CN108307293B - 使用空中通信和地面数据服务的动态飞行跟踪系统 - Google Patents

Abstract

使用空中通信和地面数据服务的动态飞行跟踪系统。一种用于飞行器的动态飞行跟踪的系统包括地面中心，其被配置成与飞行器机上的飞行跟踪应用通信，其中飞行跟踪应用被用默认飞行跟踪偏好预先加载，其包括：正常时间速率间隔，以用于在飞行条件正常时向地面中心发送正常条件位置报告；异常时间速率间隔，以用于在检测到异常飞行条件时向地面中心发送异常条件位置报告，其中所述异常时间速率间隔小于所述正常时间速率间隔；以及异常飞行条件准则，以用于确定要监视哪些飞行器条件以检测异常飞行条件。地面中心从飞行器接收飞行跟踪通信以便监视飞行条件以确定飞行器是否正在遭遇异常飞行条件，并且操作用于向飞行器发送上行链路请求以改变默认飞行跟踪偏好。

Description

使用空中通信和地面数据服务的动态飞行跟踪系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月19日提交的美国临时申请号62/396,564的优先权的权益，其通过引用被结合到本文。

背景技术

存在来自政府机构的用于飞行器的飞行跟踪的两个命令（mandate）。这些命令包括：长期跟踪解决方案，其着眼于不能被禁用或篡改的最终规定（fix）；以及短期跟踪解决方案，其提供了报告位置、高度及其它数据（诸如以在海洋上方的至少每15分钟的速率）的飞行报告/跟踪系统。另外，政府机构鼓励飞行器经营者提供检测用于飞行器的异常条件及当它们发生时以增加的频率报告位置数据（诸如高达一分钟间隔）的能力。

发明内容

一种用于飞行器的动态飞行跟踪的系统包括被配置成与飞行器机上的飞行跟踪应用通信的地面中心，其中飞行跟踪应用被用默认飞行跟踪偏好预先加载。飞行跟踪偏好包括正常时间速率间隔（normal time rate interval），其用于在飞行条件正常时向地面中心发送正常条件位置报告；一个或多个异常时间速率间隔，其用于在检测到一个或多个异常飞行条件时向地面中心发送异常条件位置报告，其中所述一个或多个异常时间速率间隔小于所述正常时间速率间隔；以及异常飞行条件准则，其用以确定要监视哪些飞行器条件以便检测异常飞行条件。地面中心操作用于从飞行器接收飞行跟踪通信以便监视飞行条件以确定飞行器是否正在遭遇任何异常飞行条件，并向飞行器发送上行链路请求以改变默认飞行跟踪偏好中的一个或多个。

附图说明

根据参考附图的下面的描述，本发明的特征将变得对于本领域技术人员而言显而易见。理解到附图仅仅描绘了典型实施例并且因此不将认为在范围方面是限制性的，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述本发明，在所述附图中：

图1是根据一个实施例的用于飞行器的动态飞行跟踪的系统的框图；以及

图2是根据一个实施方式的用于飞行器的动态飞行跟踪的方法的流程图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，足够详细地描述实施例以使得本领域技术人员能够实施本发明。应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下可以利用其它实施例。因此不将在限制性意义上理解以下详细描述。

一种用于飞行器的动态飞行跟踪的系统使用空中（airborne）通信和地面数据服务来实现用于飞行器的增强位置报告。系统利用飞行器与地面中心之间的通信来协调关键飞行器参数的监视以确定飞行器是否正在非预料地且显著地偏离其飞行计划或正在遭遇异常操作条件。地面中心操作用于随着飞行器操作从正常的规划操作偏离而请求该报告触发准则和/或来自飞行器的报告的频率改变。

本系统提供了一种飞行跟踪机制和服务，其包括下面的特征：报警机制；异常条件监视阈值的更新；单独地监视异常条件的禁用；以及经由上行链路的报告间隔的改变。可以在数据库中定义用于异常条件监视阈值的默认值。该默认值可以是可配置的（诸如在航空公司运营通信（AOC）数据库中），或者使用软件、固件、硬件等进行硬编码。

