CN105644798B - 用于帮助飞行员定位视野外着陆点的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于显示指示着陆点方向的符号的系统和方法。所提供的系统和方法在旋翼机到达MAP之前产生并显示传达视觉引导的符号，视觉引导可以迅速并容易地被飞行员领会。所提供的系统和方法减小了飞行员的视觉扫描区域以及关联的搜索时间，降低了认知负担并增加了情境感知。

Description

用于帮助飞行员定位视野外着陆点的系统和方法

技术领域

本文描述的主题的实施例一般地涉及旋翼机显示系统以及，更具体地，涉及在旋翼机显示系统上显示引导符号，该符号指示视野外着陆点的方向。

背景技术

针对着陆的进场以及着陆是复杂的旋翼机操作，要求飞行员以精确动作迅速做出反应。旋翼机朝指定着陆点行进的航线包括称为“复飞点”(MAP)的指定位置。到达该复飞点之前，旋翼机飞行员依赖机载仪器和显示器来引导他的行进路径。预期飞行员在旋翼机到达MAP时间之前获得并保持与着陆点的视觉接触。一般来说，视觉搜索区域由视线直线正或负三十度限定；换言之，完整的视觉扫描区域认知极限可以是六十度。如果在旋翼机到达MAP时间之前没有完成与着陆点的视觉接触，则飞行员必须执行相关联的复飞点操作，该操作可包括放弃该着陆点，或在另一尝试中执行环形行进路径。由此，在到达MAP之前，旋翼机飞行员同时注视机载旋翼机显示系统和外部环境的宽阔扫描带(swath)，从而经历高认知负担。

即使有来自传统旋翼机机载显示系统的支持，在旋翼机处于MAP时或MAP之前时获得与着陆点的视觉接触可能是有挑战性的。例如，实际着陆点可能距MAP显著的距离，可能由于距离或障碍物(即使是在白天)而不可见，并且可能处于不熟悉的地形中或不熟悉的机场中。另外，所提供的着陆点坐标可能稍微不准确；这些情况中的每一个都可以增加飞行员的认知负担。因此，需要一种旋翼机显示系统，其在MAP之前提供将飞行员的注视引导向着陆点的符号。

根据前述内容，期望一种用于在旋翼机到达MAP之前显示指示着陆点方向的符号的系统和方法。所期望的系统和方法在旋翼机到达MAP之前，产生并显示传达视觉引导的符号，该符号可迅速并容易地被飞行员领会。所期望的系统和方法减小飞行员的视觉扫描区域以及相关联的搜索时间，降低认知负担并且增加情境感知。

发明内容

该发明内容被提供用于以简化形式介绍概念的选择，该概念在以下具体实施方式部分中进一步描述。该发明内容并非意在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也并非意在用来帮助确定所要求保护主题的范围。

提供一种用于在旋翼机显示系统上显示指示旋翼机着陆点方向的符号的方法。该方法包括处理航空电子数据以确定(i)旋翼机当前位置，(ii)旋翼机当前进场路线，以及(iii)从旋翼机当前位置到旋翼机着陆点的方向。该方法显示指示从旋翼机当前位置到旋翼机着陆点方向的符号。

还提供了一种用于提供指示着陆点方向的符号的旋翼机显示系统。该系统包括航空电子数据源、显示系统、以及与该航空电子数据源和该显示系统耦合的处理器。该处理器被配置为：(i)接收航空电子数据；(ii)确定旋翼机当前位置；(iii)确定旋翼机当前进场路线；(iv)确定从所述当前位置到着陆点的方向；以及(v)在显示系统上产生符号，该符号以图形方式指示从当前位置到着陆点的方向。

提供了另一种用来在旋翼机显示系统上显示指示旋翼机着陆点方向的符号的方法。该方法包括：接收航空电子数据；响应于所述航空电子数据确定：i)从旋翼机当前位置到旋翼机着陆点的方向，以及ii)安全着陆区域；以及显示符号，该符号指示：i)从旋翼机当前位置到旋翼机着陆点的方向，和ii)该安全着陆区域。

