CN109587655A - 用于通过标准飞机轨迹公约来传送高保真飞机轨迹相关信息的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于通过标准飞机轨迹公约来传送飞行器(AV)的高保真(HIFI)轨迹相关信息的计算机实施的方法和系统。所述方法包括以下步骤：从第一实体获得包含低保真(LOFI)轨迹相关信息的飞行意图(300)；获得意图生成(IG)配置参数(301)，所述配置参数定义对飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标，包含用于关闭AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息；使用标准飞机轨迹公约将来自飞行意图(300)的LOFI轨迹相关信息和IG配置参数(301)编码为可用于信息交换的飞行计划(305)和用户定义的字段(306)；向第二实体发送飞行计划(305)和用户定义的字段(306)。

Description

用于通过标准飞机轨迹公约来传送高保真飞机轨迹相关信息 的系统和方法

技术领域

本发明大体上教导了涉及通过标准轨迹方法来交换使用形式语言表达的详细轨迹相关信息的技术。

背景技术

用也被称为飞机意图描述语言(AIDL)的形式语言表达的飞机意图提供在飞行时段期间飞机的意图运动和配置的明确描述。飞机意图描述通常从飞行意图得到。

飞行意图包含关于飞机将如何飞行的更基础信息，并且不提供足够的信息以允许飞机轨迹的明确确定。飞行意图可被认为是飞行计划的概念的一般化，且因此将反映操作约束和目标，例如意图或要求的路线和操作人员偏好。通常，飞行意图将不能明确地定义飞机的轨迹，因为所述飞行意图很可能包含关闭所有自由度所必需的信息中的仅一些。换句话说，很可能存在可被计算出的将满足给定飞行意图的许多飞机轨迹。因此，飞行意图可被认为是飞行的基本蓝图，但所述飞行意图缺少明确地计算轨迹所需的具体细节。因此，必须将另外的信息与飞行意图结合以得到确实允许对将飞行的四维轨迹的明确预测的飞机意图。

就此而言，飞机意图描述语言(AIDL)是允许明确地预测到飞机的路径的技术。所述技术可被定义为用以描述单义地(univocally)确定飞行器轨迹(即，飞机意图)的方法的严谨形式方法。AIDL意图支持飞行器的操作中的先进自动化。AIDL为提供用以制定飞机意图的机制的结构化和形式语言，所述飞机意图在轨迹预测的背景下指代明确地描述飞机在特定的时间间隔内将如何操作的信息。

通过根据AIDL表达飞机意图，确保飞机意图的每一示例针对每一大气情况(即，给定四维压力，温度以及飞行将在其内发生的风场)定义唯一轨迹。因此，AIDL被认为支持高保真(HIFI)轨迹定义。

AIDL提供制约表达飞机意图且因此允许对飞机轨迹的预测的可允许组合的指令(字母表)和规则(语法)的集合。字母表和语法规则的定义基于应用微分代数方程的理论的轨迹计算过程的数学分析。初始地，在空中交通管理(ATM)领域内构想AIDL以增强在飞机轨迹执行上的可预测性和准确性，以便促进较高水平的自动化和自主性。

除ATM外，AIDL还可能应用到其它领域。特别地，UAS的领域中的连续演变将意味着新的挑战和困难。以此方式，期望与轨迹规范和自动化相关的未来要求将考虑与旧系统和现有标准轨迹定义方法(例如，STANAG-4586)的恰当互操作来确立。

另一方面，当前和旧ATM方案使用标准但低保真轨迹定义，从某种意义上说，所述方案无法明确地描述飞机在特定时间间隔内将如何操作。因此，如通过ARINC 702A、TCAS/ACAS X CPDLC、ASTERIX、ADS-B以及STANAG-4586等确立的那些公约的飞机轨迹公约被认为是低保真(LOFI)轨迹定义。

在本发明中，术语“LOFI”应被理解为没有足够的轨迹相关信息来明确地确定飞机将飞行的轨迹。由于LOFI轨迹不包含用以关闭所有自由度的必需信息的事实，LOFI轨迹将不明确地定义飞机的轨迹。换句话说，很可能存在将满足给定LOFI轨迹的许多飞机轨迹。因此，LOFI轨迹可被认为是飞行的基本蓝图，但所述LOFI轨迹缺少明确地计算轨迹所需的具体细节。术语“HIFI”应被理解为用以明确地预测飞机将飞行的轨迹的足够的轨迹相关信息。因此，HIFI轨迹必定能够捕获必需且足够的信息以允许确定唯一飞机意图且因此确定唯一轨迹。

发明内容

本发明鉴于之前描述的情况而进行。通信系统的新兴和未来的实施方式被期望提供更多的细节来确定AV轨迹，而现有的标准格式和旧空/地(A/G)、空/空(A/A)以及地/地(G/G)通信系统被初始地构想以支持轨迹信息的有限交换(例如，使用较少的数据或较窄的宽带)。

本发明的方面提供了用以实现飞机意图描述语言(AIDL)的使用的实施方式，所述AIDL实现高保真(HIFI)轨迹定义。基于AIDL的技术有助于实现较高水平的自动化和自主性。该实施方式将给予若干益处，如飞机轨迹计划、预测以及控制的更好的保真性，获得在空中与地面系统(例如，相应地，自动驾驶仪与地面控制站或GCS)之间以及在无人机系统(UAS)示例与空中交通控制(ATC)之间的唯一水平的轨迹同步。

AIDL的实施方式还将允许在例如机场周围的堵塞空域中的飞机的安全分离。跨越用于模型化、优化、去冲突等的基于轨迹的工具的轨迹互操作性和同步还可得益于本发明。本发明可带来唯一的自动驾驶仪-GCS以及UAS-ATC轨迹同步性能，所述轨迹同步性能有益于任务QoS、飞行应变管理以及UAS-ATM集成。

有利地，本方法可减少集成时间和生命周期成本。通过利用旧联网架构和常见的通信方案的现有标准来交换HIFI轨迹定义允许代码重用和无缝集成。替代方案为研发用于HIFI轨迹交换的全新方法，所述方法将需要被航空团体广泛接受并采用，这样的结果是相当不可能的。

本发明的另一方面为提供一种能够保持异构技术当中的相容性和互操作性的方法和系统。因此，本发明防止可出现的在将现有标准或协议用于轨迹定义的实体中的侵入式变化。

本发明的另一方面为减少通信中的数据链路要求。本发明提出嵌入在标准(低保真)轨迹定义中的HIFI轨迹定义(例如，基于AIDL)的交换。轨迹信息的实际交换可能地连同意图生成配置参数的集合减少至其低保真(标准)表示，这意味着在通信带宽中的最小影响。

在HIFI轨迹定义中体现的较高水平的细节绝不会经由通信数据链路暴露。

因此，本方法在不明显影响对通信带宽要求的情况下提高安全性。同步全部AIDL轨迹定义并在通信管线的两侧上利用所述轨迹定义而不实际地暴露AIDL的能力帮助保护公司的IP和与AIDL技术相关联的竞争优势。

本发明教示借助于以下操作来交换嵌入在标准轨迹定义和交换格式中的AIDL轨迹定义：

-在通信管线的两端上，即在发送器和接收器上，自动地生成飞机意图，以及

-经由公约和明确的信息交换的组合使用此类交换方法提供的机制(例如，用户定义的字段)来同步意图生成(IG)配置参数的集合，所述IG配置参数允许在接收器侧复制在发送器侧上使用的相同的飞机意图生成过程。

