CN108917786B - 用于指示基于时间的要求的显示系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于指示基于时间的要求的显示系统和方法。显示系统配置成向飞行器飞行人员提供显示。系统包括图像显示设备、数据存储设备、飞行管理系统、与图像显示设备、数据存储设备和飞行管理系统进行可操作电子通信的处理单元。处理单元包括计算机处理器，其被配置成接收对与飞行器的操作相关联的兴趣点的基于时间的要求。经由图像显示设备，飞行显示包括图形地描绘的时间带。时间带包括时间尺度。还在时间带内图形地描绘的是使用第一符号体系的兴趣点和使用第二符号体系的基于时间的要求。飞行器的操作参数数据允许确定飞行器实现基于时间的要求的能力，以及在时间带内使用第三符号体系图形地描绘飞行器实现基于时间的要求的能力。

Description

用于指示基于时间的要求的显示系统和方法

技术领域

本公开一般地涉及显示系统，包括飞行器显示系统，以及用于提供显示的方法。更特别地，本公开涉及用于提供指示基于时间的要求的显示的显示系统和方法。

背景技术

数量不断增加的空中交通已经引起机场周围的高交通密度区域中的飞行人员和空中交通管制员的工作负载的显著增加。美国空域系统的下一代（NextGen）翻修和欧洲空域系统的伙伴单一欧洲天空ATM研究（SESAR）翻修创建各种基于轨迹的机制以改进那些大陆上的空中交通管理。一些解决方案包括基于时间的要求的增加的使用，包括高交通密度区域中的基于时间的飞行器间距和分离。

这些新的要求是在飞行期间置于机组人员上的许多基于时间的要求之中。实际上，飞行器的每一个操作或机动（maneuver）取决于时间。一些示例包括：

1. 要在空中交通管制（ATC）与飞行器之间接受的相互要求到达时间（RTA）以节省空间和增加飞入和飞出机场的飞行器的流。

2. 在进场和着陆时，使用相对于在先飞行器的时基分离（TBS）以避免在先飞行器的尾流颠簸。

3. 按照编队（formation）飞行而不管任务的所有飞行器需要在规定时间在空中的不同点处相遇，遵守调度并且在特定时间报告或达到某个点。

4. 可要求飞行器在特定时间在空中的特定点处向空对空再加燃料会合报告。

5.ATC命令飞行器针对某个时间或持续时间在某个高度处报告或保持（hold）。

6. 可针对某个时间要求飞行器停留在推力攀爬等级（rating）内以用于噪声减少。

这些和许多更多的这样的基于时间的要求需要机组人员监视时间并且操纵飞行和推力控制以在规定时间实现结果。当前存在的人类接口不提供时间元素的充足态势感知，并且将实现结果留给机组人员的分析和假设。在某些情况下，如果飞行器更早或更晚报告，则其它飞行器的操作可能受影响。尤其是，SESAR和NextGen发起朝向空间和燃料优化的双重经济方面的工作。这两者仅能够通过节省时间或通过严格地跟随和遵守时间元素来实现。因此，存在向机组人员提供基于时间的控制的态势感知的需要，以监视依照基于时间的控制来实现要求的活动的可能性。

发明内容

公开了用于提供显示的显示系统和方法。在一个示例性实施例中，显示系统配置成向飞行器飞行人员提供显示。系统包括图像显示设备、数据存储设备、飞行管理系统和与图像显示设备、数据存储设备和飞行管理系统可操作地电子通信的处理单元。处理单元包括配置成接收对与飞行器的操作相关联的兴趣点的基于时间的要求的计算机处理器。经由图像显示设备，飞行显示包括图形地描绘的时间带。时间带包括时间尺度（time scale）。在时间带内还图形地描绘的是使用第一符号体系的兴趣点和使用第二符号体系的基于时间的要求。飞行器的操作参数数据允许飞行器实现基于时间的要求的能力的确定，以及使用第三符号体系的飞行器实现基于时间的要求的能力的时间带内的图形描绘。

