CN117234229A - 用于管理跟随飞行器相对于领航飞行器的纵向位置的方法 - Google Patents

用于管理跟随飞行器相对于领航飞行器的纵向位置的方法 Download PDF

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CN117234229A CN202310708660.4A CN202310708660A CN117234229A CN 117234229 A CN117234229 A CN 117234229A CN 202310708660 A CN202310708660 A CN 202310708660A CN 117234229 A CN117234229 A CN 117234229A
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Abstract

一种用于管理在编队飞行中跟随领航飞行器的至少一个跟随飞行器的纵向位置的方法。该方法包括以下步骤：(a)获得领航飞行器的位置、跟随飞行器的实际纵向位置、领航飞行器的速度和跟随飞行器的速度；(b)确定跟随飞行器相对于领航飞行器的纵向位置的目标纵向位置Xt；(c)计算跟随飞行器相对于领航飞行器的目标纵向位置Xt与所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr之间的差值Xt‑Xr；(d)将该差值Xt‑Xr与至少一个预定义阈值进行比较；(e)基于该比较来从至少两个分开的控制律SCf中选择用于控制跟随飞行器的速度Sf的控制律SCf；(f)应用所选择的控制律SCf，以便管理跟随飞行器相对于领航飞行器的位置的实际纵向位置Xr。

Description

用于管理跟随飞行器相对于领航飞行器的纵向位置的方法
技术领域
本发明涉及编队飞行的领域，并且更具体地涉及管理跟随飞行器相对于领航飞行器的纵向位置的领域。
现有技术
众所周知，飞行器编队飞行是为了节能。
因此，作为示例，在本申请人进行的演示中，两个飞行器以编队飞行从东卢兹飞到蒙特利尔。在该编队中，两个飞行器彼此跟随，领航飞行器引导该编队，并且跟随飞行器跟随领航飞行器，同时将其自身定位在领航飞行器的向上尾流中。已经证明，与单个飞行器的相同飞行相比，这种编队飞行使得有可能节省多于六吨的二氧化碳排放，并且可以节省用于跟随飞行器的多于5％的燃料。编队飞行涉及能够持续管理跟随飞行器相对于领航飞行器的纵向位置。如已知的，使用具有纵向位置和速度反馈的速度设定点计算来管理跟随飞行器的纵向位置。该计算表达如下：速度设定点等于领航飞行器的速度加上由第一增益系数加权的领航飞行器与跟随飞行器之间的距离、加上由第二增益系数加权的领航飞行器与跟随飞行器之间的速度差。
由于用于计算领航飞行器与跟随飞行器之间的距离的项的演变以及用于计算速度差的项的演变，该计算必然导致速度设定点的变化。
该设定点变化然后被传送在推力控制链内并且导致该跟随飞行器的发动机推力设定点的变化，特别是在巡航模式下。因此，这种类型的变化可降低乘客舒适性，并且因此期望避免这种变化。
在此背景下，希望提供一种用于管理在编队飞行中跟随领航飞行器的跟随飞行器的纵向位置的方法，该方法使得有可能降低速度设定点波动，从而改善乘客舒适性。
发明内容
为此，提出一种用于管理在编队飞行中跟随领航飞行器的至少一个跟随飞行器的纵向位置的方法，该方法的特征在于其包括至少以下步骤：
(a)获得领航飞行器的位置、跟随飞行器的实际纵向位置Xr、领航飞行器的速度Sl和跟随飞行器的速度Sf；
(b)确定跟随飞行器相对于领航飞行器的纵向位置的目标纵向位置Xt；
(c)计算跟随飞行器相对于领航飞行器的目标纵向位置Xt与所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr之间的差值Xt-Xr；
(d)将该差值Xt-Xr与至少一个预定义阈值进行比较；
(e)基于该比较来从至少两个分开的控制律SCf中选择用于控制跟随飞行器的速度Sf的控制律SCf；
(f)应用所选择的控制律SCf，以便管理跟随飞行器相对于领航飞行器的位置的实际纵向位置Xr。
因此，通过定义至少一个阈值并且通过基于与所述至少一个阈值的比较从至少两个分开的控制律中选择用于控制跟随飞行器的速度的控制律，跟随飞行器的速度是被增量式地管理，从而避免寄生加速或减速，从而允许针对跟随飞行器的乘客的更舒适的驾驶。换言之，所提出的方法使得有可能管理在编队飞行中跟随领航飞行器的跟随飞行器的纵向位置并且使得有可能降低速度设定点波动，以便由此改善乘客舒适性。
根据一个特定规定，控制律SCf被如下选择：
-如果所获得的跟随飞行器相对于该领航飞行器的实际纵向位置Xr与所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的目标纵向位置Xt之间的差值Xt-Xr是在第一预定义阈值Th1与第二预定义阈值Th2之间的值区间内，其中Th1+Xt＜Xt＜Th2+Xt，其中Th1为负并且Th2为正，则所选择的控制律SCf由以下定义：SCf＝Sl；
-如果所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr与该跟随飞行器相对于领航飞行器的目标纵向位置Xt之间的差值Xt-Xr在第一预定义阈值Th1与第三预定义阈值Th3之间的值区间内，其中Th3+Xt＜Th1+Xt＜Xt，其中Th3为负，则所选择的控制律SCf由以下定义：SCf＝Sl+Of，至少直到所获得的跟随飞行器的实际纵向位置Xr大于第四预定义阈值Th4，其中Th1≤Th4≤Xt，其中Th4为负；
-如果所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr与该跟随飞行器相对于领航飞行器的目标纵向位置Xt之间的差值Xt-Xr小于第三预定义阈值Th3，则所选择的控制律SCf由以下定义：SCf＝Sl+K1·(Xr-Xt)+K2·(Sl-Sf)直到所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr大于第四预定义阈值Th4；
