用于飞行管理的系统和方法

用于飞行管理的系统和方法
【专利摘要】本发明提供用于飞行管理的系统和方法。提供一个飞行控制系统，其包括飞行管理系统，该飞行管理系统配置成管理包括飞行器的飞行路径或高度中的至少一个的飞行器飞行控制。该飞行控制系统还包括飞行参数选择模块，其配置成确定成本指数（CI）和巡航高度以用于飞行管理系统使用来管理飞行器飞行控制，其中该确定基于沿飞行路径的飞行成本和预测天气。
【专利说明】用于飞行管理的系统和方法
【背景技术】
[0001]飞行器通常配备有飞行管理系统(FMS)用于管理飞行器飞行控制、生成飞行分布图数据并且提供例如由航路点(其由航行位点坐标表示)指定的飞行路径的航行信息。另夕卜，飞行管理控制系统还能配置成对于发动机推力的手动或自动控制提供飞行器发动机节流阀设置。
[0002]FMS计算详细的飞行轨迹并且控制飞机的航行。轨迹限定横向和垂直分布图，其包括沿该分布图的飞行器速度，并且由FMS使用航线飞行规划和例如高度和速度限制的其他约束以及成本指数(Cl)(其是时间成本与燃料成本的比)而发展。FMS使用当前飞行器状态和大气数据连同所有工作人员输入的或航线操作中心(AOC)上行链接的数据来生成轨迹。使用各种传感器来确定飞行器的准确位置，FMS通过飞行控制系统沿轨迹引导飞行器。例如，在飞行器起飞和巡航期间，FMS可确定发动机推力要求以在升离跑道时充分提升飞机使得飞行器以一定的俯仰角速率充分爬升(典型地根据由空中交通控制提出的编程调度或要求)并且然后水平飞行并且最后下降着落。
[0003]飞行中招致的两个主要成本是燃料成本和时间成本。燃料成本与燃烧燃料的量成比例。如果飞行器未在调度的时间到达飞行器目的地，还存在由飞行器招致的成本。这些成本取决于航线操作调度并且对于早到和晚到可以不同。一般地，成本在到达时间自调度时间的偏离中是非线性的。飞行中招致的总成本可以基于选择的飞行参数而明显变化。然而，在常规的系统中，设置初始飞行参数并且它们在飞行期间不改变以对于不同的条件或情况来调整。多个这些外因影响在飞行中招致的成本。例如，天气对飞行成本可以具有明显影响。具体地，飞行中消耗的燃料以及飞行时间明显受风速、方向并且还受大气温度的影响。
[0004]从而，常规的飞行计划系统选择飞行的最佳横向路线，其包括成本指数的选择。然而，包括成本指数的飞行参数中的许多是固定的并且不考虑不同的天气条件。从而，这些常规的系统被低效地使用，这对整个飞行增加成本。

【发明内容】

[0005]在一个实施例中，提供一种飞行控制系统，其包括飞行管理系统，该飞行管理系统配置成管理包括飞行器的飞行路径或高度中的至少一个的飞行器飞行控制。该飞行控制系统还包括飞行参数选择模块，其配置成确定成本指数(Cl)和巡航高度以用于飞行管理系统使用来管理飞行器飞行控制，其中该确定基于沿飞行路径的飞行成本和预测天气。
[0006]在另一个实施例中,提供一种飞行器，其包括机身和该机身机载的飞行管理系统，该飞行管理系统配置成管理包括飞行路径或高度中的至少一个的飞行器飞行控制。还提供飞行参数选择模块并且它配置成确定成本指数(Cl)和巡航高度以用于飞行管理系统使用来管理飞行器飞行控制，其中该确定基于沿飞行路径的飞行成本和预测天气。
[0007]提供一种飞行控制系统，其包括:
飞行管理系统，其配置成管理包括飞行器的飞行路径或高度中的至少一个的飞行器飞行控制；以及
飞行参数选择模块，其配置成确定成本指数(Cl)和巡航高度以用于所述飞行管理系统使用来管理所述飞行器飞行控制，所述确定基于沿所述飞行路径的飞行成本和预测天气。
[0008]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成执行黄金分割搜索来确定所述Cl或所述巡航高度中的一个。
[0009]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成执行嵌套黄金分割搜索来确定所述Cl和所述巡航高度。
[0010]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成基于所述预测天气确定所述飞行器的高度的逐步爬升调度。
[0011]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成确定沿所述飞行路径的多个航路点处的所述Cl和巡航高度。