地面中心可以提供用于与条件相关联的报告频率和监视阈值的更新。例如，地面中心可以指示当特定触发起作用时以什么频率或时间间隔来发送消息。这允许使用上行链路从地面中心配置与条件相关联的机制阈值和频率两者。

地面中心可以发送各种上行链路请求，包括：用以对位置报告偏好进行改变的请求，诸如将正常报告速率间隔（reporting rate interval）修改成一个或多个异常报告速率间隔；改变条件监视阈值；或停止一个或多个条件的监视。在示例性实施方式中，可以将一个报告速率间隔用于所有异常条件，或者可以将不同的报告速率间隔用于不同的异常条件。

在示例中，可以在条件被确定为正常时实现报告速率间隔的改变（例如，回到15分钟）。另外，报告速率间隔可以基于来自地面的监视而具有增加的频率速率（frequencyrate）（例如，飞行器位置并未遵循飞行计划、飞行器正在水、诸如危险区之类的指定地理区域的上方飞行、异常引擎报告等）。报告速率间隔的改变还可以基于来自经营者（例如，航空公司经营者）的指示，并且可以将报告速率间隔变成任何值（不仅仅是1分钟或15分钟）。还可以完全关掉报告速率间隔。其它特征包括诸如当检测到异常条件时经由下行链路来提供用于报告速率间隔的增加频率速率的原因。另外，基于来自地面的监视或事件的检测，系统可以请求另外的数据。

在示例性实施方式中，可以将不同的报告速率间隔用于不同的异常条件阈值，包括：针对异常方向阈值，异常报告速率间隔可以是例如两分钟；针对次要异常高度阈值，异常报告速率间隔可以是例如三分钟；并且针对主要异常高度阈值，异常报告速率间隔可以是例如一分钟。

可以通过更新航空电子设备中和对等飞行跟踪地面中心（其提供地面飞行跟踪监视服务）中的数据库或硬编码软件来实现所述系统。应理解的是仅在地面系统（诸如飞行跟踪地面中心）支持飞行跟踪机制的某些特征的情况下此类特征才将是可用的。

下文参考附图来描述飞行跟踪系统的更多细节。

图1图示出根据一个实施例的用于增强的飞行跟踪和位置报告的系统100。系统100一般地包括一个或多个航空电子数据源110以及与航空电子数据源110进行操作通信的空中飞行跟踪应用120。飞行跟踪应用120可以是AOC应用、飞行器条件监视系统（ACMS）应用等。

另外，飞行跟踪数据库或软件实现130与飞行跟踪应用120进行操作通信。在示例性实施例中，飞行跟踪数据库可以是可配置AOC数据库，并且飞行跟踪软件可以是被硬编码的AOC软件。当采用时，可以使用地面重配置工具（诸如ACARS重配置工具（ART）（针对AOC数据库）或基于地面的软件工具（GBST）（针对AMI））来创建AOC数据库（在某些飞行器中也称为航空公司可修改信息（AMI）数据库）。另外，ACMS还可以使用ACMS AMI数据库和GBST。

飞行跟踪地面中心140通过空中/地面网络150与飞行跟踪应用120进行操作通信。航空公司/经营者地面计算中心160与飞行跟踪地面中心140进行操作通信，并且还可以通过空中/地面网络150直接地与飞行跟踪应用120进行通信。空中/地面网络150可以包括甚高频（VHF）数据无线电（VDR）通信、卫星通信（SATCOM）、高频（HF）数据无线电通信、ARINC/SITA/ADCC及其它服务提供商、地面站以及IP/宽带（IP/BB）数据链路子网络，诸如WiFi、蜂窝、宽带SATCOM、AeroMACS等。

航空电子数据源110可以包括飞行管理计算机（FMC）、ACMS或其它机载维护计算机、全球定位系统（GPS）接收机、飞行器引擎、飞行系统、飞行传感器或其它机载航空电子系统。由于在每个类型的飞行器上存在不同的一组航空电子设备，所以航空电子数据源110将取决于飞行器类型和特定飞行器上的航空电子设备的配置而改变。

