CN109215396A - 用于确定飞行器从其当前位置开始的垂直路径的方法，关联的计算机程序产品和确定系统 - Google Patents

用于确定飞行器从其当前位置开始的垂直路径的方法，关联的计算机程序产品和确定系统 Download PDF

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Abstract

该方法包括用于确定(115)飞行器的垂直路径的步骤，该步骤包括由以下步骤组成的子步骤：确定(120,130)初始路径段(T1)和N个随后的路径段；从确定的路径段组成(135)飞行器的垂直路径；以及冻该垂直路径。该方法进一步包括：确定(140)沿着飞行器的整个垂直路径的每个高度约束的状态，每个状态是在当满足当对应的高度约束时的可实现状态与在其它情况下的错过状态之间选择的；以及向操作员显示(150)飞行器的垂直路径和确定的高度约束的状态。

Description

用于确定飞行器从其当前位置开始的垂直路径的方法，关联 的计算机程序产品和确定系统
【技术领域】
本发明涉及一种确定飞行器从其当前位置开始的垂直路径的方法。
本发明还涉及关联的计算机程序产品和确定系统。
【背景技术】
在现有技术中，已知的是使用飞行管理系统(FMS)来确定飞行器的一个或若干个垂直路径。
特别地，现有的飞行管理系统使得可以基于垂直引导模式来实时地确定这些垂直路径，该垂直引导模式是由自动驾驶仪特别是在飞行器的爬升和下降阶段期间而参与的。在这些引导模式中，特别已知的是使用称为管理引导模式的自动引导模式，其使得可以遵从由飞行管理系统预先确定的参考剖面(profile)来自动地引导飞行器。
在由实时飞行管理系统确定的路径中，特别著名的垂直路径是从飞行器的当前位置开始并使用通过遵从参考剖面的自动引导模式的引导的假设而延伸到其最终目的地，以及考虑到由自动驾驶仪参与的当前的引导模式直到达到由飞行员引入的驾驶指令而确定的垂直路径。该驾驶指令例如具有许可高度(“clearance altitude”)，即由空中交通管制实体授权的高度。
一些飞行管理系统还通过平台路径(“plateau path”)将该垂直路径从其中驾驶指令必须达到的点延伸。
然而，现有的飞行管理系统并不能向飞行员提供飞行器的垂直路径的整体上的可见性，特别是在相对于参考剖面有偏差的情况下。这不允许飞行员在飞行器的垂直引导特别是高度限制的存在期间良好地预期可能的情况，并且于是使飞行员的任务相对困难。
【发明内容】
本发明目的在于在飞行器的垂直引导期间简化飞行员或者飞机上或地面上的任何操作员的任务。
为此，本发明涉及一种用于确定飞行器从其当前位置开始的垂直路径的方法，在存在多个高度约束的情况下并且根据至少一个驾驶指令，该飞行器由操作员驾驶并且由自动驾驶仪根据初始垂直引导模式而引导。
该方法包括连续地执行的以下步骤：
-确定飞行器的垂直路径，包括由以下步骤组成的子步骤：
+确定初始路径段和N个随后的路径段，初始路径段是从飞行器的当前位置到选择点利用初始垂直引导模式而确定的，每个随后的路径段是利用由自动驾驶仪实施的随后的垂直引导模式而确定的并且在两个连续的选择点之间或者在选择点与对应于飞行器的最终目的地的终点之间延伸，选择点或每个选择点对应于其中驾驶指令达到的点；
随后的垂直引导模式中的至少一个是与初始垂直引导模式或另一个随后的垂直引导模式以及平台引导模式分开的；
数量N大于或等于1；
+从确定的路径段组成飞行器的垂直路径，并且冻结该垂直路径；
-确定沿着飞行器的整个垂直路径的每个高度约束的状态，每个状态是在当飞行器沿着飞行器的垂直路径通过期间满足对应的高度约束时的可实现状态与在其它情况下的错过状态之间而选择的；
-向操作员显示飞行器的垂直路径和确定的高度约束的状态。
