CN115113641A - 在空域系统中支持飞行器的飞行操作 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在空域系统中支持飞行器的飞行操作。提供了一种在空域系统中支持飞行器的飞行操作的方法。所述方法包括访问指示描述通过空域系统所述飞行器被授权行进的计划路线的许可的飞行计划。将所述许可应用于机载导航数据库，以将所述许可映射到由所述飞行器遵循的程序的程序航段序列，所述程序航段序列包括定位点序列并且指示程序航段的航段类型。受限于所述许可和所述程序的规则和约束，根据所述程序航段序列，来确定所述飞行器的地面轨迹和竖直引导。根据所述地面轨迹和所述竖直引导来生成遵循所述计划路线的所述飞行器的三维轨迹，并且输出该3D轨迹以用在飞行器的引导、导航或控制中。

Description

在空域系统中支持飞行器的飞行操作

技术领域

本公开总体上涉及机器人技术，并且具体地涉及诸如自主或半自主载具的自主机器人的设计、构造、操作和使用中的一者或更多者。

背景技术

许多现代机器人和其它机器被设计成以增加的自主性来操作，并且较少依赖于训练有素的操作者来安全地操作。这些现代机器人中的一些是有人操纵的，而另一些是无人操纵的。具体地，各种无人驾驶载具包括无人驾驶地面车辆(UGV)、无人驾驶飞行器(UAV)、无人驾驶水面艇(USV：unmanned surface vehicle)、无人驾驶水下航行器(UUV)、无人驾驶航天器等。近年来，无人驾驶载具的使用已经增长，并且这些无人驾驶载具被用于广泛的应用中，包括军事和民用。

机器人学领域的一个焦点是自主性的改进，其通常包括机器人操作的多个示例。机器人操作的这些示例包括给定机器人的自动控制以支持远程人工控制。另一示例是优化系统(和相关方法)，以确定对于给定的机器人或机器人组，作业应当如何被排序和/或分配。机器人操作的又一示例是自动、实时或接近实时的数据处理，以及支持自动路线规划、任务执行和其它活动的开发。

尽管有进步，现有的自主系统通常被配置成仅处理这些活动的一个示例，从而将其底层自主算法和软件架构的设计集中在狭窄的任务集上。这限制了现有自主系统的可扩展性，因为它们没有很好地装备以支持向自主系统添加新模块。此外，现有的自主系统可以或可以不被构造成通过参数化来快速适应新平台。

因此，期望有一种系统和方法，该系统和方法考虑到些上述问题中的至少一些问题以及其它可能的问题。

发明内容

本公开的示例实现方式支持机器人的飞行操作，并且特别是飞行器在由空中导航服务提供商(ANSP)服务的空域系统中的飞行操作。示例实现方式为飞行器生成遵循ANSP授权的计划路线的轨迹以及在空域系统中时飞行器受到的规则和约束。示例实现方式可以接受被编码为文本或可以从语音转换成文本的并且采用飞行员、空中交通控制器和参与空域系统的其它人员可以理解的人类可读格式的飞行计划和类似指令。

因此，本公开包括但不限于以下示例实现方式。

一些实例实现方式提供一种在空域系统中支持飞行器的飞行操作的方法，所述方法包括以下步骤：访问描述所述飞行器的建议飞行的飞行计划，所述飞行计划指示描述通过所述空域系统所述飞行器被ANSP授权行进的计划路线的许可(clearance)；将所述许可应用于机载导航数据库，以将所述许可映射到由所述ANSP限定的程序的程序航段序列，所述程序航段序列包括定位点序列并且指示航段类型，所述航段类型中的每个航段类型通过飞行路径的类型和该类型的飞行路径的终点的类型来描述；受限于所述许可和所述程序的规则和约束，根据包括所述定位点序列和所述航段类型的所述程序航段序列，来确定所述飞行器的地面轨迹和竖直引导；根据所述地面轨迹和所述竖直引导来生成遵循所述计划路线的所述飞行器的三维(3D)轨迹；以及输出所述3D轨迹以用在所述飞行器的引导、导航和控制中的至少一者中。

在任一前述示例实现方式或任何前述示例实现方式的任何组合的方法的一些示例实现方式中，确定所述地面轨的步骤包括以下步骤：生成简单程序航段序列，其中，航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段被扩展成航段类型不包括转弯的程序子航段序列；以及根据所述简单程序航段序列来确定所述地面轨迹。

在任一前述示例实现方式或任何前述示例实现方式的任何组合的方法的一些示例实现方式中，生成所述简单程序航段序列的步骤以下步骤：访问状态数据，所述状态数据描述所述飞行器在航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段的定位点处的起始位置、速度和航向；以及将所述程序航段扩展成包括根据所述起始位置、速度和航向所确定的相应定位点序列的所述程序子航段序列。

在任一前述示例实现方式或任何前述示例实现方式的任何组合的方法的一些示例实现方式中，确定所述地面轨迹的步骤包括以下步骤：识别所述飞行器在所述简单程序航段序列中的定位点处的起始位置以及所述飞行器的一个或更多个目标高度、速度和竖直速度；以及将所述起始位置以及所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用于所述飞行器的运动学模型以确定所述地面轨迹。

在任一前述示例实现方式或任何前述示例实现方式的任何组合的方法的一些示例实现方式中，所确定的地面轨迹被表示为由通过参考椭球上的测地线或弧线中的一个或更多个测地线或弧线互连的起始位置组成的路径。

在任一前述示例实现方式或任何前述示例实现方式的任何组合的方法的一些示例实现方式中，确定所述竖直引导的步骤包括以下步骤：确定所述飞行器在所述地面轨迹上的一个或更多个标称(notional)高度、速度和竖直速度；将所述一个或更多个标称高度、速度和竖直速度应用于所述飞行器的运动学模型，以确定一个或更多个目标高度、速度和竖直速度，根据所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度来确定所述竖直引导。

在任一前述示例实现方式或任何前述示例实现方式的任何组合的方法的一些示例实现方式中，确定所述竖直引导的步骤进一步包括以下步骤：识别所述飞行器在所述程序航段序列中的定位点处的起始位置、速度和航向；以及将所述起始位置、速度和航向以及所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用于所述运动学模型，以将所述竖直引导确定成沿着所述地面轨迹的可达高度和速度。

一些实例实现方式提供一种在由ANSP服务的空域系统中用于支持飞行器的飞行操作的装置，所述装置包括：存储器，所述存储器存储有计算机可读程序代码；以及处理电路，所述处理电路被配置成访问所述存储器，并且执行所述计算机可读程序代码以使所述装置至少执行任一前述示例实现方式或任何前述示例实现方式的任何组合的方法。

