在飞行器的机载显示系统中图形表示空地相对位置的方法与流程

本发明的领域为用于航空应用的人-系统界面，更具体地，为这样的显示系统：其包括与外部地形的合成表示相联系的驾驶和导航辅助符号。

背景技术：

现代的飞行器仪表板具有显示系统，显示系统包括多个显示装置。一个或多个显示装置显示驾驶或导航所必要的信息。显示的信息来源于飞行器的传感器、“gps(全球定位系统)”类型的地理定位系统和飞行器的惯性系统。测量系统总体上提供至少如下参数：飞行器的纬度、经度和海拔位置以及飞行器的俯仰、滚转和前进方向。这些显示屏幕称为“主飞行显示”，缩写为“pfd”。

通常，这些屏幕也包括外部地形的合成表示。这些表示从称作“svs(svs为“合成视觉系统”的缩写)”的系统中获取。svs系统包括表示所飞过的地形的映射数据库表示、地理定位系统和图形计算装置。显示的图像是尽可能真实地表示的外部的三维视图。显示的观察点沿飞行器的轴线。这些屏幕也可以显示从称作“evs(增强视觉系统的缩写)”的系统(代替svs)获取的外部地形的真实图像，或者显示叠加于外部地形的合成视图的该真实图像，其称作“cvs”，为“组合视觉系统”的缩写。

在pfd屏幕包括地形的合成图像的情况下，大量的信息得到表示，当发生异常情况时，这对飞行员是必须的，以使得飞行员尽快地知道这一情况。其特别在载体处于异常姿态时(例如，当飞行器的滚转或俯仰过大时)发生。异常姿态情况可能由于各种原因发生，例如，在恶劣天气中失去外部视觉参考，或由于工作量过大或搜索地面上的参考而导致的飞行员疏忽。另外，如果在飞行员的视觉和感知以及仪器显示之间存在偏差，则该异常姿态位置会被夸大。该偏差可能源于仪器显示的故障或源于飞行员对身体感受的错误理解。

为了帮助飞行员离开异常姿态，pfd上的显示非常重要。这必须使飞行员能够容易地找到其方位，特别是飞行器相对于天地的方位。这会在如下情况中更明显：合成图像仅显示地形(该情况称作“全部为棕色”)，或仅显示天空(该情况称作“全部为蓝色”)，甚至一部分显示天空并且一部分显示海(都用蓝色表示)，即使蓝色大不相同。

为了帮助飞行员知道在异常姿态中天空和大地所处的地方，习惯做法是持续地显示两个圆弧10和11，蓝弧在天空侧，棕弧在大地侧，如示意性地表示pdf屏幕的图1中所示。为了清楚，在该图中，地形的图像符号化为简单的脊线12，并且高度简化符号。这种表示具有很多缺点。在标称模式中，这些圆弧是没用的，因此使显示过负荷。在对应于异常姿态的降级模式中，它们不足够可见的，因此没有为飞行员提供必要的帮助。

为了克服这些缺陷，提出了其他方案。因此，发明名称为“graphicalmethodsforenhancingattitudeawareness”的专利第us7724155号提出了各种图形方案，使得可以表示天空/大地分离。在第一种配置中，天空/大地信息位于显示区域的外围，因此不位于飞行员集中注视的主要区域。那么飞行员可能没有足够地注意这些信息。此外，在异常姿态的情况下，由于通过表示零纵向平衡指示符的线(也称作“zprl”，是“零俯仰参考线”的缩写)的位置来确定这两个部分的分离，使用仅有对应于天空或大地的一小部分可见。飞行员需要更多的时间来吸收信息并理解飞行器的方位。在第二种配置中，天空/大地信息在zprl的任意一侧。其恰好在飞行员集中注视的主要区域内，但是，信息带较窄，所以，两项信息彼此非常靠近，则飞行员有可能不能很好地区分什么在zprl上方，什么在zprl下方。此外，在zprl的位置位于屏幕边缘的情况下，天空/大地信息不再位于飞行员集中注视的主要区域内。再一次，飞行员可能注意不到该信息。

发明名称为“systemandmethodforrenderingaprimaryflightdisplay”的申请us2010/0141482提出了与上述方案类似的方案并具有相同的缺点。

发明名称为“systemandmethodforrenderingaskyveilonavehicledisplay”的专利us8767013描述了将天空显示为半透明的显示，以避免所谓的“全部为棕色”的情况。然而，当zprl的位置位于屏幕边缘的时候，仅有对应于天空或大地的一小部分可见，并且飞行员需要更长的时间来吸收信息并且理解飞行器的方位。此外，透明天空的颜色与合成天空的颜色相同，使得不能将透明天空与合成天空区分，因此使得信息更不清楚。

