CN1217076A - 飞行数据的输入与控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于辅助空中航行的方法与设备,机载计算机通过数据显示与输入控制台与飞行员进行对话。该控制台以一系列可选择并可激活的主区形式显示要执行的任务清单。每个区域对应一项通过控制台执行的任务,在任务被执行之后重新显示任务清单。在重新显示的任务清单中,已经被执行和确认的任务区域以不同于其它区域的颜色显示。当有副驾驶员时最好有两组主区,这便于了解哪些任务已经完成、由谁完成,哪些任务有待执行。

Description

飞行数据的输入与控制方法和设备

本发明涉及用于辅助空中航行的方法与设备。

通常，现代设计的重航空器(飞机、直升飞机等)内的驾驶员必须与飞行管理系统进行对话，这种飞行管理系统是装在重航空器(以后称之为飞机)上的用于帮助驾驶员进行一系列操作的计算机。这些操作主要是用于在起飞前制定飞行计划的操作、在起飞和降落过程中的导航(人工或自动导航)操作、空中航行操作(航道计算等)、飞行期间或当接近一机场时的系统监视操作。

飞行管理系统根据驾驶员输入的数据、分布在整个飞机上的传感器所提供的数据以及或许用无线电从地面或其它飞机甚至卫星(正在推广的“数据链”系统)上发送来的数字数据进行操作。驾驶员与飞行管理系统之间的对话主要是靠至少三个接口进行的，即：

^*航行显示器，它上面显示了飞机的预定航线图，即，飞机的飞行计划曲线图和在这个计划内飞机的状况；

^*主飞行显示器，它示出了一个随飞机的摆动而摆动的指示飞机轴向姿态的模拟水平以及其它有用的飞行指示信息，特别是飞机的导航方式；

^*具有人工控制装置的飞行控制单元，它用于选择诸如飞机所需的方向之类的设置；

^*被称之为MCDU(“多用途控制显示单元”)的键盘/显示控制台，它是数据显示与输入控制台，它允许驾驶员向飞行管理系统输入数据以及阅读由飞行管理系统根据输入的数据传送出来的信息。

数据显示与输入控制台包括显示屏、功能键和字符键盘。

正如大家所知，在各种不同的飞行阶段驾驶员(一名或两名驾驶员)要执行的操作有很多；这些操作必须有序地进行使得飞行管理系统可以获得所需的飞行程序和监督数据。

特别是在起飞之前和快要着陆之前驾驶员必须完成一系列的监督与数据输入操作。在飞行途中还必须完成其它操作。

执行操作的驾驶员必须留意设置在操作程序内的操作都要得到正确执行。此外，在双人控制的情况下，这些操作必须与副驾驶员共同完成，一名驾驶员的操作必须得到另一名驾驶员的验证。两名驾驶员之间的通信是口头进行的，飞机座舱包括并排放置的两套相同的飞行控制装置，每套飞行装置包含与单个飞行管理系统(或者是与同步机构合在一起的双系统)通信的相同接口。

本发明的目的是提出一种用于辅助空中航行的方法与装置，该方法与装置能使驾驶员在各种不同的飞行阶段更容易地执行他所担负的与飞行管理系统相关的任务。

该方法使用了飞行管理系统及其数据显示与输入控制台；控制台尤其能够选择预定显示区以便触发对应于所选区域的操作。该方法包括：

^*在控制台的显示屏上同时显示一系列从上到下一个接一个的主区，每个区域对应于航行操作程序中的一个步骤，

^*当使用者选择了一个对应于一个特定操作步骤的主区时，在控制台上显示用于执行该步骤所需信息的要素，

^*当用于确认对应于所选主区的操作步骤的数据项被输入到控制台上时，重新显示该一系列主区，其中，操作步骤已经得到确认的主区至少有一部分是以不同于操作步骤还没有被确认的主区的颜色显示的。

在设置两个控制面板并且两个显示与数据输入控制台与同一飞行管理系统通信的情况下，最好准备另一个对应于同样的与每个主区有关的操作步骤的主区，使一个区域位于屏幕的右侧，另一个区域位于屏幕的左侧。左侧控制面板执行的操作确认使两个控制台上的左侧区域显示不同的颜色，而右侧控制面板执行的操作确认则使两个控制台上的右侧区域显示不同的颜色。这样一方面便于在显示屏上观看是否所有操作步骤都已得到执行，另一方面便于观看是谁执行的。

