用于监测尾随飞行器的相对位置的方法和装置及飞行器与流程

本发明涉及一种用于在编队飞行期间监测尾随飞行器相对于前导飞行器的位置的方法和装置。

编队飞行包括至少两个飞行器、特别是运输机，即，前导飞行器(或前导机)以及一个或多个尾随飞行器。尾随飞行器尾随它们直接尾随的飞行器(即，前导飞行器或另一尾随飞行器)飞行，其方式为保持它们之间的恒定间距。在一个特定应用中，特别是在巡航时，飞行器在同一飞行高度上以相同的前进方向和相同的速度彼此前后飞行。还可以提供的是，对尾随飞行器施加速度控制指令，这些指令使得它们允许所述尾随飞行器具有与前导飞行器在过去的给定时间段所具有的相同的位置、相同的速度以及相同的加速度。

背景技术：

编队飞行需要完全了解飞行器相对于彼此的相对位置。为此，存在精确飞行器位置确定系统，诸如使用自动相关监视广播(ads-b)技术的协同监测系统。然而，所提供的准确性并不令人满意。

技术实现要素：

本发明的目的是通过提出一种使得有可能监测尾随飞行器的位置的方法和装置来减轻这些缺点。

为此，本发明涉及一种用于监测被称为尾随飞行器的飞行器相对于由在所述尾随飞行器前方的被称为前导飞行器的飞行器产生的涡流的位置的方法，所述前导飞行器和尾随飞行器呈编队飞行。

根据本发明，所述方法包括以下步骤：

-准备步骤，所述准备步骤包括使尾随飞行器进入并保持在所谓的最佳位置，在所述最佳位置，呈编队飞行的所述尾随飞行器受益于由前导飞行器产生的涡流中的至少一个涡流的影响；

-第一位置确定步骤，所述第一位置确定步骤由第一位置确定模块来实施，包括基于来自前导飞行器的第一信息源的至少一个飞行参数来确定前导飞行器的位置；

-第二位置确定步骤，所述第二位置确定步骤由第二位置确定模块来实施，包括基于来自尾随飞行器的第一信息源的至少一个飞行参数来确定尾随飞行器的位置；

-第一相对位置确定步骤，所述第一相对位置确定步骤由第一相对位置模块来实施，包括基于前导飞行器的位置和尾随飞行器的位置来确定尾随飞行器相对于前导飞行器的第一相对位置；

-第二相对位置确定步骤，所述第二相对位置确定步骤由第二相对位置模块来实施，包括基于来自前导飞行器的第二信息源和来自尾随飞行器的第二信息源的至少一个飞行参数来确定尾随飞行器相对于前导飞行器的第二相对位置，所述第二信息源与所述第一信息源是分开的；

-比较步骤，所述比较步骤由比较模块来实施，包括将第一相对位置与第二相对位置进行比较；

-验证步骤，所述验证步骤由验证模块来实施，包括向尾随飞行器的控制单元传输信号，所述信号代表用于执行以下动作中的至少一者的控制命令：

○如果第一相对位置和第二相对位置基本上相等，就使尾随飞行器保持在所述最佳位置，

○如果第一相对位置和第二相对位置不同，就使尾随飞行器进入所谓的安全位置，在所述安全位置，所述尾随飞行器不受由前导飞行器产生的涡流的影响。

因此，借助于基于两个单独的源来确定尾随飞行器相对于前导飞行器的相对位置，有可能确定地证实两个飞行器之间的相对位置。如果基于第一源计算的相对位置与基于第二源计算的相对位置之间存在不一致，就使得尾随飞行器进入所谓的安全位置，在所述安全位置，所述尾随飞行器不受由前导飞行器产生的涡流的影响。

在本发明的上下文中，在第一实施例中，安全位置使得尾随飞行器继续呈编队飞行，而在第二实施例中编队飞行因这个尾随飞行器而被打破。优选地，使用涡流转运模型来确定安全位置。

此外，在第一位置确定步骤之前是第一传输步骤，所述第一传输步骤由第一传输模块来实施，包括将来自前导飞行器的第一信息源的一个或多个飞行参数传输到第一位置确定模块，所述一个或多个飞行参数通过第一通信链路进行传输。

