CN115019562A - 用于确定和传输斜视能见度范围信息的方法、以及飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定并传输在预定高度下跑道的斜视能见度范围信息的方法，该跑道设置有多个目视跑道参考，该方法包括以下相继的步骤：由第一飞行器采集该飞行器外部和前方的周围场景的图像；分析该图像，以便在该图像中检测目视跑道参考、并测量该飞行器与检测到的跑道参考之间的距离；由第一飞行器向地面站传输斜视能见度范围信息，如果已检测到跑道参考，则该信息包括测量的目视跑道参考与该飞行器之间的距离，或者如果未检测到跑道参考，则该信息包括无法检测到目视跑道参考的信息；由地面站向至少一个飞行中的第二飞行器传输与该跑道相关联的斜视能见度范围信息。本发明还涉及一种飞行器，其包括用于测量斜视能见度范围的值的系统。

Description

用于确定和传输斜视能见度范围信息的方法、以及飞行器
技术领域
本发明涉及一种用于由飞行器确定斜视能见度范围信息并且由地面站向飞行中的飞行器传输斜视能见度范围信息的方法，并且涉及一种包括用于测量斜视能见度范围的系统的飞行器。
背景技术
参考[图1]，希望对空中交通管制ATC为其指定的机场跑道2进行目视进近的飞行器1的飞行员必须在最后进近航段达到预定高度AD(称为决断高度)，使得飞行器前方的最大能见度SVR足以清楚地分辨出目视跑道参考(例如：位于跑道前方的进近照明系统、跑道边界、或甚至跑道的地面标记)并向空中交通管制确认这些目视效果是清晰可见的。
一些事件(诸如有雾或云底P低于决断高度AD)可能会导致飞行员无法在决断高度看到目视跑道参考。飞行器SVR前方的最大能见度在航空学中通常称为斜视能见度范围。
如果飞行员无法在决断高度AD分辨出目视跑道参考，他们可以进行新的着陆尝试，并且如果这被证明是不成功的，则要么寻找到另一个机场的改航解决方案，要么，如果他们有资格进行仪表进近并且飞行器配备了此类进近，则启动通往跑道的仪表进近巡回。这两种替代方案中的每一种不仅延误了已经放弃目视着陆的飞行器的到达时间，而且还影响了周围空中交通的流量。
目前，飞行器1的飞行员在开始目视进近之前没有确切的方法知道他们是否能够在决断高度看到目视跑道参考。然而，为了帮助飞行员预测关于是否开始向跑道进行目视进近的决断，地面站(空中交通管制或另一实体)向飞行器1提供了两个能见度指示，即值云底P的值和跑道能见度范围(RVR)的值，这些值由沿跑道2布置在地面上的光学传感器3(透射仪/测光仪/用于测量跑道信标亮度的设备)网络进行的测量确定。跑道能见度范围RVR的值对应于地面上的操作员可以清楚地区分物体与地面的最大距离。
这些能见度指示足够相关，使得在大多数情况下，如果跑道能见度范围RVR的值和云底值P都大于阈值，则飞行员很有可能能够在决断高度AD清楚地看到目视跑道参考。相比之下，对于特定天气条件，可能会出现的情况是，即使能见度指示良好，飞行员也可能无法在决断高度AD看到目视跑道标志。
这种情况是有害的，因为它们会扰乱空中交通，如上所述。为了避免这种情况，需要用所有天气条件下的经验证信息来充实地面站给出的能见度指示，以便飞行员能够决定是否继续目视进近。
发明内容
本发明的一个目的是完全或部分地解决这种需求。为此，本发明涉及一种用于由飞行器确定在称为决断高度的预定高度下跑道的斜视能见度范围信息并由地面站传输所述信息的方法，所述预定高度是在所述跑道的目视进近规则中限定的，所述跑道设置有放置在地面上的多个目视跑道参考，所述方法包括以下相继的步骤：
-由配备有用于测量所述斜视能见度范围的系统的第一飞行器采集位于所述飞行器外部和前方的周围场景的图像的步骤，所述场景可能包含至少一个目视跑道参考，所述图像是在所述决断高度下进近所述跑道时采集的；
-由所述第一飞行器实施的分析所述图像的步骤，其中，所述用于测量斜视能见度范围的值的系统实施图像处理算法，以便在所述图像中检测目视跑道参考、并测量所述飞行器与每个检测到的跑道参考之间的距离；
-由所述第一飞行器实施的向所述地面站传输与所述跑道相关联的斜视能见度范围信息的步骤，如果已经检测到至少一个跑道参考，则所述信息包括在所述分析步骤中测量的目视跑道参考与所述飞行器之间的距离，或者如果没有检测到跑道参考，则所述信息包括无法检测到目视跑道参考的信息；