在采用这种对各操作步骤双重区域的情况下，既可以采取并排设置两个独立区域并在这两个区域中重复写入指示信息的方法，也可以采取设置一个被分成两部分的双重区域并在双重区域中写入一个延伸到双重区域的两个部分的指示信息的方法。一半区域靠作出确认的控制台来改变颜色。

本发明不仅涉及刚才已被概括的方法，而且还涉及用于辅助空中航行的设备。

按照本发明的设备使用了借助于几个接口与驾驶员对话的飞行管理系统，其中，所述几个接口至少包括一个数据显示与输入控制台，本发明设备的特征在于它包括用于在控制台的显示屏上同时显示一系列从上到下一个接一个的主区的装置，其中，每一个区域对应于一个航行操作步骤；用于选择特定的主区的使用者操作装置；用于当主区被选出之后将执行与该主区的相应的操作步骤所需的显示信息显示在控制台上的装置；用于向控制台输入一个操作步骤确认项并又重新显示该一系列主区的装置，其中，操作步骤已经被确认的主区是以不同于操作步骤还设有被确认的主区的颜色显示的。

在本发明的优点中尤其值得一提的是该系统的耐中断性：驾驶员在检查操作程序时经常被中断，特别是在起飞之前的阶段。通过本发明，驾驶员可以得到已经执行的操作步骤的提要并可以迅速返回到操作程序检查过程中；他们不必为回想已经执行的步骤而按顺序匆匆处理完工作。

此外，本发明方法将支持在地面与控制面板之间用无线电传送信息的新的“数据链”对话方式：在操作步骤中可以用特定的吸引驾驶员注意力的形式显示地面发给飞行管理系统的信息。驾驶员可以用好象他自己输入信息一样的方式来确认和接受这个信息。

在阅读以下参照附图给出的详细说明的过程中可以明显看出本发明的其它特征和优点。附图中：

图1示出了按照本发明的整个辅助航行设备；

图2示出了航行过程开始时的控制台的屏幕显示；

图3到6显示了对应于不同操作步骤的屏幕显示；

图7示出了就本发明功能而论的飞行管理系统的操作流程图。

图2到图6包括可以在班机上实际显示的文字指示，因此它们以文字或缩写字或助记符形式显示。

按照本发明的航行辅助设备构成了整个飞机监控系统的一部分。该整个系统主要包括：

^*飞行管理系统或FMS，它是一台可以接收各种信息、可以计算其它信息以及可以通过对话接口向驾驶员传递信息的计算机10；

^*分布在整个飞机上的传感器12，例如它包括航行仪器(IRS惯性组件等)、各种用于提供有关飞机状态的传感器和用于与外界联络的仪器，所有这些传感器都连接到飞行管理系统上；

^*用于与驾驶员进行对话的接口，它们连接到计算机10上，主要包括：

^*飞行控制单元或FCU，例如，借助于按钮它可以选择飞机的方向或其它已经提供给管理系统的设置；

^*用于显示航行信息的显示屏ND(“航行显示器”)，它用于显示地图、飞行计划等，

^*主飞行显示器PFD(“飞行方式指示装置”)，它用于显示模拟水平、飞机的高度、姿态、速度矢量和导航方式指示等。

^*数据显示与输入控制台或MCDU(“多用途控制显示单元”)；就本发明来说，该控制台是主要对话工具，它在FMS计算机软件的直接控制下工作。当然，控制台本身也可以包含自身操作所需的合适软件，一般情况下该控制台包括微处理器和受这个微处理器控制的电路。例如，用于在屏幕上显示标绘图的子程序和用于管理数据输入键盘的子程序等适合于控制台，相应软件被装入到控制台中，而要显示的信息一般则由FMS计算机中的软件产生。

在这整个系统中，实现本发明所需要的部件是FMS计算机(因为设想对话是在驾驶员与计算机之间进行的)及MCDU控制台。MDCU数据显示与输入控制台包括键盘、显示屏、功能键和用于选择屏幕上的显示区域并激活所选区域以便触发与显示内容有关的操作的装置。这些选择与激活装置与用在微机领域的“鼠标”类似，也就是说，它们是能够完成下列工作的装置：

^*为了选择屏幕上显示菜单给出的区域，可以在菜单上移动光标(可视的或不可视的)，当光标经过某个区域时，该区域变为高亮区域；

^*激活被选择的区域(鼠标的“咔嗒”键)。

在航空上通常不用鼠标而用移动键，要不然采用触摸屏，通过手指触摸某个区域来选择该区域，或者可以用挨着屏幕的触摸板来选择区域。所有这些用于选择屏幕区域的装置都是等同物。