一些实例实现方式提供一种在由ANSP服务的空域系统中用于支持飞行器的飞行操作的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质是非暂时性的并且存储有计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码响应于由处理电路执行而使装置至少执行任一前述示例实现方式或任何前述示例实现方式的任何组合的方法。

通过阅读下面的具体实施方式以及附图，本公开的这些和其它特征、示例和优点将变得明显，这些附图在下面简要描述。本公开包括本公开中阐述的两个、三个、四个或更多个特征或元件的任何组合，而不管这些特征或元件是否在本文描述的特定示例实现方式中明确地组合或以其它方式列举。本公开旨在被整体地阅读，使得在其任何实例和实例实现方式中，本公开的任何可分离的特征或元件应被视为可组合的，除非本公开的上下文另外清楚地指明。

因此，应当理解，提供该发明内容仅是为了概述一些示例实现方式，以便提供对本公开的一些示例的基本理解。因此，应当理解，上述示例实现方式仅是示例，而不应当被解释为以任何方式缩小本公开的范围或精神。通过结合附图的以下具体实施方式，其它示例实现、示例和优点将变得显而易见，附图通过示例的方式例示了一些所描述的示例实现方式的原理。

附图说明

已经如此概括地描述了本公开的示例实现方式，现在将参考附图，附图不必按比例绘制，并且其中：

图1例示了可以受益于本公开的示例实现方式的一种类型的机器人，即，无人驾驶飞行器；

图2例示了根据一些示例实现方式的系统；

图3更具体地例示了根据一些示例实现方式的任务管理系统(MMS)；

图4是根据一些示例实现方式的可以由MMS的一个或更多个子系统实现的服务的图；

图5是根据一些示例实现方式的包括可以由空域系统规划器服务执行以生成三维(3D)轨迹的操作的操作框图；

图6A、图6B和图6C分别例示了根据一些示例实现方式的程序航段、程序航段到子航段的扩展以及程序航段的地面轨迹；

图7例示了包括图6C中所示的地面轨迹的飞行计划的程序航段序列的地面轨迹；

图8例示了根据一些示例实现方式的作为沿着图7的地面轨迹可达到的高度和速度的竖直引导；

图9A、图9B、图9C和图9D是例示了根据示例实现方式的在由ANSP服务的空域系统中支持飞行器的飞行操作的方法中的各个步骤的流程图；以及

图10例示了根据一些示例实现方式的装置。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的一些实现方式，在附图中示出了本公开的一些而非全部实现方式。实际上，本公开的各种实现方式可以以许多不同的形式来实施，并且不应当被解释为限于本文阐述的实现方式；相反，提供这些示例实现方式使得本公开将是全面和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。相同的附图标记始终表示相同的元件。

除非另有说明或从上下文清楚地看出，对第一、第二等的引用不应被解释成暗示特定的顺序。描述为在另一特征上方(除非另有说明或从上下文清楚地看出)的特征可以替代地在下方，且反之亦然；类似地，描述为在其它特征的左侧的特征可以替代地在右侧，且反之亦然。此外，尽管本文可以参考定量测量、值、几何关系等，除非另有说明，否则这些中的任一者或更多者(如果不是全部的话)可以是绝对的或近似的，以说明可能发生的可接受的变化，诸如由于工程公差等引起的变化。

如本文所使用的，除非另有说明或从上下文中清楚地看出，否则一组操作数的“或”是“包含性的或”，并且因此当且仅当一个或更多个操作数为真时为真，这与当所有操作数为真时为假的“排他性的或”相反。因此，例如，如果[A]为真，或如果[B]为真，或如果[A]和[B]二者为真，则“[A]或[B]”为真。此外，冠词“一”和“一个”意指“一个或更多个”，除非另有说明或从上下文清楚地指示单数形式。此外，应当理解，除非另有说明，否则术语“数据”、“内容”、“数字内容”、“信息”和类似术语有时可以互换使用。

本公开的示例实现方式总体上涉及机器人技术，并且具体地涉及机器人的设计、构造、操作或使用中的一者或更多者。如本文所使用的，机器人是被设计和配置成在其环境中执行操纵的机器。机器人可以是有人操纵的或无人操纵的。机器人可以是完全人控制的，或者机器人可以是半自主的或自主的，其中，至少一些操纵独立于人为干预或以最小的人为干预来执行。在一些示例中，机器人可以在具有各种人控制量的各种模式下操作。

被设计和配置成飞行的机器人有时可以被称为空中机器人、飞行器、飞机等。被设计和可配置成以至少一定水平的自主性操作的机器人有时可以被称为自主机器人，或者在自主机器人也被设计和可配置成飞行的情况下被称为自主空中机器人、自主飞行器或自主飞机。合适的机器人的示例包括有氧机器人、安卓机器人、自动机器、自主载具、爆炸物处理机器人、六足机器人、工业机器人、昆虫机器人、微机器人、纳米机器人、军事机器人、移动机器人、漫游机器人(rover)、服务机器人、手术机器人、步行机器人等。其它示例包括各种无人驾驶载具，包括无人驾驶地面车辆(UGV)、无人驾驶飞行器(UAV)、无人驾驶水面艇(USV)、无人驾驶水下航行器(UUV)、无人驾驶航天器等。这些可以包括主汽车、飞机、火车、工业车辆、执行中心机器人、供应链机器人、机器人车辆、扫雷器等。

图1例示了可以受益于本公开的示例实现方式的一种类型的机器人或更具体地飞行器，即UAV 100。如图所示，UAV通常包括机身102、在机身中部从UAV的相对侧延伸的机翼104以及在机身后端的尾翼或尾部组件106。尾部组件包括竖直稳定器108和从UAV的相对侧延伸的两个水平稳定器110。旋翼112和114分别安装到尾部组件的端部和机翼，用于在飞行期间提升和推进UAV。

图2例示了根据本公开的一些示例实现方式的系统200。该系统可以包括用于执行一个或更多个功能或操作的多个不同子系统(每个子系统是单独的系统)中的任一子系统。如图所示，在一些示例中，系统包括控制站202和一个或更多个机器人，诸如一个或更多个飞行器204(例如，一个或更多个UAV 100)。控制站提供用于与一个或更多个飞行器通信或控制一个或更多个飞行器的设施，诸如通过直接的有线或无线数据链路或者跨一个或更多个网络206。在一些示例中，控制站可以是地面站，并且不是在所有情况下控制飞行器。在这点上，控制站可以被配置成监测飞行器。控制站可以启动任务，但是控制站可以不控制飞行器进行操纵。此时，控制站可以启用或提供软件功能的分布式网络/服务器。