航空电子数据源110通过数据广播（例如，429广播）、来自飞行器传感器的分立输入或集成航空电子背板（backplane）向飞行跟踪应用120发送数据。由航空电子数据源110发送的数据可以包括纬度/经度数据、协调通用时间（UTC）数据、估计到达时间（ETA）数据、空中/地面状态数据、高度、航向、空速、引擎异常报告、意图数据等。

可以在通信管理单元（CMU）、通信管理功能（CMF）、空中交通服务单元（ATSU）、飞行器通信寻址与报告系统（ACARS）单元、电子飞行包、客舱终端、飞行人员设备、ACMS等中实现飞行跟踪应用120。飞行跟踪应用120包括使用来自飞行跟踪数据库或软件实现130的设置以及来自航空电子数据源110的飞行器数据的嵌入式操作软件应用。

飞行跟踪数据库或软件实现130包含可以被修改成匹配航空公司/经营者偏好或飞行器类型要求的数据。数据库或软件实现130还提供用于在启动时安装的默认偏好，其具有与飞行跟踪功能有关的设置，包括：将在未识别到异常条件时使用的位置报告的正常速率（飞行期间的每个位置报告之间的时间速率间隔）；位置报告的异常速率，将在检测到异常条件时使用（可以使用用于不同条件的不同异常速率，或者所有异常条件可以具有相同的异常速率）；异常条件准则，包括应监视哪组条件以检测异常情况的指示；以及可选地，用来确定巡航时段的准则，在其期间飞行跟踪应用将检查异常条件（例如，如果飞行器下降到xx,xxx英尺以下（高度＜xx,xxx英尺），则检测到异常条件）。

飞行跟踪应用120执行许多功能，这些中的一个是在飞行期间发送飞行跟踪位置报告。在正常操作条件期间，以正常报告间隔（例如，15分钟）发送位置报告。在用于飞行器的巡航时段期间，飞行跟踪应用120周期性地（例如每秒一次）检查使用来自数据库或软件实现130的偏好或者使用向上传输的消息从飞行跟踪地面中心140或航空公司/经营者地面计算中心160发送的偏好指定的各种条件。另外，在可配置偏好中，飞行跟踪地面中心140可以经由上行链路来配置在位置报告中将包括什么数据。

在某些实施例中，偏好可以定义在确定异常条件实际上是异常条件之前必须检测到该异常条件多长时间或多少次。例如，如果飞行器高度在一个检测样本中下降过快但然后在后续检测样本中稳定下来，则这不被视为是异常条件。但是例如如果高度在三个检测样本之后并未稳定下来，则这将被视为异常条件。这可以是经由从飞行跟踪地面中心140到飞行跟踪应用120的上行链路的另一飞行跟踪可配置条件（例如，配置在声明已检测到异常条件之前多长时间或多少检测样本。

如果检测到异常条件，则飞行跟踪应用120可以可选地立即发送位置报告，并且还以增加的报告间隔开始发送异常位置报告。飞行跟踪应用120在位置报告中包括飞行器数据值（用来检测异常条件的准则）、纬度/经度位置，并且指示检测到哪些异常条件。飞行跟踪应用120还可以使用空中/地面网络150将由ACMS或其它机载维护计算机发送的引擎异常/超标报告（exceedance report）及其它异常报告路由到地面。在某些实施例中，异常飞行跟踪特征由ACMS应用执行。在这种情况下，CMU/CMF仅路由空中/地面通信。

飞行跟踪地面中心140包括具有飞行跟踪能力的一个或多个计算系统。飞行跟踪地面中心140可以在任何时间向飞行器发送上行链路消息以改变由飞行跟踪应用120所使用的位置报告偏好。这可以作为用于特定飞行器类型的设置或者由于飞行期间的改变（诸如飞入其中期望更频繁的位置报告的更危险区域中）而发生。飞行跟踪地面中心140可以向飞行器发送以下上行链路：正常报告速率；异常报告速率（用于不同条件的不同速率、用于所有条件的相同速率）；用以关掉用于特定条件的报告的消息；用来确定在其期间飞行跟踪应用120将检查异常条件的巡航时段的准则；以及将用来检测异常条件的准则。

