用于引导飞机的方法与流程

本发明涉及飞机在地面上的移位阶段的驾驶辅助领域，更准确地，涉及在滑行阶段期间的改进的自主引导方法。

背景技术：

在飞机在地面上的滑行阶段期间，尽管能见度很低，飞机的飞行员也必须在跑道和机场基础设施之间完全安全地驾驶飞机。

为了在飞行员的任务中帮助飞行员，引导系统确定飞机相对于地面上的诸如反光标记、饰钉或灯之类的指示物的位置的引导系统，并使用该信息沿要遵循的参考轨迹引导飞机。

但是，如图1所示，一些诸如交叉区域之类的滑行区域可以呈现复杂的拓扑，该拓扑能够引起引导系统的错误。事实上，引导系统承担着以下风险：计算要遵循的轨迹所考虑的指示物不合适，以致将飞机引导至错误的方向上。如果飞机被引导出了滑行跑道或者引导至已经被另一飞机占据的跑道，则这种轨迹错误可能具有相当大的安全风险。

因此，需要一种对飞机的引导进行监视的方法，以便于在机场的停机坪上、甚至是在复杂的滑行区域内正确地引导飞机，并限制引导错误的影响。

技术实现要素：

因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于在地面上的停机坪上沿参考轨迹引导飞机的方法，飞机上具有地面上的多个指示物的至少一个探测器，所述方法包括由能够被连接到所述至少一个探测器上的数据处理模块执行的如下步骤：

a)根据对停机坪的绘图在几何上确定停机坪的复杂的不确定区域，

b)在所确定的不确定区域中的一个附近，从地面上的多个指示物中选择至少一个指示，

c)根据由所述至少一个探测器传送的与所选择的至少一个指示物有关的数据，估算飞机相对于所述参考轨迹的相对定位，

d)计算与根据所选择的至少一个指示物估算的相对定位有关的置信指数，

e)将所计算的置信指数和预定阈值进行比较，

f)当所计算的置信指数大于预定阈值时，根据所估算的相对定位沿参考轨迹引导飞机。

这种方法引导飞机而没有使飞机遵循与参考轨迹不同的轨迹的风险。

根据第一方面的方法的计算所选择的至少一个指示物的置信指数的步骤可以根据地面上的所述指示物的布置来执行。

根据第一方面的方法的计算与根据所选择的至少一个指示物估算的相对定位有关的置信指数的步骤可以根据飞机相对于所选择的至少一个指示物的位置以及参考轨迹的位置来执行。

这根据指示物的位置和飞机相对于彼此及相对于飞机必须遵循的轨迹的位置对与飞机的定位估算相符的置信度进行量化。

当与所估算的相对定位有关的置信指数小于预定阈值时，数据处理模块选择地面上的至少一个新的指示物，根据所选择的至少一个新的指示物估算飞机相对于参考轨迹的相对定位，计算与根据所选择的至少一个新的指示物估算的相对定位有关的置信指数，并将所计算的置信指数和预定阈值进行比较。

这意味着，并不根据不足够可靠且具有使飞机遵循错误方向的风险的估计定位来引导飞机，而是寻找具有足以用于引导飞行器的置信水平的定位。。

当与所估算的相对定位有关的置信指数小于预定阈值时，数据处理模块可以传送报警消息：要求以手动模式驾驶飞机或者警告飞机正在切换到手动模式。

当处理模块的布局指示物不能足够安全地引导飞机时，这警告飞行员并要求飞行员对飞机进行控制或者警告飞行员自动切换到手动模式。

当与所估算的相对定位有关的置信指数小于预定阈值时，数据处理模块可以根据参考轨迹引导飞机。

这继续自主引导飞机，而不用考虑与探测器传送的地面上的指示物有关的那些数据。通过这种方式，该方案不具有当布局指示物并不被认为是可靠的时在错误的方向上引导飞机的风险。

在第一变型实施例中，处理模块随着时间推移重复地执行不确定区域的确定步骤。

在第二变型实施例中，在飞机进入滑行阶段时，处理模块执行不确定区域的确定步骤。

这两个变型的实施例确定了飞机是否正处于遇到复杂的区域的风险下，该风险需要部署适用于限制在错误的方向上引导飞机的风险的引导方法。

根据第二方面，本发明涉及一种包括代码指令的计算机程序产品，当通过处理器执行该程序时，该代码指令用于执行根据第一方面的引导方法。

根据第三方面，本发明涉及一种数据处理模块，该数据处理模块可以被连接到定位在地面上的停机坪上的多个指示器的至少一个探测器，所述至少一个探测器可以装载在飞机上，并且所述数据处理模块配置为：