这些技术的研发将不仅导致航空公司和其它利益相关者的益处，而且导致乘客和UAV用户的益处。所述方法和系统的有利的实施例在随后的章节中更详细描述。本发明的特征、功能以及优点可在各种实施例中独立地实现，或可在其它实施例中被组合，所述特征、功能以及优点的另外细节可参考以下描述和附图看到。

附图说明

下文非常简要地描述了一系列附图，所述附图帮助更好地理解本发明且作为非限制性示例呈现。

图1说明嵌入在将通过旧通信系统交换的标准轨迹定义中的AIDL轨迹定义。

图2说明与所公开的教导相关联的架构的高级方块图。

图3说明其中在不同格式下的信息被组织、编码并且解码以经由旧系统交换的高级方块图。

图4说明用于UAS和其地面控制站(GCS)的特定平台。

图5说明用于在UAS领域中交换轨迹的三种不同情况。

图6说明协作碰撞避免的示例。

图7说明在链路丢失情况下对UAV的监视的示例。

图8说明常规空中交通与使用现有的旧基础架构的UAV交通的集成。

图9示出被使用NATO STANAG-4586的LOFI轨迹定义包含的信息的示例。

图10说明在STANAG-4586中的LOFI飞行计划的表示的示意图。

图11说明通过在STANAG-4586中的LOFI飞行计划捕获的类AIDL表示。

图12说明轨迹生命周期。

图13用图表说明根据STANAG-4586飞行计划的示意性4D轨迹。

图14说明在2D横向路径中的不确定性。

图15说明横向路径模型的AIDL表示。

图16A用图表说明在2D横向路径中的若干剩余不确定性。

图16B说明根据AIDL的在LOFI中的2D横向路径的一系列大圆航线(ortodromic)区段(i)。

图17说明根据AIDL的在LOFI中的2D横向路径的一系列大圆航线区段(ii)。

图18用图形说明根据第一方法实施绕飞和飞越的2D横向路径。

图19A用图形说明根据AIDL的具有在HIFI中的一系列ORTO和CIRC航段的2D横向路径。

图19B说明根据AIDL的在HIFI中的2D横向路径的一系列ORTO和CIRC航段。

图20用图形说明根据第二方法的2级连续性适应的实施方式。

图21A用图形说明具有一系列ORTO和J-CIRC-J航段的横向路径。

图21B说明根据AIDL的在HIFI中的横向路径的一系列ORTO和J-CIRC-J航段。

图22说明具有若干层的AIDL桥。

图23说明竖直路径模型的AIDL表示。

图24用图形说明与丢失的纵向指令相关联的不确定性。

图25A用图形说明纵向曲线模型的AIDL表示。

图25B说明在AIDL中的竖直廓线。

图26说明推进廓线模型的AIDL表示。

图27A用图形说明速度/节流对时间的推进廓线。

图27B说明关于速度/节流对时间的AIDL表示。

图28说明AIDL飞机意图模型。

图29为IG配置参数的汇总表。

具体实施方式

各种实施例说明将高保真轨迹定义嵌入在低保真且标准轨迹定义中。

图1示出全AIDL轨迹定义可如何被嵌入在低保真(LOFI)标准轨迹定义108中并通过旧/当前通信系统使用仅将这些标准支持为交换格式的数据通信链路109来交换。

操作人员107(例如，飞行员、空中交通控制者以及指定的UAS操作人员)通常在通常不明确地确定AV运动的LOFI轨迹定义108(飞行计划)的基础上工作。

在大多数情况下，LOFI标准轨迹定义108可表示为并直接地映射到“飞行意图”105的概念。通常，飞行意图105包含轨迹相关信息，所述轨迹相关信息未必单义地确定AV运动，而是改为通常并入定义AV在其运动期间应遵守的某些方面(例如，沿着某一路线，在某一区域中保持固定的速度)的高级要求(通常呈某种条件和约束的形式)的集合。

通常，飞行意图105包含已通过约束或目标(例如，如已由操作人员在定义初始飞行意图以作为任务计划等的一部分时提供)扩大的飞行航段。然而，操作人员107可输入另外的信息以作为意图生成(IG)配置参数104。

轨迹必须满足的这些操作目标和约束为例如：优选路线、例如成本指数等操作人员偏好、标准操作程序、空中交通管理约束等。根据直接地用于生成并扩大飞行意图105的信息，有可能将相似的元素分组成两种不同类型的信息：操作和情景/用户偏好。

IG配置参数104可被定义为以不包含在初始飞行意图105中的约束和目标的方式表达的操作和情景/用户偏好的集合。IG配置参数104为可选的。用户自由地选择是否使用另外的要求。

如果飞行意图105需要用足够的信息补充以允许确定飞机意图以及因此确定唯一轨迹，那么需要标准的自动完成公约的集合。为此目的，可如图2所示来使用意图生成基础架构(IGI)。用于实施IGI的系统和方法的一个示例在US 8,798,813 B2中公开，但其它方法可被等价地应用。

在使用STANAG 4586的情况下，意图轨迹的横向路径被定义为航路点的集合，所述航路点定义将由AV执行的特定任务。为了在飞机意图(所述飞机意图可用AIDL表达)方面表达此类任务，必须在数学意义上完全确定轨迹。这样做包含确定如何在遍及由AIDL表达覆盖的时间间隔的连续时间中管理所有运动控制自由度，并且特别是横向运动。因此，这样做包括精确地定义AV将如何在每一航路点之间飞行，举例来说，通过在由给定转弯半径的绕飞圆弧连接的航路点之间的大圆航线。不包含在基于STANAG 4586的飞行计划中的此类信息通常应由用户借助于IG配置参数104指定。

图2示出关于意图生成引擎204如何使用飞行意图201、用户偏好模型205以及操作情景模型206来提供飞机意图207以作为其输出的若干方面的高级表示。IG配置参数202还可为意图生成基础架构(IGI)203的另外输入。IG配置参数202确定(配置)用户偏好模型205和/或操作情景模型206如何具体地工作。

为了计算轨迹209，轨迹计算基础架构(TCI)208需要先前生成的飞机意图207以作为输入。US 2010/0305781 A1公开用于实施轨迹计算基础架构208的提议。飞机意图提供具有足够信息的HIFI轨迹定义以明确地预测AV将飞行的轨迹。

飞行意图解码器210将飞行计划211和用户定义的字段212用作LOFI标准轨迹定义以产生飞行意图201和IG配置参数202。

图3说明信息如何在当前系统和旧系统中以具体格式编码和解码以允许与HIFI和LOFI轨迹定义一起工作。

飞行意图编码器302包括飞行计划编码器303和IG配置参数编码器304。飞行计划编码器303在具体的格式下(见图1中的LOFI标准轨迹定义108)将飞行意图300转换成飞行计划305。IG配置参数编码器304将IG配置参数301转换成由在常规飞行计划协议108中可用的不同的标准交换格式提供的用户定义的字段306(例如，在STANAG 4586中，自定义的用户定义的消息可借助于私有消息来交换)。被发送的飞机意图102可经由数据通信链路109通过将飞行意图111和IG配置参数112两者从其对应的标准轨迹定义和交换格式解码110来恢复。飞行意图解码器309包括飞行计划解码器310和IG配置参数解码器311。

可选地，IG配置参数301和飞行意图300可经由在发送侧上的IGI 323从飞机意图314生成。同样地在接收侧上，IGI 323可从恢复的飞行意图313和配置参数312重新产生飞机意图324。

