CN106409016B - 用于辅助沿跑道进场轴的飞行器引导的方法和系统 - Google Patents

用于辅助沿跑道进场轴的飞行器引导的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种用于辅助沿跑道进场轴的飞行器引导的方法和系统。该方法包括以下步骤：‑获取飞行器的当前位置和进场轴之间的位置偏差；‑确定飞行器的纵轴(12)和进场轴之间的角度(θ)；‑确定可能由飞行器着陆期间飞行器的纵轴与跑道的对准操纵导致的飞行器的横向轨迹偏移(Δ)；‑根据横向轨迹偏移计算横向轨迹校正；‑通过将横向轨迹校正加到位置偏差来校正位置偏差；以及‑将该位置偏差发送到用于引导飞行器的设备(28)。

Description

用于辅助沿跑道进场轴的飞行器引导的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于辅助沿跑道进场轴的飞行器引导的方法和系统，并涉及包括这种系统的飞行器。
背景技术
一般地，飞行器(特别是运输机)在跑道上着陆时需要遵循进场轴(approachaxis)。该进场轴能够显著地对应于ILS(仪表着陆系统)类型的仪表进场轴，或者对应于GLS(GPS着陆系统)类型的进场轴。在这种进场期间，用于监视飞行器的位置的单元，特别是MMR(多模接收器)类型的单元，监视飞行器的当前位置与飞行器应该遵循的进场轴之间的位置偏移。该偏移被发送到用于引导飞行器的设备，以允许沿进场轴引导飞行器。引导设备能够对应于飞行器的自动地以减少这种偏移的方式沿着进场轴引导飞行器的自动驾驶仪。这使得能够执行自动着陆功能。根据变型，引导设备能够对应于向飞行器的驾驶员显示引导信息的飞行指挥仪。
如图1所示，在侧风V条件下进场期间，飞行器1应该执行“偏流”进场，也就是说，飞行器前部沿进场轴10切入(engage)，但是飞行器的朝向为在飞行器的纵轴12和进场轴10之间有非零角θ(当投影在水平平面上时)。在图1中，示出了具有在两个连续时间t1和t2的朝向的飞行器。飞行器的前部沿进场轴的切入是由于具有MMR类型的监视单元所考虑的飞行器的当前位置和与该监视单元关联的接收天线的位置相对应而引起的，该接收天线处于飞行器前面的点A处，例如在雷达罩中。在飞行器在跑道上着陆的时刻，飞行器的飞行员应该在称为“去偏流(de-crabbing)”的操纵期间将飞行器弄直，以使得飞行器的纵轴12与跑道5对齐，使飞行器在跑道上滑行。将飞行器的纵轴与跑道对齐的动作包括将飞行器的纵轴带入与跑道的纵轴平行的方向。在去偏流操纵期间，飞行器绕旋转中心(一般接近于其重心)转动。这导致飞行器轨迹相对于跑道中心上的纵轴14的横向偏移Δ，如图1中飞行器着陆后的时刻t3所示。该横向偏移被加到由于沿进场轴的飞行器引导的错误导致的横向偏移(图中未示出)。
自动着陆功能的认证要求在1,000,000次着陆中飞行器落在跑道侧旁的概率小于一次。为了评估该概率，考虑典型跑道的宽度并考虑所考察飞行器的主起落架之间的距离以限定在飞行器着陆期间准许的最大横向偏移是适当的。该概率同时考虑由于引导错误导致的横向偏移并考虑由于飞行器着陆期间的可能侧风引起的横向偏移。因此，该由于风引起的横向偏移减少了用于确定由于飞行器的引导错误导致的准许横向偏移的准许最大横向偏移。由于飞行器的引导误差导致的准许横向偏移的这种减小具有增强用于引导飞行器的设备的性能要求的作用。这导致所述设备复杂度和成本的增加。此外，飞行器飞行员一般偏爱飞行器应该基本在跑到的中心着陆。
发明内容
明显地，本发明的目的是提供这些问题的解决方案。其涉及用于辅助沿跑道进场轴引导飞行器的方法，飞行器包括一组信息源、处理单元和用于引导飞行器的设备，该方法包括由处理单元自动实现的下面的步骤：
-从该组信息源获取飞行器的当前位置和进场轴之间的位置偏差；
-将该位置偏差发送到用于引导飞行器的设备。
该方法值得注意之处在于其还包括由飞行器的处理单元自动实现的下面的步骤：
-从该组信息源获取飞行器信息的角位置；
-根据飞行器的角位置确定飞行器的纵轴和进场轴之间的角度；
