CN111882929B - 用于飞行器的交通告警和防撞系统及方法 - Google Patents

用于飞行器的交通告警和防撞系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于飞行器的交通告警和防撞系统及方法。交通告警和防撞系统包括信息采集模块、计算模块和显示模块。计算模块能够计算得到飞行器本机和外机的飞行轨迹、飞行趋势，并将飞行轨迹、飞行趋势匹配在绝对坐标系内，绝对坐标系的原点为相对于地球固定的一点。显示模块能够显示绝对坐标下飞行器本机和外机的飞行轨迹、运动趋势。根据本发明，能够将外机的飞机位置和飞行轨迹、以及本机的飞机位置和飞行轨迹显示在绝对坐标系中，使飞行机组更清晰明确地了解其他飞机的运动趋势以及与本机的相对位置变化情况，避免在本机极坐标显示下造成机组对其他飞机运动趋势误判的问题。

Description

用于飞行器的交通告警和防撞系统及方法
技术领域
本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种用于飞行器的交通告警和防撞系统及方法。
背景技术
现有的飞行器中，交通告警和防撞系统可以通过询问其他飞机的应答机并根据应答机的回答信号确定被询问飞机的飞行信息以及飞行轨迹，计算与本机的最近接近点以及到达最近接近点的时间。当计算出的时间进入TCAS告警的时间阈值内，TCAS将产生相应的目视和音响告警信息，提示飞行机组避免空中相撞。
然而，由于在本机极坐标系下显示的交通信息没有其他飞机的运动趋势，且不能直观描绘出本机与其他飞机的相对运动过程，可能造成机组误判交通情况，进行错误的飞行机动，进而导致潜在的空中相撞危险。
因此，需要提供一种用于飞行器的交通告警和防撞系统及方法，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于飞行器的交通告警和防撞系统及方法，能够将外机的飞机位置以及飞行轨迹、以及本机的飞机位置和飞行轨迹显示在绝对坐标系中，使飞行机组更清晰明确地了解其他飞机的运动趋势以及与本机的相对位置变化情况，避免在本机极坐标显示下造成机组对其他飞机运动趋势误判的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于飞行器的交通告警和防撞系统，所述交通告警和防撞系统包括：
信息采集模块，所述信息采集模块被配置为能够采集所述飞行器本机和邻近所述飞行器本机的外机的飞行信息，并将包含所采集的信息的信号向外发送；
计算模块，所述计算模块和所述信息采集模块通信地连接以从所述信息采集模块处接收信号，并且所述计算模块被配置为能够基于接收到的信号中的数据计算得到飞行器本机和外机的飞行轨迹、飞行趋势，并获得所述飞行轨迹、飞行趋势在原点相对于地球固定的绝对坐标系内的数据；
显示模块，所述显示模块和所述计算模块通信地连接，并且所述显示模块被配置为能够从所述计算模块处获得数据，并显示所述绝对坐标下所述飞行器本机和所述外机的飞行轨迹、运动趋势。
在一种实施方式中，所述信息采集模块包括：
本机信息采集模块，所述本机信息采集模块被配置为能够获取所述飞行器本机的飞行参数；以及
外机信息采集模块，所述外机信息采集模块被配置为能够在一系列连续的时间点上获取与所述飞行器本机邻近的外机的多组飞行参数。
在一种实施方式中，所述计算模块被配置为能够：
基于来自所述本机信息采集模块的信号而得到所述飞行器本机的飞行轨迹和飞行趋势；和
基于来自所述外机信息采集模块的信号而计算出所述外机的飞行轨迹和飞行趋势。
在一种实施方式中，所述本机信息采集模块包括：
飞行管理系统，所述飞行管理系统被配置为能够接收机组人员输入的飞行计划参数；
惯性基准系统，所述惯性基准系统被配置为采集所述飞行器本机的位置信息、姿态信息和速度信息，所述位置信息包括所述飞行器本机所处的经纬度信息，所述姿态信息包括所述飞行器本机的俯仰角、滚转角和航向角，所述速度信息包括所述飞行器本机的地速和航迹角；以及
无线电高度表，所述无线电高度表被配置为采集所述飞行器本机距离地面的高度信息；
应答机，所述应答机被配置为能够采集所述飞行器本机的气压高度。
在一种实施方式中，所述外机信息采集模块包括：
TCAS天线，所述TCAS天线被配置为能够与外机应答机通信以在一系列时间点上分别获取所述外机的气压高度，并感测所述外机相距所述本机的距离和相对于所述本机的方位。
