CN109284522B - 用于提供可视化帮助的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于提供针对有效间隔管理过程执行的可视化帮助的系统和方法。提供了用于在间隔管理（IM）过程的执行的开始之前针对本机航空器和目标航空器模拟IM过程的方法和装置。方法包括从空中交通管制（ATC）接收IM许可消息、将接收的IM许可消息解析为解析的信息分量、基于信息分量中的元素的数量来识别IM许可消息的复杂度、使用绘图信息生成描绘提出的IM过程要在其之上横越的区域的飞行图表，其中飞行图表包括垂直视图和平面图、以及在执行IM过程的任何步骤之前在生成的飞行图表上模拟IM过程。

Description

用于提供可视化帮助的系统和方法
关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明是在由NASA Langley研究中心授予的合同号NNL13AA03B之下以政府支持来进行的。政府在本发明中具有一定的权利。
技术领域
在本专利文档中描述的技术一般地涉及间隔管理，并且更特别地涉及间隔管理操作的预览。
背景技术
管理交通流中的航空器之间的间距间隔(例如，间隔管理)可以允许交通流中的更大数量的航空器，并且可以提供针对航空器到达的增加的递送准确性。间隔管理(IM)涉及空中交通管制(ATC)将航空器引导到到达队列中并且通过IM许可消息为航空器分配间距目标。飞行机组人员(例如，飞行员)针对满足在IM许可消息中的分配的间距目标的可行性来检查，向ATC传送对分配的间距目标的接受或拒绝，并且如果接受，则将来自IM许可消息的许可信息输入到计算机中，所述计算机提供速度指导命令以执行IM操作。
随着IM许可消息的复杂度增加，对于飞行机组人员而言，对IM许可消息的响应可能变得更加困难。飞行机组人员应当在接受或拒绝IM许可消息之前正确地处理整个IM操作。复杂的IM许可消息可能花费更多时间来正确地处理。
因此，期望的是提供一种用于协助飞行机组人员正确地评估中等到更高复杂度的IM许可的系统。此外，根据随后的本发明的具体实施方式和所附的权利要求书，结合本发明的附图和背景技术，本发明的其他期望的特征和特性将变得明显。
发明内容
提供该发明内容用于以简化形式描述选择概念，所述选择概念在具体实施方式中被进一步描述。该发明内容不旨在标识要求保护的主题的关键的或实质的特征，也不旨在被用作在确定要求保护的主题的范围时的帮助。
提供了一种在IM过程的执行的开始之前针对本机航空器和目标航空器模拟间隔管理(IM)过程的方法。在一个实施例中，方法包括从空中交通管制(ATC)接收IM许可消息，将接收的IM许可消息解析为解析的信息分量，所述解析的信息分量包括识别IM过程要在其之上横越的区域的绘图(mapping)信息、针对IM过程的针对本机航空器和目标航空器的飞行信息，所述飞行信息包括针对本机航空器和目标航空器中的每个的预期的飞行路径和当前速度、以及识别要由本机航空器做出的一个或多个机动类型以执行提出的IM过程的机动信息。方法进一步包括基于信息分量中的元素的数量来识别IM许可消息的复杂度，使用绘图信息生成描绘提出的IM过程要在其之上横越的区域的飞行图表，其中飞行图表包括垂直视图和平面图，以及在执行IM过程的任何步骤之前在生成的飞行图表上模拟IM过程。模拟IM过程包括使用飞行信息将本机航空器和目标航空器定位在飞行图表的动画中的起始点处，使用机动信息来解码飞行图表上的本机航空器和目标航空器的移动的动画中的汇合(merge)点，在飞行图表的垂直视图上针对本机航空器和目标航空器二者生成垂直路径显示信息，以及在飞行图表的立视图和平面图二者上的动画中将本机航空器和目标航空器的移动动画化(animate)。方法进一步包括在平面图和立视图二者上向飞行机组人员显示动画。
提供了一种间隔管理(IM)许可系统，所述间隔管理(IM)许可系统被配置成通过针对本机航空器和在IM许可消息中识别的目标航空器提供IM过程的动画来帮助本机航空器上的飞行机组人员决定是否接受或拒绝IM许可消息，本机航空器要在IM过程的执行期间跟随所述目标航空器。在一个实施例中，系统包括在本机航空器中的被配置成接收IM许可消息的接收器，以及被配置成将接收的IM许可消息解析为解析的信息分量的解析器。解析的信息分量包括识别IM过程要在其之上横越的区域的绘图信息、针对IM过程的针对本机航空器和目标航空器的飞行信息，所述飞行信息包括针对本机航空器和目标航空器中的每个的预期的飞行路径和当前速度、以及识别要由本机航空器做出的一个或多个机动类型以执行提出的IM过程的机动信息。系统进一步包括飞行图表生成器，其被配置成接收绘图信息并且基于接收的绘图信息使用绘图信息生成描绘提出的IM过程要在其之上横越的区域的飞行图表，其中飞行图表包括垂直视图和平面图。系统进一步包括飞行路径渲染器，其被配置成使用飞行信息将本机航空器和目标航空器定位在飞行图表的动画中的起始点处；汇合类型评估器，其被配置成使用机动信息来解码飞行图表上的本机航空器和目标航空器的移动的动画中的汇合点；垂直情况视图生成器，其被配置成在飞行图表的垂直视图上针对本机航空器和目标航空器二者生成垂直路径显示信息；IM过程动画绘制器，其被配置成在飞行图表的立视图和平面图二者上的动画中将本机航空器和目标航空器的移动动画化；以及显示系统，其被配置成在平面图和立视图二者上向飞行机组人员显示动画。
附图说明
当与附图一起阅读时，根据以下具体实施方式最好地理解本公开的方面，其中相同标号表示相同元件，并且其中：
图1是描绘了根据一些实施例的对飞行机组人员而言可以是可访问的示例航空器装备的框图；
