CN105844969B - 根据气象条件来改进飞行器的飞行轨迹的方法 - Google Patents

Abstract

涉及一种根据气象条件来改进飞行器的飞行轨迹的方法，其旨在根据轨迹成本来确定出发点与到达点之间的改进轨迹，该方法包括如下的步骤：确定节点的网格；加载在所述节点处的气象数据(M)；针对每个节点，从第一瞬时成本(τ1)和第二瞬时成本(τ2)中确定出平均瞬时成本

第一瞬时成本是考虑加载的有关节点处的气象数据的飞行器的对地速度的函数，第二瞬时成本是未考虑加载的气象数据的飞行器的对地速度的函数；确定穿过节点并且到达到达点的轨迹的长度(l,a+b,b)；确定成本网格，其在网格的每个节点处分配从平均瞬时成本和长度中确定的局部成本(C_loc,C1,C2)；从成本网格确定改进轨迹(Ta)；将改进轨迹和/或成本网格图形化地呈现给机组人员。

Description

根据气象条件来改进飞行器的飞行轨迹的方法

技术领域

本发明涉及根据气象条件来优化飞行轨迹的导航辅助方法。本发明特别适用于嵌入在飞行器上的飞行管理系统，使得机务人员能够根据飞行器在其轨迹上遇到的气象条件的变化来优化初始飞行轨迹。

背景技术

已知的导航辅助系统具有如下的装置，其用于计算在飞行计划(例如由飞行员输入)中所限定的路径点之间的轨迹。在飞行开始时计算出的、并且可能在飞行期间再次更新的轨迹支持飞行器的操纵控制，由飞行员所决定或者由自动驾驶系统所决定。在现有技术的已知状态下，计算出的轨迹分解为横向轨迹(典型地以由纬度和经度所限定的路径点表征)和应用至该横向轨迹的垂直廓线，以考虑例如地形或燃料消耗管理的限制。

在导航辅助系统之中，已知称作为FMS的飞行管理系统,其功能架构示意性地图示在图1中。根据ARINC 702标准，这些系统特别能够处理以下功能：

-导航LOCNAV 170，其用于根据定位装置(GPS、GALILEO、VHF无线航标、惯性单元等等)来执行飞行器的最佳定位，

-飞行计划FPLN 110，其用于输入组成要跟随的路径的概况的地理要素(出发和到达过程、路径点等等)，

-导航数据库NAVDB 130，其用于从包括在库中的数据(点、航标、拦截或者海拔航段等等)中构建地理路径和过程，

-性能数据库PERF DB 150，其特别包括飞行器的空气动力参数和引擎参数，

-横向轨迹TRAJ 120，其用于从飞行计划的点中构建连续的轨迹，观察飞机的性能水平和容积限制，

-预测PRED 140，其用于对横向轨迹构建优化的垂直廓线，

-引导GUIDANCE 200，其用于在优化速度的情况下，在横向和垂直平面上以其3D轨迹来引导飞行器，

-数字数据链路DATALINK 180，其用于与控制中心、基于飞行器操作器和其他的飞行器的基础设施进行通信。

从由飞行员限定的飞行计划FPLN中，根据路径点之间的几何结构来确定横向轨迹。从该横向轨迹中，预测功能PRED通过考虑任意的海拔、速度和时间限制来限定优化的垂直廓线。为此，FMS系统具有可用的性能表PERFDB，其限定了空气动力的建模和引擎的建模。预测功能PRED实施了飞行器的动态方程。这些方程在数字上基于包括在性能表中的值，用于计算阻力、空气浮力和推力。通过二重积分，从中推导出飞行器的速度矢量和位置矢量。

考虑到气象条件以及它们的变化，这增添了飞行轨迹计算的复杂度。图2a和图2b表示了在点A与点B之间的大圆轨迹10，x轴和y轴分别对应于纬度和经度。在轨迹环境中的气象条件借助于网格M来表示；在网格M的每个节点处的箭头的方向和长度表示了在该节点处风矢量的方向和强度。由于风在大圆轨迹10的行程中不恒定，所以无法证明连接A和B的几何最短的轨迹是燃料效率最经济的和/或最快的。全局的轨迹优化计算(比如，动态编程)使得能够在燃料消耗方面和/或时间方面以最优的方式构建连接点A和点B的轨迹11。这种根据气象条件来计算最优轨迹需要大量的计算资源和很长的计算时间。这种计算可以在地面上的计算站来进行，而相对不适合用于嵌入式飞行管理系统。

