CN1210586A - 以所用导航仪的显示协助空中导航的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明关于为协助空中导航的方法和设备。近代飞行设备有复杂的飞行管理系统,按照一给定时刻对它们评估的运行性能来对各种导航仪器的应用作出决定,本发明提出一能对飞机的飞行员提供从这些自动的决定更多地了解关于运行形势的方法。此方法是在一观察屏幕上显示一表示导航仪器的整体应用的中央区90表示个别仪器的外围区,并带有一些中央区与一对应于实际被应用中的导航仪器的特定外围区之间的直观关系图形。在一例中,中央区D1为一圆盘,其直径表示由应用各种仪器所得的位置上的平均误差,而直观关系图形为在中央区与一定的外围区之间伸展的彩色径向扇区。导航仪器的名称在外围区中指明。

Description

以所用导航仪的显示协助空中导航的方法和设备

本发明关于协助空中导航的方法和设备。

通常，现代设计的飞行器(飞机、直升飞机等等)中飞行员必须与此飞行器(后面我们将说成为飞机)上的为在许多操作上协助飞行员的机载计算机构成的飞行管理系统进行对话，这是众所周知的。这些操作主要有：起飞前确定飞行计划的操作、起飞和着陆期间的领航(手动或自动)操作、空中导航操作(路程计算等)、巡航期间或在接近机场时的监控操作。

此飞行管理系统根据由飞行员输入的数据、由分布在整个飞机上的传感器提供的数据、和有可能来自地面或来自其他飞机或者甚至卫星的由天线发射的数字数据来运行(正在得到普遍化的“DATALINK”系统)。

飞行人员与飞行管理系统间的对话主要经由至少三个接口进行，即：

-导航显示器，其上显示所希望的飞机航线的地区图，也就是飞机的飞行计划的一个二维图形和飞机在此计划之内的位置表示；

-主飞行显示器，描绘一在飞机倾斜时倾斜的模拟地平线、飞机的经度方位角的指示和其他有用的飞行指示、特别是飞机的制导模式；

-飞机控制单元，具有为选择例如飞机所希望飞行方向的设置的人工控制器；

-和最后一键盘/显示器控制台，称为MCDU(“MultipurposeControl Display Unit”，多功能控制显示单元)，这是一数据显示和输入控制台，使飞行员能将数据输入飞行管理系统和读取由飞行管理系统根据所输入数据送出的信息。

此外，飞行管理系统的任务还有管理所用的导航仪器，某些导航仪器可在一给定时间应用，而其他的在另外的时间被应用。导航仪器有，例如，惯性装置(IRS)、卫星定位接收器(GPS)和无线导航设施(如DME/DME或VOR/DME)。

此飞行管理系统FMS自身按照(相当复杂的)优先权规则选择要在一给定时间被应用的导航仪器。如它使用无线导航信标，它即自动选择这些信标。于是它计算由各导航仪器所发来的位置中的估算误差，和一组合平均误差。如果一导航仪器给出的位置指示相对于所要求的准确度相差太大，飞行管理系即通过改变导航模式自行管理仪器的改变。

但是飞行员必须知晓到由FMS系统自动作出的选择，因为，尤其是在出现问题的情况下，系统必须不再继续管理飞行员不再了解的异常情况。

本发明的目的就是要提供一种为协助导航用的设备有利于飞行员全面直观地获取信息，或者永久不断地或在飞行员要求时，要不就在被飞行管理系统检查出问题时。

因此，这里提出一种用于协助空中导航的方法，采用借助数个至少包含一个显示屏幕的接口与飞行员进行对话的飞行管理系统，此飞行管理系统传递有关飞机中存在的各种空中导航仪器的运行状态和准确度的信息，此过程的特点是在于：在此屏幕上同时显示表明这些仪器的全面的应用的中央区和围绕此中央区分布的各自单个地表明一特定导航仪器的应用的外围区，和还同时显示此中央区与一外围区(如果后者对应于一被飞行管理系统实际应用的仪器的话)之间的关系图形，这样这些直观的关系图形的同时显示就指明实际被飞行管理系统应用的仪器的数量，而由这些图形链接到中央区的外围区指明哪些是那些被实际应用的仪器。

在一优选实施例中，此关系图形包括离开中央区的在中央区与一外围区之间伸展的彩色径向区。此径向区最好具有三角形或截头锥形，向中央区的中心变窄而向外侧越来越宽。它也可以具有一指向中央区的箭头状。中央区可以是圆形，其直径可表示由所用仪器所发送的位置中的平均误差的估算值。此误差值由飞行管理系统计算。