飞行器204包括实现成载具管理系统(VMS)208和任务管理系统(MMS)210的机器人管理系统(RMS)。RMS是被配置成管理机器人的子系统和其它部件的机器人专用子系统，并且VMS是用于诸如飞行器的载具的特定RMS实现方式。这些子系统和其它部件包括例如操纵控制器、起落架、机载环境系统、电气、气动和液压系统、通信系统、导航系统以及用于控制机器人的操作和操纵的其它子系统和部件。RMS/VMS被配置成接受诸如航路点和/或转向命令的操纵命令，并控制机器人/飞行器遵循这些操纵命令。

MMS 210是被配置成管理飞行器204的任务的子系统。任务是飞行器(一个或更多个飞行器)用于实现一个或更多个任务目标的部署。任务可以被分解成飞行器的具有可选的传感器和/或效应器调度的操纵，并且MMS可以执行作业以管理飞行器来执行具有特定参数和能力的操纵。MMS 210包括将传感器数据处理为态势感知、为飞行器(或多个飞行器)规划作业、与团队协调以指配作业、执行指配的作业的子系统。MMS还被配置成与VMS 208接口连接，并且在一些示例中与控制站202接口连接。尽管MMS被示出在飞行器上，但是MMS可以替代地在控制站处；或者在一些示例中，MMS可以分布在飞行器与控制站之间。

在一些示例中，MMS 210提供具有开放系统架构标准并且被参数化以允许快速扩展和重新应用于包括飞行器204的各种机器人的完整的端到端自主架构。MMS的灵活性使运营商能够将其编码一次，但在任何地方应用它。因此，MMS实际上可以应用于应用自主或受益于自主的任何机器人。MMS可以包括可适用于各种机器人的自适应自主架构，包括上述的那些机器人。因此，MMS的益处不仅在于具体内容，而且在于架构的具体细节、其子例程以及这些子例程与支持MMS对各种域的快速可扩展性和适应性的其它系统/设备之间的接口。

图3更具体地例示了根据本公开的一些示例实现方式的MMS 210。该MMS可以包括用于执行一个或更多个功能或操作的多个不同子系统(每个子系统是单独的系统)中的任一子系统。如图所示，在一些示例中，MMS包括接口子系统302、态势感知子系统304、任务规划子系统306、任务协调子系统308和任务执行子系统310。如上所述，在一些示例中，MMS的子系统可以在飞行器204上、在控制站202处或分布在飞行器与控制站之间。在MMS分布在飞行器与控制站之间的示例中，子系统可以被配置成彼此直接通信、通过通信总线312或者跨网络206彼此通信。

子系统使飞行器204的MMS 210能够与系统200接口连接、执行态势感知、规划包括多个作业的任务、协调多个任务并从而使任务与其它飞行器204协调、并且执行任务。例如，MMS可以使用接口子系统302来与飞行器、VMS 208、控制站202和/或其它飞行器上的各种传感器接口连接。MMS可以使用态势感知子系统304来获取传感器数据并保持对飞行器正在操作的环境的状态的感知。MMS可以使用任务规划子系统306来规划包括多个作业或与多个作业相关联的任务，并且该任务可以包括参与规则、策略和对操作的其它约束。MMS同样可以使用任务规划子系统来动态地重新规划任务，其中，在执行任务时实时或接近实时地对任务进行改变。MMS可以使用任务协调子系统308来协调任务的多个作业与其它飞行器和用户，其中，所商定的作业然后可以由MMS使用任务执行子系统310来执行。

根据本公开的一些示例实现方式，MMS 210的子系统中的各个子系统被配置成实现各种软件功能或多个软件功能(有时称为服务)以执行它们各自的功能。图4是可以由MMS的一个或更多个子系统实现的服务400的图。如图所示，服务可以包括任务管理器402服务和作业管理器404服务，作业管理器404服务可以由任务执行子系统310实现。任务管理器服务通常被配置成识别包括所选择作业的标称序列的任务，这些作业可以被执行以使飞行器204执行操纵来实现任务目标。在一些示例中，从任务数据406识别任务。并且在这些示例中的一些示例中，任务管理器服务被配置成访问任务的任务数据，并且根据任务数据来执行所选择的作业。

如图所示，服务400包括路线服务408和空域系统(AS)规划器410服务。路线服务通常被配置成生成任务的飞行计划，该任务的飞行计划在一些示例中被编码成文本。飞行计划描述了飞行器204的建议飞行，建议飞行指示诸如仪表飞行规则(IFR)许可之类的许可，该许可描述了通过空域系统飞行器204被空中导航服务提供商(ANSP)授权行进的计划路线。这些许可可以由ANSP限定，并且包括管理飞行的规则和规定，诸如在IFR的情况下通过参考仪表，或者在可视飞行规则(VFR)的情况下通过参考外部可视提示。

空域系统由ANSP服务，并且包括用于对空域进行导航的空域、基础设施和规则、规定等。ANSP通常是提供空中导航服务并管理组织、区域或国家的空中交通的公共或私有实体。美国ANSP的一个示例是联邦航空管理局(FAA)。合适的空域系统的示例包括由FAA服务的国家空域系统(NAS)和新的NextGen系统。

合适飞行计划的一个示例可以包括以下：“TANER TANER.CURLY3 ABQ.R08-YRW08KABQ”。该示例飞行计划指定了跑道(08)上的航线中航路点(TANER)、到进场程序(CURLY3)的过渡、到进近程序(R(简称RNAV)，Y)的命名分支(ABQ)的过渡。飞行计划还指示跑道(RW08)和目的地机场(KABQ)。

AS规划器410服务通常被配置成生成飞行器204的三维(3D)轨迹，其遵循由飞行计划指示的规划路线。图5是根据一些示例实现方式的包括可以由AS规划器服务执行以生成3D轨迹的操作的操作框图500。

根据一些示例实现方式，AS规划器410服务被配置成访问指示诸如IFR许可之类的许可的飞行计划，并将许可应用于机载导航数据库412，以将许可映射到诸如由ANSP限定的IFR程序之类的程序的程序航段序列，以在建议飞行期间由飞行器遵循，如框502和504所示。机载导航数据库412可以以多种不同的方式来格式化，诸如根据由航空无线电公司公布的ARINC 424导航系统数据库标准。