此外，在第二相对位置确定步骤之前是第二传输步骤，所述第二传输步骤由第二传输模块来实施，包括将来自前导飞行器的第二信息源的一个或多个飞行参数传输到第二相对位置确定模块，所述一个或多个飞行参数通过第二链路进行传输。

根据一个特定特征，第二相对位置确定步骤包括确定尾随飞行器相对于前导飞行器的第二纵向相对位置，所述第二相对位置确定步骤至少包括以下子步骤：

-确定前导飞行器的速度与尾随飞行器的速度之间的差异的子步骤，所述前导飞行器的速度来自前导飞行器的第二信息源，所述尾随飞行器的速度来自尾随飞行器的第二信息源，

-在时间上对取决于在确定子步骤中确定的所述差异的函数进行积分的子步骤。

根据一个特定特征，第二相对位置确定步骤包括确定尾随飞行器相对于前导飞行器的第二横向相对位置，所述第二相对位置确定步骤包括基于取决于以下各项的函数的积分来确定所述横向相对位置：

-来自前导飞行器的第二信息源的前导飞行器的侧倾角和/或偏航角和/或前进方向，

-来自尾随飞行器的第二信息源的尾随飞行器的侧倾角和/或偏航角和/或前进方向以及尾随飞行器的速度。

本发明还涉及一种用于监测被称为尾随飞行器的飞行器相对于由在所述尾随飞行器前方的被称为前导飞行器的飞行器产生的涡流的位置的装置，所述前导飞行器和尾随飞行器呈编队飞行，所述尾随飞行器被带入并保持在所谓的最佳位置，在所述最佳位置，呈编队飞行的所述尾随飞行器受益于由所述前导飞行器产生的所述涡流中的至少一个涡流的影响。

根据本发明，所述装置包括：

-第一位置确定模块，所述第一位置确定模块被配置成基于来自前导飞行器的第一信息源的至少一个飞行参数来确定前导飞行器的位置；

-第二位置确定模块，所述第二位置确定模块被配置成基于来自尾随飞行器的第一信息源的至少一个飞行参数来确定尾随飞行器的位置；

-第一相对位置确定模块，所述第一相对位置确定模块被配置成基于前导飞行器的位置和尾随飞行器的位置来确定尾随飞行器相对于前导飞行器的第一相对位置；

-第二相对位置确定模块，所述第二相对位置确定模块被配置成基于来自前导飞行器的第二信息源和来自尾随飞行器的第二信息源的至少一个飞行参数来确定尾随飞行器相对于前导飞行器的第二相对位置，所述第二信息源与所述第一信息源是分开的；

-比较模块，所述比较模块被配置成将第一相对位置与第二相对位置进行比较；

-验证模块，所述验证模块被配置成向尾随飞行器的控制单元传输信号，所述信号代表用于执行以下动作中的至少一者的控制命令：

○如果第一相对位置和第二相对位置基本上相等，就使尾随飞行器保持在所述最佳位置，

○如果第一相对位置和第二相对位置不同，就使尾随飞行器进入所谓的安全位置，在所述安全位置，所述尾随飞行器不受由前导飞行器产生的涡流的影响。

此外，第一位置确定模块被配置成从第一传输模块接收来自前导飞行器的第一信息源的飞行参数，所述第一传输模块被配置成将来自前导飞行器的第一信息源的一个或多个飞行参数传输到第一位置确定模块，所述一个或多个飞行参数通过第一通信链路进行传输。

此外，第二相对位置确定模块被配置成从第二传输模块接收来自前导飞行器的第二信息源的一个或多个飞行参数，所述第二传输模块被配置成将来自前导飞行器的第二信息源的一个或多个飞行参数传输到第二相对位置确定模块，所述一个或多个飞行参数通过第二通信链路进行传输，所述第二通信链路与所述第一通信链路分开。

根据一个特定特征，第二相对位置确定模块被配置成确定尾随飞行器相对于前导飞行器的第二纵向相对位置，所述第二相对位置确定模块被配置成：

-确定前导飞行器的速度与尾随飞行器的速度之间的差异，所述前导飞行器的速度来自前导飞行器的第二信息源，所述尾随飞行器的速度来自尾随飞行器的第二信息源，

-在时间上计算取决于所述差异的函数的积分。

根据另一特定特征，第二相对位置确定模块被配置成确定尾随飞行器相对于前导飞行器的第二横向相对位置，所述第二相对位置确定模块被配置成基于取决于以下各项的函数的积分来确定横向相对位置：

