CN109814590A - 用于为自动驾驶仪操作提供预测模式改变数据的系统和方法 - Google Patents

用于为自动驾驶仪操作提供预测模式改变数据的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于在使用垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式的飞行管理系统（FMS）的操作期间提供模式数据的方法。当FMS已经脱离横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式时，该方法检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置，其中改变的飞行器位置包括当前飞行器位置；基于改变的飞行器位置、预测的交叉跟踪误差以及从飞行路径的偏离来计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置；并经由显示设备呈现当在VNAV自动驾驶仪模式下操作时改变的飞行器位置和未来飞行器位置。当未来飞行器位置不在飞行路径上时，该方法基于改变的飞行器位置和未来飞行器位置来脱离VNAV自动驾驶仪模式；在脱离之后计算飞行器的下降路径；并呈现下降路径。

Description

用于为自动驾驶仪操作提供预测模式改变数据的系统和方法
技术领域
本文描述的主题的实施例总体上涉及在飞行器机上提供垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式数据。更具体地，本主题的实施例涉及在使用解耦的（decoupled）和脱离的（disengaged）LNAV自动驾驶仪模式期间提供用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的飞行器位置。
背景技术
飞行过程和飞行器机载状备的自动化增加了飞行器的操作期间的效率和安全。同时，无论飞行机组成员是否主动地知晓行动项目和/或改变，此类自动系统都可以完成行动项目并进行改变。态势感知至关重要，以便飞行人员可以为飞行期间即将进行的自动改变进行准备，调节工作负荷和任务优先级，并使操作决策基于这样的即将进行的自动改变。自动过程的示例可以包括但不限于横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式和垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式。VNAV功能帮助飞行人员在考虑高度和速度的情况下控制到所期望的垂直路径，并且VNAV功能还负责在飞行器已偏离下降轨迹时引导飞行器。通常来说，随着飞行条件在飞行期间发展，VNAV命令的轨迹和模式自主地改变。
在高工作负荷飞行阶段（例如，下降飞行阶段、进场飞行阶段）期间要求VNAV模式转变的情况可能不会立即对飞行机组成员可识别。典型的飞行器显示配置可以呈现多个VNAV命令和/或呈现VNAV命令与图形元素和与其他系统、过程或模式相关联的文本的组合。这样的显示配置可能要求密切关注细节，以及因此增加的飞行员工作负荷，以解译当前VNAV模式和可能适用的VNAV模式改变。
因此，期望在飞行期间提供增加的态势感知数据（例如，LNAV和VNAV模式数据）。此外，根据结合附图及前述技术领域和背景技术进行的随后的详细描述和所附权利要求，其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
本公开的一些实施例提供了一种用于在使用垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式的飞行管理系统（FMS）的操作期间在飞行器机上提供模式数据的方法。当FMS已经脱离横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式时，该方法检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置，其中改变的飞行器位置包括当前的飞行器位置；基于改变的飞行器位置、预测的交叉跟踪（cross-track）误差以及从飞行路径的偏离来计算VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置；并且经由通信地耦合到FMS的显示设备来呈现当在VNAV自动驾驶仪模式中操作时改变的飞行器位置和未来飞行器位置。此外，当未来飞行器位置不在飞行路径上时，该方法基于改变的飞行器位置和用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置来脱离FMS的VNAV自动驾驶仪模式；在VNAV自动驾驶仪模式的脱离之后来计算飞行器的下降路径；并经由显示设备来呈现下降路径。
本公开的一些实施例提供了一种用于在使用垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式的飞行管理系统（FMS）的操作期间在飞行器机上提供模式数据的系统。该系统包括：系统存储器元件；飞行管理系统（FMS），被配置成：在飞行期间接合（engage）和脱离（disengage）横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式，以及在飞行期间接合和脱离VNAV自动驾驶仪模式，其中LNAV自动驾驶仪模式和VNAV自动驾驶仪模式包括被配置成独立地操作的解耦模式；显示设备，被配置成在飞行期间呈现飞行器位置；以及至少一个处理器，通信地耦合到系统存储器元件、FMS和显示设备。当FMS已经脱离横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式时，至少一个处理器被配置成：检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置，其中改变的飞行器位置包括当前飞行器位置；基于改变的飞行器位置、预测的交叉跟踪误差和从飞行路径的偏离来计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置；经由通信耦合到FMS的显示设备来当在VNAV自动驾驶仪模式下操作时呈现改变的飞行器位置和未来飞行器位置；当未来飞行器位置不在飞行路径上时，基于改变的飞行器位置和用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置来脱离FMS的VNAV自动驾驶仪模式；在脱离VNAV自动驾驶仪模式之后计算飞行器的下降路径；以及经由显示设备呈现下降路径。
提供本发明内容来以简化的形式介绍下面在详细的描述中进一步描述概念的选择。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，它也不旨在用作帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
当结合以下各图考虑时，可以通过参考详细描述和权利要求来导出对主题的更完整的理解，其中相似的参考数字遍及各图指代相似的元件。
图1是根据所公开的实施例的用于在飞行器机上提供模式数据的系统的图；
图2是根据所公开的实施例的计算设备的功能框图；
图3是根据所公开的实施例的当飞行器正在飞行机翼水平（wings-level）并朝向路径会聚时针对给定时间的预测飞行器位置的图；
图4是根据所公开的实施例的当飞行器正在飞行水平飞行并从飞行路径偏离时针对给定时间的预测飞行器位置的图；
图5是根据所公开的实施例的当飞行器正在倾斜飞行以达到目标路线或航向时针对给定时间的预测飞行器位置的图；
图6是根据所公开的实施例的当飞行器倾斜飞行离开当前飞行路径时针对给定时间的预测飞行器位置的图；
图7是根据所公开的实施例的呈现（i）用于垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式脱离的飞行器位置以及（ii）发生VNAV自动驾驶仪模式脱离的通知所处的飞行器位置的指示的图；
图8是根据所公开的实施例的垂直位置显示器（VSD）800的图，其呈现（i）用于垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式脱离的飞行器位置的指示，以及（ii）发生VNAV自动驾驶仪模式脱离的通知所处的飞行器位置的指示；
图9是根据所公开的实施例的（i）用于垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式脱离的飞行器位置以及（ii）发生VNAV自动驾驶仪模式脱离的通知所处的飞行器位置的指示的另一呈现的图；