[0012]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成在确定所述Cl和巡航高度时使用燃料消耗和飞行时间信息。
[0013]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成在所述飞行器飞行期间更新所述Cl或巡航高度中的一个。
[0014]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成使用沿所述飞行路径的不同点处的预报风或预报温度中的至少一个来确定所述Cl和巡航高度。
[0015]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成执行模拟分析来确定天气预报准确性对所述飞行器的飞行时间和燃料消耗的影响。
[0016]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成确定整个飞行路径的单个Cl值和单个巡航高度。
[0017]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成在确定所述Cl和巡航高度时优化巡航高度分布图或Cl值中的一个。
[0018]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成在多个航路点中的每个处使用前向计划来对所述飞行路径的不同部分优化确定的Cl和巡航高度。
[0019]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成同步优化所述Cl和巡航高度。
[0020]优选的，所述飞行参数选择模块进一步配置成与优化所述Cl和巡航高度同步地选择多个横向航路点。
[0021]提供一种使用处理器的飞行计划的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，用于命令所述计算机:
接收飞行路径的预测天气信息；
确定用于飞行管理系统使用来管理飞行器飞行控制的成本指数(Cl)和巡航高度，所述确定基于飞行成本和接收的所述飞行路径的预测天气信息；以及向所述飞行管理系统提供所述Cl和巡航高度。
[0022]优选的，所述指令命令所述处理器执行黄金分割搜索来确定所述Cl或所述巡航高度中的一个。
[0023]优选的，所述指令命令所述处理器执行嵌套黄金分割搜索来确定所述Cl和巡航高度。
[0024]优选的，所述指令命令所述处理器确定沿所述飞行路径的多个航路点处的所述Cl和巡航高度。
[0025]优选的，所述指令命令所述处理器使用沿所述飞行路径的不同点处的预报风或预报温度中的至少一个来确定所述Cl和巡航高度。
[0026]优选的，所述指令命令所述处理器在确定所述Cl和巡航高度时优化巡航高度分布图或Cl值中的一个。
[0027]优选的，所述指令命令所述处理器在多个航路点中的每个处使用前向计划来对所述飞行路径的不同部分优化确定的Cl和巡航高度。
[0028]优选的，所述指令命令所述处理器与优化所述Cl和巡航高度同步地选择多个横向航路点。
[0029]提供一种飞行器，其包括:
机身；
所述机身机载的飞行管理系统，其配置成管理包括飞行路径或高度中的至少一个的飞行器飞行控制；以及
飞行参数选择模块，其配置成确定成本指数(Cl)和巡航高度以用于所述飞行管理系统使用来管理所述飞行器飞行控制，所述确定基于沿飞行路径的飞行成本和预测天气。
[0030]优选的，所述飞行参数选择模块配置成执行黄金分割搜索或嵌套黄金分割搜索来确定所述Cl或所述巡航高度中的一个。
[0031]优选的，所述飞行参数选择模块配置成确定沿所述飞行路径的多个航路点处的所述Cl和巡航高度并且使用沿所述飞行路径的不同点处的预报风或预报温度中的至少一个来确定所述Cl和巡航高度。
[0032]优选的，所述飞行参数选择模块配置成在多个航路点中的每个处使用前向计划来对所述飞行路径的不同部分优化确定的Cl和巡航高度。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]图1是图示作为不同巡航高度的成本指数(Cl)值的函数的飞行成本的示例的曲线图。