因此，现在返回参考图1，发送器和接收器都必须具有相同的飞机意图102和相同的HIFI轨迹表示101，而不必暴露全部AIDL轨迹细节。简单地，飞行计划211和用户定义的字段212通过标准LOFI轨迹定义被交换。此方案实现用以在当前和现代ATM/UAS倡议和旧系统中与HIFI轨迹定义互操作的容易方式，从而允许明确地定义并预测飞机的路径，并且因此引起共享同一轨迹定义的不同系统中的唯一同步。

图4说明一实施例可如何在没有侵入式变化的情况下与旧系统互操作以及所述实施例可如何实现基于AIDL的技术的使用及其在对现有系统进行极小修改至没有修改的情况下的集成的示例。此示例讨论与UAS和其地面控制站(GCS)的特定平台的集成和互操作，所述地面控制站被称为Inexa^TM406，由波音子公司英西图公司(Boeing subsidiary InsituCompany)设计。Inexa 406给予操作人员工具以控制UAS，同时保持遵守新兴的法规。

使用在本发明中描述的不同模块，如飞行意图编码器403、飞行意图解码器404、IGI 405，可以建立自适应柔性架构以在现有的英西图的GCS上实现基于AIDL的技术。仅两个交互可足以实现基于AIDL的技术的采用：

-通过操作人员400在计划路线时引入的IG配置参数409的第一接收401(例如，所述第一接收可借助于Inexa插件实施)。

-以STANAG 4586格式408编码的所得飞行计划的第二接收402(所述第二接收可实施为Inexa插件411或借助于收听网络的外部应用程序实施)。

有利地，所提出的架构不是侵入式的；操作人员400可照常从事于LOFI飞行计划410，忽略由基于AIDL的技术提供的新功能。

图5说明本发明可如何在UAS领域中经由柔性架构在不同的情况500、501以及502中与不同的旧系统和未来系统互操作。

在第一情况500中，GCS 510和自动驾驶仪520都从事于HIFI基于AIDL的轨迹并通过现有的公约和标准来交换轨迹定义。一种用于在当前情况中控制UAV的方法可包括以下步骤：

1.产生高保真(AIDL)飞行轨迹相关信息，所述信息可由低保真飞行计划(所述飞行计划直接地映射到STANAG-4586)和IG配置参数构成。

2.经由飞行意图编码器514来发送低保真飞行计划和IG配置参数。

3.经由飞行意图解码器524来接收低保真飞行计划和IG配置参数。

4.使用处理器来生成高保真(AIDL)轨迹，所述处理器被配置成以低保真飞行计划和IG配置参数作为输入来执行(用于实施IGI的方法的一个示例在US 8,798,813 B2中公开)。

5.将高保真(AIDL)轨迹相关信息发送到UAV

6.使用高保真(AIDL)轨迹相关信息(飞机意图)通过轨迹计算基础架构TCI来控制UAV(轨迹计算基础架构的一个示例在US 2010/3005781 A1中公开)

在第二情况501中，GCS 510从事于HIFI AIDL轨迹并与仅支持LOFI轨迹(例如，使用STANAG-4586的计划路线)的旧自动驾驶仪522交换标准轨迹定义。一种用于在当前情况中控制UAV的方法可包括以下步骤：

1.产生高保真(AIDL)轨迹相关信息，所述信息可由低保真飞行计划(所述飞行计划直接地映射到STANAG-4586)和IG配置参数构成。

2.经由飞行意图编码器514来发送低保真飞行计划和IG配置参数。

3.接收低保真飞行计划。IG配置参数将被忽略。

4.将仅低保真飞行计划发送到UAV。LOFI旧自动驾驶仪将不支持IG配置参数。

5.使用低保真飞行计划来控制UAV

在第三情况502中，具有基于AIDL的飞行控制的现代HIFI自动驾驶仪520通过以STANAG-4586操作的旧GCS 512控制。一种用于在当前情况中控制UAV的方法可包括以下步骤：

1.产生包括航路点的列表的低保真飞行计划。

2.发送低保真飞行计划。

3.经由飞行意图解码器524来接收低保真飞行计划。

4.使用处理器来生成高保真(AIDL)轨迹相关信息，所述处理器被配置成以低保真飞行计划和IG配置参数作为输入来执行。在当前情况下，IG配置参数将不能够从数据链路被接收，然而，可基于离线采用的公约的全集确定。

5.将高保真(AIDL)轨迹发送到UAV。

6.使用高保真(AIDL)轨迹相关信息(飞机意图)通过轨迹计算基础架构TCI来控制UAV(轨迹计算基础架构的一个示例在US 2010/3005781 A1中公开)。

最后一种情况为尤其有启发性的；所述情况用以说明如何忽略IG配置参数的需要来交换飞机意图(例如，基于离线采用的公约的全集)。

图6说明通过ADS-B通信系统605交换的AIDL轨迹(HIFI)定义，所述通信系统可应用于在侵入者AV 602的情况下AV的轨迹去冲突和碰撞避免。

配备有ABS-B系统的侵入者AV 602能够在ADS-B输出端601的协作传感器内共享其当前轨迹。因此，机载发送器定期地广播状态信息603，例如标识、当前位置、海拔、航向以及速度。此AV状态信息603表示LOFI轨迹定义并且可通过使用IG配置参数604而被丰富以变为HIFI。另一方面，第二实体，在此示例中为附近的AV 606(但还适用于CGS或ATC)可如下恢复HIFI意图轨迹。侵入者AV 602经由ADS-B/输出端限制带宽使用旧轨迹描述方法(例如，ARINC 424)来广播其意图轨迹的LOFI轨迹定义连同IG配置参数604。附近的AV 606经由ADS-B/输入端607从侵入者AV 602接收LOFI轨迹603和相关联的IG配置参数604。附近的AV606随后可产生侵入者的飞机意图608且因此意识到侵入者的HIFI意图轨迹611。因此，侵入者AV 602和附近AV 606两者的预测轨迹可经比较以识别出可能的间隔丢失(LoS)，其中预期比基于LOFI轨迹这样做具有更少的误报和漏报。因此，附近的AV 606可产生解决识别出的LoS的HIFI碰撞避免调遣。

而且，附近的AV 606可最终执行有效地解决识别出的LoS的碰撞避免调遣的HIFI描述。因此，两个AV，即附近的AV 606和侵入者AV 602，可通过基于LOFI轨迹的交换的技术来协调地且协作地调遣以避免LoS，所述LOFI轨迹可在有限带宽通信信道的两侧处转成HIFI轨迹。

图7描绘在链路丢失(LoL)情况下的UAV轨迹的监视。此示例用以说明HIFI轨迹定义(AIDL)可如何通过在GCS 703与ATC 709之间的现有地对地(Ground-to-Ground)通信707来交换以用于监视目的。

具体地，如果作为故障(即，失去在GCS 703与UAV 701之间的上行/下行链路通信)的结果，负责控制和监视的操作人员704无法与UAV 201通信。UAV 701所遵从的HIFI AIDL轨迹可通过现有的地对地数据通信链路707从GCS 703发送到ATC 709，将LOFI轨迹定义705和IG配置参数706两者编码成由GCS 703和ATC 709使用的标准轨迹定义和交换格式。

此方法使得ATC 709在LoL 702的情况下或在发生影响监视的一些故障时被告知。借助于如在US 2010/0305781A1中教导的轨迹计算基础架构(TCI)711，使用生成的飞机意图710连同在LoL 702之前已知的上一位置，负责ATM的操作人员708可以足够的精度明确地计算出UAV预测的HIFI轨迹712。