-如果所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr与该跟随飞行器相对于领航飞行器的目标纵向位置Xt之间的差值Xt-Xr在第二预定义阈值Th2与第六预定义阈值Th6之间的值区间内，其中Xt＜Th2+Xt＜Th6+Xt，其中Th6为正，则所选择的控制律由以下定义：SCf＝Sl+Ob，至少直到所获得的跟随飞行器的实际纵向位置Xr大于第五预定义阈值Th5，其中Th2≥Th5≥Xt，其中Th5为正；
-如果所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr与该跟随飞行器相对于领航飞行器的目标纵向位置Xt之间的差值Xt-Xr大于第六预定义阈值Th6，则所选择的控制律由以下定义：SCf＝Sl+K1·(Xr-Xt)+K2·(Sl-Sf)直到所获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr小于第五预定义阈值Th5；
其中Of是预定正常数，K1是第一预定义增益系数，K2是第二预定义增益系数，并且Ob是预定负常数。
根据一种特定配置，第一阈值Th1、第二阈值Th2、第四阈值Th4和第五阈值Th5由以下不等式定义：Th1＜Th4＜Xt＜Th5＜Th2。
根据一种特定规定，如果|SCf-PSCf|＜Ls，其中SCf是用于跟随飞行器(Af)的速度命令，PSCf是用于跟随飞行器的前一速度命令，并且Ls是预定义速度阈值，则控制律保持不变。
根据一种特定规定，卡尔曼滤波器被应用于获得的领航飞行器的速度Sl和跟随飞行器的速度Sf之间的差值，以便估计获得的领航飞行器的速度的相对偏差。
根据一种特定规定，通过组合领航飞行器的马赫数的测量的低频率与领航飞行器的地面速度的高频率来确定领航飞行器的速度。
根据另一方面，提出了一种包括程序代码指令的计算机程序产品，当所述指令被处理器执行时，用于执行该管理方法。
根据另一方面，提出了一种非暂态存储介质，其上存储有包括程序代码指令的计算机程序，当从所述非暂态存储介质中读取所述指令并且由处理器执行时用于执行该管理方法。
根据另一方面，提出了一种包括电子电路系统的计算系统，该电子电路系统被配置成实现对在编队飞行中跟随领航飞行器的至少一个跟随飞行器的纵向位置的管理，该电子电路系统实现至少以下步骤：
(a)获得领航飞行器的位置、跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr、领航飞行器的速度Sl和跟随飞行器的速度Sf；
(b)确定跟随飞行器的相对于领航飞行器的纵向位置的目标纵向位置Xt；
(c)计算跟随飞行器相对于领航飞行器的目标纵向位置Xt与获得的跟随飞行器相对于领航飞行器的实际纵向位置Xr之间的差值Xt-Xr；
(d)将该差值Xt-Xr与至少一个预定义阈值进行比较；
(e)基于该比较来从至少两个分开的控制律中选择用于控制跟随飞行器的速度的控制律；
(f)应用所选择的控制律，以便管理跟随飞行器相对于领航飞行器的位置的实际纵向位置Xr。
根据另一方面，提出了一种包括该计算系统的飞行器。
附图的简要说明
在阅读以下对至少一个示例性实施例的描述时，上述本发明的特征以及其他特征将变得更加清楚，所述描述是参照附图给出的，其中：
[图1]示意性地解说了跟随飞行器和领航飞行器，该跟随飞行器包括计算系统，该计算系统包括电子电路系统，该电子电路系统被配置成实现对在编队飞行中跟随领航飞行器的至少一个跟随飞行器的纵向位置的管理；
[图2]示意性地解说了用于管理在编队飞行中跟随领航飞行器的至少一个跟随飞行器的纵向位置的方法的处理；
[图3]示意性地解说了在用于管理在编队飞行中跟随领航飞行器的至少一个跟随飞行器的纵向位置的方法中相对于跟随飞行器的实际纵向位置的各种阈值的定位；
[图4]示意性地解说了包括电子电路系统的计算系统的硬件布局，该电子电路系统用于实现对在编队飞行中跟随领航飞行器的至少一个跟随飞行器的纵向位置的管理。
实施例的详细描述
参考图2，根据第一方面，提出了一种用于管理在编队飞行中跟随领航飞行器Al的至少一个跟随飞行器Af的位置的方法。要说明的是，跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的纵向位置被理解为是指在经过跟随飞行器Af的三维地理位置并且经过领航飞行器A1的三维地理位置的垂直平面中，跟随飞行器Af与领航飞行器A1的水平间距。在本发明的范围内也成立的另一定义是，跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的纵向位置被理解为是指跟随飞行器Af的三维地理位置在与领航飞行器A1遵循的方向对应的轴上的正交投影。在这种情况下，实时获得跟随飞行器Af的姿态以便执行该投影。在本发明的范围内也成立的另一定义是，跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的纵向位置被理解为是指跟随飞行器Af与领航飞行器A1之间的线性距离，也就是说，跟随飞行器Af与领航飞行器A1之间处于直线上的距离，该直线链接跟随飞行器Af的三维地理位置与领航飞行器A1的三维地理位置。应说明的是，编队飞行应理解为是指其中至少两个飞行器彼此跟随的飞行配置。第一飞行器(位于另一飞行器前方的飞行器)被称为领航飞行器A1。第二飞行器(在后方跟随的飞行器)被称为跟随飞行器Af。规定可以具有包括多于两个的飞行器的编队，其中跟随第一领航飞行器A1的跟随飞行器Af也是引领第二跟随飞行器Af的领航飞行器A1。
该方法主要包括以下步骤：
(a)获得领航飞行器A1的位置X1、跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的实际纵向位置Xr、领航飞行器的速度Sl和跟随飞行器的速度Sf；
(b)确定跟随飞行器Af的相对于领航飞行器A1的位置的目标纵向位置Xt；
