CN113990110A - 包括飞行管理架构的飞行器和引导飞行器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种飞行器，其包括引导架构和飞行控制器，飞行控制器根据由引导架构计算的引导指令而驾驶飞行器，引导架构包括两个不同的引导链和选择单元，选择单元连接至两个引导链、飞行控制器和用于测量身体能力/失能的单元，第一引导链基于飞行器的当前状态和飞行计划而计算飞行器朝向目的地机场的主路径，并计算遵循主路径的主引导指令，第二引导链基于与主路径公共的路径的至少一个初始部分而计算飞行器朝向改航机场的紧急路径，并计算遵循紧急路径的紧急引导指令，选择单元接收主引导指令和紧急引导指令，并根据与飞行员驾驶飞行器的能力/失能相关的信息而将主引导指令或紧急引导指令传输到飞行控制器。还提供一种用于引导飞行器的方法。

Description

包括飞行管理架构的飞行器和引导飞行器的方法

技术领域

本发明涉及一种包括飞行管理架构的飞行器以及一种通过所述飞行管理架构来引导飞行器的方法。

背景技术

按照常规，飞行管理架构包括由若干飞行管理系统(FMS)构成的引导链，这些飞行管理系统用于管理飞行计划、计算飞行器的路径、通过考虑给定的度量(时间、距离、燃料消耗等)和飞行器的当前状态(位置、高度、航向、姿态、爬升角等)来遵循飞行计划、并且用于将引导指令传输到飞行控制器以便根据要遵循的路径而控制飞行器操纵面。

在飞行员不能驾驶飞行器的情形下，希望飞行器能够通过遵循引导链的引导指令而被自主导引向改航机场，并使用自主着陆装置着陆到改航机场。

为了计算飞行路径，每个飞行管理系统集成了与飞行器的飞行条件相适配的飞行力学方程以及各种飞行程序(进场等)规定的约束。在极少数情况下，例如，在需要一系列机动的复杂进场程序期间，飞行管理系统会产生异常，比如，路径不适合具体情况或者由于计算的复杂性而出现错误，这些计算是为了在考虑飞行器的当前状态的同时确保机动被组合而实施的。

当飞行员能够驾驶飞行器时，这些异常是没问题的，因为所述飞行员可以识别和解决异常，同时使飞行器保持处于安全飞行条件下。在飞行员不能驾驶飞行器的情形下，这些异常不能确保飞行器朝向改航机场的自主引导的可靠性。

因此，需要克服这个问题，并为飞行器找到一种飞行管理结构，该飞行管理结构确保飞行器在可能软件异常的情况下的引导的可用性和完整性。

发明内容

本发明的目的是解决所有或一些这种需要，并且它涉及一种飞行器，包括具有显示屏和能够由飞行员启用的控制件的驾驶舱、用于与地面操作员通信的装置、用于测量身体能力/失能的单元，所述单元被配置成确定机组人员能够还是不能驾驶所述飞行器并且传输包括与所述飞行员驾驶所述飞行器的能力/失能相关的信息的信号，所述飞行器进一步包括引导航空电子器件，所述引导航空电子器件包括引导架构和飞行控制器，所述引导架构被配置成计算所述飞行器的引导指令，所述飞行控制器能够经由所述飞行员在所述控制件上的动作来启用/停用，并且被配置成根据所述引导指令来驾驶所述飞行器，所述引导架构包括两个不同的引导链和选择单元，所述选择单元连接至所述两个引导链、连接至所述飞行控制器、连接至所述控制件、连接至所述显示屏、并且连接至所述用于测量身体能力/失能的单元以用于接收由所述单元传输的所述信号，被称为主引导链的第一引导链被配置成基于所述飞行器的当前状态和飞行计划而计算所述飞行器朝向目的地机场的主路径，并计算所述飞行器的遵循所述主路径的主引导指令，被称为紧急引导链的第二引导链被配置成基于与所述主路径的公共的路径的初始部分的至少一部分和所述飞行器的当前状态而计算所述飞行器朝向改航机场的紧急路径，并计算所述飞行器的遵循所述紧急路径的紧急引导指令，所述选择单元被配置成接收所述主引导指令和所述紧急引导指令，并根据与所述飞行员驾驶所述飞行器的能力/失能相关的信息而将所述引导指令中的任一个引导指令传输到所述飞行控制器。

根据本发明的引导架构允许：如果机组人员不能驾驶飞行器，那么在确保飞行器A在紧急路径上的引导的可用性和完整性的同时，飞行器被导引到朝向改航机场的紧急路径，因为由紧急引导链实施的软件对于异常是可靠的。不形成本发明的一部分的自主着陆装置的实施方式将允许飞行器A在改航机场着陆。

有利地，所述选择单元被配置成在接收到包括与所述飞行员驾驶所述飞行器的失能相关的信息的信号时，将所述紧急引导指令传输到所述飞行控制器。

有利地，所述选择单元被配置成在接收到由所述主引导链传输并指示所述主引导链有故障的信号时，将所述紧急引导指令传输到所述飞行控制器。

本发明还涉及一种用于引导飞行器的方法，所述飞行器包括具有显示屏和能够由飞行员启用的控制件的驾驶舱、用于与地面操作员通信的装置、用于测量身体能力/失能的单元，所述单元被配置成确定机组人员能够还是不能驾驶所述飞行器并且传输包括与所述飞行员驾驶所述飞行器的能力/失能相关的信息的信号，所述飞行器进一步包括引导航空电子器件，所述引导航空电子器件包括引导架构和飞行控制器，所述引导架构被配置成计算所述飞行器的引导指令，所述飞行控制器能够经由所述飞行员在所述控制件上的动作来启用/停用，并且被配置成根据所述引导指令来驾驶所述飞行器，所述引导架构包括两个不同的引导链和选择单元，所述选择单元连接至所述两个引导链、连接至所述飞行控制器、连接至所述控制件、连接至所述显示屏、并且连接至所述用于测量身体能力/失能的单元以用于接收由所述单元传输的所述信号，所述方法包括：计算主路径的步骤，其中被称为主引导链的第一引导链基于所述飞行器的当前状态和第一飞行计划而计算所述飞行器朝向目的地机场的主路径；计算主引导指令的步骤，其中所述主引导链基于所述主路径而计算主引导指令；计算紧急路径的步骤，其中被称为紧急引导链的第二引导链基于与所述主路径公共的路径的初始部分的至少一部分和所述飞行器的当前状态而计算所述飞行器朝向改航机场的紧急路径；计算紧急引导指令的步骤，其中所述紧急引导链基于在计算所述紧急路径的步骤期间计算的紧急路径而计算所述飞行器的紧急引导指令；由所述选择单元实施的传输步骤，在所述步骤期间，如果由所述用于测量所述身体能力/失能的单元传输的所述信号包括与所述飞行员驾驶所述飞行器的能力相关的信息，那么所述选择单元将所述主引导指令传输到所述飞行控制器，或者如果所述信号包括与所述飞行员驾驶所述飞行器的失能相关的信息，那么所述选择单元将所述紧急引导指令传输到所述飞行控制器，并且如果所述飞行控制器被停用，那么启用所述控制器。