一种用于向飞行器的飞行人员提供显示的方法包括接收对与飞行器的操作相关联的兴趣点的基于时间的要求，以及提供包括具有时间尺度的图形地描绘的时间带的飞行显示。在时间带内，方法包括使用第一符号体系描绘兴趣点，以及使用第二符号体系在时间带内图形地描绘基于时间的要求。方法还包括接收飞行器的操作参数数据，以及基于操作参数数据而确定飞行器实现基于时间的要求的能力。方法还包括在时间带内使用第三符号体系来图形地描绘飞行器实现基于时间的要求的能力。

提供本发明内容以用简化的形式引入下面在详细描述中进一步描述的概念的选择。本发明内容不意图标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，其也不意图用作帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

下文将结合下面绘制各图来描述本公开，其中相似的数字表示相似的元件，并且其中：

图1是依照本公开的各种实施例的示例性飞行显示系统的框图；

图2是依照本文所描述的示例性实施例的飞行显示的图形描绘；

图3是依照本文所描述的实施例的时间带指示器的图形图示；以及

图4是依照本文所描述的实施例中的另一个的时间带指示器的图形图示。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅仅是说明性的，并且不意图限制主题的实施例或这样的实施例的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性”意味着“充当示例、实例或说明”。本文描述为示例性的任何实现方式不一定被解释为相比于其它实现方式是优选或有利的。另外，不存在由在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中呈现的任何明示或暗示理论约束的意图。

本公开一般地提供了用于显示关于飞行器的操作的基于时间的要求的系统和方法。显示向飞行员（或机组人员）提供基于时间的要求对飞行器操作的影响的概览，在没有限制的情况下包括遵守基于时间的要求的能力的指示、对应于可准许操作的时间的范围，以及实现基于时间的要求的建议飞行器操作修改。在第一操作模式中，飞行员能够查看潜在的基于时间的要求对飞行器操作参数的影响，以便确定基于时间的要求是否可以被实现。在第二操作模式中，为飞行员提供关于朝向实现基于时间的要求的飞行器操作的连续信息。两个模式涉及由基于时间的要求中的差异引起的飞行员的不同需要，其导致基于时间的要求的不同呈现方式。

现在参考各图，图1描绘了示例性飞行器导航和控制系统100的框图，其可以用来实现本公开的各种实施例。在这些实施例中，系统100计算飞行器在四个维度（x，y，z，t）上的移动。在第一模式中，系统100描绘了飞行器实现基于时间的要求的能力，并且在第二模式中描绘了飞行器在实现基于时间的要求方面的进展。在每一个模式中，系统100以高度直观的方式向飞行员或飞行人员提供信息。显示和显示的操作的方法可以取决于系统操作在第一模式还是第二模式中以显示基于时间的要求而变化。

对于此示例性实施例，系统100包括处理单元102、数据库104、飞行管理系统106、导航系统108、图形显示生成器110和视觉显示器112。显然，应当理解的是，尽管系统100在图1中看起来被布置为集成系统，但是本公开不意图如此受限，并且还可以包括由此处理单元102、数据库104、飞行管理系统106、导航系统108、图形显示生成器110和视觉显示器112中的一个或多个是分离部件或位于飞行器机上或外部的另一系统的子部件的布置。而且，例如，系统100可以布置为集成系统（例如，飞行器显示系统、主飞行显示系统等）或更加全面的飞行器系统的子系统（例如，飞行管理系统、导航和控制系统、目标瞄准和控制系统、冲突警报和/或避免系统、天气避免系统等）。另外，本公开不限于飞行器显示器，并且系统100还可以被实现用于其它类型的交通工具的电子显示器（诸如例如，航天器导航显示器、船只导航显示器、潜水艇导航显示器、火车导航显示器、机动车辆导航显示器等）。

处理单元102可以是计算机处理器，诸如例如微处理器、数字信号处理器，或至少能够进行以下各项的任何合适的处理器：接收和/或检索飞行器飞行管理信息（例如来自飞行管理系统106）、导航和控制信息（例如来自导航系统108）、地形信息，包括航路点数据和针对机场、跑道、自然和人造障碍物等的坐标数据（例如，来自数据库104），生成用于飞行器飞行管理信息、导航和控制信息（包括例如零俯仰参考线、一个或多个航向指示器、用于空速和高度的带等）、地形信息的视觉显示的显示控制信号，并且向与机上视觉显示器（例如视觉显示器112）相关联的图形显示生成器（例如图形显示生成器110）发送所生成的显示控制信号。