程序中的每个程序包括具有可应用规则和约束的一个或更多个预定操作。这些规则和约束可以包括针对飞行器204的安全飞行操作而设计的那些规则和约束，诸如与间隔、许可、高度(例如，最小偏离航线高度、最小安全高度)、速度、竖直速度等相关的那些规则和约束。合适的程序的示例包括终端区程序、离场程序(例如，标准仪表离场程序-SID)、进场程序(例如，标准终端进场路线(STAR)、进近程序等。进近程序又可以链接到丢失的进近程序(missed approach procedure)。

程序航段序列包括定位点(position fix)序列并且指示航段类型，该航段类型中的每个航段类型通过飞行路径类型和该类型的飞行路径的终点的类型来描述。定位点可以是或包括基于地面的导航辅助设备(NAVAID)、航路点或通过参考一个或更多个无线电NAVAID来限定的。飞行路径的类型描述了飞行器如何操纵到终点(例如，航向、轨迹、航线)，并且终点的类型描述了使飞行器切换到下一个程序航段的事件或条件(例如，定位、高度、截距)。特别地，ARINC 424标准通过它们的飞行路径和终止点限定了23个航段类型，以诸如用于“航线到定位点”的“CF”的双字母代码编码。

如框506所示，AS规划器410服务被配置成受限于诸如上述那些的许可(例如，IFR许可)和程序(例如，IFR程序)的规则和约束，根据包括定位点序列和航段类型的程序航段序列，来确定飞行器204的地面轨迹和竖直引导。AS规划器服务可以以多种不同方式中的任一方式来确定地面轨迹和竖直引导。AS规划器服务可以以深度矢量化的方式操作，其中，可以跨程序航段并行地评估程序航段序列的地面轨迹和竖直引导，以提高性能。在迭代过程中，自洽性可以管理航段指导(leg-wise)的暂停标准，以确保飞行路径在适当的考虑下相互令人满意。

在一些示例中，地面轨迹的生成可以包括AS规划器410服务被配置成生成简单程序航段序列，AS规划器服务被配置成根据该简单程序航段序列来确定地面轨迹，如框508和510所示。这种简单程序航段序列包括以下这种程序航段的序列：其中，航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段被扩展成航段类型不包括转弯的程序子航段序列。包括一个或更多个转弯的航段类型可以包括具有诸如转弯半径、圆弧、程序转弯、保持等的飞行路径类型的那些航段类型。具有这些和其它类似航段类型的程序航段可以被扩展成具有以下航段类型的子航段：所述航段类型例如是具有诸如航线、航向等的飞行路径类型的那些航段类型。子航段的序列可以等同于程序航段。任何飞越定位点都可以转换成等效的飞越定位点。

在一些进一步的示例中，扩展程序航段包括AS规划器410服务被配置成访问状态数据，所述状态数据描述飞行器204在航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段的定位点处的起始位置、速度和航向。AS规划器服务然后被配置成将程序航段扩展成包括根据起始位置、速度和航向所确定的相应定位点序列的程序子航段序列。图6A例示了具有一个或更多个转弯的泪珠形保持定位点(HF)航段类型的示例程序航段600，并且图6B例示了将示例程序航段扩展成四个子航段602A、602B、602C和602D。

在一些示例中，AS规划器410服务被配置成识别飞行器204在简单程序航段序列中的定位点处的起始位置以及飞行器的一个或更多个目标高度、速度和竖直速度。AS规划器服务然后被配置成将起始位置以及一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用于飞行器的运动学模型以确定地面轨迹。

地面轨迹可以以多种不同的方式表示。在一些示例中，地面轨迹可以由近似地球的图的参考椭球上的测地线表示。地面轨迹遵守飞行器204的速度相关转弯半径、大地高度等。在交点处终止的任何程序航段可以使用几何学来转换成定位点；并且可以使用飞行器的运动学模型将终止于高度处的任何位置转换成定位点。图6C例示了图6A所示的示例程序航段的地面轨迹604。并且图7例示了包括图6C中所示的地面轨迹的飞行计划的程序航段序列的地面轨迹700。

在一些示例中，针对竖直引导，AS规划器410服务被配置成确定飞行器204在地面航迹上的一个或更多个标称高度、速度和竖直速度，如框512所示。在这些示例中的一些示例中，AS规划器服务被配置成将一个或更多个标称高度、速度和竖直速度应用于飞行器的运动学模型，以确定一个或更多个目标高度、速度和竖直速度，根据该一个或更多个目标高度、速度和竖直速度来确定竖直引导，如框514所示。运动模型可以是或包括二维(横向、高度)的能量物理模型。运动学模型可以考虑飞行器的限制，诸如其燃料效率、质量、飞行动力学等。目标高度、速度和竖直速度可以通过受约束的二次优化来确定，该二次优化可以被表示为在程序航段的恒定持续时间下的分析函数。在优化中，可以自洽地更新程序航段的持续时间直到收敛为止。优化可以是多维的和同时的，并且结合了与目标偏离标称值的量成比例的惩罚(penalized)(包括随着飞行器接近着陆而逐渐惩罚的与高度的偏离)。

在一些进一步的示例中，AS规划器410服务被配置成识别飞行器204在程序航段序列中的定位点处的起始位置、速度和航向。在这些示例中的一些示例中，AS规划器服务被配置成将起始位置、速度和航向以及一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用于运动学模型，以将竖直引导确定成沿着地面轨迹的可达高度和速度，如框516所示。

在一些示例中，AS规划器410服务被配置成迭代地确定飞行器204的可达高度和速度。在这点上，可达高度和速度最初可以是不连续的，但是在确定可达高度和速度的多次迭代中朝向连续性收敛。图8例示了用于图7所示的地面轨迹700的示例竖直引导800。如图所示，竖直引导被表示为沿着地面轨迹的可达高度802和速度804。

不管确定地面轨迹和竖直引导的确切方式如何，AS规划器410服务被配置成根据地面轨迹和竖直引导生成遵循计划路线的飞行器204的三维(3D)轨迹，如框518所示。3D轨迹可以以多种不同的方式表示，诸如以地面轨迹和竖直引导的某种组合(例如，地面轨迹700和竖直引导800)表示。AS规划器服务然后被配置成输出3D轨迹，以用在飞行器的引导、导航和控制中的至少一者中。这可以包括MMS 210被配置成向VMS 208发送一个或更多个操纵命令，以控制飞行器跟随操纵命令，从而行进3D轨迹。