(c)计算跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt与所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr之间的差值D Xt-Xr；
(d)将该差值D与至少一个预定义阈值Th进行比较；
(e)基于该比较来从至少两个分开的控制律SCf中选择用于控制跟随飞行器Af的速度的控制律SCf；
(f)应用所选择的控制律SCf，以便管理跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的位置的实际纵向位置Xr。
通过定义至少一个阈值并且通过基于与所述至少一个阈值的比较来从至少两个分开的控制律SCf中选择用于控制跟随飞行器Af的速度的控制律SCf，以增量式地管理跟随飞行器Af的速度，由此避免寄生加速或减速，从而允许对于跟随飞行器Af的乘客而言的更舒适的驾驶。
该管理方法包括获得跟随飞行器相对于领航飞行器A1的实际纵向位置Xr、领航飞行器A1的位置、领航飞行器A1的速度以及跟随飞行器Af的速度。
这些不同的位置和速度值可以通过集成到每个飞行器中的用于确定所讨论的位置和速度的已知装置来采集。根据另一规定，这些值可由地面和/或卫星监测系统来采集。飞行器本身和监控系统的混合获得也是可能的。根据一个有利的规定，跟随飞行器Af和领航飞行器A1彼此通信，使得跟随飞行器Af从领航飞行器A1获得其位置值和速度值。
根据另一规定，单个飞行器(例如跟随飞行器Af)可以获得所有值。在这种情况下，对应于另一飞行器(例如如果该值仅由跟随飞行器Af获得，则对应于领航飞行器Al)的值使用已知的测量装置(诸如举例而言，定位系统和/或雷达)来采集和/或计算。
还可能的是，将跟随飞行器Af的速度计算成跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr的时间导数。这同样适用于领航飞行器A1的速度，其可基于领航飞行器A1的位置计算成领航飞行器A1的位置的时间导数。
最后，并且如以下将要展开的那样，在获得领航飞行器Al的速度时，有可能校正任何相对偏差。
用于管理纵向位置的方法使用跟随飞行器Af相对于领航飞行器Al的目标纵向位置Xt和跟随飞行器Afe相对于领航飞行器A1的实际纵向位置Xr。
参照图3，跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt是跟随飞行器Af为了实现有效编队飞行而应该处于的纵向位置。目标纵向位置Xt是相对于领航飞行器A1的位置来确定的。通常，目标纵向位置Xt被确定，使得跟随飞行器Af在使其有可能实现有效的编队飞行的操作距离处处于领航飞行器Al的向上尾流中。
理论上，跟随飞行器Af应该保持相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt。然而，实践中，通过的气团的差异可能导致跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr相对于跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt变化。实际上，一些气团或湍流可能使跟随飞行器Af暂时变慢。作为对比，其他气团可能使跟随飞行器Af加速。
以特别聪明的方式，该管理方法提出了使用跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt与跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr之间的距离(差)阈值来控制跟随飞行器Af的速度。
基于阈值Th的这种控制使得有可能定义两个阈值Th之间的区域，在该区域中用于控制跟随飞行器Af的速度的控制律SCf保持基本不变。另外，如以下将要展开的那样，控制律SCf取决于其中跟随飞行器Af相对于该跟随飞行器相对于领航飞行器Al的目标纵向位置Xt所处的区域而不同。换言之，阈值Th使得有可能避免用于将跟随飞行器Af重新校准到其目标纵向位置Xt的持续加速和减速。因此，阈值的使用有助于用于控制跟随飞行器Af的速度的控制律的流畅控制，从而改善跟随飞行器的乘客舒适性。换言之，与来自现有技术的系统和方法相比，阈值的使用有助于对用于控制跟随飞行器Af的控制律的较少动态控制。
参考图3，示意性地，阈值Th定义具有跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr与跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt之间的差值D Xt-Xr的区域Z。
根据在此呈现的实施例，该管理方法使用从Th1至Th6标识的六个预定义阈值Th。当然，有可能使用不同数量的阈值Th。
阈值Th考虑跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt作为原点而分布。每个阈值Th对应于距跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt的距离。阈值Th沿跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt延伸到领航飞行器A1的位置定向的轴线定位。因此，根据这里给出的实施例，当跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr在跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt之间时，跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt和跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr之间的D Xt-Xr被表示成是正的。