CN106445655B - 将约束航线优化应用程序整合到航空电子机载系统的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了将约束航线优化应用程序整合到航空电子机载系统的方法，其中涉及一种在航空电子机载系统中实现的整合约束航线优化应用程序的方法，所述航空电子机载系统包括DAL+核心计算机和用于管理应用程序的DAL‑外围计算机。该整合方法在最大限度地减少全局成本标准CG的可能的分布内确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布(212)，全局成本标准CG取决于多个参数，至少包括整合在DAL+数字核心计算机内的基本功能的额外开发成本，并且该整合方法执行应用程序的整合(214)。

Description

将约束航线优化应用程序整合到航空电子机载系统的方法

技术领域

本发明涉及一种将对受约束的飞行器的一个或多个航线进行优化的服务或应用程序整合到具有客户端-服务器类型的开放式构架的航空电子机载系统中的方法。

本发明还涉及具有整合约束航线优化服务的开放式构架的机载系统的整合构架。

本发明还涉及整合到机载航空电子系统中的约束航线优化服务的实现。

本发明涉及机载系统领域，并更特别地，涉及在机载导航计算机上实现的航空电子系统，例如飞行管理系统FMS。

背景技术

在传统方式中，将每个实时航空电子系统构造和开发为在限定的使用框架内满足特别是故障率(重置)和功能服务质量(QoS)方面的性能需求。

机载航空电子系统限定于给定的环境(具有证明的性能等级)，并且具有不同的软件开发等级，该软件开发等级对应于不同的安全或关键性需求，成本或高或低。事实上，这些软件开发等级来自于根据国际标准RTCA DO178C(美国)或ED-12C(欧洲民用航空电子标准(EUROCAE)的欧洲相应标准)的飞行器风险分析FHA(功能危害分析)，该飞行器风险分析FHA被称为“运行可靠性分析”。这种风险分析建立飞行器操作链中每个功能的贡献，以确定必须达到的最大故障等级。为了实现该目标，标准限制了硬件和软件的所需质量，所述功能嵌入到硬件和软件中，并由所述硬件和软件来实现所述功能。这些开发质量等级被称为“DAL”(开发保障等级)。

目前的航空电子架构是历史的结果，其中经济上的考虑起到了重要的作用。因此，出于“认证信用”和增量资质的原因，也出于与接口有关的布线成本的原因，新的导航功能已经系统地整合在单个计算机内，即，飞行管理系统FMS、滑行系统TAXI或者自动驾驶仪PA。

同样地，依据被监控的对象，监控功能也系统地整合在单个计算机中：TCAS(交通防撞系统)、TAWS(地形感知系统)、WMS(天气管理系统)，CMU(“通信管理单元”，空域相关约束)、EFB(“电子飞行包”，公司业务约束)。

同样地，飞行器状态的监控集中在FWS(飞行警告系统)和OMS(机载维护系统)类型的计算机中。

目前，在等级DAL A(其对应于最高安全性等级)中开发自动驾驶仪PA，并且依据飞行器而在等级DAL B或C中开发FMS(基于在过程中不断增加的使用，其有切换到DAL开发等级B的趋势)。在等级DAL C或DAL D中开发TCAS的一部分并且作为保护装置，当其他系统发生故障时，其不用于引导飞行器而用于预先警告危险。

现在，对于相同功能，也就是说同一业务提供服务，可以估计DAL发展等级的每次变化使开发成本十倍地增加。事实上，当软件开发等级从D经过C和B增长到A时，安全性需求增加，这通过算法复杂性的增加和其验证程度而表明。

因此，导航的视觉辅助功能(其风险分析FHA需要等级D)当前被整合到现有计算机中的一个(等级A到C的FMS或PA)，从而导致开发成本是在等级D硬件环境中的十倍到百倍。

除了所述开发成本之外，将新功能或服务插入到现有构架中经常导致系统之间的复杂解决方案，其为机组人员和维修人员带来训练负荷，并且在为了实现功能而操作设备时增加出错的风险。

目前提出的解决方案包括公开号为FR3012880的第一法国专利申请，以及在2014年5月16日提交并且登记备案号为14/01108的第二法国专利申请，旨在整合到航空电子系统中，包括核心模块和外围模块，不需要修改核心模块的软件元素而增加功能，并且仅使用由核心模块提供的通用服务。因此，使得在高开发等级的核心模块(例如，FMS和/或PA)上整合新服务或功能的影响最小。

然而，将开发等级比核心模块低的外围类型的新硬件插入到现有的所谓“传统”构架中并且支持可兼容的开发等级的新功能，其本身具有很高的开发成本，特别是对于将数千架飞行器重新布线，将新计算机的硬件整合到机架从而与其他设备及其电源接合。

因此，仍然存在限定这样的航空电子机载系统的构架的技术问题：该航空电子机载系统具有更好的灵活性与适应性，并且可以以最低的成本保证整合新的导航功能，同时确保客户端的整个DAL等级。

因此，存在这样的需要，特别是在涉及到在可以整合约束飞行器航线优化服务的服务器-客户端类型的开放架构式的机载导航系统内限定导航构架时。

应当注意，在操作上有利的当前强大的约束航线优化器是基于未认证的软件技术而开发的，该软件技术消耗大量的计算时间和内存，并且不适合现有航空电子计算机。同样地，建模外部约束(交通、天气或地形的获取和剪切)的功能由专用计算机来执行，所述专用计算机不能被整合到FMS类型的当前“优化”航线计算系统中。

因此，这需要重新限定可以计算各个类型(交通、地形、天气、飞行器状态、空域、操作)的受约束的优化操作航线的飞行器系统之间的协作和功能，这最大限度地减少了整合到开放式构架导航系统的成本，所述开放式构架导航系统的核心是FMS和/或PA类型的高DAL计算机以及至少一个较低DAL的外围计算机，这最大限度地减少员工培训和维护成本，并且更具体地最大限度地减少对高关键性的计算机的影响(特别是FMS，FMS由于其尺寸和关键性而在飞行器内开发成本最高)。

技术问题是提出一种在操作上、功能上和物理上将用于在各种约束(交通、地形、天气、飞行器状态、空域、操作)下优化航线的服务或应用程序整合到“客户端-服务器”类型的机载航空电子系统中的方法，其在额外硬件、接口和软件方面、在复用硬件、接口和软件方面、以及在任务数量及硬件和软件限定时间(qualification time)方面，最大限度地减少用于应用程序整合的开发的装置，并且在维护和员工培训时间方面，最大限度地减少操作应用程序的方式，同时确保客户端的飞行器整体的DAL等级。

技术问题是还提出一种用于在各种约束(交通、地形、天气、飞行器状态、空域、操作)下优化飞行器航线的应用程序，其在操作上、功能上和物理上整合到“客户端-服务器”类型的开放式架构的机载航空电子系统中，其在额外硬件、接口和软件方面、在复用硬件、接口和软件方面、在任务数量及硬件和软件限定时间方面，最大限度地减少用于应用程序整合的开发的装置，并且在维护和员工培训时间方面，最大限度地减少操作应用程序的方式，同时确保客户端的飞行器整体的DAL等级。

技术问题是进一步提出一种具有“客户端-服务器”类型的开放式构架的整合机载航空电子系统，其在操作上、功能上和物理上整合在各种约束(交通、地形、天气、飞行器状态、空域、操作)下优化航线的应用程序，同时在额外硬件、接口和软件方面、在复用硬件、接口和软件方面，在任务数量及硬件和软件限定时间方面，最大限度地减少用于应用程序整合的开发的装置，并且在维护和员工培训时间方面，最大限度地减少操作应用程序的方式，遵守飞行器整体的DAL等级。

发明内容

为此目的，本发明的主题是一种在功能上和物理上将约束飞行器航线优化应用程序整合到航空电子机载系统中的方法，所述航空电子机载系统包括：

-DAL+数字核心计算机，其具有第一关键性等级DAL+，被整合到外围计算机以及具有低于或等于第一关键性等级DAL+的第二关键性等级DAL-的数据库的最初架构中，并且通过托管第一多个通用开放式服务Serv_DAL+(j)而用作服务器，以及

-DAL-外围计算机，其用于管理约束航线优化应用程序，具有低于或等于第一关键性等级DAL+的第二关键性等级DAL-，并且通过通信网络将服务请求调度到DAL+数字核心计算机和/或最初架构的计算机和数据库而用作客户端，其特征为，在功能上和物理上整合约束航线优化应用程序的方法包括以下步骤：

