CN105717938B - 用于飞行器引导的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于飞行器引导的方法和系统。本发明涉及由飞行管理系统(FMS)执行的飞行器的飞行管理和引导方法，该飞行管理系统包括以下步骤：‑产生参考轨迹(TRAJref)，‑产生短期轨迹(TRAJCT)，‑周期性传输短期轨迹，‑产生长期轨迹(TRAJLT)，‑对长期轨迹的部段进行格式化，‑周期性传输长期轨迹，‑存储传输的长期轨迹，‑测试FMS子组件的有效性，当FMS子组件有效时：由自主引导模块识别短期轨迹的活跃部段，基于短期轨迹的活跃部段而由自主引导模块产生第一飞行引导命令，当FMS子组件无效时：由自主引导模块识别存储的轨迹的活跃部段，基于存储的轨迹的活跃部段而由自主引导模块产生第二飞行引导命令。

Description

用于飞行器引导的方法和系统
技术领域
本发明涉及通过飞行管理系统对飞行器进行引导的方法和系统。更具体地，本发明涉及这样的引导方法：通过在飞行管理系统核心外部的自主引导模块执行该方法中的某些步骤。
背景技术
飞行计划是在计划飞行的框架内飞行器跟随的路线的详细描述。飞行计划通常通过被称作“飞行管理系统”(其在后文中被称作FMS)的系统，而在民航飞机上进行管理，所述FMS部署路线，以给出在由机上人员处置时和由其他机上系统处置时遵循。通过显示对飞行员有用的信息，或通过与自动驾驶系统对飞行引导命令进行通信，这种FMS系统还允许辅助导航。
图1为显示了现有技术已知的FMS0的结构的概括图。已知的FMS0类型系统具有人机接口MMI(所述人机接口MMI包括例如键盘和显示屏，或仅仅触摸屏)和至少这样的功能(通过相关的模块采用一般方式进行显示并且采用ARINC702标准进行描述)：
·导航LOC根据地理定位装置GEOLOC来执行飞行器的最优定位，所述地理定位装置GEOLOC例如，基于地理定位或GPS的卫星、VHF无线电导航信标以及惯性单元。该模块与前述地理定位装置进行通信。因此，模块LOC计算空间中的飞行器的位置(纬度、经度和海拔)和速度。
·飞行计划FPLN输入构成要遵循的路线的概略的地理要素，例如，出发和到达过程所应用的点，路径点和航路点；
·导航数据库NAVDB包括航路点、地理路径、过程和信标。
·性能数据库PERFDB包括飞行器的空气动力性能和发动机参数；
·横向轨迹TRAJ利用飞行器的性能，同时按照约束限制(RNP)基于飞行计划的点，通过计算来构建连续的轨迹。
·预测PRED对横向轨迹构建优化的垂直廓线，并且在飞行计划的每个点处对经过时间、燃料剩余量、海拔和速度方面提供预测。
·引导GUID基于计算出的轨迹和位置来建立飞行引导命令、以在横向平面、垂直平面和速度飞行目标上对飞行器进行引导，以在跟随其三维轨迹的同时优化飞行器速度。飞行引导命令传送给自动驾驶仪。当飞行器装配有自动驾驶仪PA并且自动驾驶仪PA工作时，其将飞行引导命令改变为飞行控制指令。
·数字化数据链路DATALINK与空中交通控制中心、地面操作中心进行通信，以及在未来与其他飞行器13进行通信。
基于包括在导航数据库中的数据，通过飞行员或者通过数据链路来输入飞行计划。
随后，飞行员输入以下飞行器参数：质量、飞行计划、巡航水平的跨度、以及一个或多个最优标准，例如成本指数CI。这些输入使得模块TRAJ和PRED可以分别计算横向轨迹和垂直廓线(即，在海拔和速度方面的飞行廓线，从而例如最小化了最优标准)。
因此，在传统方式中，飞行管理系统：
-基于从下列机载传感器得到的数据来计算飞行器的位置(LOC)。
根据基于NAV DB而限定的飞行计划，利用数据库PERF DB来确定轨迹(TRAJ/PRED模块)。
-基于位置和轨迹来提供飞行引导命令(GUID模块)，从而跟随该轨迹。在传统方法中，计算出的飞行器位置使得可以识别与轨迹可能的偏差或即将发生的轨迹改变(转弯、爬升、加速或减速)。在该横向偏差的基础上，GUID将采用下述传统方式建立飞行引导命令CG：滚转、航向或横向跟踪、俯仰、速度、垂直速度、海拔或垂直斜率、速度或关于速度的推力水平。本申请的下文中，术语“引导命令”涉及上文限定的一系列飞行引导命令。
具体而言，FMS的GUID模块基于飞行器的位置来计算所计算出的飞行器当前飞行所沿的轨迹和自动驾驶仪中存在的引导规章的一部分并且通常针对每个飞行器的飞行引导命令。在自动驾驶仪的规章(law)中，FMS使用例如横向的航向保持、垂直的斜率保持、海拔的捕获和保持、关于速度的速度保持或推力保持。