-由所述地面站向至少一个飞行中的第二飞行器传输与所述跑道相关联的斜视能见度范围信息的步骤。
本发明还涉及一种飞行器，所述飞行器包括被配置为测量所述飞行器的飞行参数的飞行传感器，所述飞行器包括用于测量斜视能见度范围的值的系统，所述系统包括布置在所述飞行器前部的图像采集系统以及计算设备，所述图像采集系统被配置为采集位于所述飞行器外部和前方的周围场景的图像并生成包括所采集图像的数据的信号，所述场景可能包含至少一个目视跑道参考，所述计算设备在输入端接收由所述图像采集系统生成的所述信号并被配置为实施图像处理算法，以便基于所述信号和所述飞行参数来在所述图像中检测目视跑道参考、并测量所述飞行器与每个检测到的跑道参考之间的距离。
附图说明
在阅读以下对一个示例性实施例的描述之后，本发明的上述特征以及其他特征将变得更加清楚，所述描述参考附图给出，在附图中：
[图1]是飞行器向机场跑道进行目视进近的示意图；
[图2]是根据本发明的配备有用于测量斜视能见度范围的值的系统的飞行器的示意图；
[图3]是装配到[图2]所示的飞行器的用于测量斜视能见度范围的值的系统的示意图；
[图4]是根据本发明的示出了用于确定跑道的斜视能见度范围信息并由地面站传输该信息的方法的步骤的示意图。
具体实施方式
根据本发明并参考[图2]，至少一个飞行器10被配备为测量跑道2的斜视能见度范围SVR的值。使用当着陆在跑道2上时已经测量了跑道的斜视能见度范围SVR的值的这样的飞行器10，然后使得地面站可以将该斜视能见度范围信息传输给希望使用目视进近着陆在跑道2上的其他飞行器。
被配备为测量跑道的斜视能见度范围SVR的值的飞行器10包括现有技术中已知的并且装配到所有飞行器的元件。这些已知的元件为：
-驾驶舱11，位于飞行器10的前部，包含(图中未示出的)人机界面、显示屏和扬声器；
-通信装置12，用于在飞行器10与飞行器外部的实体(即其他飞行器或地面站)之间交换信号。通信装置12包括可能补充有数据链路设备的无线电通信设备(例如UHF或VHF)；
-飞行传感器13，被配置为测量飞行器10的飞行参数(滚转、姿态、俯仰、速度等)，
-定位系统14(诸如惯性单元和/或GPS/GLONASS/GALILEO卫星定位装置)，被配置为确定飞行器10的当前位置(地理位置和高度)；
-飞行管理系统15，收集来自飞行传感器13、定位系统14的数据以及飞行器的飞行员经由人机界面提供的指令，以确保按照飞行计划到达飞行员决定着陆的目的地跑道。飞行管理系统15至少包括计算机和存储器单元(未示出)，该存储器单元存储飞行器10的飞行计划以及关于机场及其跑道(尤其是跑道的位置和取向)的数据。飞行管理系统15还连接到显示屏以便向飞行员显示导航信息。
应当注意的是，当飞行员希望向机场进行目视进近时，飞行员会联系空中交通管制ATC，从而请求授权以飞行员希望的进近类型(例如，目视进近VOR-DME)着陆于机场。空中交通管制ATC如果授权着陆，则表明跑道2正在服务中。飞行员经由人机界面向飞行管理系统15指示跑道2以便引导飞行器朝向跑道2，并且还指示与该跑道相关联的决断高度AD，该决断高度是飞行员通过阅读该跑道的目视进近规则而获得的，这些目视进近规则包含在供他支配的分类器或触摸屏平板计算机中。当飞行器10飞越朝向跑道2进近的最后航段时，并且在越过决断高度AD时，飞行管理系统15经由位于驾驶舱中的扬声器发出声音警报“MINIMUM”以引起飞行员的注意，告诉他已经越过了决断高度AD。
根据本发明的飞行器10还包括用于测量跑道的斜视能见度范围的值的系统16。用于测量跑道的斜视能见度范围的值的系统16连接到传感器13、飞行管理系统15，并且连接到通信装置12以便将斜视能见度范围SVR信息传输到地面站。
参考[图3]，用于测量跑道的斜视能见度范围的值的系统16包括图像采集系统20和计算设备21，该计算设备是具有处理器和存储器(未示出)的中央处理单元。
图像采集系统20包括与光学成像系统20a相关联的矩阵光学传感器20b。
图像采集系统20位于飞行器10的前部，要么在飞行器外部(在这种情况下，它被布置在飞行器的机头上，或者在机翼的前部(也就是说在机翼的前缘上或附近))，要么在飞行器内部(在这种情况下，它被布置在飞行器的驾驶舱11中)。图像采集系统20被配置为采集位于飞行器10外部和前方的周围场景的图像，所述场景可能包含至少一个目视跑道参考。光学传感器20b生成包括所采集图像的数据的信号。