-在功能上将约束航线优化应用程序OPT_RTE分解成第二多个基本功能OPT_RTE_FU(i)；以及

-根据第二多个基本功能OPT_RTE_FU(i)，确定可以部分地或全部地由至少一个通用开放式服务来执行的基本功能的第一列表，并且对于每个基本功能确定通用开放式服务的第一子列表；以及

-在最大限度地减少全局成本标准CG的可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布，全局成本标准CG取决于多个参数，至少包括整合在DAL+数字核心计算机内的基本功能的额外开发成本；以及

-根据确定基本功能的最佳功能和物理分布的在前步骤中确定的在机载航空电子系统内的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合。

根据特定实施例，在功能上和物理上整合在各种约束条件下优化多个航线的应用程序的方法包括以下特征中的一个或多个：

-在可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布，以最大限度地减少第一全局成本标准CG1，第一全局成本标准CG1仅考虑整合在DAL+数字核心计算机内的基本功能的额外开发成本；以及根据在机载航空电子系统内通过使用第一标准CG1确定的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合。

-在可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布，以最大限度地减少第二全局成本标准CG2，第二全局成本标准CG2还考虑DAL+核心计算机和外围计算机之间的通信接口的开发成本、响应时间成本和维护成本，以最大限度地减少通信交换；以及根据在机载航空电子系统内通过使用第二标准CG2确定的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合；

-在可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布，以最大限度地减少第三全局成本标准CG3，第三全局成本标准CG3还考虑DAL+核心计算机中低DAL等级的某些代码段的开发，以从维护和演进的角度最大限度地减少整体复杂性；以及根据在机载航空电子系统内通过使用第三标准CG3确定的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合；

-在可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布，以最大限度地减少第四全局成本标准CG4，第四全局成本标准CG4还考虑在等级DAL-的外围计算机中使用的DAL+等级代码库，以最大限度地减少DAL+核心计算机的资源使用；以及根据在机载航空电子系统内通过使用第四标准CG4确定的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合；

-在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法进一步包括以下的额外步骤：在已经确定机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布后执行该额外步骤，并且该额外步骤包括：通过仿真或模拟来验证和评估约束航线优化应用程序的性能，和/或验证在核心计算机和外围计算机中实现的初始服务的性能；

-DAL+数字核心计算机托管服务Serv_DAL+(j)，所述服务Serv_DAL+(j)用于根据指定的制导模式来计算飞行计划、横向航迹和时间预测，其用于实现形成约束航线优化应用程序的部分基本功能；并且DAL+数字核心计算机连接到引航飞行器的计算机；

-第一多个通用服务Serv_DAL+(j)包括以下服务：计算飞行器的位置、插入/修改飞行计划、计算横向航迹、计算垂直航迹、计算飞行器性能、横向制导、垂直制导、对速度进行制导、咨询导航数据库、咨询飞行器性能数据库、咨询配置数据库、咨询磁偏角数据库、显示航线和航迹、显示数据库元素；

-约束飞行器航线优化应用程序包括以下基本功能：

■第一基本功能OPT_RTE_FU(1)，其用于选择“目标航线”；

■第二基本功能OPT_RTE_FU(2)，其用于计算沿着飞行计划和航迹的预测；

■第三基本功能OPT_RTE_FU(3)，其用于选择所施加的约束；

■第四基本功能OPT_RTE_FU(4)，其用于选择要遵守的最小间距；

■第五基本功能OPT_RTE_FU(5)，其用于向操作人员显示航线和约束；

■第六基本功能OPT_RTE_FU(6)，其用于检测当前航线和约束之间的冲突；

■第七基本功能OPT_RTE_FU(7)，其用于显示来自围绕航迹和/或围绕约束的数据库的导航元素；

■第八基本功能OPT_RTE_FU(8)，其用于解决航线和约束之间冲突的回避计算；

■第九基本功能OPT_RTE_FU(9)，其用于将回避整合到当前航线，旨在由第二基本功能OPT_RTE_FU(2)复用以确定新的飞行计划(新航迹)；

■第十基本功能OPT_RTE_FU(10)，其用于执行新的航线；

■第十一基本功能OPT_RTE_FU(11)，其用于定期监控约束的演化。

-基本功能OPT_RTE_FU(2)、OPT_RTE_FU(5)、OPT_RTE_FU(7)、OPT_RTE_FU(7)和OPT_RTE_FU(10)被分配到DAL+数字核心计算机并且在所述DAL+数字核心计算机中实现；其余的基本功能被分配给整合约束航线优化应用程序的系统的DAL-外围计算机并且在所述DAL-外围计算机中实现；

-基本功能FIM_FU(10)，其对应于用于所选的制导模式和所选的导航元素的服务Serv_DAL+(4)，FIM_FU(10)被分配给DAL+数字核心计算机4并且在所述DAL+数字核心计算机4中实现；其余的基本功能被分配给整合约束航线优化应用程序的系统的DAL-外围计算机并且在所述DAL-外围计算机中实现；

-基本功能OPT_RTE_FU(2)、OPT_RTE_FU(5)、OPT_RTE_FU(7)、OPT_RTE_FU(7)、OPT_RTE_FU(8)和OPT_RTE_FU(10)被分配给DAL+数字核心计算机并且在所述DAL+数字核心计算机中实现；其余的基本功能被分配给整合约束航线优化应用程序的系统的DAL-外围计算机并且在所述DAL-外围计算机中实现；

-第一基本功能OPT_RTE_FU(1)包括选择由以下元素中的一个限定的“目标航线”：目标机场、目标参考航线、部分目标参考航线、参考航迹、由飞行员限定的成组的航点、从导航数据库选择的成组的航点和导航信标；

-第二基本功能OPT_RTE_FU(2)计算沿着飞行计划和航迹的预测，特别包括3D预测位置，以及可选地包括沿着航迹的飞行器的时间上的预测位置，所述时间上的预测位置能够管理动态或演化约束；

-第三基本功能OPT_RTE_FU(3)选择所施加的约束，这些约束由地理几何形状或原始视觉表示来限定，例如建模体积(特别是，云、3D空域和障碍物)、3D表面(特别是地形表面)和2D表面(特别是空域的边界和变化)。

本发明的主题还涉及航空电子机载系统，其配置为执行约束飞行器航线优化应用程序，并且在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序，所述航空电子机载系统包括：

-DAL+数字核心计算机，其具有第一关键性等级DAL+，被整合到外围计算机以及具有低于或等于第一关键性等级DAL+的第二关键性等级DAL-的数据库的最初架构中，并且通过托管第一多个通用开放式服务Serv_DAL+(j)而用作服务器，以及

-DAL-外围计算机，其用于管理约束航线优化应用程序，其具有第二关键性等级DAL-，通过通信网络将服务请求调度到DAL+数字核心计算机和/或最初架构的外围计算机和外围数据库而用作客户端；

约束航线优化应用程序OPT_RTE被分解成多个基本功能OPT_RTE_FU(i)，所述OPT_RTE_FU(i)通过上文所限定的整合方法来确定的最佳分布方案而在物理上分布在DAL+数字核心计算机和DAL-外围管理计算机之间，以及

DAL-外围管理计算机，其配置为支持以下各项应用程序：MMI，整合MSI、CMU、TCAS、TAWS；EFB、平板电脑、交通计算机、专用通用分区；以及DAL+数字核心计算机，其配置为支持以下各项应用程序：飞行管理系统FMS、自动驾驶仪(PA)、结合FMS和PA功能的FMGS系统。

附图说明

通过阅读仅以示例方式给出的多个实施例的描述并且参照附图，本发明将得到更好的理解，其中：

-图1是飞行器的FMS型飞行管理系统的示意图，其配置为实现约束航线优化功能，所述应用程序根据本发明的整合方法进行整合；

-图2是支持FMS功能的DAL+核心计算机的架构的示意图；

-图3由支持FMS通用功能并作为服务器的DAL+等级计算机提供的通用服务库的树结构的示意图；

-图4是根据本发明的用于在DAL+等级FMS核心计算机和管理约束航线优化应用程序的DAL-外围计算机之间整合约束飞行器航线优化功能的方法的流程图；

-图5是执行根据图4的本发明整合方法而整合的约束航线优化功能的流程图；

-图6是近似面状的3D三维表面的示意图，并且在图5的执行整合的约束航线优化功能的步骤中以特定方式使用该3D三维表面；

-图7是在约束航线优化功能OPT_RTE的算法中设想的配置的示意图，其中，面状的3D表面穿过飞行器的预测航迹；

-图8是在没有气象意外事件(meteorological contingency)和第二航线的情况下最初预测的第一飞行器航线的示意图，该第一飞行器航线由约束航线优化应用程序预测，并且约束航线优化应用程序管理也在图中示出了气象意外事件。