在一种实施方式中，所述计算模块计算出的飞行轨迹和飞行趋势包括航迹信息、地速信息、高度信息、高度变化趋势信息。
根据本发明另一方面，提供了一种基于上述方案中任意一项所述的告警防撞系统而实现的交通告警和防撞方法，所述告警防撞运行方法包括：
通过信息采集模块采集所述飞行器本机和邻近所述飞行器本机的外机的飞行信息并将包含所采集的信息的信号向外发送；
通过计算模块从所述信息采集模块处接收信号，并基于接收到的信号中的数据计算得到飞行器本机和外机的飞行轨迹、飞行趋势，并获得所述飞行轨迹、飞行趋势在原点相对于地球固定的绝对坐标系内的数据；和
通过显示模块显示所述绝对坐标下所述飞行器本机和所述另一飞行器的飞行轨迹、运动趋势。
在一种实施方式中，通过所述信息采集模块采集飞行信息的步骤包括：
通过本机信息采集模块获取飞行器本机的飞行参数；
通过外机信息采集模块在一系列连续的时间点上获取与所述飞行器本机邻近的外机的多组飞行参数。
在一种实施方式中，所述计算模块的数据处理步骤包括：
基于来自所述本机信息采集模块的信号而得到所述飞行器本机的飞行轨迹和飞行趋势；
基于来自所述外机信息采集模块的信号而计算出所述外机的飞行轨迹和飞行趋势。
在一种实施方式中，通过本机信息采集模块获取飞行器本机的飞行参数的方法包括：
通过飞行管理系统接收机组人员输入的飞行计划参数；
通过惯性基准系统采集所述飞行器本机的位置信息、姿态信息和速度信息，所述位置信息包括所述飞行器本机所处的经纬度信息，所述姿态信息包括所述飞行器本机的俯仰角、滚转角和航向角，所述速度信息包括所述飞行器本机的地速和航迹角；
通过无线电高度表采集所述飞行器本机距离地面的高度信息；
通过应答机采集所述飞行器本机的气压高度。
在一种实施方式中，通过外机信息采集模块获取所述外机的飞行参数的步骤包括：
通过TCAS天线与外机应答机通信以在一系列时间点上分别获取所述外机的气压高度，并感测所述外机相距所述本机的距离和相对于所述本机的方位。
在一种实施方式中，所述计算模块的获取和计算步骤包括：得到所述飞行器本机和所述外机的航迹信息、地速信息、高度信息、高度变化趋势信息。
根据本发明所提供的方案，能够将外机的飞机位置和飞行轨迹、以及本机的飞机位置和飞行轨迹显示在绝对坐标系中，给飞行机组更清晰明确地了解其他飞机的运动趋势以及与本机的相对位置变化情况，避免在本机极坐标显示下造成机组对其他飞机运动趋势误判的问题。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1为根据本发明的一个优选实施方式的交通告警和防撞系统的各模块的通信连接的示意图；
图2为图1中的各模块所包含的各个子模块的详细通信连接的示意图；
图3为根据本发明的一个优选实施方式的交通告警和防撞方法的流程示意图。
具体实施方式
现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
本发明提供了一种用于飞行器的交通告警和防撞系统以及基于该系统实现的交通告警和防撞方法。图1-图3示出了根据本发明的若干优选实施方式。
参考图1，在一种优选实施方中，交通告警和防撞系统包括了信息采集模块、计算模块以及显示模块。
其中，所述信息采集模块被配置为能够采集所述飞行器本机和邻近所述飞行器本机的外机的飞行信息并将包含所采集的信息的信号向外发送。具体地，信息采集模块包括本机信息采集模块和外机信息采集模块，所述本机信息采集模块被配置为能够获取所述飞行器本机的飞行参数；所述外机信息采集模块被配置为能够在一系列连续的时间点上获取与所述飞行器本机邻近的另一飞行器的多组飞行参数。
所述计算模块和所述信息采集模块通信地连接以从所述信息采集模块处接收信号，并且所述计算模块被配置为能够基于接收到的信号中的数据计算得到飞行器本机和外机的飞行轨迹、飞行趋势，并将所述飞行轨迹、飞行趋势匹配在绝对坐标系内，所述绝对坐标系的原点为相对于所述地球固定的一点。具体地，计算模块能够基于来自所述本机信息采集模块的信号而得到所述飞行器本机的飞行轨迹和飞行趋势、以及基于来自所述外机信息采集模块的信号而计算出所述另一飞行器的飞行轨迹和飞行趋势
所述显示模块和所述计算模块通信地连接，并且所述显示模块被配置为能够接收来自计算模块的信号，并显示所述绝对坐标下所述飞行器本机和所述另一飞行器的飞行轨迹、运动趋势。
图2示出了图1中的各个模块可能包含的子模块。参考图2，本机信息采集模块可以包括飞行管理系统、惯性基准系统和无线电高度表、S模式应答机，外机信息采集模块可以包括TCAS天线。飞行管理系统、惯性基准系统、无线电高度表、S模式应答机可以共同被称为外部输入系统。