例如，处理单元102可以布置为连接到数据通信总线或系统总线的单个处理器或多个处理器。存储器控制器/缓存还可以连接到数据通信总线或系统总线，其可以提供处理单元102与本地存储器（例如RAM、ROM等）之间的接口。多个机器指令可以存储在本地存储器中，并且由处理单元102检索和操作以生成用于图形显示生成器110和视觉显示器112的控制信号。输入/输出（I/O）总线桥还可以连接到数据通信总线或系统总线，其可以提供处理单元102与I/O总线之间的接口。因此，处理单元102可以经由这样的I/O总线接收、检索和/或发送数据。在任何情况下，本领域普通技术人员将领会到，本文针对图1中的处理单元102描述的硬件可以变化。照此，出于说明目的而提供所描绘的示例，并且其不意在暗示关于本公开的任何架构限制。

对于本示例性实施例，系统100还包括耦合到处理单元102（例如经由I/O总线连接）的数据库104。例如，数据库104可以是存储器设备（例如非易失性存储器、固态存储器、电磁、光学或带驱动类型存储设备、链接的大容量存储设备等），其可以存储数字目标位置数据、地形数据和航路点数据（例如纬度和经度数据）作为绝对坐标数据或作为飞行器位置的函数。针对存储在数据库104中的数字目标位置数据、地形数据和/或航路点数据的源可以是例如限定地理特征、位置和边界的电子存储的地图数据。

数据库104还可以包括例如地形数据库，其可以包括自然地形障碍物（诸如山或其它升高的地面区域）的位置和高度，以及还有人造障碍物（诸如无线电天线塔、建筑物、桥等）的位置和高度。存储在数据库104中的地形数据库还可以包括例如受约束的空域的边界、针对特定空域的受约束的高度、水体等。作为又一示例，存储在数据库104中的地形数据库可以是Jeppesen®样式的数据库，其可以覆盖例如300乘270英里地形区域，并且包括地形起伏信息。作为再一示例，存储在数据库104中的机场和跑道位置数据和地形数据可以从机上设备接收，所述机上设备感测和映射人造障碍物（例如机场、跑道等）和地形中的变化，诸如例如主动或被动类型的雷达设备。作为另一示例，机场和跑道位置数据以及其它类型的高优先级目标数据（例如要避免的即将到来的交通的位置、构造的航路点、飞行器飞行路径中的障碍物等）可以由处理单元102从这样的数据的合适的源检索和/或接收，所述合适的源诸如例如机上飞行管理系统数据库（例如飞行管理系统106的部件）、机上导航数据库（例如导航系统108的部件）、机上传感器或雷达设备，或外部数据库（例如经由数据通信上行链路）。

系统100还可以包括耦合到处理单元102（例如经由相应的I/O总线连接）的飞行管理系统106和导航系统108。显然，飞行管理系统106和导航系统108被描绘为系统100的示例实施例中的分离部件。替换地，飞行管理系统106和导航系统108和/或其飞行管理、导航和控制的功能可以组合在一个系统中（例如在飞行管理系统106中），或导航系统108可以是飞行管理系统106的子系统。在任何情况下，飞行管理系统106和/或导航系统108可以向处理单元102提供与飞行器的当前位置和飞行方向（例如航向、航线、轨道等）相关联的导航数据。照此，导航系统108可以包括例如惯性导航系统、卫星导航系统（例如全球定位系统）接收器、VLF/OMEGA、Loran C、VOR/DME、DME/DME、IRS、飞行器姿态传感器，或者导航信息可以来自飞行管理系统106。提供给处理单元102的导航数据还可以包括关于飞行器的空速、地速、高度（例如相对于海平面）、俯仰的信息，以及其它重要的飞行信息（如果这样的信息是所期望的话）。在任何情况下，对于本示例实施例，飞行管理系统106和/或导航系统108可以包括任何合适的位置和方向确定设备，其能够为处理单元102至少提供飞行器的当前位置（例如以纬度和经度形式）、飞行器在其飞行路径中的实时方向（航向、航线、轨道等），以及其它重要的飞行信息（例如空速、高度、俯仰、姿态等）。