具体实施方式

根据图1，机载导航系统2包括至少两个计算机以及通信网络20；至少两个计算机的其中一个是数字导航核心计算机4，以及至少一个外围计算机(这里是五个计算机6、8、10、12、14)；通信网络20链接数字核心计算机4和至少一个外围计算机6、8、10、12、14，所述通信网络20仅以功能的方式显示于图1中。

计算机通常被理解为硬件和软件计算链。计算机可以包括多个壳体和/或硬件板和/或多个软件分区。通过第二链或本领域技术人员已知的任何其他多样化方法，计算的冗余、相异、监督和监视成为该术语的限定的一部分。

导航系统2被配置为执行应用程序OPT_RTE，该应用程序OPT_RTE在各种约束条件(交通、地形、天气、飞行器状态、空域、操作)下优化多个航线。

一个外围计算机(这里计算机6)是平板电脑或EFB(电子飞行包)，配置为管理或协调应用程序OPT_RTE的任务，并且被称为管理计算机。用于应用程序OPT_RTE的外围管理计算机6通过通信网络20连接到DAL+数字核心计算机4以及其他四个外围计算机8，10，12，14，以交换各种功能请求和响应。

数字核心计算机4被配置为支持FMS和/或PA功能，而外围计算机8、10、12、14被配置为分别支持TAWS(地形感知与预警系统)、TCAS(交通防撞系统)、WMS(天气管理系统)和CMU(通信管理单元)功能。

用于管理或协调应用程序OPT_RTE的任务的外围计算机6包括输入/输出接口24，输入/输出接口24用于与操作人员环境26交换操作请求和响应，操作人员环境26包括例如飞行员、AOC(航空公司运营通信)或ATC(空中交通管制)地面站。

数字核心计算机4特别被配置为服务器，其托管第一多个通用开放式服务Serv_DAL+(j)，j是通用服务的指向索引(pointing index)，并且具有软件开发或关键性的第一安全性等级DAL+。

外围计算机6、8、10、12、14具有软件开发第二安全性等级DAL-，其低于或等于软件开发第一安全性等级DAL+，在外围计算机6、8、10、12、14中，至少外围计算机6(用于管理优化应用程序OPT_RTE)被配置作为相对于服务器4的客户端工作。

将机载系统的每个计算机构造和开发为满足在限定的使用框架内(特别是在故障率(重置)和功能性的服务质量(QoS)方面)的性能需求。机载航空电子系统限定于给定的环境，具有证明的(demonstrated)性能等级。

这些计算机具有不同的软件开发等级，其成本或高或低：这些软件开发等级来自于根据国际标准RTCA DO178C(美国)或ED-12C(欧洲民用航空电子标准(EUROCAE)的欧洲相应标准)的飞行器风险分析FHA(功能危害分析)，该飞行器风险分析FHA被称为“运行可靠性分析”。运行可靠性分析建立飞行器操作链中每个功能的贡献，以确定必须达到的最大故障等级(故障率)。为了实现所考虑的目标，标准限制了功能嵌入的硬件和软件所需的质量。

软件开发存在五个单独的等级，在标准RTCA DO178C或ED-12C中从最关键(等级A)到最不关键(等级E)：

·等级A：所研究的系统或子系统的故障可能导致灾难性问题-损害(compromised)飞行和着陆的安全性-飞行器坠毁；

·等级B：所研究的系统或子系统的故障可能导致带来严重损坏甚至一些人员死亡的重大问题；

·等级C：所研究的系统或子系统的故障可能导致带来飞行器的虚拟设备的故障的严重问题；

·等级D：所研究的系统或子系统的故障可能导致干扰飞行安全的问题；

·等级E：所研究的系统或子系统的故障可能导致不影响飞行安全的问题；

这些软件安全开发等级被称为“DAL”(开发保障等级)。硬件和软件方面的约束被固定为以下值：

等级A：10-9/FH的最大故障率(FH＝飞行小时)；

等级B：10-7/FH的最大故障率(FH＝飞行小时)；

等级C：10-5/FH的最大故障率(FH＝飞行小时)；

等级D：10-3/FH的最大故障率(FH＝飞行小时)；

等级E：10-1/FH的最大故障率(FH＝飞行小时)；

用于管理服务的DAL-外围计算机6被配置为支持以下应用程序：

-MMI，整合MSI；

-CMU；

-TCAS；

-TAWS；

-EFB；

-平板电脑；

-交通计算机；

-专用通用分区；

DAL+数字核心计算机4被配置为支持以下应用程序：

-飞行管理系统FMS；

-自动驾驶仪(PA)；

-结合FMS和PA功能的FMGS系统。

在这个实施方式中，用于分配和排序基本功能OPT_RTE_FU(i)的功能(基本功能OPT_RTE_FU(i)执行操作优化应用程序OPT_RTE)可以在独立于机载航空电子系统2的计算机的整合方法中实现，或托管(host)在一个应用程序(例如，在与飞行员或机组人员对话的EFB或平板电脑中，在与地面(公司，控制中心)对话的CMU中)，或者托管于此时作为滤波器(filter)的DAL+核心计算机4。

根据图2以及示例性功能构架，DAL+数字核心计算机4支持根据ARINC 702A标准(高级飞行管理计算机系统，1996年12月)的标准FMS应用程序50，DAL+数字核心计算机4被配置用于确保以下所有或部分功能：

导航LOCNAV 52，其根据地理定位装置(GPS、GALILEO、VHF无线电航标、惯性平台)的功能来完成飞行器的最佳定位；

飞行计划FPLN 54，其输入构成待跟随的路线的概况的地理元素(进离场程序、航点、航线)；

导航数据库NAVDB 56，其借助于包含在库中的数据来构建地理路线和程序(点、航标、拦截或高度航段等)；

性能数据库，PRF DB 58，包括飞行器的空气动力和发动机参数。

横向航迹TRAJ 60，其用于根据飞行计划的点构建连续航迹，遵守飞行器性能和限制约束(RNP)；

预测PRED 62，其用于构建横向航迹上的最佳垂直轮廓；

制导GUIDANCE 64，其用于在飞行器的3D航迹的横向和垂直平面中引导飞行器，同时优化速度；

数字数据链路DATALINK 66，其与控制中心和其他飞行器进行通信。

FMS的作用之一是通过使用传感器67(惯性平台、GPS、无线电航标)来定位飞行器。这里为LOC NAV部分52。

基于包含在导航数据库NAV DB 56中的地理信息，飞行员可以构建其航线，称为飞行计划，并且包括航点列表。这是FPLN部分54的作用。FMS可以管理多个飞行计划。其中之一(在ARINC 702A中缩写为“有效”)指定引导飞行器的飞行计划。存在工作飞行计划(有时，被称为“次要”或“无效飞行计划”)以及短暂的飞行计划(临时飞行计划)。

由TRAJ部分60根据航点(通常称为航段(LEG))和/或高度和速度条件(其用于计算转弯半径)之间的几何函数来计算横向航迹。

在此横向航迹上，FMS 50通过使用包含在PERF DB 58中的空气动力和发动机性能的模型来优化经过可能的高度、速度、时间限制的垂直航迹(在高度和速度方面)。

已知飞行器的位置和3D航迹，FMS 50可以使飞行器从属于这个航迹。这是GUIDANCE部分64。

由FMS 50输入和计算的所有信息一起分组在MMI显示屏70(MFD页面，NTD和PFD，HUD或其他视图)。

由DATALINK部分66实现与地面(公司、空中交通管制)的通信。

应当指出的是，在FMS术语中，术语“修订”用来描述FMS系统的数据的插入/修改/删除，以及术语“版本”也常被使用。

在目前的架构和任何飞行器中，“飞行计划”和“优化航迹”部分通常包含在被称为“飞行管理系统”“FMS”的专用计算机(或飞行管理计算机)中。这些功能构成FMS业务核心。这个系统还可以托管“定位”和“制导”部分。为了确保其任务，FMS被连接到多个其他计算机(100个左右)。

