用于为航空器着陆进场生成虚拟内指点标的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于为航空器着陆进场生成虚拟内指点标的方法和设备。本发明公开了一种用于在航空器的仪表着陆期间预计误失进场点(MAP)的系统和方法。生成和显示符号代表，所述符号代表用图形表示在跑道入口和虚拟内指点标之间的横向距离。当所述符号代表到达所显示的跑道入口时，将MAP识别为航空器的位置。
【专利说明】用于为航空器着陆进场生成虚拟内指点标的方法和设备
【技术领域】
[0001]此处公开的实施例一般地涉及航空电子显示系统，并且更特别地，涉及用于在航空器着陆进场时生成和显示虚拟内指点标的系统和方法。
【背景技术】
[0002]现在对于商用航空器通常的是都装备有包括飞行管理系统(FMS)和具有自动驾驶仪功能性的飞行制导系统(FGS)的飞行制导和管理系统(FGMS)。现代FGMS的FMS/FGS组合通常能够在诸如“仪表着陆系统”或“ILS”模式的精确进场模式中操作。在这种情况下，定位器提供方位或者横向信息以将航空器引导到跑道的中心线，并且所述定位器位于跑道的远端处。在航空器执行90Hz和150Hz信号的调制深度比较时，由ILS接收器提供航空器制导。任一信号的优势指示所述航空器离开跑道中心线。
[0003]特别地，竖直制导可以由下滑道(G/S)天线阵列提供，所述下滑道(G/S)天线阵列位于跑道触地区附近并且通过所选信道广播G/S信号。在所述阵列中的某些天线以第一频率(例如，90赫兹)调制G/S的第一分量，而阵列中的其它天线以第二频率(例如，150赫兹)调制G/S信号的第二分量。总起来说，G/S信号的分量定义G/S束，所述G/S束发源于跑道入口处的锚点并且投射通过最后进场定点。当在G/S天线阵列的范围中时，例如，由被部署在航空器上的多模式接收器接收G/S信号。所述G/S信号准许FGS自动驾驶仪确定所述G/S束的位置以及所述航空器相对于其的位置。无论是由FGS自动驾驶仪直接控制还是由驾驶员利用在主飞行显示器(PFD)上所提供的可视提示而控制的航空器，于是可以沿着所述G/S束被竖直制导，用以确保安全和准确着陆。标准G/S是随着跑道的进场端向下(down tail to)三度。
[0004]一旦在进场上建立，驾驶员可以遵循ILS并且沿着由定位器和G/S所指示的进场路径下降到DH，在所述DH处驾驶员必须具有对跑道中心线的适当的可视参考。对所述航空器的竖直或者下滑道(GS)制导。标准下滑道相对跑道的进场端下倾三度(3° )。
[0005]除所述定位器和下滑道信号之外，ILS可以包括以外指点标、中指点标和内指点标信标形式的距离信息，所述信标向驾驶员提供可视和可听通知。所述外指点标通常指示在所发布的高度处航空器在何处与下滑路径交叉(intercept)。中指点标通告已经达到决断高度(DH)点(例如，自跑道入口 3500英尺)。所述DH是特定高度，在所述特定高度处如果尚未建立对于继续进场所需要的可视参考，则误失进场必须被发起。所述内指点标指示即将到达跑道入口。已经使用距离测量设备来取代或增加指点标并且提供对着陆环境(即进场、跑道照明等)的准确和连续监控，以便继续下降至着陆。由于缺少所需要的可视参考，驾驶员必须执行误失进场程序。最终，机场可以在DH处装备有中等或高强度进场照明系统，即使不能看见跑道或跑道灯光，也允许驾驶员继续向跑道下降。
[0006]最终，机场可以装备有中等或高强度进场照明系统。即使不能看见跑道或跑道灯光，观看在DH处的进场照明系统也允许驾驶员继续向跑道下降。
[0007]当前有支持操作的相似命名种类的五类ILS ;即CAT 1、CAT I1、CAT 11IA, CATIIIB和CAT IIIC,其部分地由DH最小值表征；即分别为200英尺、100英尺、100英尺、50英尺和O英尺。所述误失进场对应于航空器的几何GS与所发布的最低高度的交点。特别地参考CAT I进场，由于CAT I的最低高度在跑道入口以上200英尺或更大，因此基于用气压计确定的最低高度的操作遭受正或负75英尺的误差，因为即使当高度计误差为负75英尺时，驾驶员也进入大大高于地形的可视段，所以正或负75英尺的误差被认为是可容忍的。
[0008]在标准CAT I操作下，最小值基于无线电高度，其不遭受以上提及的大的气压测高误差。然而，为了利用基于无线电高度的最小值来发布进场，必须精确勘测在进场路径之下的地形并且检查飞行。有时，由于在进场路径之下的不规则地形，使用无线电高度计是不实际的。如果程序生成RANA (无线电高度未授权(Radio Altitude Not Authorized)),则内指点标可以被用于识别决断点(DP);然而，许多机场可能没有装备内指点标。
