地面服务系统、机载引导系统和飞机进近着陆引导系统的制作方法

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种用于飞机进近着陆引导的地面服务系统和机载引导系统，以及一种飞机进近着陆引导系统。

背景技术：

进近着陆阶段对航班正常和飞行安全有着非常重要的意义，如伊春机场的空难以及60年代首都机场的空难等，都是在进近着陆阶段中发生的。现在大部分航空公司使用ils仪表着陆系统作为进近着陆的引导，该系统是40年代的产品，经过不断的改进已达到国际民航组织规定的ⅱ类标准。由于它的技术性能的局限性，要达到ⅲ类的标准是很困难的。

目前美国研制的合成视景系统(svs)，视景增强系统(evs)以及增强飞行视景系统(efvs)取得了可喜的进展，也代表当前世界在进近着陆引导系统领域的研究方向和水平。

美国科勒斯曼公司研制的svs，通过gps和机场三维地形图结合，可以在复杂的气象条件下引导飞机着陆。它己得到美国faa允许，可用于公务机上，允许飞行员在距地面30米高度看不见跑道的情况下下降，但该系统使用模拟的三维地形图，不能反映真实跑道上是否有影响安全着陆的事物，对安全存在着隐患所以对航线飞行员不可使用。

美国的科勒斯曼公司和柯林公司研制的视景增强系统evs，是把具有透雾功能的前视红外传感器安装到飞机上，让飞行员进近到离地一定高度时能看到跑道。美国己对联邦快递公司的md-10/11、a310、a300和波音公司的bbj公务机进行了改装。该系统需要和飞机厂家配合在飞机上安装红外传感器，现实中实际运用起来相对困难，并且该系统造价很高。

efvs是一种图像传感技术，以增强图像的形式，将外部环境实时的展现给飞机飞行员，它实际是视景增强系统(evs)和平显系统(hud)的结合，所以efvs同样需要将红外传感器安装在飞机上，使得实际运用起来相对困难，而且造价很高；另外，efvs系统只在进近着陆的一小段下滑线上起作用。

由于上述进近着陆引导系统应用较晚，现役飞机若需要配置上述进近着陆引导系统需进行改装，且费用高昂。因此，能结合上述各系统的优缺点，提供一种结构简单、安装费用低廉的飞机进近着陆引导系统将具有极大意义。

技术实现要素：

针对现有技术中的优缺点，本发明提供一种用于飞机进近着陆引导的地面服务系统和机载引导系统，以及一种飞机进近着陆引导系统，以提升飞机下滑着陆的效率和安全能力。

第一方面，本发明提供的一种用于飞机进近着陆引导的地面服务系统，包括：光电传感装置、地面服务器和地面通信设备；其中，

所述光电传感装置设于机场跑道侧方，且与所述地面服务器通信连接，用于采集飞机着陆过程中的实时影像，并将所述实时影像发送至所述地面服务器；

所述地面服务器与所述地面通信设备通信连接，所述地面服务器接收所述实时影像后，将所述实时影像与所述跑道的标准着陆航线进行融合，并将融合后获得的融合引导影像发送至所述地面通信设备；

所述地面通信设备与飞机上的机载引导系统通信连接，用于将所述融合引导影像发送至所述机载引导系统，以使飞行员通过所述机载引导系统实时查看所述融合引导影像并根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。

可选的，所述光电传感装置的安装满足以下约束条件：所述光电传感装置距所述跑道的距离及所述光电传感装置的拍摄角度使所述光电传感装置的光学信号采集范围包含从中指标点至跑道上指定位置点的范围。

可选的，所述光电传感装置包括可见光传感器，和/或红外传感器。

可选的，所述红外传感器包括被动式红外热像仪。

可选的，所述用于飞机进近着陆引导的地面服务系统，还包括：安全基座；

所述光电传感装置安装于所述安全基座上并凸出于地面，所述安全基座在受到超出预设阈值的重力压迫时，将所述光电传感装置下降至地面以下以使所述光电传感装置的顶面与地面平行。