在一些示例中，可以调用AS规划器410服务来更新飞行器204的3D轨迹，其中，在执行任务时实时或接近实时地对3D轨迹进行改变。在这点上，飞行器可以从控制站202或诸如空中交通管制(ATC)设施之类的另一设施接收指令。这些指令可以响应于交通或其它条件，诸如空域中的天气条件，并且可以发出这些指令以维护诸如上述那些的规则和约束。还可以发出指令来为飞行器创建禁飞区。指令可以以类似于飞行计划的方式来编码。指令可以作为文本接收，或者口头地接收，在这种口头地接收的情况下，MMS 210可以通过语音识别来转换成文本。

图9A、图9B、图9C和图9D是例示了根据本公开的各种示例实现方式的在空域系统中支持飞行器204的飞行操作的方法900中的各个步骤的流程图。如图9A的框902所示，该方法包括访问编码成文本的飞行计划，该飞行计划描述飞行器的建议飞行(通过空域系统)，飞行计划指示描述通过空域系统飞行器被空中导航服务提供商(ANSP)授权行进的计划路线的许可。如框904所示，该方法包括将该许可应用于机载导航数据库412，以将该许可映射到由ANSP限定的程序的程序航段序列，该程序航段序列在建议飞行期间由飞行器遵循。程序航段序列包括定位点序列并且指示航段类型，该航段类型中的每个航段类型通过飞行路径类型和该类型的飞行路径的终点的类型来描述。

如框906所示，方法900包括受限于许可和程序的规则和约束，根据包括定位点序列和航段类型的程序航段序列，来确定飞行器204的地面轨迹和竖直引导。如框908所示，该方法包括根据地面轨迹和竖直引导来生成遵循计划路线的飞行器的三维(3D)轨迹。并且如框910所示，该方法包括输出3D轨迹以用在飞行器的引导、导航和控制中的至少一者中。

在一些示例中，如图9B的框912所示，在框906处确定地面轨迹的步骤包括生成简单程序航段序列，其中，航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段被扩展成航段类型不包括转弯的程序子航段序列。在这些示例中的一些示例中，如框914所示，该方法包括根据简单程序航段序列来确定地面轨迹。

在一些进一步的示例中，如框916所示，在框912处生成简单程序航段序列包括访问状态数据，该状态数据描述飞行器204在航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段的定位点处的起始位置、速度和航向。在这些示例中的一些示例中，如框918所示，将程序航段扩展成包括根据起始位置、速度和航向所确定的相应定位点序列的程序子航段序列。

在一些示例中，如图9C的框920所示，在框906处确定地面轨迹的步骤包括识别飞行器204在简单程序航段序列中的定位点处的起始位置、飞行器的一个或更多个目标高度、速度和竖直速度。在这些示例中的一些示例中，如框922所示，将起始位置以及一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用于飞行器的运动学模型以确定地面轨迹。在一些进一步的示例中，所确定的地面轨迹被表示为由通过参考椭球上的测地线或弧线中的一个或更多个测地线或弧线互连的起始位置组成的路径。

在一些示例中，如图9D的框924所示，在框906处确定竖直引导的步骤包括确定飞行器204在地面航迹上的一个或更多个标称高度、速度和竖直速度。在这些示例中的一些示例中，如框926所示，方法900包括将一个或更多个标称高度、速度和竖直速度应用于飞行器的运动学模型，以确定一个或更多个目标高度、速度和竖直速度，根据该一个或更多个目标高度、速度和竖直速度来确定竖直引导。在一些进一步的示例中，如928处所示，识别飞行器在程序航段序列中的定位点处的起始位置、速度和航向。如框930所示，然后将起始位置、速度和航向以及一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用于运动学模型，以将竖直引导确定成沿着地面轨迹的可达高度和速度。

根据本公开的示例实现方式，MMS 210及其子系统(包括接口子系统302、态势感知子系统304、任务计划子系统306、任务协调子系统308和任务执行子系统310)可以通过各种装置来实现。用于实现MMS及其子系统的装置可以包括硬件，单独地或者在来自计算机可读存储介质的一个或更多个计算机程序的指导下。在一些示例中，一个或更多个装置可以被配置成用作或以其它方式实现本文示出和描述的MMS及其子系统。在涉及多于一个装置的示例中，各装置可以以多种不同的方式彼此连接或以其它方式通信，诸如直接地或经由有线或无线网络间接地等。

图10例示了根据本公开的一些示例实现方式的装置1000。通常，本公开的示例性实现方式的装置可以包括、包含或实施在一个或更多个固定或便携式电子设备中。该装置可以包括多个部件中的每个部件中的一个或更多个部件，例如连接到存储器1004(例如存储设备)的处理电路1002(例如处理器单元)。

处理电路1002可以由单独的一个或更多个处理器或者一个或更多个处理器与一个或更多个存储器的组合组成。处理电路通常是能够处理信息(例如数据、计算机程序和/或其它合适的电子信息)的任何计算机硬件。处理电路由电子电路的集合组成，其中一些电子电路可以被封装成集成电路或多个互连的集成电路(有时更通常称为“芯片”的集成电路)。处理电路可以被配置成执行计算机程序，该计算机程序可以存储在处理电路上或以其它方式存储在(相同或另一装置的)存储器1004中。

处理电路1002可以是多个处理器、多核处理器或某种其它类型的处理器，这取决于特定的实现方式。此外，处理电路可以使用多个异构处理器系统来实现，其中，主处理器与一个或更多个次级处理器一起存在于单个芯片上。作为另一例示性示例，处理电路可以是包含相同类型的多个处理器的对称多处理器系统。在又一示例中，处理电路可以被实施成或以其它方式包括一个或更多个ASIC、FPGA等。因此，虽然处理电路可以能够执行计算机程序以执行一个或更多个功能，但是各种示例的处理电路可以能够执行一个或更多个功能而无需计算机程序的帮助。在任一情况下，处理电路可以被适当地编程以执行根据本公开的示例实现方式的功能或操作。

存储器1004通常是能够在临时基础上和/或永久基础上存储诸如数据、计算机程序(例如，计算机可读程序代码1006)和/或其它合适信息之类的信息的任一件计算机硬件。存储器可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器，并且可以是固定的或可移除的。合适的存储器的示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、闪存存储器、拇指驱动器、可移动计算机磁盘、光盘、磁带或上述的某种组合。光盘可以包括压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、压缩盘-读/写(CD-R/W)、DVD等。在各种情况下，存储器可以被称为计算机可读存储介质。计算机可读存储介质是能够存储信息的非暂时性设备，并且可与诸如能够将信息从一个位置携带到另一位置的电子暂时性信号之类的计算机可读传输介质区分开。本文描述的计算机可读介质通常可以指计算机可读存储介质或计算机可读传输介质。