控制台上的功能键可以布置在屏幕周围，但应当注意它们也可以显示在屏幕上，比如显示在屏幕中心区域的四周；在这种情况下，功能键的激活正是以上述原理由区域选择装置进行的；显示在屏幕上的键是可以用“咔嗒”按钮选定的特殊可选择区域。这是用图形表示的特殊情况，所述图形说明了被称为“信息显示区”的中心区周围的功能键。功能键被显示在屏幕上的这种情况使得在按要求修改这些键的相关功能时可以更方便地将这些键重新设置。

现在将对本发明提供的导航功能进行说明。这些功能是用特别编程的FMS计算机执行的，FMS计算机用于执行各种需要的显示操作。

为了帮助对本发明的理解，将说明实际航行情况，在航行过程中驾驶员(或两个驾驶员，分别称为当班驾驶员PF和不当班驾驶员PNF)使用本发明的航行辅助装置。

具体例子是从巴黎查尔斯戴高乐机场(CDG)到法兰克福机场(FAR)的无事故飞行。在这个例子中，飞行方案包括7个主要阶段：起飞前、滑向起飞跑道、起飞、爬升、飞行、降落、着陆。

在任何时刻，飞行管理系统都知道它处于哪个阶段，因为驾驶员的操作受该系统的不断监视且飞机的状况受到连在该系统上的传感器的连续检测。

1、起飞前

这是驾驶员制定飞行计划以及使飞机的所有参数(尤其是重量)初始化的阶段。

在MCDU控制台上的功能键中有一个用于本发明的特殊键，即DO LIST键。正如所述的那样，这个键可以是硬件键，也可以是屏幕上显示的可用区域选择装置选择的软件键。

当DO LIST键被激活后，FMS计算机便将图2所示的图像显示在信息显示区中；在这幅图像中，中心信息显示区的周围仍显示了诸如DO LIST键之类的功能键20。

显示在屏幕中心区域内的图像主要包括：信息标题30和可选择并可激活的主区40。

每个主区包含与驾驶员在起飞前执行的操作步骤有关的信息；当使用者选择了这些区域时，这些区域便变成高亮度的区域(或改变颜色等)，因而这种选择是看得见的。

在图2中有两个相同的主区栏；左侧栏中的区域40和右侧栏中的区域50。一开始将只考虑左侧栏中的区域40。

通常，当一个特定主区被选出并激活以后，它便使计算机显示信息并请求执行与该区域相应操作步骤所需的数据。主区的排列顺序与驾驶员执行的操作顺序相同。

当飞机在地面起飞之前，FMS计算机知道它处于这个阶段，这就是按下DO LIST键后会显示图2所示信息的原因。如果计算机检测到飞机处于其它某个阶段，那么按下DO_LIST键后将会列出具其它操作指示的某些其它主区，激活这些不同区域然后触发不同于图2所示的步骤操作。

图2所示的与起飞前的阶段相对应操作步骤的包括：

^*提示性标题，它提示所显示的菜单是驾驶员在起飞前要执行的操作步骤清单。

^*在各个按从上到下、从右到左顺序排列的主区内的有关每个操作步骤内容的文字指示信息。

这方面的专家将会很快看出屏幕指示信息的含义，这些指示信息是用航空英语表达的。给出的指示信息仅仅是实际指示信息的例子，应当理解对于同样的操作可以给出其它指示信息，对于指定的飞行阶段可以选择其它其它操作步骤。

图2列出了以下操作步骤：

^*飞行管理系统状态的检查

^*有关起飞(机场跑道等)、在航线上、到达的数据，

^*飞行高度，

^*使惯性系统与飞机的经度、纬度一致，

^*驾驶员选定的无线电导航装置的强迫显示，

^*燃油数据：重量和重心

^*飞行参数

^*第二飞行方案

^*其它飞行方案

^*精确模型的显示

某些步骤可能是在操作过程中必须做的，而其它的步骤则是任选的，例如，此处最后三项是任选的。任选步骤的显示形式可以与其它步骤的显示形式略微不同(例如，前者用灰色背景，后者用黑色背景)。

