CN110562472A - 保障飞行器综合视景系统的操作的方法、相关计算机程序产品和系统 - Google Patents

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CN110562472A CN201910494144.XA CN201910494144A CN110562472A CN 110562472 A CN110562472 A CN 110562472A CN 201910494144 A CN201910494144 A CN 201910494144A CN 110562472 A CN110562472 A CN 110562472A
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Abstract

本发明涉及一种保障飞行器的综合视景系统的操作的方法。该方法包括在综合视景系统的视场中确定至少一个对照物体并确定属于每个对照物体的至少一个对照点的步骤(120)，以及验证综合视景系统的影像的一致性的步骤(140)。验证步骤(140)包括在综合视景系统的影像的对应轮廓上复原与显示的每个对照点的位置对应的第一位置的子步骤(141)，确定每个对照点在综合视景系统的影像上的第二位置的子步骤(142)，以及比较第一位置和第二位置的子步骤(143)。

Description

保障飞行器综合视景系统的操作的方法、相关计算机程序产 品和系统
技术领域
本发明涉及一种用于保障飞行器的综合视景系统的操作的方法。
本发明还涉及一种相关的计算机程序产品和系统。
更特别地，本发明处于用于控制飞行器的人-系统交互(根据首字母缩写称为HIS)的技术领域内，包括外部环境的综合描绘。这种描绘根据英文首字母缩写称为SVS(“Synthetic Vision System”，综合视景系统)，并且可以在穿戴式或非穿戴式的下视或平视显示器上显示。
背景技术
现有的或正在开发的飞行器的主飞行显示器(PFD)大部分已经提出了包括显示这种综合视景系统SVS的新功能。
特别地，综合视景系统SVS可以通过综合图像的形式向飞行员展示飞行器的外部环境以自我为中心的三维图像，通常使用传统的领航符号来显示。这种称为SVS图像的图像基于飞行器的位置(特别是经度、纬度和高度)、姿态(俯仰角、翻滚角和偏航角)以及包含地形的高度采样和其他元素(例如，障碍物、着陆跑道、水文图、城镇、道路等)的数据库而生成。
然而，特别是使用飞行模拟器已经证明的是，SVS图像的错误显示(尤其在PFD监视器上)可能对飞行产生严重后果。特别是可能通过在飞行器的位置或姿态参数中的一个方面引入错误得到这种显示。
因此，例如，在山谷中飞行期间飞行器航向的缓慢漂移可能将高山在SVS图像上置于实际山谷的中间，并促使飞行员针对SVS图像进行回避操作，使其面对真正的高山。
根据另一个例子，飞行器的无线电高度方面的错误数据可能在SVS图像上导致地形突然上升。这继而可能使飞行员产生过度的机尾朝下的反应，危及飞行的安全。
因此可以看出，需要保障综合视景系统SVS的功能。
发明内容
本发明旨在保障飞行器的综合视景系统SVS的功能，以将其与满足关键需求的安全级别相关联。因此，本发明可以确保综合视景系统SVS的故障不会产生可能导致飞行员的潜在危险反应的错误的SVS图像。
为此，本发明涉及一种用于保障飞行器的综合视景系统的操作的方法，该综合视景系统根据视场使用随着飞行器的当前位置和当前姿态的第一测量结果的变化而生成的第一投影规则提供飞行器的外部环境的综合影像。
该方法包括以下步骤：
-在综合视景系统的视场中确定至少一个对照物体，并且针对所述或每个对照物体，确定属于该对照物体的至少一个对照点；
-验证综合视景系统的影像的一致性，该影像包括使用第一投影规则产生的确定的所述或每个对照物体的轮廓，该验证步骤包括针对至少一个对照点进行的以下子步骤：
-在综合视景系统的影像的对应的轮廓上复原与显示的该对照点的位置对应的第一位置；
-使用独立于第一投影规则之外生成的第二投影规则确定该对照点在综合视景系统的影像上的第二位置；
-比较第一位置和第二位置，当第二位置与第一位置相差至少预定阈值时，综合视景系统的影像不一致。
根据本发明的其他有利方面，单独考虑或根据所有技术上可能的组合考虑，该方法包括一个或多个以下特征：
-所述或至少一个对照物体对应于飞行器的外部环境中的虚拟物体；