根据图3，支持FMS功能集合50的DAL+计算机的通用开放式服务Serv_DAL+(j)组成FMS服务器80，并且被分成三类。

第一类通用开放式服务82涉及咨询地理数据84和磁偏角86(或“导航数据和动态磁场变化”)的服务，其允许客户端在地球的一个点上搜索和操纵地理信息(NAV DB)或磁偏角信息(MAG VAR)，大部分程序仍是参照北磁极。

第二类通用开放式服务88涉及咨询飞行器性能(“飞行器特性和性能”)的服务，涉及TRAJ、PRED和PERF DB。

第二类服务88提供：

ο飞行器的边界特征，例如最小和最大重量、认证的最大飞行高度；起飞和着陆速度(称为特征速度)；飞行包线计算(最大速度、失速速度、最大侧倾等)；

ο根据所选飞行器模式的整合计算(以恒定推力爬升一定数量X的英尺，以确定的空气斜率和冷冻速度下降、以施加的角度转向等)，基准计算(对于一些FMS，可以在PERF DB中限定简化性能计算，只是在预测需求较低处)。

第三类通用开放式服务90涉及“飞行管理”服务，即：

ο咨询飞行器的状态92(连接到FMS的系统的位置、速度、状态，例如发动机的状态、自动驾驶接合模式等)；

ο咨询和修改飞行计划和5D航迹94；

ο咨询和修改飞行初始化数据(输入起飞速度、巡航高度、预期天气、燃料消耗模式等)；

ο在例如以下情况中，根据所限定的飞行行为(制导)和飞行器状态的模式，在给定的时间范围内进行预测的服务：

■希望确定具有1个故障发动机的2000英尺高度变化的平均爬升率的自动驾驶仪，希望比较平均消耗与FMS预期消耗的燃料计算机，等；

■希望根据具有确定横向制导和确定速度制导的模式来确定飞行器的水平(或3D)进程的TCAS计算机。

通用开放式服务的某些基本请求可以对应于通用服务的单一请求，例如：

·检索飞行器周围机场的请求，对应于导航数据库咨询服务的单一服务“Get_Airport”；

·例如插入AEEC ARINC 424格式的公司航线的请求，对于客户端也是由上述附图的“飞行准备”部分提供的单一服务“INSERT_COROUTE”；

·咨询飞行器状态的请求(例如，当前燃料)，对应于由“飞行器状态”部分提供的单一服务“Get_current_Fuel”；

·咨询飞行器当前飞行包线的请求(例如，最小和最大速度)，对应于由“飞行包线计算”部分提供的单一服务“Get_flight_envelpoe”；

其他更复杂的请求可以由命令组(群)形式的一系列基本请求组成，通常例如，用于插入飞行计划作为单独元素的“INSERT FPLN”请求，例如目前由公司(AOC)和控制中心(ATC)的DATALINK服务执行，在AOC 702A和ATC DO258的ARINC标准中限定。

完整飞行计划的插入是“INSERT FPLN”请求，其通常包括以下参数，在所考虑的标准中限定，即：

ο可以计算待跟随的路线的元素；

ο机场(出发、到达、备降)；

ο起飞程序(被称为起飞跑道，SID等)；

ο巡航程序(被称为航空路线)；

ο到达程序(被称为到达跑道，STAR，VIA等)；

ο复飞程序(被称为进场失败)；

ο到达转降机场附近的飞行许可程序(被称为备降)；

ο增加到程序的航点；

ο导航信标；

ο在由上述程序产生的点上或在航点上的高度、速度、时间限制；

ο飞行计划初始化元素，有可能额外进行航迹计算和预测，即：

ο巡航高度；

ο起飞计划的重量；

ο性能指标(被称为成本指数)；

ο起飞的初始位置；

ο飞行计划中的环境元素；

ο沿着飞行计划在上述程序所产生的点上或航点上的风和温度数据形式的天气预报；

ο出发和到达的气压设定预测。

根据图4，在功能上和物理上将约束航线优化应用程序整合到开放式构架的航空电子机载系统2(例如，图1中限定的)中的方法202OPEN_OPT_RTE，包括第一步骤204、第二步骤206、第三步骤208、第四步骤210、第五步骤212、第六步骤214、第七步216。

在第一步骤204中，验证DAL+核心计算机的开发等级与约束航线优化功能OPT_RTE的关键性等级的兼容性。在已经确定与功能OPT_RTE相关联的关键性等级后，将关联于功能OPT_RTE的关键性等级与DAL+核心计算机的关键性等级进行比较。如果功能OPT_RTE的关键性等级低于或等于DAL+核心计算机的关键性等级，那么功能OPT_RTE很有可能部分地在广义的较低等级DAL-计算机上实现。否则，必须重新使用系统架构以在系统架构中包括比开始计划的DAL+数字核心计算机的关键性等级更高的计算机，以执行功能OPT_RTE。

用于提出替代航线以预期一个或多个间接约束的操作功能可以具有低等级(例如，具有关键性等级D或E)并且对应于：

-飞行器前方几十分钟或几个小时所预期的天气意外事件或危险，或实际到达的天气意外事件或危险；

-间接地形/障碍物意外事件或危险，例如仍在飞行器前方或所在空域的山地地形内的航线变化，其被限制为时间表的函数；

-远处交通意外事件或危险，例如交通限制或空袭后空域中所预期的拥挤；

-公司意外事件，例如出于连接原因(枢纽(hub))而需要更改航线，或需要使中途机场的乘客登上飞行器；

-远处机场意外事件，例如跑道封闭，跑道上的透明薄冰，下机问题；

-飞机内部的非严重意外事件，例如非关键计算机的故障；

-或者成组的该类型的任意约束。应当注意，这些约束的累加可以提高关键性程度：典型的，与需要飞行在一定上限以下的飞行限制条件(压降、机上的压力相关医疗问题)结合的远处地形意外事件(山区)将必须以更可靠的方式来产生地形的清楚路线。

用于提出替代航线以预期更强约束的操作功能可以具有中间等级(例如具有关键性等级C或D)并且对应于：

-当前建立的、飞行器前方几十分钟或更少的天气意外事件或危险，例如，形成积雨云、到达冻云的区域等；

-中期地形/障碍物意外事件或危险，例如，在当前跟随的多山地形内的航线的改变，或者在几十分钟或更少的时间内激活的空域约束内的航线的改变；

-中期交通意外事件，例如，到达繁忙的空域，检测到与附近的其他飞行器的中期冲突；

-公司意外事件，例如，出于更关键的原因而需要更改航线(医疗紧急事件)，在从国家撤离的过程中使乘客登上飞行器；

-靠近机场意外事件，例如跑道封闭，跑道上的透明薄冰，入境问题；

-飞机内部的较严重意外事件，例如关键计算机的故障、机舱压降、引擎故障。

接下来，在第二步骤206中，DAL+数字核心开放式构架导航计算机的计算能力根据通用服务库(Serv_DAL+(1)，...，Serv_DAL+(j)，...，Serv_DAL+(n_Serv))进行登记和分类，这些通用服务源自在关键计算机(例如，FMS)中开始出现的开放式构架概念。

在图3和与图3相关的文字描述中描述了，这些服务Serv_DAL+(j)在支持FMS功能的数字核心计算机中的通用分类。

在约束航线优化OPT_RTE的情况下，第二步骤206将使用如下请求：修改(或重新限定)飞行计划、横向航迹计算、时间范围内计算垂直预测、垂直飞行行为(或制导)预测模式。