相反，当跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr与领航飞行器A1的位置之间的距离大于跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt与跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的实际纵向位置Xr之间的差值D Xt-Xr时，则跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt与跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr之间的差值D Xt-Xr被表示成是负的。因此，根据这里给出的实施例，第一阈值Th1、第三阈值Th3和第四阈值Th4对应于其中跟随飞行器Af位于目标纵向位置Xt后面的位置。这些阈值Th的值因此相对于由跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt形成的原点被表示成负的。表示这些阈值Th的纵向位置的另一等效方式是指示第一阈值Th1、第三阈值Th3和第四阈值Th4与领航飞行器A1的纵向位置之间的距离大于跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt与领航飞行器A1的位置之间的距离。根据这里给出的实施例，第一阈值Th1与相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt之间的距离大于第四阈值Th4与目标纵向位置之间的距离。根据这里给出的实施例，第三阈值Th3与相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt之间的距离大于第一阈值Th1与目标纵向位置之间的距离。因此，按照从最靠近目标纵向位置Xt到最远的顺序，这些阈值可以被排列如下：第四阈值Th4，然后是第一阈值Th1，然后是第三阈值Th3。同样，根据这里给出的实施例，第二阈值Th2、第六阈值Th6和第五阈值Th5对应于其中跟随飞行器Af位于目标纵向位置Xt前面的位置。这些阈值Th的值因此相对于由跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt形成的原点被表示成正的。根据这里给出的实施例，第二阈值Th2与目标纵向位置Xt之间的距离大于第五阈值Th5与目标纵向位置之间的距离。另外，第六阈值Th6与目标纵向位置Xt之间的距离大于第二阈值Th2与目标纵向位置Xt之间的距离。因此，按照从最靠近目标纵向位置Xt到最远的顺序，这些阈值可以被排列如下：第五阈值Th5，然后是第二阈值Th2，然后是第六阈值Th6。因此，根据所提出的实施例：[数学1]Th3＜Th1＜Th4，其中Th1、Th3和Th4为负。另外，根据所提出的实施例：[数学2]Th5<Th2<Th6，其中Th5、Th2和Th6为正。
表示这些阈值Th的位置的另一等效方式是指示第二阈值Th2、第六阈值Th6和第五阈值Th5与领航飞行器A1的纵向位置之间的距离小于跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt与领航飞行器A1的位置之间的距离。
如上所指示的，阈值Th使得有可能划分、创建区域Z并且将跟跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr与跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt之间的差值分节。
因此，如图3中示意性示出的，跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt相对于领航飞行器A1的纵向位置Xl被预先确定。
第一区域Z1被限定在跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt周围。第一区域Z1由第一预定义阈值Th1和第二预定义阈值Th2界定。换言之，第一区域Z1对应于差D的、在第一预定义阈值Th1和第二预定义阈值Th2之间的值区间。
第二区域Z2由第一预定义阈值Th1和第三预定义阈值Th3界定。换言之，第二区域Z2对应于差D的、在第一预定义阈值Th1和第三预定义阈值Th3之间的负值区间。如图3中示意性示出的，第二区域Z2对应于跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr位于目标纵向位置Xt后面的区域。
第三区域Z3由第三预定义阈值Th3界定，并且潜在地延伸至至少无穷大。换言之，第三区域Z3对应于差D的、小于第三预定义阈值Th3的负值。如图3中示意性示出的，第三区域Z3对应于跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr位于跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt后面的区域。根据图3中示意性示出的示例，跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr在第三区域Z3中。
第四区域Z4由第二预定义阈值Th2和第六预定义阈值Th6界定。换言之，第二区域Z2对应于差D的、在第二预定义阈值Th2和第六预定义阈值Th6之间的正值区间。如图3中示意性示出的，第四区域Z4对应于跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr位于目标纵向位置Xt前面的区域。
第五区域Z5由第六预定义阈值Th6界定并且潜在地延伸至领航飞行器A1的位置(至安全裕度内)。换言之，第五区域Z5对应于差D Xt-Xr的、大于第六预定义阈值的正值。如图3中示意性示出的，第五区域Z5对应于跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr位于跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt前面的区域。