[0034]图2是根据各种实施例的决策支持系统的简化框图。
[0035]图3是图示根据各种实施例包括逐步爬升调度的不同爬升曲线的曲线图。
[0036]图4是图示使用各种实施例控制飞行器的图。
[0037]图5是根据各种实施例的飞行管理系统(FMS)的图。
[0038]图6是根据各种实施例的飞行参数选择模块的框图。
[0039]图7是图示根据各种实施例执行的成本指数(Cl)搜索的曲线图。
[0040]图8是根据各种实施例用于确定Cl值或巡航高度的方法的流程图。
[0041]图9是根据各种实施例用于确定Cl值和巡航高度两者的方法的流程图。
[0042]图10是图示根据各种实施例在成本指数上搜索的图。
[0043]图11是图示根据各种实施例的嵌套搜索的图。
【具体实施方式】
[0044]某些实施例的下列详细描述当与附图结合阅读时将更好理解。应该理解各种实施例不限于图中示出的布置和工具。
[0045]如本文使用的，采用单数列举并且具有单词“一(a)”或“一(an)”在前的元件或步骤应该理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非这样的排除明确地规定。此外，对“一个实施例”的引用不意在解释为排除也包含列举的特征的另外的实施例的存在。此外，除非对相反情况明确规定，“包括”或“具有”具有特定性质的一个元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的另外的这样元件。
[0046]提供系统和方法的各种实施例用于对于给定飞行选择成本指数(Cl)和垂直分布图。各种实施例的至少一个技术效果是飞行的操作成本降低。使用各种实施例，航线飞行计划者可对每个单独飞行确定改进或最佳的飞行计划。
[0047]在各种实施例中，选择使用要由飞行管理系统(FMS)使用的天气预报信息、Cl、巡航高度和/或横向路线来降低飞行成本(其包括考虑燃料和时间因素)或使其最小化。因此，一些实施例对飞行选择一个巡航高度或多个巡航高度。例如，在飞行中招致的总成本可以基于对如在图1 (其示出飞行成本的模拟数据(在垂直轴上)对Cl (在水平轴上)的曲线图20)中图示的飞行选择的飞行参数而变化。如可以由曲线22 (对于模拟数据)看到的，成本(代表不同巡航高度)基于飞行器Cl和高度而变化。
[0048]根据各种实施例，可对飞行的不同部分选择Cl(对于FMS)、巡航高度和/或横向路线。在一些实施例中，对这些参数中的一个或多个的改变基于沿飞行的飞行路径和横向路径的不同位点处的天气条件(例如，预测或预报的风和温度)。例如，如在图2中示出的，可提供决策支持系统30来对FMS 32选择参数，其可以是固定的或在飞行期间动态改变。FMS32从飞行参数选择模块34接收初始且可选地更新的参数信息。在各种实施例中，如在本文更详细描述的，天气信息和/或飞行时间信息(例如，起飞时间、当前时间和/或估计的到达时间)由飞行参数选择模块34接收，该飞行参数选择模块34将控制参数输出到FMS 32。例如，可使用飞行参数选择模块34设置或更新Cl值、巡航高度和/或横向飞行路径。飞行参数选择模块34可在硬件、软件或其组合中实现。
[0049]特定地，图3的曲线图40图示飞行器的理论最佳连续爬升曲线42，其包括在风和温度改变时具有实际高度波动的连续推力设置。曲线44代表恒定高度巡航，其中FMS 32仅使用一个风等级。从而，曲线44不基于例如飞行器的重量和风来考虑或计算风-最佳巡航高度或最佳逐步爬升点。根据各种实施例，确定逐步爬升调度(例如由曲线46所代表的)并且将其用于控制FMS 32。例如，在各种实施例中，理论最佳(由曲线42所代表的)基于飞行期间的风和温度(以及可选地，飞行定时信息)在三或四维中由一系列逐步爬升(其可包括更新的Cl值)估算，如在本文更详细描述的。在各种实施例中提供逐步爬升来与空中交通控制(ATC)程序以及机载引导兼容。
[0050]从而，由曲线42所代表的理论最佳巡航分布图使用连续推力设置(例如自动节流阀)，其将在达到最大高度时导致具有减小的爬升速率的连续爬升分布图。该最大高度随着飞行器总重量减小而增加，直到达到绝对最大飞行水平。这时的稳定巡航轨迹将不处于固定高度，但将随着环境风和温度条件改变而变化，从而影响实现的该实际推力。根据各种实施例，对该最佳曲线42的近似(如由曲线46代表的)可通过在飞行器的途中巡航阶段期间使用中间逐步爬升(以及Cl值中的变化)而实现。