光学成像系统20a耦合到光学传感器20b，并且包括至少一个折射透镜，例如物镜-目镜系统。
图像采集系统20的特征被选择为使得其具有与正视人眼的检测能力相似的检测能力，以及具有与坐在驾驶舱中的飞行员座位上的飞行员相同的视野。
因此：
-图像采集系统20具有宽阔的视野；
-图像采集系统20的视线(垂直于光学传感器20b的平面)与飞行器10的水平面H基本上平行定向。该视线优选地与飞行器的中间纵向平面V基本上平行定向；
-图像采集系统20具有大的景深，以便在焦平面两侧的宽阔区域内采集清晰的图像；
-光学传感器20b具有可见光谱(400至750nm)的光谱敏感度，并且其分辨率适合于分辨位于1km距离处、高度为几十厘米(例如30cm)的物体。
计算设备21在输入端接收由图像采集系统20生成的信号并实施图像处理算法，以便基于所述信号来在图像中检测目视跑道参考、并测量飞行器10与每个检测到的跑道参考之间的距离。
具体地，通过目标检测算法使用存储在计算设备21的存储器中的目视跑道参考模型库来在图像中检测目视跑道参考(例如：进近坡道上的灯、跑道边界上的灯、跑道边界、接地区域等)。使用了一种执行时间很快(不到一秒)的算法。该算法例如基于Viola和Jones方法，或者是YOLO、SSD甚至是Fast R-CNN算法。
通过实施使用以下各项作为输入数据的距离测量算法来测量在图像中检测到的目视参考与飞行器10之间的距离：
-由飞行传感器13提供的飞行参数(飞行器的高度，飞行器的俯仰角，即，飞行器的水平面H与被认为是平坦的地面之间的角度)，
-光学传感器20b的视场，其是存储在计算设备21的存储器中的不变数据，
-图像中光学目视参考与图像中心之间的距离。
将在下面参考[图4]来描述用于由配备有用于测量跑道的斜视能见度范围的值的系统16的飞行器确定与跑道2相关联的斜视能见度范围信息并由地面站传输该信息的方法。
在准备朝向跑道2目视进近时实施的初步动作步骤EP中，被配备为测量斜视能见度范围16的值的飞行器10的飞行员指示已由空中交通管制ATC指配给他的跑道2和与跑道2相关联的决断高度AD两者作为飞行管理系统15的参数，以供飞行员考虑进近。输入这两项信息将激活用于测量斜视能见度范围的值的系统16。
在称为采集步骤的第一步骤E1中，用于测量斜视能见度范围的值的系统16采集位于飞行器10外部的周围场景的图像，所述场景可能包含至少一个目视跑道参考。当飞行器10在朝向跑道2的最后进近航段上并且处于决断高度AD时，飞行管理系统15将命令采集图像。
在称为分析步骤的第二步骤E2中，用于测量斜视能见度范围的值的系统16实施图像处理算法，以便在图像中检测目视跑道参考、并测量飞行器10与每个检测到的跑道参考之间的距离。
在该分析步骤E2结束时，用于测量斜视能见度范围的值的系统16生成包括斜视能见度范围信息的信号，该信息是：
-斜视能见度范围SVR的值，如果已经在图像中检测到单个跑道参考，则该值是跑道参考与飞行器10之间的距离；或者如果已经在图像中检测到多个跑道参考，则该值是在跑道参考与飞行器10之间测量的最大距离，
-无法检测到目视跑道参考的信息。
在分析步骤E2之后，并且在称为传输步骤的步骤E3中，飞行器10经由通信装置12传输包括斜视能见度范围信息的信号。地面站例如是空中交通管制ATC或自动终端信息服务ATIS广播站，其允许飞行员接收与ATIS站相关联的机场的跑道的实时信息。
在传输步骤E3之后，并且在传输步骤E4中，地面站向飞行中的一个或多个飞行器传输信号，该一个或多个飞行器的通信装置被设置为地面站的频率。该信号包括斜视能见度范围信息。
飞行器的通信装置接收到的信号要么被驾驶舱中的扬声器转录成声音，要么被转录为显示在驾驶舱中的屏幕上的信息的形式。
如果地面站是空中交通管制，则该信号优选地不仅包括斜视能见度范围信息，还包括云底P的值和跑道能见度范围RVR的值。
本发明使得可以用决断高度AD下的斜视能见度范围信息来充实已经由地面站提供给飞行员的两个能见度指示。
利用与跑道相关联的斜视能见度范围信息，飞行员就有了可靠的附加能见度指示，以使他们能够决定是否可以向跑道2进行目视进近。