第六区域Z6被限定在跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt周围。第六区域Z6由第四预定义阈值Th4和第五预定义阈值Th5界定。换言之，第六区域Z6对应于差D的、在第四预定义阈值Th4和第五预定义阈值Th5之间的值区间。第六区域Z6在第一区域Z1内。
如果所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr与该跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt之间的差值D Xt-Xr在第一预定义阈值Th1与第二预定义阈值Th2之间的值区域内，则所选择的控制律由以下定义：[数学3]SCf＝Sl，其中SCf是用于跟随飞行器Af的速度命令，而SL是所获得的领航飞行器A1的速度。
因此，换言之，当跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr在跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt周围的第一区域Z1中时，所应用的速度控制律SCf规定跟随飞行器Af的速度Sf等于领航飞行器Al的速度Sl，潜在地具有领航飞行器的速度Sl的值周围的预定义裕度。
如果所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr与该跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt之间的差值D Xt-Xr在第一预定义阈值Th1与第三预定义阈值Th3之间的值区域内，则所选择的控制律SCf由以下定义：[数学4]SCf＝Sl+Of
，其中SCf是用于跟随飞行器Af的速度命令，Sl是所获得的领航飞行器A1的速度，而Of是预定正常数。
因此，换言之，当跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr在第二区域Z2中时，则跟随飞行器Af在其目标纵向位置Xt的后面。然后，所选择的控制律SCf使得有可能通过将正的追赶常数Of加到领航飞行器Al的速度Sl来补偿延迟。
应用该选择的控制律SCf允许跟随飞行器Af弥补其延迟，以便返回到第一区域Z1，并且如果可能的话，返回到跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt。
为了保证管理方法的流畅性，优选引入滞后现象。具体地，应用该控制律SCf直到所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr在第四预定义阈值Th4与第五预定义阈值Th5之间。
换言之，当跟随飞行器Af在第二区域Z2中时，所选择的速度控制律SCf至少被应用直到跟随飞行器Af进入第六区域Z6。结果，当跟随飞行器Af在第二区域Z2中时，所选择的控制律SCf被应用至少直到它到达第六区域Z6(这意味着跟随飞行器Af在不改变速度控制律的情况下经过第一区域Z1的一部分)。
这种规定使得有可能在改变控制律SCf之前使得跟随飞行器Af尽可能靠近跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt。换言之，这使得有可能避免在跟随飞行器Af一进入第一区域Z1就必须改变控制律的情况下，在两个控制律之间的振荡现象。因此，该规定还使得有可能减少速度设定点波动，并且因此使得有可能改善跟随飞行器Af的乘客舒适性。
如果所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr与跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt之间差值D Xt-Xr小于第三预定义阈值Th3，即使针对区域Z2的控制律SCf已经启用，那么所选择的控制律SCf也由以下定义：[数学5]SCf＝Sl+K1·(Xr-Xt)+K2·(Sl-Sf)其中SCf是用于跟随飞行器Af的速度命令，Sl是所获得的领航飞行器Al的速度，Xr是所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr，Xt是跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt，K1是第一预定义增益系数，K2是第二预定义增益系数，Sl是所获得的领航飞行器Al的速度，以及Sf是所获得的跟随飞行器Af的速度。
在这种情况下，当跟随飞行器Af在第三区域Z3中时，它必须弥补返回到跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt的显著延迟。应用该速度控制律SCf使得有可能快速地补偿跟随飞行器Af的延迟。
规定增益系数K1和K2的值是通过对编队中飞行器的行为的经验知识来确定的。根据一个实施例，第一预定义增益系数K1可以具有10-4的量级并且第二预定义增益系数K2可以具有10-1的量级。规定第一增益系数K1和第二增益系数K2的这些值是针对以米为单位来表示的纵向位置和距离值以及以马赫为单位来表示的速度值确定的。根据其他示例，可以想到的是针对纵向位置和距离值以及针对速度值使用其他单位，这将导致针对第一增益系数K1和针对第二增益系数K2的不同值。
应用该选择的控制律允许跟随飞行器Af弥补其延迟，以便返回到第一区域Z1，并且如果可能的话，返回到跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt。
为了保证该管理方法的流畅性，优选引入滞后现象。具体地，应用该控制律SCf，直到所获得的跟随飞行器Af相对于领航飞行器Al的实际纵向位置Xr在目标纵向位置Xt周围在第四预定义阈值Th4与第五预定义阈值Th5之间。