除了存储器1004之外，处理电路1002还可以连接到用于显示、发送和/或接收信息的一个或更多个接口。接口可以包括通信接口1008(例如，通信单元)和/或一个或更多个用户接口。通信接口可以被配置成例如向其它装置、网络等发送信息和/或从其它装置、网络等接收信息。通信接口可以被配置成通过物理(有线)和/或无线通信链路发送和/或接收信息。合适的通信接口的示例包括网络接口控制器(NIC)、无线NIC(WNIC)等。

用户接口可以包括显示器1010和/或一个或更多个用户输入接口1012(例如，输入/输出单元)。显示器可以被配置成向用户呈现或以其它方式显示信息，其合适的示例包括液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、等离子体显示面板(PDP)等。用户输入接口可以是有线或无线的，并且可以被配置成将来自用户的信息接收到装置中，诸如用于处理、存储和/或显示。用户输入接口的合适示例包括麦克风、图像或视频拍摄设备、键盘或小键盘、操纵杆、触敏表面(与触摸屏分离或集成到触摸屏中)、生物测定传感器等。用户接口还可以包括用于与诸如打印机、扫描仪等外围设备通信的一个或更多个接口。

如上所述，程序代码指令可以存储在存储器中，并由由此被编程的处理电路执行，以实现本文描述的系统、子系统、工具及其相应元件的功能。可以理解，任何合适的程序代码指令可以从计算机可读存储介质加载到计算机或其它可编程装置上，以产生特定机器，使得该特定机器成为用于实现本文指定的功能的装置。这些程序代码指令还可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以指示计算机、处理电路或其它可编程装置以特定方式起作用，从而生成特定机器或特定制品。存储在计算机可读存储介质中的指令可以产生制品，其中，该制品成为用于实现本文描述的功能的装置。程序代码指令可以从计算机可读存储介质取回并加载到计算机、处理电路或其它可编程装置中，以配置计算机、处理电路或其它可编程装置来执行要在计算机、处理电路或其它可编程装置上或者由计算机、处理电路或其它可编程装置执行的操作。

可以顺序地执行程序代码指令的取回、加载和执行，使得一次取回、加载和执行一个指令。在一些示例实现方式中，可以并行地执行取回、加载和/或执行，使得多个指令被一起取回、加载和/或执行。程序代码指令的执行可以产生计算机实现的处理，使得由计算机、处理电路或其它可编程装置执行的指令提供用于实现本文描述的功能的操作。

由处理电路执行指令或者将指令存储在计算机可读存储介质中支持用于执行指定功能的操作的组合。以这种方式，装置1000可以包括处理电路1002和联接到处理电路的计算机可读存储介质或存储器1004，其中，处理电路被配置成执行存储在存储器中的计算机可读程序代码1006。还应当理解，一个或更多个功能以及功能的组合可以由执行指定功能的基于专用硬件的计算机系统和/或处理电路、或者专用硬件和程序代码指令的组合来实现。

受益于以上描述和相关附图中呈现的教导，本公开所属领域的技术人员将想到本文阐述的本公开的许多变型和其它实现方式。因此，应当理解，本公开不限于所公开的特定实现方式，并且变型和其它实现方式旨在被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前面的描述和相关附图在元素和/或功能的某些示例组合的上下文中描述了示例实现方式，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以通过另选实现方式来提供元素和/或功能的不同组合。在这点上，例如，如可以在一些所附权利要求中阐述的，还考虑了与以上明确描述的要素和/或功能不同的要素和/或功能的组合。尽管本文采用了特定的术语，但是它们仅用于一般的和描述性的意义，而不是为了限制的目的。

本公开包括以下条款中描述的主题：

条款1.一种在空域系统中支持飞行器(204)飞行操作的装置(1000)，所述装置包括：

存储器(1004)，所述存储器被配置成存储计算机可读程序代码(1006)；以及

处理电路(1002)，所述处理电路被配置成访问所述存储器，并且执行所述计算机可读程序代码以使所述装置至少执行以下操作：

访问(902)描述所述飞行器的建议飞行的飞行计划，所述飞行计划指示描述通过所述空域系统所述飞行器被空中导航服务提供商ANSP授权行进的计划路线的许可；

将所述许可应用(904)于机载导航数据库，以将所述许可映射到由所述ANSP限定的程序的程序航段序列，所述程序航段序列包括定位点序列并且指示航段类型，所述航段类型中的每个航段类型通过飞行路径的类型和该类型的飞行路径的终点的类型来描述；

受限于所述许可和所述程序的规则和约束，根据包括所述定位点序列和所述航段类型的所述程序航段序列，来确定(906)所述飞行器的地面轨迹和竖直引导；

根据所述地面轨迹和所述竖直引导来生成(908)遵循所述计划路线的所述飞行器的三维3D轨迹；以及

输出(910)所述3D轨迹以用在所述飞行器的引导、导航和控制中的至少一者中。

条款2.根据条款1所述的装置(1000)，其中，使所述装置确定(906)所述地面轨迹的操作包括使所述装置执行以下操作：

生成(912)简单程序航段序列，其中，航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段被扩展成航段类型不包括转弯的程序子航段序列；以及

根据所述简单程序航段序列来确定(914)所述地面轨迹。

条款3.根据条款2所述的装置(1000)，其中，使所述装置生成(912)所述简单程序航段序列的操作包括使所述装置执行以下操作：

访问(916)状态数据，所述状态数据描述所述飞行器(204)在航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段的定位点处的起始位置、速度和航向；以及

将所述程序航段扩展(918)成包括根据所述起始位置、速度和航向所确定的相应定位点序列的所述程序子航段序列。

条款4.根据条款2或3所述的装置(1000)，其中，使所述装置确定(906)所述地面轨迹的操作包括使所述装置执行以下操作：

识别(920)所述飞行器(204)在所述简单程序航段序列中的定位点处的起始位置以及所述飞行器的一个或更多个目标高度、速度和竖直速度；以及

将所述起始位置以及所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用(922)于所述飞行器的运动学模型以确定所述地面轨迹。

条款5.根据条款4所述的装置(1000)，其中，所确定的所述地面轨迹被表示为由通过参考椭球上的测地线或弧线中的一个或更多个测地线或弧线互连的所述起始位置组成的路径。

