CN107209270B - 用于监测飞行器位置的装备 - Google Patents

Abstract

提供了用于监测一个或更多个飞行器的位置的装备和计算机化方法。该装备包括第一接收器和第二接收器，该第一接收器被配置为经由一个或更多个地面站以第一周期通过数字数据链路从位于飞行器上的第一射频源接收第一飞行器位置信息，该第二接收器被配置为经由一个或更多个地面站以第二周期接收从位于飞行器上的第二射频源广播的第二飞行器位置信息。该装备还包括第三接收器和处理器，该第三接收器被配置为接收电子地理映射数据，该处理器被配置为接收第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息，对第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息的量进行过滤，以对经过滤的信息进行平滑，并随后输出平滑的信息，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上。

Description

用于监测飞行器位置的装备

发明领域

本发明涉及用于监测一个或更多个飞行器的位置的装备和方法。特别地，本发明涉及用于准确和自主地监测给定飞行器的位置的装备和方法。

发明背景

当前的飞行器监测系统通常将飞行器通信寻址和报告系统(ACARS)数据与雷达数据结合使用，以便跟踪飞行器的进度。该数据可由空中交通管制员使用，或可替代地，作为服务提供给飞行器操作员。

在ACARS系统中，每个飞行器配备有用于提供飞行器机载装备和地面装备之间的数据链路的VHF收发器。该数据链路可通过从飞行器到地面站的直接传输来提供，或可替代地，飞行器可将数据传输到卫星，卫星随后将该数据转发到卫星地面站。这些传输由数据链路服务提供商在地面站处接收，该数据链路服务提供商随后将该数据路由到空中交通管制员或飞行器操作员。

给定飞行器将在其间发射ACARS数据传输的周期由运营航空公司配置，并且通常约为十到二十分钟。这通常是确定的，以便在接收最新数据和与数据传递相关联的每个消息的成本之间提供平衡。鉴于连续消息传输之间的这种相对长的时段，对于任何给定的ACARS传输的时间戳仅在一分钟内是准确的，并且在三位小数位的准确度内的位置数据被报告。这意味着在连续的ACARS传输之间相当长的距离可由飞行器覆盖，其反过来可能会导致对飞行器估计的位置和路径的不确定性。

此外，如果飞行器被强制在空域的给定区域中盘旋，例如，在机场等待航线(holding pattern)中盘旋，则这将不会通过ACARS数据而立即是明显的，因为飞行器等到进行后续的ACARS传输的时候将可能已经执行了一个完整的循环。这可能导致那些监测ACARS数据的人不确定这些数据传输是否错误，或者飞行器是否在后续ACARS传输之间真正逗留在空域的给定区域中。

增加ACARS消息传送的频率(即，减小连续传输之间的时段)将提供更新的一组位置数据；然而，由于该ACARS系统是一对一的数字数据链路系统，因此这将给ACARS网络带来很大的负担。这将使网络过载，这将随后降低网络的可靠性和准确性。因此，必须找到解决这个问题的另一个解决方案。

飞行器位置信息的一个替代的数据源是使用一次和/或二次雷达装置。一次雷达是监测给定目标飞行器的位置的独立方法，并简单地利用以下众所周知的原理：发射高功率无线电传输且然后检测从处于雷达的视场中的任何物体反射的传输。

在二次雷达中，目标飞行器必须配有应答器，使得飞行器可以响应于由雷达装置发射的询问信号来使用由空中交通管制员发给该飞行器的代码识别自身。雷达系统的优点在于，飞行器位置可以以更大的频率来跟踪，以便更准确地监测给定飞行器的飞行路径；然而，每个雷达装置需要非常高的功率量，以便在雷达系统的操作范围内传输雷达脉冲。此外，雷达系统的安装和维护特别是在大面积上的安装和维护非常昂贵。

本申请人已经认识到，需要用于监测飞行器位置的更准确的系统，该系统可使用成本比较低的装备来实现。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了用于监测一个或更多个飞行器的位置的装备。该装备包括第一接收器设备和第二接收器设备，该第一接收器设备被配置为经由一个或更多个地面站以第一周期通过数字数据链路从位于飞行器上的第一射频源接收第一飞行器位置信息，该第二接收器设备被配置为经由一个或更多个地面站以第二周期接收从位于飞行器上的第二射频源广播的第二飞行器位置信息。

另外，该装备包括第三接收器设备和缓冲器，该第三接收器设备被配置为接收电子地理映射数据，该缓冲器被配置为分别从第一接收器设备和第二接收器设备接收第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息。该装备还包括处理器，该处理器被配置为接收和过滤经缓冲的第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息。处理器还被配置为对经过滤的飞行器位置信息进行平滑，并输出经平滑的飞行器位置信息，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上。处理器被配置为对第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息进行过滤，使得针对给定飞行器平滑的位置信息数据的量在给定时间段内处于给定限度内。

有利地，该装备使关于给定飞行器的位置的信息的具有不同的准确度、频率和质量的多个源能够被组合并整合成一致的输出，其利用基本上实时地跟踪飞行偏差的能力来传递高度准确的和动态的聚合飞行器位置信息。此外，飞行器在天气模式或其他特定区域或空域方面的位置可以以更大程度的确定性来跟踪，以便通过提供增加的实时飞行器位置可见性来支持相关的飞行器操作员的决策制定过程。接收器设备可以是硬件实现的，或可替代地，可以以软件实现。

可选地，处理器可被配置为基于从其接收飞行器位置信息的相应源的相对位置准确度和相对时间准确度来过滤飞行器位置信息。在该实施例中，处理器有利地使该装备能够仅对在给定时间段内从相应源接收的最准确的信息进行平滑。