图10是根据所公开的实施例的呈现指示VNAV自动驾驶仪模式脱离的通知或警告的VSD的图；
图11是根据所公开的实施例的VNAV自动驾驶仪模式脱离所处的飞行器位置的图；
图12是根据所公开的实施例的呈现与VNAV自动驾驶仪模式脱离所处的飞行器位置相关联的下降路径的VSD的图；
图13是示出根据所公开的实施例的用于在使用VNAV自动驾驶仪模式的飞行管理系统（FMS）的操作期间以及当FMS已经脱离横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式时在飞行器机上提供模式数据的过程的实施例的流程图；
图14是示出根据所公开的实施例的用于检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置的过程的实施例的流程图；
图15是示出根据所公开的实施例的用于计算VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的过程的第一实施例的流程图；
图16是示出根据所公开的实施例的用于计算VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的过程的第二实施例的流程图；和
图17是示出根据所公开的实施例的用于在飞行器机上呈现通知数据的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
下面的详细描述本质上仅仅是说明性的，并且不旨在限制本主题的实施例或此类实施例的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”。本文描述为示例性的任何实施方式不一定被解释为相比于其它实施方式为优选的或有利的。此外，不存在受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论的约束的意图。
本文提出的主题涉及用于检测LNAV已经在解耦系统中暂时脱离，并且在误差通常为最小的短时间段期间保持VNAV的接合的系统和方法。更具体地，本主题涉及当VNAV不再能够在没有显著误差的情况下继续操作时确定用于VNAV的脱离的适当时间和/或位置。本文设想的是用于检测飞行器从飞行路径的偏离，计算超过偏离阈值的飞行器的未来位置，以及当飞行器已超过偏离阈值时脱离VNAV的技术。
关于本公开的各种实施例使用特定术语。飞行管理系统（FMS）是一种专用计算机系统，其使各种飞行中过程自动化，包括飞行计划的飞行中管理。FMS使用垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式和横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式。FMS模式通常被称为用于横向飞行计划的LNAV和用于垂直飞行计划的VNAV。VNAV提供速度和俯仰或高度目标，并且LNAV向自动驾驶仪提供滚动转向命令（roll steering command）。通常，FMS的VNAV自动驾驶仪模式和LNAV自动驾驶仪模式是“耦合”的，或者换句话说，使得VNAV和LNAV（i）两者都接合（即，VNAV和LNAV两者都是活动且操作的）或（ii）两者都脱离（即，VNAV和LNAV两者都是非活动且目前不操作的）的功能。当LNAV脱离时，VNAV和LNAV自动驾驶仪模式的解耦允许VNAV继续接合、活动和操作。
飞行路径是飞行器的实际或计划路线，其中飞行器需要在飞行路径的横向容纳区域（lateral containment area）内保持横向导航精度。当前飞行器位置是当前飞行器的实际位置。未来飞行器位置（即，预测的飞行器位置）是飞行器在未来时间的潜在位置，其基于横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式脱离所处的当前飞行器位置和当前交叉跟踪误差来计算。交叉跟踪误差是与横向导航精度相关联的当前误差值。换句话说，交叉跟踪误差是基于飞行器的当前位置的从飞行路径的偏差量。预测的交叉跟踪误差是当飞行器位于未来飞行器位置处时与横向导航精度相关联的计算的误差值。预测的交叉跟踪误差是基于未来飞行器位置的从飞行路径的偏差量。
现在转到各图，图1是根据所公开的实施例的用于在飞行器机上提供模式数据的系统100的图。当横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式已经脱离时，系统100操作以计算和呈现用来脱离垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式的未来飞行器位置，以避免在使用解耦的VNAV期间累积误差。系统100可以包括但不限于经由数据通信网络110与飞行器104机载的一个或多个航空电子系统106和至少一个服务器系统108通信的计算机系统102。实际上，系统100的某些实施例可以包括附加的或替代的元件和部件，如针对特定应用所期望的。
计算机系统102可以由任何计算设备来实现，该计算设备包括至少一个处理器、某种形式的存储器硬件、用户接口和通信硬件。例如，计算机系统102可以使用个人计算设备来实现，例如平板计算机、膝上型计算机、个人数字助理（PDA）、智能手机等。在此场景下，计算机系统102能够存储、维护和执行电子飞行包（EFB）应用，其被配置成计算用于VNAV脱离的未来飞行器位置。在其他实施例中，计算机系统102可以使用飞行器104机载的任何航空电子系统或其他计算设备来实现，其被配置成计算用于VNAV脱离的未来飞行器位置。例如，计算机系统102可以使用飞行器104机载的飞行管理系统（FMS）来实现。
飞行器104可以是任何航空交通工具，其装备有使用解耦的VNAV自动驾驶仪模式和LNAV自动驾驶仪模式的飞行管理系统（FMS），并且对于其而言，计算用于VNAV脱离的未来飞行器位置在飞行计划的完成期间是相关且适用的。飞行器104可以被实现为飞机、直升机、航天器、气垫飞行器等。一个或多个航空电子系统106可以包括飞行管理系统（FMS）、导航设备、飞行器机载显示设备等。从一个或多个航空电子系统106获得的数据可以包括但不限于：当前飞行数据、飞行路径数据、导航数据、飞行器性能数据等。
服务器系统108可以包括任何数目的应用服务器，并且每个服务器可以使用任何合适的计算机来实现。在一些实施例中，服务器系统108包括一个或多个专用计算机。在一些实施例中，服务器系统108包括除了服务器操作之外还执行其他功能的一个或多个计算机。服务器系统108可以存储并提供用来计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的任何类型的数据。这样的数据可以包括但不限于：飞行计划数据、导航系统数据、飞行器数据以及与计算机系统102兼容的其他数据。
计算机系统102通常位于飞行器104机上，并且计算机系统102经由有线和/或无线通信连接与一个或多个航空电子系统106通信。计算机系统102和服务器系统108通常被不同定位，并且计算机系统102经由数据通信网络110和/或经由飞行器104机载的通信机制与服务器系统108通信。
数据通信网络110可以是能够在设备、系统或部件之间传输消息或数据的任何数字或其他通信网络。在某些实施例中，数据通信网络110包括分组交换网络，其便于基于分组的数据通信、寻址和数据路由。分组交换网络可以是例如广域网、互联网等。在各种实施例中，数据通信网络110包括支持任何数目的通信协议的任何数目的公共或私有数据连接、链路或网络连接。数据通信网络110可以包括例如互联网或者基于TCP/IP或其他常规协议的任何其他网络。在各种实施例中，数据通信网络110还可以结合无线和/或有线电话网络，例如用于与移动电话、个人数字助理等通信的蜂窝通信网络。数据通信网络110还可以结合任何种类的无线或有线本地和/或个人区域网络，例如一个或多个IEEE 802.3、IEEE802.16和/或IEEE 802.11网络，和/或实现短程（例如蓝牙）协议的网络。因为简洁的缘故，本文中可能并未详细地描述与数据传输、信令、网络控制和系统的其他功能方面（以及系统的各个操作部件）有关的常规技术。
通常，计算机系统102被实现为FMS或计算设备或通信地耦合到FMS的其他航空电子系统。在典型操作期间，计算机系统102检测LNAV已经在解耦系统（即，其中LNAV和VNAV被解耦并且可以独立地接合或脱离的系统）中暂时脱离，并且在误差通常是最小的短时间段期间保持VNAV的接合。当VNAV不再能够在没有显著错误的情况下继续操作时，计算机系统102确定用于VNAV脱离的适当时间和位置。计算机系统102通过检测飞行器从飞行路径的偏离，计算超过偏离阈值的飞行器的未来位置，以及当飞行器已经超过偏离阈值时脱离VNAV来执行此功能。计算机系统102还呈现通知和/或警告（经由飞行器或个人计算设备机载的一个或多个显示器）以通知飞行人员计算的未来飞行器位置以用于VNAV自动驾驶仪模式脱离。