换言之，当跟随飞行器Af在第三区域Z3中时，所选择的速度控制律SCf被应用直到跟随飞行器Af进入第六区域Z6。结果，当跟随飞行器Af在第三区域Z3中时，所选择的控制律SCf被应用直到它到达第六区域Z6(这意味着跟随飞行器Af在不改变速度控制律的情况下经过第二区域Z2的一部分)。
这种规定使得有可能在改变控制律SCf之前使得跟随飞行器Af尽可能靠近跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt。换言之，这使得有可能避免在跟随飞行器Af一进入第二区域Z2并且随后进入第一区域Z1就必须改变控制律的情况下在两个控制律之间的振荡现象。因此，该规定还使得有可能减少速度设定点波动，并且因此使得有可能改善跟随飞行器Af的乘客舒适性。
如果所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr与该跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt之间的差值D Xt-Xr在第二预定义阈值Th2与第六预定义阈值Th6之间的值区域内，则所选择的控制律SCf由以下定义：[数学6]SCf＝Sl+Ob
，其中SCf是用于跟随飞行器Af的速度命令，Sl是所获得的领航飞行器A1的速度，而Ob是预定负常数。
因此，换言之，当跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的实际纵向位置Xr在第四区域Z4中时，则跟随飞行器Af在其相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt前面。然后，所选择的控制律SCf使得有通过添加负追赶常数Ob来减少其前进，该负追赶常数Ob被添加到领航飞行器Al的速度Sl。换言之，追赶常数从领航飞行器A1的速度中减去，以便确定跟随飞行器Af的速度Sf并且由此使其变慢。
应用该选择的控制律SCf允许跟随飞行器Af减少其前进，以便返回到第一区域Z1，并且如果可能的话，返回到跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt。
为了保证管理方法的流畅性，优选引入滞后现象。具体地，应用该控制律SCfz至少直到所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr在目标纵向位置Xt周围在第四预定义阈值Th4与第五预定义阈值Th5之间。
换言之，当跟随飞行器Af在第四区域Z4中时，所选择的速度控制律SCf至少被应用直到跟随飞行器Af进入第六区域Z6。结果，当跟随飞行器Af在第四区域Z4中时，所选择的控制律SCf被应用直到它到达第六区域Z6(这意味着跟随飞行器Af在不改变速度控制律的情况下经过第一区域Z1的一部分)。
这种规定使得有可能在改变控制律SCf之前使得跟随飞行器Af尽可能靠近跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt。换言之，这使得有可能避免在跟随飞行器Af一进入第一区域Z1就必须改变控制律的情况下在两个控制律之间的振荡现象。因此，该规定还使得有可能减少速度设定点波动，并且因此使得有可能改善跟随飞行器Af的乘客舒适性。
如果所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr与跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt之间差值D Xt-Xr大于第六预定义阈值Th6，即使针对区域Z4的控制律SCf已经启用，那么所选择的控制律SCf也由以下定义：[数学5]SCf＝Sl+K1·(Xr-Xt)+K2·(Sl-Sf)其中SCf是用于跟随飞行器Af的速度命令，Sl是所获得的领航飞行器Al的速度，Xr是所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr，Xt是跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置，K1是第一预定义增益系数，K2是第二预定义增益系数，Sl是所获得的领航飞行器Al的速度，以及Sf是所获得的跟随飞行器Af的速度。
在这种情况下，当跟随飞行器Af在第五区域Z5中时，它必须减少显著前进以返回到跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置。应用该速度控制律使得有可能快速地减少跟随飞行器Af的前进。
规定增益系数的值是通过对编队中飞行器的行为的经验知识来确定的。根据一个实施例，第一预定义增益系数K1可以具有10-4的量级并且第二预定义增益系数K2可以具有10-1的量级。规定第一增益系数K1和第二增益系数K2的这些值是针对以米为单位来表示的位置和距离值以及以马赫为单位来表示的速度值确定的。根据其他示例，可以想到的是针对位置值以及针对速度值使用其他单位，这将导致针对第一增益系数K1和针对第二增益系数K2的不同值。
应用该选择的控制律允许跟随飞行器Af减少其前进，以便返回到第一区域Z1，并且如果可能的话，返回到跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt。
为了保证管理方法的流畅性，优选引入滞后现象。具体地，应用该控制律直到所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr在目标纵向位置Xt周围在第四预定义阈值Th4与第五预定义阈值Th5之间。
换言之，当跟随飞行器Af在第五区域Z5中时，所选择的速度控制律SCf被应用直到跟随飞行器Af进入第六区域Z6。结果，当跟随飞行器Af在第五区域Z5中时，所选择的控制律SCf被应用直到它到达第六区域Z6(这意味着跟随飞行器Af在不改变速度控制律的情况下经过第四区域Z4的一部分)。