由FMS计算出的轨迹包括三个分量：
-横向轨迹(经度、纬度)
-垂直轨迹或廓线
-速度廓线-纵向轴线
无论飞行器如何，计算的轨迹总是相同的，然而该轨迹上的操纵将依据每个类型的飞行器的特性。
引导特性如下：用于飞行器的横向引导的沿着横向轴线的引导、用于关于飞行器海拔引导的沿着垂直轴线的引导、以及用于关于速度引导的纵向轴线的引导。
由FMS计算出的飞行器轨迹由有序的一系列部段组成，其前进(progress)时飞行器进行跟随。一般而言，根据飞行计划的ARINC424标准航段(legs)建立部段。飞行器目前飞行所沿的当前部段称为活跃部段。
在计算的轨迹的活跃部段上执行操纵(即，飞行器的实际引导)。“排序”指的是活跃部段的识别。由FMS执行的该识别对于与活跃部段相关的飞行引导命令的产生是必要的。
如图2所示，由FMS的GUID模块生成的飞行引导命令被传输给自动驾驶仪PA。PA将飞行引导命令转变为直接应用于飞行器的飞行控制CV(在图2中由AC表示)。在传统方式中，自动驾驶仪产生用于副翼和升降舵的位置(角度)、用于发动机的推力等并且选择性地发送至飞行器的控制表面。
此外，这些飞行控制通过飞行指引仪DV采用例如垂直条和横向条的形式而在显示器DISP上呈现给飞行员(在自动驾驶仪未使用时，飞行员应当试图手动跟随)。
自动驾驶仪PA使得可以在飞行引导命令的基础上自动地导引飞行器，由飞行员(“战术的”)通过称为FCU(空客)或MCP(波音)的接口(称为“选择”模式)或由FMS类型的系统(“战略的”，称为“管理”模式)提供所述飞行引导命令。本文主要关于基于FMS的引导。在传统的方式中，自动驾驶仪确定飞行器的当前姿态(滚转、俯仰)和期望的飞行引导命令(飞行员选择或FM的引导控制)之间的偏差，并且基于飞行规章而产生飞行控制指令CV。
自动驾驶仪根据各个模式(依据PA和飞行员之间的引导分配)进行工作。
在手动模式中，飞行员通过利用其手柄提供飞行控制而横向和垂直地导引飞行器，并且飞行员通过利用节流阀提供推力控制而引导飞行器的速度。
PA并不称为联接。当PA联接时，称为“连接(engage)”。
在所谓的“选择模式”中，飞行员将飞行器的引导委派给自动驾驶仪和自动节流阀。飞行员通过控制面板选择飞行引导命令(航向、海拔、斜率、速度)，该飞行引导命令被自动驾驶仪改变为用于横向和垂直的飞行控制，并且改变为用于速度的推力。
在“管理”模式中，术语“横向、垂直和速度管理”也称为“完全管理”，在横向轨迹的基础上执行横向引导，在垂直廓线的基础上执行关于纬度的垂直引导，在速度廓线的基础上执行关于速度的引导。飞行员将飞行引导命令的选择委派给FM，以遵循下述飞行计划的。FM自动选择用于下述飞行计划的飞行引导命令，并且将飞行引导命令发送给自动驾驶仪和自动节流阀(其将飞行引导命令改变为飞行控制和推力控制)。
根据“横向管理、垂直选择、速度选择”模式，PA的管理引导为基于横向轨迹的单独的横向引导，飞行员保留对飞行器的海拔和速度的控制。
根据现有技术，存在下列差不多详细的各个类型的自动驾驶仪：某些自动驾驶仪仅接受来自FMS的滚转和俯仰输入。除了这些基本输入，另外某些自动驾驶仪支持实现更高的飞行目标，例如，航向、海拔和斜率。但是，其他的PA负责所有的操纵规章，包括：FMS通常用于提供滚转和俯仰，而后FMS仅提供关于参考轨迹的偏差。
因此，现今，大部分的FMS设计为在整个参考轨迹上自动地准备和操纵飞行器(参照上文所述的“管理”模式)。但是，尽管从一个飞行器至另一个飞行器的完整轨迹(也称为4D廓线)仍以连续的直线或曲线部段为特点，但是在该轨迹上的操纵与上文中所述显著不同。因此，当前飞行管理系统必须仍然修改其引导功能，从而不仅考虑飞行器性能的细节还考虑飞行器制造商的特点(其以飞行管理系统和自动驾驶系统之间的接口为特点)的细节以及因此对这些系统的每一个所认可的范围的细节。
由此产生的问题是：每次针对新的飞行器或新的飞行器制造商开发FMS时，不仅需要修改引导功能以适应新环境，而且由于该功能在该系统内部，还需要完全再次检定FMS。
在飞行器的引导中，某些程序要求更高水平的精度。例如，朝向巡航阶段的末端和开始降落前的几分钟，飞行员通过FMS选择他将使用的进场程序，以将飞行器降落在他目标机场的降落跑道上。某些机场的进场程序是RNP AR类型的，其中RNP<0.3NM。