因此，对于支持FMS功能并具有开放式构架的DAL+核心计算机4，列出以下服务：

■咨询服务Serv_DAL+_CONSULT，其包括：

-服务Serv_DAL+_CONSULT(1)，其用于咨询FMS的地理数据库(NAVDB，MAGVAR，机场BDD(数据库)，飞行员数据库)；

-服务Serv_DAL+_CONSULT(2)，其用于咨询FMS的飞行器性能数据库(PERFDB)；

-服务Serv_DAL+_CONSULT(3)，其用于咨询飞行器数据库或配置元素(AMI，PinProg)；

■飞行计划修改服务Serv_DAL+_PDV，其包括：

-服务Serv_DAL+_PDV(1)，其用于插入/修改过程元素，以及上述确定的导航数据库元素(机场，起飞过程，着陆，巡航，输入航点，复飞等)；

-服务Serv_DAL+_PDV(2)，其用于插入/修改飞行器初始化数据(重量，巡航高度，成本指数)；

-服务Serv_DAL+_PDV(3)，其用于插入/修改飞行器环境(沿着飞行预测的风、温度和压力)；

■服务Serv_DAL+_TRAJ，其用于计算航迹(横向、垂直)，其包括：

-服务ServDAL+_TRAJ(1)，其用于根据在服务Serv_DAL+_PDV中限定的飞行计划规定和飞行计划相关特征来计算横向和垂直航迹；

-服务Serv_DAL+_TRAJ(2)，其用于根据以下各项中施加的横向模式来计算飞行器的部分横向航迹：

.*获取和保持航向(航向模式)；

.*获取和保持航线(航迹或航线模式)；

.*FMS轨迹跟踪(LNAV横向导航模式)；

.*无线电波束跟踪(VOR，DME，LOC等)。

这些模式被认为是示例，还可以添加飞行器的其他常规模式，例如保持侧倾。

-服务Serv_DAL+_TRAJ(3)，其用于时间整合，以根据以下各项中的垂直制导模式获得预测：

.*以固定推力和纵向速度设定点(CAS，TAS，MACH或GS)爬升；传统术语中称为的“OPEN CLIMB”模式；

.*以纵向速度设定点和垂直速度设定点(V/S)爬升；传统术语中称为“CLIMB VS/SPEED”模式；

.*以纵向速度设定点和斜率设定点(FPA)爬升；传统术语中称为“CLIMB FPA/SPEED”模式；

这些模式被认为是示例，还可以添加飞行器的其他常规模式，例如保持高度和保持攻角。还可以考虑对应于下降的相同模式，例如OPEN DES等。

-服务Serv_DAL+_TRAJ(4)，其涉及整合天气，采用在各种高度上的天气模型和测量值的形式；

-服务Serv_DAL+_TRAJ(5)，其涉及强制选择特定配置作为输入参数从而进行模拟，例如：故障发动机的数量，发动机衰减系数(性能因素、磨损)或空气动力衰减系数(阻力系数或阻力因素)。

通用服务Serv_DAL+_TRAJ(4)和Serv_DAL+_TRAJ(5)可以有利地添加到由DAL+核心计算机提供的服务的列表中，并且可以改进通用服务Serv_DAL+(1)，Serv_DAL+(2)或Serv_DAL+(3)的计算。

■显示服务Serv_DAL+_MMI，其包括：

-服务Serv_DAL+_MMI(1)，其用于调度航线(飞行计划，航迹)到显示屏；

-服务Serv_DAL+_MMI(2)，其用于调度导航数据库(NAVDB，机场BDD)的元素到显示屏；

■计算飞行器位置服务Serv_DAL+_LOC，FMS(或PA)提出通过以下各项而管理飞行器位置：

-服务Serv_DAL+_LOC(1)，其用于根据传感器(惯性，GNSS，导航无线电信标)来计算飞行器向量(位置，速度)；

■计算航迹(横向，垂直)服务Serv_DAL+_GUID，其包括：

-服务Serv_DAL+_GUID(1)，其用于调度横向制导设定点到可由所述方法202使用的飞行器的自动装置；

-服务Serv_DAL+_GUID(2)，其用于调度垂直制导设定点到可由所述方法使用的飞行器的自动装置；

-服务Serv_DAL+_GUID(3)，其用于调度速度制导设定点到可由所述方法202使用的飞行器的自动装置；并且FMS(或PA)提出来管理根据期望模式的飞行器的横向和/或垂直制导；

■管理航迹和制导飞行计划的服务Serv_DAL+_ADMIN，其包括：

-服务Serv_DAL+_ADMIN(1)，其可以管理飞行计划，插入飞行计划、交换飞行计划、复制/粘贴飞行计划等；

-服务Serv_DAL+_ADMIN(2)，其可以管理航迹，插入航迹、交换航迹、复制/粘贴航迹等；

-服务Serv_DAL+_ADMIN(3)，其可以管理驾驶自动装置，例如接合/脱离制导模式。

这个列表通过示例的方式给出；其既不详尽也不进行限制，某些FMS类型的导航计算机仅实现这些服务的子部分，其他计算机实现更多的服务，例如关注其他系统的故障，与空中交通管制(“空中交通管制”ATC)或公司(航空公司运营通信AOC)地面站进行数字通信。

此后，在第三步骤208中，通过将所述功能分解成第二多个基本功能OPT_RTE_FU(1)，...，OPT_RTE_FU(i)，...，OPT_RTE_FU(n_OPT_RTE_FU)而执行用于优化各种约束OPT_RTE下的航线的功能或应用程序的功能分析，i表示从基本功能的第1到总数n_OPT_RTE_FU个基本功能的指针。

随后，“OPT_RTE AIRCRAFT”将指的是在其上嵌入约束航线优化功能OPT_RTE的飞行器，并且约束航线优化功能OPT_RTE计算所述飞行器的优化航线，同时遵守成组的外部约束(例如，交通、地形、天气、故障、操作等)。

按约束航线优化操纵OPT_RTE的次序对基本功能OPT_RTE_FU(1)，...，OPT_RTE_FU(i)，...，OPT_RTE_FU(n_OPT_RTE_FU)进行排序，如下所述：

■第一基本功能OPT_RTE_FU(1)，其用于选择由以下元素之一限定的“目标航线”：

-目标机场：在改航新目的地的情况下，飞行器停止飞行计划，并且限定新的目的地机场；然后方法施加于其上的航线仅由两个元素组成：飞行器当前位置，以及新机场；

-目标参考航线：在当前正在飞行的预定航线的情况下，这个航线(飞行计划)被限定为“目标航线”以搜索优化航迹；

-部分目标参考航线：在从飞行计划的一点改航以再加入新的目的地机场或航线下游的另一个点或另一个限定点的情况下，“目标航线”由最初飞行计划部分和目标机场/点组成；

-参考航迹：在优化航迹的情况下，没有飞行计划元素(航点、航线、起飞和着陆程序)，目标航线由参考航迹组成；

-成组的由飞行员限定的航点：在手动选择回避的情况下，例如在EFB或平板电脑上，飞行员选择飞行器必须通过的航点。这个新元素在飞行员基地中创建；

-成组的从NAVDB选择的航点和导航信标：在手动选择回避的情况下，例如在EFB或平板电脑上，飞行员选择飞行器必须通过的区域。不是在飞行员基地(pilot base)中创建新元素，而是使用已经存在于NAVDB中和位于所选区域中的点。这可以有助于将来的ATC协议，而不在禁止导航的区域中创建点，从而通过只检索飞行员选择周围的有限数量元素而优化DAL-和DAL+设备之间的交换。相对于在EFB或平板电脑显示屏(振动，显示比例)上的手动选择，这种类型的选择可以更精确的更改航线结构。属于程序的航线选择可以通过使用程序(例如，插入航线)而继续更改航线。

■第二基本功能OPT_RTE_FU(2)，其用于计算沿着飞行计划和航迹的预测，特别包括沿着航迹在3D和可选的在时间上预测的飞行器位置，时间上预测的位置可以管理动态或演化的约束；

■第三基本功能OPT_RTE_FU(3)，其用于选择所施加的约束，这些约束由地理几何图形或原始视觉表示来限定，例如，体积(云、3D空域和障碍物)、3D表面(地形)和2D表面(边界和空域变化)；

■第四基本功能OPT_RTE_FU(4)，其用于选择要遵守的最小间距；

■第五基本功能OPT_RTE_FU(5)，其用于向操作人员显示航线和约束，该功能允许操作人员控制在航线和约束之间穿行的问题；

■第六基本功能OPT_RTE_FU(6)，其用于检测当前航线和约束之间的冲突，该功能是静态或动态(如果约束是演化的)的。其以小于要遵守的最小间距来检测航线和约束之间的几何穿越；

■第七基本功能OPT_RTE_FU(7)，其用于显示围绕航迹和/或围绕约束的来自数据库的导航元素，该功能可以是自动的，或通过操作人员“选择”区域而手动的(其要求显示导航元素)；

■第八基本功能OPT_RTE_FU(8)，其用于解决航线和约束之间冲突的回避计算；应当指出，市场上存在很多约束航线优化器(或“求解器”)；该功能还可以通过输入(或创建飞行点)导航元素或创建在飞的回避航迹而手动地实现；