因此，操作人员可有效地计划靠近危险区域定位的其它AV的安全路径。因此，为了尽可能减少对人和基础架构的损害，操作人员可产生新应变路线，所述新应变路线在没有可行的恢复动作的情况下也可为UAV终端的安全碰撞点。

图8说明当前ATM情况，其中所有隐含的主要代理，即UAV 802、载人的/未命名的AV805、GCS 803以及ATC 804，正在交换某种LOFI轨迹定义801。然而HIFI轨迹定义还可通过现有标准交换，并且因此促进UAV到未来ATM系统中的集成和相容性以及到基于AIDL的技术的转变，以实现飞机轨迹预测和控制的更高的自动化和更好的保真度。

此方法可有益于通过现有标准和当前公约来采用HIFI轨迹定义，从而改进UAS实例与ATC之间的同步。

遍历意图生成过程的IG配置参数的定义

以下论述说明如何通过用AIDL表示的HIFI轨迹的生成过程从使用NATO STANAG-4586的LOFI飞行计划确定意图生成(IG)配置参数。

根据STANAG 4586，AV飞行计划通过一个或多个路线被制定，所述路线中的每一个由一系列航路点(WP)构成。确切地说，路线表示在将航路点作为顶点的4D空间中的AV路径。第四维规定将速度或时间约束分配给选择的WP。在给定时间处，AV遵从有效路线。

图9说明与在特定路线901的飞行计划中的LOFI轨迹定义相关的信息，所述特定路线即基于NATO STANAG-4586的“样本路线”。特别地，消息#13001 914和#13002 915与关于AV操纵命令的消息#2002 916一起使用，所述AV操纵命令指示从当前AV状态接合此路线。

航路点为STANAG-4586任务/飞行计划协议的必要轨迹描述原语。航路点可被定义为可包含以下信息的2D/3D/4D点：

·航路点号903、905，所述航路点号为单义的识别符。

·依据被称为WGS-84或另选地被称为关于相关本地笛卡尔参考框架的笛卡儿{X,Y}坐标的大地测量学{纬度,经度}的2D位置906。

·依据压力/气压海拔或高度的海拔907；在后一情况下，海拔可被称为平均海平面(MSL)，即海拔高度(ASL)，或被称为本地地面，如离地高度(AGL)。重要的是，强调通过STANAG-4586捕获以作为给定WP定义的一部分的约束的海拔通常被应用于序列中的下一WP，除非海拔改变行为908属性被设定为临界海拔，在此情况下，整个螺旋上升/下降飞行模式被插入在给定WP处以确保在此WP处本地的海拔适应。

·速度/时间908：关于速度，通常与依据指示的空速(IAS)或真实空速(TAS)的风(空速)相关，或与参考地面的绝对速度相关，即，对地速度(GS)。关于时间：通常到航路点的要求到达时间(RTA)被称为UTC(协调的世界时间)时间参考。

·转弯类型910：短转弯(即，绕飞)或飞越(即，飞过)。

·下一WP号905、911：(路线)WP序列中的下一WP的WP号。

WP号903、905用作单义识别符并且所述WP号为准许构建路线的关键。WP号从1至65535变化。“0”指示路线的末端。作为最低要求，必须将WP号和2D位置给予被指定为路线的一部分的每一WP，所述WP概括出路线的横向路径。例如转弯模式等进一步的信息可以可选地在每一WP处提供以捕获关于横向路径的更多细节。并且，例如海拔907和/或速度/时间909约束等进一步的要求可以可选地与每一航路点相关联以捕获关于纵向廓线和推进廓线的一些高级细节，相应地解决AV运动的第3维和第4维方面。

由STANAG-4586考虑的第二原语为所谓的悬停航路点，取决于定义悬停模式的具体参数，所述悬停航路点实质上可表示恒定半径的圆，其也被称为圆形悬停，竞技场(hippodrome)，其也被称为跑道悬停。对于每一悬停航路点，可以定义半径、转弯方向以及悬停时间；跑道还可以定义长度和方位(bearing)。所有的悬停模式均意图在恒定的海拔(进场航段的海拔)和速度(可指定悬停模式的速度)处。

此示例将在使用STANAG-4586的飞行计划中的简单路线定义为四个2D航路点号904的序列：1157(WP0)、1158(WP1)、1159(WP2)以及1160(WP3)，包含对前述航路点的约束，例如在下一航路点号905处到达的海拔907(500m、2000m以及800m)，速度/时间909约束(例如，TAS 70kt和RTA543975305UTC)以及转弯类型910(在示例中，所有转弯均被规定为绕飞，除了在WP1处的转弯，所述转弯尚未被指定)。样本轨迹模型还包含在路线被激活的时刻从当前AV位置起的路线接合航段(NAV-TO)。

图10说明依据STANAG-4586制定的飞行计划的LOFI模型。基本上，所述LOFI模型包括一系列航路点1002所遵从的路线接合命令1001，所述航路点中的每个均包含作为最小值的经度和纬度，可能地加上捕获海拔和/或速度/时间和/或转弯模式约束的另外信息。

图11说明通过LOFI STANAG-4586飞行计划捕获的信息可如何借助于AIDL来表达和模型化。所说明的模型可被认为是从STANAG-4586轨迹描述得到的AIDL飞行意图，然而，所述模型不确定唯一的轨迹以及因此不确定飞机意图。虚线框示出必须得到解决以便被认为是飞机意图的全部歧义和不确定性。关于AIDL，通过每一STANAG-4586命令捕获的信息被分解，因为所述信息涉及三个运动廓线，即与AV运动的3个自由度(DOF)相关联的横向、纵向以及推进廓线。

不同于STANAG-4586，AIDL依据被称为触发器(t)1104和指令(i)1105的线程的序列来界定AV轨迹，所述线程为基本的AIDL原语。触发器1104和指令1105专用于三个运动廓线1101、1102、1103中的每一个，所述运动廓线相应地定义AV运动的3个DOF如何随时间确定。

触发器1104可确定在给定时间(限制性触发器)或所关注的运动的特定方面达到某一值的时间(检查性触发器)处的运动的具体方面。触发器1104还可基于在事件所属的廓线外部的所述事件来确定运动历史中具体时间(显式触发器)，这实现将此时间点链接到外部事件(例如，任务/PL事件、ATC或PIC介入)以及链接/触发跨越不同运动廓线的行为变化。举例来说，在序列中以eXplicit的“X”命名的初始触发器1104，因为所述初始触发器全都链接到机长(PIC)发出路线接合命令的时刻。当触发器固有的时刻到达时，触发被称为已发生(或已被满足)，这终止在对应的廓线中在触发器之前的有效指令并激活在触发器之后的指令。因此，触发器1104表示必要的序列控制机制，所述机制管理确定AV运动的每一DOF的指导和控制参考是否随时间排序。另一方面，指令数学地确定此类控制和指导参考的性质(效果)。触发器1104和指令1105具有具体的签名，该签名决定所述触发器和指令的哪些交替序列被认为是合法的(线程级词法)。

尽管在图11中未说明，但相同的方法还适用于所有另外的线程。也就是说，需要除描述三个运动廓线1101、1102、1103的三个线程外的其它线程来描述AV配置方面，例如起落架、增升装置、速度支架、参考海拔或任何其它方面，应如何随时间来处理。