可选地，对飞行器位置信息的平滑可包括删除错误数据点或较低质量的数据点，或者可包括对特定对或特定组的数据点进行平均。这使多个数据集中的任何冲突或错误能够得以解决，使得飞行器位置的一致性进度可被输出。

在本发明的一些实施例中，第二周期短于第一周期，即，第二飞行器位置信息可以以比第一飞行器位置信息更高的传输频率来广播。在一个示例中，在第一接收器处从飞行器通信寻址和报告系统收发器接收第一飞行器位置信息。在另一示例中，在第二接收器处从广播式自动相关监视发射机接收第二飞行器位置信息。

第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息可经由VHF地面站、HF地面站或卫星地面站中的一个或更多个被接收。这些地面站允许来自飞行器的传输直接在地平面处接收或可替代地经由一个或更多个卫星接收。

有利地，该装备还可包括第四接收器，该第四接收器被配置为接收雷达飞行器位置数据，其中，处理器被配置为结合第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息来过滤雷达飞行器位置数据，使得平滑的位置信息数据的量在给定时间段内处于给定限度内。

在本发明的一些实施例中，该装备还包括第五接收器，该第五接收器被配置为接收天气数据，其中，处理器还被配置为输出天气数据，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上。有利地，这使用户能够准确地跟踪飞行器在天气模式方面的位置，以便在其决策制定过程中支持相关的飞行器操作员。例如，飞行器操作员可以能够确定给定的飞行器将需要从其计划的路线偏离，从而允许飞行器操作员提前考虑该偏离可能具有任何连锁效应。

在本发明的另一有利的实施例中，该装备还可包括第六接收器，该第六接收器被配置为接收对应于飞行器的飞行计划数据，其中，处理器被配置为输出飞行计划数据，使得该飞行计划数据可被覆盖到电子地理映射数据和平滑的飞行器位置信息上。这提高了飞行器可能从其计划路线中做出的任何偏差的可见性，从而使这些偏差能够被快速识别，并且使飞行器到达其目的地的预计时间的任何产生的变化能够被确定。

有利地，缓冲器可以是循环缓冲器，并且处理器滤波器可包括采样滤波器，该采样滤波器用于对飞行器位置信息进行过滤和分类以被包括在一组缩减的飞行器位置信息中。这允许从多个接收器接收的演进和不完整的飞行器位置信息在对其进行聚合之前得以解释和协调。可选地，采样滤波器基于时间和精度标准。

在本发明的另一实施例中，处理器可被配置为通过数据匹配引擎来识别与给定飞行器有关的飞行器位置数据。

有利地，该装备还可包括将平滑的飞行器位置信息储存在数据储存器中，以供后续分析。该分析可使飞行器操作员能够确定在其过去的操作中发生的任何无效率事件，使得它们可被纳入考虑并用于优化未来的操作。

在另一实施例中，处理器可被配置为在给定时间段内在处理器处没有接收到给定飞行器的飞行器位置信息情况下，输出外推的飞行器位置信息，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上。例如，即使当飞行器位置信息在短时间内还未被接收到时，这也使当前或预测的天气模式或其他特定区域或空域的估计的影响能够被准确地跟踪，以便支持相关的飞行器操作员的决策制定过程。

在又一个实施例中，在ACARS飞行器位置信息不构成平滑的飞行器位置信息的一部分的情况下，处理器可被配置为输出ACARS飞行器位置信息，使得其可在平滑的飞行器位置信息旁被覆盖到电子地理映射数据上。通过这种方式，即使ACARS位置信息由于更准确的飞行器位置信息的可用性而被处理器滤除，其也可显示在映射数据上。

根据本发明的第二方面，提供了用于监测一个或更多个飞行器的位置的计算机化方法。该计算机化方法包括：在第一接收器设备处经由一个或更多个地面站，以第一周期通过数字数据链路从位于飞行器上的第一射频源接收第一飞行器位置信息；在第二接收器设备处经由一个或更多个地面站，以第二周期接收从位于飞行器上的第二射频源广播的第二飞行器位置信息；以及在第三接收器设备处，接收电子地理映射数据。

该计算机化方法还包括：在缓冲器处，接收所接收的第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息；在处理器处，对经缓冲的第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息进行处理，以过滤第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息，在处理器处，对经过滤的飞行器位置信息进行处理，以产生平滑的飞行器位置信息；以及从处理器输出平滑的飞行器位置信息，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上。在该计算机化方法中，处理器对第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息进行过滤，使得针对给定飞行器进行平滑的位置信息数据的量在给定时间段内处于给定限度内。有利地，这使诸如飞行器操作员的用户能够访问关于给定飞行器的多个位置信息源的准确整合，并使该信息能够以用户友好的格式来可视地呈现在电子映射数据上。

飞行器位置信息的过滤可基于从其接收飞行器位置信息的相应源的相对位置准确度和相对时间准确度。在该实施例中，处理器有利地使该装备能够仅对在给定时间段内从相应源接收的最准确的信息进行平滑。

可选地，对飞行器位置信息的平滑可包括删除错误数据点或较低质量的数据点，或者可包括对特定对或特定组的数据点进行平均。这使多个数据集中的任何冲突或错误能够得以解决，使得飞行器位置的一致性进度可被输出。

在本发明的一些实施例中，第二周期短于第一周期，即，第二飞行器位置信息可以以比第一飞行器位置信息更高的传输频率来广播。在一个示例中，在第一接收器处从飞行器通信寻址和报告系统(ACARS)收发器接收第一飞行器位置信息，并且第一飞行器位置信息是ACARS飞行器位置信息。在另一示例中，在第二接收器处从广播式自动相关监视发射机接收第二飞行器位置信息。

第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息可经由VHF地面站、HF地面站或卫星地面站中的一个或更多个被接收。这些地面站允许来自飞行器的传输直接在地平面处接收或可替代地经由一个或更多个卫星接收。