RNP概念用于航空工业，其包括：一方面，飞行器导航系统的能力，以监测其性能(精度)并且在操作期间通知飞行员是否坚持操作要求(错误)；另一方面，基于飞行器的导航性能而对进场程序进行优化。此概念可以将巡航时的飞行器和在终端区域中的飞行器之间的间距减小，以优化起飞和降落程序。还可以在非精确进场和传统的RNAV进场中均将与进场程序相关的最小值减小。
RNP程序指的是特定的程序或空间块。例如，RNP程序xx表示飞行器的导航系统必须可以在xx Nm的圆内计算飞行器的位置，例如，RNP 0.3是在0.3Nm的圆内。
RNP AR类型的进场要求引导的连续性和完整性，即使在简单的故障后。除了传统FMS系统中固有的问题，飞行器适飞轨迹的计算(根据其性能)和精度预测使用复杂的算法计算，并且该复杂度是称为重置的故障的来源。这些故障导致FMS的丢失，并且在当前状态，不仅丢失轨迹，还另外丢失对该轨迹的引导，这是由于这些功能均是由独自的FMS系统管理的。
因此，这种类型的进场要求这样的FMS架构：在参考轨迹上操纵飞行器的引导功能具有更强的鲁棒性并且更加可用。轨迹的可用性在RNP<0.3nm的利用RNP AR的程序中特别显著。
在现有技术中，存在减小丢失并增加引导功能的整体性的方案。该方案依赖于具有3FMS的架构，并且因此导致更高的成本(购买第3个FMS的情况花费)和更高的用电量(由于配置的该附加项的用电量)。
本发明的目的在于通过提出用于飞行器引导的方法和系统而减轻上述缺点，所述方法和系统可以独立于FMS的功能核心而执行该引导。
发明内容
本发明的主题为由飞行管理系统执行的飞行器的飞行管理和引导的方法，飞行管理系统包括：FMS子组件和独立于FMS子组件的自主引导模块，该方法包括以下步骤：
-通过FMS子组件产生根据三个轴线(横向、垂直和纵向)的参考轨迹，该参考轨迹包括有序的一系列部段、飞行器在其前进时连续地飞过所述部段，目前飞过的当前部段被称作活跃部段，
-基于参考轨迹而周期性地产生短期轨迹，该短期轨迹包括参考轨迹的预定数量的部段，并且包括活跃部段，
-周期性地将短期轨迹传输给自主引导模块，
-基于参考轨迹而周期性地产生长期轨迹，该长期轨迹包括参考轨迹的预定数量的部段，所述参考轨迹包括活跃部段，并且所述预定数量大于或等于短期轨迹的部段的预定数量，
-将长期轨迹的部段格式化，从而保证在三个轴线之间的长期同步，
-周期性地将长期轨迹传输给自主引导模块，
-由自主引导模块存储传输的长期轨迹，其被称为存储的轨迹，
-由自主引导模块测试FMS子组件的有效性，
当FMS子组件有效时：
-由自主引导模块识别短期轨迹的活跃部段，
-基于短期轨迹的活跃部段而由自主引导模块产生第一飞行引导命令，
通过自动驾驶仪，第一飞行引导命令可以在短期轨迹上沿着三个轴线引导飞行器，
当FMS子组件无效时：
-由自主引导模块识别存储的轨迹的活跃部段，
-基于存储的轨迹的活跃部段而由自主引导模块产生第二飞行引导命令，
通过自动驾驶仪，第二飞行引导命令CG2可以至少沿着存储的轨迹的横向轴线而执行飞行器的自主引导。
附图说明
通过阅读如下详细说明并且参考附图将使得本发明的其它特征、目的和优点变得明显，所述附图以非限制性实施例的形式给出，其中：
-图1显示了已经引用的现有技术已知的FMS的结构。
-图2显示了已经引用的根据现有技术的用于飞行器的飞行管理和引导的架构。
-图3显示了根据本发明的方法。
-图4显示了根据本发明的飞行管理系统。
具体实施方式
根据本发明的飞行器的飞行管理和引导的方法300显示于图3中。该方法由飞行管理系统FMS执行。这里，FMS旨在表示整个系统，可以执行现有技术中描述的一系列功能，但是采用不同的方式，如下文所述。
根据本发明的飞行管理系统FMS包括：称为FMS子组件的第一模块、对应于现有技术的完整FMS的修改的子组件的s-FMS(子FMS)、以及称为TAG(指“轨迹自主引导”)的独立于s-FMS的自主引导模块，s-FMS(子FMS)可以沿着三个轴线(横向、垂直和纵向)产生参考轨迹。因此，s-FMS组成整个FMS的一部分，包括LOC、TRAJ、PRED、FPLN、NAVDB、PERFDB、DATALINK功能，不包括GUID功能。
根据本发明的方法300包括第一步骤，该第一步骤由s-FMS运行，包括：根据三个轴线(横向、垂直和纵向)产生参考轨迹TRAJref310，并且包括有序的一系列部段，飞行器在前进时沿着所述部段连续飞行，当前飞行所沿的当前部段称为活跃部段。