图2是描绘了根据一些实施例的用于向飞行机组人员提供提出的IM序列的动画的示例IM许可系统中的示例过程的过程流程图；
图3是描绘了根据一些实施例的用于解析来自IM消息的IM许可信息的示例过程的过程流程图；
图4是描绘了根据一些实施例的用于针对目标航空器飞行路径的每个航段定义临时航路点的示例过程的过程流程图；
图5是描绘了根据一些实施例的用于用一个或多个插入的转向段替换选择的本机路线航段的示例过程的过程流程图；
图6是描绘了用于定义IM转向点的示例过程的过程流程图。
图7A是描绘了根据一些实施例的针对目标航空器和本机航空器的示例飞行路径的示例线性化的图；
图7B是描绘了根据一些实施例的用于促进IM转向过程的完成的针对本机航空器的示例飞行路径的示例路径延长的图；
图7C是描绘了根据一些实施例的用于促进IM转向过程的完成的针对本机航空器的示例飞行路径的示例路径缩短的图；
图8是描绘了根据一些实施例的用于在IP过程的模拟期间模拟本机航空器的移动的示例过程的过程流程图；以及
图9A和9B分别描绘了根据一些实施例的在示例IM过程动画的开始处以及在示例IM过程动画期间的进行中的示例动画显示。
具体实施方式
在本文中描述的主题公开了用于在飞行机组人员用对IM许可消息的接受或拒绝来响应之前处理间隔管理(IM)许可消息并且提供提出的IM过程的模拟用于飞行机组人员考虑的装置、系统、技术和物品(article)。以下具体实施方式在性质上仅是示例性的并且不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。如在本文中使用的那样，词“示例性”意思是“用作示例、实例或说明。”因此，在本文中描述为“示例性”的任何实施例不一定要被解释为比其他实施例优选的或有利的。在本文中描述的所有实施例是提供以使本领域技术人员能做出或使用本发明的示例性实施例并且在本文中描述的所有实施例不限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求来限定。此外，没有意图由在前的技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明确的或暗示的理论界定。
空中交通管制(ATC)可以向本机航空器的飞行机组人员(例如，飞行员)发布IM许可消息，除其他之外，所述IM许可消息还可以识别本机航空器应当飞行的轨迹、本机航空器前面的航空器(即，目标航空器)、本机航空器应当在其处汇合到跟随目标航空器的路径中的汇合点、以及在本机航空器沿着路径跟随目标航空器时在本机航空器与目标航空器之间的期望间距。如果接受并且跟随在IM许可消息中识别的IM过程，则本机飞行机组人员可以通过由机载的基于飞行驾驶舱的间隔管理(FIM)装备生成的速度调节来管理间距，直至到达计划的终止点。间隔管理间距(IM-S)可以例如在飞行的到达和进近(approach)阶段期间实现。
IM许可消息可以被分类为“较低”、“中等”或“较高”的IM许可复杂度。较低复杂度消息可以占据大约‘X’(例如，6)个元素，而中等和较高复杂度消息可以分别占据大约‘Y’(例如，7)个和‘Z’(例如，10)个元素。此外，汇合和间距操作中的一些可能是复杂的(例如，IM转向)。使用该复杂度(每当遇到[或可配置]Y个元素或Z个元素时)，可以提供选项用于警告飞行员该IM许可消息可以用动画特征来预览。
对本机航空器的飞行机组人员而言，中等和较高复杂度消息可能更难以在向ATC传送接受或拒绝决定之前处理。为了在决定做出过程中帮助飞行机组人员，在本文中描述的装置、系统、技术和物品提供与预览一样的动画化显示，所述动画化显示可以在语音消息的情况下语义地提取IM许可数据，在显示在平面和垂直显示器上的过渡/终端区域图表上覆盖预测的本机和目标航空器，以及根据包含在IM许可消息中的信息来模拟本机和目标的移动。
图1是描绘了对于飞行机组人员而言可以是可访问的示例航空器装备100的框图。示例装备100包括示例间隔管理许可评估器(IMClear)系统102。示例IMClear系统102被配置成提供对飞行机组人员在IM过程的开始处最初获得的IM许可消息的快速评估。在一个实施例中，可以使系统102作为选项可用，所述选项可以是从已经可用的航空器显示系统旁边的边框开关可选择的。
示例航空器装备100包括交通信息服务-广播(TIS-B)接收器104、自动相关监督-广播(ADS-B)接收器106、交通碰撞避免系统或者交通警告与碰撞避免系统(二者缩写为TCAS)接收器108、以及无线电高度计110，所有这些都可以提供要在座舱显示系统128上被显示的输出。示例航空器装备100还包括用于促进航空器飞行计划的飞行中管理的飞行管理系统(FMS)112和飞行驾驶舱间隔管理(FIM)装备114。示例航空器装备100进一步包括用于经由语音与空中交通管制(ATC)通信的语音通信系统116、用于经由文本与ATC通信的数据链路118、航空图表数据库120和航空用语数据库122(包含用于ATC和飞行机组人员之间的简化英语语言通信的通信规则的集合)。在该示例中，数据链路118包括数字管制员-飞行员数据链路通信(CPDLC)系统，所述数字管制员-飞行员数据链路通信(CPDLC)系统可以就位用于IM操作。