已经设想通过提供用于基于风信息来将飞行器从其轨迹转向的装置，来充实FMS型的嵌入式飞行管理系统的轨迹计算。因而，从申请人处已知，参考文献FR2939505所公开的专利文件描述了嵌入式横向轨迹优化的解决方案，其依赖于飞行计划的局部修改。转向是基于DIRTO功能的，其对于本领域的技术人员已知并且在ARINC 702标准中进行了描述。通过添加转向点来代替飞行计划的一系列路径点来相对于初始轨迹修改轨迹。DIRTO功能的使用必然限制了要跟随的横向轨迹的表示的复杂度。该实施方式不能保证在燃料消耗方面和/或时间方面获得最优轨迹。

因此，仍期望具有有效的导航辅助装置，该装置在飞行器上，通过考虑气象条件的变化来调整飞行轨迹，从而优化行程的成本。

发明内容

本发明的主题是一种导航辅助方法，其由飞行管理系统执行并且旨在根据轨迹成本来确定出发点A与到达点B之间的改进轨迹，该方法包括如下的步骤，其包括：

-在预先确定维度并且包括出发点A和到达点B的区域内确定节点P的网格，

-加载在所述节点P处的气象数据，

-针对每个节点P，从第一瞬时成本和第二瞬时成本中确定出平均瞬时成本，其中，第一瞬时成本是在考虑了加载的有关节点P处的气象数据的情况下飞行器的对地速度的函数，第二瞬时成本是在未考虑加载的气象数据的情况下飞行器的对地速度的函数，

-确定穿过所述节点P并且到达到达点B的轨迹的长度，

-确定成本网格，该成本网格在网格的每个节点P处分配从平均瞬时成本和所述长度中确定出的局部成本，

-从成本网格中确定改进轨迹，

-将改进轨迹和/或成本网格图形化地呈现给机组人员。

优选地，气象数据包括风矢量和温度。

有利的是，局部成本等于平均瞬时成本与所述长度的乘积。

根据一个变体，对于局部成本的确定所考虑的长度对应于出发点A与所述节点P之间以及所述节点P与到达点B之间的大圆距离之和。

有利的是，局部成本由以下公式来确定：

其中：

平均瞬时成本，

a：点A与节点P之间的大圆距离，

b：节点P与点B之间的大圆距离。

根据另一个变体，对于局部成本的确定所考虑的长度对应于所述节点与所述到达点之间的大圆距离。

有利的是，局部成本由以下公式来确定：

优选地，根据以下公式，利用预先确定的加权系数，将平均瞬时成本限定为第一瞬时成本和第二瞬时成本的加权和，预先确定的加权系数使得能够在平均瞬时成本的计算中将气象数据的影响用参数表示：

其中：

平均瞬时成本，

w：在0与1之间的加权系数，

τ₁：第一瞬时成本，

τ₂：第二瞬时成本。

根据第一实施方案，在所述节点P处的第一瞬时成本和第二瞬时成本的计算从简化的瞬时成本公式中确定出：

其中：

GS：飞行器的对地速度，

TAS：依据温度T的飞行器的对空速度，

Wind：风矢量，

d：对地速度与对空速度之间的角度，

a：对地速度与风矢量之间的角度。

第一瞬时成本是利用对空速度以及包括在节点P处确定出的风矢量和温度的气象条件，由所述简化的公式来确定的，并且第二瞬时成本是利用节点P处的零风矢量、标准温度以及等于预先确定对空速度的对地速度，由所述简化的公式来计算的。