[0009]考虑到前面所述的，将会值得期望的是提供一种用于促进使用气压决断高度(DA)用于具有几何下滑路径和在为CAT I着陆进场所指定的最小值以下的最小值的着陆进场的系统和方法。这将使得能够低于利用决断高度最小值待发布的标准CAT I进场，从而减轻对于无线电高度勘测的需求，因而在利用较低高度最小值发布的新机场进场的情况下使更多机场是可用的。
[0010]应当理解的是，虽然上述背景主要涉及仪表着陆系统，在下文中所描述的原理和改进也可应用于全球定位着陆系统(GLS)、具有竖直制导的广域增稳系统定位器性能(WAAS-LPV(Wide Area Augmentation System Localier Performance with VerticalGuidance))等。
【发明内容】
[0011]本概要被提供用以以简化形式介绍概念的选择，所述概念以下在详细描述中被进一步描述。本概要不意图识别所要求的主题的关键特征或必要特征，也不意图被用作在确定所要求的主题范围中的辅助。
[0012]根据实施例，提供一种用于在航空器的仪表着陆期间预计误失进场点(MAP)的方法。所述方法包括显示用图形表示在跑道入口和虚拟内指点标之间的横向距离的符号代表(symbology)的第一步骤。
[0013]根据另外的实施例，提供一种被部署在主航空器上的飞行显示系统，用于在机场跑道上的仪表着陆期间预计误失进场点(MAP)。所述系统包括机载显示装置和处理器，所述处理器被操作地耦合到显示装置并被配置来(I)检索航空器飞行数据，(2)检索机场数据，
(3)处理所述飞行数据和机场数据以确定MAP的位置；以及(4)显示用图形表示MAP的符号代表。
[0014]根据又一实施例，提供一种用于在具有跑道的机场处的航空器仪表着陆期间预计误失进场点(MAP)的方法。所述方法包括检索航空器飞行数据和机场数据，并且处理所述飞行数据和机场数据以确定在跑道入口和虚拟内指点标之间的横向距离。显示用图形表示跑道入口和到所述跑道入口的距离的符号代表，并且当所述符号代表到达所显示的跑道入口时，将MAP识别为航空器的位置。
【专利附图】
【附图说明】[0015]图1是航空器显示系统的示范性实施例的框图；
[0016]图2是具有入口和误失进场点的跑道的图形表示，用以说明气压误差对MAP位置的影响；
[0017]图3和4是在用以着陆的进场上的航空器的图形表示；
[0018]图5说明示出跑道和飞行符号代表和VIM最小距离圈用于确定何时应当示出和通知MAP认知消息的合成视觉系统(SVS)显示器；
[0019]图6说明示出跑道和飞行符号代表和VM椭圆用于确定何时应当示出和通知MAP认知消息的合成视觉系统(SVS)显示器；和
[0020]图7是用于显示和通告航空器何时到达误失进场点(MAP)的方法的流程图。【具体实施方式】
[0021]以下详细描述本质上仅是示范性的，并且不意图限制本申请的主题以及其使用。此外，没有意图由在前述【背景技术】或以下详细描述中所呈现的任何理论所约束。此处为了解释的目的所呈现的是可以如何用图形生成飞行路线(例如进场或起飞路线)的某个示范性实施例。例如，将讨论进场路线的图形生成。然而，应当意识到的是，这个所解释的示例实施例仅是对于实施用于用图形创建进场/起飞路线的新颖显示系统和方法的示例和指导。因而，此处所呈现的示例作为非限制性的。
[0022]此处可以依据功能和/或逻辑块组件并且参考可以由各种计算组件或装置执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述技术和工艺。应当意识到的是，被配置以执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件组件可以实现图中所示的各种块组件。例如，系统或组件的实施例可以采用各种集成电路组件，例如，存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下可以实施各种功能。
[0023]以下描述可以涉及被“耦合”在一起的元件或节点或特征。如此处所使用的，除非另外清楚地声明，“耦合”意味着一个元件/节点/特征被直接或间接接合至另一个元件/节点/特征(或者直接或间接地与之通信)，并且不一定是以机械的方式。因而，尽管附图可能描绘元件的一个示范性布置，但是附加居间元件、装置、特征或组件可以存在于所描绘主题的实施例中。另外，只为了参考的目的，在以下描述中也可以使用某一术语，并且因而所述术语不意图是限制的。