示例IMClear系统102包括语音到文本转换器124，其用于处理经由语音通信系统116从空中交通管制(ATC)接收的IM许可消息并且将IM消息从以语音形式的消息转换成以文本形式的消息；语音到文本转换验证器126，其在显示系统128上显示语音到文本转换并且允许飞行机组人员(例如，飞行员131)验证和/或校正语音到文本转换；臂可视化器开关(arm visualizer switch)130，飞行机组人员可以使用所述臂可视化器开关130来允许IMClear系统102在显示系统128上示出接收的IM消息的文本视图；以及验证语音到文本转换开关132，飞行机组人员可以使用所述验证语音到文本转换开关132来验证接收的IM消息的语音到文本转换。随后可以将转换的和验证的IM许可消息传递给IM许可解析器134。在该示例中提供语音到文本转换验证器126，因为在一些应用中自动化话语到文本转换的命中率成功可以是大约80％。
示例IM许可解析器134被配置成解析IM消息的文本版本。示例IM许可解析器134可以从数据链路118或者从语音到文本转换验证器126直接地接收IM消息作为文本。三个不同种类的信息可以通过解析过程来提取：(a)关于与IM过程相关的过渡和终端区域图表的信息；(b)用于模拟的本机和目标航空器信息，诸如预期的飞行路径、当前速度和要求的到达时间/估计的到达时间(RTA/ETA)，如果可用的话；以及(c)汇合类型信息，诸如维持当前间距、捕获然后维持、经其实现(achieve-by)然后维持、最终进近间距、IM转向、交会点(intercept point)和终止点。在示例IMClear系统102中提取的信息被提供给图表编组器(marshaller)与缝合器(stitcher)136、本机和目标航空器渲染器138、汇合类型评估器140和IM过程动画绘制器142。
示例图表编组器与缝合器136被配置成从与IM过程相关的图表数据库120取回过渡和/或标准终端到达路线(STAR)图表并且如果涉及多个图表的话则将图表编在一起。示例本机和目标航空器渲染器138被配置成沿本机和IM目标航空器的航线定位本机和IM目标航空器用于动画的开始。示例汇合类型评估器140被配置成解码路线上的实际汇合点。示例IM过程动画绘制器142被配置成在立视图和平面图二者上沿路线轨道移动本机和目标航空器。
在示例IMClear系统102中还提供垂直情况视图生成器144，并且垂直情况视图生成器144被配置成处置其中本机和目标航空器针对它们的路线的部分处于不同海拔处的情况，以及还处置沿最佳剖面下降(OPD)的进近的情况。来自图表编组器与缝合器136以及来自本机和目标航空器渲染器的输出还被提供给垂直情况视图生成器144，所述垂直情况视图生成器144继而针对本机和IM目标航空器二者生成垂直路径显示信息。
示例语音到文本转换器124、示例语音到文本转换验证器126、示例IM许可解析器134、示例图表编组器与缝合器136、示例本机和目标航空器渲染器138、示例汇合类型评估器140、示例IM过程动画绘制器142以及示例垂直情况视图生成器144可以由航空器计算机装备来实现，所述航空器计算机装备包括一个或多个处理器和编码在非暂时性计算机可读介质上的编程指令。编程指令在由一个或多个处理器执行时可以使得示例IMClear系统102执行归因于其功能元件中的每个的功能。
示例显示系统128可以包括一个或多个显示器，并且除其他之外，还可以被配置成显示由示例IMClear系统102生成的图表的立视图和平面图、针对本机和目标航空器的IM过程的动画、以及来自TIS-B接收器104、ADS-B接收器106、TCAS接收器108和无线电高度计110的输出。
在一些示例中，在显示系统上显示的模拟的飞行信息可以提供用于包括风简档数据的选项。风简档数据可以从全球数据中心操作或者天气数据源获得。在一些示例中，显示动画可以包括显示具有用于放大和缩小到各个飞行航段中以获得关于速度、海拔或时间约束的更多信息的选项的动画。在一些示例中，显示动画可以包括显示具有用于基于速度梯度、速度命令的数量、减速的程度和加速的程度颜色编码的选项的动画。在一些示例中，提供用于选择平面图和垂直视图的选项。在一些示例中，提供用于在任何时间时再复查IM许可的选项。
图2是描绘了用于向飞行机组人员提供提出的IM序列的动画的示例IM许可系统中的示例过程200的过程流程图。当启动IMClear功能时，经由语音通信链路或者数据链路系统获得初始IM许可信息(操作202)。
当从语音通信系统获得IM许可消息时，来自ATC的语音指令(例如，IM许可消息)被转换成文本指令(操作204)，并且验证转换的文本并且如果必要的话则校正转换的文本(操作206)。转换的文本可以被显示在显示设备上，并且可以向飞行机组人员提供复查和校正显示在显示设备上的转换的文本的机会。IM许可消息还可以是通过数据链路系统获得的数字许可消息(操作208)。
解析IM许可信息、转换的文本或者来自数据链路的数字许可信息(操作210)。三个不同种类的信息可以通过解析操作来提取：(a)关于与IM过程相关的过渡和终端区域图表的信息；(b)要被用于生成模拟的本机和目标IM航空器信息，诸如预期的飞行路径、当前速度和请求的到达时间/估计的到达时间(RTA/ETA)，如果可用的话；以及(c)识别如何实现间隔管理的汇合类型信息(例如，IM许可类型)，诸如维持当前间距、捕获然后维持、经其实现然后维持、最终进近间距和IM转向。
第一种类的信息被用于识别与IM过程有关的过渡/STAR图表，并且将相关图表编组和缝合在一起以创建覆盖在IM过程中涉及的区域的图表(操作212)。第二种类的信息被用于沿本机和IM目标航空器的航线定位本机和IM目标航空器用于动画的开始。这涉及提取本机和目标呼号(call sign)和位置信息、在图表段上定位初始位置、以及获得RTA和ETA(操作214)。