根据本发明的其它有利方面，该方法包括单独地或根据所有技术上可能的组合而考虑的一个或多个以下特征：
-至少一个随后的垂直引导模式，与该随后的垂直引导模式关联的驾驶指令以及与初始垂直引导模式相关联的指令是由操作员限定的，或者是由空中交通管制实体或由航空电子系统传达的；
-针对具有错过状态的每个高度约束，用于确定状态的步骤进一步包括确定对应于在该高度约束与飞行器的垂直路径之间的垂直距离的高度误差；
-显示步骤进一步包括显示确定的高度误差或每个确定的高度误差；
-至少一个随后的垂直引式是自动垂直引导模式；
-当在利用自动垂直引导模式来确定随后的路径段期间，至少一个高度约束处于与该随后路径段从其延伸的选择点相同的高度上时，该随后的路径段包括延伸直到所述高度约束的水平路径；
-在利用自动垂直引导模式来确定随后的路径段期间，该随后的路径段连续地包括重新加入路径和遵从先前确定的参考剖面的路径；
-重新加入路径从对应的选择点延伸直到与参考剖面的交叉点，并且随后的路径从该交叉点延伸；
-当对应的选择点的高度位于参考剖面下方时，重新加入路径具有延伸直到与参考剖面的交叉点的水平路径；
-显示步骤进一步包括显示指示重新加入路径与参考剖面的交叉点的符号；
-驾驶指令或每个驾驶指令是由选自由以下元素组成的组中的元素中的一个元素而确定的：
-高度；
-时间长度；
-距飞行器的当前位置的水平距离；
-飞行器的速度；
-与参考剖面的交叉点；
-与给定横向路径的交叉点。
本发明还涉及包括软件指令的计算机程序产品，软件指令在由计算机设备实施时，执行如先前所限定的方法。
本发明还涉及一种用于确定飞行器从其当前位置开始的垂直路径的系统，该系统包括用于执行如先前所限定的方法的部件。
根据本发明的其他有利方面，该系统可以是飞行器机载的，或者具有与行器机对接的非机载系统。
【附图说明】
通过阅读以下仅作为非限制性示例而提供的并且参照附图而做出的随后的描述，本发明的这些特征和优点将显现出来，其中：
-图1是根据本发明的确定系统的示意图；
-图2是根据本发明的确定方法的流程图，该方法是由图1的确定系统执行的；以及
-图3至图6图示了图2的确定方法的实施。
【具体实施方式】
图1中图示的确定系统10使得可以确定飞行器从其当前位置开始的垂直路径并且优选地直到其最终目的地的该飞行器的垂直路径。
“飞行器”是指至少在地球大气中的并且能够由操作员从该交通工具的驾驶舱或从远程驾驶中心驾驶的任何飞行交通工具。这样的飞行器的例子特别地包括飞机、直升机或无人机。
在下面描述的例子中，飞行器是飞机，特别是客机，其包括FMS类型的飞行管理系统、自动驾驶仪和通信系统。
以其本身已知的方式，飞行管理系统采用计算机的形式，特别是使得可以确定相对于飞机的轨迹的参考剖面以及相对于该参考剖面的预测。
特别地，参考剖面是在遵守飞行器的飞行计划的同时确定的，该飞行计划例如是由操作员事先引入到飞行管理系统中的。
由飞行管理系统确定的预测特别地包括关于飞行器经过参考剖面的不同点的通过时间的预测以及关于在这些不同的点处的可用的燃料的预测。
自动驾驶采用计算机的形式，其允许操作员简化飞行器的驾驶，并且特别是飞行器的引导。
以自身已知的方式，自动驾驶实施限定飞行器的不同的自动驾驶方法的若干个引导模式。
在这些模式中，特别是做出水平引导模式与垂直引导模式的区分。
垂直引导模式使得可以特别是在爬升和下降阶段引导飞机。在这些垂直引导模式中，自动驾驶特别地执行称为管理模式的自动垂直引导模式，其使得可以遵从参考剖面来自动地引导飞行器。飞行器的其它垂直引导模式是由自动驾驶仪执行的，以便达到由操作员预先引入的一个或多个驾驶指令。
当实施垂直引导模式以达到驾驶指令时，将该驾驶指令与该垂直引导模式进行关联。
