CN107591031B - 自动调整外部景观的三维合成表示中的可见范围的方法 - Google Patents

自动调整外部景观的三维合成表示中的可见范围的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在飞机的机载显示系统内自动调整外部景观的三维合成表示中的可见范围的方法。本发明的一般领域是包括图形计算机和显示屏的在飞机的机载显示系统中外部景观的三维图形表示方法。在可见距离内计算图形表示。在根据本发明的方法中，飞机的零俯仰线(ZPRL)与真实的水平线(LH)形成第一夹角(α)，表示可见距离的极限的直线(RC)与真实的水平线形成第二夹角(β)，在第一步中，图形计算机确定最大可见距离，以使得第一夹角和第二夹角之间的差值保持低于确定的值；在第二步中，图形计算机上确定所述可见距离作为最大可见距离、所述飞机的所处环境的地貌的最大高度和所述飞机的飞行阶段的函数。

Description

自动调整外部景观的三维合成表示中的可见范围的方法
技术领域
本发明的领域是用于航空应用的人机界面的领域，更具体地，本发明的领域是包括用于在飞机的机载显示系统内显示外部景观的三维合成图像的方法的合成显示系统的领域。
背景技术
现代飞机通常具有合成视觉系统，以首字母缩写简称为“SVS”。这一系统可以向机组人员显示通常包括领航或导航信息的外部景观的合成图像。
SVS系统包括：代表所飞越的地域的地图数据库、定位系统、电子计算装置以及位于飞机的驾驶舱内的数个显示装置。定位系统是“GPS”类型，GPS是“全球定位系统”的首字母缩写。定位系统可以与飞机的惯性系统相耦合。总体上，定位系统至少提供以下参数：以纬度、经度和高度表示的飞机的位置，以及以俯仰、滚动和航向表示的飞机的方向。
通常，图像会显示在位于飞机仪表板的前面板上的显示屏上。图像是尽可能真实地表现的外部景观的三维视图。显示的视角在飞机的轴上。在距飞机的一定距离之内计算合成图像，以使得计算限制为显示所必需的。这段距离称为“SVS范围”。实际上，在一定的距离之外，景观的图像尺寸较小。此外，领航飞机对在一定的距离之外的景观并不感兴趣。
这幅合成图像通常包括领航和导航辅助符号。它通常包括给出飞机姿态的虚拟水平线和给出飞机的高度和速度的指示器。该符号还显示了表示零纵向俯仰指示器的线，也称为“ZPRL”，其为“Zero Pitch Reference Line”的首字母缩写。按不严谨的说法，“ZPRL”通常称为“水平线”。
图1表示飞机A飞越地域T在竖直截面内的视图，从图1可以看出，ZPRL与真实的水平线LH形成第一夹角α。ZPRL与图面表现RC的极限形成必然大于第一夹角的第二夹角β。这些角度在高海拔时通常只有几度。
图2呈现了在飞机显示装置上显示的包括领航符号的所飞越的地域的图面表现。该符号包括ZPRL。在图2中，该ZPRL和图面表现的末端之间的差异显著。研究表明，由于与通常的视觉数量级不一致，SVS范围和ZPRL之间的显著的角度偏差对飞行员非常困扰。由于偏差随飞机高度而增加，尤其在高海拔发生这种现象。
此外，一些航空标准，例如标题为“Airworthiness Approval of EnhancedVision System,Synthetic Vision System,Combined Vision System,and EnhancedFlight Vision System Equipment(增强视觉系统、综合视觉系统、组合视觉系统以及增强飞行视觉系统设备的适航批准)”的标准AC-20-167，要求SVS提供的信息与ZPRL有关。例如，如果在给定的时刻位于载机的高度之上的地域足够接近而变得危险，那么它必须总是出现在ZPRL之上。
解决这些问题的第一种方法是在更长的距离上显示图面表现。该解决方案的缺点是同时对中央处理器层面和图形计算方法层面的电子平台的性能方面提出显著的附加要求，以使得以期望的频率和图像质量来显示图像。
第二种方法包括将地域的表示简化为从地域到飞机的距离的函数。标题为“Method for producing 3D perspective view avionics terrain displays(3D地域透视图航电地域显示的产生方法)”的专利US 6 862 501,和标题为“System and method fora safe depiction of terrain,airport and other dimensional data on aperspective flight display with limited bandwidth of data presentation(在具有有限的数据表示的带宽的透射飞行显示器上安全描述地域、机场和其他空间数据的系统和方法)”的专利US 7 262 713提出了这种类型的解决方案。
发明内容
由于根据本发明的图面表现方法使用简单的标准来确定SVS范围，所以并不存在这些缺点。更具体地，本发明的主题是在飞机的机载显示系统中图形化表示外部景观的三维合成视图的方法，其包括图形计算机和显示屏，所述图形表示显示在所述显示屏上并且包括叠加在所述外部景观的三维合成表示上的所述飞机的领航和/或导航信息，所述合成表示在称为可见距离的第一确定距离之内计算。
其特征在于飞机的零俯仰线与真实的水平线形成第一夹角，表示可见距离的极限的直线与真实的水平线形成第二夹角。
在方法的第一步中，图形计算机确定最大可见距离，以使得第一夹角和第二夹角之间的差值保持低于确定的值。
在方法的第二步中，图形计算机确定所述可见距离作为最大可见距离、所述飞机的所处环境的地貌的最大高度和所述飞机的飞行阶段的函数，所述所处环境被最大程度地限制为出现在显示的三维合成表示中的外部景观。
有利地，确定的第一夹角和第二夹角之间的差值取决于飞机高度。
有利地，确定的第一夹角和第二夹角之间的差值不超过0.5度。
有利地，所述飞机的所处环境由第二确定的距离所限制，第二确定的距离是最大可见距离的函数。
有利地，利用人机界面来人工修改第一夹角和第二夹角之间确定的差值。
附图说明
通过阅读以下以非限制性方式给出的描述并且借助附图，将更好地理解本发明和其他的优势：
图1呈现了飞机飞越地域在竖直截面的视图；
图2呈现了在飞机显示装置上显示的包括领航符号的所飞越的地域的图面表现；
图3呈现了ZPRL和图面表现的极限之间的角度差的变化作为高度的函数；
图4呈现了可见度极限的变化作为高度的函数。
具体实施方式
根据本发明的方法是在SVS类型的系统中实施的。SVS类型的系统包括至少一个代表所飞越的地域的地图数据库、定位系统、包括图形计算机的电子计算装置以及位于飞机的驾驶舱内的数个显示装置。所述方法是由电子计算装置实施的。
正如所见，SVS范围和ZPRL之间的显著的角度偏差对飞行员是困扰的。图形化表示合成视图的方法就是从这一问题开始。由于景观的合成表示在称为可见距离的第一确定的距离之内计算，所以在方法的第一步中，图形计算机确定最大可见距离，以使得第一夹角和第二夹角的角度差保持低于确定的值。该角度差随高度而变化。
图3和图4的曲线显示了方法的第一步。在图3中，以虚线表示的第一曲线C1呈现了在飞机的零俯仰线和真实的水平线之间存在的夹角作为飞机高度(米)的函数。以连续线表示的第二曲线C2呈现了在飞机的零俯仰线和最大可见距离限制之间存在的角度作为飞机高度(米)的函数。选择该角度以使得在任何高度，两个曲线之间的差值都不会超过确定的值，所述确定的值是高度的函数。选择足够低的该值以使得飞行员可以承受。在图3中，当飞机接近地面时，该值是0.5度。在高海拔处，随高度减小到0.1度。
但是，这种微小的差异可以显著地减少最大可见距离。因此，图4中以虚线表示的第一曲线C3呈现了到真实的水平线的距离作为飞机高度的函数。以连续线表示的第二曲线C4呈现了图形计算机中考虑的可见距离作为高度的函数。例如，在1000米的高度，图3的两条曲线之间的角偏差为0.5度，这使得可以从位于60海里以外的真实的水平线转换为稍多于20海里的可见距离。在10000米的高度，图3的两条曲线之间的角偏差为0.1度，这使得可以从位于190海里以外的真实的水平线转换为150多海里的可见距离。
因此，以飞机的零俯仰线和真实的水平线之间存在的夹角的少量增加为代价，可见距离大幅减少，从而在相同的分辨率下，与可见距离的平方成正比的图形表示计算时间也大幅减少。相反，如果可见距离减少，在计算时间相同的情况下，可以提高合成图像的分辨率。
在方法的第二步中，图形计算机确定由图形计算机实际考虑的可见距离作为最大可见距离、所述飞机的所处环境的地貌的最大高度和所述飞机的飞行阶段的函数，所述所处环境被最大程度地限制为出现在显示的三维合成表示中的外部景观。
实际上，如果地貌的高度代表飞机高度的重要部分，可见距离可以显著降低。这就相当于计算可见距离不再与飞机的真实高度有关，而是与飞机到地面的距离有关。
如果飞机位于低于当地地貌的平均高度的高度，那么图形计算机就会考虑最小的可见距离。这是飞机从位于山区的机场降落或起飞，或直升机在山区飞行的情况。
在一些飞行阶段，可以指定可见距离，以提高飞机环境中的地域的分辨率。
最后，通过可以在飞机仪表板上使用的键盘或触摸表面类型的人机界面的方式，可以手动修改第一夹角和第二夹角之间的差异值。