图2是根据所公开实施例的计算机系统200的功能框图。应该注意，计算机系统200可以用图1中描绘的计算机系统102来实现。在这方面，计算机系统200更详细地示出了计算机系统102的某些元件和部件。计算机系统200通常包括但不限于：至少一个处理器202；系统存储器204元件；通信设备206；计算模块208；通知模块210；以及显示设备212。计算机系统200的这些元件和特征可以操作地彼此相关联，彼此耦合，或者以其他方式被配置成根据需要来彼此协作以支持期望的功能——特别是，计算用于VNAV脱离的未来飞行器位置并提供此类通知，如本文所述。为了容易说明和清楚，图2中未描绘这些元件和特征的各种物理、电和逻辑耦合和互连。此外，应当认识到的是，计算机系统200的实施例将包括协作以支持所期望功能的其他元件、模块和特征。为简单起见，图2仅描绘了与VNAV自动驾驶仪模式脱离技术的计算和呈现相关的某些元件，如下面更详细地描述的。
至少一个处理器202可以用设计来执行此处描述的功能的一个或多个通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件部件或任何组合来实现或执行。特别地，至少一个处理器202可以被实现为一个或多个微处理器、控制器、微控制器或状态机。此外，至少一个处理器202可以被实现为计算设备的组合，例如，数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、结合数字信号处理器核的一个或多个微处理器或者任何其他这样的配置。
至少一个处理器202通信地耦合到系统存储器204。系统存储器204被配置成存储与飞行计划数据、飞行管理系统（FMS）数据、导航数据、横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式功能数据、垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式功能数据等相关联的任何获得或生成的数据。可以使用适合于实施例的任何数目的设备、部件或模块来实现系统存储器204。此外，如适合于特定实施例，计算机系统200可以包括集成在其中的系统存储器204和/或操作地与其耦合的系统存储器204。实际上，系统存储器204可以被实现为RAM存储器、闪存、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘或本领域中已知的任何其他形式的存储介质。在某些实施例中，系统存储器204包括硬盘，其也可以用来支持计算机系统200的功能。系统存储器204可以耦合到至少一个处理器202，使得至少一个处理器202可以从系统存储器204读取信息并将信息写入到系统存储器204。作为替代，系统存储器204可以是对至少一个处理器202来说构成整体所必需的（integral）。作为示例，至少一个处理器202和系统存储器204可以驻留在合适设计的专用集成电路（ASIC）中。
通信设备206被合适地配置成在计算机系统200与（i）一个或多个远程服务器和/或（ii）飞行器机载的一个或多个航空电子系统之间传送数据。通信设备206可以通过无线局域网（WLAN）、互联网、卫星上行链路/下行链路、蜂窝网络、宽带网络、广域网等发射和接收通信。如下面更详细地描述的，由通信设备206所接收的数据可以包括但不限于：飞行器位置数据、飞行计划数据、导航数据、飞行管理系统（FMS）数据、LNAV自动驾驶仪模式数据、VNAV自动驾驶仪模式数据和与计算机系统200兼容的其它数据。由通信设备206所提供的数据可以包括但不限于计算的未来飞行器位置数据、与从飞行路径的偏离相关联的时间阈值数据、与从飞行路径的偏离相关联的距离阈值数据、VNAV自动驾驶仪模式脱离数据等。
计算模块208被配置成执行计算以识别这样的位置，即其中VNAV自动驾驶仪模式脱离是必要的以防止导致飞行器从当前飞行计划过度偏离的累积误差。计算模块208检测解耦系统中的LNAV自动驾驶仪模式脱离，确定当前飞行器位置指示超出偏离阈值（例如，时间阈值、距离阈值）的从飞行路径的潜在偏离，并计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置以防止超出偏离阈值的从飞行路径的实际偏离。
通知模块210被配置成以图形元素和文本的形式来呈现警告或通知，以向飞行人员通知用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置。在一些实施例中，通知模块210使用图形元素来呈现通知以经由显示设备212指示VNAV自动驾驶仪模式脱离的位置。在一些实施例中，通知模块210经由显示设备212呈现图形元素以指示VNAV自动驾驶仪模式脱离的位置以及飞行器在VNAV自动驾驶仪模式脱离的位置之前到达的第二位置。另外，通知模块210的一些实施例呈现下降路径、当前飞行路径、基于VNAV自动驾驶仪脱离的位置的修正的飞行路径、当前飞行器位置以及与态势感知相关并且适用于飞行器机上使用的特定类型的显示设备212的任何其他数据。
实际上，计算模块208和/或通知模块210可以用至少一个处理器202来实现（或与之协作）以执行本文更详细地描述的功能和操作中的至少一些。在这方面，计算模块208和/或通知模块210可以实现为适当编写的处理逻辑、应用程序代码等。
显示设备212被配置成显示与VNAV自动驾驶仪模式脱离相关联的各种图标、文本和/或图形元素，包括：用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置、与未来飞行器位置相关联的下降轮廓（profile）、用来通知飞行机组成员用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的的警告消息等。在示例性实施例中，显示设备212通信地耦合到至少一个处理器202。至少一个处理器202和显示设备212协作地配置成在显示设备212上显示、渲染或以其他方式传达与VNAV自动驾驶仪模式脱离相关联的一个或多个图形表示或图像、和/或对其的警告，如下面更详细地描述的。
在示例性实施例中，显示设备212被实现为电子显示器，其被配置成以图形方式显示用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的飞行器位置，如本文所述。在一些实施例中，计算机系统200是飞行器机上的集成计算机系统，并且显示设备212位于飞行器的驾驶舱内，并且因此被实现为飞行器显示器。在此示例中，显示设备212可以实现为主飞行显示器（PFD）、垂直位置显示器（VSD）、多功能显示器（MFD）、多功能控制和显示单元（MCDU）、或者其他集成的飞行器机上的显示器。在其他实施例中，显示设备212被实现为独立的个人计算设备（例如，膝上型计算机、平板计算机）的显示屏。将认识到的是，尽管可以使用单个显示器来实现显示设备212，但是某些实施例可以使用另外的显示器（即，多个显示器）来实现本文描述的显示设备112的功能。
图3-6示出了四种情况，其中用于垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置由计算机系统（例如飞行管理系统（FMS）或通信地耦合到FMS的其他计算机系统）来计算。在每种情况下，横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式已经脱离并且当前是非活动的，并且VNAV可以在误差累积之前继续操作达一时间段，从而导致飞行器以使得超过偏离阈值的这样的方式从飞行路径偏离。
本文描述的是当在关于图3-6描述的各种场景中被管理的横向模式（即LNAV自动驾驶仪模式）未激活时确定预测的垂直管理模式未激活（即，VNAV自动驾驶仪模式）的算法。该四种情况通过示意图图示了飞行器相对于弯曲路径遇到的操作状况。状况表示垂直管理模式的改变和VNAV的解激活，其表示当横向模式脱离时垂直管理到手动模式的改变。
图3是根据所公开的实施例的当飞行器302在机翼水平飞行（flying wings-level）并朝向飞行路径306会聚时针对给定时间的预测的飞行器位置304的示图300。如所示出的，飞行器302在没有滚动的情况下飞行“水平”飞行，并且会聚到弯曲飞行路径306上。飞行器302接近并朝向参考轨迹会聚，并且这当预测的交叉跟踪误差（XTK）和航迹角度（TKE）小于零：XTK.TKE <0时被示出。在此场景中，垂直管理模式保持不动（remainintact），因为显然飞行器302正朝向预期的飞行路径306会聚。因为飞行器302不从飞行路径306偏离超过可允许偏离的阈值，所以飞行器302继续使用接合的VNAV自动驾驶仪模式。这里，由于缺乏必要性，没有计算出VNAV自动驾驶仪模式脱离的适用点。