有利地，在计算所述主路径的步骤中，所述主引导链通过将飞行力学方程积分来计算所述主路径。

有利地，在计算所述紧急路径的步骤中，所述主引导链仅使用预定义的线段和/或圆弧来计算所述紧急路径。

有利地，所述飞行员可以经由所述控制件而作用在所述选择单元上，以便在所述选择单元将紧急引导指令传输到所述飞行控制器的情况下，迫使所述选择单元将所述主引导指令传输到所述飞行控制器。

有利地，地面操作员可以经由所述飞行器的通信装置而作用在所述选择单元上，以便在所述选择单元将紧急引导指令传输到所述飞行控制器的情况下，迫使所述选择单元将所述主引导指令传输到所述飞行控制器，并且在替换所述第一飞行计划的同时，向所述将主引导链提供第二飞行计划。

有利地，所述选择单元在接收到由所述主引导链传输并指示所述主引导链有故障的信号时，将所述紧急引导指令传输到所述飞行控制器，并且如果所述飞行控制器被停用，那么启用所述飞行控制器。

有利地，在所述紧急引导链已仅基于公共路径的初始部分的一部分而计算紧急路径的情形下，在计算所述紧急路径的步骤之后的、由所述紧急引导链实施的警告步骤中，所述紧急引导链向所述驾驶舱的屏幕发送信号，以便显示旨在要求飞行员在预定时间内作用在所述控制件上的警告消息，并且仅当飞行员在预定时间内没有反应时，在传输引导指令的步骤中，所述选择单元将所述紧急引导指令从所述紧急引导链传输到所述飞行控制器，并且如果所述飞行控制器被停用，那么启用所述飞行控制器。

附图说明

在阅读以下对实施例的描述之后，将更加清楚地显现本发明的上述特征以及其他特征，所述描述是参照附图提供的，在附图中：

-图1是包括根据本发明的一个实施例的引导架构的飞行器的侧视示意性表示；

-图2是根据本发明的一个实施例的、连接至飞行控制器的引导架构的示意图；

-图3是连接至用于选择图2的引导架构的单元的紧急引导链以及用于特定引导情况的所述链的各个元件之间的相互作用的示意图；

-图4是由图2的引导架构的主引导链实施的各个步骤的逻辑图形式的视图；

-图5是由图2的引导架构的紧急引导链在第一引导情况下实施的各个步骤的逻辑图形式的视图，该视图类似于图4的视图；

-图6是由图3所示的紧急引导链在特定引导情况下实施的各个步骤的逻辑图形式的视图，该视图类似于图5的视图；

-图7是第一情形下飞行器的导航和由图2所示的引导架构计算的路径的示意图；

-图8是图7所展示的第一情形之后的第二情形下的视图，该视图类似于图7的视图；

-图9是图8所展示的第二情形之后的第三情形下的视图，该视图类似于图7的视图；以及

-图10是图9所展示的第三情形之后的第四情形下的视图，该视图类似于图7的视图。

具体实施方式

参照图1至图3，飞行器A装备有多个系统，并且包括机组人员的驾驶舱P。驾驶舱P包括允许飞行员对飞行器A的飞行或飞行器A的系统进行作用的控制件G，以及用于显示来自飞行器的各个系统的信息以引起机组人员注意的多个显示屏D。飞行器系统包括：

-飞行器A的通信装置10，该通信装置包括连接至传输器/接收器10b的一个或多个天线10a，从而允许与地面操作员通信；

-引导航空电子器件20，该引导航空电子器件允许自动启用飞行器A的操纵面，以遵循飞行前准备的飞行计划Pln(由飞行员，或经由通信装置从地面操作员接收)；

-用于测量身体能力/失能的单元30，该单元监测飞行员的身体参数，以便检测机组人员是否能够驾驶飞行器A。

用于测量身体能力/失能的单元30包括：一个或多个传感器(未示出)，例如用于测量飞行员的移动的例如相机类型的传感器，或者布置在飞行员佩戴的手环中的心率传感器；以及中央单元，该中央单元用于基于预先设置并记录在数据库中的逻辑或阈值来解释一个或多个传感器的结果，并且用于根据来自传感器的数据来确定机组人员是能够还是相反不能驾驶飞行器。用于测量身体能力/失能的单元30产生信号S_incap，该信号指示机组人员驾驶飞行器A的能力/失能的状态，即，该信号包括与飞行员驾驶飞行器A的能力或相反的失能有关的信息。

更具体地示出在图2中的引导航空电子器件20包括：

-引导架构40，该引导架构用于计算飞行器A的路径而允许飞行器遵循飞行计划Pln并计算与该路径相关联的引导指令；以及

-飞行控制器50，该飞行控制器接收来自引导架构40的引导指令，以便作用在飞行器A的操纵面上以遵循所计算的路径。

飞行控制器50是目前在飞行器上使用的装置，该装置可以经由控制件G上的动作来启用以便自主地驾驶飞行器A，或者如果飞行员希望手动驾驶飞行器A，则可以被停用。

根据本发明的一个实施例，引导架构40包括被设计成计算引导指令的两个引导链60、70以及用于选择引导链的单元80。

在两个引导链中，被称为主引导链60的第一引导链实施了用于计算飞行器A的主引导指令CONS1的软件，以便遵循飞行器沿着飞行计划Pln的路径。被称为紧急引导链70的第二引导链实施了用于计算飞行器A的紧急引导指令CONS2的软件，以便到达改航机场DIVARP，该改航机场坐标包含在数据库DB中。