Claims (5)

1.在飞机的机载显示系统中图形化表示外部景观的三维合成视图的方法，其包括图形计算机和显示屏，所述图形化表示显示在所述显示屏上并且包括叠加在所述外部景观的三维合成表示上的所述飞机的领航和/或导航信息，所述合成表示在称为可见距离的第一确定距离之内计算，
其特征在于飞机的零俯仰线(ZPRL)与真实的水平线(LH)形成第一夹角(α)，表示可见距离的极限的直线(RC)与飞机的零俯仰线(ZPRL)形成第二夹角(β)，
在方法的第一步中，图形计算机确定最大可见距离，以使得第一夹角和第二夹角之间的差值保持低于确定的值；
在方法的第二步中，图形计算机上确定可见距离作为最大可见距离、所述飞机的所处环境的地貌的最大高度和所述飞机的飞行阶段的函数，所述所处环境被最大程度地限制为出现在显示的三维合成表示中的外部景观。
2.根据权利要求1所述的在飞机的机载显示系统中图形化表示外部景观的三维合成视图的方法，其特征在于第一夹角和第二夹角之间确定的差值取决于飞机的高度。
3.根据权利要求1所述的在飞机的机载显示系统中图形化表示外部景观的三维合成视图的方法，其特征在于第一夹角和第二夹角之间确定的差值不超过0.5度。
4.根据权利要求1所述的在飞机的机载显示系统中图形化表示外部景观的三维合成视图的方法，其特征在于所述飞机的所处环境由第二确定距离所限制，第二确定距离是最大可见距离的函数。
5.根据权利要求1所述的在飞机的机载显示系统中图形化表示外部景观的三维合成视图的方法，其特征在于利用人机界面来手动修改第一夹角和第二夹角之间确定的差值。
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