图4是根据所公开的实施例的当飞行器402飞行水平飞行并从飞行路径偏离时针对给定时间的预测的飞行器位置（即未来飞行器位置404）的示图400。如所示出的，飞行器402在没有滚动的情况下飞行机翼水平飞行，并且偏离离开弯曲飞行路径406。当飞行器402在横向飞行路径406的弯曲部分上的飞行期间以横向手动模式飞行时，垂直管理模式脱离所处的距离和位置是计算的值。此位置是VNAV自动驾驶仪模式脱离所处的预测的飞行器位置（即未来飞行器位置404）。这里，针对给定的超时周期（T）来计算预测的交叉跟踪误差（XTKPred），并且然后分析预测的交叉跟踪误差（XTKPred）以确定预测的交叉跟踪误差（XTKPred）是否是在垂直管理模式脱落走廊（dropout corridor）内。换句话说，预测的交叉跟踪误差（XTKPred）指示飞行器402的偏离不超过用于飞行路径406的可允许的偏离阈值。在一些实施例中，垂直管理模式的脱落走廊（即偏离阈值）是固定的公差值。在其他实施例中，偏离阈值是操作者可修改的，其中当横向管理模式（即LNAV自动驾驶仪模式）未激活时，用户选择的值取决于维持安全垂直管理模式（即VNAV自动驾驶仪模式）操作的需要。
当飞行器402飞行水平飞行时，下面的算法用来计算针对给定时间的预测的飞行器位置（即未来飞行器位置404）。如图4中所示，预测的交叉跟踪误差（XTKPred）和β是未知参数，并且D是从LNAV自动驾驶仪模式下降所处的点到针对时间T对于给定地速所到达的点行进的预测的距离。XTK是在LNAV脱离时计算的当前交叉跟踪误差，并且R表示弯曲路径过渡的转弯半径。根据上面指定的几何示例，剩余的未知参数计算如下：
。
因此，针对时间T和针对对于水平飞行的给定地速的预测的交叉跟踪误差计算如下：
。
该算法包括检测飞行器402的当前动作，其中当前动作包括飞行器402通过离开弯曲路径飞行机翼水平而离开飞行路径406偏离，其中飞行路径406包括弯曲路径；基于当前动作识别参数，参数包括至少当前飞行器位置、阈值时间段、从LNAV脱离点行进的预测距离、飞行器402的地速、在LNAV脱离时计算的当前交叉跟踪误差（XTK）以及从弯曲路径过渡的转弯半径；并且使用参数来计算用于预测的飞行器位置（即未来飞行器位置404）的预测的交叉跟踪误差（XTKPred），其中未来飞行器位置包括预测的飞行器位置（即未来飞行器位置404）。
预测的交叉跟踪误差（XTKPred）指示大于或小于用于计算的未来飞行器位置404的偏离阈值的飞行器402的偏离。当预测的交叉跟踪误差（XTKPred）指示大于偏离阈值的偏离时，则VNAV自动驾驶仪模式在未来飞行器位置404处脱离。
图5是根据所公开的实施例的当飞行器502正在倾斜飞行以达到目标路线或航向时针对给定时间的预测的飞行器位置504（即计算的未来飞行器位置）的示图500。如所示出的，飞行器502使用特定倾斜角来会聚到弯曲路径（即飞行路径506）上以达到目标路线或航向。当飞行器502在弯曲部分上的飞行期间正以横向手动模式飞行而同时倾斜飞行以达到横向飞行计划的目标路线或航向时，结束于垂直管理模式未激活所处的位置（即未来飞行器位置）的距离值是计算值。此位置是VNAV自动驾驶仪模式脱离所处的预测的飞行器位置504。这里，针对给定的超时时段（T）来计算预测的交叉跟踪误差（XTKPred），并且然后分析预测的交叉跟踪误差（XTKPred）以确定预测的交叉跟踪误差（XTKPred）是否是在垂直管理模式脱落走廊内。换句话说，预测的交叉跟踪误差（XTKPred）指示飞行器502的偏离不超过用于飞行路径506的可允许的偏离阈值。
当飞行器502使用特定倾斜角会聚到弯曲路径（即飞行路径506）上以达到目标路线或航向时，使用以下算法来针对给定时间计算预测的飞行器位置504。如图5中所示，在时间T处的预测的交叉跟踪误差（XTKPred）是er + XTK，其中er是未知参数，并且XTK是在LNAV脱离时计算的当前交叉跟踪误差。L是从横向管理模式（即LNAV自动驾驶仪模式）下降的点到针对时间T对于飞行器502的给定地速到达的点行进的预测的距离。
Rc是构造的路径的转弯半径，R是计算出的转弯半径，以达到给定的倾斜角（Φ）。根据上面指定的几何示例，剩余的未知参数计算如下：
其中：V =以节（knot）为单位的飞行器502的速度，
G =以每小时的节为单位的重力加速度，和
Φ=转弯期间飞行器502的滚动角。
未知参数包括：α、β、er。以下算法用来计算预测的交叉跟踪误差（XTKPred）：
为了确定β：
为了确定α（其中L是AC和PC之间包括的弧的弦，如图5中所示）：
根据正弦（ΔAPB）的规则，
将参数α确定如下：
因此，er计算如下：
因此，XTKPred = er + XTK，这是在时间T对于给定地速的预测的交叉跟踪误差。当XTKPred小于最大阈值距离时，则垂直管理模式（即VNAV自动驾驶仪模式）保持接合和活动。然而，当XTKPred超过最大阈值距离时，则垂直管理模式未激活（即VNAV自动驾驶仪模式脱离）。
用于计算针对VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的算法包括：检测飞行器502的当前动作，其中当前动作包括飞行器502通过以横向手动模式飞行并使用特定倾斜角朝向飞行路径506会聚以达到横向飞行计划的目标路线或航向，其中飞行路径506包括横向飞行计划；基于当前动作识别参数，参数至少包括当前飞行器位置、阈值时间段、从LNAV脱离点行进的预测的距离、飞行器502的地速以及在LNAV脱离时计算的当前交叉跟踪误差；以及使用参数计算用于预测的飞行器位置504的预测的交叉跟踪误差，其中未来飞行器位置包括预测的飞行器位置504。
图6是根据所公开的实施例的当飞行器602离开当前飞行路径606倾斜飞行时针对给定时间的预测的飞行器位置的示图600。如所示出的，飞行器602使用特定倾斜角偏离离开弯曲路径。在图6中示出的示图600中，飞行器602使用转弯角（|Φ|）从飞行路径606偏离。这里，转弯角（|Φ|）大于1度：（|Φ|> 1度），从而引起随| TKE |增加而增加的偏离。增加的偏离指示在没有活动管理横向模式的情况下，保持接合和活动的垂直管理模式会导致附加的误差累积。垂直管理模式立即脱离，以防止增加的误差累积。
计算当飞行器602倾斜飞行离开飞行路径606时针对给定时间的预测的飞行器位置包括：检测飞行器602的当前动作，其中当前动作包括飞行器602通过飞行离开弯曲路径并使用特定倾斜角而偏离离开飞行路径606，其中飞行路径606包括弯曲路径；基于当前动作来确定未来飞行器位置与累积误差相关联；以及基于未来飞行器位置与累积误差相关联来脱离VNAV自动驾驶仪模式。
图7-12示出了用于在飞行器机上呈现警告、消息、视觉指示和通知以在其中横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式当前脱离且非活动的条件下向飞行人员通知即将到来的垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式脱离的位置的实施例。这样的通知可以经由飞行器机载显示器来呈现，包括但不限于：主飞行显示器（PFD）、多功能显示器（MFD）、多功能控制和显示单元（MCDU）、垂直位置显示器（VSD）等。基于飞行器处于横向管理模式的未激活（即LNAV自动驾驶仪模式的脱离）的位置以及用来预测管理垂直模式的未激活（即预测的VNAV自动驾驶仪模式的脱离点）的逻辑，图7-12是用于提供适当驾驶舱警告的方法的表示和所述警告的示例性实施例。
图7是根据所公开的实施例的（i）用于垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式脱离的飞行器位置以及（ii）发生VNAV自动驾驶仪模式脱离的通知所处的飞行器位置的指示的呈现的示图700。示图700包括两个位置点：第一位置点704和第二位置点706。第二位置点706指示用于VNAV自动驾驶仪模式的脱离的位置。第一位置点704指示用于呈现即将到来的VNAV自动驾驶仪模式的脱离或未激活的警告、警报、消息或任何类型的通知的位置。在此场景下，第一位置点704和第二位置点706位于飞行器702的前方。在飞行期间，飞行器702遇到作为序列中的第一点的第一位置点704，该序列按顺序包括：（1）第一位置点704，以及（2）第二位置点706。