根据第二实施方案，在所述节点P处的第一瞬时成本和第二瞬时成本的计算从一般瞬时成本公式中确定出：

其中：

FF：每小时的燃料流动速率，

CI：成本指数，

GS：飞行器的对地速度，

TAS：依据温度T的飞行器的对空速度，

Wind：风矢量，

d：对地速度与对空速度之间的角度，

a：对地速度与风矢量之间的角度。

第一瞬时成本是利用对空速度以及包括在节点P处计算出的风矢量和温度的气象条件，由所述一般公式来确定的，并且第二瞬时成本是利用节点P处的零风矢量、标准温度以及等于预先确定对空速度的对地速度，由所述一般公式来计算的。

根据一个选项，改进轨迹由飞行管理系统确定为在全部的轨迹之中最小化局部成本的轨迹。

根据另一个选项，改进轨迹由机组人员从成本网格的呈现图形中确定出。

有利的是，成本网格采用表面的形式图形化地呈现。

优选地，成本网格采用iso-成本曲线的形式来图形化地呈现。

根据一个变体，图形化呈现步骤包括子步骤，其包括：确定并且呈现与成本网格上的iso-成本线成直角的当前线。

附图说明

通过阅读以下具体描述，并且结合以非限制性示例给出的附图，本发明的其他特点、目的和优点将变得显而易见，并且在附图中：

图1(其已经呈现)表示了通常称作为FMS的已知导航辅助系统。

图2a和图2b(其已经呈现)图示了考虑气象情况来计算飞行轨迹的优点。

图3描述了根据本发明的方法。

图4图示了在A与B之间的飞行器轨迹中的点P处的对空速度和对地速度的矢量概念。

图5a、5b和5c图示了分别通过在轨迹计算中，对气象条件分配零、中间和显著加权，借助于计算局部成本C1的第一方法并且根据本发明的方法的第一实施方案(简化公式)，对成本网格和优化轨迹的计算。

图6a、6b和6c图示了分别通过在优化轨迹计算中，对气象条件分配零、中间和显著加权，借助于计算局部成本C2的第二方法并且根据本发明的方法的第一实施方案(简化公式)，对成本网格和优化轨迹的计算。

图7a、7b和7c图示了分别通过在优化轨迹计算中对气象条件分配零、中间和显著加权，对与用于计算局部成本C2的第二方法相关的当前线的计算。

出于清楚的目的，相同的元件在不同的附图中将具有相同的附图标记。

具体实施方式

根据本发明的导航辅助方法300旨在根据轨迹成本来确定出发点A与到达点B之间的改进轨迹(Ta)。为此，根据本发明的方法确定成本网格，其限定在每个节点处穿过该节点并且返回至到达点B的轨迹的局部成本。

该方法旨在由计算机来执行，优选地由飞行器的飞行管理系统来执行。术语飞行器的飞行管理系统应当解释为旨在辅助飞行器导航的任何计算机。例如，其可以是嵌入在飞行器中的计算机，典型地为之前所述的FMS，或者可以是笔记本电脑或平板电脑，例如电子飞行包(EFB)。也可以设想在地面实施该方法，例如，在空中交通控制或航线计算站。

根据通常的公式来表示A与B之间轨迹的成本函数C_global：

瞬时成本τ是飞行器在有关点处的对地速度GS的函数。随后，在解释中描述了从GS中计算瞬时成本的两个变体。

根据由图3所示的本发明的方法300从公式(1)中确定出在每个点P处的局部成本C_loc，并且该方法包括以下步骤：

步骤310确定在包括出发点A和到达点B的预先确定维度的区域12内节点P的网格，优选地，区域12位于连接点A与B的大圆轨迹的周围。区域12由机组人员或者由飞行管理系统来确定。术语网格应当理解为广义地表示一组点P，这组点的特定形式为规则网格。

步骤320加载在节点P处的气象数据M。实际上，通常很少关于气象条件的信息适用于当前的飞行管理系统，并且因此，根据本发明的方法包括包含加载这些数据的第一步骤。这些气象数据包括例如：关于风(强度，方向)的信息或者关于大气温度的信息。在本发明的一个可能的实施方案中，气象信息被加载并且采用四维网格的形式存储在飞行管理系统中，该四维网格覆盖连接出发点A与到达点B的大圆轨迹周围的预先确定维度的区域12。