在另一有利的实施例中，此直观关系图包括一直接与中央区接触的外围区的显示，和在与所述外围区邻接的中央区的一部分中的一彩色区，从而使得可以立即一方面辨识那些被应用着仪器，而另一方面同时辨识未被应用的仪器。对应于被应用着的导航仪器的外围区可包括那些仪器的名称(缩写的)，此名称被一外框包围。在这一情况下此外框可以接触中央区。中央区可以是多边形，其顶点数等于在当前的飞行阶段内必然肯定是运行中的仪器的数量，而如果所有必须仪器均被应用对，整个中央区作成彩色的。

本发明还关系到能实现按照本发明的此方法的设备。

为此本发明提出的用于协助空中导航的设备，采用多个至少包含一显示屏幕的接口与飞行员进行对话的飞行管理系统，此飞行管理系统传送关于飞机中存在的各种空中导航仪器的运行状态和准确度的信息，其特点是设置有为在屏幕上同时显示一表示仪器全部应用的中央区和围绕中央区分布的各自个别地表示一特定导航仪器的应用的外围区，还同时显示中央区与一外围区(如果它对应于一实际被飞行管理系统所应用的仪器的话)的关系图形的设备，从而这些直观的关系图形的同时显示就能指明实际被飞行管理系统所应用着的仪器的数目，而被这些图形链接到中央区的外围区指明它们是那些实际被应用的一仪器。

所提供的装置使得，与那些处于运行满意状态中的仪器相关连的区被显示得与那些与不能正确运行的仪器相关连的区不同，正确与不正确的运行由飞行管理系统确定。

在一优选实施例中，屏幕为一数据显示屏幕，而输入控制台使得能选择此屏幕的特定区用于执行有关这些区的操作，可以选择外围区，并设置有为在屏幕上显示当一外围区被选择时与对应于这一区的导航工具有关的数据的装置。

最后，在飞行管理系统检测到现行可用的导航仪器的数量小于理论上考虑到当前飞行阶段认为必须的数量的情况下，系统以一特殊的彩色来显示中央区与外围区间的关系，以此引起飞行员对情况的这一异常性质的注意。

阅读后面参照附图作详细说明，将理解出本发明的其他特征和优点。附图中：

图1表示按照本发明的协助导航装置的整体；

图2～9表示对各种情况本发明第一实施例中显示的屏幕图象；

图10～17表示第二实施例中所显示的图象；

图18～25表示仍为第二实施例但在另一种情况下所显示的图象；和

图26表示更详细的图象示例。

按照本发明的为协助导航的设备构成一整个飞机的监控系统的一部分。表示在图1中的这一整个系统主要包括有：

飞行管理系统或FMS，这是一能接收各种信息、能计算其他信息和能通过对话接口将其传给飞行员的计算机10；

分布在整个飞机中的传感器12，包含例如导航仪器(IRS惯性装置等等)、给出有关飞机的状态的信息的各种传感器、与外界通信的可选仪器，所有这些传感器均被链接到飞行管理系统；

与飞行员进行对话的接口，它们被链接到计算机10并主要包含：

飞行控制单元FCU，它使得可能借助按钮来选择例如飞机的飞行方向，或其他必须被提供到管理系统的设置；

显示导航信息、ND(“Navigation Display”，导航显示)，显示地图、飞行计划等的屏幕；

主飞行显示器PFD，用于显示一模拟地平线、飞机的飞行高度、空间方位角、速度向量、制导模式指示(“Flight Mode Annunciator”，飞行模式指示器)等；

数据显示和输入控制台或MCDU(“Multipurpose Control DisplayUnit”，多功能控制显示单元)。

飞行员管理系统所应用的各种导航仪器的运行指示可在飞行员要求时(通过适当的功能键)，或在发生问题的情况下自动地显示在MCDU式的屏幕上或者在可选的导航显示器ND上。

在第一实施例中，系统展现在屏幕上的显示如图2至9中那些。这些图形表示由飞行管理系统检测得的特定配置情况的举例，在通常情况下实现显示的原理将在下面详细解释。

系统显示一由圆盘D1构成的中央区，其直径为由计算机作为对它可能应用的导航仪器和其已计算的各个别的准确度的函数而估算得的平均位置误差的量度；准确度越高，圆盘D1的直径越小。