如果使用者选择并激活一个特定的主区，那么计算机便显示一个主要由信息和请求信息构成的新屏。

这样，当驾驶员选择并激活显示“检验FMS状态”操作步骤的指示信息的第一主区时，屏幕上便示出图3所示的显示信息，它包括：

^*提示性标题(“FMS状态)，它提示：这是检查步骤，

^*信息(主要是信息和请求信息)，

^*供输入被请求信息用的区域

^*“确认”按钮，如果驾驶员想在不执行当前操作步骤便返回到菜单或者想删除最后输入的数据时，最好还有“取消”键。

在这个例子中，FMS计算机在屏幕上显示飞机型号和发动机型号并请求诸如指定的航班号之类的信息。驾驶员在选出相应的输入区域之后(或在计算机自动指向这个区域之后)在键盘上输入这个航班号，此处为“AFR1448”。驾驶员可类似地输入这个屏幕页请求的其它数据。

当使用者这样接收到这个操作步骤的相应信息并且键入了被请求数据之后，用户便对操作加以确认(选择并激活“确认”区)，从他的观点来看这意味着操作步骤已经得到执行。

还可以通过按下确认按钮或选择“OK”区并按下咔嗒键或其它任何常规的确认办法进行确认，例如，计算机可以将有关屏幕页上的请求数据的全部输入解释为这一页的确认操作。

使用者执行的关于特定操作步骤的操作可以包含几个屏幕页的连续滚动，然后在显示在控制台最后一页上用FMS计算机完成对执行操作步骤的最后确认。

当完成对一特定主区域的确认以后，计算机又重新显示图2所示的屏幕页，但与现在已被确认的操作步骤相对应的主区以不同于其它还没被确认的区域的相应主区的颜色出现。

图4示出了这个阶段的屏幕，不同的颜色用散布的点表示。

于是驾驶员将执行“FMS”起飞前DO_LIST屏幕建议的后续操作步骤，与被确认的步骤相对应的区域将显示与确认相对应的颜色。

因此，屏幕上以不同颜色显示的清单包括已经执行的操作步骤和待执行的步骤，这样当在任一时刻都将向驾驶员提供他应完成的任务的情况的非常显著的提示。

应当注意在确认有关步骤之后可以对主区中的指示信息进行修改：图5表示第二步骤“FROM/TO or CO-ROUTE”(见图2)被选定后已经得到执行的情况，已经出现在相应区域内的指示信息“CDGFRA1”向驾驶员说明被输入的航线是查尔斯戴高乐/法兰克福航线。

同样，与选择飞行高度的步骤相对应的CRZFL主区内以“FL330”的形式表示高度为33000英尺(10000米)。该主区左侧的相应辅区被标上记号。

依此类推，可以执行包括可选步骤在内的所有操作步骤，在任何时刻驾驶员都知道他处在哪个操作阶段，即使在执行过程中他被中断(实际上这是经常发生的)时也是如此。

2．其它飞行阶段

已经对起飞前的操作步骤作了详细解释。只要有待执行的步骤清单或检查清单便可将同样的原理用于其它飞行阶段。实际上，在着陆阶段之前的降落阶段才需要重新进行一系列的确认和数据输入。

驾驶员重新按下DO LIST键后FMS计算机便知道了它处于哪个飞行阶段，然后在屏幕上显示待执行的操作清单，这个清单与图2不同，但它同样是以与这个阶段要执行的操作步骤相对应的主区方式出现的。

按照本发明的另一个非常有益的可能性，当飞机由两个驾驶员操纵时可以配备按照本发明的增强型系统，所述两个驾驶员中一个叫当班驾驶员PF或飞行驾驶员，另一个叫不当班驾驶员PNF或不飞行驾驶员。

这两名驾驶员各占据了一个配有对话接口的座位，这些接口是相同的，并以相同的方式连接到FMS计算机上。两个MCDU控制台独立地受各驾驶员的控制，计算机能够区分这两个控制台上的显示与数据输入。

因此，本发明建议左侧栏的区域40与左侧驾驶员相联系，右侧栏的区域50与右侧驾驶员相联系。只有左侧驾驶员才可以激活区域40，只有右侧驾驶员才可以激活区域50。只有被激活并被确认的区域才改变颜色。这样，在屏幕上不仅可以清楚地显示被确认的步骤而且还可以清楚地显示确认步骤是哪个驾驶员完成的。这些显示以相同的方式出现在各个驾驶员的控制台上。一个驾驶员要求另一个驾驶员执行某些操作是很平常的事；这样，在任何时刻他都可以确信已经做了什么而不必记住他自己操作了什么和他的同伴操作什么。