对于本示例性实施例，系统100还包括耦合到处理单元102（例如经由I/O总线连接）和视觉显示器112的图形显示生成器110。视觉显示器112也可以耦合到处理单元102（例如经由I/O总线连接）。例如，视觉显示器112可以包括适合于以集成、多色或单色形式显示各种类型的计算机生成的符号和信息的任何设备或装置，所述符号和信息表示以下中的一个或多个：俯仰、航向、飞行路径、空速、高度、目标、航路点、地形、飞行路径标记数据，以及显然地，飞行器在实现基于时间的要求方面的进展的图形指示。通过使用从飞行管理系统106和/或导航系统108检索（或接收）的飞行器位置、方向（例如航向、航线、轨道等）、速度数据、从数据库104检索（或接收）的风数据（例如速度、方向）和地形（例如航路点）数据，处理单元102执行一个或多个算法（例如实现在软件中）以用于确定主飞行器的当前位置、其航向（航线、轨道等），并且计算实现基于时间的要求的能力，在没有限制的情况下诸如基于飞行器的当前速度而针对预定位置（例如航路点）的ETA。处理单元102然后生成多个显示控制信号，除其它事物之外，所述显示控制信号表示示出飞行器在实现基于时间的要求方面的进展的图形指示，并且经由图形显示生成器110向视觉显示器112发送所述多个显示控制信号。优选地，对于本实施例，视觉显示器112是飞行器驾驶舱、多色显示器（例如主飞行显示器）。图形显示生成器110解译所接收的多个显示控制信号，并且生成合适的显示符号，其在视觉显示器112的屏幕或监视器上呈现。

显然地，尽管现有的驾驶舱显示屏幕系统可以用于显示以上描述的飞行信息符号和数据，但是本公开不意图如此受限，并且可以包括能够在视觉上为飞行员或其他飞行机组成员呈现多色或单色飞行信息的任何合适类型的显示介质。照此，许多已知的显示监视器适合于显示这样的飞行信息，诸如例如各种CRT和平板显示系统（例如CRT显示器、LCD、OLED显示器、等离子体显示器、投影显示器、HDD、HUD等）。例如，视觉显示器112可以实现为下视主飞行显示器或为平视显示器（HUD）。

图2描绘了示例性飞行显示200，在没有限制的情况下诸如主飞行显示（PFD）。例如，虽然在图2中被描绘为PFD，但是飞行显示200可以实现为导航显示（ND）、多功能显示（MFD）或平视显示（HUD）的一部分。在飞行显示的常见元素之中，飞行显示200包括水平位置指示器202、转向指示器204、姿态指示器206、滑动/侧滑指示器208、高度计210、竖直速度指示器212和空速指示器214。在飞行显示200内的任何合适的位置处，描绘了时间带指示器216。对于图2中所描绘的示例性实施例，时间带指示器216定位成邻近于空速指示器214并且在其左边。将领会到，时间带指示器216可以在飞行显示200内位于任何合适的位置处。虽然时间带指示器216的位置可以利用飞行显示200的设计来固定，以优化人机接口和交互，但是时间带指示器216可以例如通过用户选择或偏好而是可定位的，和/或例如当不存在待决的基于时间的要求时，其可以通过图形显示生成器110的动作而被动态地定位、重定位或从飞行显示200省略。如技术人员将领会到的，时间带指示器216可以被提供在新部署的飞行显示中，或者可以经由对各种软件元件（诸如用于图形显示生成器110的软件驱动器）的合适更新而被翻新到现有飞行显示。