因此此中央区表明为被应用的导航仪器的全盘操作，而其尺寸则表示由这些仪器得到的平均准确度。

也可能表示出(如果希望的话)与盘D1同心的圆C2，其直径为供系统的正确操作的最大容许平均位置误差。

因此，在正常情况下盘D1的直径小于圆C2，而在异常情况下直径与圆C2的相同。

在正常情况下可将盘D1作成绿色(绿色盘D1处于可能为红线的圆C2之内)。也有可能如果在盘D1的直径成为等于圆C2的直径时改变其底色(例如作成红色)。这样，飞行员就得到正常情况的和异常情况的直观的完全的视觉指示。图2至9示意地作出正常准确度的情况下的情形。

位置误差的估算值可被显示在屏幕上，在图2-9中被字符EPE指明。

各种导航仪器的应用由外围区表示，正好围绕中央区。最简单的是每一区均包含一清楚的文字项目(在实践中简略为少数字母)用于一具体的导航仪器。

在图2-9的情况中，存在有7个可能的导航仪器，即三个惯型单元IRS1、IRS2、IRS3、一个GPS接收器和无线导航设施VOR/DME、DME/DME、LOC。所有在当前飞行阶段通常要被应用的设施均被加以显示。

如果飞行管理系统实际正在应用一仪器，它即显示一中央区D1与对应于此被用装置的外围区之间的关系图形。这一图形在中央区与相关的外围区之间径向伸展。在此，此图形为一等腰梯形(或三角形)，具有二相等的基本上作径向伸展的侧边和二个不相等的平行边，小边被指向中央区而大边则指向相关的外围区。此关系图形也可以是一径向箭头，由外围区的设施指向中央区的中心，或者也可能指向相反方向，这就是说指向对应于被应用的导航装置的外围区。此关系图形(三角形或梯形或箭头等)为一种清楚地衬托在屏幕的底色和盘D1与圆C2之间的圆形之外的彩色。

所显示的整个图象就象是一带径向花瓣的花。花瓣的多少与被应用中的导航仪器数相同，飞行员一眼就可确定被应用中的仪器数量是否正常。花朵的花瓣数表示导航的安全评价。

另外的如果其对应导航仪器在应用中将位于径向图形的端部的外围区可按照它们对应的仪器是否有效(虽然未被应用)来辨别。在此所提出的例子中，不是正被应用的有效仪器被外框包围，而基其他的则不加框(或者相反)。在径向图形端部处的正被应用的仪器必定是有效的，因而无需对它们加以任何特殊标记。虽然如此，也可将它们加以外框以便不致有一无效仪器正被应用中这样的视觉印象。

各个图2-9表示对仪器的各种应用的屏幕配置。它们是用作示例来对应于前面所作的说明。

如果所用的屏幕是交互式的，就是说如果用户能指定屏幕的一个区以便触发对应于这一区的动作，就可能实现如下的提高：指定一特定的外围区使得屏幕上显示特定的对应于这样指定的导航仪器的特征。这样飞行员就能收集有关正在应用或未被应用的各种仪器的更准确的信息。

图10～17表示另一实施例，其中仍然存在有对应于正被应用中的导航仪器的中央区与外围区之间的特定关系图形，而这一次其中：-中央区是多边形的；-中央区与外围区间的关系图形包括二个组成部分：触及外围区的狭带中的彩色区，这一彩色区具有一空带，如果二个导航仪器正被应用中此二对应的外围区即被一连续的彩色带所链接。术语“彩色区”被理解为是指一具有与底色不同色彩的区，即使这一色彩为白或者黑色；

和对应于正被应用的仪器的外围区的外框，这种框毗连(最好直接地)多边形中央区，因而毗连相关的彩色基底。仪器的缩写名被输入在此框内。

未被应用的仪器显现为不与多边形区连接，特别是不邻接到多边形区的彩色区。

未被应用但有效的仪器可以显现为被加框的形式，而未被应用的且为失效的仪器则无外框。

在此实施例中，中央多边形的顶点数目作成等于在运行正常时飞行阶段中要被应用的导航仪器的数量。这意味着如果运行正常整个中央多边形区应当显现为彩色的(图11、13、15)。在图10～17的情况下，同时应有5个导航仪器。如果出现一较小的彩色多边形(三角形：图10、12、14；梯形；图17；简单的狭带：图16)，则存在有异常情况。按照中央彩色区的形状和面积飞行员能非常容易检测到它。然后由观察出现在外围区中的导航仪器的名称来得到详情。这里如果具有与屏幕进行交互作用的装置的话也可以由选择所希望的外围区来得到细节。

图18-25表示此同一实施例中的显示，但是在要被应用的导航仪器数仅为4时的飞行阶段中。

在图10～17和18～25中，最好能在屏幕的一部分中以一种或另一形式(同心圆、分度标等等)显现由仪器所发送的平均位置中的误差量度和在相关飞行阶段中的最大容许差的量度。这种量度在图中没有加以显示。