第三种类的信息在解析操作期间被部分地提取，并且随后解码路线上的实际汇合点(操作216)。执行实际汇合点的解码以允许IM操作的正确描绘。例如，在比如IM转向的一些情况中，机动不是简单的，并且可以存在其中转向(至交会点)可以是可能的本机路线上的多个点。
当汇合类型涉及机动后面的汇合(在决定218处是)、OPD机动(在决定220处是)、最终进近间距机动(在决定222处是)或者IM转向机动(在决定224处是)时，目标航空器的路线被线性化，并且针对目标航空器的路线的每个航段定义临时航路点(操作226)。本机的路线也被线性化，并且针对目标航空器的路线的每个航段定义的临时航路点被投影到本机的线性化路线上(操作228)。目标和本机航空器的路线的线性化以及临时航路点的提供可以为系统提供用于沿目标和本机的相应飞行路径以比飞行路径航段之间的距离短的增量系统地步进目标和本机的方式。
当汇合类型涉及IM转向机动(在决定224处是)时，示例过程还涉及在本机路线上确定选择的本机路线航段并且用插入的转向段替换选择的本机路线航段(操作230)。其中要实现IM转向段的实际本机路线航段可以不在IM消息中指定，并且出于模拟的目的做出关于应将IM转向并入其中的航段的确定。
提取的目标呼号和位置信息、图表段上的初始位置以及关于RTA和ETA的信息连同线性化的目标航空器路线被用于在模拟中的目标航空器的初始飞行计划上将目标航空器从一个临时航路点移动到另一个临时航路点(操作232)。类似地，提取的本机呼号和位置信息、图表段上的初始位置以及关于RTA和ETA的信息连同线性化的本机路线被用于在模拟中的本机航空器的路线上将本机航空器从一个投影的临时航路点移动到另一个投影的临时航路点(操作234)。
从覆盖在IM过程中涉及的区域的创建的图表生成平面图(操作236)。此外，从覆盖在IM过程中涉及的区域的创建的图表生成立视图(操作238)。
将生成的模拟本机移动和生成的模拟目标航空器移动投影到生成的平面图和生成的立视图上以在显示系统(例如，包括垂直显示器和正常显示器)上显示IM过程的动画化预览用于由飞行机组人员查看(操作240)。
在显示系统上显示的模拟飞行信息可以在一些示例中提供用于包括风简档数据的选项。风简档数据可以从全球数据中心操作或者天气数据源获得。在一些示例中，显示动画可以包括显示具有用于放大和缩小到各个飞行航段中以获得关于速度、海拔或时间约束的更多信息的选项的动画。在一些示例中，显示动画可以包括显示具有用于基于速度梯度、速度命令的数量、减速的程度和加速的程度颜色编码的选项的动画。对速度梯度颜色编码的一种范例方法是使用来自以下在第[0049]段处讨论的用于在IM过程期间模拟本机的移动的示例算法的信息“AccumulatedPercentOwnshipError”以及该参数算法的改变的速率。
图3是描绘了用于解析来自IM消息的IM许可信息的示例过程300的过程流程图，并且可以提供示例过程200的解析IM许可操作210的示例。示例过程300包括三个分支，IM许可信息处理分支301、图表信息处理分支303以及本机与目标航空器信息处理分支305。
在示例IM许可信息处理分支301中，从语音到文本转换器取回文本许可信息(操作302)。使用例如ATC用语数据库，从文本许可信息识别多个参数。从文本许可信息识别本机航空器和目标航空器呼号(操作304)。从文本许可信息识别各种IM间距目标参数(例如，数量和时间或距离。(操作306)。从文本许可信息识别经其实现点和计划终止点(例如，“ACHIEVE BY(经其实现)”、“THEN TERMINATE(然后终止)”、“TERMINATE AT(在其处终止)”)(操作308)。从文本许可信息识别汇合类型参数(例如，“SAME ROUTE(相同路线)”、“TURN(转向)”、“ARRIVAL(到达)”、“TRANSITION(过渡)”)(操作310)。此外，从文本许可信息识别路线信息(例如，“ROUTE(路线)”以及超出关键字的随后的标识符)(操作312)。
在示例图表信息处理分支303中，取回具有关于飞行高度(flight level)的图表约束和速度约束的图表段和航路点信息(操作314)。记录对于每个图表段的约束(操作316)。在示例本机和目标航空器信息处理分支305中，获得来自导航系统的本机和目标航空器位置(操作318)。
图4是描绘了用于针对目标航空器飞行路径的每个航段定义临时航路点的示例过程400的过程流程图，并且可以提供针对示例过程200的每个航段操作226定义临时航路点的示例。示例过程400包括获得针对接下来的航段的航路点数据(操作402)。做出关于航段是否应当被断裂为更小的段的决定(决定404)。如果航段距离大于预定的阈值水平(在决定404处是)，则航段在多个段中被断开(操作406)。将航段开始航路点、航段结束航路点以及段的航路点添加到临时航路点列表(操作408)。如果航段距离不大于预定的阈值水平(在决定404处否)，则航段在多个段中不被断开，并且将航段开始航路点和结束航路点添加到临时航路点列表(操作410)。在已经将航路点添加到临时列表之后，做出关于附加航段是否存在的确定(决定412)。如果附加航段存在(在决定412处是)，则示例过程400继续获得针对接下来的航段的航路点数据(操作402)。如果附加航段不存在(在决定412处否)，则示例过程400以完成的临时航路点列表结束(操作414)。
以下列出的是用于针对每个航段定义TempWPTS的示例算法：
图5是描绘了用于用一个或多个插入的转向段替换选择的本机路线航段的示例过程500的过程流程图。示例过程500被提供作为示例过程200中的操作230的示例。本机路线航段可以用一个或多个插入的转向段来替换。这可以由在IM消息中指定的IM转向过程产生，或者其可以基于本机和目标航空器到交会点或经其到达点(reach-by-point)的相对距离来确定。