可选的，所述用于飞机进近着陆引导的地面服务系统，还包括：存储器；

所述存储器与所述地面服务器通信连接，所述地面服务器还将所述融合引导影像发送至所述存储器进行存储。

可选的，所述光电传感装置采用光纤与所述地面服务器通信连接。

第二方面，本发明提供的一种用于飞机进近着陆引导的机载引导系统，包括：机载通信设备和显示设备；

所述机载通信设备与本发明提供的任一项所述的地面服务系统通信连接，用于接收所述地面服务系统发送的融合引导影像，并将所述融合引导影像转发至所述显示设备；

所述显示设备用于显示所述融合引导影像，以使飞行员根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。

可选的，所述显示设备包括：平视显示器。

第三方面，本发明提供的一种飞机进近着陆引导系统，包括：本发明提供的任一项所述的地面服务系统和本发明提供的机载引导系统；

所述地面服务系统和所述机载引导系统通信连接；

所述地面服务系统用于采集飞机着陆过程中的实时影像，并将所述实时影像与所述跑道的标准着陆航线进行融合，以及将融合后获得的融合引导影像发送至所述机载引导系统；

所述机载引导系统用于实时显示接收到的所述融合引导影像，以使飞行员根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种用于飞机进近着陆引导的地面服务系统，包括：光电传感装置、地面服务器和地面通信设备。相较于现有技术，本发明创造性的将光电传感装置设于机场侧而非飞机上，从而从跑道侧方拍摄飞机着陆过程的实时影像，并将实时影像与标准着陆航线融合后发送至飞机上的机载引导系统，从而使飞行员通过所述机载引导系统实时查看所述融合引导影像并根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。具有以下优点：

1)与ils相比：飞行员通过可以看到实时视频画面，并据此了解飞机的真实情况，观察画面更加形象。

2)与svs相比：svs使用的跑道和飞机为通过三维仿真建立的虚拟数据，飞行员利用svs系统无法查看到当前跑道上的实际情况，而本系统为实时真实数据，飞行员看到的为真实跑道、真实飞机。

3)同evs和svs相比：因为本系统安装在跑道边，所以飞行员坐在驾驶舱内可以看到自己飞机的起落架放下没有，以及自己飞机的飞行姿态，而evs和svs安装在飞机上，所以无法做到这点。

4)飞行员在下降、着陆和滑行的过程中都可以参考融合引导影像给出的标准着陆航线来驾驶飞机；而ils，efvs在最后的着陆阶段都需要通过目视来操作，因此，本系统可避免目视偏差引起的提前着陆或飘后着陆，安全性更高，且可以提升飞机下滑着陆的效率。

5)本系统是独立完整的系统，不需改变飞机上原有设备，不会影响与国际上的通航，便于安装、实施，且结构简单，成本较低。

6)飞行员利用本系统，可实时查看飞机起落架情况，避免降落过程中起落架未放下导致安全事故。

本发明提供的一种用于飞机进近着陆引导的机载引导系统是与上述地面服务系统配合使用的，与上述地面服务系统出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。

本发明提供的一种飞机进近着陆引导系统是基于上述地面服务系统和机载引导系统实现的，与上述地面服务系统出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明第一实施例所提供的一种用于飞机进近着陆引导的地面服务系统的示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种光电传感装置斜向设置的俯视示意图；

图3示出了本发明实施例提供的光电传感装置斜向设置对应的融合引导影像的示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种光电传感装置垂直设置的飞机进近着陆引导系统的示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种光电传感装置斜向设置的飞机进近着陆引导系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