参考图3，在示例性实施例中，时间带指示器216可以包括数字时间指示器220、时间类型指示器222、兴趣点指示器224、时间尺度226、时间要求指示器228、时间窗口指示器230和时间限制指示器232。首先，如结合本文所描述的示例性实施例所使用的兴趣点可以是基于时间的要求，诸如所要求的到达时间要求（RTA）、航路点要求（WPT）、任务点要求（MPT）、到达点要求（APT）、报告点要求（RPT）、空中加燃料点（FPT）、报告高度要求（ALT）等。如图3中所描绘的，兴趣点指示器224将基于时间的要求指示为所要求的到达时间要求（RTA）。数字时间指示器220提供基于时间的要求的数字指示。对于图3中所描绘的示例性实施例，使得数字时间指示器220将基于时间的要求（在此情况下，所要求的到达时间到达（RTA））指示为相对于参考时间的数字时间值，所述参考时间例如世界调整时间（UTC）、格林威治标准时间（GMT）、当地位置时间、目的地当地时间等。

除了就类型向飞行员或飞行人员描绘基于时间的要求之外，兴趣点指示器224和时间要求、数字时间指示器220、时间带指示器216提供基于时间的态势感知。基于时间的要求可以是由空中交通管制（ATC）传送的要求、由任务要求规定的时基要求，或其它这样的基于时间的要求。时间带指示器在一瞥中为飞行员或飞行人员提供几乎完整的基于时间的态势感知。

继续参考图3，数字时间指示器220显示期望的时间以遵守基于时间的要求。时间窗口指示器230描绘性能基于飞行器和/或操作条件而在其内是可能的时间范围，或者在其内性能可接受以实现基于时间的要求的时间范围。时间限制指示器232将不可接受的性能指示为邻近时间尺度227的经颜色编码的条。在示例性实施例中，相对于时间尺度226来描绘时间窗口指示器230和时间限制指示器中的每一个。

在时间尺度226上，时间带指示器216的中心238以上和以下的时间划分（其中之一被描绘为时间划分234）描绘到兴趣点的可能时区，其帮助计划、协商或中止基于时间的要求。例如，如果由ATC请求的RTA是10:10小时UTC时间，如在图3中描绘的示例中所指示的，并且飞行器能够在10:20和10:40 UTC之间实现RTA，第一时间限制指示器232将上升至10:20，并且第二时间限制指示器后退至10:40，从而示出可能的RTA时区。时间要求指示器228提供将满足基于时间的要求的可能的飞行器操作的指示，而同时允许实现另一操作目标，诸如优化操作经济性。时间窗口指示器230和时间限制指示器232还可以传达保持在兴趣点的可接受的时间或维持操作条件的时间，例如诸如无线电或雷达静默。

颜色编码和改变符号体系（例如各种时间带指示器216的形状）进一步增强飞行员和飞行人员态势感知。在示例性实施例中，如果在可接受的操作参数之下（无论是操作还是受管理的限制），飞行器能够遵守基于时间的要求，时间数字时间指示器220可以以绿色指示基于时间的要求。然而，如果不能实现基于时间的要求，则可能遵守的可能时间可以由数字时间指示器以黄色指示。飞行员、飞行人员或飞行数据通信系统可以报告没能力遵守所请求的基于时间的要求，并且报告和接受替换的所提出的新时间来作为数字值，其然后可以以绿色被显示在数字时间指示器220内。

在某些情况下，时间带指示器216向飞行员或飞行人员提供直观的提示以改变飞行器操作，例如以加速或减速来实现所提出的时间。如图3中所描绘的，基于时间的要求是所要求的到达时间要求（RTA）。在数字时间指示器220中将遵守指示为相对于UTC的时间，UTC通过由时间类型指示器222显示“UTC”来指示。基于时间的要求可以是所要求的与另一飞行器的分离，诸如可以在进场和着陆时进行要求。