-所述或至少一个对照物体对应于飞行器的外部环境中的真实物体和/或对应于已经存在于综合视景系统的影像上的物体；
-所述或每个对照物体在基于地球的坐标系中是固定的或者相对于飞行器限定，优选在飞行器的纵向轴线上并且在飞行器的前方限定；
-所述或每个对照物体具有在空间中定向的点或三维物体；
-在综合视景系统的影像上确定的所述或每个对照物体的轮廓至少部分是透明的，优选是完全透明的；
-第二投影规则通过第一测量结果生成；
-第二投影规则通过飞行器的当前位置和当前姿态的第二测量结果生成，第一测量结果和第二测量结果由不同且独立的传感器提供；
-该方法还包括用于在综合视景系统的影像不一致时通过另一个影像改变综合视景系统的影像的步骤。
本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括软件指令，该软件指令在由计算机设备实施时执行前面限定的方法。
本发明还涉及一种用于保障飞行器的综合视景系统的操作的系统，该系统包括被构造为执行前面限定的方法的技术手段。
附图说明
在阅读以下仅作为非限制性例子提供并参照附图进行的描述后，本发明的这些特征和优点将显而易见，其中：
-图1是根据本发明的用于保障飞行器的综合视景系统的操作的系统的示意图；
-图2是根据本发明的保障方法的流程图，该方法由图1的保障系统执行；以及
-图3至图5是示出图2的方法步骤的实施的示意图。
具体实施方式
图1实际上示出了根据本发明的用于保障飞行器的综合视景系统12的操作的系统10。
“飞行器”是指在地球大气中飞行的任何交通工具，特别是飞机、直升机或无人机。飞行器可由直接来自其驾驶舱的至少一名飞行员驾驶(飞机或直升机的情况)，或者远程驾驶，例如通过陆基控制中心(无人机或任何其他能够远程驾驶的交通工具的情况)。
在下面描述的示例性实施方式中，飞行器是飞机。
综合视景系统12(根据首字母缩写也称为SVS)可以向飞行器的飞行员呈现飞行器外部环境的三维图像。在所描述的例子中，综合视景系统12在飞行器上。
更特别地，综合视景系统12能够根据预定视场提供飞行器外部环境的综合影像。例如，该视场对应于飞行员的视场。举例来说，该视场由60°的水平开口和50°的垂直开口形成。
为此，参照图1，综合视景系统12包括获取模块21、处理模块22和输出模块23。
获取模块21连接至飞行器的第一检测器27且连接至数据库28。
第一检测器27能够为获取模块21提供关于飞行器的当前位置和姿态的第一测量结果。这些第一检测器27本身是已知的，并且例如具有用于来自一个或多个卫星定位系统和惯性单元的信号的传感器。
数据库28能够为获取模块21提供与飞行器飞越的地形高度有关的信息以及与附近存在的其他元素有关的信息，例如障碍物、着陆跑道、水文图、城镇、道路等。
处理模块22能够分析由获取模块21获取的数据集，以便通过使用随着该数据的变化而生成的第一投影规则来生成三维综合影像。
例如，这些第一投影规则采取外部环境在表面上的投影矩阵的形式。
输出模块23能够将处理模块22生成的影像发送到外部监视器，以在监视器上显示该影像。
外部监视器有利地是主飞行显示器(PFD)。例如，该显示器是下视或平视显示器。
与综合视景系统12类似，根据本发明的保障系统10包括获取模块31、处理模块32和输出模块33。
保障系统10例如至少部分地采取机载计算机的形式，其包括能够实现模块31至33的操作的存储器和处理器。在这种情况下，模块31至33至少部分地采取软件程序的形式。
根据另一个示例性实施方式，模块31至33中的至少一些具有物理组件，例如可编程逻辑电路，例如采用被构造为执行这些模块的操作的FPGA(“现场可编程门阵列”)类型。
获取模块31能够获取来自数据库28的数据和关于飞行器的当前位置和姿态的第二测量结果。
根据本发明的一个示例性实施方式，第二测量结果由第一检测器27提供。
根据另一个示例性实施方式，第二测量结果由与第一检测器27分开的第二检测器37提供。特别地，在这种情况下，第二检测器37是与第一检测器27不同的检测器，因此独立于第一检测器27之外。与前述情况类似，第二检测器37本身是已知的，并且例如具有用于来自一个或多个卫星定位系统和惯性单元的信号的传感器。
获取模块31能够进一步获取专用于控制由综合视景系统12生成的影像的元素。
处理模块32能够处理由获取模块31获取的数据集，以便执行根据本发明的保障方法的至少一些步骤，下文将更详细地说明。