本发明提供一种用于飞机进近着陆引导的地面服务系统和机载引导系统，以及一种飞机进近着陆引导系统，其中，所述地面服务系统与所述机载引导系统是配合实施的，且共同组成所述飞机进近着陆引导系统。所述地面服务系统布设于机场场面，用于采集飞机着陆过程中的实时影像，并据此生成融合引导影像发送至机载引导系统，机载引导系统中设有显示设备以实时显示所述融合引导影像，这样，飞行员即可实时查看所述融合引导影像，并确定当前飞机的进近着陆是否在标准着陆航线上，从而确保飞机着陆线路正确无误，若不在标准着陆航线上，可以及时调整飞机进入所述标准着陆航线，进而根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。

本发明的技术构思基于以下原理：

机场的跑道修好后是固定不变的，所以跑道的中心线及其沿长线(航向线)也是不变的。如果下滑角规定后，则形成的下滑线也是不变的，航向线和下滑线结合起来形成了飞机进近着陆的航线，也是不变的。如果把光电传感装置固定安装在跑道边，则跑道、附近的景物及飞机着陆的标准着陆航线等在视频画面上显示的点位也是固定不变的，所以标准着陆航线可以通过作图的方法画上，以固定直线的形式呈现在画面上，该直线表示理论上最准确的标准着陆航线，该标准着陆航线与天气好坏无关。上述原理可参照图1进行理解。

下面结合附图对本发明的实施例进行说明。

请参考图1，图1示出了本发明第一实施例所提供的一种用于飞机进近着陆引导的地面服务系统的示意图。如图1所示，根据本发明第一实施例提供的一种用于飞机进近着陆引导的地面服务系统包括：光电传感装置101、地面服务器102和地面通信设备103；其中，

所述光电传感装置101设于机场跑道侧方，且与所述地面服务器102通信连接，用于采集飞机着陆过程中的实时影像，并将所述实时影像发送至所述地面服务器102；

所述地面服务器102与所述地面通信设备103通信连接，所述地面服务器102接收所述实时影像后，将所述实时影像与所述跑道的标准着陆航线进行融合，并将融合后获得的融合引导影像发送至所述地面通信设备103；

所述地面通信设备103与飞机上的机载引导系统通信连接，用于将所述融合引导影像发送至所述机载引导系统，以使飞行员通过所述机载引导系统实时查看所述融合引导影像并根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。

其中，在本发明第一实施例的一个变更实施方式中，地面服务器102是系统的中央处理部分，主流配置的台式电脑即可实现该系统的所有处理，针对机场安全的特殊性，可以采用商用普通台式电脑；

所述地面服务器102将所述实时影像与所述跑道的标准着陆航线进行融合的过程如下：

1)接受红外传感器(光电传感装置的一种)获取的实时视频(即实时影像)，解码该视频；

2)在实时影像的视频画面中绘制标准着陆航线，该标准着陆航线在视频画面可用单直线、多直线、立方体管道表示，推荐采用单直线，简洁明了；

3)在实时影像的视频画面中绘制决断高度线，决断高度用垂直于航向线的直线表示，可以在决断高度线的旁边叠加上决断高度，比如60米，30米；

通过上述步骤1)-3)，完成融合过程，获得融合引导影像。接下来，地面服务器102可以将绘制有标准着陆航线和决断高度线的融合引导影像输送到存储器，同时将该融合引导影像利用地面通信设备103传输到飞机上。

作为本发明第一实施例的一个变更实施方式，为了使飞行员能够直观的查看到飞机在进近着陆过程中完整的实际航迹与标准着陆航线的匹配情况，所述光电传感装置101的安装满足以下约束条件：所述光电传感装置101距所述跑道的距离及所述光电传感装置101的拍摄角度使所述光电传感装置101的光学信号采集范围包含从中指标点至跑道上指定位置点的范围。

其中，所述中指标点是指60m决断高度对应的指标点，所述指定位置点可以是跑道上的任意一点，例如，考虑到飞机一般滑行至跑道中部时即可确定安全着陆，可以选择跑道中间位置的某一点作为指定位置点。容易理解的是，本领域技术人员可以根据实际需求设置所述光电传感装置101的位置，例如，使所述光电传感装置101的光学信号采集范围包含从外指标点至航向台的范围，以采集飞机从进近定位点至降落完成的全过程。