由s-FMS产生的参考轨迹TRAJref是例如现有技术中所描述的轨迹。其包括横向轨迹(纬度、经度)、通常称为垂直廓线的垂直轨迹(海拔)和速度廓线。
横向轨迹被分解为有序的一系列横向部段，对应于直线或曲线(横向轴线)。
垂直廓线被分解为典型对应于斜率的垂直部段，其使得飞行器可以达到计算的目标海拔(垂直轴线)。
速度廓线被分解为称为纵向部段的部段，包括由加速度和减速度部段分开的恒定速度部段，使得可以达到计算的目标速度(纵向轴线)。
因此，参考轨迹包括所有的部段(横向、垂直、纵向)。优选地，所有这些部段均由ARINC424航空标准航段建立。
典型地，所有部段(横向、垂直和纵向)均以相对于目的地的距离作为参考，这是所有轴线共享的共同参考。
优选地，参考轨迹通过FMS定期更新。
关于当前天气情况的这些更新自动进行(从机载传感器获得)同时考虑到了提供给FMS的天气预测。参考轨迹的更新也可以跟随由飞行员做出的相应飞行计划的修改。
一般地，目前FMS计算参考轨迹需花费约二十秒。如果没有其他待执行的优先任务，则在轨迹计算结束时，FMS使用机载传感器的实时更新而立即开始新的轨迹计算。
在参考轨迹TRAJref的基础上，步骤320周期性地产生短期轨迹TRAJCT，该短期轨迹TRAJCT包括预定数量NCT的参考轨迹的部段，并且包括活跃部段。短期轨迹优选地为完整轨迹，该完整轨迹包括横向、垂直和纵向部段。例如，数量NCT在1和5之间。
步骤330周期性地将短期轨迹TRAJCT传输给自主引导模块TAG。一般地，在参考轨迹的每个发布(publication)时产生短期轨迹并随后将短期轨迹传输给TAG。因此，其刷新很快。
在参考轨迹的基础上的短期轨迹的周期性产生使得可以将飞行器的前进(随着飞行前进的活跃部段的改变)和由FMS执行的参考轨迹的定期更新考虑在内。
根据优选模式，在每个新的短期轨迹产生时进行短期轨迹的传输。
基于参考轨迹TRAJref，步骤340周期性地产生长期轨迹TRAJLT，该长期轨迹TRAJLT包括预定数量NLT的参考轨迹的部段，并且包括活跃部段。
长期轨迹的部段数量NLT大于或等于短期轨迹的部段数量NCT。
优选地，数量NLT大于10。
基于参考轨迹的长期轨迹的周期产生可以将由FMS执行的参考轨迹的定期更新考虑在内。根据优选模式，在每个新的长期轨迹产生时进行长期轨迹的传输。
根据一个选择，长期轨迹等于参考轨迹。根据另一个选择，长期轨迹包括在10到100之间的部段NLT的数量。优选地，长期轨迹优选地包括根据三个轴线的部段。
因此，短期和长期轨迹均是通过s-FMS从参考轨迹中提取的。优选地，横向轴线上的这些轨迹的部段由飞行计划的ARINC424航空标准航段限定。
步骤350将长期轨迹TRAJLT的部段格式化，从而保证在三个轴线之间长期同步。
格式化的目标是使得TAG在某些情况下并且如进一步所描述的可以基于传输至TAG的长期轨迹而产生飞行引导命令。因此，格式化的目标是恢复所有对于引导有用的信息。需要保证同步，从而在排序(在引导期间从一个活跃部段至下一个活跃部段的通道)期间考虑适当的横向、垂直和纵向部段。例如，当输入转弯时，应用合适的速度。
格式化包括例如初始部段的再次整理和对长期轨迹的要素添加。这些要素包括这样的信息：其使得TAG可以在任何时刻确保各个部段类型的互相相干。
事实上，在不进行格式化的情况下，TAG将不知道速度改变的预期并且因此可能在错误的时刻触发转弯的开始，导致飞行器偏离参考轨迹。例如，对于横向部段，格式化在某些情况下包括原始航段的添加，这使得可以在某些形式的轨迹(例如，保持模式)中得知飞行器处于保持的哪个直线部分。
对于总是关于廓线(海拔、速度)联接的垂直和纵向部段，格式化包括例如加速开始或减速开始类型的部段，从而标记在跟随转弯的方向改变期间应当实施速度改变的时刻。
格式化已经将信息添加至经传输的轨迹，从而使得可以自主引导。此时，由于重要数据流的传输而不需要增加延迟(latency)。格式化的另外的贡献在于删除信息，从而使得与航段、信息(其对于FPLN有用但对于自主GUID无用)的排序相关。
短期轨迹的各个横向、垂直、纵向部段之间的同步通过其快速的刷新来保证，从而不需要对其进行格式化。
步骤360周期性地将长期轨迹TRAJLT传输给自主引导模块TAG。