图6示了出了相应的例子，其中，有一项是右侧驾驶员完成的。两个控制台显示同样的图像。

当然，本发明通过对FMS计算机进行适当编程来实施的，本发明相应的整个软件操作流程图示于图7。对应于一个控制台上的显示，该流程图示出了：

^*当“DO LIST”功能键被激活时，显示操作步骤菜单，该显示信息取决于当前的飞行阶段；只有已经被执行的操作步骤的主区，特别是另一方驾驶员在另一个控制台上执行的操作步骤的主区才用确认色显示；

^*选择并确认主区，显示相应的新屏；

^*在执行操作步骤后进行确认，然后将确认信息存入到存储器中，以便在两个控制台(如果有两个控制台的话)接着显示；

^*显示新的操作步骤菜单，其中，与已经被确认的步骤相对应的区域用确认色显示；

^*如果飞行阶段改变，便清除标记存储器，假定通过激活DO_LIST键而显示的操作菜单取决于飞行阶段；将前一阶段输入的信息显示在新菜单中，该输入信息在新的阶段仍有效；

^*通过选择新的操作步骤继续执行操作，或者通过激活其它某个功能键结束操作。

实际上，要用到DO LIST菜单的两个主要阶段是起飞前阶段和着陆阶段。在着陆阶段的一开始显示的操作菜单包括还没有被确认(删除确认存储器)的区域，另外还包括在起飞前阶段输入的指示信息(也就是说，确认存储器已被清除，但其它仍有效的信息不被清除)。

在较早说明的图中，与两个控制台相对应的左、右两个区域对各个操作步骤来说是完全独立的，它们包括有关被执行操作的双重指示信息。不过，还可以采用两个相邻的区域形成只记录单个指示信息的单个矩形。在这种情况下，哪半个矩形改变颜色取决于执行确认操作步骤的控制台。驾驶员通过在矩形中按钮来选定这个双重区域而不必担心是在右半部按钮还是在左半部按钮。由于该矩形可以有两倍的尺寸，因此文字操作指示信息更便于阅读。

Claims (4)

1、采用连接到至少一个数据显示与输入控制台(MCDU)上的飞行管理系统(FMS)的用于辅助空中航行的方法，控制台能选择显示屏上的预定区域以便执行与各个区域相对应的操作，该方法的特征在于：

^*在控制台的显示屏上同时显示一系列从上到下一个接一个的主区(40)，每个区域对应于航行操作程序中的一个步骤，

^*当使用者选择一个对应于特定操作步骤的主区时，控制台便显示用于执行这个步骤所需的信息，

^*当对应于所选主区的操作步骤的确认信息被输入到控制台上时，重新显示一系列主区，其中，操作步骤已得到确认的主区至少有一部分是以不同于操作步骤还没被确认的主区的颜色显示的。

2、根据权利要求1所述的辅助空中航行方法，其特征在于：飞行管理系统包括一个与第一控制台相同的第二控制台，与同样的操作步骤相对应的另一个主区(50)与每个主区(40)相关联，一个主区(40)位于显示屏的右侧，另一个主区(50)位于显示屏的左侧，左侧控制面板执行的操作确认使得两个控制台的左侧区域显示不同的颜色，而右侧控制面板执行的确认操作则使两个控制台的右侧区域(50)显示不同的颜色。

3、一种采用飞行管理系统(FMS)的用于辅助空中航行的设备，其中，所述飞行管理系统(FMS)通过包括至少一个数据显示与输入控制台(MCDU)在内的几个接口与飞行员进行对话，该设备的特征在于它包括：用于在控制台的显示屏上同时显示一系列从上到下一个接一个的主区(40)的装置，其中每个区域对应于一个航行操作步骤；用于选择特定的主区的使用者操作装置；用于在一主区被选出之后将执行该主区的相应操作步骤所需的显示信息显示在控制台上的装置；用于向控制台输入一个操作步骤确认项并又重新显示该一系列主区的装置，其中，操作步骤已被确认的主区是以不同于操作步骤还没被确认的主区的颜色显示的。

4、根据权利要求3所述的设备，其特征在于：飞行管理系统包括一个与第一控制台相同的第二控制台；与同样操作步骤相对应的另一个主区(50)与每个主区(40)相关联，一个主区位于显示屏的左侧，另一个主区位于显示屏的右侧，位于左侧的主区只能从第一控台上激活，位于右侧的区域只能从第二控制台上激活；并设置了在执行操作步骤期间从第一控制台上输入的确认项使第一控制台和第二控制台的左侧区域以不同的颜色显示，而从第二控制台上输入的确认项则使第一控制台和第二控制台的右侧区域以不同的颜色显示的装置。

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