在所示出的通知系统的示例性实施例中，第一位置点704指示用于呈现文本消息“VNAV前面下降（VNAV DROP AHEAD）”的时间和位置，其经由飞行器702机上的MCDU、MFD和/或PFD来显示。基于所计算的垂直管理模式是脱离或未激活所处的未来飞行器位置的位置来确定第一位置点704，其中所计算的位置发生在第一位置点704之前。通过使用垂直位置显示器（VSD），第一个位置点704用箭头来标记或指示。第二位置点706指示垂直管理模式脱离所处的位置。通过使用VSD，第二位置点706用“X”标记来标记或指示，并且使用散列线（hashed line）来指示下面的下降路径。
在图8中示出了经由特定飞行器机载显示器呈现的示例性实施例（图7的示图）。图8是根据所公开的实施例的垂直位置显示器（VSD）800的示图，其呈现（i）用于垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式脱离的飞行器位置以及（ii）发生VNAV自动驾驶仪模式脱离的通知所处的飞行器位置的指示。应该认识到的是，图8描绘了由VSD 800呈现的图形接口的简化实施例，并且VSD 800的一些实现可包括另外的元件或部件。
在VSD 800上，飞行器802示出为跨显示器从左向右行进。在飞行期间，飞行器802遇到作为序列中的第一点的第一位置点804，该序列包括：（1）第一位置点804，（2）第二位置点806，以及（3）下降808。如所示出的，VSD 800使用第一颜色来呈现第一位置点804，使用第二颜色来呈现第二位置点806，以及使用处于第三颜色中的虚线来呈现下降808。应当认识到的是，其他实施例可以使用包括视觉上可区分的特性的任何图形元素来呈现第一位置点804、第二位置点806和下降808中的每一个。由VSD 800呈现的图形接口提供了飞行器802的当前位置、用于VNAV自动驾驶仪模式的脱离的位置以及用于呈现与脱离VNAV自动驾驶仪模式相关联的警告和通知的位置的视觉直观概述。
图9是根据所公开的实施例的用于垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式脱离的飞行器位置的指示的另一呈现的示图900。示图900包括一个位置点：VNAV脱离位置点906，其指示用于飞行管理系统（FMS）的VNAV自动驾驶仪模式的脱离的位置。示图900未示出通知位置点，该通知位置点指示用于呈现即将到来的VNAV自动驾驶仪模式的脱离或未激活的警告、警报、消息或任何类型的通知的位置。在飞行期间，飞行器902已经遇到通知位置点，并且将遇到作为序列中的第二位置点的即将到来的VNAV脱离位置点906，该序列按顺序包括：（1）通知位置点，以及（2）VNAV脱离位置点906。在此场景下，VNAV脱离位置点906位于飞行器902前方，并且通知位置点（未示出）位于飞行器902后面。飞行器902已经遇到通知位置点，并且在通知位置点处呈现与即将到来的VNAV脱离（在VNAV脱离位置点906处）相关联的警告或警报。警告、消息或通知通常经由至少一个飞行器机载显示设备来呈现，其可包括多功能控制和显示单元（MCDU）、多功能显示器（MFD）、主飞行显示器（PFD）和/或垂直位置显示器（VSD）。
图10中示出了经由特定飞行器机载显示器呈现的一个示例性实施例（图9的示图）。图10是根据所公开的实施例的呈现指示VNAV自动驾驶仪模式脱离的通知或警告的VSD1000的示图。应该认识到的是，图10描绘了由VSD 1000呈现的图形接口的简化实施例，并且VSD 1000的一些实现可以包括另外的元件或部件。
在VSD 1000上，飞行器1002被示出跨显示器从左到右行进。在飞行期间，飞行器1002遇到作为序列中的第二位置点的VNAV脱离位置点1006，该序列包括：（1）通知位置点，（2）VNAV脱离位置点1006，以及（3）下降1008。通知位置点已经由飞行器1002经过，因此通知位置点在飞行期间在飞行器1002后面，并且通知位置点未由VSD 1000示出。如所示出的，VSD 1000呈现使用第一颜色的VNAV脱离位置点1006和使用处于第二颜色中的虚线的下降1008。应当认识到，其他实施例可以使用包括视觉上可区分的特性的任何图形元素来呈现VNAV脱离位置点1006和下降1008中的每一个。由VSD 1000呈现的图形接口提供了飞行器1002的当前位置，用于VNAV自动驾驶仪模式的脱离的位置以及用于呈现与脱离VNAV自动驾驶仪模式相关联的警告和通知的位置的视觉直观概述。
图11是根据所公开的实施例的VNAV自动驾驶仪模式脱离所处的飞行器位置的示图1100。示图1100包括一个位置点：VNAV脱离位置点1106，其指示用于飞行管理系统（FMS）的VNAV自动驾驶仪模式的脱离的位置。如所示出的，当飞行器1102朝向偏离阈值边界1110行进时，VNAV脱离位置点1106在飞行器1102后面。示图1100未示出指示用于呈现与已经过的VNAV自动驾驶仪模式的脱离或未激活相关联的警告、警报、消息和通知的位置的通知位置点。在飞行期间，飞行器1102已经遇到通知位置点，并且已经遇到作为序列中的第二位置点的VNAV脱离位置点1106，该序列按顺序包括：（1）通知位置点，以及（2）VNAV脱离位置点1106。在此场景下，VNAV脱离位置点1106位于飞行器1102后面，并且通知位置点（未示出）也位于飞行器1102后面。飞行器1102已经遇到通知位置点，并且在通知位置点处呈现与即将到来的VNAV脱离（在VNAV脱离位置点1106处）相关联的警告或警报。警告、消息或通知通常经由至少一个飞行器机载显示设备来呈现，其可包括多功能控制和显示单元（MCDU）、多功能显示器（MFD）、主飞行显示器（PFD）和/或垂直位置显示器（VSD）。飞行器1102还已经遇到VNAV脱离位置点1106，并且因此飞行器1102机载的飞行管理系统（FMS）的VNAV自动驾驶仪模式已经脱离或未激活。
图12中示出了经由特定飞行器机载显示器呈现的一个示例性实施例（图11的示图）。图12是根据所公开的实施例的垂直位置显示器（VSD）1200的示图，其呈现与VNAV自动驾驶仪模式脱离所处的飞行器位置相关联的下降路径1208。应该认识到的是，图12描绘了由VSD 1200呈现的图形接口的简化实施例，并且VSD 1200的一些实现可以包括另外的元件或部件。
在VSD 1200上，飞行器1202示出为跨显示器从左向右行进。在飞行期间，飞行器1202已经遇到在序列中的通知位置点和VNAV脱离位置点，该序列包括：（1）通知位置点，（2）VNAV脱离位置点，以及（3）下降路径1208。通知位置点已经由飞行器1202经过，因此通知位置点在飞行期间在飞行器1202后面，并且通知位置点未由VSD 1200示出。类似地，VNAV脱离位置点已经由飞行器1202经过，因此VNAV脱离位置点在飞行期间在飞行器1202后面，并且VNAV脱离位置点未由VSD 1200示出。如所示出的，飞行器1202当前位于以虚线表示的下降路径1208的开始处。由VSD 1200呈现的图形接口提供了对飞行器1202的当前位置、用于下降路径1208的位置、用于VNAV自动驾驶仪模式的脱离的位置以及用于呈现与脱离VNAV自动驾驶仪模式相关联的警告和通知的位置的视觉直观概述。
图13是示出根据所公开的实施例的用于在使用VNAV自动驾驶仪模式的飞行管理系统（FMS）的操作期间以及当FMS已经脱离横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式时在飞行器机上提供模式数据的过程1300的实施例的流程图。首先，过程1300检测指示从飞行路径偏离的改变的飞行器位置（步骤1302）。下面参考图14来描述用于检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置的一个合适的方法。基于可允许的偏离阈值来计算从飞行路径的偏离。过程1300确定飞行器已从飞行路径偏离，并且偏离的程度超过可允许量，其中可允许量小于偏离阈值。这里，过程1300检测到飞行器位于改变的飞行器位置处，其中改变的飞行器位置超过偏离阈值。换句话说，过程1300检测到飞行器的偏离大于可允许的偏离量。
接下来，过程1300基于改变的飞行器位置、预测的交叉跟踪误差以及从飞行计划的偏离来计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置（步骤1304）。在下面参考图15-16来描述用于计算针对VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的合适方法。未来飞行器位置（即，预测的飞行器位置）是飞行器在未来时间的潜在位置，其基于横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式脱离所处的当前飞行器位置和当前交叉跟踪误差来计算。交叉跟踪误差（即当前交叉跟踪误差）是与横向导航精度相关联的当前误差值。换句话说，交叉跟踪误差是基于飞行器的当前位置的从飞行路径的偏差量。预测的交叉跟踪误差是当飞行器位于未来飞行器位置处时与横向导航精度相关联的计算的误差值。预测的交叉跟踪误差是基于未来飞行器位置的从飞行路径的偏差量。这里，过程1300使用当前飞行器位置和当前交叉跟踪误差来计算预测的交叉跟踪误差和未来飞行器位置。