在第一相对快频率F1处进行短期轨迹的传输，一般为进场阶段中的2至3秒，在低于第一频率的第二频率F2处进行长期轨迹的传输，一般为进场阶段中的10至20秒。
短期轨迹具有战术目的，由于其涉及飞行器的即时引导。长期轨迹具有战略目的，并且一般包括与目的地相关的信息，例如，距目的地的距离、到达时间以及燃料剩余。
在步骤370中，自主引导模块TAG存储有长期轨迹，该长期轨迹通过s-FMS而被传输给该自主引导模块TAG。在本申请的下文中，被传输给TAG并由后者而被存储的经格式化的长期轨迹被称为存储的轨迹。
在步骤380期间，TAG测试s-FMS子组件的有效性，这包括短期轨迹的接收的有效性的测试。
当s-FMS有效时，根据示例，短期轨迹的接收是有效的，TAG在390中识别短期轨迹的部段并且在400中基于短期轨迹的活跃部段而产生第一飞行引导命令CG1。基于短期轨迹，第一飞行引导命令CG1可以通过自动驾驶仪PA并且根据现有技术已知的模式而在三个轴线(横向、垂直和纵向)上引导飞行器。
优选地，在s-FMS水平，硬件零部件仍然负责检测导致飞行计划的航段的排序的事件，并且用于检测导致参考轨迹更新的事件。TAG使用产生的新短期轨迹。
在正确传输的短期轨迹上进行引导(从s-FMS“外包(outsourced)”至TAG)使得对于FMS的短时间故障可以在该TRAJCT上维持引导。FMS执行复杂的计算，并且偶尔会经受软件事件(software incident)，称为“软件异常”，这会强迫其重新启动。在重启期间(通常为1s至5s)，FMS不再运行，但是通过TAG进行的TRAJCT上的引导可以继续而不会中断，至少到飞行器完成该短期轨迹的飞行。因此，在小于该当前短期轨迹的飞行时间的时间期间中，当FMS不运行时，可以执行基于当前短期轨迹的引导，因此，引导对于短时间的故障(例如，软件异常)而言是“鲁棒”的。
当s-FMS无效时，根据示例，即短期轨迹的接收是无效的，TAG在410中识别存储的轨迹的活跃部段并且在420中基于存储的轨迹的活跃部段而产生第二飞行引导命令CG2。通过自动驾驶仪，第二飞行引导命令CG2可以沿着至少存储的轨迹的横向轴线而执行飞行器的自主引导。作为飞行器的类型的功能，可以有一个或更多的自动驾驶仪，并且当存在多个自动驾驶仪时，飞行引导命令CG2不需要传输至与飞行引导命令CG1相同的自动驾驶仪。
基于存储的轨迹(其更新不如短期轨迹频繁)的引导不像短期轨迹上的引导一样为完整的引导。实际上，自动引导会受到天气的影响(例如，没有任何预测的风的改变)，因此，其在反应模式中，并且将飞行器维持在该存储的轨迹上将更为复杂。
在根据本发明的方法中，TAG测试s-FMS的有效性，并且当其检测到异常时，切换到存储的轨迹上的引导。根据示例，短期轨迹的无效接收表示s-FMS随着某些期间的故障而变为无效的。
因此，对于s-FMS无效的情况，TAG使用存储的长期轨迹，例如使得飞行器可以使跟随FMS的总丢失的任务结束。优选地，除了用于TAG通过其自身识别的保持水平的速度和下一个海拔的飞行引导命令，TAG继续使用与标称模式(s-FMS有效)相同的用于飞行引导命令计算的逻辑。
因此，TAG自主引导功能具有两个操作模式。
-标称模式，对于该标称模式，FMS核心系统是有效的，并且s-FMS有效。
在此模式中，功能核心计算直到目的地的3D参考轨迹，定期对该参考轨迹进行更新，并且将短期部分(通常为飞行器前方的所有轴线(横向、垂直和纵向)上的2或3、或多至5个航段或部段)传输至TAG外包引导。TAG执行飞行引导命令的计算，这使得可以跟随该轨迹并且保证该轨迹的部段的排序。
-退化模式(degraded mode)，其中，FMS核心系统无效，其排序不再传输短期轨迹。
在此模式中，TAG模块使用长期3D轨迹，由s-FMS系统定期提供该长期3D轨迹，并且对该长期3D轨迹进行记录。在与标称模式相同的方式中，其执行飞行引导命令的计算，这使得可以跟随存储的轨迹并且确保该存储的3D轨迹的部段在3个轴线(横向、垂直和纵向)上的排序。在退化模式中，为PA预定的和由TRAJ(120)标称识别的飞行引导命令(下一个保持水平的速度和海拔)将由TAG识别。因此，将会从存储的轨迹获得飞行引导命令，该存储的轨迹不再特别是针对天气进行更新，也不再针对飞行器跟随的实际轨迹进行更新。TAG现在独立于s-FMS接收位置、海拔、速度、飞行器的向量(除非另有说明)，并且通过使用适当的引导规章，关于存储的轨迹而确定飞行引导命令。