[0051]各种实施例提供一个或多个算法，其选择最佳或近似最佳巡航高度分布图(其包括中间逐步爬升或逐步下降的初始巡航高度和位点)和最佳或近似Cl值用于预报风和温度条件。在一些实施例中，一个或多个算法计算飞行计划给定的横向飞行数据、燃料成本、起飞和到达的调度时间以及关联的提早和延迟成本。在操作中，可由商业航线操作中心使用各种实施例来计划飞行，其包括确定逐步爬升和下降。在一些实施例中，可提供模拟分析能力来研究天气/风和温度预报准确性对飞行时间和燃料消耗的影响。该模拟可用于关于沿飞行扩大使用风温度做出推荐并且基于天气条件使携带的燃料的量增加或减小。
[0052]特别地，图4图示沿飞行爬升调度(由逐步爬升曲线50代表的)的飞行器52的飞行控制。飞行器52从机场跑道54的起飞一般根据由可变发动机推力实现的飞行器爬升和巡航分布图56 (由曲线50代表的)图示，该飞行器爬升和巡航分布图56可包括对Cl值和横向飞行路径的改变。飞行器52可以是，例如喷气推动和螺旋桨驱动的飞行器。
[0053]在从机场跑道54升空或起飞期间，利用设置在升空位置中的飞行器襟翼，飞行器52典型地以全功率加速，使得飞行器在路径和爬升角度C上以初始爬升速率(俯仰角速率)从跑道升起。飞行器52的飞行器爬升速率和巡航高度可根据飞行器的大小和重量、发动机推力和例如温度、风和其他变量的在整个飞行中变化的大气条件而变化。例如，根据各种实施例，对一个或多个航路点60设置或改变飞行器52的巡航高度以及横向飞行路径和Cl值，该一个或多个航路点60可被预设和/或在飞行期间动态更新。从而，各种实施例对飞行器52的飞行提供初始(以及可选地，更新的)Cl、横向和垂直分布图，其例如可基于预报的天气条件而改变。从而，输入FMS 32的不同控制参数可变化，这可以引起飞行器52的推力以及飞行器52的行驶方向中的变化。
[0054]图5图示可与各种实施例一起使用来接收选择的飞行参数以控制飞行器52的飞行的FMS 32的一个实施例。在图示的实施例中，FMS 32包括FMS机载计算机处理器72和存储器74。该存储器74包括存储的航行数据库76，其存储包括确定的航路点信息78的飞行器航行信息，其可以是沿飞行计划(其中飞行器52的飞行的Cl、横向和垂直分布图中的一个或多个被改变)的点。从而，存储器74可包括航行航路点和要由FMS机载计算机处理器72在飞行期间改变的对应的飞行器控制参数80，如由一个或多个实施例确定的，例如使用飞行参数选择模块34 (在图2中示出)。
[0055]机载计算机处理器72接收来自飞行数据计算机90的各种输入，其包括感测的飞行器高度82、感测的飞行器速度84和感测的空气温度86。另外，处理器72接收来自航行传感器100的输入，例如来自全球定位系统(GPS) 102的位点坐标以及来自惯性传感器104的惯性数据。此外，如应对于本领域内技术人员是明显的，处理器72接收来自其他传感器的其他输入，例如燃料数量88，以及其他感测变量。
[0056]进一步示出机载计算机处理器72与具有显示器112的控制和显示单元(⑶U) 110通信。应该意识到该控制和显示单元110在各种实施例中是人机接口，其允许飞行员输入数据并且接收输出数据。例如，指示计算的发动机推力的输出数据可在显示器112上呈现的显示页中提供来允许飞行器的飞行员根据由飞行管理系统32提供的输出数据来操作飞行器。
[0057]进一步示出FMS 32具有马赫/空速指示器114、高度方向指示器116和水平状况指示器118。符号发生器120耦合于处理器72与指示器116和118中的每个之间。FMS 32还包括模式控制面板130，其向自动驾驶仪132提供输出，该自动驾驶仪132也与处理器72通信。该自动驾驶仪132可以是飞行控制系统的一部分并且可采用自动驾驶模式来操作控制轮。
[0058]进一步示出FMS 32包括节流阀控制140，用于控制发动机节流阀，如应对于本领域内技术人员是明显的。节流阀控制140可由飞行器的飞行员采用手动模式手动致动。在自动飞行控制模式中，节流阀控制140可由处理器72提供的自动节流阀信号142自动控制。应该意识到处理器72可通过提供输出命令(经由显示器112)或通过自动控制节流阀控制140 (经由自动节流阀信号142)而输出命令信号用于以计算的节流阀值来控制飞行器。