图4描绘了配置在时间分离模式中的时间带指示器216的示例性实施例。数字时间显示220在数字上并且以诸如白色之类的颜色描绘时间分离要求。时间要求指示器228将实际的时间分离描绘为符号，诸如箭头，并且以诸如相对于时间尺度226的绿色之类的颜色。如果时间要求指示器228在时间窗口指示器230内，则其示出在当前的操作条件之下，飞行器可以满足基于时间的要求。在时间要求指示器228将时间尺度226向上移动从而示出时间分离的增加的情况下，通知飞行员加速以减小时间分离，并且反之亦然。作为基于时间的分离要求（TBS）的该基于时间的要求通过“DUR”或时间类型指示器222中的持续时间指示来指示。时间分离的概念允许控制飞行器操作以优化尾涡（wake vortex）分离和分散，从而允许在各种条件（诸如倾向于分散尾涡的高逆风）之下着陆的飞行器之间的减小的距离。因此，机场可以能够利用与在有利的天气条件中相同的着陆和容积率进行操作。可以基于风来计算分离时间，并且将其置于时间带指示器216的数字时间指示器220中。飞行员仅需要飞行以将时间要求指示器228保持在时间尺度226的中心。

虽然已经在发明主题的前述详细描述中呈现了至少一个示例性实施例，但是应当领会到，存在大量变型。还应当领会到，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并且不意图以任何方式限制发明主题的范围、适用性或配置。更确切地说，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实现发明主题的示例性实施例的方便道路图。要理解到，可以在不脱离如在随附权利要求中阐述的发明主题的范围的情况下，在示例性实施例中描述的元件的功能和布置方面作出各种改变。

Claims (10)

1.一种配置成向飞行器的飞行人员提供显示的显示系统，包括：

图像显示设备；

数据存储设备；

飞行管理系统；以及

与图像显示设备、数据存储设备和飞行管理系统可操作地电子通信的处理单元，其中处理单元包括计算机处理器，所述计算机处理器配置成：

接收对与飞行器的操作相关联的兴趣点的基于时间的要求；

经由图像显示设备提供包括图形地描绘的时间带的飞行显示，其中时间带包括时间尺度；

使用第一符号体系在时间带内图形地描绘兴趣点；

使用不同于第一符号体系的第二符号体系在时间带内图形地描绘基于时间的要求；

查询飞行管理系统，以从那里获得飞行器的操作参数数据，

基于操作参数数据来确定飞行器实现基于时间的要求的能力；以及

使用不同于第一符号体系和第二符号体系的第三符号体系来在时间带内图形地描绘飞行器实现基于时间的要求的能力。

2.权利要求1所述的显示系统，其中第一符号体系是第一颜色，并且第二符号体系是不同于第一颜色的第二颜色。

3.权利要求1所述的显示系统，其中第一符号体系是第一颜色，并且第三符号体系是不同于第一颜色的第三颜色。

4.权利要求1所述的显示系统，其中第一符号体系是第一形状，并且第二符号体系是不同于第一形状的第二形状。

5.权利要求1所述的显示系统，其中第一符号体系是第一形状，并且第三符号体系是不同于第一形状的第三形状。

6.权利要求1所述的显示系统，其中第一符号体系和第二符号体系之一是字母-数字符号。

7.权利要求1所述的显示系统，其中第一符号体系和第二符号体系之一是字母-数字符号，并且第三符号体系是颜色或形状。

8.权利要求1所述的显示系统，其中兴趣点包括所要求的到达时间要求、航路点要求、任务点要求、到达点要求、报告点要求、空中加燃料点或报告高度要求。

9.权利要求1所述的显示系统，显示系统具有第一操作模式和第二操作模式，其中在第一操作模式中，第三符号体系表示实现基于时间的要求的能力，并且在第二操作模式中，第三符号体系表示朝向实现基于时间的要求的进展指示。

10.一种用于向飞行器的飞行人员提供显示的方法，包括：

接收对与飞行器的操作相关联的兴趣点的基于时间的要求；

提供包括图形地描绘的时间带的飞行显示，其中时间带包括时间尺度；

使用第一符号体系来在时间带内图形地描绘兴趣点；

使用不同于第一符号体系的第二符号体系来在时间带内图形地描绘基于时间的要求；

接收飞行器的操作参数数据；

基于操作参数数据来确定飞行器实现基于时间的要求的能力；以及

使用不同于第一符号体系和第二符号体系的第三符号体系来在时间带内图形地描绘飞行器实现基于时间的要求的能力。