这两个引导链是不同的，即，由主引导链60实施的软件不同于由紧急引导链70实施的软件。

选择单元80是中央单元类型，具有处理器、记录数据的存储器、由处理器执行以用于管理一组软件分区以使得选择单元80可以实施特定功能的操作系统、以及与飞行器A的其他系统的物理接口。选择单元80连接至两个引导链60、70、连接至用于测量身体能力/失能的单元30、连接至控制件G、连接至显示屏D、并且连接至飞行控制器50。

选择单元80接收由两个引导链60、70供应的引导指令CONS1、CONS2，并且仅将来自单个引导单元的指令传输到飞行控制器50。

在标称条件下(机组人员能够飞行并且主引导链60操作)，选择单元80仅将主引导指令CONS1从主引导单元60传输到飞行控制器50。如果所述飞行控制器被启用或已经被启用，那么飞行器将根据主引导单元60的主引导指令CONS1来驾驶。

在其他条件下(机组人员不能飞行，或者主引导链60不操作)，选择单元80将紧急引导指令CONS2从紧急引导链70传输到飞行控制器50，并且如果适用，启用飞行控制器50，以便实施所述紧急引导指令CONS2。

机组人员驾驶飞行器的失能被理解为机组人员驾驶飞行器A的身体上的失能，在这种情况下由测量身体能力/失能的单元30确定，该单元发射包括指示机组人员不能驾驶飞行器的信息的信号S_incap；或者是虽然请求指机组人员作出响应而机组人员没有响应(飞行员没有作用在控制件G上)，如下文将解释的。

像紧急引导链70一样，主引导链60包括相同但彼此独立的至少两个飞行管理系统，它们彼此以相同的输入数据同时操作。例如，每个飞行管理系统容纳在若干IMA硬件上(集中模块化航空电子器件是主要在标准ARINC653中描述的架构)。硬件设备包括处理器、记录数据的存储器、由处理器执行以管理一组软件分区以使得相关设备可以实施特定功能的操作系统、与飞行器的各个装置或其它硬件设备的物理接口。

对于每个引导链60、70，所有的飞行管理系统用来自选择单元80的相同输入数据和相同信号执行计算。在任何时候，只有由被称为主动系统的单个飞行管理系统执行的计算的结果用于引导飞行器，而被称为被动系统的其他飞行管理系统的计算的结果未被使用。选择单元80可以为引导链60、70中的每一个选择哪个飞行管理系统是主动系统。换句话说，选择单元80选择引导链60、70中的每一个引导链的飞行管理系统中的任一个飞行管理系统。

在主引导链60上，飞行管理系统实施了软件，该软件执行逻辑功能和操作，从而实施与飞行器A的飞行条件(地形、天气、当前状态)相适配并且视情况与由各种飞行程序(进场等)规定的约束相适配的飞行力学方程。

主引导链60接收飞行器的飞行计划Pln、飞行器的当前状态ACstate(位置、高度、航向、姿态、爬升角等)以及源自飞行器A的各个系统的数据作为输入：即，天气数据Weather(风、风暴体的存在、冰雹等)和地形数据Terrain(起伏)。

如上文所解释，主链60的飞行管理系统中的每一个飞行管理系统包括各自实施了特定功能的若干设备，即：

-主路径计算单元61，该主路径计算单元用于基于飞行计划Pln而实施路径计算功能；

-主路径监测单元62，该主路径监测单元用于实施路径监测功能；

-主引导单元63，该主引导单元用于实施将路径转换成用于飞行控制器50的引导指令的功能；以及

-主引导监测单元64，该主引导监测单元用于实施引导指令监测功能。

主路径计算单元61计算遵循飞行计划Pln从飞行器A的当前状态开始到目的地的路径，该路径由一系列区段(被称为航段)形成，从而允许将起点连接至到达点。每个航段定义了至少一个约束(速度、高度等)，当飞行器在这个航段上飞行时，必须遵守该至少一个约束。由主路径计算单元61计算的路径被称为主路径Tj。主路径Tj的计算包括计算从飞行计划的一个航段到下一个航段的曲线过渡。为了执行此计算，主路径计算单元61将飞行力学方程积分并考虑与航段相关联的约束、飞行器的当前状态、天气数据Weather和地形数据Terrain。当被称为浮动航段的某些航段在空间中不具有固定位置时，由主路径计算单元61执行的计算甚至更加复杂，并且从浮动航段到下一航段的过渡取决于飞行器的当前状态及其性能。

向主路径监测单元62提供主路径Tj。此外，基于飞行器A的当前状态，向紧急引导链70提供主路径Tj的前X分钟(飞行时间)，如下文将解释。举例来说，紧急引导链70接收主路径Tj的前五分钟作为输入。

主路径监测单元62确保主路径Tj有效，即，不呈现任何不连续性和/或与地形(地势)或天气(风暴体、强风区域等的回避)的冲突。此外，路径监测单元62根据飞行器的性能(存储在存储器中)确保飞行器A能够遵循主路径(与飞行器A的性能兼容的转弯半径或下降速率)。

主引导单元63计算飞行器A的当前状态与主路径Tj之间的差异。主引导单元将这些差异转换成引导指令，以便将飞行器A移动到主路径Tj。主引导指令CONS1被发送到选择单元80和主引导监测单元64。

主引导监测单元64在确保所计算的指令将允许飞行器有效地移动到主路径Tj上的同时验证主引导指令CONS1的有效性，即，它们关于主路径Tj与飞行器A的当前状态的一致性。引导指令缺乏有效性指示主动飞行管理系统的软件异常。

紧急引导链70接收飞行器的当前状态ACstate(位置、高度、航向、姿态、爬升角等)以及源自飞行器的各个系统的数据作为输入：即，简化的天气数据FWeather(仅风暴体的存在)和地形数据Terrain(地势)。紧急引导链70的飞行管理系统可以访问改航机场的数据库DB，该数据库由地面操作员更新，并例如在飞行前、在飞行的准备期间经由通信装置10传输到飞行器A。对于每个机场，数据库DB包括：机场的地理位置、自主着陆解决方案、比如可以使用的跑道以及对于这些跑道，进场方式、简化的进场程序。