-根据所述角度确定能够由于在飞行器着陆期间将飞行器纵轴与跑道的对齐操纵引起的飞行器的横向轨迹偏移；
-根据横向轨迹偏移计算横向轨迹校正；以及
-通过将横向轨迹校正加到位置偏差来校正该位置偏差。
从而，在飞行器由于侧风的存在而执行偏流进场时，本方法使得能够执行沿相对进场轴横向校正的轨迹的飞行器引导。这使得能够补偿由于飞行器在跑道上着陆期间的风引起的横向偏移。
有利地，飞行器的纵轴和进场轴之间的角度通过水平面上的投影确定。
在一个实施例中，该方法还包括下面的步骤：
-监视飞行器的当前位置，
以及，在计算横向轨迹校正的步骤中：
-如果飞行器的当前位置处于预定第一点的上游，则该横向轨迹校正等于0值；以及
-如果飞行器的当前位置处于预定第二点的下游，则该横向轨迹校正等于横向轨迹偏移。
此外，在有利的实施例中，当飞行器的当前位置从预定第一点变化直到预定第二点时，横向轨迹校正的值从0值变化直到横向轨迹偏移的值。
在特定实施例中，监视飞行器的当前位置的步骤包括监视飞行器的当前高度。在另一个实施例中，该监视飞行器的当前位置的步骤包括监视飞行器和跑道之间的当前距离。
本发明还涉及用于辅助沿跑道进场轴引导飞行器的系统，该系统包括一组信息源、处理单元和用于引导飞行器的设备，处理单元被配置为：
-从该组信息源获取飞行器的当前位置和进场轴之间的位置偏差；以及
-将该位置偏差发送到用于引导飞行器的设备。
该系统值得注意之处在于用于监视飞行器的位置的单元还被配置为：
-从该组信息源获取飞行器信息的角位置；
-根据飞行器的角位置确定飞行器的纵轴和进场轴之间的角度；
-根据所述角度确定能够由于在飞行器着陆期间将飞行器纵轴与跑道的对齐操纵引起的飞行器的横向轨迹偏移；
-根据横向轨迹偏移计算横向轨迹校正；以及
-通过将横向轨迹校正加到位置偏差来校正该位置偏差。
在一个实施例中，处理单元被配置为从该组信息源获取飞行器的当前位置值，并且：
-如果飞行器的当前位置处于预定第一点的上游，则计算横向轨迹校正等于0值；以及
-如果飞行器的当前位置处于预定第二点的下游，则计算横向轨迹校正等于横向轨迹偏移。
此外，在有利的实施例中，用于监视飞行器的位置的单元被配置为当飞行器的当前位置从预定第一点变化直到预定第二点时，计算从0值变化直到横向轨迹偏移的值的横向轨迹校正。
本发明还涉及包括诸如上述引导辅助系统的飞行器。
附图说明
阅读下面的说明书并检查附图，能够更好地理解发明。
已述的图1例示根据现有技术的飞行器在侧风条件下在跑道上的进场和着陆。
图2例示根据本发明实施例的飞行器在侧风条件下在跑道上的进场和着陆。
图3示出根据本发明实施例的用于辅助飞行器的导引的系统。
图4例示根据本发明实施例的横向轨迹偏移的计算。
具体实施方式
飞行器1包括诸如图3中示出的用于辅助引导的系统20。系统20包括一组信息源22，信息源22包括例如MMR类型的监视单元22a以及至少一个IRS(惯性参考系)类型的惯性系统22b。系统20还包括通过链路21a连接到监视单元22a并通过链路21b连接到惯性系统22b的处理单元24。其还包括引导飞行器的设备28，例如FGS(飞行引导系统)类型的飞行器引导计算机。关于处理单元24，可能有若干实施例：其能够对应于特定的计算机，被集成在模块化航空电子计算机中，被集成在监视单元22a中，或者被集成在引导设备28中。
在操作期间，处理单元24以通常方式获取飞行器的当前位置和跑道的进场轴之间的位置偏差。为此，在进场轴对应于ILS类型的仪表进场的特定情况(对于该情况，设置在靠近跑道的地上的信标发送“Glide”和“Loc”类型的波束)下，监视单元22a包括“Glide”和“Loc”类型的波束的接收器。根据由该接收器接收的信号，监视单元确定飞行器的当前位置和进场轴之间的偏差。特别地，与Loc波束对应的信号使得可以确定飞行器的当前位置和进场轴之间的横向偏差。监视单元22a通过链路21a将该横向偏差发送到处理单元24，且处理单元24获取所述横向偏差的值。在进场轴对应于GLS类型的进场的另一特定情况下，信息源组22包括用于测量飞行器的当前位置的单元。该用于测量飞行器的当前位置的单元能够显著地对应于惯性系统22b，对应于集成在监视单元22a中的GPS接收器，或者对应于惯性系统和GPS接收器的结合以提供混合惯性-GPS位置测量。在这种GLS类型的进场中，在数据库中定义了进场轴，这使得能够计算飞行器的当前位置和进场轴之间的偏差。可以在监视单元22a中，或者在处理单元24中执行使得能够确定飞行器的当前位置和进场轴之间的偏差的计算。