[0059]在本文示出和描述的FMS 32是可配置成执行各种实施例以在飞行器起飞、巡航和到达程序期间控制飞行器的飞行管理系统的一个实施例。在一些实施例中，例如由曲线46 (在图3中示出)图示的逐步爬升调度(其可存储在一个或多个表中)存储在存储器74中。应该意识到存储器74和存储的航行数据库76可包括现有的飞行管理系统(对其升级来执行爬升调度或使用一个或多个实施例)中的现有的航行数据库。
[0060]在操作中，各种实施例选择巡航高度和Cl值以例如基于天气和其他因素(例如，飞行时间信息)中的实际或预测变化来降低飞行成本或使其最小化。例如，飞行参数选择模块34 (如在图6中示出的)可选择一个或多个算法，其可以是用于确定参数以发送到FMS32 (在图2和5中示出)的优化和启发式算法。
[0061]在飞行器操作期间，根据飞行的阶段，最佳地选择所有参数，这可能是不可能的。例如，在一些状况下，飞行的巡航高度可因为ATC许可问题而改变，但使用各种实施例，可修改Cl来使例如与燃料使用关联的成本降低或使其最小化。飞行参数选择模块34可选择一个或多个算法(在图5中图示为模块)来控制飞行器的飞行。在一些实施例中，飞行参数选择模块34可从下列算法选择:
Cl优化算法150:确定Cl同时固定所有其他飞行参数，其包括巡航高度、横向航路点，
坐寸ο
[0062]巡航高度优化算法152:确定整个飞行的单个巡航高度。
[0063]Cl和巡航高度优化算法154:确定整个飞行的Cl和单个巡航高度两者。
[0064]巡航高度分布图和Cl优化算法156:确定巡航高度分布图(其包括中间逐步爬升或逐步下降的初始巡航高度和最佳位点)和Cl。
[0065]横向路径优化算法158:从可能的点集确定横向航路点同时还如在算法150、152、154、156中描述的那样确定Cl和/或巡航高度。
[0066]现在将描述各种算法。应该注意本文描述的算法仅用于示例并且可使用不同的算法。因此，其他算法或方法可用于对飞行器52的飞行确定Cl、横向分布图和/或垂直分布图。
[0067]Cl优化算法150确定Cl，以便使总飞行成本最小化。特别地，Cl优化算法150使用如在图7的曲线图170中图示的黄金分割搜索算法。曲线图170图示曲线172，其中水平轴对应于Cl值并且垂直轴对应于成本。在该实施例中，规定最小和最大Cl值(图示为O和100)并且巡航高度、飞行路径和所有其他FMS输入参数是已知的(例如来自飞行计划程序)。而且，FMS 32可用于获得行程燃料和行程时间信息，其中使用由曲线172所代表的成本函数估计总成本(基于时间和燃料)。应该注意Cl的值的范围可变化。
[0068]黄金搜索分割通过接连使极值已知存在在其内部(例如，在选择的Cl值的范围之间)的值的范围变窄而找到单峰函数的极值(最大值或最小值)。Cl优化算法150使用黄金搜索分割来维持具有形成黄金比的距离的三倍点的函数值。如果两个量的和与较大量的比等于较大量与较低量的比则确定各种实施例中的黄金比(Φ )，其可限定为:(a+b)/a=a/b=(K其中a和b是值(例如，Cl值)。在操作中，当Φ具有以下值时Φ代表黄金比:


I 4.^/5
^ Λ--------------------------
V ^




-W
其近似等于1.618。
[0069]在一些实施例中，为了使对Cl值的搜索速度增加，远离中点在等于以下的距离处选择新的点:
(3 -.VBJ/2 例如，在图示的实施例中，在零Cl值处选择初始点174。使用黄金分割搜索，接连确定或估计点176、178、180和182。应该注意在一些实施例中，多个点用于使用黄金分割搜索来确定最小Cl值。例如,在各种实施例中，使用5-10个点。然而,应该注意可使用另外的或更少的点。