■第九基本功能OPT_RTE_FU(9)，其用于将回避整合到当前航线，通过第二基本功能OPT_RTE_FU(2)而复用第九基本功能OPT_RTE_FU(9)以确定新飞行计划、新航迹；

■第十基本功能OPT_RTE_FU(10)，其用于执行新的航线；

■第十一基本功能OPT_RTE_FU(11)，其用于定期监控和跟进约束的演化。

接下来，在第四步骤210中，对于在第三步骤208中确定的每个基本功能OPT_RTE_FU(i)，首先确定是否基本功能OPT_RTE_FU(i)可以由现有DAL+导航计算机4的通用服务Serv_DAL+(i)执行。因此，根据第二多个基本功能OPT_RTE_FU(i)，确定可以由至少一个通用开放式服务部分地或全部地执行的基本功能的第一列表，并且对于每个基本功能OPT_RTE_FU(i)确定通用开放式服务的第一子列表。换句话说，建立在用于计算约束优化航线OPT_RTE的应用程序的基本功能OPT_RTE_FU(i)和其可用的通用开放式服务之间的对应表格(或映射)。

因此，可以确定的是DAL+数字核心计算4可以处理：

■用于计算沿着飞行计划的预测航迹的第二基本功能OPT_RTE_FU(2)，其对应于通用服务Serv_DAL+_FPLN(1)和Serv_DAL+_TRAJ(1)；

■用于航线(飞行计划，航迹)显示部分的第五基本功能OPT_RTE_FU(5)，其对应于服务Serv_DAL+_MMI(1)；

■用于显示围绕航迹和约束的导航元素的第七基本功能OPT_RTE_FU(7)，其对应于服务Serv_DAL+_MMI(2)；

■用于将航线修改整合到飞行器航线的第九基本功能OPT_RTE_FU(9)，其对应于服务Serv_DAL+_ADMIN(1)和Serv_DAL+_ADMIN(2)；

■用于执行航线的第十基本功能OPT_RTE_FU(10)，其对应于服务Serv_DAL+_GUID(1)，Serv_DAL+_GUID(2)和Serv_DAL+_GUID(3)。

接下来，在第五步骤212中，考虑全局成本标准CG，以在最大限度地减少所述全局成本标准CG的可能的分布内，确定在机载航空电子系统2内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布。

一般来说，全局成本标准“CG”取决于多个参数，至少包括DAL+核心计算机中基本功能的开发成本。

根据全局标准CG的第一实施例CG1，全局成本标准CG1仅取决于DAL+核心和/或DAL+等级代码库计算机中的多个基本功能的开发成本。

可以被考虑的其他参数是：两个DAL+计算机4和DAL-计算机6之间的通信接口的开发成本、响应时间成本、估计的维修成本、培训成本、维护和升级功能的成本、以及可选的由设计者限定的其他成本。

根据全局成本标准CG的第二实施例CG2，其可以更有利地整体开发DAL+计算机中低DAL等级的某些代码段，以最大限度地减少在响应时间、通信接口安装和可维护性方面昂贵的交换。

根据全局成本标准CG的第三实施例CG3，其可以更有利地整体开发DAL+计算机中低DAL等级的某些代码段，以从维护和升级的角度最大限度地减少整体复杂性。

根据全局成本标准CG的第四实施例CG4，其可以更有利地整体在低DAL计算机中使用DAL+等级代码库，以最大限度地减少DAL+核心计算机4的资源使用。

此后，在第六步骤214中，根据最大限度地减少全局成本标准CG的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布开始进行两个DAL+计算机4和DAL-计算机6之间的计算、接口和计算序列的实施。

在考虑全局标准CG的第一实施例CG1的情况下，也就是说，如果仅整合DAL+核心计算机的额外开发成本，则方法202将基本功能OPT_RTE_FU(2)，OPT_RTE_FU(5)，OPT_RTE_FU(7)，OPT_RTE_FU(9)和OPT_RTE_FU(10)分配给DAL+核心计算机。由于其他基本功能不对应于自动驾驶仪PA的飞行管理系统FMS的关键功能区域，这些功能更适合用于整合到DAL-计算机中。

在考虑全局标准CG的第二实施例CG2的情况下，也就是说，仅将接口开发成本增加到DAL+核心计算机的额外开发成本中，则方法202确定仅将第十基本功能OPT_RTE_FU(10)分配给DAL+核心计算机，对应于该功能的自动装置的控制对于飞行器是关键的，并且仍需要由高DAL等级(也就是说DAL+)计算机来管理。应当注意的是，在这种情况下，如果在低DAL的DAL-计算机中开发，那么其他基本功能OPT_RTE_FU(2)，OPT_RTE_FU(5)，OPT_RTE_FU(7)，OPT_RTE_FU(9)的航迹整合将毫无疑问地具有不太好的质量和可靠性。将必须正确实施用于减少风险的操作程序以减轻这种缺陷，例如视差的图像监控，由飞行员计算，由地面计算机确认。

如果约束航线计算优化软件引擎或优化器(或“求解器”)的关键性等级是高，或者如果出于接口或可维护性的原因，最好是在回避的计算中具有连续性，在第三实施例中方法202将能够决定将除了其他五个基本功能之外的第八基本功能OPT_RTE_FU(8)分配给DAL+计算机4，同时这将可以在一个相同计算机中具有基本功能OPT_RTE_FU(7)，OPT_RTE_FU(8)，OPT_RTE_FU(9)和OPT_RTE_FU(10)的计算序列。

最后，在第七步骤216中，通过最大限度地减少全局标准CG以最佳方式整合到导航系统中的约束航线优化功能通过连接DAL+核心计算机和至少一个DAL-外围计算机来执行。

因此，方法202 OPEN_OPT_RTE可以保证航线约束优化功能的严格最低开发等级，同时最大限度地减少开发成本，将人为因素(例如，功能熟悉时间、员工培训和训练时间、故障管理时间(即，维护时间))整合到成本标准，以分开两个计算机DAL+和DAL-的升级，并且提高可维护性(使各种功能的部署随着时间前后交错，而没有危害系统的关键结构元素，即“DAL+”计算机)，充分利用在“DAL+”计算机中开始出现的开放式构架概念，例如FMS。

根据图5以及实现根据图4的优化整合方法整合的功能OPT_RTE的模式，当由整合机载航空电子系统执行约束航线优化功能302时，其包括以下步骤：

在根据第一实施例的第一步骤304中，由DAL-计算机6来实现对应于第一基本功能OPT_RTE_FU(1)的执行的导航元素的选择。通过与操作人员(这里为飞行员，其操作DAL-计算机6以及选择其想要运行的优化方法OPT_RTE的航线或者部分航线或航迹)的接口来执行这种选择。这里假定DAL-计算机6已经订阅DAL+计算机的公布航线(飞行计划，航迹)。

在替代方式中，由DAL+计算机来实现该步骤304，所述DAL+计算机实际上已经具有航线和预测，但是不一定需要使用其他显示器(地形，公司指令等)。

在完成第一步骤304后，提供了包括飞行计划元素ELT_PDV(1)...，ELT_PDV(N_pdv)的“目标航线”。

可选地，目标航线还包括简化航迹元素ELT_TRAJ_SIMP(1)...，ELT_TRAJ_SIMP(N_traj)，因为DAL-计算机不具有能以可靠的方式计算该航迹的服务SERV_DAL+_PDV和SERV_DAL+_TRAJ，因此由简化水平(横向)和垂直元素来表示该航迹。

接下来，在根据第一实施例的第二步骤306中，由DAL+核心计算机4来实现对应于第二基本功能OPT_RTE_FU(2)的执行的飞行计划/航迹的计算。

在替代方式中，DAL-外围计算机执行该第二步骤306。

因此，在完成该第二步骤306后，可以得到成组的N_traj完全航迹元素和N_PDV飞行计划元素，其包括他们至少2D的地理位置。有利地，在高度、时间、天气和燃料方面的预测与这些元素有关。如果这些元素合并成中间元素“ELT_INT”的概念(他们的数量是N＝N_traj+N_PDV)，例如获得下面的表1：

