专利名称：向着陆跑道进场时确定飞行器位置信息的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞行器导航领域，并且更特别地，本发明涉及在自动模式下精确进场的最后进场部分时基于例如GPS的卫星导航GNSS(英语是“Global Navigation SatelliteSystem”，全球导航卫星系统)确定飞行器的计算位置，甚至可以涉及还在英语术语里称为“autoland”的自动着陆。更特别地，本发明涉及在所述最后进场时确定飞行器位置信息的方法和装置，从而允许向自动控制仪提供水平和垂直方向的偏差信息，并且尤其使得精确进场的导航规则不经受跳变(跳变可能影响自动进场和着陆性能)。
背景技术：
在民航领域，存在允许飞机以精确进场操作飞行的着陆辅助系统。所述系统带来无可争议的益处，尤其借助直到判定高度的垂直导航，该系统允许以安全的方式导航飞机，其中判定高度通常小于或等于200英尺(约60米)的最小值(取决于相关的精确进场的类型(I类到III类))。对于IIIC类型的进场，最小值甚至为零。某些所述进场可对应完全自动的着陆。允许实现精确进场的现有主要着陆辅助系统有ILS(英语为“Instrument LandingSystem”仪表着陆系统)和MLS (英语为“Microwave Landing System”微波着陆系统)。着陆辅助系统借助于专用于该用途的ー个或多个地面工作站以及装载于飞行器上的接收由所述地面工作站发射的信号的部件。还存在使用由GNSS型卫星定位系统确定的飞机位置信息的着陆辅助系统，所述位置被与对应于相关进场的基准航迹进行对比。所谓增强技术可允许改善由着陆辅助系统使用的位置信息的精确性、完整性、连续性和可用性。这样的技术尤其被OACI(“Organisation de I’Aviation Civile Internationale” 国际民航组织)定义。例如可以在可允许实现精确进场的GLS着陆辅助系统中，(英语为“Ground based augmentationLanding System”陆基增强着陆系统)，使用 GBAS 型(英语是“Ground Based AugmentationSystem”陆基增强系统)增强。对于未来，目标在于可以进行精确进场，直到可在任何类型的机场自动着陆，因而同样也可以在不配备地面工作站的机场，例如ILS或MLS系统所使用的机场自动着陆。为此，将必须使用利用从GNSS型卫星定位系统确定的飞行器位置信息的着陆辅助系统，以及无需借助位于机场内的地面工作站的增强技木。这样的增强技术可以例如是由OACI定义的 SBAS 型(英语为“Satellite Based Augmentation System”星基增强系统)或 ABAS 型(英语为“Airborne Based Augmentation System”机基增强系统)。后一类型的增强尤其借助RAIM 型(英语为 “Receiver Autonomous Integrity Monitoring” 接收机自主完整性监视)技术和/或AAIM型(英语为“Aircraft Autonomous Integrity Monitoring”飞机自治完整性监视)技术。SBAS型增强尤其可通过例如美国的WAAS(英语为“Wide Area AugmentationSystem” 广域增强系统)或欧洲的 EGNOS (英语为 “European geostationary navigationoverlay system”欧洲同步导航覆盖系统)实现。在借助于利用由GNSS型卫星定位系统确定的飞行器位置信息的着陆辅助系统的进场中，根据GNSS卫星和一个或多个机载GNSS接收机之间的称为伪距离的距离测量值，以3维方式计算所述位置信息。性能和呈3维的GNSS位置的瞬态性能取决于不同的误差因素，其一方面与卫星星座、GPS信号在大气层中的传播效果以及接收机的质量相关，另一方面与GNSS星座的几何形状相关。