有利地，该计算机化方法还可包括在第四接收器处接收雷达飞行器位置数据并结合第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息来过滤雷达飞行器位置数据，使得在处理器处平滑的位置信息数据的量在给定时间段内处于给定限度内。

在本发明的一些实施例中，该计算机化方法还包括在第五接收器处接收天气数据，然后从处理器输出该天气数据，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上。有利地，这使用户能够准确地跟踪飞行器在天气模式方面的位置，以便在其决策制定过程中支持相关的飞行器操作员。例如，飞行器操作员可以能够确定给定的飞行器将需要从其计划的路线偏离，从而允许飞行器操作员提前考虑该偏离可能具有的任何连锁效应。

在本发明的另一有利的实施例中，该计算机化方法可包括在第六接收器处接收对应于飞行器的飞行计划数据，并从处理器输出该飞行计划数据，使得其可被覆盖到电子地理映射数据和平滑的飞行器位置信息上。这提高了飞行器可能从其计划路线中做出的任何偏差的可见性，从而使这些偏差能够被快速识别，并且使飞行器到达其目的地的预计时间的任何产生的变化能够被确定。

有利地，缓冲器可以是循环缓冲器，并且处理器滤波器可包括采样滤波器，该采样滤波器用于对飞行器位置信息进行过滤和分类以被包括在缩减的一组飞行器位置信息中。这允许从多个接收器接收的演进和不完整的飞行器位置信息在对其进行聚合之前得以解释和协调。可选地，采样滤波器基于时间和精度标准。

在本发明的另一实施例中，该方法还可包括在处理器处通过数据匹配引擎来识别与给定飞行器相关的飞行器位置数据。

有利地，该计算机化方法可包括将平滑的飞行器位置信息储存在数据储存器中，以供后续分析。该分析可使飞行器操作员能够确定在其过去的操作中发生的任何无效率事件，使得它们可被纳入考虑并用于优化未来的操作。

在另一实施例中，该计算机化方法可包括以下步骤：在给定时间段内在处理器处没有接收到给定飞行器的飞行器位置信息的情况下，输出外推的飞行器位置信息，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上。例如，即使当飞行器位置信息在短时间内还未被接收到时，这也使当前或预测的天气模式或其他特定区域或空域的估计的影响能够被准确地跟踪，以便支持相关的飞行器操作员的决策制定过程。

在又一个实施例中，该计算机化方法可包括输出ACARS飞行器位置信息，使得在ACARS飞行器位置信息不构成平滑的飞行器位置信息的一部分的情况下，其可在平滑的飞行器位置信息旁被覆盖到电子地理映射数据上。通过这种方式，即使ACARS位置信息由于更准确的飞行器位置信息的可用性而被处理器滤除，其也可被显示在映射数据上。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测飞行器的位置的装备，包括：第一接收器设备，其被配置为接收与飞行器对应的飞行器位置信息；第二接收器设备，其被配置为接收天气数据的多个帧，每个帧对应于给定时刻；处理器，其被配置为接收飞行器位置信息、天气数据，并导出飞行器的与由天气数据的帧表示的每个时刻对应的飞行器位置数据；其中，该处理器还被配置为输出飞行器位置信息、飞行器位置数据和天气数据，使得它们能够被覆盖到电子地理映射数据上；以及其中，对于与未来时刻对应的天气数据的帧，该处理器还被配置为基于从由所述飞行器位置信息识别的飞行器的位置和轨迹的外推，或基于由飞行器位置信息识别的飞行器的位置和在处理器处接收的与飞行器对应的飞行计划之间的插值，估计飞行器位置数据。

附图简述

现在将仅通过示例的方式并参照附图对本发明的实施例进行描述，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的与数据源交互的装备的示意表示；

图2是根据本发明的实施例的装备的示意表示；

图3是用飞行计划覆盖的地理映射数据的屏幕截图以及给定飞行器的平滑的飞行器位置信息的曲线图；

图4是示出了由本发明的实施例执行的主要步骤的流程图；

图5a和图5b构成了示出由本发明的另一实施例执行的步骤的流程图；

图6是用除飞行计划以外的天气数据覆盖的地理映射数据的屏幕截图以及给定飞行器的平滑的飞行器位置信息的曲线图；

图7a至图7c是示出了与覆盖在地理映射数据上的估计的飞行位置相结合的预测天气数据的时间进度的一系列屏幕截图；以及

图8a至图8c是示出了与覆盖在地理映射数据上的观察的飞行位置相结合的观察的天气数据的时间进度的一系列屏幕截图。

发明描述

现在，越来越多的飞行器配备有广播式自动相关监视(ADS-B)装备，由此每个飞行器使用其全球定位系统(GPS)来确定其位置，并且随后以相对有规律的周期(例如，大约每秒一次)使用射频收发器来广播该位置信息以及诸如，飞行器ID或应答器代码、呼号、高度、航向和速度的另外的信息。

与该增加的频率一致，由飞行器广播的ADS-B数据也更准确。在ADS-B中，在五位小数位的准确度内报告位置数据，并且相应的时间戳准确到一秒内。该增加的准确度允许ADS-B数据具有甚至比雷达位置数据更高的质量。此外，ADS-B系统可以以雷达装置所需的成本和维护的一小部分在更大的区域上实现。

ADS-B系统最初是为了提供用于邻近飞行器的飞行器空中防撞系统(TCAS)的附加的输入而设计，通过这种方式，每个飞行器能够在传输范围内向其他飞行器广播其标识、位置和航向。然而，已经认识到，只要接收器可被定位在飞行器的范围内，该ADS-B数据就能够被地面系统用于改进的飞行器监测。