-来自前导飞行器的第二信息源的前导飞行器的侧倾角和/或偏航角和/或前进方向，

-来自尾随飞行器的第二信息源的尾随飞行器的侧倾角和/或偏航角和/或前进方向以及尾随飞行器的速度。

本发明还涉及一种飞行器，具体地是运输机，所述飞行器包括用于在如上所述的编队飞行期间监测尾随飞行器相对于由在所述尾随飞行器前方的前导飞行器产生的涡流的位置的装置。

附图说明

在阅读参照附图给出的说明书之后，本发明连同其特征和优点将变得更加清楚，在附图中：

-图1示意性地示出了监测装置；

-图2示意性地示出了监测方法；

-图3是编队飞行的示意性描述，示出了产生涡流的前导飞行器和尾随飞行器相对于这些涡流的两个可能位置。

具体实施方式

下文的描述将参照上述附图。

图1中示意性地展示了装置1，所述装置用于监测被称为尾随飞行器ac2的飞行器相对于由在所述尾随飞行器前方的被称为前导飞行器ac1的飞行器产生的涡流的路径。所述尾随飞行器和前导飞行器呈编队飞行。如图3所示，装置1在尾随飞行器ac2上。在一个特定实施例中，装置1形成在尾随飞行器ac2上的编队飞行管理单元(未具体示出)的一部分。至少对于尾随飞行器ac2，这样的单元被配置成管理编队飞行。

如常规的，编队f包括前导飞行器ac1以及一个或多个尾随飞行器、即，在图3的示例中的单一尾随飞行器ac2，该一个或多个尾随飞行器尾随前导飞行器ac1(位于位置pi)，其方式为使得保持它们之间的恒定间距e。在一个特定应用中，特别是在巡航时，飞行器ac1和ac2在同一飞行高度上以相同的前进方向和相同的速度彼此前后飞行。

此外，尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1所沿的路径tv略微横向偏移，以便位于所谓的最佳位置po来受益于由前导飞行器ac1产生的涡流v1、v2的影响，如下文说明。

由于机翼的下表面和上表面之间的压力差以及由此产生的空气流的向下偏转，这些涡流v1和v2从每个机翼开始。这些涡流是反向旋转的涡流、并且其特征为风场，该风场总体上在这些涡流外侧上升并且总体上在这些涡流之间落下。从机翼开始，涡流首先趋于移动得更靠近彼此，并且然后彼此维持或大或小的恒定距离，同时相对于产生涡流的高度而下降。由于涡流的这种构造，对于尾随产生涡流的前导飞行器的尾随飞行器而言有益的是使得进入能够利用上升气流来降低其燃料消耗量的最佳位置po。最佳位置po可以使用涡流特性模型进行确定。

为了有利于描述，图3示出了由三个相互正交的轴线(或方向)x、y和z形成的正交坐标系r，所述轴线使得：

-x是前导飞行器ac1的机身在前导飞行器ac1的行进方向s上正向定向的纵向轴线；

-z是竖直轴线，该轴线与x轴线一起形成与前导飞行器ac1的竖直对称平面相对应的平面；并且

-y是与所述x轴线和z轴线正交的横向轴线。

根据本发明，装置1包括：

-位置确定模块comp12(comp对应英语的‘计算模块’)，该位置确定模块被配置成基于来自前导飞行器ac1的信息源inf11(inf对应英语的‘信息源’)4的至少一个飞行参数来确定前导飞行器ac1的位置；

-位置确定模块comp23，该位置确定模块被配置成基于来自尾随飞行器ac2的信息源inf215的至少一个飞行参数来确定尾随飞行器ac2的位置；

-相对位置模块comp36，该相对位置模块被配置成基于前导飞行器ac1的位置和尾随飞行器ac2的位置来确定尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1的第一相对位置；

-相对位置模块comp47，该相对位置模块被配置成基于来自前导飞行器ac1的信息源inf129和来自尾随飞行器ac2的信息源inf228的至少一个飞行参数来确定尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1的第二相对位置，信息源8和9与信息源4和5是分开的。