所述光电传感装置101可以垂直于跑道安装(如图1所示)，以从侧正方拍摄飞机的着陆过程，也可以斜向安装于跑道侧方，采用几乎正对飞机的方式进行拍摄，如图2、图3所示，其分别为本发明实施例提供的一种光电传感装置斜向设置的俯视示意图以及本发明实施例提供的光电传感装置斜向设置对应的融合引导影像的示意图，由图可知，采用斜向设置的方式，可以从几乎正对飞机的角度进行拍摄，相较于垂直于跑道安装的方式，距离跑道可以更近，距离着陆的飞机也更近一些，因此拍摄的实时影像更加清晰、效果更好，受周边其他跑道影响更小且视野更远。

在本发明第一实施例提供的一个具体的实施例中，所述光电传感装置101安装在距离跑道头1000米左右位置，这样可完成的监视飞机下降和着陆拉平的全过程。

在本发明第一实施例的另一个变更实施方式中，所述光电传感装置101包括可见光传感器，和/或红外传感器。例如，可以只采用可见光传感器如摄像机等采集可见光信号，但这种情况下在夜间或雾霾天气难以识别目标，对此，也可以采用红外传感器采集红外信号，由于飞机尾喷温度高达500度，远高于周边温度，因此采用红外传感器可以准确的捕捉飞机的航迹，当然，也可以同时设置可见光传感器和或红外传感器，这样同时采集可见光和红外信号，功能更加强大，能适应飞行运动不同需求以及各种天气条件。

具体的，在本发明第一实施例的另一个变更实施方式中，所述红外传感器可以采用被动式红外热像仪，被动式红外热像仪不主动发射光源，不会对飞行员的视觉产生任何影响。

在本发明第一实施例的另一个变更实施方式中，所述用于飞机进近着陆引导的地面服务系统，还包括：安全基座；

所述光电传感装置101安装于所述安全基座上并凸出于地面，所述安全基座在受到超出预设阈值的重力压迫时，将所述光电传感装置101下降至地面以下以使所述光电传感装置101的顶面与地面平行。

在一个具体的实施例中，所述安全基座采用受力破损式结构，在接受重量超过15-20kg的外力冲击时，安全基座自动粉碎，进而所述光电传感装置自动下沉到与机场表面平行，避免产生安全事故。

在本发明第一实施例的另一个变更实施方式中，所述用于飞机进近着陆引导的地面服务系统，还包括：存储器；

所述存储器与所述地面服务器102通信连接，所述地面服务器102还将所述融合引导影像发送至所述存储器进行存储。所述存储器主要用于存储地面服务器102输出的结果画面，用作事后分析的重要参考；采用普通配置的存储器即可满足要求。

在本发明第一实施例的另一个变更实施方式中，所述光电传感装置101采用光纤与所述地面服务器102通信连接。所述光纤用于传输光电传感装置101获取的实时画面，可使用单模单芯或单模双芯光纤，优选的可以采用单模单芯，即可满足实时传输要求，又能降低成本。所述地面通信设备103与机载通信设备201采用无线通信方式连接，具体的，可以利用机场现有通信设备或移动5g通信技术实现，本发明实施例不做限制，本领域技术人员可以灵活的变更后采用其他无线通信技术实现本发明，其也在本发明的保护范围之内。

请参考图4、图5，其分别示出了本发明实施例所提供的一种光电传感装置垂直设置的飞机进近着陆引导系统的示意图以及一种光电传感装置斜向设置的飞机进近着陆引导系统的示意图(两者光电传感装置的设置方式不同，相应的融合引导影像也不同)，根据图4、图5，所述飞机进近着陆引导系统是由地面服务系统和机载引导系统组成的，下面基于图4、图5对本发明第二实施例和第三实施例进行说明。

