信号，但是例如在进近跑道接地区之上约500英尺的高度以上。另外应注意的是如本文所使用的进近阶段意指飞行器在进近跑道接地区之上约500英尺的高度以下。

现在返回描述，可看到处理器108另外可与ILS接收机102进行操作通信。处理器108还被配置成对由ILS接收机102解调的ILS信号进行采样，并且作为响应而生成在本文中称为进近前阶段ILS数据或进近阶段ILS数据的事物。特别地，在进近前阶段期间，在本文中将由处理器108生成的ILS数据称为进近前阶段ILS数据。类似地，在进近阶段期间，在本文中将由处理器108生成的ILS数据称为进近阶段ILS数据。现在将描述其原因。

当处理器108确定飞行器处于进近前阶段时，如上所述，处理器108基于所确定飞行器位置和进近前阶段ILS数据来确定飞行器的统计进近航线。如本文所使用的，统计进近航线指的是基于进近前ILS数据和飞行器位置数据而生成的进近航线。例如，可以比较飞行器位置和相应ILS横向偏差数据，使得可以通过检查穿过零横向偏差值的数据点而使用沿着这些GPS数据点的统计飞行器行进方向来确定航线方向。优选地，统计进近航线包括飞行器与期望进近航线的偏差，如由飞行器位置和进近前ILS数据确定的。如将立刻描述的，在进近阶段期间使用统计进近航线来监视接收到的ILS信号以确定ILS信号是否经历在预定限制之外的任何干扰。同样地，假设在进近前阶段期间的ILS信号是相对稳定的。然而，在在飞行器位置平滑地改变的同时观察到ILS信号振荡的情况下，可以从统计数据分析过程去除与短历时ILS信号振荡相关联的信号。换言之，处理器108还被配置成基于GPS或机载惯性系统的信号稳定性来实现统计滤波器以消除任何此类干扰。

现在，当处理器108确定飞行器处于进近阶段时，如上所述，处理器108将进近阶段ILS数据与统计进近航线相比较以确定航线偏差。机载航空电子系统生成飞行器正在行进的实时航线，并且此航线应与在正常操作期间ILS接收机数据所指示的航线匹配。此外，飞行器行进的航线或方向应与统计进近航线匹配。如果ILS信号被干扰但仍指示正常值，则处理器108可以观察行进的当前航线，因为其受到受干扰ILS信号的影响并将其与统计生成航线号相比较以进行航线偏差何时超过预定量值的确定。在某些实施例中，处理器108还被配置成确定航线偏差何时超过预定量值达预定时间段。虽然一个或多个偏差量值和预定时间段可改变，但在一个特定实施例中，使用0.4度航线改变的量值，并且使用约2秒的时间段作为示例。

处理器108另外被配置成选择性地生成警报信号。特别地，处理器108被配置成当航线偏差超过预定量值时且在特别优选实施例中当其这样做达到预定时间段时生成警报信号。同样地，系统100可另外包括警报设备116。如果包括的话，警报设备116被耦合以接收警报信号并被配置成响应于此而生成警报激励。将认识到的是可不同的配置并实现警报设备116以生成各种类型的警报激励。例如，可将警报设备116配置为生成听觉警报激励的听觉警报设备、生成视觉警报激励的视觉警报设备、生成触觉警报激励的触觉警报设备或两个或更多这些设备的组合以由此生成这些警报激励中的两个或更多。

作为上述功能的示例，现在应对图3进行参考，图3描述了在示出的进近阶段期间确定的示例性航线偏差302。在时间t₀与t₁之间，航线偏差302保持在预定量值304（例如，在两个偏差限制304-1、304-2之间）内。在时间t₁，航线偏差超过预定量值，并且这样做直至时间t₂为止。然而，t₁与t₂之间的时间间隔小于预定时间段306。因此，处理器108不生成警报信号。在时间t₃，航线偏差再一次超过预定量值，但是这次，其这样做达大于预定时间段306的时间段。因此，处理器108生成警报信号。