[0070]从而，基于限定的Cl范围并且使用燃烧的燃料和来自FMS机载计算机处理器72(在图5中示出)的到目的地的时间信息，可确定Cl值，其然后由FMS机载计算机处理器72使用于整个飞行。Cl值使飞行成本降低或最小化，该飞行成本在各种实施例中包括燃料成本和基于时间的飞行成本(例如，早到或晚到)，其还包括预报的天气条件，例如沿选择的飞行路线的预报的风和温度。例如，基于沿飞行路径(或其平均)的一个或多个点，可基于将在考虑预报的天气的调度飞行时间期间使用的燃料的量确定成本。应该注意将基于这些因素而燃烧的燃料的量可使用任何适合的方法来确定。因此，代表Cl分布图的曲线172可使用在点174、176、178、180、182中的每个处的确定Cl值而生成，例如外推在点174、176、178、180,182之间的曲线。然后可确定点183处的最小值，其限定对应的Cl值。
[0071 ] 巡航高度优化算法152与Cl优化算法150相似地操作。特别地，巡航高度优化算法152使用黄金分割搜索来确定整个飞行的单个巡航高度。因此，限定巡航高度值的范围(例如在30000英尺与40000英尺之间)而不是限定Cl值的范围。然而，应该意识到范围可变化。
[0072]从而，根据各种实施例提供用于确定飞行的Cl值或巡航高度(如在图8中示出的)的方法184。特别地，在185处规定巡航高度或Cl的最大和最小值，其可由用户预定或限定。之后，在186处使用已知的FMS输入参数，例如确定的巡航高度(如果找到Cl)、飞行路径和所有其他FMS输入参数(其可基于沿飞行的飞行路径和横向路径的位点处的预测天气条件(风和温度))，来确定飞行成本。然后在187处执行如本文描述的黄金分割搜索以在188处确定整个飞行的Cl值和/或巡航高度。
[0073]从而，Cl优化算法150选择Cl来使总飞行成本在Cl上给出的上下限、期望的巡航高度和横向飞行路径降低或最小化。黄金分割搜索用于搜索空间来对使总飞行成本降低或最小化的Cl选取值(例如，最佳值)。巡航高度优化算法152对整个飞行选择巡航高度来使总飞行成本在高度上给出的上下限、期望的成本指数和横向飞行路径降低或最小化。黄金分割搜索方法搜索空间来对使总飞行成本降低或最小化的Cl或巡航高度选择值。[0074]Cl和巡航高度优化算法154确定整个飞行的Cl和单个巡航高度两者。在该实施例中，选择巡航高度和Cl来降低飞行成本或使其最小化。特别地，可提供如在图9中示出的方法190，其中在192处对巡航高度和Cl限定或规定值的范围(最大值和最小值)和默认值(用于发起确定)。在该实施例中，飞行路径和所有其他FMS参数是已知的并且在194处使用它们(其可基于沿飞行的飞行路径和横向路径的位点处的预测天气条件(风和温度))来确定飞行成本。
[0075]然后在196处执行嵌套黄金分割搜索。特别地，一个黄金分割搜索在另一个黄金分割搜索内执行，例如，在巡航高度值的黄金分割搜索内执行Cl值的黄金分割搜索。例如，搜索优化或降低的Cl用于对特定巡航高度使用黄金分割搜索，其可从另一个黄金分割搜索确定。从而，Cl的黄金分割搜索可嵌套在高度的黄金分割搜索内。应该注意Cl和巡航高度优化算法154可用于在198处确定沿计划的飞行路径的不同点的Cl和巡航高度值。另夕卜，在一些实施例中，可确定Cl和巡航高度值，使得基于在特定航路点处的逆风中的预测改变，可确定不同Cl和巡航高度的确定。
[0076]从而，在各种实施例中，如在下文更详细描述的，Cl和巡航高度优化算法154可最佳地选择整个飞行的巡航高度和Cl来使总飞行成本最小化或选择飞行的部分的巡航高度和Cl。
[0077]例如，各种实施例提供巡航高度分布图和Cl优化算法156来确定巡航高度分布图(其包括中间逐步爬升或逐步下降的初始巡航高度和最佳位点)和Cl。在该实施例中，在沿飞行路径的不同位点处实施Cl和巡航高度优化算法154。例如，巡航高度分布图和Cl优化算法156确定中间级或爬升的位点，以便确定在其处爬升(或下降)到每个位点的巡航高度。另外，可确定每个级处的Cl值或可确定整个飞行的Cl值。例如，嵌套黄金分割搜索可如本文描述的那样用于整个飞行或用于由中间级或爬升限定的每个段。
[0078]在该实施例中，例如在期望的间隔(其可处于预定的间隔)选择沿路线的多个航路点，其可变化、相等或基于不同的因素(例如，预报的天气、使用的燃料，等)。从而，在不同的航路点确定巡航高度和Cl值，这可使用嵌套黄金分割搜索来执行。然而，各种实施例使用前向计划算法用于对动态问题求解。特别地，在每个航路点处对特定段以及使用之后将出现的另外航路点处的未来预报信息做出决定。从而，使用飞行计划信息和预报天气条件，各种实施例确定不同航路点处沿飞行路线的巡航高度和Cl值。