根据结合附图和该背景技术一起理解的以下详细描述和所附的权利要求，其它期望特征将变得显而易见。

附图说明

可从结合附图一起理解的以下详细描述中得出对本主题更完整的理解，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且：

图1是按照示例性实施例的一般化旋翼机显示系统的方框图；

图2图示了按照示例性实施例的罗盘显示的典型旋翼机显示系统图形；

图3图示了按照示例性实施例的典型旋翼机显示系统图形，其中该显示为3D图形显示；

图4图示了按照另一示例性实施例的典型旋翼机显示系统图形，其中该显示为3D图形显示；以及

图5是描述按照示例性实施例的着陆点指示过程的步骤的流程图。

具体实施方式

接下来的详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不意在限制主题或应用的实施例以及这些实施例的使用。如在本文中所使用的，词语“示例性”意思是“用作示例、实例或说明”。本文中描述为示例性的任何实现不一定被解释为相对于任何其它实现是优选的或有优势的。而且，不意在由在前述的技术领域、背景技术、发明内容、或接下来的详细描述中呈现的任何明示或暗示的理论来限制。

可在功能和/或逻辑块组件方面并且参考可由各种计算组件或设备执行的操作、处理任务、以及功能的符号表示来在本文中描述技术和技艺。这些操作、任务和功能有时被称为是计算机执行的、计算的、软件实现的、或计算机实现的。在实践中，一个或多个处理器设备可通过操纵系统存储器中的存储器位置处的表示数据位的电信号、以及对信号的其它处理来执行所描述的操作、任务、以及功能。数据位被保持在的存储器位置是具有对应于数据位的特定电、磁、光、或有机属性的物理位置。应当理解的是，在图中示出的各种块组件可以由任意数目的被配置成执行指定功能的硬件、软件和/或固件组件来实现。例如系统或组件的实施例可采用各种集成电路组件，如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，它们可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功能。

接下来的描述可能涉及被“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在本文所使用的那样，除非另外明确声明，否则“耦合”意思是一个元件/节点/特征直接或间接地被接合到另一个元件/节点/特征(或与另一个元件/节点/特征直接或间接通信)，并且不一定机械接合。因此，虽然附图可能描绘了元件的一种示例性布置，但是另外的中间元件、设备、特征、或组件可以存在于所描绘的主题的实施例中。此外，特定术语也可仅仅出于参考的目的被用在接下来的描述中，并且因此并不意在限制。

以下描述涉及旋翼机显示系统，飞行员依赖于辅助做出操作决定的信息的呈现。现代旋翼机显示系统通常包括主飞行显示器(PFD)，主飞行显示器以二维显示格式(例如罗盘显示)以及地形的统一三维(3D)图形显示(通常是3D合成视觉显示)来传达信息。该统一3D图形显示组合从各个数据库、传感器和应答器获取的信息，组织为“信息层”(例如飞行路径信息、导航辅助(NAVAID)、空间信息、地形信息、气象信息、交通信息等等)，并且被覆盖有各种符号和文本表示。旋翼机飞行员在全部旋翼机操作过程期间严重依赖于这个信息。

图1是按照示例性实施例的一般化旋翼机显示系统的方框图。旋翼机显示系统100包括用户输入设备101、显示系统103、飞行数据服务105、地形数据库107、以及导航数据库109。显示系统103包括至少一个处理器102以及包括显示106的至少一个监控器104，每一个监控器104都可操作地耦合于处理器102。该用户输入设备101、显示系统103、飞行数据服务105、地形数据库107以及导航数据库109也可操作地耦合于显示系统103内的处理器102。