在图4中以流程图形式描述了在系统100中实现的上述过程，并且也将为了完整起见而进行描述。过程400在飞行器开始接收ILS信号时开始。在那时，处理器108开始执行接收的ILS信号的进近前采样（402），并且至少在所描述实施例中，开始处理飞行器位置数据（404）。处理器108使用这些数据开始确定飞行器的统计进近航线（406）。处理器108然后确定飞行器是否在预定激活高度以下（408），其对应于ILS进近的发起。处理器108继续确定统计进近航线直至飞行器在该预定激活高度以下为止。

当飞行器在预定激活高度以下时，处理器108开始执行接收的ILS信号的进近采样以确定飞行器航线偏差（412）。将进近ILS数据与统计进近航线相比较以确定测量航线偏差（414）。处理器108然后确定该航线偏差是否超过预定量值（416）。如果不是，则重复先前的步骤（412—414）。然而如果是这样，则处理器108至少在所描述的实施例中测量航线偏差超过预定量值的时间段（418），并且然后确定测量时间段是否超过预定时间段（422）。如果测量时间段不超过预定时间段，则重复先前的步骤（412—422）。如果测量时间段确实超过预定时间段，则生成警报信号（424）。

本文所述的系统和方法将警告机组人员自动确定的机动基于接收的ILS信号而并不与实际预定航线方向相容。该系统和方法通过使用记录的统计进近航线来监视接收的ILS信号且确定在预定量值之外的任何干扰而提供对ILS信号质量的机上监视。

本领域的技术人员将认识到的是可将结合本文公开的实施例所述的各种示范逻辑块、模块、电路和算法步骤实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。上文在功能和/或逻辑块部件（或模块）和各种处理步骤方面描述了某些实施例和实现。然而，应认识到的是可通过被配置成执行指定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件部件来实现此类块部件（或模块）。为了清楚地举例说明硬件和软件的此可互换性，上文一般地在其功能方面描述了各种说明性部件、块、模块、电路以及步骤。将此类功能实现为硬件还是软件取决于施加于整个系统的特定应用和设计约束。技术人员可针对每个特定应用以变化的方式实现所述功能，但是不应将此类实现决定解释为引起与本发明的范围的背离。例如，系统或部件的实施例可采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行多种功能。另外，本领域的技术人员将认识到的是本文所述的实施例仅仅是示例性实现。

可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）或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件元件或其任何组合来实现或执行结合本文公开的实施例所述的各种说明性逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。还可将处理器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、与DSP核相结合的一个或多个微处理器或者任何其他此类配置。

可直接地用硬件、用由处理器执行的软件模块或用两者的组合来体现结合本文公开的实施例描述的方法或算法的步骤。软件模块可驻留于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、可移动盘、CD-ROM或本领域中已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器，使得处理器可从存储介质读取信息和向其写入信息。在替代方案中，存储介质可与处理器成一整体。处理器和存储介质可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可作为分立部件驻留于用户终端中。

在本文中，诸如第一和第二等关系术语可仅仅用来将一个实体或动作与另一实体或动作区别开而不一定要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等数值序数简单地表示多个中的不同的单个，并且并不暗示任何顺序或序列，除非由权利要求语言具体地定义。任何权利要求中的文本序列并不暗示必须根据此类序列按照时间或逻辑顺序来执行过程步骤，除非由权利要求的语言具体地定义它。在不脱离本发明的范围的情况下可按照任何顺序将过程步骤互换，只要此类互换不与权利要求语言矛盾且不在逻辑上荒谬即可。

此外，根据上下文，在描述不同元件的关系中所使用的诸如“连接”或“耦合到”之类的词语并不暗示必须在这些元件之间进行直接的物理连接。例如，可将两个元件在物理上、以电子方式、在逻辑上或以任何其他方式、通过一个或多个附加元件相互连接。