有利的是，气象数据M包括在有关网格的每个点P处的风矢量W和温度T的值。

然后，步骤330针对每个节点P，从第一瞬时成本τ1和第二瞬时成本τ2中确定出平均瞬时成本

其中，第一瞬时成本τ1是在考虑了加载的有关节点P处的气象数据M的情况下飞行器的对地速度的函数，第二瞬时成本τ2是在未考虑加载的气象数据的情况下飞行器的对地速度的函数。

因此，步骤330能够通过经由τ1而考虑在点P处的气象数据(风、温度)和经由τ2而忽略穿过P的优化轨迹且因而忽略在A与P之间和P与B之间的这个轨迹上的气象数据来确定

τ2对应于在节点P处零风和标准温度的瞬时成本。

仅考虑τ1能够有助于使用有利气象条件，尤其是顺风。仅考虑τ2能够降低轨迹的长度。考虑τ1和τ2能够在有利地使用有利的气象条件(尤其是顺风)和降低轨迹的长度之间折衷。

步骤340确定穿过节点P并且到达到达点B的轨迹的长度l。

在步骤350，该方法确定成本网格，该成本网格在网格的每个节点P处分配局部成本C_loc，该局部成本C_loc从平均瞬时成本

和与用于计算局部成本有关的轨迹长度相对应的长度l确定出。

优选地，在P处的局部成本C_loc对应于穿过节点P并且到达到达点B的轨迹的全局成本C_global的估算。通过考虑平均瞬时成本

应用在穿过节点P并且到达到达点B的全部轨迹(因此，获取了整体)，应用公式(1)来计算出局部成本。

C_loc被限定为在P处的平均瞬时成本

与长度l的乘积。

步骤360从步骤350中所确定的成本网格中确定出改进轨迹Ta。

步骤370将改进轨迹Ta和/或成本网格图形化地呈现给机组人员。

根据一个变体，根据本发明的方法还包括询问飞行员的步骤，以确定飞行员想要还是不想要将在步骤360中确定出的改进轨迹插入至临时飞行计划中。

一旦确定出成本网格，第一变体就利用其来支持改进轨迹Ta的计算。计算由飞行管理系统来执行，改进轨迹是从A至B的、最小化在区域12的大量点P处计算出的局部成本的轨迹。可以设想使用局部成本网格并且最小化全局成本的若干算法，例如基于系统化列表或者梯度方法的算法。随后给出示例。

第二变体针对从包含成本网格的图形化呈现的视觉信息中、由机组人员确定出的改进轨迹。随后将描述的特定图形化呈现使得机组人员能够根据气象条件来在视觉上和直观上建立要跟随的有利路径，并且试图最小化所呈现的成本。

应当注意，设想将根据本发明的方法应用至更广泛的情况，其中飞行轨迹分成横向轨迹和垂直轨迹。为了优化横向轨迹，该方法确定出以二维表面形式的成本网格，其图形化呈现能够直观地读取有利路径。然而，用于优化横向轨迹的方法的应用并非限制本发明，其更广泛地覆盖了在三维空间中的两点之间的飞行轨迹的优化。

在本文以下中描述了两种局部成本计算方法。根据本发明的方法通过在计算时允许机组人员进行选择来实施这两种方法中的一个或者两个。这些计算方法将气象信息(风、温度)(和如之后所解释的初始成本值和飞行器性能数据库(如果适合的话))作为公共输入数据。