[0079]应该注意在各种实施例中Cl值和/或高度值的确定在升空或飞行早期之前执行。然而，各种实施例可在飞行内的不同点处实现，例如，如果做出预报天气条件已经改变(例如，明显的风暴预测变化)的确定。
[0080]从而，巡航高度分布图和Cl优化算法156可通过航路点最佳地选择Cl和巡航高度两者(假设在高度改变时逐步爬升和下降)。在各种实施例中，优化问题(当改变航路点处的高度的决定也受未来航路点处的高度决定影响时)建模为动态问题并且使用前向计划算法，例如对每个段使用嵌套黄金分割搜索。前向计划动态问题确定，例如，在估算余下飞行的成本后每个航路点处的最佳巡航高度。
[0081]横向路径优化算法158从可能的航路点集确定横向航路点同时还如在其他算法150、152、154、156中描述的那样确定Cl和/或巡航高度。与本文描述的其他实施例相似，可使用嵌套黄金分割搜索。[0082]从而，各种实施例对于预报的天气条件(例如预报的风和温度条件)确定飞行的Cl、横向和垂直值或分布图(其包括中间级的初始和最佳位点)。各种实施例可实现为电子工具，其可以用于计算最佳飞行计划给定的横向飞行数据、燃料成本、起飞和到达的调度时间以及关联的提早和延迟成本。各种实施例可用于确定最佳逐步爬升或下降或最佳计划飞行，其包括其中已经输入风和温度数据的假设航路点。另外，各种实施例可使用模拟分析能力来研究天气和/或风以及温度预报准确性对飞行时间和燃料消耗的影响，其可以用于关于沿飞行扩大使用风温度做出推荐并且基于天气使燃料量增加或减小。
[0083]例如，如在图10中示出的，作为使用本领域的已知飞行计划过程的飞行计划过程的一部分，由FMS 32(特别是FMS机载计算机处理器72)接收的巡航高度和航路点信息然后用于确定Cl值和详细飞行计划。在各种实施例中，可在Cl值范围上执行成本搜索210，例如使用黄金分割搜索220。在其他实施例中，可如在图11中示出的那样执行嵌套搜索。例如，可执行Cl值范围上的成本搜索210或其可在巡航高度范围上嵌套在成本搜索212内，这可选地可在多个航路点216上执行在成本搜索214内嵌套。
[0084]应该注意各种实施例可在硬件、软件或其组合中实现。各种实施例和/或组件，例如模块，或其中的组件和控制器，还可实现为一个或多个计算机或处理器的一部分。该计算机或处理器可包括计算装置、输入装置、显示器单元和接口，例如用于访问因特网。该计算机或处理器可包括微处理器。该微处理器可连接到通信总线。计算机或处理器还可包括存储器。该存储器可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。计算机或处理器可进一步包括存储装置，其可以是硬盘驱动器或可移动存储驱动器，例如固态驱动器、光盘驱动器等。该存储装置还可以是用于将计算机程序或其它指令装载到该计算机或处理器中的其它相似的工具。
[0085]如本文使用的，术语“计算机”或“模块”可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，其包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、ASIC、逻辑电路和能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器的系统。上文的示例只是示范性的，并且从而不意在采用任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含义。
[0086]为了处理输入数据，计算机或处理器执行存储在一个或多个存储元件中的指令集。这些存储元件还可根据期望或需要存储数据或其它信息。存储元件可采用在处理机内的信息源或物理存储器元件的形式。
[0087]指令集可包括各种命令，其指示作为处理机的计算机或处理器执行特定的操作，例如本发明的各种实施例的方法和过程。指令集可采用软件程序的形式。该软件可采用例如系统软件或应用软件的各种形式并且其可实施为有形且非暂时性计算机可读介质。此夕卜，该软件可采用单独程序或模块的集合、更大程序内的程序模块或程序模块的一部分的形式。该软件还可包括采用面向对象编程的形式的模块化编程。输入数据由处理机的处理可响应于操作者命令，或响应于之前处理的结果，或响应于由另外一个处理机做出的请求。