虽然在本发明的前述详细描述中已提出了至少一个示例性实施例，但应认识到的是存在许多变体。还应认识到的是一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反地，前述详细描述将为本领域的技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例的方便路线图。应理解的是在不脱离如在所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下可在示例性实施例中所述的元件的功能和布置方面进行各种修改。

Claims (15)

1.一种用于独立地监视飞行器机上接收的仪表着陆系统（ILS）信号的系统，包括：

ILS接收机，适于接收和解调ILS信号；

高度计，被配置成感测飞行器高度并供应表示所感测飞行器高度的高度数据；以及

处理器，与定位信标接收机和高度计可操作的通信，该处理器被配置成响应于高度数据而确定飞行器何时处于进近前阶段和飞行器何时处于进近阶段，该处理器还被配置成：

在进近前阶段期间对被定位信标接收机解调的ILS信号进行采样以由此生成进近前阶段ILS数据；

至少部分地基于进近前阶段ILS数据来确定飞行器的统计进近航线；

在进近阶段期间对被定位信标接收机解调的ILS信号进行采样以由此生成进近阶段ILS数据；

将进近阶段ILS数据与统计进近航线相比较以确定航线偏差；以及

当该航线偏差超过预定量值时选择性地生成警报信号。

2.权利要求1的系统，其中，所述处理器还被配置成：

基于进近前阶段ILS数据来确定期望进近航线；

根据期望进近航线来确定飞行器的偏差；以及

基于期望进近和偏差来确定统计进近航线。

3.权利要求1的系统，其中，所述处理器还被配置成确定航线偏差何时超过预定量值达预定时间段。

4.权利要求3的系统，其中，所述处理器被配置成当航线偏差超过预定量值达到预定时间段时生成警报信号。

5.权利要求1的系统，还包括：

全球定位系统（GPS）接收机，被配置成确定飞行器位置并将表示该飞行器位置的飞行器位置数据供应给处理器，

其中，所述处理器还被配置成响应于飞行器位置数据而确定实际飞行器位置并另外基于所确定的飞行器位置来确定统计进近航线。

6.权利要求1的系统，还包括：

警报设备，被耦合成接收警报信号并被配置成响应于此而生成警报激励。

7.权利要求6的系统，其中，警报设备选自由听觉警报设备、视觉警报设备、触觉警报设备以及听觉警报设备、视觉警报设备和触觉警报设备中的两个或更多的组合组成的组。

8.一种监视飞行器机上接收的仪表着陆系统（ILS）信号的方法，该方法包括步骤：

用处理器来执行接收的ILS信号的进近前采样以由此生成进近前阶段ILS数据；

在处理器中至少部分地基于进近前阶段ILS数据来确定飞行器的统计进近航线；

在处理器中确定飞行器何时在预定激活高度以下；以及

当飞行器在预定激活高度以下时：

用处理器来执行接收的ILS信号的进近采样以生成进近阶段ILS数据；

在处理器中将进近阶段ILS数据与统计进近航线相比较以确定航线偏差；以及

当航线偏差超过预定量值时，用处理器选择性地生成警报信号。

9.权利要求8的方法，其中，确定统计进近航线的步骤包括：

基于进近前采样ILS信号来确定期望进近航线；以及

根据期望进近航线来确定飞行器的偏差。

10.权利要求8的方法，其中，确定统计进近航线的步骤包括：

使用单独信号源来确定是否将使用进近前ILS数据来确定统计航线生成过程。

11.权利要求8的方法，还包括：

在处理器中确定航线偏差何时超过预定量值达预定时间段。

12.权利要求11的方法，还包括：

当航线偏差超过预定量值达预定时间段时生成警报信号。

13.权利要求8的方法，还包括：

在处理器中确定飞行器的实际位置；以及

另外基于所确定位置来确定统计进近航线。

14.权利要求8的方法，还包括：

使用警报信号来生成警报激励。

15.权利要求14的方法，其中，所述警报激励选自由听觉警报、视觉警报、触觉警报以及听觉警报、视觉警报和触觉警报中的两个或更多的组合组成的组。