前导飞行器ac1的信息源4可以对应于前导飞行器ac1上的卫星地理定位系统，例如gps系统(对应英语中的‘全球定位系统’)。尾随飞行器ac2的信息源5也可以对应于尾随飞行器ac2上的卫星地理定位系统。

前导飞行器ac1的信息源9可以对应于前导飞行器ac1上的提供关于前导飞行器ac1的惯性参考和关于前导飞行器ac1的空气动力学数据的信息的系统。例如，所述机载系统可以对应于adiru(对应英语中的‘大气数据惯性基准单元’)系统。尾随飞行器ac2的信息源8也可以对应于尾随飞行器ac2上的adiru系统。

装置1还包括：

-比较模块compar(compar对应英语中的‘比较模块’)10，该比较模块被配置成将第一相对位置与第二相对位置进行比较；以及

-验证模块valid(valid对应英语中的‘验证模块’)11，该验证模块被配置成向尾随飞行器ac2的控制单元12传输信号，所述信号代表用于执行以下动作中的至少一者的控制命令：

○如果第一相对位置和第二相对位置基本上相等(在预定裕度内)，就将尾随飞行器ac2保持在所述最佳位置po(在所述最佳位置，所述尾随飞行器受益于由前导飞行器ac1产生的涡流v1、v2的影响)，

○如果第一相对位置和第二相对位置不同，就使尾随飞行器ac2进入所谓的安全位置ps，在所述安全位置，所述尾随飞行器ac2不受由前导飞行器ac1产生的涡流v1、v2的影响。

在第一实施例中，安全位置ps使得尾随飞行器ac2继续呈编队飞行，而在第二实施例中，使得编队飞行因这个尾随飞行器ac2而被打破。安全位置ps可以使用涡流转运模型进行确定。

控制单元12包括手动或自动驾驶尾随飞行器ac2所需的所有常用装置。在下面的说明中没有进一步描述此控制单元12。

因此，在编队飞行f期间，在正常情形下并且只要仍有可能，尾随飞行器ac2便保持在它受益于编队飞行f和涡流v1的积极影响两者的最佳位置po。

当通过监测而变得必要时，尾随飞行器ac2(迅速)进入安全位置ps，如图3中箭头b所示，其中打破(取决于实施例)或不打破编队飞行f。

根据一个实施例，第一位置确定模块2被配置成从第一传输模块trans1(trans对应英语中的‘传输模块’)13接收来自前导飞行器ac1的第一信息源4的一个或多个飞行参数，所述第一传输模块被配置成将来自前导飞行器ac1的信息源4的一个或多个飞行参数传输到第一位置确定模块2。所述一个或多个飞行参数通过第一通信链路15进行传输。此通信链路15可以是使用自动相关监视广播(ads-b)技术的协同监测系统的一部分。这项技术基于在模式s下传输含有飞行器的一定数量的参数的消息，所述模式s是在频率1090mhz上的航空应答器询问模式中的一种模式。

有利地，第二相对位置确定模块7被配置成从第二传输模块trans214接收来自前导飞行器ac1的第二信息源9的一个或多个飞行参数，所述第二传输模块被配置成将来自前导飞行器ac1的信息源9的一个或多个飞行参数传输到相对位置确定模块7，所述飞行参数通过第二通信链路16进行传输。通信链路16与通信链路15分开。此通信系统16可以是也在模式s下操作的增强监视系统(ehs)的一部分。

其他通信链路可以用作彼此分开的通信链路15和16。

在一个实施例中，相对位置确定模块7被配置成确定尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1的第二纵向相对位置。

为此，所述相对位置确定模块7被配置成：

-确定前导飞行器ac1的速度与尾随飞行器ac2的速度之间的差异，

-在时间上计算取决于所述差异的函数的积分。

前导飞行器ac1的速度来自前导飞行器ac1的信息源9。尾随飞行器ac2的速度来自尾随飞行器ac2的信息源8。

(前导飞行器ac1和尾随飞行器ac2的)这些速度中的每一者都可以对应于空中速度或地面速度。有利地，由于通信链路16的低频率，所述函数的积分结果还包括对应于慢漂移的积分常数。

根据一个实施例，相对位置确定模块7被配置成确定尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1的第二横向相对位置。