表1：

此后，在根据第一实施例的第三步骤308中，由DAL-外围计算机6来实现沿着目标航线的约束的提取，其对应于第三基本功能OPT_RTE_FU(3)的执行。

因此，确定构成航线的元素位置，以及可选地确定动态意外事件的预测运输时间，DAL-计算机6验证是否会沿该航线而遇到来自意外事件时间计算机并且对应于意外事件或灾害(例如，特别是天气意外事件、地形意外事件、交通意外事件、和空域封闭意外事件)的几何元素。

这些意外事件可以在计算机中被表示为：

-矢量场(例如风或周围的飞行器交通)；

-标量场：温度、导航信标、海洋航线；

-表面场：等压线、iso结冰、锋面、横跨国家、地形；

-体积场：云、急流、湍流区、空域、航线时间表。

这些场可选地具有间效性，将从计算机提取并确定地理(以及可选地时间)坐标小于来自航线的给定阈值的这些场。

例如，如果数据项是表面场类型，那么需要确定在确定时隙内表示表面类型元素的多边形是否穿过航迹。

举例而言，如果这个层横跨在云类型潮湿区域中，则为由0°大气层限定的表面(其中可能发生结冰的风险)。这个表由点组成，这里由SURF(lat，long，alt，time)表示例如结冰。

根据图6，表面由连续的面状组成，这里每个面状是三元组点SURF。在确定近似表面的面状矩阵的现有技术存在传统功能。

在图7的示例中并且在第三步骤308中，其确定由三元组[SURF(lat1，long1，Alt1)；SURF(lat2，long2，Alt2)；SURF(lat3，long3，Alt3)]限定并在图6中描述的面状是否穿过点TRAJ(i)，点TRAJ(i)对应于半径R(由操作人员确定或由配置确定)的虚线航线中的元素ELT_INT(k)，并且可选地在时隙中由[Predicted_time(k)-Start Time；Predicted_Time(k)+End Time]来确定，变量Start_Time和end_Time是可配置的并且可以仅考虑当飞行器在时间上通过意外事件时将发生的意外事件或灾害。

因此，计算每个面状的三个点中每个点和点TRAJ(i)之间的距离(例如，欧几里得几何的距离)。

如果面状的点的至少一个位于距点TRAJ(i)的距离小于航线的边界(这里为以TRAJ(i)为中心的半径R的球的半径)的位置，那么保留候选表面，如果候选点的发生时刻在时间片[Time(TRAJ(i))+Start Time；Time(TRAJ(i))+End Time]内。

方法302保留整个表面，因为没有出现“片”星云(在例如危险云的情况下是整个星状云)。

因此，在完成时N_CST约束元素CST(1)...CST(N_Int)是可用的。

接下来，在根据第一实施例的第四步骤310中，由DAL+核心计算机4来实现航迹形状的显示，其对应于第四基本功能OPT_RTE_FU(4)的执行。

此后，在根据第一实施例的第五步骤312中，由DAL-外围计算机6来实现预测间距的计算及其显示，其对应于第五基本功能OPT_RTE_FU(5)的执行。

在第一实施例中，这涉及空间间距，源自将航迹更好离散化为元素ELT_INT，与约束进行比较。

因此，获取N_fine航迹元素ELT_INT_FINE的更精细第二离散表，并且获取相对于各个约束的距离“间距”(存在为小于提取距离R)，如下表2所述：

表2

接下来，在根据第一实施例的第六步骤314中，由DAL-外围计算机6来实现元素Elt_int_FINE(m)和约束CST(k)之间的“检测冲突”功能，其对应于第六基本功能OPT_RTE_FU(6)的执行。例如，这种检测功能使用以下算法：

在元素Elt_int_FINE(m)中，从m＝1到N_ELT_Fine的循环

k分别在1和N_CST之间。

If||Spacing(m，CST(k))||＜Tolerance_spacing then

Conflict detected(m，k)＝true

Else

Conflict detected(m，k)＝false

Endif

End loop over k

Tolerance_spacing将是由DAL-管理的值。

在替代方式中，冲突检测通过整合时间标准来执行。

在检测到冲突的情况下，也就是说Conflict detected(m，k)＝true，相对于约束CST(k)，航迹具有过小的预测间距。

在手动实现方式中，冲突将根据特定的符号来显示，并且将由操作人员负责以改变目标航线，以便保持与约束的距离。

在自动实现方式中，由DAL-外围计算机6通过执行现有技术已知的传统算法(例如，遍历表和使元素ELT_INT_Fine(k)远离约束的距离为至少等于阈值的值)来实现解决冲突的第七步骤316。

在一个实施例中，这个距离将根据选择导航数据库(NAVDB)的元素来完成，通过执行第七基本功能OPT_RTE_FU(7)，所述导航数据库可用于操作人员或系统。

在另一个实施例中，距离可以通过创建直接通过他们地理坐标的飞行计划点来实现。

在又另一个实施例中，距离可以通过手动地或自动地直接变形水平或垂直航迹来实现，即，通过替代中间元素ELT_INT_fine。

这些考虑还适于减速/加速飞行器的时间间隔。他们对应于第八基本功能OPT_RTE_FU(8)的执行。

因此，在完成第七步骤316后，新的“目标航线”是可用的，并且执行到第二步骤的分支，使用新的“目标航线”。

在足够的冲突或实际上所有冲突都被解决并且操作人员满意新的“目标航线”的情况下，其将能够在第八步骤318启动由DAL+核心计算机4执行的第九基本功能OPT_RTE_FU(9)。

在通过第十基本功能OPT_RTE_FU(10)验证冲突的预测和解决(切换到飞行器的所谓“主动”制导飞行计划)之后，将在DAL+系统中执行操作人员的确认。

这个新目标航线将由DAL-计算机6通过执行第十一基本功能OPT_RTE_FU(11)来进行监控和跟进。

有利的是，由于在现有导航计算机中仅执行有严格要求的功能，可以根据相应时间来操纵导航计算机的性能。

还可以保障任务计算机(CPU/RAM/ROM)的升级，以能够解决其他新功能。

根据图8和约束航线优化OPT_RTE的方法302的应用程序，法国的地理地图402被表示为具有西南方向上的气象意外事件404。对应于最初设想飞行计划的飞行器的第一航线412被绘制在地图402上，同时已经穿越气象意外事件404。通过在地图402上显示所述第二航线414，用于绕过意外事件404的第二航线414通过飞行器的机载系统(其整合有图5中所述的约束航线优化方法302)而提供给飞行员。

Claims (15)

1.一种在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，所述约束飞行器航线优化应用程序被整合到航空电子机载系统中，所述航空电子机载系统包括：

DAL+数字核心计算机(4)，其具有第一关键性等级DAL+，被整合到外围计算机(6、8、10、12、14)以及具有低于或等于第一关键性等级DAL+的第二关键性等级DAL-的数据库的最初架构中，并且通过托管第一多个通用开放式服务Serv_DAL+(j)而用作服务器，j表示通用服务的指向索引，以及

DAL-外围计算机(6)，其用于管理约束航线优化应用程序，DAL-外围计算机(6)具有低于或等于第一关键性等级DAL+的第二关键性等级DAL-，并且通过通信网络(20)将服务请求调度到DAL+数字核心计算机(4)和/或最初架构的外围计算机(8、10、12、14)和数据库而用作客户端；

其特征在于，在功能上和物理上整合约束航线优化应用程序的方法包括以下步骤：

-在功能上将约束航线优化应用程序OPT_RTE分解成第二多个基本功能OPT_RTE_FU(i)(208)，i表示从基本功能的第1到总数个基本功能的指针；

-根据第二多个基本功能OPT_RTE_FU(i)，确定能够部分地或全部地由至少一个通用开放式服务执行的基本功能的第一列表，并且对于每个基本功能确定通用开放式服务的第一子列表(210)；

-在最大限度地减少全局成本标准CG的可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布，所述全局成本标准CG取决于多个参数，至少包括整合在DAL+数字核心计算机内的基本功能的额外开发成本(212)；以及

-根据确定基本功能的最佳功能和物理分布的步骤中确定的在机载航空电子系统内的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合(214)；