此外，信息源组22确定飞行器信息的角位置。根据特定实施例，该角位置信息对应于通过惯性系统22b测量的飞行器的航向角(航向)。惯性系统通过链路21b将该角位置信息发送到处理单元24。
处理单元24根据飞行器的角位置(特别是其航向角)确定飞行器的纵轴12和进场轴10之间的角θ(考虑投影在水平面上)，诸如图4所示。为了确定角θ，根据一个实施例，处理单元24获取跑道的航向角信息，且其将角θ计算为对应于飞行器的航向角和跑道的航向角(跑道与进场轴对准)之间的差。跑道信息的航向角可以显著地是记录在安装于飞行器上的数据库中的信息，数据库例如是FMS(飞行管理系统)类型的飞行管理计算机的数据库。根据另一个实施例，处理单元24获取例如由惯性系统22b经由链路21b提供的航线角(轨迹角)信息。如果飞行器被沿着跑道的进场轴10充分准确地引导，则可以考虑飞行器的轨迹对应于进场轴或者基本平行于进场轴。然后，处理单元24将角θ计算为对应于飞行器的航向角和飞行器的轨迹角之间的差。
如图4中的平面图所示，处理单元24确定飞行器的横向轨迹偏移Δ，该偏移Δ可能是由飞行器着陆期间将飞行器的纵轴12与跑道5对准的操纵导致的。这种操纵对应于上述所谓的“去偏流”操纵。因为图4对应于飞行器在跑道进场阶段飞行的情形，图中看不到跑道：能看到的只有与跑道对齐(在平面图中)的进场轴10。如上所述，用于接收用于ILS类型的仪表进场的ILS信号的天线被设置在位于飞行器前部的点A。在“去偏流”操纵期间，飞行器绕着转动中心R做转动。处理单元24根据以下公式计算横向轨迹偏移Δ：
Δ＝DAR x cos(θ)
其中DAR是点A和R之间的距离。
因为对于给定类型的飞行器而言旋转中心R基本恒定，所以对于给定类型的飞行器而言距离DAR也基本恒定。旋转中心R通常接近于飞行器的重心。因此，根据第一替代方式，通过考虑该旋转中心R与飞行器的重心混同来确定距离DAR。根据第二替代方式，在对所关心飞行器类型的飞行器进行飞行测试期间实验性地确定旋转中心R的位置。
处理单元24根据确定的横向轨迹偏移Δ来确定横向轨迹校正，然后其通过将该横向轨迹校正加到(在飞行器的当前位置和跑道的进场轴之间的)位置偏差来校正该位置偏差。处理单元24将这样校正的位置偏差发送到用于引导飞行器的设备28。从而，飞行器被沿着相对于进场轴10的进场轨迹偏移引导，从而至少部分地补偿由着陆期间的“去偏流”操纵导致的横向轨迹偏移。
在一个实施例中，横向轨迹校正等于横向轨迹偏移Δ。从而，着陆期间的“去偏流”操纵具有将飞行器基本带到位于跑道中间的纵轴14的效果。
在第二实施例中，此外，处理单元24获取由监视单元22a经由链路21a发送的飞行器信息的当前位置。处理单元24监视飞行器的当前位置。如图2中所示，当飞行器的当前位置位于预定第一点P1的上游时，由处理单元计算的横向轨迹校正是0值。当飞行器的当前位置位于预定第二点P2的下游时，由处理单元计算的横向轨迹校正等于横向轨迹偏移Δ。当飞行器的当前位置从点P1变化到点P2时，横向轨迹校正逐渐从所述0值变化到横向轨迹偏移Δ。这允许横向轨迹校正的逐步应用，使得后者基本不被飞行器的乘务员察觉地发生。由于所述横向轨迹校正，飞行器被如图所示沿着轨迹16引导。假设点P2的下游横向轨迹校正等于横向轨迹偏移Δ，如在第一实施例中，着陆期间的“去偏流”操纵也具有基本将飞行器带到位于跑道中间的纵轴14上的效果。
根据特定实施例，由处理单元24进行的飞行器当前位置的监视包括监视飞行器的当前高度。从而，当飞行器的当前高度大于预定第一点P1的高度时，飞行器的当前位置被视为位于预定第一点P1的上游，而当飞行器的当前高度小于预定第二点P2的高度时，飞行器的当前位置被视为位于预定第二点P2的下游。