技术实现要素：

根据本发明的方法不具有这些缺点。实际上，不持续呈现大地/天空显示而是仅仅当情况需要时才呈现。而且，其表示随着情况的关键程度而变化。更具体地，本发明的主题为一种在用于飞行器的机载显示系统中表示天空和大地的相对位置的图形表示方法，所述图形表示显示于显示屏，所述显示屏包括叠加于外部地形的三维合成表示的或外部地形的真实图像的用于所述飞行器的驾驶和导航信息，其特征在于：所述图形表示仅在飞行器的姿态异常时显示，异常姿态对应于位于标称值的第一范围之外的滚转值或俯仰值。

有利地，所述图形表示包括至少两种不同的表示模式，第一表示模式对应于位于标称值的第一范围之外的滚转或俯仰值，第二表示模式对应于位于大于标称值的第一范围的值的第二范围之外的滚转或俯仰值。

有利地，第一表示模式包括两个相同的伸长形状，这两个相同的伸长形状不透明并且具有不同的颜色、对称地设置于与承载滚转尺度的圆同心的圆，这两个形状的旋转从属于表示零纵向平衡指示符的线的旋转。

有利地，所述第一表示模式包括具有相同形状的两个盘段(1、2)，这两个盘段不透明并且具有不同颜色，每个盘段由圆弧和连接所述圆弧的端部的直线段限定，两个盘段对称地设置于承载滚转尺度的圆，两个盘段的直线段与表示零纵向平衡指示符的线平行，两个盘段的旋转从属于所述表示零纵向平衡指示符的线的旋转。

有利地，所述盘段的宽度位于所述直线段的长度的15％和25％之间。

有利地，所述第二表示模式包括所述两个先前的盘段和半透明并且具有不同的颜色的形状相同的两个区域，所述两个区域对称地设置于承载滚转尺度的圆，第一区域在第一盘段的直线段和表示零纵向平衡指示符的线之间延伸，而不离开由第一盘段的直线段和第二盘段的直线段限定的区域，第二区域在第二盘段的直线段和表示零纵向平衡指示符的线之间延伸，而不离开由第一盘段的直线段和第二盘段的直线段限定的区域。

有利地，当滚转值位于低于标称值的第一范围的值的第三范围之外时，将滚转尺度持续地或离散地真大，以便增加滚转值。

有利地，滚转值的第一范围位于-45度和+45之间，滚转值的第二范围位于-50度和+50度之间，俯仰值的第一范围位于–12.5度和+15之间，俯仰值的第二范围位于-25度和+25度之间。

有利地，显示装置包括避免不合时宜地对模式进行改变的功能。

有利地，显示装置包括叠加于外部地形的合成视图的外部地形的真实图像。

有利地，显示装置是飞行器仪表板屏幕中的一种。

有利地，显示装置是所谓的“平视”显示装置，其包括将合成图像和/或真实图像叠加于外部地形的光学元件。

附图说明

通过阅读参考附图并以非限制性方式给出的如下描述，能对本发明进行更好的理解，并且其他优点将更明显，在附图中：

图1表示根据现有技术的pfd屏幕；

图2表示根据本发明的pfd屏幕的第一表示；

图3表示根据本发明的pfd屏幕的第二表示；

图4表示根据本发明的pfd屏幕的第三表示；

图5表示根据本发明的pfd屏幕的第四表示；

图6表示根据本发明的pfd屏幕的第五表示。

具体实施方式

根据本发明的方法在飞行器机载航空电子系统中实现。该系统至少包括传感器，其使得可以确定飞行器的姿态、飞行器的海拔，更一般地，确定驾驶、导航必须的所有参数。航空电子系统也包括svs系统和/或evs系统，svs系统包括表示所飞过的地形的映射数据库，evs系统特别地包括红外传感器、地理定位系统和图形计算装置。显示的图像为尽可能真实地表示的外部的三维视图或从evs传感器获得的外部地形的真实图像。显示的观察点沿位于飞行器的前进方向和飞行方向之间轴线。所有这些信息显示在飞行器仪表板屏幕中的至少一个上。该屏幕传统地称作pfd。因此，该pfd屏幕包括大量的信息。

而且，在根据本发明的方法中，可以使得完美地确定飞行器相对于地平线的位置的信息不是永久显示的，而是仅在关键情况下显示。在此后的描述中，该天空-大地信息称作“adi”，其为“姿态方向指示符”的缩写。该方案具有双重优点：当飞行参数为标称时使得显示不过负荷，当飞行器处于异常情况下时使得显示清楚明白。异常情况应该理解成飞行器的姿态对应于位于标称值的第一范围之外的滚转值或俯仰值。为了给出量级，如果滚转在位于-45度和+45度之间的第一范围之外和/或俯仰在位于-12.5度和+15度之间的值的第一范围之外，那么认定该情况为异常情况。这些值依赖于飞行器的类型和飞行器制造商应用的飞行条件。