根据本发明的第一方面，并参照图1，ADS-B数据可用于通过提供接收器10的网络来在空域的大区域上监测飞行器12。此外，这样的装备的空域覆盖范围可简单地通过提供附加的接收器或地面站10并使用通信网络将这些地面站连接到现有的地面站而得以扩展。

通信网络可以是任何公共网络、私有网络、有线或无线网络。通信网络可包括局域网(LAN)、广域网(WAN)14、因特网、移动电话通信系统或卫星通信系统中的一个或更多个。通信网络可包括任何合适的基础设施，包括铜缆、光缆或光纤、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和边缘服务器。

这些地面站10可包括分别在VHF或HF射频范围上操作的VHF地面站或HF地面站。本文中所使用的术语“地面站”是指地平面处的任何接收站。为了避免疑问，这些地面站可包括位于诸如石油钻塔或浮船(诸如油轮或航空母舰)的海洋平台上的接收器。此外，单独的地面站可用于接收ACARS消息和ADS-B数据，或可替代地，相应接收器可被组合成单一地面站。然后，来自每个地面站的数据可由网络14收集并组合，以构成可用于在地面站10的网络范围内监测飞行器12的ADS-B数据的整合数据库。每个地面站的空域覆盖范围是操作范围大约为200海里的视线锥(line of sight cone)的形式。

地面站10的位置通常不相关，因为所有必要的位置数据都由ADS-B装配的飞行器12传输；然而，在一些装备中，这些传输装置(transmission)可用作多点定位系统(multiateration system)的一部分，以便对飞行器12的位置进行三角测量。这可能是有利的，例如，如果怀疑由飞行器12发射的位置数据中有错误。

在本装备中，飞行器12基本上连续地即，以诸如1秒的短周期广播ADS-B数据，使得基本上实时的飞行器位置信息的流可由ADS-B数据接收器盒(被称为地面站10)接收。飞行器12还传输ACARS消息，其中一些ACARS消息可包含飞行器位置信息，该ACARS消息按照常见方式由ACARS地面站16接收并通过数字数据链路系统被转发。这些ACARS消息以比较长的周期(诸如大约10分钟)传输。ACARS消息的信号可从飞行器导向地面站16，或可替代地，消息可经由卫星链路18来路由(在该情况下，地面站将是卫星地面站20)。

然后，包含位置信息的ACARS消息和ADS-B数据由装备22集中收集。另外，装备22可从雷达数据服务器24接收雷达飞行器位置信息和/或从天气数据服务器26接收天气数据，如将在下文进行陈述的。

由于ADS-B数据和ACARS消息来自不同频率和质量的多个源，因此很可能在位置数据中存在不规则和冲突，如果简单地绘制而不进行进一步处理，则该不规则和冲突可能会产生之字形(zig-zag)路径而飞行器12实际上以直线行进，或可替代地，可能会导致被报告的飞行器12的位置已偏离航线数百英里，而飞行器12实际上仍按照预期的飞行计划行进。

这些冲突将造成与给定飞行器的聚合的位置和轨迹的精确度和精度有关的完整性问题。此外，如果应用尝试绘制所有数据点，则在显示延迟中将会有严重的性能问题。这种性能问题在其中互联网浏览器用于访问数据的情况下会被加剧，因为浏览器本身不是被设计用来实时显示这样大的数据集。

装备22可以以每航班每秒一次的速率同时接收10000个航班的飞行器位置信息。这个数据量对于互联网浏览器来说实在是太大了，以致于无法在不崩溃的情况下进行实时处理。因此，期望调节数据量以产生缩减的数据集，同时保持尽可能高程度的准确性。这允许大量的数据在不会使装备22或用于显示从装备22输出的数据的任何系统过载的情况下被接收。

为了解决这个问题，参照图2，装备22可在第一接收器28处接收来自飞行器12的包含飞行器位置信息的ACARS消息，并在第二接收器30处接收来自飞行器12的ADS-B飞行器位置信息。此外，映射数据可在第三接收器32处被接收，以构建包括给定飞行器12在其中操作的地理区域的电子地理地图。

然后，在第一输入端28和第二输出端30处接收的组合的位置信息可在处理之前在缓冲器33处被接收。为了弥补由于到达数据的异步性质所引起的数据完整性问题，在处理的第一步骤中，实现包括复杂算法的数据匹配引擎，以通过组合来自多个数据集的部分数据来唯一地识别给定的飞行器。例如，一个数据集可用飞行器的尾号来表示飞行器，而另一数据集可用飞行器当前航班号来表示同一飞行器。如果该数据没有被匹配和整合，那么该装备将试图绘制两个不同的飞行器，而它们实际上表示相同的飞行器。

数据匹配引擎基于大的决策树，该决策树将异步进入的各种位置信息视为输入，然后对该位置信息进行比较、排序和优先级排序，以便解决矛盾和误报。

例如，ADS-B数据和雷达数据通常通过国际民用航空组织(ICAO)呼号来识别飞行器，而ACARS数据通常使用国际航空运输协会(IATA)航班标识符。因此，在一些实施例中，创建了动态表格，以便维持ICAO呼号和IATA航班标识符之间的关系。该关系可基于指示关于给定航班的呼号和航班标识符的数据项来确定，或可替代地，其可通过识别可分别链接到呼号和航班标识符的中间数据项(诸如飞行器注册编号)来确定。

所接收的数据也可能由于网络覆盖问题而被延迟，这可能导致同时批量接收到多个飞行器位置信息消息。飞行器位置信息消息包括时间戳数据，因此优选地，这些消息在数据由系统22的输出接口36输出之前被布置成它们适当的时间方式(time wise)顺序。