为此，所述相对位置确定模块7被配置成基于取决于以下各项的函数的积分来确定横向相对位置：

○来自前导飞行器ac1的信息源9的前导飞行器ac1的侧倾角和/或偏航角和/或前进方向，

○来自尾随飞行器ac2的信息源8的尾随飞行器的侧倾角和/或偏航角和/或前进方向以及尾随飞行器ac2的速度。

有利地，由于通信链路16的低频率，所述函数的积分结果还包括对应于慢漂移的积分常数。

图2中示意性地展示了用于监测尾随飞行器ac2相对于由前导飞行器ac1产生的涡流v1、v2的位置的方法。尾随飞行器ac2和前导飞行器ac1呈编队飞行，并且尾随飞行器ac2处于最佳位置po，在图2所示的步骤之前的步骤中，已经使得该尾随飞行器进入该最佳位置。

所述方法包括以下步骤：

-位置确定步骤e2，该位置确定步骤由位置确定模块2来实施，包括基于来自前导飞行器ac1的信息源4的至少一个飞行参数来确定前导飞行器ac1的位置；

-位置确定步骤e3，该位置确定步骤由位置确定模块3来实施，包括基于来自尾随飞行器ac2的信息源5的至少一个飞行参数来确定尾随飞行器ac2的位置；

-相对位置确定步骤e4，该相对位置确定步骤由相对位置模块6来实施，包括基于前导飞行器ac1的位置和尾随飞行器ac2的位置来确定尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1的第一相对位置；

-相对位置确定步骤e5，该相对位置确定步骤由相对位置模块7来实施，包括基于来自前导飞行器ac1的信息源9和来自尾随飞行器ac2的信息源8的至少一个飞行参数来确定尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1的第二相对位置，信息源8和9与信息源4和5是分开的；

-比较步骤e6，该比较步骤由比较模块10来实施，包括将第一相对位置与第二相对位置进行比较；

-验证步骤11，该验证步骤由验证模块11来实施，包括向尾随飞行器ac2的控制单元12传输信号，所述信号代表用于执行以下动作中的至少一者的控制命令：

○如果(在步骤e4中计算的)第一相对位置和(在步骤e5中计算的)第二相对位置基本上相等，就将尾随飞行器ac2保持在所述最佳位置po(在所述最佳位置，所述尾随飞行器受益于由前导飞行器ac1产生的涡流v1、v2的影响)，

○如果(在步骤e4中计算的)第一相对位置和(在步骤e5中计算的)第二相对位置不同，就(在打破或不打破编队飞行的情况下)使尾随飞行器ac2进入安全位置ps，在所述安全位置，所述尾随飞行器ac2不受由前导飞行器ac1产生的涡流v1、v2的影响。

在位置确定步骤e2之前可以是传输步骤e11，该传输步骤由传输模块13来实施，包括将来自前导飞行器ac1的信息源4的一个或多个飞行参数传输到位置确定模块2。所述一个或多个飞行参数通过通信链路15进行传输。

在相对位置确定步骤e5之前可以是传输步骤e12，该传输步骤由传输模块14来实施，包括将来自前导飞行器ac1的信息源9的一个或多个飞行参数传输到相对位置确定模块7。所述一个或多个飞行参数通过与通信链路15分开的通信链路16进行传输。

相对位置确定步骤e5可以包括确定尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1的第二纵向相对位置，所述相对位置确定步骤e5至少包括以下子步骤：

-确定前导飞行器ac1的速度与尾随飞行器ac2的速度之间的差异的子步骤e51，前导飞行器ac1的速度来自前导飞行器ac1的信息源9，尾随飞行器ac2的速度来自尾随飞行器ac2的信息源8，

-在时间上对取决于在确定子步骤e51中确定的所述差异的函数进行积分的子步骤e52。

相对位置确定步骤e5可以包括确定尾随飞行器ac2相对于前导飞行器ac1的第二横向相对位置，所述相对位置确定步骤e5包括基于取决于以下各项的函数的积分来确定横向相对位置：

○来自前导飞行器ac1的信息源9的前导飞行器ac1的侧倾角和/或偏航角和/或前进方向，

○来自尾随飞行器ac2的信息源8的尾随飞行器ac2的侧倾角和/或偏航角和/或前进方向以及尾随飞行器ac2的速度。