因此，根据本发明的方法提出了用于外包引导功能的方案：通过由自主引导应用执行该功能，从而显示出多个优点。
在s-FMS故障时，TAG配置为切换至退化模式。该模式的存在使得可以提供连续的引导。实际上，TAG模块是这样的系统：与s-FMS系统不同，其可以在独立于s-FMS的硬件平台的硬件平台上执行，并且当s-FMS应用或支持s-FMS的硬件平台出现故障时，TAG利用其存储的参考轨迹而提供继续的能力，以在自动模式中将飞行器维持在参考轨迹上。该连续性的全部好处体现在关键程序(例如，RNP AR类型的进场，其中RNP<0.3nm)的情况下，对于该关键程序，一方面要求提供引导的完整性(例如，通过分开FMS和PA)，另一方面要求保证引导的连续性。
另一个优点是不受引导功能固有变化性的FMS的功能核心的约束。接口的改变或FM和PA之间的引导功能的干扰的改变不会牵涉到FMS功能核心的改变。这使得可以限制用于对遇到的每个新飞行器或飞行器制造商的引导功能进行适应的成本，该适应在于与自动驾驶仪的接口或关于自动驾驶仪或FMS的引导功能的各自范围的限定。
该外包引导的另一个优点为：其使得提高相关软件的整体性更加容易，实际上，FM的发展水平将不超过DAL B软件所要求的所谓的冒险的整体性水平，然而，如果需要在DALA软件所要求的灾难性的整体性水平(catastrophic integrity level)处验证该TAG，也是可以的。
根据本发明的实施方案，短期轨迹的部段的预定数量NCT在1和5之间和/或长期轨迹的部段的预定数量NLT大于10。
根据优选的变量，根据本发明的方法另外包括对短期轨迹进行格式化的步骤。优选地，该格式化与长期轨迹的格式化相同，采用下述方法：自主引导模块TAG对两个轨迹使用同一个读取过程。
根据一个实施方案，在退化模式中，TAG的飞行引导命令CG2只可以沿着横向轴线引导飞行器。优选地，在此模式中，飞行员仍然控制飞行器的海拔和速度。
实际上，横向引导不与垂直引导表现出同样的可变性。横向引导包括在水平平面中引导飞行器，并且在飞行器偏离存储的横向轨迹的情况下，存在用于使飞行器恢复到横向轨迹上的单一策略，然而根据不同的下降策略的、可以在下降和进场阶段中实施的垂直引导必须知道如何相对于2个平面(垂直平面(海拔)和纵向平面(速度))对飞行器进行引导，必须知道如何管理飞行器的能量(除非另有说明)。
实施的运行示例为RNP AR类型的进场，其中RNP小于0.3NM。实际上，对于该类型的进场，对于横向引导需要连续性和高水平的整体性，这是由于任何误差都会危及到飞行器，然而，对于垂直引导，在遇到问题的情况下，可以爬升到足够高度以逃离危险。
根据另一个实施方案，第二飞行引导命令CG2也可以沿着存储的轨迹的垂直轴线和纵向轴线执行飞行器的自主引导。
一般地，当切换至自主(退化)模式时，在飞行器位于参考轨迹上或接近参考轨迹的情况下，TAG可以确保关于所有轴线的自主引导。如果不在上述情况中，则在可以切换至退化管理引导模式前，由飞行员将飞行器恢复至参考轨迹(横向和垂直两者)，也就是说，在飞行引导命令CG2的基础上，通过PA进行实际引导。实际上，在进场阶段中，即使在s-FMS在长期轨迹中传输所有限制、约束或未传输所有限制、约束的情况下，如果例如一个非限制海拔约束变为限制约束，TAG也不可以创建任何新的轨迹。
根据另一个示例，在垂直廓线简单(斜率连续而没有任何保持水平)并且飞行器在廓线上或下的情况下，在自主模式中，由于实施的策略简单，所以TAG可以确保垂直引导，其中，在可以恢复廓线的恒定并微弱下降(一般而言，500英尺/分钟)之下，并且在可以恢复廓线的更高的斜率之上。
根据本发明的另一个方面涉及图4所示的飞行管理系统FMS，该飞行管理系统FMS包括称为s-FMS的FMS子组件以及独立于s-FMS的自主引导模块TAG，该s-FMS包括称为FMScore的FMS核心。
FMScore配置为产生根据三个轴线(横向、垂直和纵向)的参考轨迹TRAJref，参考轨迹TRAJref包括有序的一系列部段，飞行器在其前进时连续地飞过这些部段，目前飞过的当前部段被称作活跃部段。
FMS子组件s-FMS配置为：
-在参考轨迹TRAJref的基础上，周期性地产生短期轨迹TRAJCT，该短期轨迹包括预定数量NCT的部段，并且包括活跃部段。
-周期性地将短期轨迹TRAJCT传输给自主引导模块TAG。