例如，在现有GPS星座情况下，由于卫星在围绕地球的其公转为23小时56分钟的轨道上的运动，用户接收机看得到卫星的升起和下落。借助例如SBAS、GBAS或ABAS的增强系统，可以由于接收机检测到卫星故障而把该卫星从基于GPS的位置计算中去掉。在进场的过程中，在飞机位置的计算中增加或去除ー个或多个卫星，可能会导致位置跳变几米。这种在限制于判定高度的进场范围中可容许的位置跳变，例如200英尺(约60米)，对于具有较小判定高度的精确进场，特别是在自动着落的情况下，可能是不能接受的。实际上，鉴于对自动着陆所要求的提高的导航性能，必须以非常大的精确度识别飞机的位置(约几米量级)，且位置跳变会被看作较大的偏差，而这在某些情况下是不容许的。
发明内容
本发明的目的在于消除上述缺陷。其涉及在飞行器进场过程中用于在着陆跑道上着陆的飞行器控制方法，所述进场被预先选定且飞行器在所述进场过程中的导航使用由至少ー种GNSS卫星导航系统获得的飞行器位置信息。该方法的显著之处在于-在对应于所述进场的进场最后阶段开始之前，以自动的方式确定-a)对应于所述进场最后阶段开始的第一时刻tFAF-b)对应于所述飞行器在所述跑道上着陆的第二时刻tTD ;以及-c)所述卫星导航系统中的、能够在介于所述第一和第二时刻之间的至少一部分时间间隔中从所述飞行器的所述位置信息的计算中被排除的ー组卫星；-在所述进场最后阶段期间，以自动和重复的方式实现以下步骤-d)通过排除与所述ー组卫星当中的所有卫星相对应的信息，确定所述飞行器的所述位置信息，e)通过使用至少所述位置信息，沿所述飞行器的进场最后阶段轨迹对所述飞行器进行导航。所述方法因此具有的优点在于，由于可以从进场最后阶段开始不考虑可在进场最后阶段期间被排除的卫星，因此能避免可能因为在进场最后阶段过程中相对于飞行器排除卫星而产生的位置值跳变，从而确定飞行器位置。优选地，在步骤(C)确定的所述ー组卫星对应于在所述时间间隔中相对于所述飞行器下落的卫星。因此能避免可能因为在进场最后阶段中卫星相对于飞行器下落而产生的所述位置值的跳变。优选地，还是在步骤d)，为了确定所述飞行器的所述位置信息，还可以排除可能在所述时间间隔过程中相对于所述飞行器升起的卫星。由此避免可能因为在进场最后阶段中卫星相对于飞行器升起而产生的所述位置值的跳变。在ー个特定实施方式中，为了确定卫星Si是否可能在所述时间间隔中相对于飞行器下落，计算以下两个等式
权利要求
1.一种在为了在着陆跑道(2)上着陆而进场时的飞行器(I)的控制方法，所述进场被预先选定并且在所述进场过程中所述飞行器的导航使用由至少一个全球卫星导航系统获得的飞行器的位置信息，其特征在于，-在对应于所述进场的进场最后阶段开始之前，以自动的方式确定-a)对应于所述进场最后阶段开始的第一时刻tFAF ；-b)对应于所述飞行器在所述跑道上着陆的第二时刻tTD ;以及 -c)所述卫星导航系统中的、能够在介于所述第一和第二时刻之间的时间间隔的至少一部分中从所述飞行器的所述位置信息的计算中被排除的一组卫星；-在所述进场最后阶段期间，以自动和重复的方式实现以下步骤-d)通过排除与所述一组卫星当中的所有卫星相对应的信息，确定所述飞行器的所述位置信息；以及-e)通过使用至少所述位置信息，沿所述飞行器的进场最后阶段轨迹对所述飞行器进行导航。
2.按照权利要求1所述的控制方法，其中，在步骤(c)确定的所述一组卫星对应于在所述时间间隔中相对于所述飞行器可能下落的卫星。
3.按照权利要求2所述的控制方法，其中，在步骤d)，为了确定所述飞行器的所述位置信息，还排除可能在所述时间间隔过程中相对于所述飞行器可能升起的卫星。
4.按照权利要求2或权利要求3所述的控制方法，其中，为了确定卫星Si是否可能在所述时间间隔中相对于所述飞行器下落，计算以下两个等式