条款6.根据前述条款中任一项所述的装置(1000)，其中，使所述装置确定(906)所述竖直引导的操作包括使所述装置执行以下操作：

确定(924)所述飞行器(204)在所述地面轨迹上的一个或更多个标称高度、速度和竖直速度；以及

将所述一个或更多个标称高度、速度和竖直速度应用(926)于所述飞行器的运动学模型，以确定一个或更多个目标高度、速度和竖直速度，根据所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度来确定所述竖直引导。

条款7.根据条款6所述的装置(1000)，其中，使所述装置确定(906)所述竖直引导的操作包括进一步使所述装置执行以下操作：

识别(928)所述飞行器(204)在所述程序航段序列中的定位点处的起始位置、速度和航向；以及

将所述起始位置、速度和航向以及所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用(930)于所述运动学模型，以将所述竖直引导确定成沿着所述地面轨迹的可达高度和速度。

条款8.一种在空域系统中支持飞行器(204)的飞行操作的方法(900)，所述方法包括以下步骤：

访问(902)描述所述飞行器的建议飞行的飞行计划，所述飞行计划指示描述通过所述空域系统所述飞行器被空中导航服务提供商ANSP授权行进的计划路线的许可；

将所述许可应用(904)于机载导航数据库，以将所述许可映射到由所述ANSP限定的程序的程序航段序列，所述程序航段序列包括定位点序列并且指示航段类型，所述航段类型中的每个航段类型通过飞行路径的类型和该类型的飞行路径的终点的类型来描述；

受限于所述许可和所述程序的规则和约束，根据包括所述定位点序列和所述航段类型的所述程序航段序列，来确定(906)所述飞行器的地面轨迹和竖直引导；

根据所述地面轨迹和所述竖直引导来生成(908)遵循所述计划路线的所述飞行器的三维3D轨迹；以及

输出(910)所述3D轨迹以用在所述飞行器的引导、导航和控制中的至少一者中。

条款9.根据条款8所述的方法(900)，其中，确定(906)所述地面轨迹的步骤包括以下步骤：

生成(912)简单程序航段序列，其中，航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段被扩展成航段类型不包括转弯的程序子航段序列；以及

根据所述简单程序航段序列来确定(914)所述地面轨迹。

条款10.根据条款9所述的方法(900)，其中，生成(912)所述简单程序航段序列的步骤包括以下步骤：

访问(916)状态数据，所述状态数据描述所述飞行器(204)在航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段的定位点处的起始位置、速度和航向；以及

将所述程序航段扩展(918)成包括根据所述起始位置、速度和航向所确定的相应定位点序列的所述程序子航段序列。

条款11.根据条款9或10所述的方法(900)，其中，确定(906)所述地面轨迹的步骤包括以下步骤：

识别(920)所述飞行器(204)在所述简单程序航段序列中的定位点处的起始位置以及所述飞行器的一个或更多个目标高度、速度和竖直速度；以及

将所述起始位置以及所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用(922)于所述飞行器的运动学模型以确定所述地面轨迹。

条款12.根据条款11所述的方法(900)，其中，所确定的所述地面轨迹被表示为由通过参考椭球上的测地线或弧线中的一个或更多个测地线或弧线互连的所述起始位置组成的路径。

条款13.根据条款8至12中任一项所述的方法(900)，其中，确定(906)所述竖直引导的步骤包括以下步骤：

确定(924)所述飞行器(204)在所述地面轨迹上的一个或更多个标称高度、速度和竖直速度；以及

将所述一个或更多个标称高度、速度和竖直速度应用(926)于所述飞行器的运动学模型，以确定一个或更多个目标高度、速度和竖直速度，根据所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度来确定所述竖直引导。

条款14.根据条款13所述的方法(900)，其中，确定(906)所述竖直引导的步骤进一步包括以下步骤：

识别(928)所述飞行器(204)在所述程序航段序列中的定位点处的起始位置、速度和航向；以及

将所述起始位置、速度和航向以及所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用(930)于所述运动学模型，以将所述竖直引导确定成沿着所述地面轨迹的可达高度和速度。

条款15.一种在空域系统中支持飞行器(204)的飞行操作的计算机可读存储介质(1004)，所述计算机可读存储介质是非暂时性的并且存储有计算机可读程序代码(1006)，所述计算机可读程序代码响应于由处理电路(1002)执行而使装置(1000)至少执行以下步骤：

访问(902)描述所述飞行器的建议飞行的飞行计划，所述飞行计划指示描述通过所述空域系统所述飞行器被空中导航服务提供商ANSP授权行进的计划路线的许可；

将所述许可应用(904)于机载导航数据库，以将所述许可映射到由所述ANSP限定的程序的程序航段序列，所述程序航段序列包括定位点序列并且指示航段类型，所述航段类型中的每个航段类型通过飞行路径的类型和该类型的飞行路径的终点的类型来描述；

受限于所述许可和所述程序的规则和约束，根据包括所述定位点序列和所述航段类型的所述程序航段序列，来确定(906)所述飞行器的地面轨迹和竖直引导；

根据所述地面轨迹和所述竖直引导来生成(908)遵循所述计划路线的所述飞行器的三维3D轨迹；以及

输出(910)所述3D轨迹以用在所述飞行器的引导、导航和控制中的至少一者中。

条款16.根据条款15所述的计算机可读存储介质(1004)，其中，使所述装置确定(906)所述地面轨迹的步骤包括使所述装置执行以下步骤：

生成(912)简单程序航段序列，其中，航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段被扩展成航段类型不包括转弯的程序子航段序列；以及

根据所述简单程序航段序列来确定(914)所述地面轨迹。

条款17.根据条款16所述的计算机可读存储介质(1004)，其中，使所述装置生成(912)所述简单程序航段序列的步骤包括使所述装置执行以下步骤：

访问(916)状态数据，所述状态数据描述所述飞行器(204)在航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段的定位点处的起始位置、速度和航向；以及

将所述程序航段扩展(918)成包括根据所述起始位置、速度和航向所确定的相应定位点序列的所述程序子航段序列。

条款18.根据条款16或17所述的计算机可读存储介质(1004)，其中，使所述装置确定(906)所述地面轨迹的步骤包括使所述装置执行以下步骤：

识别(920)所述飞行器(204)在所述简单程序航段序列中的定位点处的起始位置以及所述飞行器的一个或更多个目标高度、速度和竖直速度；以及

将所述起始位置以及所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用(922)于所述飞行器的运动学模型以确定所述地面轨迹。

条款19.根据条款18所述的计算机可读存储介质(1004)，其中，所确定的所述地面轨迹被表示为由通过参考椭球上的测地线或弧线中的一个或更多个测地线或弧线互连的所述起始位置组成的路径。