[0024]为了简洁，此处可能不详细描述与图形和图像处理、导航、飞行计划、航空器控制以及系统的其它功能方面(和系统的单独操作组件)有关的常规技术。此外，在此处所包含的各种图中所示出的连接线意图表示在各种元件之间的示范性功能关系和/或物理耦合。应当注意到的是，许多可替换的或附加功能关系或物理连接可以存在于该主题的实施例中。
[0025]此处所讨论的技术和概念与适合于用图形选择飞行路线的航空器显示系统有关。用户可以可视化进场路线，从而允许迅速和适当选择飞行路线。用户的总工作量被减少并且以改进情景认知(situational awareness)的方式实现图形调整。另外，实施例可以允许在选择飞行路线中节约燃料、减少所需要的时间和更早检测到误差。
[0026]图1描绘航空器显示系统100的示范性实施例。在示范性实施例中，如以下更详细描述的，显示系统100无限制地包括用于显示图形飞行计划图像103 (例如，在MFD上、在SVS显示器上的自我中心显示等)的显示装置102、导航系统104、通信系统106、飞行管理系统(FMS) 108、处理器112、图形模块114、用户接口 110、和被合适地配置以支持图形模块114和显示装置102的操作的数据库116。导航系统104可以包括惯性参考系统118、导航数据库120和用于以众所周知的方式从诸如定位仪信号、下滑道信号和GPS或SBAS信号的外部源接收导航数据的一个或多个无线接收器122。
[0027]应当被理解的是，为了解释和容易描述，图1是显示系统100的简化表示，并且不意图以任何方式限制本主题的应用或范围。实际上，如在本领域中将被意识到的，显示系统100和/或航空器将包括用于提供附加功能和特征的众多其它装置和组件。例如，显示系统100和/或航空器可以包括被耦合到飞行管理系统108和/或处理器112的一个或多个航空电子系统(例如天气系统、空中交通管理系统、雷达系统、交通规避系统(trafficavoidance system))，用于获得和/或提供可以被显示在显示装置102上的有关飞行的实时信息。
[0028]在示范性实施例中，显示装置102被耦合到图形模块114。图形模块114被耦合到处理体系结构112，并且处理体系结构112和图形模块114协作地被配置以在显示装置102上显示、再现(render)或另外传送进场路线的一个或多个图形表示或图像。如之前所陈述的，导航系统104包括惯性参考系统118、导航数据库120和至少一个无线接收器122。惯性参考系统118和无线接收器122为处理器112提供分别得自机载源和在主航空器外部的源的导航信息。更特别地，惯性参考系统118为处理器112提供描述如由被部署在航空器上的多个运动传感器(例如加速计、陀螺仪等)所监控的各种主航空器飞行参数(例如位置、定向、速度等)的信息。通过比较，并且如在图1中所指示的，无线接收器122从在航空器外部的各种源接收导航信息。这些源可以包括各种类型的导航辅助设备(例如，全球定位系统、非定向性无线电信标、甚高频全方位无线电测距装置(V0R(very high frequencyOmn1-directional radio range device))等)、基于地面的导航设施(例如，空中交通管制中心、终端雷达进场控制设施、飞行服务站和控制塔)和基于地面的制导系统(例如，仪表着陆系统)。在某些实例中，无线接收器122也可以周期性地从邻近的航空器接收广播式自动相关监视(ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast))数据。在特定实施中，无线接收器122采取具有全球导航卫星系统能力的多模式接收器(MMR)的形式。
[0029]导航数据库120存储构造飞行计划和进场路线所需要的信息。例如，导航数据库120可以包含与参考点(例如航路点)的地理位置和连接航路点的线段(例如航程(leg))有关的信息，用于各种终端区域程序。这样的程序可以包括跑道、进场、进场过渡(transition)、标准终端到达航线(STAR(standard terminal arrival route))和 STAR 过渡，其各自将在以下被详细讨论。跑道程序将为机场定义跑道，而进场程序将为所选择的跑道定义应当遵循的飞行路径。例如，洛杉矶国际机场(LAX)具有多个跑道和用于每个跑道的各种进场。进场过渡程序将此外为所选择的进场和跑道定义航空器的适当位置。STAR和STAR过渡程序将此外为所选择的进场定义所需要的飞行路线。