然而，在给定飞行器进入网络覆盖范围之前，该飞行器可能已经着陆并随后又再次起飞，在这种情况下，飞行器将接收到新的标识来表示新航班。因此，大部分消息可包括与先前航班有关的消息。如果处理器34确定飞行器位置信息与当前航班标识无关，或者另外不可能以正确的顺序排列消息，则该飞行器位置信息优选地被丢弃。

另一个示例是其中飞行器飞到ADS-B数据覆盖区中使得系统22在飞行器飞行的中途开始接收ADS-B的情况。在这种情况下，系统22将已经从另一源接收到关于飞行器的飞行器位置信息(例如，ACARS数据)，并且将优选的是确定新的ADS-B数据是否对应于待绘制的新飞行器，或可替代地确定其是否对应于现有飞行器。根据该确定的结果，新数据可与现有数据进行合并和协调。

确定新数据是否对应于现有飞行器数据馈送的一种方式将是在给定的时间帧内确定来自相应数据馈送的与位置对应的一对飞行器位置信息数据点之间的位置距离，并进一步确定相同的飞行器在该时间量内已经覆盖了所确定的距离是否将是可行的。这可用作感测检查，以验证使用不同的方式来识别给定飞行器的数据馈送确实对应于同一飞行器，而不是例如由于延迟而已经用于替换原来旨在飞行该航线的飞行器的不同飞行器。

各种数据源还可识别当飞行器起飞时的“离开时间”，以及当飞行器着陆时的“着陆时间”。在这些相应时间之间可能会有几分钟的差异，因此处理器34必须基于数据源的相对准确度来确定这些源中的哪个被优先排序。

然后，处理器34可以继续对数据进行过滤和平滑，以便达到缩减的数据集。缓冲器33可以是循环缓冲器，并且过滤可涉及使用基于时间和精度标准进行采样的采样滤波器。例如，它可以仅是在一分钟的周期内接收到的前4个最准确的数据点，这些数据点被平滑处理并被绘制到电子地理映射数据上。可替代地，滤波可仅选择在最后一分钟内接收到的最准确的数据点。

如上所述，以5位小数位的位置准确度和1秒的时间准确度来广播ADS-B数据；因此，当过滤在给定时间段内所接收到的飞行器位置信息以确保在该时间段中的数据点的总数没有超过限度时，ADS-B数据将优先于具有三位小数位的位置准确度和1分钟的时间准确度的ACARS数据。

平滑过程可包括在经过滤的数据点之间平均位置信息。然后，该经平滑的飞行器位置信息数据可由处理器34输出到输出接口36，并在显示设备上被呈现为覆盖在电子地理映射数据上的层。

处理器34可包括一个或更多个专用处理设备，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器或其他类似设备。处理器34被配置为执行以下公开的操作和方法。这些操作可由单一处理器执行，或可替代地，可由连接在一起的若干处理器执行。

在给定时间段内没有从任何位置信息源接收到给定飞行器的飞行器位置信息的情况下，飞行器的位置可通过外推飞行器的先前飞行速度和轨迹来估计。该估计的位置可被绘制在电子地理映射数据上，并且还可以以某种方式标出，以突出它仅是估计的飞行器位置而不是实际接收到的飞行器位置。

在(由于所接收的ACARS飞行器位置信息已被滤除而采用更准确的飞行器位置信息而导致)ACARS飞行器位置信息没有在给定时间段内被绘制到电子地理映射数据上的情况下，处理器可被配置为除了在过滤列表中维护的数据点之外还绘制ACARS数据点。为了最终用户的利益，可包括该附加的位置信息。

当除了在过滤列表中维护的数据点之外还绘制了ACARS数据点时，如果ACARS数据点没有坐落在平滑的飞行器位置信息的飞行曲线上，则ACARS数据点优选地不根据过滤的数据点列表来进行平滑，而是被简单地绘制在平滑的飞行器位置信息旁。

通过这种方式，装备22组合和处理各种数据集，以便向用户提供用于利用覆盖到地理地图上以便于使用的视觉表示来监测和准确地跟踪一个或更多个飞行器12的增强的能力。装备22为航空公司地勤人员提供飞行器12的当前状态的更大可见度，并且使对航班调度的任何中断例如由于使飞行器等待航线或改线而导致的中断能够被快速且集中地识别。

附加的飞行器位置信息也可与聚合的飞行器位置信息相结合；例如，雷达飞行器位置数据或欧洲航空安全组织(Eurocontrol)4-D轨迹数据可在第四接收器38处被收集，并被包括在聚合的飞行器位置数据中，该聚合的飞行器位置数据通过处理器34进行过滤、处理和平滑，以产生平滑的飞行器位置信息数据。

在另外的示例中，附加的数据集可被呈现为被覆盖在与飞行器位置信息相同的电子地理映射数据上的附加层。这些数据集可包括在第五接收器40处接收的天气数据或在第六接收器42处接收的与飞行器12对应的飞行计划数据，并且还可被周期性地更新。

此外，受监测的飞行器位置信息可被收集并作为历史数据被保存在数据储存器44中以供将来的分析，从而评估和提高飞行器的运行效率。

参照图3，示例电子地理映射数据被描绘为覆盖有对应于飞行器12的飞行计划数据46以及实时的飞行器位置信息48。如从图3中绘制的位置信息可以看出，ACARS飞行器的位置信息(被示出为黑色方块)明显不如ADS-B飞行器位置信息(被示出为白色方块)有规律。飞行计划的航路点被示出为白色圆圈。

飞行器位置信息可临时储存在输出缓冲器或数据储存器中，以便使飞行器的实际飞行路径的记录能够由装备输出。这可以被查看，并且可选地，与原始飞行计划进行比较。此外，该数据可被储存在永久性数据储存器中，以便使飞行器位置信息可用于稍后的进一步分析。该分析可使飞行器操作员能够确定在其过去的操作中发生的任何无效率事件，使得它们可被纳入考虑并用于优化未来的操作。