如果需要路径延长(在决定502处是)，则定义IM转向点(操作504)。将IM转向的第一航段定义为从当前本机位置到IM转向点的路径(操作506)。将IM转向的第二航段定义为从IM转向点到交会点的路径(操作508)。位于当前航空器位置与交会点之间的本机路线段用定义的第一和第二航段来替换(操作510)。
如果需要路径缩短(在决定503处是)，则选择接下来的航段(操作512)。在航段中，识别在从航段的开始到航段的结束的距离的三分之一处的潜在转向点(操作514)。定义从该潜在转向点到交会点的段(操作516)。做出关于在当前航线与段之间的角度是否小于最大可允许的倾斜角的确定(决定518)。如果角度小于最大可允许的倾斜角(在决定518处是)，则做出关于是否可以由本机航空器在速度约束内横越段的确定(决定520)。如果可以由本机航空器在速度约束内横越段(在决定520处是)，则用定义的段从潜在转向点到交会点替换本机飞行路径(操作522)。如果对决定518或决定520的回答是否，那么过程以选择接下来的航段用于评估来重新开始(操作512)。
图6是描绘了用于定义IM转向点的示例过程600的过程流程图。示例过程600被提供作为示例过程500中的操作504的示例。如果需要路径延长，则定义IM转向点。如在图7B中图示的那样，示例过程600可以涉及定义将当前本机位置722联接至交会点724的直线路径720以及获得两个点722、724之间的距离＝d(操作602)。将距离d除以X(例如，X＝2或3)(操作604)。在路径720上的d/X点726处，构造不同高度的两条线728、730，其中两条线在垂直于联接本机当前位置722和交会点724的路径720的方向上从d/X点726延伸(在向外侧上)，其中垂直线的第一线728的高度被选择使得在联接本机当前位置722和交会点724的路径720与从本机当前位置722到第1垂直线728的末端的线734之间的角度732对应于本机可以执行的最小倾斜角转向，并且垂直线的第二线730的高度被选择使得在联接本机当前位置722和交会点724的路径720与从本机当前位置722到第2垂直线730的末端的线738之间的角度736对应于本机可以执行的最大倾斜角转向(操作606)。在第一垂直线728的末端与第二垂直线730的末端之间的点740被选择并且被定义为IM转向点740(操作608)。
以下列出的是用于用一个或多个插入的转向段替换选择的本机路线航段的示例算法。
图7A是描绘了针对目标航空器702和本机航空器704的示例飞行路径700的示例线性化的图。将来自本机路线的航路点投影到本机航空器的线性化飞行路径706上。将来自目标航空器路线的航路点投影到目标航空器的线性化飞行路径708上作为临时航路点*T。将临时航路点*T投影到本机航空器的线性化飞行路径706上作为临时投影的航路点*TP。
图7B是描绘了用于促进IM转向过程的完成的针对本机航空器OWN1的示例飞行路径的示例路径延长的图。定义IM转向点740。将IM转向的第一航段712定义为从当前本机位置722到IM转向点740的路径。将IM转向的第二航段716定义为从IM转向点722到交会点724的路径。位于当前本机位置722和交会点724之间的本机路线段742、744、746用定义的第一航段712和第二航段716来替换。
图7C是描绘了用于促进IM转向过程的完成的针对本机航空器OWN1的示例飞行路径的示例路径缩短的图。选择接下来的航段750。在航段中，识别从航段的开始到航段的结束的距离的1/Y(例如，Y＝3)处的潜在转向点752。定义从该潜在转向点752到交会点756的段754。因为在该示例中在当前航线与段之间的角度小于最大可允许的倾斜角，并且因为在该示例中段754可以被本机航空器OWN1在速度约束内横越，所以从潜在转向点752到交会点756的本机飞行路径(即，航段758、760)用定义的段754来替换。
图8是描绘了用于在IM过程的模拟期间模拟本机航空器的移动的示例过程800的过程流程图。将目标航空器移动到目标飞行路径上的接下来的临时(temp)航路点(操作802)。将本机航空器移动到本机飞行路径上的投影的临时航路点附近的位置(操作804)。将本机航空器移动到其的位置包括由IM消息要求的间距加上在期望的间距与当前间距之间的现在已经校正的任何误差。示例过程800一次一个临时航路点地步进通过目标航空器和本机航空器的移动。如果剩余另外的临时航路点(在决定806处是)，则示例过程800继续步进通过目标航空器和本机航空器的移动。如果没有临时航路点剩余(在决定806处否)，则完成移动(操作808)。
以下列出的是用于在IM过程期间模拟本机的移动的示例算法。
一个范例子算法可以捕获间距误差为跨路线分布的‘p’(在该情况中，p＝3)个间隔{10-20，20-60，60-100}的百分比直到以分阶段方式的ABP。
图9A和9B分别描绘了在示例IM过程动画的开始处以及在示例IM过程动画期间的进行中的示例动画显示。描绘的是平面图和立视图二者。目标航空器902和本机航空器904二者在平面图和垂直视图中描绘。在图9A中，目标航空器902和本机航空器904二者被引导朝向在两个航空器的飞行路径中的经其实现点906，所述经其实现点906是每个航空器的飞行路径应当在其处联接的航路点。在图9B中，本机航空器904正使用在IM许可消息中指定的间距跟随目标航空器902。连同其他航路点，还示出的是计划的终止点908，其是IM过程可以在其处终止的航路点。