语法规则决定触发器1104或指令1105中的哪些同时组合为相容的。通过对所有适用廓线1101、1102、1103中的触发器1104和指令1105适当地排序并便利地链接触发器1104，我们可以任意级别的细节(即，LOFI和HIFI两者)来构建AIDL轨迹模型。

如先前所介绍的，当存在于AIDL轨迹模型中的所有触发器1104和指令1105被完全定义时，即，没有触发器或指令或定义它们的任何参数(如果它们为参数化的)仍为未知的，AIDL模型被称为定义飞机意图(HIFI)，否则AIDL模型被称为定义飞行意图(LOFI)。因此，飞机意图捕获完全并且单义地确定具有特定级别的细节的AV运动的必要且充分的信息。由此，给定飞机意图的实例，对于初始条件、AV响应/性能以及大气情况的每一集合，存在此飞机意图实例所导致(即，确定)的唯一可能的AV运动。在严格的AIDL术语学中，术语轨迹为AV运动的概念保留，即，AV状态在状态空间上的时间演变，即，根据控制理论在数学意义上的轨迹(AV状态作为时间的函数)。

图12说明AV轨迹生命周期看起来如何，以及意图生成和IG参数以及配置参数可包括什么。要求1201提供关于飞行的目的和原因的信息。此信息通常包含呈飞行意图1202的形式的一系列离散的2D/3D/4D航路点、在给定定位(fix)或区段处/上的速度约束和时间约束、目标的优化等。方法1203提供关于如何操作AV的另外信息。意图生成1204使用飞行意图1202来获得飞机意图1205。轨迹预测1206可用以经由预测的轨迹1208增强意图生成1204。

AV运动或AV轨迹仅根据以下操作变得明显：通过在给定大气情况中从给定初始状态开始的给定AV进行的飞机意图方法1203的轨迹执行1207(所谓的实际轨迹)，或通过其中实际的AV响应/性能以及大气情况被表示它们的相应模型替换的轨迹预测1206进行的飞机意图方法1203的轨迹执行1207(所谓的预测轨迹)。飞机意图1205(方法1203)在确定AV轨迹(结果1209)时的唯一性代表某些给定的初始条件、AV以及大气情况。如果那三个元素中的任何元素改变，那么对于甚至相同的飞机意图方法1203将获得不同的结果1209(即，不同的飞机轨迹1213)。相反，原则上，许多结果可从飞行意图实例获得，即使初始条件、AV以及大气情况保持不变，因为飞行意图1202所捕获的为较高或较低程度的轨迹要求1201，而不是指导、控制以及AV配置方法1203得到明确地确定的程度。

准确地说，意图生成(IG)1204的过程所做的是解决关于方法1203的仍在飞行意图1202级别处存在的歧义和不确定性。一般来说，此过程为复杂的，因为所述过程需要基于操作知识来作出合理的猜测和假设以填补空白，以及可能执行通过下层的轨迹预测1206能力支持的参数优化，所述轨迹预测能力还用以验证被制定的飞机意图方法1203。然而，不管其复杂性，IG 1204过程的最终目标为找出允许飞行意图1202中的丢失信息的完善以便将飞行意图转变为飞机意图1205的参数的集合。举例来说，此类参数可指定在AIDL字母表之外的适合于完善丢失的信息的指令或触发器的具体选择。此类参数的其它示例包含指定与仍丢失的某些给定触发器或指令相关的细节所需的那些参数(所谓的说明符)，例如，在恒定半径转弯中的可被选择为用以实施绕飞转弯的方法的转弯半径。

因此，从飞行意图1202重构飞机意图1205的一个可能性为连同给定飞行意图一起显式地共享通过某一IG 1204能力产生的对应的IG参数。这具有以下优势：飞机意图1205直接地从飞行意图1202和伴随IG参数获得，而不需要知道如何获得此类参数，即，不需要共享共用IG 1204能力。但缺点是，根据飞行意图1202中的细节的定义的水平，IG参数的数目可相当高。

另一方面，如果精确相同的IG 1204能力(借助其获得IG参数)为可用的，那么将不需要共享任何IG参数，因为所述IG参数都可通过基于以相同的飞行意图1202作为输入的所述相同的IG能力供应来重复IG 1204过程来重新产生。然而，此时与互操作性问题(不同的执行者不太可能与其它执行者共享其IG 1204能力，加上可存在例如ATC等将需要具体的IG能力以用于其所负责的所有AV的执行者)和/或可认证性问题(例如，如果必须将机载IG能力嵌入在AV上)相关联的缺点出现。

折衷可包括识别通常在IG 1204过程内做出的常见假设，并依据一些IG配置参数来参数化对应的IG启发法，所述IG配置参数可与针对典型的情况的默认指令/触发器选择相关，所述指令/触发器选择在被共享时将容易地实现合理地复制相同的意图生成过程。随后，对于典型的情况的大部分实例，将不需要循环地再次共享相同的配置参数，而对于未覆盖的特定情况，将选择IG参数的显式共享。此外，如果关于应用哪些IG配置参数的公约事先在意图用于轨迹同步的通信过程的两侧之间被采用，那么将不需要另外共享此类参数。换句话说，IG 1204的过程变得越常规，显式地共享IG参数或IG配置参数的需要越少。

转到图11，另外用示例论述说明上文的(LOFI)AIDL模型。

AIDL提供限制性触发器，所述限制性触发器可直接地捕获2D位置约束(RW–Required Waypoint)、海拔(RH–Required Altitude/Height)以及时间(RT–RequiredTime)。所述限制性触发器还具有捕获在给定触发器处的显式连续性要求的能力。举例来说，让我们考虑显式触发器X，所述显式触发器捕获其中PIC发出操纵命令以接合路线(NAV-TO)的时刻。对于横向廓线1101和推进廓线1103，我们已使用基础X触发器，因为通过设计，AIDL隐式地确保横向路径的通过其的0级的连续性(这意指几何形状的连续性)和推进路径的1级的连续性(在此情况下，这意指速度的量值为连续的)。然而，一般来说，不保证纵向廓线1102的0级连续性，这是显式地要求其指示对应的触发器1104作为X0的原因。较高水平的连续性可能已被显式地要求显式触发器1104(例如X1或X2)，在此情况下，随后的指令1105将需要与此类要求一致，由此迫使NAV-TO段的模型具有较高保真度。出于简单性的目的，选择不要求较高水平的连续性，这意指接受在方位(横向廓线)、航迹角(纵向廓线)以及速度方向(推进廓线)中的不连续性。注意，采用相同的方法来转化成推进廓线1103的AIDL(显式)触发器1104。由于在WP0和WP3中缺少STANAG-4586模型的速度规范，选择1级的(隐式)连续性(速度的量值)。类似地在WP1中，其中缺少提及下一航路点的海拔信息转化成与RW WP2相关联(链接)的显式触发器X0，其中选择为显式地要求0级(竖直几何构型的连续性)。

在AIDL与STANAG-4586之间的一个第一较大差异为：借助AIDL原语的较高粒度，AIDL允许使海拔约束与其所应用的精确航路点相关联。因此，RH AGL 500m与触发器RW WP0相关联。另一方面，在STANAG-4586中，海拔约束在之前的NAV-TO原语中捕获。RH MSL 2000m与触发器RW WP1相关联，而在STANAG-4586中，此类海拔约束通过之前的WP0原语捕获。