a)根据对停机坪的绘图在几何上确定停机坪的复杂的不确定区域，

b)在所确定的不确定区域中的一个附近，从地面上的多个指示物中选择至少一个指示物，

c)根据由所述至少一个探测器传送的与所选择的至少一个指示物有关的数据，估算飞机相对于参考轨迹的相对定位，

d)计算与根据所选择的至少一个指示物估算的相对定位有关的置信指数，

e)将所计算的置信指数和预定阈值进行比较，

f)当所计算的置信指数大于预定阈值时，根据所估算的相对定位沿参考轨迹引导飞机。

根据第四方面，本发明涉及一种用于沿地面上的停机坪上的参考轨迹引导飞机的系统，该系统包括：至少一个探测器、地面上的多个指示器及根据第三方面的数据处理模块。

该计算机程序产品、处理器模块及引导系统具有与根据第一方面所述相同的优点。

附图说明

通过阅读以下本发明的实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得明显。该描述参照附图给出，在附图中：

-图1示出了诸如交叉区域之类的滑行区域可以具有复杂的拓扑；

-图2为示出根据本发明的引导方法的实施方式的图示；

-图3示出了根据本发明的实施例的引导系统。

具体实施方式

参照图2，本发明的实施例涉及一种由如图3中所示的用于引导飞机的系统的数据处理模块2实施的用于沿停机坪上的参考轨迹引导飞机1的方法。

该系统包括地面上的指示物4和至少一个探测器3，指示物4用于标记停机坪的滑行区域，探测器3被装载在飞机1上并且适用于探测该指示物在地面上的位置。该探测器检测地面上的所述指示物发送或反射的信号。该探测器例如可以是检测由诸如灯之类的光源发射的或者反光标记反射的光的光学或光电传感器。该探测器还可以是接收由位于地面上的天线发射的无线电信号的射频接收机。

所述探测器3可以被连接到处理模块2上以便于向处理模块2提供测量数据，该测量数据使处理模块2确定飞机1相对于这些指示物4的相对定位。

数据处理模块2可以包括诸如通信接口COM的通信装置、诸如计算机CALC之类的计算装置和存储装置MEM。该计算机可以是例如x-86或RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)类型的处理器或微处理器、控制器或微控制器、DSP、诸如ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)之类的集成电路或诸如FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)之类的可编程电路，这些元件的组合或组件的任何其它组合，给出了应用之前描述的方法的计算步骤的可能性。存储装置MEM可以包括任何类型的计算机大容量存储，诸如具有磁碟的磁性硬盘、SSD盘(Solid State Drives，固态硬盘)、闪存或CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，只读光盘)或DVD-ROM(Digital Video Disc-Read Only Memory，数字视盘)读取器。

所述通信装置COM可以用于和探测器3通信。存储装置MEM尤其可用于存储在其上引导飞机的机场停机坪的一个或多个停机坪绘图表示停机坪。

数据处理模块2可以连接到飞机的至少一个计算机上或集成到飞机的至少一个计算机中，以便于能够向该飞机的该至少一个计算机传送引导飞机的命令。

根据本发明的方法提出了沿参考轨迹改进的引导飞机的方法，以在诸如交叉区域之类的复杂区域内进行引导期间限制引导错误的概率。

在实施引导方法时，根据探测器传送的有关地面上的指示物的数据(诸如指示物相对于飞机的位置之类)估算飞机相对于参考轨迹的相对定位。使用对该飞机定位的估算来实施沿该参考轨道引导飞机。根据本发明的方法提出验证为确定飞机的相对定位所考虑的地面上的指示物与要遵循的参考轨迹相关。因此，如果飞机处于直线跑道和弯曲跑道之间的交叉处并且飞机要遵循的轨道必须沿直线跑道引导飞机，则根据本发明的方法防止使用沿曲线跑道定位的指示物来引导飞机。这种沿曲线跑道定位的指示物的引导能够给飞机指定曲线跑道而不是直线跑道，并且会造成将飞机置入危险情况中的风险。

为此，对于根据地面上的一些指示物估算的相对定位，该方法计算置信指数。考虑到被飞机占用的轨迹，该置信指数表示地面上的这些指示物适于引导飞机的概率。

更准确地，参照图2，在确定步骤E1期间，数据处理模块根据停机坪的绘图在几何上确定停机坪的一个或多个复杂的不确定区域。可以在滑行阶段开始时进行该确定步骤。可替换地，可以在滑行阶段期间随着时间推移重复地执行该确定步骤。

在选择步骤E2期间，处理模块从飞机的探测器探测到的地面上的多个指示物中选择至少一个指示物。当飞机在确定步骤E1期间确定的不确定区域内或附近时，执行该选择步骤。然后，这些所选择的指示物是处理模块将尝试使用来继续引导飞机的指示物。