[0088]如本文使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中用于计算机执行的任何计算机程序，该存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器以及非易失性RAM (NVRAM)存储器。上文的存储器类型只是示范性的，并且从而关于可用于存储计算机程序的存储器类型不是限制性的。
[0089]要理解上文的描述意在说明性而非限制性。例如，上文描述的实施例(和/或其的方面)可互相结合使用。另外，可做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导而没有偏离它的范围。本文描述的材料的尺寸、类型、各种组件的取向以及各种组件的位置和数量意在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性而仅仅是示范性实施例。当回顾上文的描述时，在权利要求的精神和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域内技术人员将是明显的。本发明的范围因此应该参照附上的权利要求与这样的权利要求所拥有的等同物的全范围一起而确定。在附上的权利要求中，术语“包含”和“在…中”用作相应术语“包括”和“其中”的易懂语的等同物。此外，在随附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并且不意在对它们的对象施加数值要求。此外，下列权利要求的限制没有采用部件加功能格式书写并且不意在基于35U.S.C.§ 112的第六段解释，除非并且直到这样的权利要求限定 明确地使用后跟功能描述而无其他结构的短语“用于…的部件”。
【权利要求】
1.一种飞行控制系统，包括: 飞行管理系统，其配置成管理包括飞行器的飞行路径或高度中的至少一个的飞行器飞行控制；以及 飞行参数选择模块，其配置成确定成本指数(Cl)和巡航高度以用于所述飞行管理系统使用来管理所述飞行器飞行控制，所述确定基于沿所述飞行路径的飞行成本和预测天气。
2.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成执行黄金分割搜索来确定所述Cl或所述巡航高度中的一个。
3.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成执行嵌套黄金分割搜索来确定所述Cl和所述巡航高度。
4.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成基于所述预测天气确定所述飞行器的高度的逐步爬升调度。
5.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成确定沿所述飞行路径的多个航路点处的所述Cl和巡航高度。
6.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成在确定所述Cl和巡航高度时使用燃料消耗和飞行时间信息。
7.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成在所述飞行器飞行期间更新所述Cl或巡航高度中的一个。
8.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成使用沿所述飞行路径的不同点处的预报风或预报温度中的至少一个来确定所述Cl和巡航高度。
9.权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成执行模拟分析来确定天气预报准确性对所述飞行器的飞行时间和燃料消耗的影响。
10.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中，所述飞行参数选择模块进一步配置成确定整个飞行路径的单个Cl值和单个巡航高度。
【文档编号】B64D47/00GK103538729SQ201310292351
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】S.博拉普拉加达, A.德尔阿莫 申请人:通用电气公司