与AIDL之间的第二重要差异为STANAG-4586原语合并与航路点相关的信息和与航路点之间的演变相关的信息，所述演变表示时间间隔。STANAG-4586中的航路点仅表示AV轨迹中的时刻。举例来说，如图10中示出，在NAV-TO 1001中，通过推力控制的速度的规范(节流设置在其最大值的80％处)暗指将运用此控制法则直到到达下一WP(WP0)。

如图11中所示使用AIDL，以上信息可借助于指令1105来单独地模型化，所述指令即具有说明符80％的指令HTC(保持节流控制)。同样地，在图10的WP2中的海拔变化行为2(渐变)的STANAG-4586规范的情况下，所述规范暗指海拔被控制，使得海拔在WP2与下一航路点WP3之间逐渐地变化。而AIDL可用被称为HELIX的竖直路径法则(VPL)指令1105来模型化此海拔变化行为，所述指令实质上提供捕获此期望行为的指导法则。

在涉及被分析的示例的范围时在AIDL与STANAG-4586之间的第三差异为：根据STANAG-4586，当在特定WP处未给定海拔或速度/时间约束时，这隐式地暗指在此WP与其下一WP之间相应地保持海拔或速度。在AIDL中，两个指导法则必须通过指令1105保持海拔(HA)和保持速度(HS)被相应地显式地表示。

如图所示，图8的AIDL模型已捕获包含在初始STANAG-4586模型中的几乎所有信息，除了稍后将说明的转弯模式信息的处理。重要的是注意，在实质上包括将包含在STANAG-4586原语中的信息转化(即，解析)成可适用廓线的AIDL触发器和指令的IG处理之后，一旦显式触发器的连续性标准已被设定，则触发器不再涉及进一步的不确定性。此标准涉及将隐式连续性用于显式触发器，除了纵向曲线中的触发器，其中显式地要求0级连续性。此标准可仅用三值数(three-valued number)来参数化，所述三值数表示所要求的显式触发器的最低水平的连续性(0、1或2)，但此参数已为重要的IG配置参数，因为此参数决定可在显式触发器之后的丢失指令的可能的选择。

尽管如上所述，但较大的不确定性仍在指令中，所述不确定性实质上反映以下事实：一般来说，STANAG-4586原语传达关于具体的指导和控制法则的极少信息，所述指导和控制法则可被应用使得AV运动满足给定位置、海拔以及速度/时间约束。所有此类未知的指令在图9的AIDL模型中用问号表示，所述问号示出模型捕获飞行意图(即，轨迹要求)而非AV轨迹的具体飞机意图方法。

图13用图形示出从STANAG-4586轨迹描述得到的AIDL飞行意图模型固有的歧义或不确定性的直观表示，尤其是在试图描绘在4D空间中模型化的4D轨迹时。

具有问号的虚线表示推进廓线1301(节流廓线1301a和速度/时间廓线1301b)、纵向1302和横向廓线1303的不确定性STANAG-4586轨迹描述。由于STANAG-4586轨迹表示的有限保真度，不可能将廓线的这些未知的虚线转成具体的连续廓线。换句话说，尽管已捕获多个离散的约束，但满足此类约束的AV的具体运动仍在很大程度上未被确定。因此，不同的GNC(指导、导航以及控制)方案通常解释并由此以不同方式执行LOFI模型，从而导致不同的AV运动历史。举例来说，一些GNC方案可选择绕飞以作为转弯模式尚未被指定的转弯的默认方案，而其它方案可选择飞越。此外，不同的GNC方案以不同方式实施绕飞和飞越转弯模式。可引入关于不同的GNC方案如何实施不同的指导和控制策略以履行海拔和速度/时间约束的类似的示例。

虽然现有的GNC方案通常在追求某种最佳化方面做得很好，但因为指导和控制参考中的大部分在飞行中隐式地生成，所以第三方执行者难以准确地预测将由此类LOFI计划产生的4D轨迹。AV轨迹的不完整的HIFI定义导致需要被同步的元件(人类和自动化系统)必须作出假设并做出确定，从而在损害例如容量、效率以及环境影响等其它性能方面的情况下经由较大的安全抖振来确保安全性。并且自动化受到大大妨碍。因此，通过GNC方案凭借由不完整的LOFI轨迹模型留下的自由度来实现的最佳化常常变得面对与轨迹修正相关联的惩罚不相关，所述轨迹修正需要用来确保安全性(例如，冲突/碰撞避免)或处理基本上由缺少轨迹可预测性导致的容量问题(例如，在飞行时或发动机启动时等待)。

HIFI轨迹生成

图14为根据LOFI轨迹描述的2D横向路径，所述LOFI轨迹描述仅捕获在被2D路线定义包含的离散的参考航路点的集合(即WP0至WP3)处的AV1401的2D位置。

没有确定在每一对连续的航路点之间的轨迹的几何构型的信息被捕获，如通过不确定性Q0、Q1、Q2以及Q3表示的。给定的参考航路点当然不是其绕飞转弯模式被指定的那些航路点的轨迹的2D几何构型的一部分。转弯的精确几何构型仍未描述，如通过不确定性Q1和Q23表示的。对于转弯模式未被指定的航路点，关于横向路径的2D几何构型的不确定性变得大得多，这通过不确定性Q12表示，所述不确定性Q12在被处理时将仍导致不确定性Q12a或Q12b。

图15示意性地表示从LOFI STANAG-4586得到的2D横向路径的AIDL模型。该图显示需要被填充以便朝向HIFI模型移动的初始空白。依据参数1501Q0、Q1、Q2以及Q3进行参数化，此类空白指代使AV在每一对连续的航路点1502之间飞行的方式。

Q0、Q1、Q2以及Q3为在可能不同的方法当中进行选择以飞行每一对连续的航路点1502之间的航段的某一选择参数的实例1501。此参数为可被识别的另一IG配置参数，所述IG配置参数有助于对如何确定在航路点1502之间的2D路径消除歧义。

通常两种方法可用于控制在两个连续的航路点1502之间的横向路径：

-基于控制航向(速度矢量的方向)的第一转弯方法，因此所述第一转弯方法指向下一活动航路点。一旦关于此航路点如何的特定标准被认为“达到”，则所述航路点就被停用并且路线中的下一航路点被启用，等等。可能难以事先确定2D路径的几何构型，因为所述确定将要求描述如何执行此控制过程的良好的参数模型。对于固定翼AV，控制过程可包含一组嵌套的PID控制回路副翼倾斜(bank-on-ailerons)(其中侧滑通过方向舵取消)和航向倾斜(course-on-bank)，在此情况下，Q1将最终为参数的矢量，该参数的矢量包含控制增益和模型化此控制所应用于的设备的横向方向响应所需的AV动力学的一些关键方面。

-基于计算最小长度曲线，即大圆航线的第二转弯方法，所述最小长度曲线连接每两个连续的航路点1502。此第二方法暗指控制横向运动以抵抗可事先计算出(且因此确定并同步)的固定几何构型参考。

总之，另一IG配置参数可为允许在两种方法之间的选择的二元值参数，在一直应用第二方法和大圆航线方法的情况下不需要另外的参数。

图16A和图16B示出IG能力可如何用ORTO的对应的实例替代先前未知的参数1501Q0、Q1、Q2以及Q3以作为根据第二转弯方法的示例。更准确地说，在AIDL术语学中的所谓的ORTO PP或点对点。

待回答的下一问题是如何模型化在每一航路点处的转弯。换句话说，如何处理与图16A中用图形示出的参数1601Q1、Q12/Q12a/Q12b以及Q13相关联的不确定性。