在相对定位的估算步骤E3期间，处理模块2根据探测器传送的与在选择步骤E2期间所选择的指示物有关的数据，估算飞机相对于参考轨迹的相对定位。该估算可以例如管理飞机相对于一个指示物或一对指示物的位置。

在计算步骤E4期间，处理模块2对在相对位置的估算步骤E3期间使用的所选择的指示物相对于要遵循的参考轨迹的相关性进行验证。为此，处理模块针对根据这些所选择的指示物估算的相对位置来计算置信指数，置信指数表示这些所选择的指示物标记出飞机在遵循参考轨迹时采用最佳路径的概率。

根据第一实施例，根据所选择的指示物相对于参考轨迹的布置执行置信指数的计算。例如，如果指示物沿类似于参考轨迹的轨迹放置，则可以认为该指示物是合适的。与这些指示物关联的置信指数可以比较高。相反地，如果所选择的指示物形成指示弯曲的曲线然，而参考轨迹是直线，则可以认为该指示物是不合适的并且相关联的置信指数可以比较低。

根据第二实施例，根据飞机相对于所选择的指示物的位置和参考轨迹的位置完成对置信指数的计算。处理模块可以例如将飞机相对于所选择的指示物的位置和飞机相对于参考轨迹的定位进行比较。如果所选择的指示物不合适并且没有遵循参考轨迹，则遵循参考轨迹的飞机将偏离所选择的指示物但是不偏离参考轨迹。然后，飞机相对于所选择的指示物的相对位置和飞机相对于参考轨迹的相对定位之间的差距可以具有突然变化。与该不合适的指示物相关联的置信指数可以比较低。

置信指数的计算可以是飞机行驶过的不确定区域的几何复杂度或者诸如气象条件之类的外部条件的函数。当满足置信指数的计算给出不可靠的结果这一条件时，置信指数被固定为非常低的自动预定值。

在比较步骤E5期间，处理模块将所计算的置信指数和预定阈值进行比较。

在引导步骤E6期间，如果置信指数大于预定阈值，则处理模块根据所估算的相对定位沿参考轨迹引导飞机。一旦该相对定位被认为是可靠的，处理模块就可以使用该相对定位来修正飞机的轨迹，以使飞机正确地遵循轨迹。

如果置信指数小于阈值，则所估算的相对位置不能用于引导飞机，并且处理模块再次执行选择步骤E2、估算相对定位的步骤E3、计算步骤E4及比较步骤E5：处理模块选择至少一个新的指示物，根据该新的指示物估算飞机的相对定位，计算相关联的置信指数并将该置信指数和预定阈值进行比较。

倘若置信指数停留在阈值以下，则处理模块可以重复这些步骤。

根据实施例，在手动引导步骤E7期间，当置信指数小于阈值时，处理模块可以向飞行员传送报警消息，该报警消息要求以手动模式驾驶飞机或警告飞机正在切换到手动模式。可以例如在预定数量的否定比较后、在置信指数不大于阈值的特定时间后或者甚至是不再有没有计算置信指数的新的指示物时发送该消息。然后，处理模块认为在之前步骤期间所选择的指示物不能够可靠地引导飞机，并且飞行员应该确保对飞机进行手动引导。切换到手动模式可以在完成发送报警消息后自动进行，例如在预定时长的倒计时结束之后。在该实施例中，发送该信息以要求手动引导飞机或自动切换到手动模式，与此同时，在通过计算步骤E4期间系统地将信心指数固定在非常低的自动预定的值直到报警消息被发送时才可以实施报警。

此外，当置信指数小于预定阈值时，在自动引导步骤E8期间，由于这些相对定位并未被确认是可靠的，所以处理模块可以决定根据参考轨迹引导飞机而不考虑所估算的相对定位。处理模块还可以将有关例如由GPS模块提供的绝对定位的信息考虑在内。飞机继续被引导但是在没有使用探测器发出的信息时该引导是盲目进行的。

根据实施例，如果在不确定区域以手动模式驾驶飞机，则处理模块仍然可以执行选择步骤E2、估算相对定位步骤E3、计算步骤E4和比较步骤E5，并且当置信指数大于预定阈值时，可以建议飞行员返回到自动引导模式。处理模块具有被认为是可靠的相对定位，该相对定位能够使处理模块在不确定区域沿参考轨迹自动引导飞机。当置信指数大于预定阈值时，自动重新启动自动引导模式。

根据实施例，当飞机驶出不确定区域时，处理模块可以建议飞行员停止针对所估算的定位计算置信指数。之后，每个所估算的定位被认为是可靠的并且能够用于引导飞机而不对选择用于估计该定位的指示物进行质疑。假定飞机没有返回到不确定区域附近或者不确定区域内，则处理模块可以继续保持在这种简化的引导模式。

诸如上面所描述的引导方法正确地在机场的停机坪上、甚至是在复杂的滑行区域内引导飞机。