输出模块33特别地连接至显示器PFD，以便如将在下文描述的那样在某些情况下调整综合视景系统12的影像。
现在将参照图2说明用于保障综合视景系统12的操作的方法，图2示出了其步骤的流程图。
如将在下文描述的那样，该方法包括由保障系统10的处理模块32实施的步骤120、140和150以及由综合视景系统12的处理模块22实施的步骤130和135。
最初，飞行器在飞行中并且综合视景系统12在飞行器的运动及其位置和姿态改变的过程中在每个时刻向显示器PFD提供影像。
例如，保障系统10的操作与综合视景系统12的操作同时被启动。然后，在每次更新飞行器的位置和/或姿态时，反复地执行下面描述的方法步骤。
在方法的步骤120期间，保障系统10的处理模块32在综合视景系统12的视场中确定至少一个对照物体。
下面将结合单个对照物体描述该步骤120，其他对照物体的确定以相同的方式进行。当然，在实践中，确定了多个对照物体。这些对照物体例如具有不同的类型和性质。
特别地，对照物体具有在空间中定向并具有已知尺寸和/或形状的点或三维物体。
根据一个示例性实施方式，对照物体具有虚拟物体，即，不存在于数据库28中的物体以及通常限定在陆基坐标系中但不存在于飞行器的外部环境中的物体。
根据本发明的另一个示例性实施方式，对照物体具有飞行器的外部环境中的真实物体，其例如已经存在于综合视景系统12的影像上。在这种情况下，涉及来自数据库28的物体，因此可以是地形、着陆跑道、障碍物等的一部分。
此外，根据一个示例性实施方式，对照物体在陆基坐标系中具有固定位置，并且当涉及三维物体时，在该坐标系中具有固定取向。
因此，根据一个示例性实施方式，在朝向机场并且小于相对于着陆跑道的阈值的特定距离的飞行器进近阶段期间，由飞行员选择的着陆跑道由处理模块32选定为对照物体。该示例性实施方式是特别有利的，因为着陆跑道在综合视景系统12中的角色在进近期间特别重要。因此，特别关注的是通过诸如着陆跑道的安全对照物体来保障该系统的操作。
处理模块32被构造为在综合视景系统12的视场中在任何时刻确定至少一个对照物体。
为此，例如，处理模块32实施下文描述的技术。
该技术尤其包括通过纬度间距LatStep、经度间距LongStep和高度间距AltStep定义地球周围空间的三维网格。然后，通过沿着飞行器的纵向轴线向前以海里数表示的距离ProjDist投影飞行器的当前位置，以计算点P，其中纬度Latitude(P)，经度Longitude(P)和高度Altitude(P)由以下关系式定义：
Altitude(P)＝Altitude(AC)+NMtoFeet(ProjDist)×sin(Pitch(AC))；
其中，Heading(AC)和Pitch(AC)分别是飞行器的航向角和俯仰角，而NMtoFeet(ProjDist)是以英尺表示的距离ProjDist。
由此获得的点P位于三维网格的单个相同的直角菱形内。此外，根据其计算，这个点始终在飞行员的视场中，因此也在综合视景系统的视场中。
例如，使用点P所在的直角菱形的固定点(例如该菱形的八个角C1至C8中的至少一些)来确定对照物体。因此，例如，角C1的纬度Latitude(C1)，经度Longitude(C1)和海拔Altitude(C1)使用以下关系式来确定：
其中，[...]表示整数部分。
类似地确定其他点C2至C8。此外，例如，LatStep＝0.1°，LongStep＝0.1°，AlStep＝1000英尺。
该技术在图3和图4中示意性示出，其中飞行器由附图标记AC表示。
特别地，图3示出了相关网格的水平图(俯视图)，图4示出了该网格的垂直图(侧视图)。此外，图4中的附图标记A表示飞行器AC的俯仰角。
当然，可以应用其他技术来确定对照物体。此外，可以使用不同的技术来定义不同的对照物体。
返回到步骤120的描述，根据另一个示例性实施方式，对照物体具有相对于飞行器限定的位置。
实际上，如本身已知的那样，综合视景系统12能够在由视场限定、而且还由在两个固定的距离处垂直于飞行器的纵向轴线的两个平面限定的体积内绘制面向飞行器的地形的轮廓。这些平面中的第一平面被称为“近平面”，第二平面被称为“远平面”。因此，只有位于这两个平面之间的地形的轮廓由综合视景系统绘制，并且可怕的事件是近平面的距离错误将妨碍对于面向飞行器的障碍物或附近地势的绘制。