其中，所述飞行管理系统被配置为能够接收机组人员输入的飞行计划参数，飞行计划参数例如可以包括飞行计划中的下一个航路点的位置信息。所述惯性基准系统被配置为采集所述飞行器本机的位置信息、姿态信息和速度信息，所述位置信息包括所述飞行器本机所处的经纬度信息，所述姿态信息包括所述飞行器本机的俯仰角、滚转角和航向角，所述速度信息包括所述飞行器本机的地速和航迹角，所述无线电高度表被配置为采集所述飞行器本机距离地面的高度信息。所述应答机被配置为能够与所述另一飞行器通信以在一系列时间点上分别获取所述另一飞行器的气压高度。TCAS天线被配置为能够感测外机距离本机的距离以及外机的相对于本机的方位。
继续参考图2，计算模块可以包括TCAS收发机，TCAS收发机和飞行管理系统、惯性基准系统、无线电高度表、S模式应答机、TCAS 天线均通信地相连以从各个系统接收相应信息。包括有TCAS收发机的计算模块能够计算出本机和外机的航迹信息、地速信息、高度信息、高度变化趋势信息。
优选地，显示模块可以包括TCAS显示器，计算模块能够将反映在绝对坐标系中的本机和外机的飞行轨迹和飞行趋势通过TCAS显示器而对外显示。TCAS天线、TCAS收发机以及TCAS显示能够共同组成TCAS系统。
图3示出了根据本发明的一种优选实施方式中的交通告警和防撞方法，该方法能够基于图1和图2中所示的交通告警防撞系统实现。
参考图3，交通告警和防撞方法可以包括如下步骤：通过信息采集模块采集所述飞行器本机和邻近所述飞行器本机的外机的飞行信息并将包含所采集的信息的信号向外发送；通过计算模块从所述信息采集模块处接收信号，并基于接收到的信号中的数据计算得到飞行器本机和外机的飞行轨迹、飞行趋势，并将所述飞行轨迹、飞行趋势匹配在绝对坐标系内，所述绝对坐标系的原点为相对于所述地球固定的一点；通过显示模块显示所述绝对坐标下所述飞行器本机和所述另一飞行器的飞行轨迹、运动趋势。
具体地，通过所述信息采集模块采集飞行信息的步骤包括：通过本机信息采集模块获取飞行器本机的飞行参数；通过外机信息采集模块在一系列连续的时间点上获取与所述飞行器本机邻近的另一飞行器的多组飞行参数。
更进一步地，所述计算模块的数据处理步骤包括：基于来自所述本机信息采集模块的信号而得到所述飞行器本机的飞行轨迹和飞行趋势；基于来自所述外机信息采集模块的信号而计算出所述另一飞行器的飞行轨迹和飞行趋势。
其中，通过本机信息采集模块获取飞行器本机的飞行参数的方法包括：通过飞行管理系统接收机组人员输入的飞行计划参数；通过惯性基准系统采集所述飞行器本机的位置信息，所述位置信息包括所述飞行器本机所处的经纬度信息；通过无线电高度表采集所述飞行器本机距离地面的高度信息；通过应答机采集所述飞行器本机的气压高度。
另一方面，通过外机信息采集模块获取所述另一飞行器的飞行参数的步骤包括：通过TCAS天线与外机应答机通信以在一系列时间点上分别获取所述外机的气压高度，并感测所述外机相距所述本机的距离和相对于所述本机的方位。
优选地，所述计算模块的获取和计算步骤包括：得到所述飞行器本机和所述另一飞行器的航迹信息、地速信息、高度信息、高度变化趋势信息。
根据本发明，能够将外机的飞机位置以及飞行轨迹、以及本机的飞机位置和飞行轨迹显示在绝对坐标系中，给飞行机组更清晰明确地了解其他飞机的运动趋势以及与本机的相对位置变化情况，避免在本机极坐标显示下造成机组对其他飞机运动趋势误判的问题。
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。

Claims (13)

1.一种用于飞行器的交通告警和防撞系统，其特征在于，所述交通告警和防撞系统包括：
信息采集模块，所述信息采集模块被配置为能够采集所述飞行器本机和邻近所述飞行器本机的外机的飞行信息，并将包含所采集的信息的信号向外发送；
计算模块，所述计算模块和所述信息采集模块通信地连接以从所述信息采集模块处接收信号，并且所述计算模块被配置为能够基于接收到的信号计算得到飞行器本机和外机的飞行轨迹、飞行趋势，并获得所述飞行轨迹、飞行趋势在原点相对于地球固定的绝对坐标系内的数据；
显示模块，所述显示模块和所述计算模块通信地连接，并且所述显示模块被配置为能够从所述计算模块处获得数据，并显示所述绝对坐标下所述飞行器本机和所述外机的飞行轨迹、运动趋势。