如上文所解释，紧急引导链70的每个飞行管理系统包括各自实施了特定功能的若干硬件设备，即：

-紧急路径计算单元71，该紧急路径计算单元用于实施用于计算朝向改航机场DIVARPT的路径的功能；

-紧急路径监测单元72，该紧急路径监测单元用于实施路径监测功能；

-备份单元73，该备份单元用于实施路径备份功能并证明所备份的路径有效；

-紧急引导单元74，该紧急引导单元用于将路径转换成用于飞行控制器50的引导指令；

-紧急引导监测单元75，该紧急引导监测单元用于实施引导指令监测功能。

紧急路径计算单元71接收主路径的与主路径Tj的前X分钟(图2中的Xtj)相对应的一部分，并被配置成计算在所述公共路径部分XTj的至少一部分(基于飞行器的当前状态ACstate：公共路径部分的该部分始终以飞机为原点)与最近改航机场DIV ARPT之间的直接路径(被称为紧急路径Sj、Se)。紧急路径Sj、Se继续，直到飞行器A停在所选择的改航机场DIV ARPT的跑道上(根据与飞行器的位置接近准则，或者根据其他信息、比如跑道的性质、机场的天气、飞行器的状态(发动机状态、燃料水平等)和飞行员预选择的跑道，机场由能够访问数据库DB的选择模块(未示出)选择)。

紧急路径Sj、Se和主路径Tj因此具有共同初始部分XTj，如果飞行控制器50使用紧急引导链70的紧急引导指令CONS2而不是主引导链60的主引导指令CONS1，那么该共同初始部分允许提供飞行的平滑过渡。

由紧急路径计算单元71执行的计算不是基于由主引导链60使用的飞行计划Pln(即使当改航机场与飞行计划中最初排定的相同时)，这允许计算以及因此由紧急引导链70的飞行管理系统实施的软件被显著简化。相比之下，紧急路径计算单元71通过寻求在回避直接路线上的任何障碍(地势或风暴体)的同时以直线朝向改航机场DIV ARPT前进来计算紧急路径Sj、Se，而不将飞行力学方程积分。因此，紧急路径计算单元71仅使用直的几何线段和/或预定义的圆弧来计算紧急路径Sj、Se，以回避直接路线上的任何障碍(地势或风暴体)。圆弧是实时计算的，但有保守的假设(例如，低曲率使飞机即使在退化的飞行条件下也可以在圆弧上飞行)。紧急路径Sj、Se仅由直的几何线段和/或预定义的圆弧构成。

紧急路径Sj、Se的计算被频繁地重复，例如，在发送到紧急路径计算单元71的公共路径部分XTj由主路径Tj的前五分钟构成的情况下，每三十秒重复一次。紧急路径Sj、Se的计算可以更频繁地重复，例如，每十秒钟重复一次。

对于每次迭代，新计算的紧急路径Sj、Se被传输到紧急路径监测单元72，该紧急路径监测单元确保紧急路径Sj、Se有效。为此，紧急路径监测单元72确保：

-紧急路径Sj、Se的终点与目标改航机场DIV ARPT的入口之间的一致性；

-紧急路径Sj、Se可以由飞行器根据其能力(特别是燃料水平)和性能(特别是飞行包线)飞行；

-紧急路径Sj、Se没有任何不连续性；

-通过计算来预测飞行器沿着紧急路径Sj、Se的位置，使得飞行器不会有遭遇风暴体或与地势碰撞的风险。

如果紧急路径Sj、Se不满足所有这些条件，则无效。

如果紧急路径监测单元72证明紧急路径Sj、Se有效，那么所述路径被存储在备份单元73中，而不是在前一迭代期间计算的紧急路径Sj、Se的备份。

如果在给定时刻允许到达改航机场DIV ARPT的计算失败若干次(在紧急引导链70不再找到解决方案的情况下)，那么最后证明有效的紧急路径Sj、Se的备份使得能够在最后有效的紧急路径Sj、Se上继续引导。存储在备份单元中的路径SAUV被实时更新，以便使其与飞行器A的当前状态的演变相适配。

备份单元73被配置成通过确保以下各项来确保所存储的紧急路径SAUV的有效性：

-所记录的路径SAUV的终点与目标改航机场DIV ARPT的入口之间的一致性；

-所记录的路径SAUV可以由飞行器根据其能力(特别是燃料水平)和性能(特别是飞行包线)飞行；

-所记录的路径SAUV没有任何不连续性；

-通过计算来预测飞行器沿着所记录的路径SAUV的位置，使得飞行器不会有遭遇风暴体或与地势碰撞的风险；

-所记录的路径SAUV没有过期(即，例如，不是在超过X次迭代之前存储的，其中如果公共路径部分XTj是五分钟并且紧急引导链的迭代是每三十秒一次，则X等于9)。

紧急引导单元74接收备份单元73中记录的最后路径SAUV，并计算飞行器A的当前位置与所述路径之间的差异。紧急引导单元将这些差异转换成紧急引导指令CONS2，以便将飞机移动到所述路径上。紧急引导指令CONS2被发送到选择单元80和紧急引导监测单元75。

紧急引导监测单元75验证所提供的指令与飞行器A的当前状态一致，即，这些指令将允许飞行器有效地移动到紧急路径Sj、Se上。

作为替代实施例(图中未示出)，紧急引导链70的飞行管理系统不包含紧急引导监测单元75，并且由此单元实施的功能由紧急引导链70外部的装置(例如，主计算机，被称为PRIM)实施，并且其所有飞行管理系统都是如此。