在本文中描述的是用于允许飞行机组人员使用动画化序列图形地预览IM许可消息并且在接受许可消息之前理解许可消息的技术。技术可以提供用于在平面和垂直视图二者中可视化IM过程关于STAR/过渡图表将如何执行的能力。技术可以提供用于将基于语音和数据链路二者的IM许可集成到相同系统中。技术可以提供用于可视化涉及转向的复杂IM许可的能力。技术可以导致在IM执行期间飞行机组人员的心理工作负担的减少。
在一个实施例中，提供了一种在IM过程的执行的开始之前针对本机航空器和目标航空器模拟间隔管理(IM)过程的方法。方法包括从空中交通管制(ATC)接收IM许可消息，将接收的IM许可消息解析为解析的信息分量，所述解析的信息分量包括识别IM过程要在其之上横越的区域的绘图信息、针对IM过程的针对本机航空器和目标航空器的飞行信息，所述飞行信息包括针对本机航空器和目标航空器中的每个的预期的飞行路径和当前速度、以及识别要由本机航空器做出的一个或多个机动类型以执行提出的IM过程的机动信息。方法进一步包括基于信息分量中的元素的数量来识别IM许可消息的复杂度，使用绘图信息生成描绘提出的IM过程要在其之上横越的区域的飞行图表，其中飞行图表包括垂直视图和平面图，以及在执行IM过程的任何步骤之前在生成的飞行图表上模拟IM过程。模拟IM过程包括使用飞行信息将本机航空器和目标航空器定位在飞行图表的动画中的起始点处，使用机动信息来解码飞行图表上的本机航空器和目标航空器的移动的动画中的汇合点，在飞行图表的垂直视图上针对本机航空器和目标航空器二者生成垂直路径显示信息，以及在飞行图表的立视图和平面图二者上的动画中将本机航空器和目标航空器的移动动画化。方法进一步包括在平面图和立视图二者上向飞行机组人员显示动画。
这些方面和其他实施例可以包括以下特征中的一个或多个。接收IM许可消息可以包括通过语音消息或数字数据链路接收IM许可消息，以及当IM许可消息是语音消息时将语音消息转换成文本并且执行辅助检查以验证到文本的转换的准确性。方法可以进一步包括提供用于当IM许可消息的识别的复杂度处于预定水平处时警告飞行机组人员可以经由动画来预览IM许可消息的选项。机动信息可以包括捕获然后维持机动、经其实现然后维持机动、最终进近间距机动以及IM转向机动中的任一个，并且可以包括经其实现点、交会点以及计划的终止点中的任一个。机动信息可以包括本机航空器和目标航空器之间的当前间距目标。飞行图表可以提供用于包括风简档数据的选项。显示动画可以包括显示具有用于放大和缩小到各个飞行航段中以获得关于速度、海拔、时间约束、航路点、定位(fix)或航段信息的更多信息的选项的动画。显示动画可以包括显示具有用于基于速度梯度、速度命令的数量、减速的程度和加速的程度颜色编码的选项的动画。将本机航空器和目标航空器的移动动画化可以包括线性化目标航空器路线并且针对每个航段定义临时航路点、线性化本机路线并且将目标航空器的临时航路点投影到本机路线上、沿目标飞行路径上的临时航路点移动目标航空器、以及沿本机路线上的投影的临时航路点以按照渐进方式减小的间距误差移动本机航空器，并且其中间距误差的渐进减小可以未被均匀地分割在投影的临时航路点之间。将本机航空器和目标航空器的移动动画化可以进一步包括用一个或多个插入的转向段来替换选择的本机路线航段。
在另一个实施例中，提供的是一种间隔管理(IM)许可系统，所述间隔管理(IM)许可系统被配置成通过针对本机航空器和在IM许可消息中识别的目标航空器提供IM过程的动画来帮助本机航空器上的飞行机组人员决定是否接受或拒绝IM许可消息，本机航空器要在IM过程的执行期间跟随所述目标航空器。系统包括在本机航空器中的被配置成接收IM许可消息的接收器，以及被配置成将接收的IM许可消息解析为解析的信息分量的解析器。解析的信息分量包括识别IM过程要在其之上横越的区域的绘图信息、针对IM过程的针对本机航空器和目标航空器的飞行信息，所述飞行信息包括针对本机航空器和目标航空器中的每个的预期的飞行路径和当前速度、以及识别要由本机航空器做出的一个或多个机动类型以执行提出的IM过程的机动信息。系统进一步包括飞行图表生成器，所述飞行图表生成器被配置成接收绘图信息并且基于接收的绘图信息使用绘图信息生成描绘提出的IM过程要在其之上横越的区域的飞行图表，其中飞行图表包括垂直视图和平面图。系统进一步包括飞行路径渲染器，其被配置成使用飞行信息将本机航空器和目标航空器定位在飞行图表的动画中的起始点处；汇合类型评估器，其被配置成使用机动信息来解码飞行图表上的本机航空器和目标航空器的移动的动画中的汇合点；垂直情况视图生成器，其被配置成在飞行图表的垂直视图上针对本机航空器和目标航空器二者生成垂直路径显示信息；IM过程动画绘制器，其被配置成在飞行图表的立视图和平面图二者上的动画中将本机航空器和目标航空器的移动动画化；以及显示系统，其被配置成在平面图和立视图二者上向飞行机组人员显示动画。
这些方面和其他实施例可以包括以下特征中的一个或多个。接收器可以被配置成通过语音消息或数字数据链路接收IM许可消息。系统可以进一步包括被配置成将语音消息转换成文本的语音到文本转换器，以及被配置成验证到文本的转换的准确性的语音到文本转换验证器。机动信息可以包括捕获然后维持机动、经其实现然后维持机动、最终进近间距机动和IM转向机动中的任一个，并且可以包括经其实现点、交会点和计划的终止点中的任一个。机动信息可以包括本机航空器和目标航空器之间的当前间距目标。飞行图表可以提供用于包括风简档数据的选项。系统可以进一步包括用于在另一时间时再复查IM许可的选项。显示系统可以被进一步配置有用于选择平面图和垂直视图的选项。显示系统可以被进一步配置有用于放大和缩小到各个飞行航段中以获得关于速度、海拔或时间约束的更多信息的选项。显示动画可以包括用于基于速度梯度、速度命令的数量、减速的程度和加速的程度颜色编码的选项。IM过程动画绘制器可以被配置成通过线性化目标航空器路线并且针对每个航段定义临时航路点、线性化本机路线并且将目标航空器的临时航路点投影到本机路线上、沿目标飞行路径上的临时航路点移动目标航空器、沿本机路线上的投影的临时航路点移动本机航空器以及用一个或多个插入的转向段替换选择的本机路线航段来将动画中的本机航空器和目标航空器的移动动画化。