条款20.根据条款15至19中任一项所述的计算机可读存储介质(1004)，其中，使所述装置确定(906)所述竖直引导的步骤包括使所述装置执行以下步骤：

确定(924)所述飞行器(204)在所述地面轨迹上的一个或更多个标称高度、速度和竖直速度；以及

将所述一个或更多个标称高度、速度和竖直速度应用(926)于所述飞行器的运动学模型，以确定一个或更多个目标高度、速度和竖直速度，根据所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度来确定所述竖直引导。

条款21.根据条款20所述的计算机可读存储介质(1004)，其中，使所述装置确定(906)所述竖直引导的步骤包括进一步使所述装置执行以下步骤：

识别(928)所述飞行器(204)在所述程序航段序列中的定位点处的起始位置、速度和航向；以及

将所述起始位置、速度和航向以及所述一个或更多个目标高度、速度和竖直速度应用(930)于所述运动学模型，以将所述竖直引导确定成沿着所述地面轨迹的可达高度和速度。

Claims (10)

1.一种在空域系统中支持飞行器(204)的飞行操作的装置(1000)，所述装置包括：

存储器(1004)，所述存储器被配置成存储计算机可读程序代码(1006)；以及

处理电路(1002)，所述处理电路被配置成访问所述存储器，并且执行所述计算机可读程序代码以使所述装置至少执行以下操作：

访问(902)飞行计划，所述飞行计划描述了所述飞行器的建议飞行，所述飞行计划指示描述通过所述空域系统所述飞行器被空中导航服务提供商ANSP授权行进的计划路线的许可；

将所述许可应用(904)于机载导航数据库，以将所述许可映射到由所述ANSP限定的程序的程序航段序列，所述程序航段序列包括定位点序列并且指示航段类型，所述航段类型中的每个航段类型通过飞行路径的类型和该类型的飞行路径的终点的类型来描述；

受限于所述许可和所述程序的规则和约束，根据包括所述定位点序列和所述航段类型的所述程序航段序列，来确定(906)所述飞行器的地面轨迹和竖直引导；

根据所述地面轨迹和所述竖直引导来生成(908)遵循所述计划路线的所述飞行器的三维3D轨迹；以及

输出(910)所述3D轨迹以用在所述飞行器的引导、导航和控制中的至少一者中。

2.根据权利要求1所述的装置(1000)，其中，使所述装置确定(906)所述地面轨迹的操作包括使所述装置执行以下操作：

生成(912)简单程序航段序列，在所述简单程序航段序列中，航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段被扩展成航段类型不包括转弯的程序子航段序列；以及

根据所述简单程序航段序列来确定(914)所述地面轨迹。

3.根据权利要求2所述的装置(1000)，其中，使所述装置生成(912)所述简单程序航段序列的操作包括使所述装置执行以下操作：

访问(916)状态数据，所述状态数据描述所述飞行器(204)在所述航段类型包括所述一个或更多个转弯的程序航段的定位点处的起始位置、速度和航向；以及

将所述程序航段扩展(918)成包括根据所述起始位置、所述速度和所述航向所确定的相应定位点序列的程序子航段序列。

4.根据权利要求2所述的装置(1000)，其中，使所述装置确定(906)所述地面轨迹的操作包括使所述装置执行以下操作：

识别(920)所述飞行器(204)在所述简单程序航段序列中的定位点处的起始位置以及所述飞行器的一个或更多个目标高度、速度和竖直速度；以及

将所述起始位置以及所述一个或更多个目标高度、所述速度和所述竖直速度应用(922)于所述飞行器的运动学模型以确定所述地面轨迹。

5.根据权利要求4所述的装置(1000)，其中，所确定的所述地面轨迹被表示为通过参考椭球上的测地线或弧线中的一个或更多个测地线或弧线互连的由所述起始位置组成的路径。

6.根据权利要求1所述的装置(1000)，其中，使所述装置确定(906)所述竖直引导的操作包括使所述装置执行以下操作：

确定(924)所述飞行器(204)在所述地面轨迹上的一个或更多个标称高度、速度和竖直速度；以及

将所述一个或更多个标称高度、所述速度和所述竖直速度应用(926)于所述飞行器的运动学模型，以确定一个或更多个目标高度、速度和竖直速度，根据所述一个或更多个目标高度、所述速度和所述竖直速度来确定所述竖直引导。

7.一种在空域系统中支持飞行器(204)的飞行操作的方法(900)，所述方法包括以下步骤：

访问(902)描述所述飞行器的建议飞行的飞行计划，所述飞行计划指示描述通过所述空域系统所述飞行器被空中导航服务提供商ANSP授权行进的计划路线的许可；

将所述许可应用(904)于机载导航数据库，以将所述许可映射到由所述ANSP限定的程序的程序航段序列，所述程序航段序列包括定位点序列并且指示航段类型，所述航段类型中的每个航段类型通过飞行路径的类型和该类型的飞行路径的终点的类型来描述；

受限于所述许可和所述程序的规则和约束，根据包括所述定位点序列和所述航段类型的所述程序航段序列，来确定(906)所述飞行器的地面轨迹和竖直引导；

根据所述地面轨迹和所述竖直引导来生成(908)遵循所述计划路线的所述飞行器的三维3D轨迹；以及

输出(910)所述3D轨迹以用在所述飞行器的引导、导航和控制中的至少一者中。

8.根据权利要求7所述的方法(900)，其中，确定(906)所述地面轨迹的步骤包括以下步骤：

生成(912)简单程序航段序列，在所述简单程序航段序列中，航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段被扩展成航段类型不包括转弯的程序子航段序列；以及

根据所述简单程序航段序列来确定(914)所述地面轨迹。

9.根据权利要求8所述的方法(900)，其中，生成(912)所述简单程序航段序列的步骤包括以下步骤：

访问(916)状态数据，所述状态数据描述所述飞行器(204)在航段类型包括一个或更多个转弯的程序航段的定位点处的起始位置、速度和航向；以及

将所述程序航段扩展(918)成包括根据所述起始位置、所述速度和所述航向所确定的相应定位点序列的程序子航段序列。

10.根据权利要求7所述的方法(900)，其中，确定(906)所述竖直引导的步骤包括以下步骤：

确定(924)所述飞行器(204)在所述地面轨迹上的一个或更多个标称高度、速度和竖直速度；以及

将所述一个或更多个标称高度、所述速度和所述竖直速度应用(926)于所述飞行器的运动学模型，以确定一个或更多个目标高度、速度和竖直速度，根据所述一个或更多个目标高度、所述速度和所述竖直速度来确定所述竖直引导。

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