飞行跟踪地面中心140通过监视位置报告及其它报告（比如ACMS异常或引擎超标报告或其它AOC报告）来监视飞行器的位置。如果ACMS异常报告指示故障模式，则飞行跟踪地面中心140可以向飞行器向上传输用以开始异常位置报告的请求。飞行跟踪地面中心140还可以与航空公司/经营者地面计算中心160通信以在从飞行器接收到异常位置报告（包括用于异常位置报告的原因）时发送警报。

航空公司/经营者地面计算中心160可以与飞行跟踪地面中心140通信以向飞行器发送各种请求，或者可以通过空中/地面网络150直接地向飞行器发送请求。该请求可以是接收位置报告，或者对位置报告偏好（诸如报告速率间隔、用于巡航时段的准则以及用于检测异常条件的准则）进行改变。

图2是用于飞行器的动态飞行跟踪的方法200的流程图。方法200包括在地面中心处从飞行器机上的飞行跟踪应用接收飞行跟踪通信以监视飞行器的飞行条件（块210）。飞行跟踪应用可以被用各种默认飞行跟踪偏好预先加载，如先前所述。方法200然后确定飞行器是否正在遭遇任何异常飞行条件（块220）。如果不是，方法200基于来自飞行器的飞行跟踪通信而继续监视飞行器的飞行条件。当检测到用于飞行器的异常飞行条件时，向飞行器发送上行链路请求以改变飞行跟踪应用中的默认飞行跟踪偏好中的一个或多个（块230）。

在本系统和方法中使用的计算机或处理器可以使用软件、固件、硬件或其任何适当组合来实现，如本领域技术人员已知的。这些可以由专门设计的专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）补充或者被结合在其中。计算机或处理器还可以包括具有用于执行在本方法和系统中使用的各种过程任务、计算以及控制功能的软件程序、固件或其它计算机可读指令的功能。

本方法可以通过由至少一个处理器执行的计算机可执行指令（诸如程序模块或部件）实现。一般地，程序模块包括例程、程序、对象、数据部件、数据结构、算法等，其执行特定任务或实现特定抽象数据类型。

用于执行在本文所述的方法的操作中使用的各种过程任务、计算以及其它数据的生成的指令可以用软件、固件或其它计算机或处理器可读指令来实现。这些指令通常被存储在任何适当的计算机程序产品上，其包括被用于存储计算机可读指令或数据结构的计算机可读介质。此类计算机可读介质可以是可以被通用或专用计算机或处理器或任何可编程逻辑器件访问的任何可用介质。

适当的处理器可读介质可包括诸如磁或光学介质之类的储存器或存储器介质。例如，储存器或存储器介质可包括常规硬盘、光盘、DVD、蓝光光盘或其它光学存储介质；易失性或非易失性介质，诸如随机存取存储器（RAM）；只读存储器（ROM）、电可擦可编程ROM（EEPROM）、闪速存储器等；或者可以用来以计算机可执行指令或数据结构的形式载送或存储期望程序代码的任何其它介质。

示例实施例

示例1包括一种用于飞行器的动态飞行跟踪的系统，该系统包括：地面中心，其被配置成与飞行器机上的飞行跟踪应用通信，其中飞行跟踪应用被用默认飞行跟踪偏好预先加载，所述默认飞行跟踪偏好包括：正常时间速率间隔，其用于在飞行条件正常时向地面中心发送正常条件位置报告；一个或多个异常时间速率间隔，其用于在检测到一个或多个异常飞行条件时向地面中心发送异常条件位置报告，所述一个或多个异常时间速率间隔小于所述正常时间速率间隔；以及异常飞行条件准则，其用以确定要监视哪些飞行器条件以便检测异常飞行条件；其中所述地面中心操作用于从飞行器接收飞行跟踪通信以便监视飞行条件以确定飞行器是否正在遭遇任何异常飞行条件；其中所述地面中心操作用于向飞行器发送上行链路请求以改变默认飞行跟踪偏好中的一个或多个。