在另一个实施例中，提供的是一种间隔管理(IM)许可系统，所述间隔管理(IM)许可系统被配置成通过针对本机航空器和在IM许可消息中识别的目标航空器提供IM过程的动画来帮助本机航空器上的飞行机组人员决定是否接受或拒绝IM许可消息，本机航空器要在IM过程的执行期间跟随所述目标航空器。系统包括一个或多个处理器以及耦合到一个或多个处理器的非暂时性计算机可读介质，其中非暂时性计算机可读介质实现可配置成执行方法的编程指令。方法包括从空中交通管制(ATC)接收IM许可消息并且将接收的IM许可消息解析为解析的信息分量。解析的信息分量包括识别IM过程要在其之上横越的绘图信息、针对IM过程的针对本机航空器和目标航空器的飞行信息，所述飞行信息包括针对本机航空器和目标航空器中的每个的预期的飞行路径和当前速度、以及识别要由本机航空器做出的一个或多个机动类型以执行提出的IM过程的机动信息。方法进一步包括基于信息分量中的元素的数量来识别IM许可消息的复杂度、使用绘图信息生成描绘提出的IM过程要在其之上横越的区域的飞行图表，其中飞行图表包括垂直视图和平面图、以及在执行IM过程的任何步骤之前在生成的飞行图表上模拟IM过程。模拟IM过程包括使用飞行信息将本机航空器和目标航空器定位在飞行图表的动画中的起始点处、使用机动信息来解码飞行图表上的本机航空器和目标航空器的移动的动画中的汇合点、在飞行图表的垂直视图上针对本机航空器和目标航空器二者生成垂直路径显示信息、在飞行图表的立视图和平面图二者上的动画中将本机航空器和目标航空器的移动动画化、以及在平面图和立视图二者上向飞行机组人员显示动画。
本领域技术人员将理解，结合在本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或二者的组合。以上依据功能和/或逻辑块部件(或模块)以及各种处理步骤描述了实施例和实现中的一些。然而，应当理解，这样的块部件(或模块)可以通过配置成执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。为了清楚地说明硬件和软件的该可互换性，以上一般地依据它们的功能已经描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能被实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在总体系统上的设计约束。熟练的技术人员可以针对每个特定的应用以变化的方式实现描述的功能，但是这样的实现决定不应当被解释为导致从本发明的范围的脱离。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表或者诸如此类，其可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制之下执行多种功能。此外，本领域技术人员将理解，在本文中描述的实施例仅是示例性实现。
结合在本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或者设计成执行在本文中描述的功能的其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在替代中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器、或者任何其他这样的配置。
结合在本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接地以硬件、以由处理器执行的软件模块或以二者的组合来实现。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或者在本领域中已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器使得处理器可以从存储介质读取信息以及向存储介质写信息。在替代中，存储介质可以与处理器集成。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代中，处理器和存储介质可以作为分立部件驻留在用户终端中。
在该文档中，可以仅使用诸如第一和第二以及诸如此类的关系术语以将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开来而不一定要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或顺序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等之类的数字序数简单地表示多个中的不同的单个并且不暗示任何顺序或次序，除非由权利要求语言具体地限定。在权利要求的任何权利要求中的文本的次序不暗示必须根据这样的次序以时间的或逻辑的顺序执行过程步骤，除非其被权利要求的语言具体地限定。在不脱离本发明的范围的情况下，可以以任何顺序互换过程步骤，只要这样的互换不与权利要求语言矛盾并且不是逻辑上无意义的。