通信系统允许操作员例如通过使用语音链接和/或文本链接来与空中交通管制实体进行通信。在该通信期间，空中交通管制实体例如与操作员进行通信以获得关于飞机的高度、通过时间、速度等的指令。关于高度的指令被称为“许可高度”并且因此对应于由空中交通管制实体授权的飞行高度。
为了遵守传达的指令，操作员例如将对应的驾驶指令引入到自动驾驶仪中。
一般地，每个驾驶指令是由从由以下元素组成的组中选择的元素中的一个元素确定的：
-高度；
-时间长度；
-距飞行器的当前位置的水平距离；
-飞行器的速度；
-与参考剖面的交叉点；
-与给定横向路径的交叉点。
因此，当飞行器达到由该驾驶指令确定的高度时，或者当高度在由该驾驶指令确定的时间长度内达到确定的位置时，或者当飞行器远离以下位置而移动时：在该位置中驾驶指令已经通过由该指令所确定的水平距离而给出，或者在相对于参考剖面有偏差的情况下，当飞机重新加入参考剖面时或当飞行器截断给定的侧向路径时，可以认为实现了驾驶指令。
参照图1，确定系统10包括获取模块15、处理模块16和输出模块17。
在所描述的示例中，确定系统10被集成到飞行器的飞行管理系统中。在这种情况下，上述模块例如采取软件程序的形式，其然后由形成飞行管理系统的计算机来实施。
替代地，这些模块中的至少一些模块至少部分地采用独立的电子组件的形式，例如现场可编程门阵列(FPGA)。
另外替代地，确定系统10被集成到任何其它航空电子系统中，或者采用独立计算机的形式。在该最后的情况下，确定系统10进一步包括能够存储多个软件程序的存储器，并且特别是形成前述模块的软件程序，以及能够执行这些程序的处理器。
当然，确定系统10的其它实施例也是可能的。
输入模块15能够获取飞行器的当前位置、参考剖面、由自动驾驶实施的当前引导模式以及由操作员引入的一个或若干个驾驶指令。
这些各种数据是由飞行管理系统的对应的模块以及由自动驾驶仪或由任何其它航空电子系统而提供的。
输入模块15进一步能够获取限定当飞行器经过确定的点时必须遵守的下限高度和/或上限高度的高度约束。这些高度约束例如是由飞行计划而确定的和/或由空中交通管制实体传达的。
如将在下文中解释的那样，处理模块16能够处理由输入模块15获取的各种数据以便建立飞行器的垂直路径，并且确定关于该路径的预测。
最后，输出模块17能够使用例如飞行管理系统和/或向操作员示出飞行器的垂直剖面的显示监视器来递送从航空电子系统构建的垂直路径。
现在将参照图2来解释由确定系统10实施的用于确定垂直路径的方法，图2示出了该方法的步骤的流程图以及参照图3至图6而图示了这些步骤的不同示例实施例。
该方法特别是在飞行器的爬升阶段和/或下降阶段期间当由自动驾驶仪参与垂直引导模式以实现驾驶指令时而执行的。随后，该当前引导模式将由术语“初始垂直引导模式”来指明。
在图示的示例中，图3图示了在存在三个高度约束C1至C3的情况下，飞行器处于爬升阶段中从其当前位置PC直到达到巡航高度Acr的垂直路径。
图4图示了在存在高度约束C4的情况下，飞行器在下降阶段中从其低于参考剖面PR的当前位置PC的垂直路径。
图5图示了在存在三个高度约束C5至C7的情况下，飞行器在下降阶段中从其高于参考剖面PR的当前位置PC的垂直路径。
图6图示了在存在三个高度约束C8至C10的情况下，飞行器在下降阶段中从其高于参考剖面PR的当前位置PC的垂直路径。
在图3至图5的组件的示例中，关于初始垂直引导模式的驾驶指令包括许可高度A1至A3。
在图6的例子中，施加了将要连续实现的三条驾驶指令。特别地，关于初始垂直引导模式的驾驶指令包括例如直到与从给定点的径向线的交叉点的横向指令，以及将要连续地实现的其它两个驾驶指令，其它两个指令分别包括在恒定高度下飞行两分钟和与参考剖面的交叉点。
在所有的示例中，还认为初始垂直引导模式与自动垂直引导模式是分开的。
在该方法的初始步骤110期间，输入模块15获取飞行器的当前位置、参考剖面、初始垂直引导模式、由操作员引入的N条驾驶指令，以及高度约束。