将在下文中参照图4至图6来描述引导架构40的操作。

在主引导链60(图4)上，在由主路径计算单元61实施的计算主路径Tj的步骤E1中，计算遵循飞行计划Pln的主路径Tj。

如上文所解释，在证明主路径有效的步骤E2中，主路径监测单元62确保主路径Tj有效。

在主路径Tj无效的情形下，所实施的逻辑取决于已识别问题的紧迫性和性质。实际上，在证明主路径有效的步骤E2之后的确定步骤E3中，主路径监测单元62确定主路径Tj是否：

o在公共路径部分XTj中，不可飞行或展现了不连续或展现了冲突(地形或天气)；

o在公共路径部分XTj之外，不可飞行或展现了不连续或展现了冲突。

A/在主路径Tj在公共路径部分XTj之外展现了冲突或不可飞行或展现了不连续性的情形下，引导在主路径Tj上继续，并且在信息步骤E4中，主路径监测单元62将信号S_avert1发送到驾驶舱P的显示屏D，以便显示用于通知飞行员前方长期冲突的信息消息。在接收到此消息时，飞行员可以作用在控制件G上，以预测和解决冲突。

B/在主路径Tj在公共路径部分XTj中展现了冲突或不可飞行或展现了不连续性的情形下，并且在警告步骤E5中，主路径监测单元62将信号S_status1发送到选择单元80。信号S_status1包括指示主路径Tj在公共路径部分XTj中展现了异常的信息。

在接收到此信号时，并且在切换步骤E6中，选择单元80切换到主引导链60的另一个飞行管理系统。选择单元80将信号S_basc发送到驾驶舱P的屏幕，以用于显示指示飞行管理系统已切换到另一个飞行管理系统的信息消息。

如果主引导链60的另一个或多个飞行管理系统不能够计算出在公共路径部分XTj中未展现出冲突或可飞行或未展现出任何不连续性的主路径Tj(未示出这种情况)，那么主引导链60被描述为有故障/不操作。从主引导链60的所有飞行管理系统接收信号S_status1的选择单元80认为，当所述链的所有飞行管理系统已发送指示主路径Tj在公共路径部分XTj中展现出异常的信号S_status1时，主引导链60有故障。在接收到由最后主动飞行管理系统(其它飞行管理系统已传输这种信号)传输的指示主路径Tj在公共路径部分XTj中展示出异常的信号S_status1时，选择单元80直接切换到紧急引导链70，并且如果飞行控制器50已被停用，那么启用该飞行控制器。选择单元80通过将信号(未示出)发送到显示屏D而通知飞行员切换到紧急引导链，以便显示旨在通知飞行员主引导链不操作的警告消息。

在阅读该消息后，飞行员可以尝试重置主引导链60。由于紧急路径Sj具有与旧主路径Tj共享的至少一个部分，飞行器不会立即改变路径，并且飞行员有时间在飞行器偏离旧路线之前重新加载旧飞行路径并切换回主引导链60。相反，如果飞行员失能(尚未检测到)，那么飞行器继续在紧急路径Sj上飞行。

在主路径Tj有效的情形下，在证明主路径有效的步骤E2之后由主引导单元63实施的计算引导指令的步骤E7中，主引导单元63接收主路径Tj并计算发送到选择单元80和主引导监测单元64的主引导指令CONS1。

在由主引导监测单元64实施的验证引导指令的步骤E8中，所述单元验证飞行器A的主引导指令CONS1的有效性。

如果主引导指令CONS1有效，那么在验证引导指令的步骤E8之后由主引导监测单元64实施的传输主引导指令CONS1的步骤E9中，主引导监测单元64将具有指示指令有效的信息的信号S_ano1发送到选择单元80。

在接收到指示主引导指令CONS1有效的信号S_ano1时由选择单元80实施的传输步骤E10中，如果飞行员没有失能(来自用于测量身体能力/失能的单元30的信号S_incap包括指示飞行员能够飞行的信息)，那么所述单元将主引导指令CONS1从主引导链60传输到飞行控制器50。在飞行员失能的情形下(来自用于测量身体能力/失能的单元30的信号S_incap包括指示飞行员不能飞行的信息)，如果飞行控制器50未被启用，那么选择单元80启用所述控制器，并将紧急引导指令CONS2从紧急引导链70传输到飞行控制器50。

如果主引导指令CONS1无效，那么在警告步骤E11中，主引导监测单元64将信号S_ano1发送到选择单元80。信号S_ano1包括指示主引导指令CONS1无效的信息。

在接收到此信号时，并且在切换步骤E12中，选择单元80切换到主引导链60的另一个飞行管理系统。选择单元80将信号S_basc发送到驾驶舱P的屏幕，以便显示指示飞行管理系统已切换到另一个系统的信息消息。

如果主引导链60的另一个或多个飞行管理系统(在这种情况下未示出)不能够计算出并未在公共路径部分XTj中展现了异常的指令，那么主引导链60被描述为有故障/不操作。从主引导链60的所有飞行管理系统接收信号S_ano1的选择单元80认为，当所述链的所有飞行管理系统已发送指示主引导指令CONS1无效的信号S_ano1时，主引导链60有故障。在接收到由最后主动飞行管理系统(其它飞行管理系统已传输这种信号)传输的指示主引导指令CONS1无效的信号S_ano1时，选择单元80直接切换到紧急引导链70，并且如果飞行控制器50已被停用，则启用该飞行控制器。选择单元80通过将信号(未示出)发送到显示屏D而通知飞行员切换到紧急引导链，以便显示旨在指示飞行员主引导链有故障/不操作的警告消息。

在阅读该消息后，飞行员可以尝试重置主引导链60。由于紧急路径Sj具有与旧主路径Tj共享的至少一个部分，飞行器不会立即改变路径，并且飞行员有时间在飞行器偏离旧路线之前重新加载旧飞行路径并切换回主引导链60。相反，如果飞行员失能(尚未检测到)，那么飞行器继续在紧急路径Sj上飞行。

在由主引导链60执行的计算的同时，在紧急引导链(图5和图6)上：

在由紧急路径计算单元71实施的计算紧急路径的步骤E20中，所述单元基于到达改航机场DIV ARPT的公共路径部分XTj来计算紧急路径Sj。此步骤是针对每个新的迭代而实施的。

可以设想三种情况(图5和图6)：

A/关于图5，紧急路径计算单元71能够基于整个公共路径部分XTj而计算紧急路径Sj(紧急路径计算单元71在公共路径部分XTj中没有检测到冲突或异常)的情况：

由紧急路径计算单元计算的紧急路径Sj被传输到紧急路径监测单元72。在证明紧急路径有效的步骤E21中，所述单元验证由紧急路径计算单元71计算的紧急路径的有效性。

在这种情况下：

-在证明紧急路径Sj有效的步骤E21之后的记录步骤E22中，紧急路径监测单元72将信号S_sauv发送到所述单元的备份单元73，以记录新计算的紧急路径Sj并删除在前一迭代期间计算的所记录的路径SAUV；