飞行数据服务105包括无线收发器108以及导航系统110，它们可操作地耦合于处理器102。导航系统110包括机载雷达112和其他机载仪表装置114，诸如无线电高度计、气压高度计、全球定位系统(GPS)单元等等。导航系统110还包括地形传感器120，并且取决于主旋翼机，该导航系统110可包括于FMS内。地形传感器120可为附加的机载雷达，或者可为机载激光雷达或能够动态探知海拔和地形信息的其他仪器。在一些实施例中，机载雷达112以及地形传感器120可被包括于地形感知和警告系统(TAWS)(诸如增强型近地警告系统(EGPWS))中。

飞行数据服务105从无线收发器108和包括于导航系统110内的传感器和仪器接收数据。飞行数据服务105持续向处理器102中继这个数据。取决于采用该实施例的旋翼机的类型，无线收发器108可从外部控制源(诸如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)接收交通信息服务广播(TIS-B)数据。另外，无线收发器108可从相邻的旋翼机接收广播式自动相关监视(ADS-B)数据和空中防碰撞系统(TCAS)数据以及气象信息。TIS-B数据、ADS-B数据、TCAS数据和其他这样的外部源数据优选地被格式化为包括空中交通状态向量信息，该空中交通状态向量信息可以被用于确定相邻旋翼机的当前位置和速度。

在显示系统103内，处理器102可包括或者关联于任何合适数量的个体微处理器、飞行控制计算机、导航设备、存储器、电源、存储设备、接口卡以及本领域中已知的其他标准组件。在这方面，处理器102可包括任何数量的软件程序(例如旋翼机显示程序)或指令或与该任何数量的软件程序或指令合作，该任何数量的软件程序或指令被设计为执行下述各种方法、处理任务、计算、以及控制/显示功能。取决于主旋翼机，处理器102可被包括于通常被部署在飞行管理系统(FMS)内的类型的飞行管理计算机内。处理器102从飞行数据服务105、地形数据库107、地形传感器120、导航数据库109以及用户输入设备101接收或获取输入，并且处理该组合信息。响应于各种输入，该处理器102驱动监视器104以产生并更新显示106。

适于用作监视器104的图像产生设备包括各种模拟显示设备(例如阴极射线管)和数字显示设备(例如液晶、有源矩阵、等离子体等)。在某些实施例中，监视器104可以采用包括于旋翼机的电子飞行仪器系统(EFIS)中的下视显示器(HDD)或平视显示器(HUD)的形式。监视器104可被设置在遍及驾驶舱的各个位置。例如，监视器104可包括主飞行显示器(PFD)并且位于飞行员的主视野内的中心位置。替代地，监视器104可包括辅助驾驶舱显示器(诸如引擎仪表及机组成员咨询系统(EICAS)显示器)，安装于方便旋翼机机组成员观看的位置，但一般位于飞行员的主视野以外。在仍另一实施例中，监视器104可被飞行机组成员中的一个或多个成员携带。

在旋翼机显示系统100的操作期间，处理器102持续从与之耦合的设备和子系统接收输入，该设备和子系统诸如是飞行数据服务105(通常提供关于地形、气象、相邻旋翼机等的导航数据)、地形数据库107(其通常在飞行之前被上传至处理器102一次)，用户输入设备101、以及导航数据库109。总的来说，至处理器的各种输入被称作“航空电子数据”。航空电子数据包括当前位置和当前进场路线、着陆点信息、以及“复飞点”或MAP。

处理器102处理该航空电子数据并驱动监视器104以产生图形显示106，图形显示106视觉上向飞行员和机组成员提供关于主旋翼机、气象、导航辅助(NAVAID)、海拔和地形、以及旋翼机流量的导航信息的合成。处理器102可以给显示106提供二维格式(例如，作为移动地图显示或罗盘)或者三维格式(例如，作为透视图显示)或者混合格式(例如，按照画中画或者分屏布置)的合成图像。