此外，取决于上下文，在描述不同元素之间的关系时使用的诸如“连接”或“耦合到”之类的词不暗示必须在这些元素之间进行直接的物理连接。例如，可以通过一个或多个附加的元素将两个元素物理地、电地、逻辑地或者以任何其他方式连接到彼此。
虽然在发明的前述具体实施方式中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，大量的变型存在。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。而是，前述具体实施方式将向本领域技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例的方便的路线图。要理解，在不脱离如在所附的权利要求书中阐述的发明的范围的情况下，可以在示例性实施例中描述的元素的功能和布置中做出各种改变。

Claims (10)

1.一种在间隔管理IM过程的执行的开始之前针对本机航空器和目标航空器模拟IM过程的方法，所述方法包括：
从空中交通管制ATC接收IM许可消息；
将接收的IM许可消息解析为解析的信息分量，所述解析的信息分量包括：
识别IM过程要在其之上横越的区域的绘图信息；
针对IM过程的针对本机航空器和目标航空器的飞行信息，所述飞行信息包括针对本机航空器和目标航空器中的每个的预期的飞行路径和当前速度；以及
识别要由本机航空器做出的一个或多个机动类型以执行提出的IM过程的机动信息；
基于信息分量中的元素的数量来识别IM许可消息的复杂度；
使用绘图信息生成描绘提出的IM过程要在其之上横越的区域的飞行图表，所述飞行图表包括垂直视图和平面图；
在执行IM过程的任何步骤之前在生成的飞行图表上模拟IM过程，模拟IM过程包括：
使用飞行信息将本机航空器和目标航空器定位在飞行图表的动画中的起始点处；
使用机动信息来解码飞行图表上的本机航空器和目标航空器的移动的动画中的汇合点；
在飞行图表的垂直视图上针对本机航空器和目标航空器二者生成垂直路径显示信息；
在飞行图表的立视图和平面图二者上的动画中将本机航空器和目标航空器的移动动画化；以及
在平面图和立视图二者上向飞行机组人员显示动画。
2.如权利要求1所述的方法，其中接收IM许可消息包括：
通过语音消息或数字数据链路接收IM许可消息；以及
当IM许可消息是语音消息时，将语音消息转换成文本并且执行辅助检查以验证到文本的转换的准确性。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括提供用于当IM许可消息的识别的复杂度处于预定水平处时警告飞行机组人员可以经由动画来预览IM许可消息的选项。
4.如权利要求1所述的方法，其中显示动画包括显示具有用于放大和缩小到各个飞行航段中以获得关于速度、海拔、时间约束、航路点、定位或航段信息的更多信息的选项的动画。
5.如权利要求1所述的方法，其中显示动画包括显示具有用于基于速度梯度、速度命令的数量、减速的程度和加速的程度颜色编码的选项的动画。
6.如权利要求1所述的方法，其中将本机航空器和目标航空器的移动动画化包括：
线性化目标航空器路线并且针对每个航段定义临时航路点；
线性化本机路线并且将目标航空器的临时航路点投影到本机路线上；
沿目标飞行路径上的临时航路点移动目标航空器；以及
沿本机路线上的投影的临时航路点以按照渐进方式减小的间距误差移动本机航空器，并且其中间距误差的渐进减小可以未被均匀地分割在投影的临时航路点之间。
7.如权利要求6所述的方法，其中将本机航空器和目标航空器的移动动画化进一步包括：
用一个或多个插入的转向段来替换选择的本机路线航段。
8.一种间隔管理IM许可系统，所述间隔管理IM许可系统被配置成通过针对本机航空器和在IM许可消息中识别的目标航空器提供IM过程的动画来帮助本机航空器上的飞行机组人员决定是否接受或拒绝IM许可消息，本机航空器要在IM过程的执行期间跟随所述目标航空器，所述系统包括：
在本机航空器中的被配置成接收IM许可消息的接收器；
被配置成将接收的IM许可消息解析为解析的信息分量的解析器，所述解析的信息分量包括：
识别IM过程要在其之上横越的区域的绘图信息；
针对IM过程的针对本机航空器和目标航空器的飞行信息，所述飞行信息包括针对本机航空器和目标航空器中的每个的预期的飞行路径和当前速度；以及
识别要由本机航空器做出的一个或多个机动类型以执行提出的IM过程的机动信息；
飞行图表生成器，其被配置成接收绘图信息并且基于接收的绘图信息使用绘图信息生成描绘提出的IM过程要在其之上横越的区域的飞行图表，飞行图表包括垂直视图和平面图，飞行图表提供用于包括风简档数据的选项；
飞行路径渲染器，其被配置成使用飞行信息将本机航空器和目标航空器定位在飞行图表的动画中的起始点处；
汇合类型评估器，其被配置成使用机动信息来解码飞行图表上的本机航空器和目标航空器的移动的动画中的汇合点；
垂直情况视图生成器，其被配置成在飞行图表的垂直视图上针对本机航空器和目标航空器二者生成垂直路径显示信息；
IM过程动画绘制器，其被配置成在飞行图表的立视图和平面图二者上的动画中将本机航空器和目标航空器的移动动画化；以及
显示系统，其被配置成在平面图和立视图二者上向飞行机组人员显示动画。
9.如权利要求8所述的系统，其中接收器被配置成通过语音消息或数字数据链路接收IM许可消息。
10.如权利要求9所述的系统，进一步包括：
语音到文本转换器，其被配置成将语音消息转换成文本；以及
语音到文本转换验证器，其被配置成验证到文本的转换的准确性。
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