根据第一计算方法，有关的长度l是a和b之和。

l＝a+b

其中：

-a：从A至P的大圆轨迹的长度，以及

-b：从P至B的大圆轨迹的长度，如图3中所示。

优选地，在这种情况下，局部成本C1由以下公式来确定：

其中：

在P处的平均瞬时成本，

a：点A与节点P之间的大圆距离，

b：节点P与点B之间的大圆距离。

根据第二方法，有关的长度仅是从P至B的长度b。

优选地，在这种情况下，局部成本C2由以下公式来确定：

随后解释两个变体C1和C2的各自优点。

现在接着通过示例来描述用于计算平均瞬时成本

以及第一瞬时成本和第二瞬时成本的方法。

优选地，根据以下公式，利用预先确定的加权系数w，将平均瞬时成本

限定为第一瞬时成本τ₁和第二瞬时成本τ₂的加权和，预先确定的加权系数使得能够在平均瞬时成本的计算中将气象数据M的影响用参数表示：

其中：

平均瞬时成本，

w：在0与1之间的加权系数，

τ₁：第一瞬时成本，

τ₂：第二瞬时成本。

根据第一实施方案，目的是针对恒定的对空速度TAS(或者换言之，恒定的Mach(马赫)/CAS比)，获得仅优化飞行时间t的轨迹。这里，该成本与时间相对应，并且目的在于最小化以下表达式：

该瞬时成本等于：

在某一点处，对地速度GS等于对空速度TAS和风矢量Wind的矢量和，如图3中所示。GS方向已知，并且等于有关轨迹的切线(这里是P与B之间的大圆轨迹)。

从中推导出以下：

其中：

GS：飞行器的对地速度，

TAS：飞行器的对空速度，其为温度T的函数，

Wind：风矢量，

d：对地速度与对空速度之间的角度，

w：对地速度与风矢量之间的角度。

根据以下公式，飞行器的对空速度依赖于温度T和称作为Mach数的相对速度数据，其根据飞行器的飞行条件由飞行员输入或者由系统选择：

其中，γ是空气的等熵系数，并且R是理想气体常数。

从这些公式中，计算出τ₁和τ₂(以s/m为单位)。

τ₁对应于考虑了在点P处的风Wind和温度T的瞬时成本值：

τ₂对应于考虑了零风(对地速度等于对空速度)和例如与节点P的海拔处的温度相对应的标准温度的情况下的瞬时成本值：

在节点P的海拔处的相应标准温度根据由国际民航组织限定的标准温度和压力模型来计算：

-在海平面处：+15℃，

-从0至11km：dT/dz＝-6.5℃·km^-1，

-从11km至20km：dT/dz＝0并且T＝-56.5℃。

加载在P处的风W和T数据，预先确定Mach数据，容易计算出GS(轨迹的切线)与W之间的角度w，并且通过GS和W矢量以及通过矢量和容易计算出TAS与GS之间的角度d。

计算τ₁和τ₂的第一实施方案非常简单且快速，并且不需要包括在飞行器性能数据库中的信息。

局部成本网格的计算仅根据机载的气象数据的更新来执行，并且网格可以用于区域12中任意的点A至B的对。

在图5a、5b和5c中图示了第一示例，其中从公式(2)中计算

这三个图分别对应于系数w＝0％、50％和100％，τ₁和τ₂利用以上公式来计算并且计算出C1(P)：

在每个节点P处的局部成本C₁的计算使得能够建立成本网格。该成本网格建立在大圆轨迹周围、预先确定的维度的区域12中。该方法可以包括参数化步骤，其使得机组人员能够输入区域的限定维度。还设想重新设定计算区域的维度的步骤，以例如在第一成本网格计算之后减小探测的区域，使得能够将感兴趣的区域作为目标。成本网格可以在起飞之前在地面确定，然后根据通过飞行管理系统接收到的气象数据以有规律的间隔进行更新。

根据一个实施方案，该方法包括将成本网格显示给机组人员的步骤370。该成本网格的图形化呈现可以采取各种形式。在二维成本网格的情况下，能够优化横向轨迹，该成本网格优选地采用平面的形式显示。成本表面的凸出(例如，采用iso成本水平曲线的形式所图形化呈现的)使得直观地将有利区域视觉化，并且为飞行员提供决策帮助，然后在步骤360，飞行员根据显示的各种界面来直观地确定出改进轨迹。

根据一个实施方案，该方法通过在360的计算确定出依赖于之前所建立的成本网格的优化轨迹。典型地，优化的轨迹可以借助于“蛇”型函数来确定，使得能够跟随表面的凹处以连接点A与点B。