-基于参考轨迹TRAJref，周期性地产生长期轨迹TRAJLT，该长期轨迹包括预定数量NLT的部段，所述部段包括活跃部段，并且预定数量NLT大于或等于短期轨迹的部段的预定数量(NCT)。
-通过格式化模块4，将长期轨迹的部段格式化，从而保证在三个轴线之间长期同步。
-周期性地将长期轨迹TRAJLT传输给自主引导模块TAG。
因此，FMS子组件组成整个FMS的一部分，包括LOC、TRAJ、PRED、FPLN、NAVDB、PERFDB、DATALINK功能，不包括GUID功能。
优选地，s-FMS包括轨迹管理模块42，其配置为保证对次要的、暂时的轨迹和活跃轨迹(参考轨迹)的管理。s-FMS保持其对活跃轨迹排序(即，识别飞行器刚刚所穿过的飞行计划路径点WP)的能力。WP的排序的概念不能与关于引导的活跃部段的排序混淆。
自主导引模块TAG配置为存储传输的长期轨迹TRAJLT(称为存储的轨迹)，并且测试短期轨迹的接收的有效性。
*当接收有效时，自主引导模块配置为识别短期轨迹的活跃部段，并且基于短期轨迹的活跃部段产生第一飞行引导命令CG1，通过自动驾驶仪PA，第一飞行引导命令CG1可以在短期轨迹上沿着三个轴线引导飞行器，
*当接收无效时，自主引导模块配置为识别存储的轨迹的活跃部段，并且基于存储的轨迹的活跃部段产生第二飞行引导命令CG2，通过自动驾驶仪PA，第二飞行引导命令CG2可以至少沿着存储的轨迹的横向轴线执行飞行器的自主引导。
TAG定期地通过GS(代表“引导状态”)数据来将引导状态通知给FMS子组件。
根据优选的实施方案，格式化模块41还配置为对短期轨迹进行格式化。优选地，该格式化与长期轨迹的格式化相同，采用这样的方式，即自主引导模块TAG对两个轨迹使用同一个读取过程。
根据一个实施方案，TAG模块由与s-FMS共享的共同硬件平台的指定分区执行。根据另一个优选的实施方案，TAG安装于与s-FMS的硬件平台不同的硬件平台，因此不受到来自与s-FMS共享的共同硬件故障的自主引导的影响。
根据另一方面，本发明涉及计算机程序产品，其包括代码指令，该代码指定可以执行根据本发明的方法的步骤。
该方法可以基于硬件和/或软件元件来实施。该方法可以提供为在计算机可读介质上的计算机程序产品。
该方法可以在这样的系统中实施：该系统可以使用一个或更多的专用的电子电路或通用电路。
根据本发明的方法的技术可以在可再编程的计算机器(例如，处理器或微型控制器)或在专用的计算机器(例如，一系列逻辑门，例如FPGA或ASIC，或任何其他硬件模块)上执行，该可再编程的计算机器执行包括一系列的指令的程序。
根据本发明的系统的各个模块可以在同一个处理器或同一个电路上实施，或分配给多个处理器或多个电路。根据本发明的系统的模块由包括处理器的计算装置组成。
引用的计算机程序(其在执行时，进行上述的任意功能)不限于在单一主机上执行的应用程序。相反，本文使用的术语计算机程序和软件一般指的是任何类型的计算代码(例如，应用软件、微软件、微码或任何其他形式的计算机指令)，所述计算代码可以用于对一个或多个处理器进行编程，以实施本文描述的技术的多个方面。

Claims (10)

1.一种由飞行管理系统执行的飞行器的飞行管理和引导的方法，所述飞行管理系统包括：飞行管理系统子组件(s-FMS)和独立于飞行管理系统子组件的自主引导模块(TAG)，该方法包括以下步骤：
-由飞行管理系统子组件根据横向、垂直和纵向的三个轴线产生参考轨迹(TRAJref)的步骤(310)，该参考轨迹包括有序的一系列部段，飞行器在其前进时连续地飞过所述部段，目前飞过的当前部段被称作活跃部段，
-基于参考轨迹(TRAJref)而周期性地产生短期轨迹(TRAJCT)的步骤(320)，该短期轨迹包括参考轨迹的预定数量(NCT)的部段，并且包括活跃部段，
-周期性地将短期轨迹(TRAJCT)传输给自主引导模块(TAG)的步骤(330)，
-基于参考轨迹(TRAJref)而周期性地产生长期轨迹(TRAJLT)的步骤(340)，该长期轨迹包括预定数量(NLT)的参考轨迹的部段，所述长期轨迹包括活跃部段，并且长期轨迹的部段的预定数量(NLT)大于或等于短期轨迹的部段的预定数量(NCT)，
-将长期轨迹的部段格式化的步骤(350)，从而保证在三个轴线之间的长期同步，
-周期性地将长期轨迹(TRAJLT)传输给自主引导模块(TAG)的步骤(360)，