海拔和地形信息可为低分辨率和高分辨率地理信息的组合。地形信息一般从现有地形数据库107获取并事先加载；示例性地理数据库包括但不限于DTED以及裸土和激光雷达测量数字海拔地图数据。地形数据库107可提供配置文件和旋翼机着陆表面信息。高分辨率数据还可从地形传感器120获取并动态更新。如本文以上所述的，地形传感器可为雷达、激光雷达、或其他适于动态提供海拔和地形信息的设备。

用户输入设备101可被实现为键板、触摸板、键盘、鼠标、触摸屏、控制杆、旋钮、麦克风、语音识别设备、手势解释设备或被适配为从用户接收输入的另一合适设备。飞行员可通过使用该用户输入设备101录入用户输入参数来调整和定制显示和方法的各方面。根据用户输入的调整通过处理器102执行。

用户输入参数的示例包括但不限于对象描述，诸如：箭头尺寸和颜色、第一预定形状尺寸和阴影(该第一预定形状用于以下描述的区域)、第二预定形状(该第二预定形状用于指示旋翼机当前位置，也在下面描述)以及着陆点数据。通过用户输入设备101的用户输入还可包括对象的视觉可区分性效果，诸如线或边缘粗度、颜色、阴影、突出显示、颜色过渡、影线、着陆点数据等等。

图2图示了按照示例性实施例的典型旋翼机显示系统图形，其中显示106是罗盘。旋翼机202描绘为位于其当前位置并位于显示106的罗盘内的中心。如结合图5描述的，当处理器接收到诸如当前位置、当前进场、着陆点以及MAP之类的航空电子数据时，处理器确定朝向着陆点的方向，然后命令显示呈现指示该方向的符号。图2中，箭头204在罗盘内从旋翼机202当前位置向外延伸，指示了着陆点(未示出)的方向。

如先前提到的，当旋翼机直接面对着陆点时旋翼机飞行员具有的视野通常是正或负三十度。有优势地，示例性实施例通过使扫描区域缩窄到正或负5度来向飞行员提供附加方向；由此降低了认知负担。由区域206限定的该缩窄的扫描区域在箭头204每一侧基本上延伸5度。对应的符号视觉上指示朝向安全着陆区域的方向，并且被设计为计及由数据库提供的着陆点坐标的轻微不完美；换言之，该安全着陆区域告知飞行员预计目的地可以是该安全着陆区域内的任何地点。区域206(可选地限定为第一预定形状)被示出为在显示106的罗盘上覆盖的带阴影的三角形区域。虽然区域206在箭头204的每一侧默认到径向正或负约5度，其可通过用户输入设备101定制。

图3图示了按照示例性实施例的典型旋翼机显示系统图形，其中显示106是3D图形显示。在显示106中，本地地形302描绘为主控飞机跑道312。如结合图5所描述的，当处理器已经接收到诸如当前位置、当前进场、着陆点和MAP之类的航空电子数据时，处理器确定朝向着陆点的方向，并且然后命令显示呈现指示该方向的符号。

在典型的3D图形显示中，呈现目标符号以指示着陆点相对于旋翼机的位置；显示的特定符号在反映旋翼机、用户输入等等时可以不同。图3中，多边形304为目标符号。多边形304是第二预定形状，包括构成封闭边界的多个边缘306。箭头308被呈现于多边形304内，并且从旋翼机当前位置309延伸到多边形304边界上的、与着陆点最接近的边缘或点311；由此，箭头308指示从旋翼机当前位置到着陆点的方向。

与结合图2的描述类似，处理器102在箭头308周围产生并覆盖视觉可区分区域310。该视觉可区分区域310再次被描述为第一预定形状，有优势地向飞行员提供在着陆点方向上减小的扫描区域。区域310还表示在着陆点周围的可允许的安全着陆区域。再一次，区域310默认到该箭头每一侧的基本上正或负5度，但可以通过用户输入定制。类似地，上文提到的各种技术也可用来以视觉可区分方式呈现该区域310。箭头308和区域310在旋翼机到达指定MAP之前呈现于显示106上，由此向飞行员提供关于聚焦位置的及早引导以定位着陆点。及早引导有优势地减小飞行员的搜索区域且由此减小了认知负担。