这种规定使得有可能在改变控制律之前使得跟随飞行器Af尽可能靠近跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的目标纵向位置Xt。换言之，这使得有可能避免在跟随飞行器Af一进入第四区域Z4并且随后进入第一区域Z1就必须改变控制律的情况下在两个控制律之间的振荡现象。因此，该规定还使得有可能减少速度设定点波动，并且因此使得有可能改善跟随飞行器Af的乘客舒适性。
根据一个特别有利的规定，如果[数学5]|SCf-PSCf|＜Ls，，则控制律SCf保持不变，其中SCf是跟随飞行器Af的速度命令，PSCf是跟随飞行器Af的前一速度命令，而Ls是预定义速度阈值。
换言之，如果要应用的速度与(先前应用的)当前速度之间的差值的绝对值小于预定义阈值，则速度控制律SCf保持不变。这种规定使得有可能避免寄生加速或减速，以便提高跟随飞行器Af的乘客舒适性。因此，该规定还使得有可能减少速度设定点波动，并且因此使得有可能改善跟随飞行器Af的乘客舒适性。
另外，根据另一特别有利的设置，速度控制律SCf被调制，使得跟随飞行器Af的速度Sf保持在第六区域Z6内。调节控制律SCf还可以使得有可能减少在第六区域Z6与其他区域之间的过渡的数量。
优选地，卡尔曼滤波器被应用于所获得的领航飞行器Al的速度Sl和跟随飞行器的速度Sf之间的差值，以便估计所获得的领航飞行器Al的速度Sl上的相对偏差。
根据另一实施例，通过组合领航飞行器A1的马赫数的测量的低频率与领航飞行器A1的地面速度的高频率来确定领航飞行器A1的速度S1。该规定使得有可能在面对气团和湍流的快速变化的情况下精确地获得领航飞行器A1的速度S1。
根据另一方面，提出了一种包括程序代码指令的计算机程序产品，当所述指令被处理器执行时，用于执行该管理方法。
本发明还涉及一种非暂态存储介质，其上存储有包括程序代码指令的计算机程序，当从所述非暂态存储介质中读取所述指令并且由处理器执行时用于执行该管理方法。
根据另一方面，本发明涉及一种包括电子电路系统的计算系统200，该电子电路系统被配置成实现对在编队飞行中跟随领航飞行器A1的至少一个跟随飞行器Af的纵向位置的管理，该电子电路系统实现至少以下步骤：
(a)获得领航飞行器A1的位置、跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的实际纵向位置Xr、领航飞行器A1的速度和跟随飞行器Af的速度；
(b)确定跟随飞行器Af的相对于领航飞行器A1的位置的目标纵向位置Xt；
(c)计算跟随飞行器Af的目标纵向位置Xt与所获得的跟随飞行器Af的实际纵向位置Xr之间的差值D Xt-Xr；
(d)将该差值D Xt-Xr与至少一个预定义阈值Th进行比较；
(e)基于该比较来从至少两个分开的控制律SCf中选择用于控制跟随飞行器Af的速度的控制律SCf；
(f)应用所选择的控制律SCf，以便管理跟随飞行器Af相对于领航飞行器A1的位置的实际纵向位置Xr。
如以上所公开的，在所列出的实施例的任一者中，由电子电路系统实现的该方法可用其他步骤来补充。
通常，计算系统200可以具有如图4中示意性示出的架构。计算系统200可以包括通过由通信总线210连接的以下：处理器201；随机存取存储器202、只读存储器203(例如，ROM(只读存储器)或EEPROM(电子可擦除可编程只读存储器))；存储单元204(诸如硬盘驱动器(HDD))或存储介质读取器(诸如SD(安全数字)读卡器)；输入/输出接口管理器205。
处理器201能够执行从只读存储器203、从外部存储器、从存储介质(诸如SD卡)或从通信网络加载到随机存取存储器202中的指令。当计算系统200上电时，处理器201能够从随机存储存储器202读取指令并执行它们。这些指令形成计算机程序，该计算机程序使处理器201实现用于管理跟随飞行器Af相对于领航飞行器Al的纵向位置的方法的全部或部分。
以上描述的方法和步骤中的全部或一些因此可以通过可编程机器(例如，DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令以软件形式实现，或者通过机器或专用组件(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)部件)以硬件形式实现。一般而言，计算系统200包括电子电路系统，该电子电路系统被配置成用于以软件形式和/或硬件形式实现以上关于所讨论的计算系统200所描述的方法和步骤。
飞行器
根据另一方面，本发明涉及配置成上述跟随飞行器Af并包括计算系统200的飞行器。

Claims (10)

1.一种用于管理在编队飞行中跟随领航飞行器(A1)的至少一个跟随飞行器(Af)的纵向位置的方法，所述方法的特征在于其包括至少以下步骤：
(a)获得所述领航飞行器(A1)的位置(X1)、所述跟随飞行器(Af)的实际纵向位置(Xr)、所述领航飞行器(A1)的速度(S1)和所述跟随飞行器(Af)的速度(Sf)；
(b)确定所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的纵向位置的目标纵向位置Xt；
(c)计算所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的目标纵向位置Xt与所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr之间的差值(D)Xt-Xr；
(d)将所述差值(D)Xt-Xr与至少一个预定义阈值进行比较；
(e)基于所述比较来从至少两个分开的控制律SCf中选择用于控制所述跟随飞行器(Af)的速度Sf的控制律SCf；
(f)应用所选择的控制律SCf，以便管理所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的位置的实际纵向位置Xr。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制律SCf被如下选择：