[0030]处理器112被耦合到导航系统104，用于获得关于航空器操作的实时导航数据和/或信息，用以支持显示系统100的操作。在示范性实施例中，如在本领域中所意识到的，通信系统106被耦合到处理器112并且被配置以支持至和/或自航空器的通信。处理器112也被耦合到飞行管理系统108，其又可以同样被耦合到导航系统104和通信系统106，用于向处理器112提供关于航空器操作的实时数据和/或信息以支持航空器的操作。在示范性实施例中，如以下更详细描述的，用户接口 110被耦合到处理器112，并且用户接口 110和处理器112协作地被配置以允许用户与显示装置102和显示系统100的其它元件交互。
[0031]在示范性实施例中，显示装置102被实现为被配置以在图形模块114的控制下用图形显示飞行信息或与航空器操作相关联的其它数据的电子显示器。在示范性实施例中，显示装置102位于航空器驾驶舱内。将被意识到的是，尽管图1示出单一显示装置102，实际上，在航空器上可以存在附加显示装置。在示范性实施例中，用户接口 110也位于航空器驾驶舱内并且适于允许用户(例如，驾驶员、副驾驶员或乘务员)与显示系统100的其余部分交互，并且使得用户能够选择在显示装置102上所显示的内容，如以下更详细描述的。在各种实施例中，用户接口 110可以被实现为小键盘、触摸板、键盘、鼠标、触摸屏、操纵杆、按钮、麦克风、或适合于从用户接收输入的另外的合适装置。在优选实施例中，用户接口 110可以是触摸屏、光标控制装置、操纵杆等。
[0032]在示范性实施例中，导航系统104被配置以获得与航空器操作相关联的一个或多个导航参数。如在本领域中将被意识到的，导航系统104可以被实现为全球定位系统(GPS)、基于卫星的增稳系统(SBAS)、惯性参考系统(IRS)或基于无线电的导航系统(例如，VHF全方位无线电测距(V0R(VHF Omn1-directional radio range))或远程辅助导航(L0RAN(long range aid to navigation))),并且可以包括被合适地配置以支持导航系统104的操作的一个或多个导航无线电或其它传感器。在示范性实施例中，导航系统104能够获得和/或确定航空器的瞬时位置，即航空器的当前位置(例如纬度和经度)和航空器的高度或离地高度(above ground level)。导航系统104也可以获得和/或确定航空器的航向(即航空器相对于某一参考行进的方向)。
[0033]在示范性实施例中，通信系统106被合适地配置以支持在航空器和另一航空器或地面位置(例如空中交通管制)之间的通信。在这点上，可以使用无线电通信系统或另外的合适数据链路系统来实现通信系统106。在示范性实施例中，飞行管理系统108 (或可替换地，飞行管理计算机)位于航空器上。虽然图1是显示系统100的简化表示，实际上，飞行管理系统108可以以常规方式被耦合到如用以支持导航、飞行计划和其它航空器控制功能所必要的一个或多个附加模块或组件。
[0034]在示范性实施例中，处理器112和/或图形模块114被配置以在显示装置102上显示和/或再现与飞行计划有关的信息，用以允许用户(例如，经由用户接口 110)观看飞行计划的各方面(例如，所估计的飞行时间、上升/下降率、飞行水平和/或高度等)。处理器112通常表示被配置以促进导航地图在显示装置102上的显示和/或再现并且执行在以下被更详细描述的附加任务和/或功能的硬件、软件和/或固件组件。取决于实施例，可以利用被设计以执行此处所描述的功能的通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑器件、分立式门或晶体管逻辑、分立式硬件组件、或其任何组合来实施或实现处理器112。处理器112也可以被实施为计算装置的组合，例如，数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器连同数字信号处理器核或任何其它这样的配置。实际上，如以下更详细描述的，处理器112包括处理逻辑，所述处理逻辑可以被配置以实施与显示系统100的操作相关联的功能、技术和处理任务。此外，结合此处所公开的实施例而描述的方法或算法的步骤可以直接以硬件、以固件、以由处理器112所执行的软件模块、或以其任何实际组合具体化。
[0035]图形模块114通常表示被配置以控制导航地图在显示装置102上的显示和/或再现并且执行以下被更详细描述的附加任务和/或功能的硬件、软件和/或固件组件。在示范性实施例中，如以下所描述的，图形模块114访问被合适地配置以支持图形模块114的操作的一个或多个数据库116。在这点上，如以下所描述的，数据库116可以包括进场路线数据库、地形数据库、天气数据库、飞行计划数据库、障碍物数据库、导航数据库、地理政治数据库、终端空域数据库、特殊用途空域数据库、或用于在显示装置102上再现和/或显示内容的其它信息。将被意识到的是，尽管为了解释和容易描述的目的，图1示出单一数据库116，实际上，多个数据库将很可能存在于显示系统100的实际实施例中。