图5a、5b和5c表示针对加权系数w的三个值(分别为0％、50％和100％)，通过计算所获得的成本网格。该成本网格通过表面上的局部iso-值成本线来呈现。呈现出根据成本网格通过计算所确定出的优化的轨迹。图5a(w＝0％)图示了忽视风的气象条件的影响的情况，优化轨迹15a在逻辑上接近大圆轨迹。图5c(w＝100％)图示了气象条件的影响最强的情况，优化轨迹15c明显与大圆轨迹不同。加权系数w的值越高，越多的优化轨迹寻求有利的风区域。其结果是包括若干方向变化的更加波浪起伏的轨迹。图5b图示了表示中间情况的优化轨迹15b。

在图6a、6b和6c中图示了第二示例性成本网格计算，其中，从公式(2)中计算

这三个图分别对应于系数w＝0％、50％和100％，τ₁和τ₂利用以上公式计算出，计算出局部成本C2(P)：

图6a、6b和6c在成本网格上呈现了局部成本iso-值、大圆轨迹10、以及分别由16a、16b和16c所标记的通过计算而优化的轨迹。

与第一示例相反，在网格的每个节点P处的局部成本未图示出穿过节点P的、在点A与B之间的轨迹的成本，但是图示了能够从节点P返回至到达点B的轨迹的成本。成本表面表示在到达点B处的最小值。该第二示例性的局部成本的计算使得在成本网格上直观地视觉化出能够返回至到达点B的有利轨迹。

从这些成本网格中，图7a、7b和7c图示了分别由17a、17b和17c标记的、与iso-成本线成直角的曲线相对应的当前线。每个曲线从预先确定的出发点开始。因而，根据该方法的一个选项，成本网格的显示的步骤370包括子步骤，其包括确定并呈现与成本网格上的iso-成本线成直角的当前线。可以看出：气象条件影响的增加(也就是说，加权系数w的值增加)使得能够识别出不同于大圆轨迹的当前线。

这个第二示例性局部成本C2计算的另一个优点在于，其使得点A与B之间的优化轨迹的计算简化。通过梯度方法的轨迹计算能够例如容易被实施。

另一个图形化呈现的变体是采用彩色图像的形式来图形化地呈现成本网格。

之前所述的第一实施方案包括从公式(3)寻求仅优化飞行时间的轨迹。该方法的第二实施方案包括寻求连接至飞行时间的成本与燃料的成本之间的折衷。按照惯例，航线利用加权系数(其被称作为“成本指数”)，使得能够通过表示对于这种折衷的搜索来计算每个行程的最小成本。

更具体地，对于一条航线的飞行的操作成本可以由以下公式来表示：

DOC＝P_C*c+P_t*t+Cf

其中，DOC(Direct Operating Cost)表示直接操作成本，P_c表示燃料的价格，c表示步骤的消耗，P_t表示飞行的每小时成本，t表示有关步骤的飞行时间，以及C_f表示固定成本。

最小化飞行成本意味着最小化可变成本，也就是说：

P_C*c+P_t*t

由于燃料的价格是固定的，并且在加满飞行器的油箱时确定出，所以要优化的成本函数可以由以下关系来表示：

因而，成本指数系数(CI)被限定为：

成本指数将时间成本与燃料成本相关联。其根据经济策略而由每个航线确定出。该系数CI广泛用于航空行业中。成本指数的值具体包括在性能计算中所考虑的、管理系统FMS的输入数据。在本文档以下中，命名“成本标准”、CI或者成本指数是等价的，并且根据公式(8)表示系数。