优选地，最终用户将能够实时地缩放和平移地理映射数据，这意味着动态地确定哪些对象子集(例如，飞行器和机场)是可见的，并且在最坏情况下同时在屏幕上显示所有对象。此外，为了能够在互联网浏览器窗口中显示和更新大量的动态对象和静态对象二者，可实现机制(诸如算法)以管理动态数据，并避免浏览器提取自上次事务以后没有改变的数据。如果飞行器数据自上次更新以来发生变化，则这可通过仅将飞行器数据推送到浏览器以进行更新来实现。

对于静态对象(诸如，机场位置数据、飞行信息区域或覆盖区域)，空间可被划分成若干区块(tiles)，并且对象在区块服务器上进行划分以用于显示。这使静态对象能够被分组为单一区块对象，该单一区块对象可被加载并且将在持续时间段内保持有效，因为关于这些对象的信息很少改变。一个问题是，地理映射数据可在不同的缩放级别下被查看，因此跨所有缩放级别的区块数量指数地增加。因此，优选地，受管理的区块的数量通过仅管理那些带有有用信息的区块而得以减少。

根据本发明的第二方面，参照图5a和图5b，可提供计算机化方法，其包括：在第一接收器处通过数字数据链路从第一射频源接收第一飞行器位置信息(以包含位置信息的ACARS消息的形式)50，在第二接收器处从第二射频源接收第二飞行器位置信息(以ADS-B广播的形式)52，以及在第三接收器处接收电子地理映射数据54。

第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息从位于飞行器上的相应射频源并经由一个或更多个地面站被接收。然后，第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息在缓冲器处被接收以被缓冲，并随后进行过滤56，以限制在每个时间段内处理的飞行器位置信息数据点的数量并产生经过滤的飞行器位置信息。然后，对经过滤的飞行器位置信息进行进一步处理58，以产生平滑的飞行器位置信息，该平滑的飞行器位置信息随后可以从处理器输出使得其可被覆盖到电子地理映射数据上60。

在本发明的第二方面的另一实施例中，参照图5a和图5b，可提供计算机化方法，其包括：在62，在第一接收器处，以第一周期从ACARS收发器接收ACARS位置信息；在第二接收器处，以短于第一周期的第二周期从ADS-B发射机接收ADS-B位置信息；在第三接收器处，接收电子地理映射数据；在第四接收器处，接收雷达飞行器位置数据；在第五接收器处，接收天气数据；以及在第六接收器处，接收飞行计划数据。该实施例从各种源接收若干附加的数据类型；如技术人员将认识到的，中间实施例可包括仅接收这些附加数据类型中的一些。

然后，计算机化方法可缓冲ACARS、ADS-B和雷达飞行器位置信息并随后在处理器处进行过滤，以产生基于源的相对时间和位置的准确度而过滤的有限量的飞行器位置信息64。然后，该过滤的飞行器位置信息可在处理器处例如通过删除错误数据点或对数据点进行平均来进一步进行处理，以产生平滑的飞行器位置信息66。

一旦数据被处理，平滑的飞行器位置信息就可被输出，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上68。

在该实施例中，处理器可被配置为，如果在给定时间段内没有接收到飞行器位置信息，则输出外推的飞行器位置信息72。优选地，该外推的飞行器位置信息被输出，使得其可被覆盖到电子地理映射数据上。

此外，计算机化方法还可使处理器输出ACARS位置信息，使得它即使不构成平滑的飞行器位置信息的一部分也可在平滑的飞行器位置信息旁被覆盖到电子地理映射数据上。这意味着，即使当ACARS飞行器位置信息已被处理器滤除而为了采用更准确的飞行器位置信息时，ACARS位置信息也可被绘制在电子地理映射数据上。这提供了最终用户期望的附加位置信息。

当除了在过滤列表中维护的数据点之外还有ACARS数据点被绘制时，计算机化方法优选地被布置为不根据过滤的数据点列表来对ACARS数据点进行平滑。相反，ACARS数据点优选地在平滑的飞行器位置信息旁被简单绘制在其纪录的位置中，即使这意味着ACARS数据点并不坐落在由平滑的飞行器位置信息所示的飞行曲线上。

优选地，计算机化方法还使平滑的飞行器位置信息被储存在数据储存器中以用于后续分析76。

图4、图5a和图5b的流程图说明了根据本发明的实施例的装备、计算机化方法和计算机程序产品的示例实施方式的操作。流程图中的每个块可表示模块，该模块包括用于实现块中指定的逻辑功能的一个或更多个可执行计算机指令或者指令的一部分。图中的块的顺序仅旨在说明示例。在替代的实施方式中，特定块中所说明的逻辑功能可以不按照图中提到的顺序发生。例如，与两个块相关联的过程可以同时或按相反的顺序执行，这取决于功能。流程图中的每个块可以以软件、硬件或软件和硬件的组合来实现。

本发明的实施例提供了用于监测飞行器的计算机化方法和装备，其提供了高度准确和动态聚合的飞行器位置信息，具有跟踪飞行偏差和天气模式的能力，以便支持飞行器操作者以当前飞行器位置的增加的可见度进行的相应决策制定过程。

图6示出了包括覆盖有天气数据的飞行器位置信息的映射数据的示例。该天气数据可包括与锋面、压力系统、喷气流、对流层顶边界、照明密度、结冰条件、湍流、雷暴和其他重大气象信息(SIGMET)有关的当前天气观测(有时被称为临近预报)和天气预测。

如图7a至图7c所示，预测的天气数据可在映射数据上在当前估计的飞行路径旁动画显示，以便使用户能够基于其计划的路线和当前的飞行器位置来更准确地分析和识别可能会影响飞行器的任何潜在的天气问题。