5.按照上述权利要求中任一项所述的控制方法，其中，通过计算所述飞行器处在所述进场最后阶段开始的位置的到达估算时间ETAfaf，确定所述第一时刻tFAF，并且通过计算所述飞行器处在所述跑道上的着陆位置的到达估算时间ETAtd，确定所述第二时刻tTD。
6.按照权利要求5所述的控制方法，其中，通过使用以下等式，计算所述第一和第二时刻^faf-ETAfaf- Δ tFAFtTD=ETATD+ Δ tTD其中，Δ tFAF和Δ tTD是预先确定的时间余量。
7.按照上述权利要求中任意一项所述的控制方法，其中，通过结合来自至少一个全球导航卫星系统以及至少一个增强系统的信息，获得所述飞行器的所述位置信息。
8.按照权利要求7所述的控制方法，其中，所述至少一个增强系统为星基增强系统、机基增强系统或陆基增强系统。
9.按照上述权利要求中任意一项所述的控制方法，其中，通过使用多个全球导航卫星系统，获得所述飞行器的所述位置信息。
10.一种飞行器(I)控制系统，包括-为在着陆跑道(2)上着陆，用来选择进场的部件(16、22);-用于接收全球导航卫星系统中的信号的部件(30、38 );-处理单元(34)，用于至少根据从全球导航卫星系统中接收的所述信号，确定飞行器的位置信息；-飞行器导航部件(18)，用于从所述处理单元(34)接收所述飞行器的所述位置信息， 并且根据所述位置信息，产生沿与所选择的进场对应的进场最后阶段(3)的轨迹的对所述飞行器的导航信号，其特征在于，所述系统还包括-用于在所述进场最后阶段开始之前，确定对应于所述进场最后阶段开始的第一时刻 tFAF，以及对应于所述飞行器在所述跑道上着陆的第二时刻tTD的部件(10)；-用于在所述进场最后阶段开始之前，确定所述卫星导航系统中的、能够在介于所述第一和第二时刻之间的时间间隔的至少一部分中从所述飞行器的所述位置信息的计算中被排除的一组卫星的部件(34)；在所述进场最后阶段中，所述处理单元(34)通过排除与所述一组卫星中的所有卫星相对应的信息，确定所述飞行器的所述位置信息。
11.按照权利要求10所述的飞行器(I)控制系统，其中，所述处理单元(34)还用于接收增强系统的信息，并且至少根据从由全球导航卫星系统中接收的所述信号以及从增强系统接收的所述信息，确定所述飞行器的所述位置信息。
12.按照权利要求10或权利要求11所述的飞行器(I)控制系统，包括用于接收多个全球导航卫星系统的信号的部件(32)，所述处理单元(34)用于至少根据从所述多个全球导航卫星系统中接收的所述信号来确定所述飞行器的所述位置信息。
13.飞行器，包括用于实施按照权利要求1至9中任意一项所述的控制方法的系统。
14.飞行器，包括按照权利要求10至12中任意一项所述的控制系统。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种向着陆跑道进场时确定飞行器位置信息的方法和系统，飞行器在所述进场过程中的导航使用由GNSS卫星导航系统获得的飞行器位置信息，其中，在进场最后阶段开始之前，确定对应于所述进场最后阶段开始的第一时刻tFAF，以及对应于飞行器在所述跑道上着陆的第二时刻tTD；随后确定可以在介于所述第一和第二时刻之间的至少一部分时间间隔中从所述飞行器位置信息的计算中被排除的所述卫星导航系统的一组卫星；并且在所述进场最后阶段期间，通过排除与所述一组卫星的所有卫星相对应的信息，确定飞行器的所述位置信息，且通过使用至少所述位置信息，沿其进场最后阶段轨迹对飞行器进行导航。本发明的目的还在于提供一种用于实施所述方法的控制系统。
文档编号G01S19/50GK103018761SQ20121035324
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月20日 优先权日2011年9月22日
发明者皮埃尔·内里, 劳伦特·阿祖莱, 让·穆勒, 克里斯托夫·马卡比奥 申请人:空中客车营运有限公司, 法国国立民用航空大学Enac