本发明第二实施例提供一种用于飞机进近着陆引导的机载引导系统，由于所述机载引导系统是与所述地面服务系统配合实施的，因此部分内容不再赘述，相关部分请结合上述第一实施例的说明进行理解。如图4、图5所示，本发明第二实施例提供的一种用于飞机进近着陆引导的机载引导系统包括：机载通信设备201和显示设备202；

所述机载通信设备201与本发明提供的所述地面服务系统通信连接，用于接收所述地面服务系统发送的融合引导影像，并将所述融合引导影像转发至所述显示设备202；

所述显示设备202用于显示所述融合引导影像，以使飞行员根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。

请参照图4、图5，通过所述机载引导系统的显示设备202，飞行员可以直观的查看到飞机的实时飞行姿态以及标准着陆航线和决断高度线，从而确保飞机着陆线路正确无误，若不在标准着陆航线上，可以及时调整飞机进入所述标准着陆航线，进而根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。

在本发明第一实施例的一个变更实施方式中，所述显示设备202可以采用平视显示器。平视显示器(headupdisplay)，简称hud，是运用在航空器上的飞行辅助仪器。平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。采用平视显示器，可以更加方便飞行员实时查看融合引导影像，避免注意力中断以及丧失对状态意识(situationawareness)的掌握，保证安全、顺利的着陆。

本发明第三实施例提供一种飞机进近着陆引导系统，由于所述飞机进近着陆引导系统是由地面服务系统和机载引导系统组成的，因此部分内容不再赘述，相关部分请结合上述第一实施例和第二实施例的说明进行理解。如图4、图5所示，本发明第三实施例提供的一种飞机进近着陆引导系统，包括：本发明提供的所述地面服务系统和本发明提供的机载引导系统；

所述地面服务系统和所述机载引导系统通信连接；

所述地面服务系统用于采集飞机着陆过程中的实时影像，并将所述实时影像与所述跑道的标准着陆航线进行融合，以及将融合后获得的融合引导影像发送至所述机载引导系统；

所述机载引导系统用于实时显示接收到的所述融合引导影像，以使飞行员根据所述融合引导影像控制所述飞机着陆。

本发明提供的所述飞机进近着陆引导系统，巧妙利用飞机进近着陆时的下滑航迹固定不变，以此为依据结合光电传感装置101和显示设备202，构建了一种简单、形象却非常准确的进近着陆引导方法，具有以下优点：

(1)与ils相比：飞行员通过本系统看到的为实时视频画面，而且可以看到自己飞机的真实情况，因此，更加形象、直观；

(2)与efvs相比：efvs是将红外传感器安装在飞机上，探测跑道和环境的温差，而本系统可以将红外传感器安装在跑道边，探测空中的飞机，飞机运行中，尾喷温度高达500度，因此，本系统探测距离更远；efvs提供的视频画面只是机外的增强视频图像，没有标准下滑航线，所以，只能在进近着陆的一小段下滑线上起作用，而本系统在整个下滑过程中都起作用。

(3)与svs相比：svs使用的跑道和飞机为通过三维仿真建立的虚拟数据，飞行员利用svs系统无法查看到当前跑道上的实际情况，而本系统为实时真实数据，飞行员看到的为真实跑道、真实飞机。

(4)同evs和svs相比：因为本系统安装在跑道边，所以飞行员坐在驾驶舱内可以看到自己飞机的起落架放下没有，以及自己飞机的飞行姿态，而evs和svs安装在飞机上，所以无法做到这点；

(5)飞行员在下降、着陆和滑行的过程中都可以参考给出的标准着陆航线来驾驶飞机；而ils，efvs在最后的着陆阶段都需要通过目视来操作，因此，本系统可避免目视偏差引起的提前着陆或飘后着陆。

(6)本系统是独立完整的系统，不需改变飞机上原有设备，不会影响与国际上的通航，便于安装、实施，且结构简单，成本较低。

(7)飞行员利用本系统，可实时查看飞机起落架情况，避免降落过程中起落架未放下导致安全事故。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一个变更实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。