然后，过程1300经由通信地耦合到FMS的显示设备来呈现当在VNAV自动驾驶仪模式下操作时改变的飞行器位置和未来飞行器位置（步骤1306）。在一些实施例中，过程1300经由多功能控制和显示单元（MCDU）、多功能显示器（MFD）、主飞行显示器（PFD）、垂直位置显示器（VSD）或集成到飞行器中的任何其他显示设备来呈现改变的飞行器位置和未来飞行器位置。在一些实施例中，过程1300经由个人计算设备（例如，平板计算机、智能电话、膝上型计算机）来呈现改变的飞行器位置和未来飞行器位置，该个人计算设备被配置成存储、维持和执行电子飞行包（EFB）应用以用于在飞行器机上使用。
过程1300还确定未来飞行器位置是否位于飞行路径上（决定1308）。当未来飞行器位置位于飞行路径上时（1308的“是”分支），则过程1300继续VNAV自动驾驶仪模式的接合（步骤1310）。未来飞行器位置和预测的交叉跟踪误差用来计算当LNAV自动驾驶仪模式脱离时通过使用VNAV自动驾驶仪模式引起的飞行器从飞行路径的偏离量。因为未来飞行器位置的位置位于飞行路径上，所以不存在未来飞行器位置所指示的从飞行路径的偏离。因此，过程1300维持VNAV自动驾驶仪模式。
然而，当未来飞行器位置不位于飞行路径上时（1308的“否”分支），过程1300基于改变的飞行器位置和用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置而脱离FMS的VNAV自动驾驶仪模式（步骤1312）。因为未来飞行器位置不位于飞行路径上，所以然后未来飞行器位置指示从飞行路径的偏离，并且作为响应，过程1300脱离VNAV自动驾驶仪模式。
在脱离VNAV自动驾驶仪模式之后，过程1300还计算飞行器的下降路径（步骤1314）。虽然当VNAV自动驾驶仪模式脱离时VNAV自动驾驶仪模式下降路径（VNAV DES路径）不改变，但是飞行器不再控制下降路径，并且垂直引导基于非管理模式条件下的当前默认状态。这里，过程1300基于非管理模式条件下的当前默认状态来计算下降路径。然后，过程1300经由显示设备来呈现下降路径（步骤1316）。过程1300呈现改变的飞行器位置（步骤1306）、未来飞行器位置（步骤1306）和下降路径（步骤1316）。因此，过程1300在飞行器机上提供当前飞行状况的直观视觉表示。
图14是示出根据所公开的实施例的用于检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置的过程1400的实施例的流程图。应该认识到的是，图14中描述的过程1400表示上面在图13的讨论中描述的步骤1302的一个实施例，包括附加细节。
首先，过程1400基于当前飞行器位置和当前交叉跟踪误差来计算当前飞行的阈值时间段内的预测的交叉跟踪误差（步骤1402）。当前飞行器位置是飞行器在当前时间的实际位置。当前交叉跟踪误差是与横向导航精度相关联的当前误差值。换句话说，交叉跟踪误差是基于飞行器的当前位置的从飞行路径的偏差量。预测的交叉跟踪误差是当飞行器位于未来飞行器位置时与横向导航精度相关联的计算的误差值。预测的交叉跟踪误差是基于未来飞行器位置的从飞行路径的偏差量。关于图3-6来详细地描述用来计算预测的交叉跟踪误差的具体公式，并且这里将不赘述。
接下来，过程1400确定预测的交叉跟踪误差指示从飞行路径的偏离（步骤1404）。可以通过超过从飞行路径的偏离的最大允许时间段，或者通过超过从飞行路径的偏离的最大允许距离来指示从飞行路径的偏离。在第一实施例中，过程1400确定预测的交叉跟踪误差指示针对大于阈值时间段的时间段的从飞行路径的偏离。当时间段大于阈值时间段时，改变的飞行器位置指示飞行器在当前飞行的阈值时间段内已从飞行路径偏离。因此，确定飞行器从飞行路径的偏离超过由阈值时间段设定的可允许极限。超过可允许极限的偏离可以被称为“过度偏离”，并且过度偏离在飞行器FMS的已经脱离LNAV自动驾驶仪模式的条件下发起飞行器飞行管理系统（FMS）的VNAV自动驾驶仪模式的脱离。
在第二实施例中，过程1400确定预测的交叉跟踪误差大于距离阈值。当预测的交叉跟踪误差大于距离阈值时，改变的飞行器位置指示飞行器已越过飞行路径的横向容纳区域的距离阈值。因此，确定飞行器从飞行路径的偏离超过由距离阈值设定的可允许极限。超过可允许极限的偏离可以被称为“过度偏离”，并且过度偏离在飞行器FMS的已经脱离LNAV自动驾驶仪模式的条件下发起飞行器飞行管理系统（FMS）的VNAV自动驾驶仪模式的脱离。
过程1400计算针对给定超时时段的预测的交叉跟踪误差，并且然后过程1400分析预测的交叉跟踪误差以确定预测的交叉跟踪误差是否在垂直管理模式的脱落走廊内。换句话说，预测的交叉跟踪误差指示飞行器的偏离不超过飞行路径的可允许的偏离阈值。在一些实施例中，垂直管理模式脱落走廊（即偏离阈值）是固定容差值。在其他实施例中，偏离阈值是操作者可修改的，其中当横向管理模式（即LNAV自动驾驶仪模式）未激活时，用户选择的值取决于维持安全垂直管理模式（即VNAV自动驾驶仪模式）操作的需要。
图15是示出根据所公开的实施例的用于计算VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的过程1500的第一实施例的流程图。应该认识到的是，图15中描述的过程1500表示上面在图13的讨论中描述的步骤1304的一个实施例，包括附加细节。本文中设想的是先前关于图4-5描述的实施例。
首先，过程1500检测飞行器的当前动作（步骤1502）。飞行器的当前动作包括飞行器相对于飞行路径的动作。在先前关于图4描述的实施例中，当前动作包括飞行器通过离开弯曲路径而飞行机翼水平来偏离离开飞行路径，其中飞行路径包括弯曲路径。在先前关于图5描述的实施例中，当前动作包括飞行器通过以横向手动模式飞行并使用特定倾斜角朝向飞行路径会聚以达到横向飞行计划的目标路线或航向，其中飞行路径包括横向飞行计划。
接下来，过程1500基于当前动作识别参数（步骤1504）。当飞行器偏离离开飞行路径时，参数通常包括但不限于：当前飞行器位置、阈值时间段、从LNAV脱离点行进的预测距离、飞行器的地速、在LNAV脱离时计算的当前交叉跟踪误差以及从弯曲路径过渡的转弯半径。当飞行器朝向飞行路径会聚时，参数通常包括但不限于：当前飞行器位置、阈值时间段、从LNAV脱离点行进的预测距离、飞行器的地速以及在LNAV脱离时计算的当前交叉跟踪误差。当前飞行器位置被定义为飞行器在当前时间的实际位置。当前的交叉跟踪误差被定义为与横向导航精度相关联的当前误差值。换句话说，交叉跟踪误差是基于飞行器的当前位置的从飞行路径的偏差量。
然后，过程1500使用参数来计算用于预测的飞行器位置的预测的交叉跟踪误差，其中未来飞行器位置包括预测的飞行器位置（步骤1506）。未来飞行器位置（即，预测的飞行器位置）是飞行器在未来时间的潜在位置，其基于横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式脱离所处的当前飞行器位置和当前交叉跟踪误差来计算。预测的交叉跟踪误差是当飞行器位于未来飞行器位置时与横向导航精度相关联的计算的误差值。预测的交叉跟踪误差是基于未来飞行器位置的从飞行路径的偏差量。
在某些实施例中，过程1500还将预测的交叉跟踪误差与阈值距离进行比较，并且当预测的交叉跟踪误差小于阈值距离时，过程1500保持VNAV自动驾驶仪模式的接合。然而，当预测的交叉跟踪误差大于阈值距离时，过程1500脱离VNAV自动驾驶仪模式，如先前关于图13所述。
图16是示出根据所公开的实施例的用于计算VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的过程1600的第二实施例的流程图。应该认识到的是，图16中描述的过程1600表示上面在图16的讨论中描述的步骤1304的一个实施例，包括附加细节。本文中设想的是先前关于图3和6描述的实施例。
首先，过程1600检测飞行器的当前动作（步骤1602）。飞行器的当前动作包括飞行器相对于飞行路径的动作。在先前关于图3描述的实施例中，当前动作包括飞行器通过朝向弯曲路径飞行机翼水平来朝向飞行路径会聚，其中飞行路径包括弯曲路径。在先前关于图6描述的实施例中，其中当前动作包括飞行器通过飞行离开弯曲路径并使用特定倾斜角来偏离离开飞行路径，其中飞行路径包括弯曲路径。
接下来，过程1600基于当前动作来确定与未来飞行器位置相关联的偏离参数（步骤1604）。偏离参数包括与异常值位置相关联的未来飞行器位置。确定偏离参数的实施例包括：（1）基于当前动作来确定未来飞行器位置位于飞行路径上；以及（2）基于当前动作来确定未来飞行器位置与累积误差相关联。