该天空-大地信息可以以不同方式显示。一种有利的解决方案是显示回忆基本地指示姿态的“地平线”的形状的形状或符号。这些形状或符号可以是盘部、圆弧、“梁”、矩形或任何其他伸长的几何形状。依据是否一个表示天空、另一个表示大地，这两种形状可以不同，并且它们具有两种纹理，这两种纹理足够的不同以使得不会混淆。以不详尽的方式，它们可以是两种不同的颜色或两种不同的填充图案，具有可配置的透明度水平。

在优选方案中，如图2所示，天空-大地信息由两个相同形状的盘段1和2组成，它们是不透明的并且具有不同的颜色，每个盘段由圆弧和连接所述圆弧的端部的直线段进行限制。两个盘段对称地位于与承载滚转尺度的圆同心的圆，两个盘段的直线段与表示零纵向平衡指示符的线平行，该指示符称作zprl并且由图2中的3表示。

通常，表示天空的盘段为蓝色，表示大地的盘段为棕色。盘段的宽度位于直线段的长度的15％和25％之间。优选的是，表示天空的盘部的颜色与从svs表示得到的合成天空的颜色不同，使得可以将adi天空与合成天空进行区分。这种呈现比两种颜色相同的情况更易于理解，因为其使得可以借助来自特定阈值的信息的出现而清楚地看出载体处于异常姿态。

两个盘段的旋转从属于表示零纵向平衡指示符的线的旋转。在zprl穿过由两个盘部限定的区域的中部的情况下，对应于天空的部分叠加于合成视图的天空并且叠加于位于zprl上方的地形的一部分，对应于大地的部分叠加于合成视图的地形。然而，这两个段在位置恒定的圆内转动，以恒定地保持在飞行员的中央视场内，而不管zprl的位置为何。因此，如图3所示，在zprl的位置位于屏幕边缘的情况下，两个盘部很好地保持在飞行员集中注视的主要区域内。

另一个优势在于，该方案也使得可以在“全部为棕色”和“全部为蓝色”的情况下知道天空和大地所处的位置。为此，限定对应的情况以触发降级adi模式的显示是足够的。

可以在出现天空-大地区域之前添加中间降级模式。该模式在强烈滚转情况下出现，并且导致滚转尺度逐步地或离散地的增大。限定该中间模式的滚转阈值低于先前的阈值。

在飞行器的第二滚转或俯仰范围之上出现第二表示模式。其包括这两个先前的天空/大地区域以及位于由表示零纵向平衡指示符的线分开的这两个天空/大地区域之间的两个天空/大地区域。依据是否一个表示天空、另一个表示大地，这两种形状可以不同，并且它们具有两种纹理，这两种纹理足够的不同以使得不会混淆。以不详尽的方式，它们可以是两种不同的颜色或两种不同的填充图案，具有可配置的透明度水平(其可以为全部不透明)。该透明度参数尤其可以允许在飞行器的第二滚转或俯仰范围之上逐步显示adi。

在优选方案中，第二表示模式中出现的两种形状是相似的形状(其半透明并且具有不同颜色)，这两个区域相对于表示零纵向平衡指示符的线对称地设置于与承载滚转尺度的圆同心的圆，第一区域在第一盘段的直线段与表示零纵向平衡指示符的线之间延伸，而不离开由第一盘段的直线段和第二盘段的直线段限定的区域，第二区域在第二盘段的直线段和表示零纵向平衡指示符的线之间延伸，而不离开由第一盘段的直线段和第二盘段的直线段限定的区域。

该最后的配置表示在图4、图5和图6中。在这三幅图中，天空/大地区域由4和5表示。表示零纵向平衡指示符(称作zprl的指示符)的线由3表示。该线界定两个区域之间的边界。这些区域的颜色与和他们相关联的盘段(天空或大地)的颜色相同或近似。为了给出量级，如果滚转在位于-50度和+50度之间的第二范围之外和/或俯仰在位于-25度和+25度之间的第二范围之外，那么出现第二模式。与先前的值类似，这些值依赖于飞行器的类型和飞行器制造商应用的飞行条件。

在图4中，zprl在尺寸相同的两个区域4和5的中间运行。在图5中，zprl靠近盘段2。区域4比区域5大。在图6中，zprl在位于盘段1和2之间的空间之外。在后一种情况下，区域4占据位于两个盘段之间的所有空间。不再表示区域5。

有利地，出现或不出现异常姿态表示模式由滞后函数管理，以避免模式被不合时宜地改变。这些滞后函数的阈值也依赖于载体的类型和飞行器制造商的选择。