每个驾驶指令是根据索引i而排序的，然后从1到N变化。
在该步骤结束时，输入模块15将所有获取的数据发送到处理模块16。
在随后的步骤115期间，处理模块16确定飞行器从其当前位置到其最终目的地的垂直路径。
该步骤115包括若干个子步骤。
特别地，在子步骤120期间，处理模块16利用初始垂直引导模式来确定初始路径段。
该段是从飞行器的当前位置开始并且直到被称为当前选择点的点而确定的，在当前选择点中实现关于初始垂直引导模式的驾驶指令。
因此，在图3至图6的示例中，初始路径段是由参考标记T1而指明的。这些段T1因此被布置在其中实现对应的驾驶指令的当前选择点S，S1的上游。
在随后的子步骤130期间，处理模块16利用由自动驾驶仪实施的随后的垂直引导模式来确定从当前选择点直到被称为最终点的点的随后的路径段。
根据本发明，在该子步骤130的至少一种实施期间，该随后的垂直引导模式是与初始垂直引导模式分开的。
因此，当前选择点对应于飞行器的垂直引导模式的改变点。
更进一步地，在该子步骤130的至少一种实施期间，该随后的垂直引导模式是与平台引导模式分开的。换句话说，在子步骤130的实施期间，利用随后的垂直引导模式而确定的随后的路径段包括至少两个高度不同的点。
根据一个示例实施例，随后的垂直引导模式和与该模式关联的指令以及初始引导模式是由操作者指定的或是由空中交通管制实体传达的。在这种情况下，飞行器的飞行管理系统被适配以便允许操作员施加这种操作情境。该指定例如是从飞行管理系统的屏幕并使用适当的通信接口而完成的。
例如，随后路径段是通过使用本身已知的确定模型，例如基于飞行器的性能、规则和在执行该方法之前例如由操作员可调整的一定数量的参数而确定的。
更进一步地，当随后的垂直引导模式是自动垂直引导模式时，随后路径段是基于参考剖面，基于位于从当前选择点下游并且在下降阶段中的高度约束而进一步地确定的。
因此，例如，如果出现在与当前选择点相同的高度上，则随后的段包括延伸直到所述高度约束的水平路径。
更进一步地，当随后的路径段是进一步地根据参考剖面而确定的时，该段包括参考剖面的随后的路径和重新加入路径。
在这种情况下，重新加入路径从对应的选择点延伸直到与参考剖面的交叉点，并且随后的路径从该交叉点沿参考剖面延伸。
更进一步地，当前选择点的高度位于参考剖面下方时，重新加入路径具有延伸直到与参考剖面的交叉点的水平路径。
在该子步骤130期间用于确定随后的路径段的最终点被限定为其中实现随后的驾驶指令的随后的选择点，或者被定义为飞行器的最终目的地。
特别地，当传输的指令的数量N等于1时，最终点对应于子步骤130的第一次重复期间飞行器的最终目的地。在这种情况下，直接实施随后的子步骤135。
当数量N大于1时，在子步骤130的第一次重复期间，最终点对应于其中实现了与索引i＝2关联的驾驶指令的随后的选择点。
在这种情况下，处理模块16再次执行子步骤130，然后将该随后的选择点视为新的当前选择点。
因此，处理模块16重复子步骤130，直到实现与索引i＝N关联的驾驶指令。在子步骤130的该最后的重复期间，最终点于是对应于飞行器的最终目的地。
子步骤130的重复次数因此等于N。
在图3至5的示例中，利用自动垂直引导模式已经执行了子步骤130的单次重复。在这些图中，在该子步骤130期间确定的随后的路径段是由参考标记T2指定的。
更进一步地，在图3的示例中，高度约束C2位于与选择点S相同的高度上。因此，在该示例中，在子步骤130期间确定的随后的段T2包括在点S和C2之间延伸的水平路径。
在图5的示例中，飞行器的当前位置PC以及选择点S被布置在参考剖面PR上方。因此，在这种情况下，随后的段T2包括在选择点S和与参考剖面PR的交叉点I之间延伸的重新加入路径，以及从交叉点I沿着参考剖面延伸的随后的路径。