在第一实施例中，未来飞行器位置位于飞行路径上，并且因此，未来飞行器位置不指示从飞行路径的任何偏离量。因此，飞行路径上的未来飞行器位置与非常低或零的偏离相关联。在第二实施例中，未来飞行器位置与远远超过偏离阈值（即，从飞行路径的可允许偏离水平）的非常高的偏离水平相关联。在图6中描述的示例中，飞行器正在使用大于1度的转弯角（|Φ|）：( |Φ|> 1度）从飞行路径偏离，导致增加的偏离。增加的偏离指示维持接合和活动的垂直管理模式导致在没有活动管理的横向模式的情况下的高水平的误差累积。
然后，过程1600基于偏离参数来继续接合或脱离VNAV自动驾驶仪模式（步骤1606）。在第一实施例中，未来飞行器位置与没有偏离相关联，并且因此，VNAV自动驾驶仪模式不脱离。在第二实施例中，未来飞行器位置与由于飞行器的转弯角引起的高水平累积误差相关联，并且垂直管理模式（即，VNAV自动驾驶仪模式）立即脱离以防止增加的误差累积。
图17是示出根据所公开的实施例的用于在飞行器机上呈现通知数据的过程1700的实施例的流程图。本文设想的是先前关于图7-12描述的实施例。首先，在横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式的脱离点处，过程1700识别沿着飞行路径的警告点，其中警告点位于当前飞行器位置和未来飞行器位置之间（步骤1702）。过程1700使用当前飞行器位置、当前交叉跟踪误差、先前计算的未来飞行器位置和预测的交叉跟踪误差来计算警告点的位置（参见图13-16和相关描述）。警告点是飞行器在飞行期间通过的位置，其中警告点位于当前飞行器位置和未来飞行器位置之间。通常，警告点是呈现即将到来的VNAV自动驾驶仪模式脱离点的通知所处的位置，使得飞行人员知道并且可以采取行动。
然后，过程1700呈现表示改变的飞行器位置、未来飞行器位置和警告点的图形元素（步骤1704）。这里，过程1700提供当前飞行器位置（即，改变的飞行器位置）、未来飞行器位置和即将到来的警告点的视觉指示，以增强飞行人员态势感知。在一些实施例中，当飞行器在当前飞行期间到达警告点时，过程1700经由主飞行显示器（PFD）呈现用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的文本通知，其中显示设备包括PFD。在一些实施例中，当飞行器在当前飞行期间到达警告点时，过程1700经由垂直位置显示器（VSD）呈现指示用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的第二图形元素，其中显示设备包括VSD。过程1700的其他实施例可以呈现包括图形元素、文本、听觉警报等的任何组合的任何类型的通知、警告、警报或消息。
结合过程1300-1700执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或其任何组合来执行。出于说明的目的，过程1300-1700的前述描述可以参考上面结合图1-12提到的元件。实际上，过程1300-1700的各部分可以由所描述系统的不同元件来执行。应当认识到，过程1300-1700可以包括任何数目的附加或替代任务，图13-17中所示的任务不需要以图示的顺序来执行，并且可以将过程1300-1700并入到具有本文未详细描述的附加功能的更全面的程序或过程中。此外，只要预期的整体功能保持完好，可以从过程1300-1700的实施例中省略图13-17中所示的一个或多个任务。
本文可以在功能和/或逻辑块部件方面并且参考可以由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述技艺和技术。这样的操作、任务和功能有时被称为计算机执行的、计算机化的、软件实现的或计算机实现的。实际上，一个或多个处理器设备可以通过操纵表示系统存储器中的存储器位置处的数据位的电信号以及信号的其他处理来执行所描述的操作、任务和功能。维持数据位的存储器位置是具有对应于数据位的特定电、磁、光或有机性质的物理位置。应当认识到，图中所示的各种块部件可以由被配置成执行指定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件部件来实现。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、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行多种功能。
当在软件或固件中实现时，本文描述的系统的各种元件本质上是执行各种任务的代码段或指令。程序或代码段可以存储在处理器可读介质中，或者由包含在载波中的计算机数据信号通过传输介质或通信路径来发送。“计算机可读介质”、“处理器可读介质”或“机器可读介质”可以包括可以存储或传输信息的任何介质。处理器可读介质的示例包括电子电路、半导体存储器器件、ROM、闪存、可擦除ROM（EROM）、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频（RF）链路等。计算机数据信号可以包括可以通过传输介质（例如电子网络信道、光纤、空气、电磁路径或RF链路）传播的任何信号。可以经由诸如互联网、内联网、LAN等的计算机网络来下载代码段。
前面的描述涉及被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如本文所使用的，除非另有明确说明，否则“耦合”意味着一个元件/节点/特征直接或间接地接合到另一个元件/节点/特征（或者直接或间接地与其通信），并且不一定是机械地。同样地，除非另外明确说明，否则“连接”意味着一个元件/节点/特征直接接合到另一个元件/节点/特征（或者直接与其通信），并且不一定是机械地。因此，虽然图2所示的示意图描绘了元件的一个示例性布置，但是附加的中间元件、设备、特征或部件可以存在于所描绘的主题的实施例中。
因为简要的缘故，本文中可能并未详细地描述与信号处理、数据传输、信令、网络控制和系统的其他功能方面（以及系统的各个操作部件）有关的常规技术。此外，本文包含的各种图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应该注意，在本主题的实施例中可以存在许多替代或附加的功能关系或物理连接。
本说明书中描述的功能单元中的一些被称为“模块”，以便更具体地强调它们的实现独立性。例如，本文称为模块的功能可以全部或部分地实现为包括定制VLSI电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管之类的现成半导体或其他分立部件的硬件电路。模块还可以在可编程硬件设备中实现，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等。模块也可以用软件来实现以用于由各种类型的处理器执行。所识别的可执行代码的模块可以例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑模块，其可以例如被组织为对象、程序或功能。然而，所识别的模块的可执行文件不需要在物理上位于一起，而是可以包括存储在不同位置中的不同指令，其当在逻辑上接合在一起时包括模块并实现模块的所声称的目的。实际上，可执行代码的模块可以是单个指令或许多指令，并且甚至可以分布在若干个不同的代码段上，在不同的程序之中以及跨若干个存储器设备。类似地，操作数据可以以任何合适的形式被包含并且组织在任何合适类型的数据结构内。操作数据可以作为单个数据集来收集，或者可以分布在不同位置上（包括在不同存储设备上），并且可以至少部分地仅作为系统或网络上的电子信号来存在。
虽然已经在前面的详细描述中提出了至少一个示例性实施例，但是应该认识到的是存在大量的变型。还应当认识到的是，本文描述的一个或多个示例性实施例不旨在以任何方式限制所要求保护的主题的范围、适用性或配置。更确切地说，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的一个或多个实施例的方便的路线图。应当理解，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下，可以在元件的功能和布置方面作出各种改变，所述权利要求包括在提交本专利申请时的已知等同物和可预见的等同物。

Claims (14)

1.一种用于在使用垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式的飞行管理系统（FMS）的操作期间在飞行器机上提供模式数据的方法，该方法包括：