-如果所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr与所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的目标纵向位置Xt之间的差值(D)Xt-Xr是在第一预定义阈值Th1与第二预定义阈值Th2之间的值区间内，其中Th1+Xt＜Xt＜Th2+Xt，其中Th1为负并且Th2为正，则所选择的控制律SCf由以下定义：SCf＝Sl；
-如果所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr与所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的目标纵向位置Xt之间的差值(D)Xt-Xr在所述第一预定义阈值Th1与第三预定义阈值Th3之间的值区间内，其中Th3+Xt＜Th1+Xt＜Xt，其中Th3为负，则所选择的控制律SCf由以下定义：SCf＝sl+of，至少直到所获得的所述跟随飞行器(Af)的实际纵向位置Xr大于第四预定义阈值Th4，其中Th1≤Th4≤Xt，其中Th4为负；
-如果所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr与所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的目标纵向位置Xt之间的差值(D)Xt-Xr小于所述第三预定义阈值Th3，则所选择的控制律SCf由以下定义：SCf＝Si+K1·(Xr-Xt)+K2.(S1-Sf)直到所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr大于所述第四预定义阈值Th4；
-如果所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr与所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的目标纵向位置Xt之间的差值(D)Xt-Xr在所述第二预定义阈值Th2与第六预定义阈值Th6之间的值区间内，其中Xt＜Th2+Xt＜Th6+Xt，其中Th6为正，则所选择的控制律由以下定义：SCf＝Si+Ob，至少直到所获得的所述跟随飞行器(Af)的实际纵向位置Xr大于所述第五预定义阈值Th5，其中Th2≥Th5≥Xt，其中Th5为正；
-如果所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr与所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的目标纵向位置Xt之间的差值(D)Xt-Xr大于所述第六预定义阈值Th6，则所选择的控制律SCf由以下定义：SCf＝Si+K1·(Xr-Xt)+K2·(Sl-Sf)直到所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr小于所述第五预定义阈值Th5；
其中Of是预定正常数，K1是第一预定义增益系数，K2是第二预定义增益系数，并且Ob是预定负常数。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一阈值Th1、所述第二阈值Th2、所述第四阈值Th4和所述第五阈值Th5由以下不等式定义：Th1＜Th4＜Xt＜Th5＜Th2。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果|SCf-PSCf|＜LS，其中SCf是用于所述跟随飞行器(Af)的速度命令，PSCf是用于所述跟随飞行器(Af)的前一速度命令，并且LS是预定义速度阈值，则所述控制律保持不变。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，卡尔曼滤波器被应用于所获得的所述领航飞行器(A1)的速度S1和所述跟随飞行器(Af)的速度Sf之间的差值，以便估计所获得的所述领航飞行器(A1)的速度的相对偏差。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过组合所述领航飞行器(A1)的马赫数的测量的低频率与所述领航飞行器(A1)的地面速度的高频率来确定所述领航飞行器(A1)的速度。
7.一种包括程序代码指令的计算机程序产品，所述程序代码指令用于在所述指令被处理器执行时执行根据权利要求1到6中任一项所述的管理方法。
8.一种其上存储有包括程序代码指令的计算机程序的非暂态存储介质，当所述指令被从所述非暂态存储介质中读取并且由处理器执行时用于执行根据权利要求1到6中任一项所述的管理方法。
9.一种包括电子电路系统的计算系统(200)，所述电子电路系统被配置成实现对在编队飞行中跟随领航飞行器(A1)的至少一个跟随飞行器(Af)的纵向位置的管理，所述电子电路系统实现至少以下步骤：
(a)获得所述领航飞行器(A1)的位置、所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr、所述领航飞行器(A1)的速度S1和所述跟随飞行器(Af)的速度Sf；
(b)确定所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的纵向位置的目标纵向位置Xt；
(c)计算所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的目标纵向位置Xt与所获得的所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的实际纵向位置Xr之间的差值(D)Xt-Xr；
(d)将所述差值(D)Xt-Xr与至少一个预定义阈值进行比较；
(e)基于所述比较来从至少两个分开的控制律中选择用于控制所述跟随飞行器(Af)的速度的控制律；
(f)应用所选择的控制律，以便管理所述跟随飞行器(Af)相对于所述领航飞行器(A1)的位置的实际纵向位置Xr。
10.一种包括根据权利要求9所述的计算系统的飞行器(Af)。
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