在图4的示例中，飞行器的当前位置PC以及选择点S被布置在参考剖面PR下方。因此，在这种情况下，随后的路径段T2的重新加入路径具有在选择点S和与参考剖面PR的交叉点I之间延伸的水平路径。
在图6的示例中，子步骤130的三次重复已经完成，并且然后确定了三个随后的路径段。已经使用参考编号T21、T22和T23来指定这些随后的段。
更进一步地，在该图的示例中，确定了三个选择点S1，S2和S3。特别地，在这些选择点S1、S2和S3中，实现了分别由截断上述径向线、在恒定高度飞行两分钟以及截断参考剖面组成的驾驶指令。
在这种情况下，关于段T23的垂直引导模式对应于自动引导模式。
在随后的子步骤135期间，处理模块16然后针对先前确定的路径段形成飞行器的垂直路径。
因此，在图3至图5的例子中，飞行器的垂直路径由段T1和T2组成。在图6的例子中，飞行器的垂直路径由段T1、T21、T22和T23组成。
然后，在该子步骤135期间，处理模块16冻结形成的垂直路径。它因此冻结了垂直路径，以使得在执行该方法的随后的步骤期间不能修改该路径。
因此，在该步骤中形成的垂直路径独立于该方法的随后的步骤的实施结果。
在随后的步骤140期间，如果存在一个或若干个高度约束，则处理模块16确定贯穿飞行器的整个垂直路径的这些高度约束的状态。
有利地，根据本发明，处理模块16确定位于从第一选择点下游的约束的状态。
每个状态是在飞行器沿垂直路径通过期间满足对应的高度约束时可实现的状态与其它情况下的错过状态之间选择的，该垂直路径是在子步骤135期间确定的。
优选地，在同一步骤140中，针对具有错过状态的每个高度约束，处理模块16进一步确定对应于在该高度约束与飞行器的垂直路径之间的垂直距离的高度误差。
因此，在图3至图6的示例中，约束C1、C5、C6、C8和C9的状态被处理模块16确定为错过的，约束C2、C3、C4、C7和C10的状态被确定为可实现的。
在该步骤140结束时，处理模块16将确定的垂直路径和约束的状态发送给输出模块17。
在随后的步骤150期间，输出模块17将所有接收到的数据发送到对应的航空电子系统。
特别地，在该步骤期间，输出模块17将该数据发送到显示屏幕，特别是以显示具有对应的高度约束的垂直路径。这些约束例如是基于其状态而不同地显示的。
更进一步地，如果适用，则具有错过状态的每个高度约束是与对应的误差一起显示的。
最后，如果适用，重新加入路径与参考剖面的交叉点点将与专用于此目的的符号一起显示。在这种情况下，重新加入路径也显示在对应的显示屏幕上。
因此可以看出本发明具有一定数量的优点。
首先，根据本发明的方法使得有可能在具有非管理的引导模式的飞行情况下，确定飞行器的完整的垂直路径。
这于是向操作员给出其垂直轨迹的总体上的可见性，并使得可以在这样的垂直引导期间更好地预测某些情况，例如经由高度约束的通过。
更进一步地，根据本发明的方法使得可以确定贯穿飞行器的整个的垂直路径的所有的约束的状态。
更进一步地，根据本发明的方法使得可以在自动驾驶仪实施多于两个垂直引导模式时确定飞行器的完整的垂直轨迹。因此，这向操作员给出对该路径直到飞行器的最终目的地的完整的可见性。
因此可以看出这极大地简化了操作员的任务。

Claims (14)

1.一种用于确定飞行器从其当前位置(PC)开始的垂直路径的方法，在存在多个高度约束(C1，...，C10)的情况下并且根据至少一个驾驶指令，飞行器由操作员驾驶并且由自动驾驶仪根据初始垂直引导模式而引导，
该方法包括连续地执行的以下步骤：
-确定(115)飞行器的垂直路径，包括由以下步骤组成的子步骤：
+确定(120,130)初始路径段(T1)和N个随后的路径段(T2；T21，T22，T23)，初始路径段(T1)是利用初始垂直引导模式从飞行器的当前位置到选择点(S；S1)而确定的，每个随后的路径段(T2；T21，T22，T23)是利用由自动驾驶仪实施的随后的垂直引导模式而确定并且在两个连续选择点之间或者在选择点与对应于飞行器的最终目的地的终点之间延伸，选择点或每个选择点对应于其中驾驶指令达到的点；