在这种情况下，例如，对照物体相对于近平面限定在沿着飞行器的纵向轴线在向前方向上距该平面的固定距离处。
这种情况在图5中示意性示出，其中附图标记P1表示近端平面，附图标记P2表示近端平面，附图标记A表示飞行器AC的俯仰角，附图标记C9表示所选定的对照物体。
根据又一个示例性实施方式，特别是当显示器PFD设置在平视显示器上时，对照物体的选择还取决于飞行员头部的位置。因此，在第一个例子中，当相对于从当前位置投影到距飞行器固定距离处的点P限定对照物体时，可以将飞行器沿其纵向轴线的位置的投影替换为沿着平视设备的视线的投影。
在步骤120结束时，处理模块32还针对每个对照物体确定至少一个对照点。
因此，例如，当对照物体是点时，该相同的点被定义为对照点。相反，当涉及三维对照物体时，每个对照点被选择为属于该物体的点。因此，在用于确定对照物体的技术的前述描述中，可以选择点C1至C8中的至少一些作为对照点。
此外，当选择着陆跑道作为对照物体时，例如将其两端选择为对照点。
在例如与步骤120并行的、综合视景系统12的处理模块22进行的步骤130期间，该处理模块22还确定一个或多个对照物体，并且针对它们中的每一个，使用与保障系统10的处理模块32所使用的相同机构确定至少一个对照点。
因此，由两个处理模块22、32限定的对照物体以及对照点是相同的。
然后，在随后的步骤135期间，综合视景系统12的处理模块22在其影像中并入在前面的步骤130期间确定的每个对照物体的轮廓。
这些轮廓是使用第一投影规则确定的。
根据一个示例性实施方式，每个对照物体的轮廓在综合视景系统12的影像上至少部分是透明的，或者可在该影像上通过合适的符号识别。
另外，在这种情况下，每个虚拟对照物体的轮廓在综合视景系统12的影像上是完全透明的。真实物体(例如着陆跑道)保持可见。
此外，在执行该方法的以下步骤期间，对照物体和对应的对照点保持至少可由处理模块22以这种方式识别。
在步骤120和135之后由保障系统10的处理模块32进行的步骤140期间，该处理模块32使用在步骤120期间确定的对照点来验证综合视景系统12的影像的一致性。
特别地，该步骤140包括针对每个对照点进行的以下三个子步骤。
在第一子步骤141期间，保障系统10的处理模块32在综合视景系统12的影像的轮廓上复原与显示的该对照点的位置对应的第一位置。
在第二子步骤142期间，保障系统10的处理模块32使用独立于综合视景系统12的第一投影规则之外的第二投影规则确定对照点在综合视景系统12的影像上的第二位置。
例如，这些第二投影规则类似于第一投影规则，但是独立于第一投影规则之外生成。
特别地，为了生成这些规则，保障系统10的处理模块32有利地使用关于飞行器的当前位置和姿态的第二测量结果。如前所述，这些第二测量结果来自与第一检测器27不同的第二检测器37。
根据另一个示例性实施方式，第二投影规则由保障系统10的处理模块32通过第一测量结果生成。
在第三子步骤143期间，保障系统10的处理模块32比较第一位置和第二位置。
在这种比较期间，当处理模块32例如通过将差值与预定阈值进行比较而确定第二位置与第一位置显著不同时，得出综合视景系统的显示不一致的结论并且进入下个步骤150。
否则，处理模块32对另一个对照点执行子步骤141至143。当这些点中没有一个表明影像的不一致性时，例如，处理模块32再次转到步骤120的执行。
在步骤150期间，保障系统10的处理模块32发出警报信号通知综合视景系统12的影像不一致，并且例如在用于传统的二维影像的显示器PFD上调整该影像。
因此可以看出本发明具有一定数量的优点。
实际上，本发明可以保障飞行器的综合视景系统的操作。然后，本发明可以使该操作匹配航空临界性要求。
特别地，当这种综合视景系统的影像变得不一致时，本发明可以发出警报并且可选地用可靠的影像替换该不一致的影像。
因此，飞行员使自己依赖可靠的影像，这将可以避免针对飞行器的真实情况执行不适当的动作。

Claims (13)

1.一种用于保障飞行器的综合视景系统(12)的操作的方法，所述综合视景系统(12)根据视场使用随着所述飞行器的当前位置和当前姿态的第一测量结果的变化而生成的第一投影规则提供所述飞行器的外部环境的综合的影像，
所述方法包括以下步骤：
-在所述综合视景系统(12)的所述视场中确定至少一个对照物体的步骤(120)，并且针对所述对照物体或每个对照物体确定属于该对照物体的至少一个对照点；