第二实施方案使得能够根据成本指数来参数化局部成本；因此，在每个节点处的局部成本值与航线的策略相匹配。成本值依赖于气象条件。

可以写入以每海里的千克数所表示的瞬时成本，其从已经呈现的公式(7)开始，采用以下的形式：

其中：

-GS，Ground Speed的缩写，表示对地速度(也就是说，对空速度加上风速)，

-SR，Specific Range的缩写，表示特定的动作半径(也就是说，每单位燃料所行进的距离，以NM/kg或者NM/公吨表示)。

该公式与仅考虑了GS用于成本τ的计算的第一实施方案的公式(5)相比。

特定动作半径SR可以采用以下形式来表示：

其中，FF表示每小时的燃料流动速率。

这里不再详细地描述这些对于本领域的技术人员已知的概念。

因而，在根据本发明的方法的第二实施方案中，优化点A与点B之间的轨迹的成本意味着最小化以下数学函数：

因此：

CI：由飞行员或者系统输入，并且由航线来确定，

FF：每小时的燃料流动速率，

并且，如之前：

GS：飞行器的对地速度，

TAS：依据温度T的飞行器的对空速度，

Wind：风矢量，

d：对地速度与对空速度之间的角度，

w：对地速度与风矢量之间的角度，

γ：空气的等熵系数，以及R：理想气体常数，

Mach：由飞行员输入的或者由飞行管理系统确定出的相对速度。

τ：这里以kg/m为单位进行测量，

从公式(11)中，计算出τ₁和τ₂(以kg/m为单位)。

τ₁对应于在考虑点P处的风Wind和温度T的情况下的瞬时成本值，并且τ₂对应于在考虑节点P的海拔处零风(对地速度等于对空速度)和相应的标准温度的情况下的瞬时成本值：

Mach(P)是由飞行员输入的或者由飞行管理系统确定出的在点P处的相对速度。

FF(P)是在点P处的每小时的燃料流动速率。这两个量由在P点的系统根据现有技术已知的方法计算出(通过调用飞行器性能数据)。

角度w和d的值从图3中所示的矢量等式中确定出。

如在第一实施方案中，在成本网格的每个节点P处，该方法从根据τ₁和τ₂的计算所获得的

中确定出局部成本C_loc，例如C1和/或C2。针对第一实施方案所描述的全部的计算和图形化表示变体应用于第二实施方案，仅用于计算τ₁和τ₂的方法不同。

一种飞行管理系统，其旨在根据轨迹成本来确定出发点(A)与到达点(B)之间的改进轨迹，该系统包括飞行管理计算机和旨在计算机上执行的计算机代码的行，所述计算机代码的行包括能够执行根据本发明的导航辅助方法的计算步骤的指令。

这个新颖的功能可以合并在飞行管理系统中，以提高或优化飞行中的轨迹。

根据最后一个方面，本发明涉及计算机程序产品，计算机程序包括代码指令，使得能够执行根据本发明的方法的步骤。

该方法能够以硬件和/或软件元件来实施。

该方法可以适用于计算机可读介质上的计算机程序产品。

该方法可以在能够使用一个或多个专用电路或者通用电路的系统上实施。

根据本发明的方法的技术可以在执行包括一系列指令的程序的可重复编程计算机器(例如，处理器或者微控制器)上执行，或者在专用计算机器(例如，诸如FPGA或者ASIC的一组逻辑门、或者任意的其它硬件模块)上执行。

根据本发明的系统的不同模块能够在同一个处理器上或者同一个的电路上实施，或者分布在若干个处理器或者若干个电路上。根据本发明的系统的模块包括包含有处理器的计算装置。

对计算机程序的参考不限制于运行在单个主机上的应用程序，所述计算机程序在运行时，执行之前所述的功能中的任意一个。相反地，这里使用通常的意义下的术语计算机程序和软件，来表示可以用于对一个或多个处理器进行编程，以实施这里所述技术的方面的任意类型的计算机代码(例如，应用软件、固件、微代码、或者任意其它形式的计算机指令)。

Claims (17)

1.一种根据气象条件来改进飞行器的飞行轨迹的方法(300)，其由飞行管理系统执行并且旨在根据轨迹成本来确定出发点(A)与到达点(B)之间的改进轨迹，该方法包括如下的步骤：

-在预先确定维度并且包括出发点(A)和到达点(B)的区域(12)内确定节点(P)的网格的步骤(310)，

-加载在所述节点(P)处的气象数据(M)的步骤(320)，

-针对每个节点(P)，从第一瞬时成本τ₁和第二瞬时成本τ₂中确定出平均瞬时成本

的步骤(330)，其中，第一瞬时成本τ₁是在考虑了加载的有关节点(P)处的气象数据(M)的情况下飞行器的对地速度的函数，第二瞬时成本τ₂是在未考虑加载的气象数据的情况下飞行器的对地速度的函数，