-由自主引导模块(TAG)存储称为存储的轨迹的传输的长期轨迹(TRAJLT)的步骤(370)，
-由自主引导模块(TAG)测试飞行管理系统子组件的有效性的步骤(380)，
*当飞行管理系统子组件有效时：
-由自主引导模块(TAG)识别短期轨迹的活跃部段的步骤(390)，
-基于短期轨迹的活跃部段而由自主引导模块(TAG)产生第一飞行引导命令(CG1)的步骤(400)，
通过自动驾驶仪，第一飞行引导命令(CG1)能够在短期轨迹上沿着三个轴线引导飞行器，
*当飞行管理系统子组件无效时：
-由自主引导模块(TAG)识别存储的轨迹的活跃部段的步骤(410)，
-基于存储的轨迹的活跃部段而由自主引导模块(TAG)产生第二飞行引导命令(CG2)的步骤(420)，
通过自动驾驶仪，第二飞行引导命令(CG2)能够至少沿着存储的轨迹的横向轴线而执行飞行器的自主引导。
2.根据权利要求1所述的由飞行管理系统执行的飞行器的飞行管理和引导的方法，其中，以第一频率进行短期轨迹的传输，并且以低于所述第一频率的第二频率进行长期轨迹的传输。
3.根据权利要求1或2所述的由飞行管理系统执行的飞行器的飞行管理和引导的方法，进一步包括对短期轨迹进行格式化的步骤，所述格式化与长期轨迹的格式化一致，从而使自主引导模块对这两个轨迹使用同一个读取过程。
4.根据权利要求1所述的由飞行管理系统执行的飞行器的飞行管理和引导的方法，其中，短期轨迹的部段的预定数量(NCT)在1和5之间，而长期轨迹的部段的预定数量(NLT)大于10。
5.根据权利要求1所述的由飞行管理系统执行的飞行器的飞行管理和引导的方法，其中，长期轨迹的部段的数量(NLT)在50和100之间。
6.根据权利要求1所述的由飞行管理系统执行的飞行器的飞行管理和引导的方法，其中，有效性测试步骤包括对短期轨迹的接收的有效性进行测试。
7.根据权利要求1所述的由飞行管理系统执行的飞行器的飞行管理和引导的方法，其中，第二飞行引导命令(CG2)也能够沿着存储的轨迹的垂直轴线和纵向轴线执行飞行器的自主引导。
8.一种飞行管理系统(FMS)包括：
-飞行管理系统子组件(s-FMS)，其包括飞行管理系统核心(FMScore)和独立于飞行管理系统子组件的自主引导模块(TAG)，该飞行管理系统核心配置为根据横向、垂直和纵向的三个轴线产生参考轨迹(TRAJref)，所述参考轨迹包括有序的一系列部段，飞行器在其前进时连续地飞过所述部段，目前飞过的当前部段称为活跃部段，
-飞行管理系统子组件配置为：
-基于参考轨迹(TRAJref)而周期性地产生短期轨迹(TRAJCT)，该短期轨迹包括参考轨迹的预定数量(NCT)的部段，并且包括活跃部段，
-周期性地将短期轨迹(TRAJCT)传输给自主引导模块(TAG)，
-基于参考轨迹(TRAJref)而周期性地产生长期轨迹(TRAJLT)，该长期轨迹包括预定数量(NLT)的参考轨迹的部段，所述长期轨迹包括活跃部段，并且长期轨迹的部段的预定数量(NLT)大于或等于短期轨迹的部段的预定数量(NCT)，
-将长期轨迹的部段格式化，从而保证在三个轴线之间的长期同步，
-周期性地将长期轨迹(TRAJLT)传输给自主引导模块(TAG)，
-自主引导模块(TAG)配置为存储称为存储的轨迹的传输的长期轨迹(TRAJLT)，并且测试飞行管理系统子组件的有效性，
*当飞行管理系统子组件有效时，自主引导模块配置为识别短期轨迹的活跃部段，并且基于短期轨迹的活跃部段产生第一飞行引导命令(CG1)，通过自动驾驶仪，第一飞行引导命令(CG1)能够在短期轨迹上沿着三个轴线引导飞行器，
*当飞行管理系统子组件无效时，自主引导模块配置为识别存储的轨迹的活跃部段，并且基于存储的轨迹的活跃部段产生第二飞行引导命令(CG2)，通过自动驾驶仪，第二飞行引导命令(CG2)能够至少沿着存储的轨迹的横向轴线自主引导飞行器。
9.根据权利要求8所述的飞行管理系统(FMS)，其中，飞行管理系统子组件(s-FMS)配置为对短期轨迹进行格式化，所述格式化与长期轨迹的格式化相同，从而使自主引导模块对这两个轨迹使用同一个读取过程。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有代码指令，该代码指令由处理器执行时能够执行根据权利要求1-7中的任一项所述的方法的步骤。
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