-在继续实施直到所记录的路径SAUV被另一个备份覆写的验证步骤E23中，备份单元73验证所备份的路径SAUV的有效性，并将信号S_valid发送到选择单元80，以用于指示所记录的路径SAUV的有效性；

-在验证步骤E23之后由紧急引导单元74实施的计算紧急引导指令的步骤E24中，紧急引导单元74接收记录在备份单元73中的路径SAUV，并计算紧急引导指令CONS2，以便将飞行器A移动到所述路径上。紧急引导指令CONS2也被发送到选择单元80；

-在计算紧急引导指令的步骤E24之后由紧急引导监测单元75实施的验证引导指令的步骤E25中，紧急引导监测单元75验证紧急引导指令CONS2的有效性，即，验证所述指令CONS2是否关于紧急路径Sj与飞行器A的当前状态一致。

如果紧急引导指令CONS2有效：

-在验证引导指令的步骤E25之后由紧急引导监测单元75实施的传输引导指令的步骤E26中，紧急引导监测单元75将信号S_ano2发送到选择单元80。所述信号S_ano2包括指示紧急引导指令CONS2有效的信息，即，在飞行员失能或者主引导链60不操作的情况下，它们可以被传输到飞行控制器50；

-在接收到指示紧急引导指令CONS2有效的信号S_ano2时由选择单元80实施的使用引导指令的后续步骤E27中，如果飞行员失能(接收到指示机组人员失能的信号S_incap)或者如果主引导链60有故障/不操作，那么所述单元将紧急引导指令CONS2从紧急引导链70传输到飞行控制器50(如果需要，由选择单元80在启用之后进行)。

然而，在紧急引导指令CONS2无效的情形下：

-在验证引导指令的步骤E25之后由紧急引导监测单元75实施的警告步骤E28中，所述单元将具有指示紧急引导指令CONS2无效的信息的信号S_ano2发送到选择单元80；

-在警告步骤E28之后由选择单元80实施的切换步骤E29中，选择单元80在接收到信号S_ano2时，认为展现出异常的飞行管理系统的紧急引导指令CONS2无效，并且不考虑主动飞行管理系统的结果。选择单元80使用到目前为止被动的紧急引导链70的另一个飞行管理系统的结果，特别是紧急引导指令CONS2。

在紧急路径Sj被紧急路径监测单元72证明无效的情形下，由于路径具有异常或与地形或风暴体冲突的事实：

o如果由备份单元73发送到选择单元80的信号S_valid指示所记录的路径SAUV有效，那么在发射步骤E21a中，选择单元80接受紧急引导指令CONS2，这些紧急引导指令是基于在前一迭代期间存储的路径SAUV而在当前迭代中计算的指令；

o如果由备份单元73发送到选择单元80的信号S_valid指示所记录的路径SAUV无效，那么在请求步骤E21b中，选择单元80不接受紧急引导指令CONS2，并且将信号S_req发送到紧急路径计算单元71，以用于重新启动具有另一个改航解决方案(例如，不同的改航机场)的紧急路径的计算。

B/图3和图6示出了以下情况：紧急路径计算单元71不能基于整个公共路径部分XTj而计算紧急路径，因为它在公共路径部分XTj中检测到冲突或异常。

紧急路径计算单元71将通过将公共路径部分XTj减小到其一部分来计算被称为回避路径Se的紧急路径，直到冲突消失，并且直到找到朝向改航机场DIV ARPT的紧急路径。公共路径部分无法减少到与由飞行器A实施的用于避免冲突的最终机动兼容的飞行时间(考虑到飞行器的当前状态，约30秒)以下。

在计算紧急路径的步骤E20之后由紧急路径计算单元71实施的警告步骤E30中，紧急路径计算单元71将信号S_avert3发送到驾驶舱P的屏幕D，以便显示旨在向飞行员通知冲突并请求在控制件G上(例如：航向的修改)在预定时间内(考虑到五分钟的公共路径部分XTj和三十秒的用于紧急引导链70的计算迭代，最长四分三十秒)采取动作的警告消息，以便解决冲突。

在警告步骤E30之后由紧急路径计算单元71执行的监测步骤E31中，紧急路径计算单元71通过启用控制件G来验证飞行员已在预定时间内做出反应，以便解决冲突。信号(未示出)由紧急路径计算单元71发送到选择单元80，该信号含有与在预定时间内监测飞行员对来自紧急路径计算单元71的请求的响应相关的信息。

在监测步骤E31运行的同时，在计算紧急路径的步骤E20期间由紧急路径计算单元71计算的回避路径Se被传输到紧急路径监测单元72。在证明回避路径有效的步骤E32中，此单元验证由紧急路径计算单元71计算的回避路径的有效性。

针对回避路径Se在证明回避路径有效的步骤E32之后发生的情况与上文关于图5针对紧急路径Sj在证明紧急路径有效的步骤E21之后描述的相同。

回避路径Se的计算被连续更新持续预定时间，以便考虑飞行器的状态的演变。

备份单元73持续验证所备份的路径SAUV的有效性，并将信号S_valid发送到切换单元80，以指示所记录的路径SAUV的有效性。

在预定时间结束时：

-如果飞行员已在预定时间内做出反应，那么所述飞行员可以作用在飞行器A上以避免冲突，并且在下一迭代期间，紧急路径计算单元71将能够基于整个公共部分XTj而计算紧急路径Sj；

-如果飞行员在预定时间内没有做出反应，那么在传输引导指令的步骤E33中，如果飞行控制器50已被停用，那么选择单元80启用该飞行控制器，并且将由紧急引导单元74计算并由紧急引导监测单元75证明有效且基于记录在备份单元73中并在前一迭代中计算的路径SAUV(如果是回避路径Se)的紧急引导指令CONS2传输到飞行控制器50，因为缺少响应指示机组人员不能快速响应即将发生的冲突。