示例2包括示例1的系统，其中所述地面中心包括通过空中/地面网络与飞行跟踪应用进行操作通信的飞行跟踪地面中心。

示例3包括示例2的系统，其中所述空中/地面网络被配置成支持包括甚高频（VHF）通信、卫星通信（SATCOM）、高频（HF）通信、数据链路子网络通信或其组合的通信。

示例4包括示例3的系统，其中所述数据链路子网络通信包括WiFi通信、蜂窝通信、宽带SATCOM通信、AeroMACS或其组合。

示例5包括示例2—4中的任一项的系统，其中所述飞行跟踪地面中心与航空公司/经营者地面计算中心进行操作通信。

示例6包括示例5的系统，其中所述航空公司/经营者地面计算中心被配置成通过空中/地面网络直接地与飞行跟踪应用进行通信。

示例7包括示例6的系统，其中所述飞行跟踪地面中心被配置成当从飞行跟踪应用接收到异常条件位置报告时向航空公司/经营者地面计算中心发送警报。

示例8包括示例7的系统，其中所述航空公司/经营者地面计算中心被配置成向飞行跟踪地面中心发送请求以接收异常条件位置报告并改变默认飞行跟踪偏好中的一个或多个。

示例9包括示例1—8中的任一项的系统，其中所述飞行跟踪偏好还包括用以确定用以监视异常飞行条件的时间段的巡航时段准则。

示例10包括示例1—9中的任一项的系统，其中所述飞行跟踪应用包括航空公司运营通信（AOC）应用或飞行器条件监视系统（ACMS）应用。

示例11包括示例1—10中的任一项的系统，其中所述飞行跟踪应用与一个或多个航空电子数据源进行操作通信。

示例12包括示例11的系统，其中所述一个或多个航空电子数据源包括飞行管理计算机（FMC）、ACMS或其它机载维护计算机、全球定位系统（GPS）接收机、一个或多个飞行器引擎、一个或多个飞行系统或一个或多个飞行传感器。

示例13包括示例1—12中的任一项的系统，其中所述飞行跟踪应用与飞行跟踪数据库或飞行跟踪软件模块进行操作通信。

示例14包括示例13的系统，其中所述飞行跟踪数据库包括可配置AOC数据库，并且所述飞行跟踪软件模块包括硬编码AOC软件模块。

示例15包括示例1—14中的任一项的系统，其中在通信管理单元（CMU）、通信管理功能（CMF）、空中交通服务单元（ATSU）、飞行器通信寻址与报告系统（ACARS）、电子飞行包、客舱终端、飞行人员设备或ACMS中实现所述飞行跟踪应用。

示例16包括示例15的系统，其中所述ACMS与航空公司可修改信息（AMI）数据库进行操作通信。

示例17包括示例1—16中的任一项的系统，其中所述飞行跟踪应用可配置成对所有异常条件使用单个异常时间速率间隔。

示例18包括示例1—16中的任一项的系统，其中所述飞行跟踪应用可配置成对不同的异常条件使用不同的异常时间速率间隔。

示例19包括一种用于飞行器的动态飞行跟踪的方法，所述方法包括：在地面中心处从飞行器机上的飞行跟踪应用接收飞行跟踪通信以监视飞行器的飞行条件，其中所述飞行跟踪应用被用默认飞行跟踪偏好预先加载，所述默认飞行跟踪偏好包括：正常时间速率间隔，其用于在飞行条件正常时向地面中心发送正常条件位置报告；一个或多个异常时间速率间隔，其用于在检测到一个或多个异常飞行条件时向地面中心发送异常条件位置报告，所述一个或多个异常时间速率间隔小于所述正常时间速率间隔；以及异常飞行条件准则，其用以确定要监视哪些飞行器条件以便检测异常飞行条件；确定飞行器是否遭遇任何异常飞行条件；以及当检测到一个或多个异常飞行条件时向飞行器发送上行链路请求以改变飞行跟踪应用中的默认飞行跟踪偏好中的一个或多个。