-确定穿过所述节点(P)并且到达到达点(B)的轨迹的长度l,a+b,b的步骤(340)，

-确定成本网格的步骤(350)，该成本网格在网格的每个节点(P)处分配从平均瞬时成本

和所述长度中确定出的局部成本C_loc,C1,C2，

-从所述成本网格中确定改进轨迹Ta的步骤(360)，

-将改进轨迹Ta和/或成本网格图形化地呈现给机组人员的步骤(370)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，气象数据(M)包括风矢量和温度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，局部成本C_loc,C1,C2分别等于所述平均瞬时成本

与所述长度l,a+b,b的乘积。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，对于局部成本C1的确定所考虑的长度a+b对应于出发点(A)与所述节点(P)之间以及所述节点(P)与到达点(B)之间的大圆距离之和。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，局部成本C1由以下公式来确定：

其中：

平均瞬时成本，

a：点(A)与节点(P)之间的大圆距离，

b：节点(P)与点(B)之间的大圆距离。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，对于局部成本C2的确定所考虑的长度对应于所述节点(P)与到达点(B)之间的大圆距离b。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，局部成本C2由以下公式来确定：

其中：

平均瞬时成本，

b：节点(P)与点(B)之间的大圆距离。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，根据以下公式，利用预先确定的加权系数w，将平均瞬时成本

限定为第一瞬时成本和第二瞬时成本的加权和，预先确定的加权系数使得能够在平均瞬时成本的计算中将气象数据(M)的影响用参数表示：

平均瞬时成本，

w：在0与1之间的加权系数，

τ₁：第一瞬时成本，

τ₂：第二瞬时成本。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，从简化的瞬时成本公式中确定出在所述节点(P)处的第一瞬时成本τ₁和第二瞬时成本τ₂的计算：

其中：

GS：飞行器的对地速度，

TAS：依据温度T的飞行器的对空速度，

Wind：风矢量，

d：对地速度与对空速度之间的角度，

a：对地速度与风矢量之间的角度，

以及其中，第一瞬时成本τ₁是利用对空速度以及包括在节点(P)处确定出的风矢量和温度的气象条件，由所述简化的瞬时成本公式来确定的，并且所述第二瞬时成本τ₂是利用节点(P)处的零风矢量、标准温度以及等于预先确定对空速度的对地速度，由所述简化的瞬时成本公式来确定的。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，从一般瞬时成本公式中确定出在所述节点(P)处的第一瞬时成本τ₁和第二瞬时成本τ₂的计算：

其中：

FF：每小时的燃料流动速率，

CI：成本指数，

GS：飞行器的对地速度，

TAS：依据温度T的飞行器的对空速度，

Wind：风矢量，

d：对地速度与对空速度之间的角度，

a：对地速度与风矢量之间的角度，

以及其中，第一瞬时成本τ₁是利用对空速度和包括在节点(P)处计算出的风矢量和温度的气象条件，由所述一般瞬时成本公式来确定的，并且所述第二瞬时成本τ₂是利用节点(P)处的零风矢量、标准温度和等于预先确定对空速度的对地速度，由所述一般瞬时成本公式来确定的。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，改进轨迹由飞行管理系统确定为在全部的轨迹之中最小化局部成本的轨迹。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，改进轨迹由机组人员从成本网格的图像化呈现中确定出。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，成本网格采用表面的形式来图形化地呈现。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，成本网格采用成本函数水平曲线形式来图形化地呈现。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，图形化呈现步骤包括子步骤，其包括确定并且呈现与成本网格上的iso-成本线成直角的当前线(17a,17b,17c)。

16.一种飞行管理系统，其旨在根据轨迹成本来确定出发点(A)与到达点(B)之间的改进轨迹，该系统包括飞行管理计算机和旨在所述计算机上执行的计算机代码的行，所述计算机代码的行包括能够执行根据权利要求1至15中的一项所述的方法的计算步骤的指令。

17.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质包括代码指令，其使得能够执行根据权利要求1至15中的任意一项所述的方法的步骤。

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