根据另一个特定实施例，由处理单元24进行的飞行器当前位置的监视包括飞行器和跑道之间的当前距离的监视。从而，在飞行器和跑道之间的当前距离大于预定第一点P1和跑道之间的距离时，飞行器的当前位置被视为位于预定第一点P1的上游。在飞行器和跑道之间的当前距离小于预定第二点P2和跑道之间的距离时，飞行器的当前位置被视为位于预定第二点P2的下游。

Claims (10)

1.一种用于辅助沿跑道进场轴引导飞行器的方法，所述飞行器包括一组信息源、处理单元和用于引导所述飞行器的设备，所述方法包括：
由所述处理单元自动从该组信息源获取所述飞行器的当前位置和所述跑道进场轴之间的位置偏差；
由所述处理单元自动确定所述飞行器的纵轴和所述飞行器的轨迹之间的角度；
由所述处理单元自动根据所述角度确定能够由在所述飞行器着陆期间所述飞行器的纵轴与跑道的对准操纵导致的所述飞行器的横向轨迹偏移；
由所述处理单元自动根据所述横向轨迹偏移计算横向轨迹校正；
由所述处理单元自动通过将所述横向轨迹校正加到所述位置偏差来校正所述位置偏差；
由所述处理单元自动将该位置偏差发送到所述用于引导所述飞行器的设备；
由所述用于引导所述飞行器的设备基于所发送的该位置偏差自动操纵所述飞行器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过水平面上的投影来确定所述飞行器的纵轴和所述跑道进场轴之间的角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括：
监视所述飞行器的当前位置；以及，在计算所述横向轨迹校正中：
如果所述飞行器的当前位置位于预定第一点的上游，则所述横向轨迹校正等于0值；以及
如果所述飞行器的当前位置位于预定第二点的下游，则所述横向轨迹校正等于所述横向轨迹偏移。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述飞行器的当前位置从所述预定第一点变化直到所述预定第二点时，所述横向轨迹校正的值从0值变化直到所述横向轨迹偏移的值。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，监视所述飞行器的当前位置包括监视所述飞行器的当前高度。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，监视所述飞行器的当前位置包括监视所述飞行器和所述跑道之间的当前距离。
7.一种用于辅助沿跑道进场轴引导飞行器的系统，所述系统包括：
一组信息源；
处理单元；和
用于引导所述飞行器的设备，
其中，所述处理单元被配置为：
自动从该组信息源获取所述飞行器的当前位置和所述跑道进场轴之间的位置偏差；
自动确定所述飞行器的纵轴和所述飞行器的轨迹之间的角度；
自动根据所述角度确定能由在所述飞行器的着陆期间所述飞行器的纵轴与跑道的对准操纵导致的所述飞行器的横向轨迹偏移；
自动根据所述横向轨迹偏移计算横向轨迹校正；
自动通过将所述横向轨迹校正加到所述位置偏差来校正所述位置偏差；以及
自动将该位置偏差发送到所述用于引导所述飞行器的设备；以及
其中，所述用于引导所述飞行器的设备被配置为自动基于所发送的该位置偏差来操纵所述飞行器。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理单元被配置为从该组信息源获取所述飞行器的当前位置的值，并且：
如果所述飞行器的当前位置位于预定第一点的上游，则计算横向轨迹校正等于0值；以及
如果所述飞行器的当前位置位于预定第二点的下游，则计算横向轨迹校正等于所述横向轨迹偏移。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理单元被配置为：当所述飞行器的当前位置从所述预定第一点变化直到所述预定第二点时，计算从0值变化直到所述横向轨迹偏移的值的横向轨迹校正。
10.一种飞行器，包括如权利要求7至9中任一项所述的用于辅助沿跑道进场轴引导飞行器的系统。
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