一些有时间限制的层(诸如观测到的卫星图像、雷达或预测到的湍流)最好被表示为随时间推移动画。

图7a示出了从第一机场80起飞并且预定在第二机场82着陆的飞行器的当前飞行器位置图标78。预测的天气数据已经覆盖在映射数据上，并且可选地，包括图例84，以使用户能够解读天气数据。预测天气数据可通过在图7a的底部的时间条窗口86上按下播放来进行动画。时间条窗口86是用于显示动画的天气层的控制器，其可被播放或暂停并且手动定位。然后，图7b和图7c示出了通过改变在时间条窗口86的右手侧上表示的时间和时间条的移动的如图所示的预测天气模式随时间推移的进展。

由于这些动画表示未来的天气模式预测，而当前的飞行器位置图标78表示飞行器的当前位置，因此估计的飞行器位置图标88已被包括在动画中，以便确定飞行器估计在由时间条选择的时间所在的位置，并相对于预测的天气进行显示。这使用户能够容易地确定移动的天气模式将对飞行器的飞行的影响。

该估计的飞行路径可基于从飞行器的实际位置和第二机场82之间的大圆轨迹(地球周围的最直线)上的飞行器的当前位置、速度和轨迹的外推。可替代地，如果飞行计划数据可用，则估计的飞行路径可基于原始飞行计划同时考虑飞行计划数据中所包括的计划的航路点信息来估计。例如，飞行器操作员可能够确定给定的飞行器将需要偏离其计划的路线，从而允许飞行器操作员提前考虑该偏离可能具有的任何连锁效应。

类似的原理可用在天气数据上，天气数据表示观测到的天气模式，即已经发生的天气。如从图8a至图8c可以看出，估计的飞行器位置图标88已被替换为历史飞行器位置图标90，该历史飞行器位置图标90指示飞行器在时间条窗口86中指示的时间所处于的位置。该历史飞行器位置图标90可表示两个观测到的飞行器位置之间的插值。

然而，当前的飞行器位置图标78优选地始终显示并被维持在飞行器的当前位置中，使得飞行器的当前位置可总是被容易地、快速地识别，并且不会与任何动画的过去或未来的位置混淆。

Claims (29)

1.一种用于监测一个或更多个飞行器的位置的装备，包括：

第一接收器设备，所述第一接收器设备被配置为经由一个或更多个地面站以第一周期通过数字数据链路从位于所述飞行器上的第一射频源接收第一飞行器位置信息；

第二接收器设备，所述第二接收器设备被配置为经由一个或更多个地面站以第二周期接收从位于所述飞行器上的第二射频源广播的第二飞行器位置信息；

缓冲器，所述缓冲器被配置为分别从所述第一接收器设备和所述第二接收器设备接收所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息；

处理器，所述处理器被配置为接收和过滤所缓冲的第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息；并对所过滤的飞行器位置信息进行平滑并输出平滑的飞行器位置信息，使得所述平滑的飞行器位置信息能够被覆盖到电子地理映射数据上；

其中，所述处理器被配置为对所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息进行过滤，使得针对给定飞行器平滑的位置信息数据的量在给定时间段内处于给定限度内；

其中，所述处理器被配置为，基于从其接收所述第一飞行器位置信息或所述第二飞行器位置信息的相应源的相对位置准确度和相对时间准确度来过滤所述第一飞行器位置信息或所述第二飞行器位置信息。

2.根据权利要求1所述的装备，其中，所述处理器被配置为通过删除错误的数据点或通过对数据点进行平均来对所过滤的飞行器位置信息进行平滑。

3.根据权利要求1或2所述的装备，其中，所述第二周期短于所述第一周期。

4.根据权利要求1或2所述的装备，其中，所述第一射频源包括飞行器通信寻址和报告系统ACARS收发器，并且所述第一飞行器位置信息是ACARS飞行器位置信息。

5.根据权利要求4所述的装备，其中，所述第二射频源包括广播式自动相关监视发射机。

6.根据权利要求5所述的装备，其中，所述一个或更多个地面站包括VHF地面站、HF地面站或卫星地面站。

7.根据权利要求5或6所述的装备，还包括第四接收器，所述第四接收器被配置为接收雷达飞行器位置数据，其中，所述处理器被配置为结合所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息来过滤所述雷达飞行器位置数据，使得平滑的位置信息数据的量在给定时间段内处于给定限度内。

8.根据权利要求5或6所述的装备，还包括第五接收器，所述第五接收器被配置为接收天气数据，其中，所述处理器还被配置为输出所述天气数据，使得所述天气数据能够被覆盖到所述电子地理映射数据和平滑的飞行器位置信息上。

9.根据权利要求5或6所述的装备，还包括第六接收器，所述第六接收器被配置为接收与所述飞行器对应的飞行计划数据，其中，所述处理器还被配置为输出所述飞行计划数据，使得所述飞行计划数据能够被覆盖到所述电子地理映射数据和平滑的飞行器位置信息上。

10.根据权利要求1至2和5至6中任一项所述的装备，其中，所述缓冲器是循环缓冲器，以及其中，所述处理器包括采样滤波器，所述采样滤波器用于对所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息进行过滤和分类以被包括在一组缩减的飞行器位置信息中，所述采样滤波器基于时间和精度标准。

11.根据权利要求1至2和5至6中任一项所述的装备，其中，所述处理器被配置为通过数据匹配引擎来识别与给定飞行器有关的飞行器位置数据。

12.根据权利要求1至2和5至6中任一项所述的装备，还包括数据储存器，所述数据储存器被配置为储存所述平滑的飞行器位置信息以用于后续分析。

13.根据权利要求1至2和5至6中任一项所述的装备，其中，如果在给定时间段内在所述处理器处没有接收到关于给定飞行器的飞行器位置信息，则所述处理器被配置为输出外推的飞行器位置信息，使得所述外推的飞行器位置信息能够被覆盖到所述电子地理映射数据上。