[0036]图2是具有入口 201和误失进场点(MAP) 210 ( S卩，几何下滑路径202和在跑道入口以上的最低高度(DA(H)) 204的交点)的跑道200的图形表示。这也已知为决断高度(DA)。
[0037]如之前所陈述的，气压误差可能影响沿下滑路径的、航空器208到达决断高度的位置(MAP)。例如，如果没有高度计误差，则航空器所指示的高度和实际高度相同，并且航空器在MAP处到达决断高度。这在208处示出。负75英尺误差意味着航空器正指示比实际低75英尺的高度。结果是，航空器到达在地面以上更高的决断高度，更远离跑道并且在MAP之前。这在位置212处示出。正75英尺的高度计意味着航空器正指示比实际高75英尺。结果是，航空器到达离地面更低的决断高度，更接近于跑道并且经过了 MAP位置。这在位置214处示出。
[0038]根据此处所描述的实施例，虚拟内指点标系统(VIM)定位在具有几何下滑路径(仪表着陆系统、具有竖直制导的定位器性能等)的进场上MAP的横向位置。当航空器靠近并且经过MAP的横向位置和驾驶员所选择的决断高度(DA)时，系统向乘务人员发出警报。另外，VIM与被用于当趋近最小值(决断高度/决断高-DA/DH)时向乘务人员发出警报的标准驾驶舱技术一致并且相集成，其中DA使用气压高度并且DH使用无线电高度。
[0039]内指点标唯一地识别MAP的位置。虚拟内指点标(VIM)利用进场几何以沿进场路线创建虚拟内指点标点并且然后使用该位置以提供最小值警报。所述系统可以与具有气压高度最小值(即决断高度(DA))的所有精确进场一起被使用，因而促进使用气压DA用于具有几何下滑路径和低于标准类别I进场的最小值(即，具有低于200英尺的决断最小高度的进场)、HATh (在入口以上的高度)和低于1800/2400RVR(跑道可见距离)的可见度要求的进场。从而，此处所描述的系统和方法准许低于利用减轻对无线电高度勘测或安装VHF内指点标无线电信标的要求的决断高度最小值待发布的种类I进场。可以利用更低高度最小值发布新的进场；即，因为所述MAP使用VIM而被准确定位，更低高度最小值可以基于DA0
[0040]图3和4是根据实施例的用以在跑道306上着陆的、在地形303上方的进场304上的航空器302的图形表示。由跑道入口点(ThP) 308纬度、经度和高程(elevation)、入口横越高度(TCH, threshold crossing height) 310、下滑路径角(GPAngle) 312 和决断高度(DA) 314定义进场。
[0041]从导航数据库120(图1)中的数据库和驾驶员输入(其可以从驾驶员到驾驶员变化)创建虚拟指点标的位置。因而，应当意识到的是，气压高度计误差没有影响并且无歧义地已知虚拟内指点标316的横向位置。[0042]根据以上，入口至竖直内指点标距离(VMDistance)由以下所确定:
【权利要求】
1.一种用于在航空器的仪表着陆期间预计误失进场点(MAP)的方法，所述方法包括显示用图形表示在跑道入口和虚拟内指点标之间的横向距离的符号代表的第一步骤。
2.如权利要求1所述的方法，此外包括当所述符号代表到达所显示的跑道入口时将MAP识别为航空器的位置。
3.如权利要求2所述的方法，其中显示的第一步骤包括显示距离指点标。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述距离指点标为距离圈。
5.如权利要求2所述的方法，其中显示的第一步骤包括显示透视符号。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述透视符号是椭圆。
7.如权利要求3所述的方法，此外包括在显示器上显示用图形表示最小值窗口的符号代表的第二步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述虚拟内指点标是在航空器的着陆进场上的、几何下滑路径与决断高度相交的点，并且其中如果尚未建立可视参考，则必须发起误失进场。
9.如权利要求8所述的方法，此外包括在处理器中确定从跑道入口到虚拟内指点标的横向距离。
10.如权利要求9所述的方法，其中从跑道入口到虚拟内指点标的横向距离由处理器根据以下表达式确 定:
【文档编号】B64D45/04GK103963983SQ201410073719
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2013年2月5日
【发明者】I·S·怀亚特, 何刚, T·L·费耶雷森 申请人:霍尼韦尔国际公司