示例20包括示例19的方法，其中所述飞行跟踪偏好还包括用以确定用以监视异常飞行条件的时间段的巡航时段准则。

在不脱离本发明的本质特性的情况下可以用其它特定形式来具体实施本发明。所述实施例将在所有方面仅被视为说明性的及非限制性的。因此由所附权利要求而不是由前文的描述来指示本发明的范围。进入权利要求的等价的范围和意义内的所有改变将被涵盖在其范围内。

Claims (3)

1.一种用于飞行器的动态飞行跟踪的系统，所述系统包括：

地面中心，其被配置成与飞行器机上的飞行跟踪应用通信，其中飞行跟踪应用被用默认飞行跟踪偏好预先加载，所述默认飞行跟踪偏好包括：

正常时间速率间隔，其用于在飞行条件正常时向地面中心发送正常条件位置报告；

一个或多个异常时间速率间隔，其用于在检测到一个或多个异常飞行条件时向地面中心发送异常条件位置报告，所述一个或多个异常时间速率间隔小于所述正常时间速率间隔；以及

异常飞行条件准则，其用以确定要监视哪些飞行器条件以便检测异常飞行条件；

其中所述地面中心操作用于从飞行器接收飞行跟踪通信以便监视飞行条件以确定飞行器是否正在遭遇任何异常飞行条件；

其中所述地面中心操作用于向飞行器发送上行链路请求以改变默认飞行跟踪偏好中的一个或多个；

其中所述飞行跟踪应用包括航空公司运营通信AOC应用或飞行器条件监视系统ACMS应用；

其中在通信管理单元CMU、通信管理功能CMF、空中交通服务单元ATSU、飞行器通信寻址与报告系统ACARS单元或ACMS中实现所述飞行跟踪应用。

2.权利要求1的系统，其中所述地面中心包括通过空中/地面网络与飞行跟踪应用进行操作通信的飞行跟踪地面中心，所述飞行跟踪地面中心与航空公司/经营者地面计算中心进行操作通信，其中：

所述航空公司/经营者地面计算中心被配置成通过空中/地面网络直接地与飞行跟踪应用进行通信；

所述飞行跟踪地面中心被配置成当从飞行跟踪应用接收到异常条件位置报告时向航空公司/经营者地面计算中心发送警报；以及

所述航空公司/经营者地面计算中心被配置成向飞行跟踪地面中心发送请求以接收异常条件位置报告并改变默认飞行跟踪偏好中的一个或多个。

3.一种用于飞行器的动态飞行跟踪的方法，所述方法包括：

在地面中心处从飞行器机上的飞行跟踪应用接收飞行跟踪通信以监视飞行器的飞行条件，

其中所述飞行跟踪应用被用默认飞行跟踪偏好预先加载，所述默认飞行跟踪偏好包括：

正常时间速率间隔，其用于在飞行条件正常时向地面中心发送正常条件位置报告；

一个或多个异常时间速率间隔，其用于在检测到一个或多个异常飞行条件时向地面中心发送异常条件位置报告，所述一个或多个异常时间速率间隔小于所述正常时间速率间隔；以及

异常飞行条件准则，其用以确定要监视哪些飞行器条件以便检测异常飞行条件；

确定飞行器是否遭遇任何异常飞行条件；以及

当检测到一个或多个异常飞行条件时向飞行器发送上行链路请求以改变飞行跟踪应用中的默认飞行跟踪偏好中的一个或多个；

其中所述飞行跟踪应用包括航空公司运营通信AOC应用或飞行器条件监视系统ACMS应用；

其中在通信管理单元CMU、通信管理功能CMF、空中交通服务单元ATSU、飞行器通信寻址与报告系统ACARS单元或ACMS中实现所述飞行跟踪应用。

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