图4图示了根据另一示例性实施例的典型旋翼机显示系统图形，其中显示106是3D图形显示。在图形显示106中，本地地形402主控飞机跑道410。如结合图5所述的，当处理器已经接收到诸如当前位置、当前进场、着陆点和MAP数据之类的航空电子数据时，处理器确定着陆点的方向，并且命令显示呈现指示该方向的目标符号。

图4中的目标符号为多边形404。多边形404为第二预定形状，包括构成封闭边界的多个边缘406。在该示例性实施例中，处理器102确定多边形404的哪个边缘最接近着陆点并且呈现该边缘(最接近边缘408)以使它与多边形404的其余边缘在视觉上可区分。如上文所述，各种技术可用来以视觉上可区分方式呈现该边缘408，并且该视觉上可区分边缘408在旋翼机到达MAP之前呈现于显示106上，由此向飞行员提供关于聚焦位置的及早引导，以便定位着陆点。

图5是描述根据示例性实施例的着陆点指示过程500的步骤的流程图。虽然步骤502-步骤510被任意地示出为按顺序发生，但在实践中，这些步骤可被重新布置，并且可添加附加的定制步骤。

着陆点指示过程500在步骤502获取诸如着陆点和MAP之类的航空电子数据。着陆点和MAP数据可起源于导航数据库109、通过用户输入设备101的用户输入或者飞行数据服务105。在步骤504，着陆点指示过程500通常从导航系统子系统(诸如机载雷达112以及其它机载仪表装置114)获取附加的航空电子数据，诸如旋翼机当前位置和进场路线数据。响应于在步骤502和步骤504获取航空电子数据，处理器102在步骤506确定着陆点是否在飞行员的视野(也称作“周围视锥”)内。确定视野内的内容是基飞行数据服务105的各种子系统。着陆点指示过程500有优势地当期望着陆侧不在飞行员视野内时且在旋翼机到达MAP位置之前提供视觉引导。特别地，过程500提供方向箭头以及将飞行员的视野引导向较小扫描区域(安全着陆区域)的符号，预计的目的地(着陆点)可以被预期在该较小扫描区域中；如果着陆点在飞行员的视野内，则不再需要该着陆点指示过程500。

步骤506，当着陆点不在飞行员的视野内时，且在到达MAP位置之前，该着陆点指示过程500在步骤508确定从旋翼机当前位置到着陆点的方向，且在步骤510中，使用该确定的方向来在显示上呈现指示着陆点方向的符号。由该示例性实施例采用的符号按照结合图2-图4所描述的各种可选地限定的方式修改旋翼机显示系统103上的现有罗盘或3D图形显示，诸如呈现箭头以及关联的视觉上可区分安全着陆区域，并且以视觉上可区分的方式呈现或修改符号(通常是多边形)的边缘。使用这些方法，该示例性实施例最低限度地侵入飞行员已经熟悉注视的显示106。

如上文所述，视觉可区分性可以是用户限定的。另外，着陆点指示过程500所采用的特定符号和呈现技术可按系统默认布置或可由飞行员通过用户输入设备101在定制需求中录入。

这样，本文已经提供了用于显示指示着陆点方向的符号的系统和方法。所提供的系统和方法在旋翼机到达MAP之前产生并显示传达视觉引导的符号，该视觉引导可迅速并容易地被飞行员领会。所提供的系统和方法减小了飞行员的视觉扫描区域及关联的搜索时间，减少了认知负担并且增加了情境感知。