2.根据权利要求1所述的交通告警和防撞系统，其特征在于，所述信息采集模块包括：
本机信息采集模块，所述本机信息采集模块被配置为能够获取所述飞行器本机的飞行参数；以及
外机信息采集模块，所述外机信息采集模块被配置为能够在一系列连续的时间点上获取与所述飞行器本机邻近的外机的多组飞行参数。
3.根据权利要求2所述的交通告警和防撞系统，其特征在于，所述计算模块被配置为能够：
基于来自所述本机信息采集模块的信号而得到所述飞行器本机的飞行轨迹和飞行趋势；和
基于来自所述外机信息采集模块的信号而计算出所述外机的飞行轨迹和飞行趋势。
4.根据权利要求1所述的交通告警和防撞系统 ，其特征在于，所述本机信息采集模块包括：
飞行管理系统，所述飞行管理系统被配置为能够接收机组人员输入的飞行计划参数；
惯性基准系统，所述惯性基准系统被配置为采集所述飞行器本机的位置信息、姿态信息和速度信息，所述位置信息包括所述飞行器本机所处的经纬度信息，所述姿态信息包括所述飞行器本机的俯仰角、滚转角和航向角，所述速度信息包括所述飞行器本机的地速和航迹角；
无线电高度表，所述无线电高度表被配置为采集所述飞行器本机距离地面的无线电高度信息；以及
应答机，所述应答机被配置为能够采集所述飞行器本机的气压高度。
5.根据权利要求1所述的交通告警和防撞系统 ，其特征在于，所述外机信息采集模块包括：
TCAS天线，所述TCAS天线被配置为能够与外机应答机通信以在一系列时间点上分别获取所述外机的气压高度，并感测所述外机相距所述本机的距离和相对于所述本机的方位。
6.根据权利要求1所述的交通告警和防撞系统，其特征在于，所述计算模块被配置为能够：
基于来自所述本机信息采集模块的信号而得到所述飞行器本机的飞行轨迹和飞行趋势；和
基于来自所述外机信息采集模块的信号而计算出所述外机的飞行轨迹和飞行趋势。
7.根据权利要求1所述的交通告警和防撞系统 ，其特征在于，所述计算模块计算出的飞行轨迹和飞行趋势包括航迹信息、地速信息、高度信息、高度变化趋势信息。
8.一种基于权利要求1-7中任意一项所述的交通告警和防撞系统 而实现的交通告警和防撞方法，其特征在于，所述告警和 防撞方法包括：
通过信息采集模块采集所述飞行器本机和邻近所述飞行器本机的外机的飞行信息并将包含所采集的信息的信号向外发送；
通过计算模块从所述信息采集模块处接收信号，并基于接收到的信号中的数据计算得到飞行器本机和外机的飞行轨迹、飞行趋势，并获得所述飞行轨迹、飞行趋势在原点相对于地球固定的绝对坐标系内的数据；和
通过显示模块显示所述绝对坐标下所述飞行器本机和所述外机的飞行轨迹、运动趋势。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述信息采集模块采集飞行信息的步骤包括：
通过本机信息采集模块获取飞行器本机的飞行参数；和
通过外机信息采集模块在一系列连续的时间点上获取与所述飞行器本机邻近的外机的多组飞行参数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述计算模块的数据处理步骤包括：
基于来自所述本机信息采集模块的信号而得到所述飞行器本机的飞行轨迹和飞行趋势；和
基于来自所述外机信息采集模块的信号而计算出所述外机的飞行轨迹和飞行趋势。
11.根据权利要求9所述的告警和 防撞方法，其特征在于，通过本机信息采集模块获取飞行器本机的飞行参数的方法包括：
通过飞行管理系统接收机组人员输入的飞行计划参数；
通过惯性基准系统采集所述飞行器本机的位置信息、姿态信息和速度信息，所述位置信息包括所述飞行器本机所处的经纬度信息，所述姿态信息包括所述飞行器本机的俯仰角、滚转角和航向角，所述速度信息包括所述飞行器本机的地速和航迹角；
通过无线电高度表采集所述飞行器本机距离地面的高度信息；和
通过应答机采集所述飞行器本机的气压高度。
12.根据权利要求9所述的告警和 防撞方法，其特征在于，通过外机信息采集模块获取所述外机的飞行参数的步骤包括：
通过TCAS天线与外机应答机通信以在一系列时间点上分别获取所述外机的气压高度，并感测所述外机相距所述本机的距离和相对于所述本机的方位。
13.根据权利要求7所述的告警和 防撞方法，其特征在于，所述计算模块的获取和计算步骤包括：得到所述飞行器本机和所述外机的航迹信息、地速信息、高度信息、高度变化趋势信息。
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