随后的垂直引导模式中的至少一个是与初始垂直引导模式或另一个随后的垂直引导模式以及平台引导模式分开的；
数量N大于或等于1；
+从确定的路径段(T1，T2；T21，T22，T23)组成(135)飞行器的垂直路径，并且冻结该垂直路径；
-确定(140)沿着飞行器的整个垂直路径的每个高度约束(C1，...，C10)的状态，每个状态是在当飞行器沿着飞行器的垂直路径通过期间满足对应的高度约束(C1，...，C10)时的可实现状态与在其它情况下的错过状态之间选择的；
-向操作员显示(150)飞行器的垂直路径和确定的高度约束的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个随后的垂直引导模式，与该随后的垂直引导模式关联的驾驶指令以及与初始垂直引导模式关联的指令是由操作员限定的，或者是由空中交通管制实体或航空电子系统传达的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中针对具有错过状态的每个高度约束(C1，...，C10)，用于确定(140)状态的步骤进一步包括确定对应于在该高度约束与飞行器的垂直路径之间的垂直距离的高度误差。
4.根据权利要求3所述的方法，其中显示步骤(150)进一步包括显示确定的高度误差或每个确定的高度误差。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个随后的垂直引导模式是自动垂直引导模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其中当在利用自动垂直引导模式来确定随后的路径段(T2；T23)期间，至少一个高度约束(C1，...，C10)处于与该随后的路径段(T2；T23)从其延伸的选择点相同的高度上时，该随后的路径段包括延伸直到所述高度约束(C1，...，C10)的水平路径。
7.根据权利要求5所述的方法，其中在利用自动垂直引导模式来确定随后的路径段(T2；T23)期间，该随后的路径段(T2；T23)连续地包括重新加入路径和遵从先前确定的参考剖面(PR)的路径。
重新加入路径从对应的选择点(S)延伸直到与参考剖面(PR)的交叉点(I)，并且随后的路径从该交叉点(I)延伸。
8.根据权利要求7所述的方法，其中当对应的选择点(S)的高度位于参考剖面(PR)下方时，重新加入路径具有延伸直到与参考剖面(PR)的交叉点(I)的水平路径。
9.根据权利要求7所述的方法，其中显示步骤(150)进一步包括显示指示重新加入路径与参考剖面(PR)的交叉点(I)的符号。
10.根据权利要求1所述的方法，其中驾驶指令或每个驾驶指令是由选自由以下元素组成的组中的元素中的一个元素而确定的：
-高度；
-时间长度；
-距飞行器的当前位置的水平距离；
-飞行器的速度；
-与参考剖面的交叉点；
-与给定横向路径的交叉点。
11.一种包括软件指令的计算机程序产品，软件指令在由计算机设备实施时，执行根据权利要求1所述的方法。
12.一种用于确定飞行器从其当前位置开始的垂直路径的确定系统(10)，该确定系统(10)包括用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法的部件(15,16,17)。
13.根据权利要求12所述的确定系统(10)，其位于飞行器上。
14.根据权利要求12所述的确定系统(10)，其具有与飞行器对接的非机载系统。
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