应注意，在预定时间内，在备份单元73在迭代期间预测下一迭代的所备份的路径SAUV的无效性的情形下，信号S_valid被修改成包含指示路径无效的信息。例如，当所备份的路径将在下一迭代中到期时，备份单元在所述下一迭代中预测所备份的路径SAUV的无效性，因为没有计算回避路径Se的迭代次数将太高(当公共路径部分XTj为五分钟时，从30秒的9次不成功迭代中到期)。

当接收到提示所备用的路径SAUV无效的信号S_valid时，实施了飞行器A的备用解决方案，以使得飞行器A可以在安全条件下到达改航机场DIV ARPT。备份解决方案包括例如通过选择单元80来启用飞行控制器50，并对其传输与所备份的路径SAUV相关联的紧急引导指令CONS2。

C/紧急路径计算单元71完全不能计算紧急路径的情况(图中未示出的情况)。

在前一迭代期间记录的路径SAUV以及在当前迭代中基于所备份的路径SAUV开发的相关联的紧急引导指令CONS2是由紧急引导链70提供的那些，直到下一迭代。如果信号S_valid含有指示路径SAUV有效的信息，那么交换单元80将接受这些指令CONS2。

在信号S_valid含有指示路径SAUV无效的信息的情况下，切换单元80不接受指令CONS2，并且将信号S_req发送到紧急路径计算单元71，以用于重新启动具有另一个改航解决方案(例如，不同的改航机场)的紧急路径的计算。

根据本发明的引导架构40允许：在机组人员不能驾驶飞行器A的情形下，在确保飞行器A在紧急路径上的引导的可用性和完整性的同时，飞行器被引导到朝向改航机场的紧急路径，因为由紧急引导链实施的软件在异常方面是可靠的。不形成本发明的一部分的自主着陆装置的实施方式将允许飞行器A在改航机场着陆。

根据本发明的引导架构40特别适合于旨在由单个飞行员驾驶的飞行器的操作。

作为第二优点，根据本发明的引导架构40允许在检测到主引导链60上的异常的情形下警告飞行员，以使得所述飞行员可以更快地检测和校正异常。

应注意，在飞行员在失能之后再次能够恢复对飞行器A的控制并遵循飞行器的飞行计划Pln的情况下，所述飞行员可以启用飞行控制器50并经由控制件G作用在选择单元80上，以便迫使选择单元80对飞行控制器50传输来自主引导链60的主引导指令CONS1，而不是来自紧急引导链70的紧急引导指令CONS2。

同样，经由通信装置10作用在飞行器A的系统的地面操作员也可以作用在选择单元80上，以便迫使所述单元对飞行控制器50传输来自主引导链60的主引导指令CONS1，而不是来自紧急引导链70的紧急引导指令CONS2。地面操作员可以输入将被主引导链60使用的新的飞行计划，而不是用于编辑将由飞行控制器50实施的主引导指令CONS1的初始飞行计划Pln。

参照图7至图10，将描述根据本发明的引导架构40的操作的示例。在这些图中，飞行器A的飞行计划Pln由虚线区段示意性地示出，这些虚线区段以菱形形式在航路点连接。飞行计划的最后航路点是目的地机场DEST ARPT。在示例中，目的地机场DEST ARPT也是紧急引导链70所考虑的改航机场DIV ARPT。

飞行器A在飞行计划所排定的目的地机场DEST ARPT附近，并在飞行员的动作下，根据空中交通管制员(ATC)的指令，从飞行计划Pln移开，以避开空中交通。飞行器A沿着当前向量以直线飞行，等待空中交通管制的进一步指令。地势M位于飞行器前方，若干分钟路程(图7)。

如果飞行员想要启用飞行控制器50来自主驾驶飞行器A，那么主引导单元60连续计算用于重新加入飞行计划Pln的主路径Tj(未示出)。

每三十秒钟，紧急引导链60计算到达改航机场DIV ARPT的紧急路径Sj，并且此路径Sj被备份。紧急路径Sj具有与当前向量共同的部分(在这种情况下，五分钟)。

在第一迭代(图7)中，紧急引导链计算有效的紧急路径Sj，并且此有效紧急路径Sj被记录在紧急引导链70的主动飞行管理系统的备份单元73中。

在第二迭代(图8)中，紧急引导链70已计算出紧急路径Sj，但是所述路径是无效的，因为它在公共部分(五分钟)中展现了与地势M的冲突。

在紧急路径Sj无效的情况下，选择单元80考虑备份单元73中备份的紧急路径SAUV。

紧急路径计算单元71接着通过将公共部分限制为三十秒(图9中的30秒)的飞行时间来计算回避路径Se，以避免与地势M的冲突。警告消息显示在驾驶舱P的显示屏D上，该警告消息旨在向飞行员通知冲突并请求在控制件G上(例如，航向的改变)在预定时间内(小于四分三十秒)采取动作的警告消息，以便解决冲突。应注意，在预定时间期间，回避路径Se针对三十秒的每个计算循环(迭代)而更新。

在示例中，飞行员在预定时间内没有对警告消息做出反应。在后一迭代(图10)中，飞行控制器50被启用并应用紧急引导单元70的紧急引导指令CONS2。紧急引导指令CONS2基于备份单元73中记录的最后路径SAUV，即，经更新的回避路径Se。回避路径Se允许装备有自主着陆装置的飞行器避开与地形的冲突，并在改航机场DIV ARPT着陆。

Claims (8)