在这些图中也应当指出，显示在外围区中的仪器的名称可能随时间变化。这是因为飞行管理系统不显示全部可用的仪器(如图2-9的情况)而仅仅显示有限数量的仪器。这样，图11表示采用仪器IRS1、IRS2、IRS3、GPS和LOC的正常配置，而图13表示一同样正常的配置，但它采用仪器DME/DME而不是HPS。对图19和21也同样如此。

图26表示按照本发明的原理的一用于协助导航操作的实际屏幕配置。外围区为一绿色盘。在这一盘的中央给出当前位置误差指示epe2.5。此盘的直径与指示epe成比例。一直径对应于最大允许位置误差的红色圆C2围绕着绿色盘D1。径向区为指向盘D1的中心的箭头。外围区为含有对应于一导航仪器的项目的矩形，它们具有选择按钮的形式(可以作键控来得到关于对应仪器的进一步信息)。对于未被应用的仪器无箭头。中央区和外围区之外的其他指示关于存在当前不能用的导航设施(图26的示例中的VOR1、ADF1、ILS、VOR2、ADF2)。最后，其他选择按钮使得可能得到仍与导航有关的其他信息或者更新此信息。

Claims (12)

1、一种协助空中导航的方法，利用飞行管理系统通过数个至少包含一显示屏幕(MCDU)的接口与飞行员进行对话，所述飞行管理系统传递有关飞机中存在的各种空中导航仪器的运行状态和准确度的信息，所述方法的特征是包括：在屏幕上同时显示一表示仪器的整体应用的中央区(D1)和围绕中央区分布的各自个别地表示一特定导航仪器的应用的外围区；和同时显示此中央区与一对应于实际正被飞行管理系统应用着的仪器的外围区间的关系图形，因而这些直观关系图形的同时显示即表明实际被飞行管理系统所应用着的仪器数量，而被这些关系图形链接到中央区的外围区则表明它们是实际被应用着的仪器。

2、按照权利要求1的方法，其特征是所述关系图形包含离开中央区且在中央区与一外围区之间伸展的彩色径向区。

3、按照权利要求2的方法，其特征在于是该径向区具有三角形或梯形形状，向着中央区中心变窄而向外变宽。

4、按照权利要求2的方法，其特征是该径向区具有箭头形状。

5、按权利要求1至4中任一个的方法，其特征是中央区为一圆盘(D1)，其直径表示由所用仪器发送的位置上的平均误差的估算值。

6、按照权利要求5的方法，其特征是飞行管理系统显示一围绕该圆盘的圆周线，其直径表示最大容许的平均位置误差。

7、按照权利要求1的方法，其特征是中央区与一对应于被应用着的导航仪器的外围区之间的直观的关系图形包括这一外围区直接与中央区接触的显示，和与所述外围区邻接的中央区一部分中的彩色区，从而即能直接辨识一方面那些被应用着的仪器和另一方面那些未被应用的仪器。

8、按照权利要求7的方法，其特征在是飞行管理系统显示一多边形中央区，使得多边形的顶点数等于当前飞行阶段中理论上必须的导航仪器数，且如果系统正应用着这一数量的仪器此整个多边形即为彩色的。

9、按照权利要求8的方法，其特征是一对应于被飞行管理系统识别为有效的但未被此系统应用的仪器的外围区被以加外框的形式显示。

10、一种用于协助空中导航的设备，采用一借助多个至少包含一显示屏幕的接口与飞行员进行对话的飞行管理系统，此飞行管理系统传递有关飞机中存在的各种空中导航仪器的运行状态和准确度的信息，其特征是设置有为同时在屏幕上显示一表示仪器的整体应用的中央区和围绕中央区分布的各自个别地表示一特定导航仪器的应用的外围区、和还同时显示中央区与一对应于实际被飞行管理系统应用着的仪器的外围区间的关系图形装置，从而这些直观的关系图的同时显示即表明实际被此飞行管理系统应用中的仪器数量，而被这些关系图形链接到中央区的外围区则表明它们为实际应用着的仪器。

11、按照权利要求10的设备，其特征是该屏幕为一数据显示和输入控制台的屏幕，使得可能为执行有关这些区域的操作选择特定区域，且设置有为在屏幕上显示有关对应于一被选择的外围区的导航仪器的数据的装置。

12、按照权利要求10和11中之一的设备，其特征是设置有为区分显示与运行状态满意的仪器相关的区和与不能正确地运行的仪器相关的区的装置。

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