图17示出作为一系列大圆航线区段1701的AIDL LOFI横向路径模型。

图18用图形示出根据第一转弯方法的AV 1801的横向路径，所述第一转弯方法用于实施其中航向被动态地控制的转弯的IG方法。如果设定绕飞，那么下一航路点WP1在到达当前活动的航路点WP0之前以特定的预期1802被启用，所述预期可呈距离的形式。因此，此预期1802可为另一意图配置参数。如果设定飞越，那么下一航路点WP1在到达当前活动的WP0后被启用。下一航路点WP1可在当前位置穿过当前和下一航段的二等分线时通过活动航路点被确定。

图19A用图形示出根据第二转弯方法的AV 1901的横向路径，所述第二转弯方法仅对绕飞选项有效。图19B示出作为一系列ORTO和CIRC航段的横向路径的AIDL HIFI表示。

因此，恒定半径的圆与飞回和飞出大圆航线航段相切，此半径为另一意图生成配置参数。另一IG配置参数可为允许在两种可用转弯方法之间的选择的二元值参数。另一IG配置参数可被要求选择转弯模式，如果此细节在LOFI轨迹模型中被丢失的话。

为了方便，假设此第三IG配置参数(Q12)通过默认和第二方法设定绕飞，即，恒定半径转弯，一直以特定的半径(ρ0、ρ1、ρ2)选择(Q01、Q12a、Q23)，即，设定为默认值(例如，300m)的另一IG配置参数。

最后，一旦恒定半径转弯的绕飞方法已被选择，就必须确定需要在恒定半径转弯的开始和结束时相应地执行以便确保倾斜连续性(或，等效地，横向路径的曲率半径)的具体滚进(roll-in)和滚出(roll-out)策略。同样，可使用两种可能的方法：

-第一方法：举例来说，典型的有RNAV能力的FMS预期距其中转弯圆接触飞回航段(用AIDL表示为R1触发器，所述触发器要求在横向几何构型中的1级连续性，即，相切条件)的点的特定距离(依据AV速度、风以及转弯半径动态地计算)，在所述飞回航段处，所述转弯圆开始朝向被假设为在给定当前本地风的情况下适合给定转弯半径的预计算目标倾斜角倾斜；随后倾斜角被控制以便使几何构型遵从圆形几何构型，直到在离开R1点之前的点，其中开始反向倾斜的策略以最终捕获飞出航段。

-第二方法：一种平缓将出现在R1点中的倾斜(或曲率)中的另外离散跳跃的可替换方法可使用所谓的J自适应曲线；确保在从笔直航段到圆弧(且反之亦然)的过渡的曲率的连续性的固定几何构型曲线。同样，此方法具有以下优点：一旦自适应曲线所适合的航段的几何构型已知，就可事先计算出自适应曲线的几何构型。

另一IG配置参数可为允许在上文说明的两种方法之间进行选择的又一二元值参数。假设一直选择J自适应方法，那么此方法的典型的实施方式要求举例来说两个另外的参数。所述参数将被添加到界定对R1点的预期(A)2002和J区段的持续时间(D)2003的IG配置参数的列表；让我们假设A＝50m且D＝100m。

图21A用图形示出AV 2101的横向路径。图21B示出作为一系列ORTO和J-CIRC-J航段的横向路径的AIDL HIFI表示。

显著地，为每一绕飞航路点2103构建的转弯模型可同时表示多层细节。

图22示意性地说明用AIDL表示的桥。桥航路点触发器同时表示多层(嵌套的)细节。根据AIDL，同时表示嵌套的细节层的模式被称为桥，因为低保真模型“以桥横跨”高保真模型。

事实上，当连续航段之间的连接被粗略地视作顶点时，轨迹的卫星视图可看起来像一系列连接的笔直航段(ORTO)。当放大到每一顶点时，我们可看到所述顶点分成定义飞回和飞出航段与其相切的一段圆弧的两个R1点。最后，当另外的缩放被应用到此类R1点中时，每一个R1点分成两个R2点，且可看到小得多的J段自适应曲率。因此，触发器RW WP0以桥横跨触发器-指令-触发器模式{R1,CIRC,R1}，其中每一R1触发器自身以桥横跨另一触发器-指令-触发器模式{R2,J,R2}。

图23在AIDL模型中示出通过STANAG-4586定义的意图轨迹的竖直路径。所发现的第一不确定性(Q1)与执行从在发出NAV-TO命令的时刻处的海拔(通过X0触发器捕获)上爬至与WP0相关联的海拔约束(通过触发器RH AGL 500m捕获)所需的(未知的)指导/控制法则相关联。

图24例示了与丢失的纵向指令相关联的不确定性。存在执行海拔变化的许多(原则上，无穷的)方式。然而，仅四种方式可通过STANAG-4586 WP原语捕获。事实上，仅可选择用于海拔变化行为属性的渐变(假设所述渐变意指线性海拔变化)和最大ROC(爬升率)模式传达关于确定事先关闭对应的DOF所需的等效指导/控制法则的足够信息。所述模式在STANAG-4586中相应地编码，其中值2用于渐变模式2402并且值3用于Max ROC模式2403。具有值1的螺旋模式2401和具有值4的UAV相关模式2404将需要另外的信息，或否则，IG过程应必须独自填补空白，加上除了STANAG-4586能够捕获的四种模式外，取决于情况，还存在具有操作意义的许多其它爬升策略。

图25A说明AIDL纵向廓线模型。图25B为对应的竖直廓线的图形表示。

在涉及此示例时，此航段的海拔变化行为属性已被设定为代码5，这意指所述属性尚未被指定。因此，当未提供关于如何执行在两个给定海拔之间的爬升的细节时，待考虑的另一IG配置参数可为默认选择。遵守此类约束的最简AIDL指令为被称为HELIX的前述竖直路径法则(VPL)指令，所述指令碰巧匹配与设定为2(渐变)的海拔变化行为属性相关联的期望行为。

其余的未知问题(Q2)可以与针对Q1进行说明相同的方式精确地解决。这样做，纵向廓线的AIDL模型变得完全定义。在此示例中，因为所有的纵向指令都属于竖直路径指导或海拔指导群组，所以被模型化的轨迹的竖直几何构型被几何定义。因此，所述竖直几何构型可事先被计算出并且与AV性能/响应或大气条件无关，除了以下例外：例如如果所需的ROC/ROD超出性能限制，或例如逆风/顺风结合在推进廓线中运用的控制使得不可能遵从模型化的竖直几何构型，这仅可在执行过程中或在轨迹预测能力的帮助下被断言。

图26为推进廓线模型的AIDL表示。在所述廓线中发现的第一不确定性2601(Q1)与未知的指导/控制法则相关联，以将速度从在到达WP0后达到的值调适到在WP1处给定的速度约束(通过触发器RS TAS 70kt捕获)。

同样，存在可适合所需的速度演变的许多速度指导策略。最简单的策略(只要推进廓线要求仅1级连续性)为线性变化。AIDL将所述策略模型化为具有说明符[ramp]的所谓的速度法则(SL)。因此，当速度需要在航段内在两个要求值之间被调整时，另一IG配置参数可为SL[ramp]的默认选择。

关于在推进廓线(Q2)中发现的第二未知问题2602，随后的触发器表示时间约束，所述时间约束告知IG过程时间指导策略为必要的。时间指导基于控制速度/推力，使得AV在通过给定时间约束要求的时间处到达WP。AIDL提供若干时间法则(TL)指令，用于在同样要求仅1级连续性时的情况的最简指令为具有说明符[ramp]的TL。当在某一航段上必须满足时间约束时，所发现的最后的IG配置参数可为TL[ramp]的默认选择。