-验证所述综合视景系统(12)的所述影像的一致性的步骤(140)，所述影像包括使用所述第一投影规则产生的确定的所述对照物体或每个对照物体的轮廓，验证的所述步骤(140)包括针对至少一个所述对照点进行的以下子步骤：
-在所述综合视景系统(12)的所述影像的对应的所述轮廓上复原与显示的所述对照点的位置对应的第一位置的步骤(141)；
-使用独立于第一投影规则之外生成的第二投影规则确定所述对照点在所述综合视景系统(12)的所述影像上的第二位置的步骤(142)；
-比较所述第一位置和所述第二位置的步骤(143)，当所述第二位置与所述第一位置相差至少预定阈值时，所述综合视景系统(12)的所述影像不一致。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对照物体或至少一个所述对照物体对应于所述飞行器的外部环境中的虚拟物体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对照物体或至少一个所述对照物体对应于所述飞行器的外部环境中的真实物体和/或对应于已经存在于所述综合视景系统的所述影像上的物体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对照物体或每个对照物体在基于地球的坐标系中是固定的，或者相对于所述飞行器限定。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述对照物体或每个对照物体限定在所述飞行器的纵向轴线上并且位于所述飞行器的前方。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对照物体或每个对照物体表现为在空间中定向的点或三维物体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述综合视景系统(12)的所述影像上确定的所述对照物体或每个对照物体的所述轮廓至少是部分透明的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述轮廓是完全透明的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二投影规则通过所述第一测量结果生成。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二投影规则通过所述飞行器的当前位置和当前姿态的第二测量结果生成，所述第一测量结果和所述第二测量结果由不同且独立的传感器(27，37)提供。
11.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述综合视景系统(12)的所述影像不一致时通过另一个影像改变所述综合视景系统(12)的所述影像的步骤(150)。
12.一种计算机程序产品，其包括软件指令，所述软件指令在由一台计算机设备实施时执行根据权利要求1所述的方法。
13.一种用于保障飞行器的综合视景系统(12)的操作的系统(10)，所述综合视景系统(12)根据视场使用随着所述飞行器的当前位置和当前姿态的第一测量结果的变化而生成的第一投影规则提供所述飞行器的外部环境的综合的影像，
所述系统(10)适用于：
-在所述综合视景系统(12)的视场中确定至少一个对照物体，并且针对所述对照物体或每个对照物体确定属于该对照物体的至少一个对照点；
-验证所述综合视景系统(12)的所述影像的一致性，所述影像包括使用所述第一投影规则产生的确定的所述对照物体或每个对照物体的轮廓，针对至少一个所述对照点，所述验证包括：
-在所述综合视景系统(12)的所述影像的对应的所述轮廓上复原与显示的所述对照点的位置对应的第一位置；
-使用独立于第一投影规则之外生成的第二投影规则确定所述对照点在所述综合视景系统(12)的所述影像上的第二位置；
-比较所述第一位置和所述第二位置，当所述第二位置与所述第一位置相差至少预定阈值时，所述综合视景系统(12)的所述影像不一致。
CN201910494144.XA 2018-06-06 2019-06-06 保障飞行器综合视景系统的操作的方法、相关计算机程序产品和系统 Pending CN110562472A (zh)

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