1.一种飞行器(A)，包括具有显示屏(D)和能够由飞行员启用的控制件(G)的驾驶舱(P)、用于与地面操作员通信的装置(10)、用于测量身体能力/失能的单元(30)，所述单元被配置成确定机组人员能够还是不能驾驶所述飞行器(A)并且传输包括与所述飞行员驾驶所述飞行器(A)的能力/失能相关的信息的信号(S_incap)，所述飞行器(A)进一步包括引导航空电子器件(20)，所述引导航空电子器件包括引导架构(40)和飞行控制器(50)，所述引导架构被配置成计算所述飞行器(A)的引导指令(CONS1、CONS2)，所述飞行控制器能够经由所述飞行员在所述控制件(G)上的动作来启用/停用，并且被配置成根据所述引导指令来驾驶所述飞行器，其特征在于，所述引导架构(40)包括两个不同的引导链(60、70)和选择单元(80)，所述选择单元连接至所述两个引导链(60、70)、连接至所述飞行控制器(50)、连接至所述控制件(G)、连接至所述显示屏(D)、并且连接至所述用于测量身体能力/失能的单元(30)以用于接收由所述单元传输的所述信号(S_incap)，被称为主引导链(60)的第一引导链被配置成基于所述飞行器的当前状态(ACstate)和飞行计划(Pln)而计算所述飞行器(A)朝向目的地机场(DEST ARPT)的主路径(Tj)，并计算所述飞行器的遵循所述主路径(Tj)的主引导指令(CONS1)，被称为紧急引导链(70)的第二引导链被配置成基于与所述主路径(Tj)的公共的路径(XTj)的初始部分的至少一部分和所述飞行器的当前状态(ACstate)而计算所述飞行器(A)朝向改航机场(DIV ARPT)的紧急路径(Sj、Se)，并计算所述飞行器的遵循所述紧急路径(Sj、Se)的紧急引导指令(CONS2)，所述选择单元(80)被配置成接收所述主引导指令(CONS1)和所述紧急引导指令(CONS2)，并根据与所述飞行员驾驶所述飞行器的能力/失能相关的信息而将所述引导指令中的任一个引导指令传输到所述飞行控制器(50)。

2.根据权利要求1所述的飞行器(A)，其特征在于，所述选择单元(80)被配置成在接收到包括与所述飞行员驾驶所述飞行器的失能相关的信息的信号(S_incap)时，将所述紧急引导指令(CONS2)传输到所述飞行控制器(50)。

3.根据权利要求2所述的飞行器(A)，其特征在于，所述选择单元(80)被配置成在接收到由所述主引导链(60)传输并指示所述主引导链(60)有故障的信号(S_ano1、S_status1)时，将所述紧急引导指令(CONS2)传输到所述飞行控制器(50)。

4.一种用于引导飞行器(A)的方法，所述飞行器包括具有显示屏(D)和能够由飞行员启用的控制件(G)的驾驶舱(P)、用于与地面操作员通信的装置(10)、用于测量身体能力/失能的单元(30)，所述单元被配置成确定机组人员能够还是不能驾驶所述飞行器(A)并且传输包括与所述飞行员驾驶所述飞行器(A)的能力/失能相关的信息的信号(S_incap)，所述飞行器(A)进一步包括引导航空电子器件(20)，所述引导航空电子器件包括引导架构(40)和飞行控制器(50)，所述引导架构被配置成计算所述飞行器(A)的引导指令(CONS1、CONS2)，所述飞行控制器能够经由所述飞行员在所述控制件(G)上的动作来启用/停用，并且被配置成根据所述引导指令来驾驶所述飞行器，所述引导架构(40)包括两个不同的引导链(60、70)和选择单元(80)，所述选择单元连接至所述两个引导链(60、70)、连接至所述飞行控制器(50)、连接至所述控制件(G)、连接至所述显示屏(D)、并且连接至所述用于测量身体能力/失能的单元(30)以用于接收由所述单元传输的所述信号(S_incap)，所述方法的特征在于，所述方法包括：

-计算主路径(Tj)的步骤(E1)，其中被称为主引导链(60)的第一引导链基于所述飞行器的当前状态(ACstate)和第一飞行计划(Pln)而计算所述飞行器(A)朝向目的地机场(DEST ARPT)的主路径(Tj)；

-计算主引导指令的步骤(E7)，其中所述主引导链(60)基于所述主路径(Tj)而计算所述主引导指令(CONS1)；

-计算所述紧急路径的步骤(E20)，其中被称为紧急引导链(70)的第二引导链基于与所述主路径(Tj)公共的路径(XTj)的初始部分的至少一部分和所述飞行器的当前状态(ACstate)而计算所述飞行器(A)朝向改航机场(DIVARPT)的紧急路径(Sj、Se)；

-计算紧急引导指令的步骤(E24)，其中所述紧急引导链(70)基于在计算所述紧急路径的步骤(E20)期间计算的紧急路径(SAUV)而计算所述飞行器(A)的紧急引导指令(CONS2)；

-由所述选择单元(80)实施的传输步骤(E10)，在所述步骤期间，如果由所述用于测量身体能力/失能的单元(30)传输的所述信号(S_incap)包括与所述飞行员驾驶所述飞行器的能力相关的信息，那么所述选择单元(80)将所述主引导指令(CONS1)传输到所述飞行控制器(50)，或者如果所述信号(S_incap)包括与所述飞行员驾驶所述飞行器的失能相关的信息，那么所述选择单元将所述紧急引导指令(CONS2)传输到所述飞行控制器(50)，并且如果所述飞行控制器(50)被停用，那么启用所述控制器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述计算所述主路径(Tj)的步骤(E1)中，主引导链(60)通过对飞行力学方程进行积分来计算主路径(Tj)。

6.根据权利要求4到5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述计算紧急路径的步骤(E20)中，所述主引导链(60)仅使用预定义的线段和/或圆弧来计算所述紧急路径(Sj，Se)。

7.根据权利要求4到6中任一项所述的方法，其特征在于，所述选择单元(80)在接收到由所述主引导链(60)传输并且指示所述主引导链(60)有故障的信号(S_ano1、S_status1)时，将所述紧急引导指令(CONS2)传输到所述飞行控制器(50)，并且如果所述飞行控制器(50)被停用，那么启用所述控制器。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述紧急引导链(70)已仅基于所述公共路径(XTj)的初始部分的一部分而计算紧急路径(Se)的情形下，在计算所述紧急路径的步骤(E20)之后的、由所述紧急引导链(70)实施的警告步骤(E30)中，所述紧急引导链(70)向所述驾驶舱(P)的屏幕(D)传输信号(S_avert3)，以便显示旨在要求飞行员在预定时间内作用在所述控制件(G)上的警告消息，并且仅当所述飞行员在预定时间内没有反应时，在传输引导指令的步骤(E33)中，所述选择单元(80)将所述紧急引导指令(CONS2)从所述紧急引导链传输到所述飞行控制器(50)，并且如果所述飞行控制器(50)被停用，那么启用所述控制器。

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