当FMS已经脱离横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式时，
检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置，其中改变的飞行器位置包括当前飞行器位置；
基于改变的飞行器位置、预测的交叉跟踪误差和从飞行路径的偏离来计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置；
经由通信耦合到FMS的显示设备来呈现当在VNAV自动驾驶仪模式中操作时的改变的飞行器位置和未来飞行器位置；
当未来飞行器位置不在飞行路径上时，基于改变的飞行器位置和用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置来脱离FMS的VNAV自动驾驶仪模式；
在脱离VNAV自动驾驶仪模式之后，计算飞行器的下降路径；以及
经由显示设备来呈现下降路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其中检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置还包括：
计算针对当前飞行的阈值时间段的预测的交叉跟踪误差；以及
确定预测的交叉跟踪误差指示针对大于阈值时间段的时间段的从飞行路径的偏离；
其中，当时间段大于阈值时间段时，改变的飞行器位置指示飞行器针对当前飞行的阈值时间段已从飞行路径偏离。
3.根据权利要求1所述的方法，其中检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置还包括：
计算针对当前飞行的阈值时间段的预测的交叉跟踪误差；以及
确定预测的交叉跟踪误差大于距离阈值；
其中，当预测的交叉跟踪误差大于距离阈值时，改变的飞行器位置指示飞行器已越过飞行路径的横向容纳区域的边界。
4.根据权利要求1所述的方法，其中计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置还包括：
检测飞行器的当前动作，其中当前动作包括飞行器通过飞行机翼水平朝向弯曲路径来朝向飞行路径会聚，其中所述飞行路径包括弯曲路径；
基于当前动作来确定所述未来飞行器位置位于所述飞行路径上；以及
基于所述未来飞行器位置位于所述飞行路径上来继续接合VNAV自动驾驶仪模式。
5.根据权利要求1所述的方法，其中计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置还包括：
检测飞行器的当前动作，其中当前动作包括飞行器通过飞行机翼水平离开弯曲路径而偏离离开飞行路径，其中所述飞行路径包括所述弯曲路径；
基于所述当前动作来识别参数，所述参数至少包括当前飞行器位置、阈值时间段、从LNAV脱离点行进的预测的距离、飞行器的地速、在LNAV脱离时计算的当前交叉跟踪误差以及从弯曲路径过渡的转弯半径；以及
使用参数来计算用于预测的飞行器位置的预测的交叉跟踪误差，其中所述未来飞行器位置包括所述预测的飞行器位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置还包括：
检测飞行器的当前动作，其中当前动作包括飞行器通过以横向手动模式飞行并使用特定倾斜角来朝向飞行路径会聚以达到横向飞行计划的目标路线或航向，其中所述飞行路径包括所述横向飞行计划；
基于所述当前动作来识别参数，所述参数至少包括当前飞行器位置、阈值时间段、从LNAV脱离点行进的预测的距离、飞行器的地速以及在LNAV脱离时计算的当前交叉跟踪误差；以及
使用参数来计算用于预测的飞行器位置的预测的交叉跟踪误差，其中所述未来飞行器位置包括所述预测的飞行器位置。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
将预测的交叉跟踪误差与阈值距离进行比较；以及
当预测的交叉跟踪误差小于阈值距离时，保持VNAV自动驾驶仪模式的接合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置还包括：
检测飞行器的当前动作，其中所述当前动作包括飞行器通过飞行离开弯曲路径并使用特定倾斜角而偏离离开飞行路径，其中所述飞行路径包括所述弯曲路径；
基于所述当前动作来确定未来飞行器位置与累积误差相关联；以及
基于未来飞行器位置与累积误差相关联来脱离VNAV自动驾驶仪模式。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在LNAV自动驾驶仪模式的脱离点处，
识别沿着飞行路径的警告点，其中所述警告点位于所述当前飞行器位置和所述未来飞行器位置之间；和
呈现表示改变的飞行器位置、未来飞行器位置和警告点的图形元素；以及
当飞行器在当前飞行期间到达警告点时，经由主飞行显示器（PFD）来呈现用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的文本通知，其中所述显示设备包括所述PFD。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在LNAV自动驾驶仪模式的脱离点处，
识别沿着飞行路径的警告点，其中所述警告点位于所述当前飞行器位置和未来飞行器位置之间；并且
呈现表示改变的飞行器位置、未来飞行器位置和警告点的图形元素；以及
当飞行器在当前飞行期间到达警告点时，经由垂直位置显示器（VSD）来呈现指示用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置的第二图形元素，其中所述显示设备包括所述VSD。
11.一种用于在使用垂直导航（VNAV）自动驾驶仪模式的飞行管理系统（FMS）的操作期间在飞行器机上提供模式数据的系统，该系统包括：
系统存储器元件；
飞行管理系统（FMS），被配置成：
在飞行期间接合和脱离横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式；和
在飞行期间接合和脱离VNAV自动驾驶仪模式，其中所述LNAV自动驾驶仪模式和所述VNAV自动驾驶仪模式包括被配置成独立地操作的解耦模式；
显示设备，被配置成在飞行期间呈现飞行器位置；以及
至少一个处理器，通信地耦合到系统存储器元件、FMS和显示设备，所述至少一个处理器被配置成：
当FMS已经脱离了横向导航（LNAV）自动驾驶仪模式时，
检测指示从飞行路径的偏离的改变的飞行器位置，其中改变的飞行器位置包括当前飞行器位置；
基于改变的飞行器位置、预测的交叉跟踪误差和从飞行路径的偏离来计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置；
经由通信耦合到FMS的显示设备来呈现当在VNAV自动驾驶仪模式中操作时的改变的飞行器位置和未来飞行器位置；
当未来飞行器位置不在飞行路径上时，基于改变的飞行器位置和用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置来脱离FMS的VNAV自动驾驶仪模式；
在脱离VNAV自动驾驶仪模式之后，计算飞行器的下降路径；和
经由显示设备来呈现下降路径。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个处理器还被配置成通过以下各项来检测指示从所述飞行路径的偏离的所述改变的飞行器位置：
计算针对当前飞行的阈值时间段的预测的交叉跟踪误差；和
确定预测的交叉跟踪误差指示针对大于阈值时间段的时间段的从飞行路径的偏离；
其中当时间段大于阈值时间段时，改变的飞行器位置指示飞行器针对当前飞行的阈值时间段已从飞行路径偏离。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个处理器还被配置成通过以下各项来检测指示从所述飞行路径的偏离的所述改变的飞行器位置：
计算针对当前飞行的阈值时间段的预测的交叉跟踪误差；和
确定预测的交叉跟踪误差大于距离阈值；
其中当预测的交叉跟踪误差大于距离阈值时，改变的飞行器位置指示飞行器已越过飞行路径的横向容纳区域的边界。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个处理器还被配置成通过以下各项来计算用于VNAV自动驾驶仪模式脱离的未来飞行器位置：
检测飞行器的当前动作，其中所述当前动作包括飞行器通过飞行机翼水平朝向弯曲路径来朝向飞行路径会聚，其中所述飞行路径包括所述弯曲路径；
基于当前动作来确定未来飞行器位置位于飞行路径上；以及
基于未来飞行器位置位于飞行路径上来继续接合VNAV自动驾驶仪模式。
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