由于飞行器将配备如上所述的用于测量斜视能见度值的系统16，因此该信息将随着频繁更新而更加可靠。因此，在配备有如上所述的用于测量斜视能见度值的系统16的飞行器的每次着陆时，实施如上所述的方法。
在任何情况下，也就是说，无论在搜索步骤E1中是否能够检测到跑道参考，传输步骤E4优选地仅在传输步骤E3之后的预定持续时间内实施，以便考虑到能见度的任何有利变化。该持续时间例如是10分钟。在该持续时间之后，地面站不再传输由飞行器10确定的能见度范围信息。
如果地面站是空中交通管制ATC，并且为了不使通信负担过重，空中交通管制仅将斜视能见度范围信息传输到其已为之指定跑道作为目视进近的着陆跑道的飞行器。

Claims (9)

1.一种用于由飞行器确定在称为决断高度的预定高度下跑道(2)的斜视能见度范围(SVR)信息并由地面站(ATIS，ATC)传输所述信息的方法，所述预定高度是在所述跑道的目视进近规则中限定的，所述跑道(2)设置有放置在地面上的多个目视跑道参考，其特征在于，所述方法包括以下相继的步骤：
-由配备有用于测量所述斜视能见度范围的系统(16)的第一飞行器(10)采集(E1)位于所述飞行器(10)外部和前方的周围场景的图像的步骤，所述场景可能包含至少一个目视跑道参考，所述图像是在所述决断高度(AD)下进近所述跑道时采集的；
-由所述第一飞行器(10)实施的分析(E2)所述图像的步骤，其中，所述用于测量斜视能见度范围的值的系统(16)实施图像处理算法，以便在所述图像中检测目视跑道参考、并测量所述飞行器(10)与每个检测到的跑道参考之间的距离；
-由所述第一飞行器(10)实施的向所述地面站(ATIS，ATC)传输(E3)与所述跑道相关联的斜视能见度范围信息的步骤，如果已经检测到至少一个跑道参考，则所述信息包括在所述分析步骤(E2)中测量的目视跑道参考与所述飞行器之间的距离，或者如果没有检测到跑道参考，则所述信息包括无法检测到目视跑道参考的信息；
-由所述地面站(ATIS，ATC)向至少一个飞行中的第二飞行器传输(E4)与所述跑道相关联的斜视能见度范围信息的步骤。
2.根据权利要求1所述的用于确定和传输斜视能见度范围信息的方法，其特征在于，如果在所述图像中检测到多个跑道参考，则所述斜视能见度范围信息包括在跑道参考与所述飞行器(10)之间测量的最大距离。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的用于确定和传输斜视能见度范围信息的的方法，其特征在于，所述传输步骤(E4)仅在实施了所述传输步骤(E3)之后开始的预定时间内实施。
4.一种飞行器(10)，包括被配置为测量所述飞行器(10)的飞行参数的飞行传感器(13)，其特征在于，所述飞行器包括用于测量斜视能见度范围的值的系统(16)，所述系统包括布置在所述飞行器前部的图像采集系统(20)以及计算设备(21)，所述图像采集系统(20)被配置为采集位于所述飞行器(10)外部和前方的周围场景的图像并生成包括所采集图像的数据的信号，所述场景可能包含至少一个目视跑道参考，所述计算设备(21)在输入端接收由所述图像采集系统(20)生成的所述信号并被配置为实施图像处理算法，以便基于所述信号和所述飞行参数来在所述图像中检测目视跑道参考、并测量所述飞行器(10)与每个检测到的跑道参考之间的距离。
5.根据权利要求4所述的飞行器(10)，其特征在于，所述图像采集系统(20)包括具有可见光敏感度的矩阵光学传感器(20b)。
6.根据权利要求5所述的飞行器(10)，其特征在于，所述图像采集系统(20)包括与所述矩阵光学传感器(20b)相关联的光学成像系统(20a)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的飞行器，其特征在于，所述图像采集系统(20)具有与所述飞行器(10)的水平面(H)平行定向的视线。
8.根据权利要求7所述的飞行器，其特征在于，所述图像采集系统(20)具有与所述飞行器的中间纵向面(V)平行定向的视线。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的飞行器，所述飞行器(10)包括驾驶舱(11)，其特征在于，所述图像采集系统(20)被定位在所述飞行器的驾驶舱(11)中。
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