14.根据权利要求5或6所述的装备，其中，如果ACARS飞行器位置信息不构成所述平滑的飞行器位置信息的一部分，则所述处理器被配置为输出所述ACARS飞行器位置信息，使得所述ACARS飞行器位置信息能够在所述平滑的飞行器位置信息旁被覆盖到所述电子地理映射数据上。

15.一种用于监测一个或更多个飞行器的位置的计算机化方法，包括：

在第一接收器设备处，经由一个或更多个地面站以第一周期通过数字数据链路从位于所述飞行器上的第一射频源接收第一飞行器位置信息；

在第二接收器设备处，经由一个或更多个地面站以第二周期接收从位于所述飞行器上的第二射频源广播的第二飞行器位置信息；

在缓冲器处，接收所接收的第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息；

在处理器处，对所缓冲的第一飞行器位置信息和第二飞行器位置信息进行处理，以过滤所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息；

在所述处理器处，对所过滤的飞行器位置信息进行处理，以产生平滑的飞行器位置信息；以及

从所述处理器输出所述平滑的飞行器位置信息，使得所述平滑的飞行器位置信息能够被覆盖到电子地理映射数据上；

其中，所述处理器过滤所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息，使得针对给定飞行器平滑的位置信息数据的量在给定时间段内处于给定限度内，其中，所述处理器基于从其接收所述第一飞行器位置信息或所述第二飞行器位置信息的相应源的相对位置准确度和相对时间准确度来过滤所述第一飞行器位置信息或所述第二飞行器位置信息。

16.根据权利要求15所述的计算机化方法，其中，产生平滑的飞行器位置信息包括删除错误的数据点或对数据点进行平均。

17.根据权利要求15或16所述的计算机化方法，其中，所述第二周期短于所述第一周期。

18.根据权利要求15或16所述的计算机化方法，其中，在所述第一接收器设备处从飞行器通信寻址和报告系统(ACARS)收发器接收所述第一飞行器位置信息，并且所述第一飞行器位置信息是ACARS飞行器位置信息。

19.根据权利要求18所述的计算机化方法，其中，在所述第二接收器设备处从广播式自动相关监视发射机接收所述第二飞行器位置信息。

20.根据权利要求19所述的计算机化方法，其中，所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息能够经由VHF地面站、HF地面站或卫星地面站中的一个或更多个被接收。

21.根据权利要求19或20所述的计算机化方法，还包括在第四接收器处接收雷达飞行器位置数据，结合所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息来过滤所述雷达飞行器位置数据，使得平滑的位置信息数据的量在给定时间段内处于给定限度内。

22.根据权利要求19或20所述的计算机化方法，还包括在第五接收器处接收天气数据并从所述处理器输出所述天气数据，使得所述天气数据能够被覆盖到所述电子地理映射数据上。

23.根据权利要求19或20所述的计算机化方法，还包括在第六接收器处接收与所述飞行器对应的飞行计划数据，并从所述处理器输出所述飞行计划数据，使得所述飞行计划数据能够被覆盖到所述电子地理映射数据和平滑的飞行器位置信息上。

24.根据权利要求15至16和19至20中任一项所述的计算机化方法，其中，所述缓冲器是循环缓冲器，以及其中，所述处理器的过滤步骤包括使用采样滤波器来对所述第一飞行器位置信息和所述第二飞行器位置信息进行过滤和分类以被包括在一组缩减的飞行器位置信息中，所述采样滤波器基于时间和精度标准。

25.根据权利要求15至16和19至20中任一项所述的计算机化方法，其中，所述计算机化方法还包括在所述处理器处通过数据匹配引擎来识别与给定飞行器有关的飞行器位置数据。

26.根据权利要求15至16和19至20中任一项所述的计算机化方法，其中，所述平滑的飞行器位置信息被储存在数据储存器中以用于后续分析。

27.根据权利要求15至16和19至20中任一项所述的计算机化方法，其中，如果在给定时间段内没有在所述处理器接收到关于给定飞行器的飞行器位置信息，则所述处理器还输出外推的飞行器位置信息，使得所述外推的飞行器位置信息能够被覆盖到所述电子地理映射数据上。

28.根据权利要求19或20所述的计算机化方法，其中，如果ACARS飞行器位置信息不构成所述平滑的飞行器位置信息的一部分，则所述处理器还输出所述ACARS飞行器位置信息，使得所述ACARS飞行器位置信息能够在所述平滑的飞行器位置信息旁被覆盖到所述电子地理映射数据上。

29.一种用于监测飞行器的位置的装备，包括：

第一接收器设备，所述第一接收器设备被配置为接收与所述飞行器对应的飞行器位置信息；

第二接收器设备，所述第二接收器设备被配置为接收天气数据的多个帧，每个帧对应于给定时刻；

处理器，所述处理器被配置为接收所述飞行器位置信息、所述天气数据，并导出所述飞行器的与由所述天气数据的帧表示的每个时刻对应的飞行器位置数据；

其中，所述处理器还被配置为输出所述飞行器位置信息、所述飞行器位置数据和所述天气数据，使得它们能够被覆盖到电子地理映射数据上；以及

其中，对于与未来时刻对应的天气数据的帧，所述处理器还被配置为基于从由所述飞行器位置信息识别的所述飞行器的位置和轨迹的外推，或基于由所述飞行器位置信息识别的所述飞行器的位置和在所述处理器处接收的与所述飞行器对应的飞行计划之间的插值，估计所述飞行器位置数据。

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