虽然至少一个示例性实施例在前面的详细描述中被呈现，但应该理解的是，存在大量的变形。还应该理解的是，本文描述的一个或多个示例性实施例不意在以任何方式限制所要求保护的主题的范围、应用、或配置。进一步，前面的详细描述将会给本领域技术人员提供方便的路线图以实现所描述的一个或多个实施例。应该理解的是，在不背离由权利要求限定的范围的情况下，可以在元件的功能和布置方面作出各种改变，权利要求限定的范围包括在提交该专利申请时已知的等同物和可预见的等同物。

Claims (11)

1.一种用于旋翼机显示系统的方法，所述方法包括：

由处理器（102）接收（502，504）航空电子数据，所述航空电子数据包括旋翼机当前位置（309）、旋翼机当前进场路线以及旋翼机着陆点的位置；

处理（506）航空电子数据以确定：（a）着陆点是否在飞行员的视野内，以及（b）复飞点的位置；

当（a）着陆点未在飞行员的视野内以及（b）旋翼机未处于复飞点这两种状况共同发生时：

处理从旋翼机当前位置到旋翼机着陆点的方向（508）；

驱动监视器（104）以产生图形显示（106），所述图形显示（106）视觉上向飞行员和机组成员提供与主旋翼机有关的导航信息以及包括气象、导航辅助、海拔和地形以及旋翼机流量的集合中至少一个的合成图像；以及

在所述合成图像上显示（510）包括以下各项的符号：（i）箭头（204），在从旋翼机当前位置到旋翼机着陆点的方向上延伸，以及（ii）视觉上可区分的区域（206），从所述箭头基本上延伸正或负5度，由此限定围绕所述旋翼机着陆点的方向的缩窄的扫描区域。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：以第一颜色呈现所述箭头，以及以第二颜色呈现围绕所述旋翼机着陆点的方向的缩窄的扫描区域。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：

利用视觉上可区分的第一预定形状覆盖所述箭头，所述第一预定形状指示从所述当前位置开始的安全着陆区域。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

标识与所述旋翼机着陆点最接近的多个边缘中的第一边缘（408）；以及

以视觉上可区分的方式相对于所述多个边缘中的其余边缘呈现第一边缘（408）。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：相对于所述多个边缘中的其余边缘改变第一边缘（408）的颜色。

6.一种旋翼机显示系统，所述系统包括：

航空电子数据源；

监视器；以及

与所述航空电子数据源和监视器耦合的处理器，所述处理器配置为：

接收（502，504）航空电子数据，所述航空电子数据包括旋翼机当前位置、旋翼机当前进场路线以及旋翼机着陆点的位置；

处理所述航空电子数据以确定：（a）着陆点是否在飞行员的视野内，以及（b）复飞点的位置；以及

当（a）着陆点未在飞行员的视野内以及（b）旋翼机未处于复飞点这两种状况共同发生时：

（i）确定从旋翼机当前位置到旋翼机着陆点的方向；以及

（ii）驱动所述监视器以产生图形显示，所述图形显示视觉上向飞行员和机组成员提供与主旋翼机有关的导航信息以及包括气象、导航辅助、海拔和地形以及旋翼机流量的集合中至少一个的合成图像，在所述合成图像上呈现包括以下各项的符号：（a）箭头（204），在从旋翼机当前位置到旋翼机着陆点的方向上延伸，以及（b）视觉上可区分的区域（206），从所述箭头基本上延伸正或负5度，由此限定围绕所述旋翼机着陆点的方向的缩窄的扫描区域。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为呈现所述箭头，所述箭头从所述当前位置指向所述着陆点。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为：

利用视觉上可区分的第一预定形状覆盖所述箭头，所述第一预定形状从所述箭头基本上延伸正或负5度。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为：（i）显示包括多个边缘的第二预定形状，（ii）标识所述多个边缘中的与所述旋翼机着陆点最接近的第一边缘，以及（iii）以视觉上可区分的方式相对于所述多个边缘中的其余边缘呈现所述第一边缘。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为改变第一边缘的颜色。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为改变所述第一边缘的粗度。

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