图27A用图形说明速度/节流对时间的AIDL推进廓线。图27B为在AIDL方面的相关联的表示。

推进廓线的AIDL模型被完全定义。注意，在某时刻运用推力控制、速度指导或时间指导(与AIDL语法规则一致)。

因此，整个AIDL模型从表示飞行意图转变成表示飞机意图，所述飞机意图现在单义地确定AV轨迹。

图28示出最后的AIDL飞机意图模型。遍历已说明的IG过程产生的HIFI AIDL模型包含比初始STANAG-4586模型更多的关于如何确定运动的具体细节。然而，可产生高得多的保真度，如果对状态变量的连续性的不同要求已被设定的话。举例来说，虽然横向廓线已经设计使得实现2级(倾斜/曲率的连续性)，但竖直廓线仅已被要求0级(几何构型的连续性)，并且推进廓线仅已被要求1级(速度的量值的连续性)。

图29为遍历上文描述的意图生成过程识别的IG配置参数的表格。

如图所示，AIDL具有比STANAG-4586多得多的表达性；事实上，可用STANAG-4586原语构建的轨迹模型的集合为可用AIDL构建的轨迹模型的子集。

以上论述可广泛地对现今的所有现有轨迹定义机制做出，如ARINC-424、ARINC-702A、ASTERIX、FIXM、ADS-B、TCAS/ACAS X等。轨迹要求通常依据待满足的约束/目标来处理。通常，在当前标准中的轨迹定义包含2D/3D航路点和某种横向路径原语、海拔/速度/时间约束、成本指数等，然而，它们未能捕获所得AV轨迹的细节的100％。换句话说，它们不描述单义地确定AV轨迹的飞机意图或操作方法，所述AV轨迹被理解为所预测或显示的AV的(6-DOF)姿势随时间变化的历史。

本教导以对现有系统的极小修改或无修改促进HIFI轨迹定义和AIDL的容易的集成。如所例示的，如飞机轨迹计划、预测以及控制、轨迹同步等许多不同的区域可得益于AIDL，同时考虑现有系统的互操作性和扩展能力。

Claims (15)

1.一种用于经由常规的飞行计划协议(322)来传送飞行器即AV的高保真即HIFI轨迹相关信息的计算机实施的方法，所述方法包括：

-从第一实体获得包含低保真即LOFI轨迹相关信息的飞行意图(300)；

-获得意图生成配置参数即IG配置参数(301)，所述IG配置参数界定对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标，包含用于关闭AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息，

-使用所述常规的飞行计划协议(108)将来自所述飞行意图(300)的LOFI轨迹相关信息和IG配置参数(301)编码为可用于信息交换的飞行计划(305)和用户定义的字段(306)；

-向第二实体发送所述飞行计划(305)和用户定义的字段(306)。

2.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述飞行意图(300)中的LOFI轨迹相关信息通过在两个实体中实现并运行意图生成过程以复制定义对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标的至少一组IG配置参数(301)而被丰富。

3.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述方法进一步包括从定义唯一AV轨迹的飞机意图(314)产生所述IG配置参数(301)和所述飞行意图(300)。

4.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中标准飞机轨迹公约使用以下公约中的一个来表达：ARIC702A、TCAS/ACAS X、CPDLC、ASTERIX、ADS-B以及STANAG-4586，并且其中HIFI轨迹相关信息用AIDL表达。

5.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述第一实体或第二实体在UAS领域中在GCS(510)或自动驾驶仪(520)中选择并且在ATM环境中在ATC(804)或AV(801)中选择。

6.一种用于通过标准飞机轨迹公约(322)来传送AV的高保真即HIFI轨迹相关信息的系统，所述系统包括：

-飞行意图编码器(302)，所述飞行意图编码器被配置成从第一实体获得包含低保真即LOFI轨迹相关信息的飞行意图(300)和定义对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标的IG配置参数(301)，其中IG配置参数(301)包含用于关闭所述AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息；

-所述飞行意图编码器(302)进一步被配置成使用所述常规的飞行计划协议(322)将来自所述飞行意图(300)的LOFI轨迹相关信息和IG配置参数(301)编码为可用于信息交换的飞行计划(305)和用户定义的字段(306)；

-所述飞行意图编码器(302)进一步被配置成向第二实体发送所述飞行计划(305)和用户定义的字段(306)。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述系统进一步被配置成通过在所述第二实体中实现并运行意图生成过程以复制定义对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标的至少一组IG配置参数(301)而丰富所述飞行意图(300)中的LOFI轨迹相关信息。

8.根据权利要求6所述的系统，所述系统进一步包括意图生成基础架构(323)，所述意图生成基础架构被配置成从定义唯一AV轨迹的飞机意图(314)产生所述IG配置参数(301)和所述飞行意图(300)。

9.根据权利要求6所述的系统，其中标准飞机轨迹公约使用以下公约当中的一个来表达：ARIC702A、TCAS/ACAS X、CPDLC、ASTERIX、ADS-B以及STANAG-4586，并且其中HIFI轨迹相关信息用AIDL表达。

10.一种用于通过标准飞机轨迹公约(322)来传送AV的高保真即HIFI轨迹相关信息的计算机实施的方法，所述方法包括：

-从第一实体接收飞行计划(307)和用户定义的字段(308)以用于在所述常规的飞行计划协议(322)中的额外的信息交换；

-对所述飞行计划(307)和用户定义的字段(308)进行解码，并恢复包含LOFI轨迹相关信息的飞行意图(312)和定义对所述飞行意图(312)进行补充的约束和/或目标的IG配置参数(313)，使得所述IG配置参数(313)包含用于关闭所述AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息。

11.根据权利要求10所述的计算机实施的方法，其中所述方法进一步包括从恢复的所述飞行意图(313)和配置参数(312)生成飞机意图(324)。

12.根据权利要求11所述的计算机实施的方法，其中所述飞行意图(313)中的LOFI轨迹相关信息通过在两个实体中实现并运行意图生成过程以复制定义对所述飞行意图(313)进行补充的约束和/或目标的至少一组IG配置参数(311)而被丰富。

13.一种用于通过标准飞机轨迹公约(322)来传送AV的高保真即HIFI轨迹相关信息的系统，所述系统包括：

-飞行意图解码器(309)，所述飞行意图解码器被配置成从第二实体接收飞行计划(307)和用户定义的字段(308)以用于在所述常规的飞行计划协议(322)中的额外的信息交换；

-所述飞行意图解码器(309)进一步被配置成对所述飞行计划(307)和用户定义的字段(308)进行解码，并恢复包含LOFI轨迹相关信息的飞行意图(312)和定义对所述飞行意图(312)进行补充的约束和/或目标的IG配置参数(313)，使得所述IG配置参数(313)包含用于关闭所述AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统进一步被配置成通过在所述第二实体中实现并运行意图生成过程以复制定义对所述飞行意图(312)进行补充的约束和/或目标的至少一组IG配置参数(313)而丰富所述飞行意图(312)中的LOFI轨迹相关信息。

15.根据权利要求13所述的系统，所述系统进一步包括意图生成基础架构(323)，所述意图生成基础架构被配置成从所述IG配置参数(301)和所述飞行意图(300)生成定义唯一AV轨迹的飞机意图(324)。