其中，约束航线优化应用程序包括以下基本功能：

■第一基本功能OPT_RTE_FU(1)，其用于选择“目标航线”；

■第二基本功能OPT_RTE_FU(2)，其用于计算沿着飞行计划和航迹的预测；

■第三基本功能OPT_RTE_FU(3)，其用于选择所施加的约束；

■第四基本功能OPT_RTE_FU(4)，其用于选择要遵守的最小间距；

■第五基本功能OPT_RTE_FU(5)，其用于向操作人员显示航线和约束；

■第六基本功能OPT_RTE_FU(6)，其用于检测当前航线和约束之间的冲突；

■第七基本功能OPT_RTE_FU(7)，其用于显示来自围绕航迹和/或围绕约束的数据库的导航元素；

■第八基本功能OPT_RTE_FU(8)，其用于解决航线和约束之间冲突的回避计算；

■第九基本功能OPT_RTE_FU(9)，其用于将回避整合到当前航线，旨在由第二基本功能OPT_RTE_FU(2)复用以确定新的飞行计划(新航迹)；

■第十基本功能OPT_RTE_FU(10)，其用于执行新的航线；

■第十一基本功能OPT_RTE_FU(11)，其用于定期监控约束的演化。

2.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中：

-在可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布(212)，以最大限度地减少第一全局成本标准CG1，第一全局成本标准CG1仅考虑整合在DAL+数字核心计算机内的基本功能的额外开发成本；以及

-根据在机载航空电子系统内通过使用第一标准CG1确定的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合(214)。

3.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中

-在可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布(212)，以最大限度地减少第二全局成本标准CG2，第二全局成本标准CG2还考虑DAL+核心计算机和外围计算机之间的通信接口的开发成本、响应时间成本和维护成本，以最大限度地减少通信交换；以及

-根据在机载航空电子系统内通过使用第二标准CG2确定的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合(214)。

4.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中

-在可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布(212)，以最大限度地减少第三全局成本标准CG3，第三全局成本标准CG3还考虑DAL+核心计算机中低DAL等级的某些代码段的开发，以从维护和演进的角度最大限度地减少整体复杂性；以及

-根据在机载航空电子系统内通过使用第三标准CG3确定的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合(214)。

5.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中

-在可能的分布内，确定在机载航空电子系统内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布(212)，以最大限度地减少第四全局成本标准CG4，第四全局成本标准CG4还考虑在等级DAL-的外围计算机中使用的DAL+等级代码库，以最大限度地减少DAL+核心计算机的资源使用；以及

-根据在机载航空电子系统内通过使用第四标准CG4确定的最佳功能和物理分布，通过实际上实施基本功能及其调度而执行约束航线优化应用程序的整合(214)。

6.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，进一步包括以下的额外步骤：在已经确定机载航空电子系统(2)内的基本功能OPT_RTE_FU(i)的最佳功能和物理分布后执行该额外步骤，并且该额外步骤包括：

通过仿真或模拟来验证和评估约束航线优化应用程序的性能，和/或

验证在核心计算机和外围计算机中实现的初始服务的性能。

7.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中

-DAL+数字核心计算机(4)托管服务Serv_DAL+(j)，所述服务Serv_DAL+(j)用于根据指定的制导模式来计算飞行计划、横向航迹和时间预测，其用于实现形成约束航线优化应用程序的部分基本功能；以及

-DAL+数字核心计算机(4)连接到引航飞行器的计算机。

8.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中，第一多个通用服务Serv_DAL+(j)包括以下服务：

-计算飞行器的位置，

-插入/修改飞行计划，

-计算横向航迹，

-计算垂直航迹，

-计算飞行器性能，

-横向制导，

-垂直制导，

-对速度进行制导，

-咨询导航数据库，

-咨询飞行器性能数据库，

-咨询配置数据库，

-咨询磁偏角数据库，

-显示航线和航迹，

-显示数据库元素。

9.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中，基本功能OPT_RTE_FU(2)、OPT_RTE_FU(5)、OPT_RTE_FU(7)、OPT_RTE_FU(7)和OPT_RTE_FU(10)被分配到DAL+数字核心计算机并且在所述DAL+数字核心计算机中实现；

其余的基本功能被分配给整合约束航线优化应用程序的系统的DAL-外围计算机并且在所述DAL-外围计算机中实现。

10.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中：

-基本功能FIM_FU(10)，其对应于用于所选的制导模式和所选的导航元素的服务Serv_DAL+(4)，FIM_FU(10)被分配给DAL+数字核心计算机(4)并且在所述DAL+数字核心计算机4中实现；

其余的基本功能被分配给整合约束航线优化应用程序的系统的DAL-外围计算机并且在所述DAL-外围计算机中实现。

11.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中：

-基本功能OPT_RTE_FU(2)、OPT_RTE_FU(5)、OPT_RTE_FU(7)、OPT_RTE_FU(7)、OPT_RTE_FU(8)和OPT_RTE_FU(10)被分配给DAL+数字核心计算机并且在所述DAL+数字核心计算机中实现；

其余的基本功能被分配给整合约束航线优化应用程序的系统的DAL-外围计算机并且在所述DAL-外围计算机中实现。

12.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中：第一基本功能OPT_RTE_FU(1)包括选择由以下元素中的一个限定的“目标航线”：目标机场、目标参考航线、部分目标参考航线、参考航迹、由飞行员限定的成组的航点、从导航数据库选择的成组的航点和导航信标。

13.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中：第二基本功能OPT_RTE_FU(2)计算沿着飞行计划和航迹的预测，特别包括3D预测位置，以及可选地包括沿着航迹的飞行器的时间上的预测位置，所述时间上的预测位置能够管理动态或演化约束。

14.根据权利要求1所述的在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序的方法，其中：第三基本功能OPT_RTE_FU(3)选择所施加的约束，这些约束由地理几何形状或原始视觉表示来限定，例如建模体积，特别是，云、3D空域和障碍物、3D表面，特别是地形表面，和2D表面，特别是空域的边界和变化。

15.一种航空电子机载系统，其配置为执行约束飞行器航线优化应用程序，并且在功能上和物理上整合约束飞行器航线优化应用程序，所述航空电子机载系统包括：

DAL+数字核心计算机(4)，其具有第一关键性等级DAL+，被整合到外围计算机(6、8、10、12、14)以及具有低于或等于第一关键性等级DAL+的第二关键性等级DAL-的数据库的最初架构中，并且通过托管第一多个通用开放式服务Serv_DAL+(j)而用作服务器，j表示通用服务的指向索引，以及

DAL-外围计算机(6)，其用于管理约束航线优化应用程序，其具有第二关键性等级DAL-，通过通信网络(20)将服务请求调度到DAL+数字核心计算机(4)和/或最初架构的外围计算机(8、10、12、14)和外围数据库而用作客户端，

约束航线优化应用程序OPT_RTE被分解成多个基本功能OPT_RTE_FU(i)，所述OPT_RTE_FU(i)根据权利要求1-14中任一项所限定的整合方法来确定的最佳分布方案而在物理上分布在DAL+数字核心计算机和DAL-外围管理计算机之间，i表示从基本功能的第1到总数个基本功能的指针；

DAL-外围管理计算机(6)，其配置为支持以下各项应用程序：

-MMI，整合MSI；

-CMU；

-TCAS；

-TAWS；

-EFB；

-平板电脑；

-交通计算机；

-专用通用分区，以及

DAL+数字核心计算机(4)，其配置为支持以下各项应用程序：

-飞行管理系统FMS；

-自动驾驶仪PA；

-结合FMS和PA功能的FMGS系统；

其中，约束航线优化应用程序包括以下基本功能：

■第一基本功能OPT_RTE_FU(1)，其用于选择“目标航线”；

■第二基本功能OPT_RTE_FU(2)，其用于计算沿着飞行计划和航迹的预测；

■第三基本功能OPT_RTE_FU(3)，其用于选择所施加的约束；

■第四基本功能OPT_RTE_FU(4)，其用于选择要遵守的最小间距；

■第五基本功能OPT_RTE_FU(5)，其用于向操作人员显示航线和约束；

■第六基本功能OPT_RTE_FU(6)，其用于检测当前航线和约束之间的冲突；

■第七基本功能OPT_RTE_FU(7)，其用于显示来自围绕航迹和/或围绕约束的数据库的导航元素；

■第八基本功能OPT_RTE_FU(8)，其用于解决航线和约束之间冲突的回避计算；

■第九基本功能OPT_RTE_FU(9)，其用于将回避整合到当前航线，旨在由第二基本功能OPT_RTE_FU(2)复用以确定新的飞行计划(新航迹)；

■第十基本功能OPT_RTE_FU(10)，其用于执行新的航线；

■第十一基本功能OPT_RTE_FU(11)，其用于定期监控约束的演化。

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