用于在恶劣天气下着陆期间增强飞行员决策的系统和方法

用于在恶劣天气下着陆期间增强飞行员决策的系统和方法
【专利摘要】提供了用于在不利天气条件下向飞行员建议继续着陆进场是否是安全的系统和方法。系统考虑来自飞行管理系统的飞行参数、所存储的跑道情况参数以及天气信息。天气信息可以包括，例如，报告、预报以及实时收集的数据。可以基于天气信息与阈值的比较将建议显示为多个推荐中的一个。
【专利说明】用于在恶劣天气下着陆期间增强飞行员决策的系统和方法
【技术领域】
[0001]本文中描述的示例性实施例一般涉及增强飞行员决策，更特别的是在飞机的进场与着陆期间增强决策。
【背景技术】
[0002]在正常操作期间飞机的着陆进场与在跑道上的降落很可能是飞行员承担的最有挑战性的任务。为了适当地执行着陆，飞机在姿态、航线、速度和下降速率限制的包迹内接近跑道。航线限制包括例如横向限制和下滑角限制。在该包迹外的进场可能导致飞机相对于跑道的不期望的定位，从而导致着陆尝试的可能的中止。
[0003]在一些实例中，例如在坏天气下，在进场和着陆操作期间能见度可能是不好的，从而导致被称作仪表飞行条件。在仪表飞行条件期间，飞行员依赖仪表，而非可视参照物来导航飞机。甚至在好天气条件期间，飞行员在进场期间通常在一定程度上依赖仪表。
[0004]因为不好的地面基础设施，所以对于具有仪表进场过程的跑道而言，在进行与跑道环境的可视接触之前，存在飞行员在进场时可以下降多低的限制。通常低能见度进场要求航电设备、表面(地面)基础设施以及特定的机组人员训练的组合。
[0005]飞行员没办法做出正确的着陆决定可能是关键的。这些决定在严峻的天气条件期间将被放大。通过辅助确定例如着陆速度、制动压力和交通信息，来自空中交通管制的天气通报可以是有帮助的，但可能不是及时和精确的。
[0006]因为着陆是该飞行的关键阶段，所以飞行员必须考虑从多个源接收的输入非常快速地做出对天气条件的估计，注意诸如空速、高度、下降速率、姿态的各种飞行参数，快速地做出所有这些因素的分析，并且决定是着陆还是执行复飞。该分析和决定可能是非常复杂且困难的，因为天气条件可能激烈地且迅速地改变。飞行员的决定的质量主要取决于他在不利天气条件占优势的情况下着陆的专业知识以及他对情况做出良好估计的能力。
[0007]存在提供不同类型的天气报告以增强飞行员的态势感知并也帮助他在飞行的所有不同阶段期间做出决定的已知系统和解决方案。飞行管理系统(FMS)在分析天气输入和选择飞行计划中扮演非常重要的角色。然而，当它涉及着陆时，在现有系统的情况下，不具有可用的决定辅助机制以辅助飞行员。在该限制的情况下，飞行员必须基于可用信息使用他自身的专业知识和判断来决定是否应当进行着陆。
[0008]因此，存在对通过考虑各种环境和飞行参数来建议飞行员是否安全着陆的系统和方法的需要。此外，结合附图和前面的【技术领域】和背景，根据随后的详细描述和所附权利要求，示例性实施例的其它期望的特征和特性将变得显而易见。

【发明内容】

[0009]提供了一种用于辅助飞行员在不利天气下做出是否执行着陆决定的的方法和系统。
[0010]第一个示例性实施例是用于推荐飞行员是否应当使飞机着陆的方法，该方法包括:由处理器从飞行管理系统获取当前飞行参数；由处理器比较所评估的当前天气数据和阈值；以及考虑飞行参数以及当前天气数据和阈值的比较，向使飞机着陆的飞行员提供风险估计。
[0011]第二个示例性实施例是用于推荐飞行员是否应当使飞机着陆的方法，该方法包括:从飞行管理系统获取飞行参数；考虑飞行参数，由处理器确定当前天气数据是否超过了用于继续进行着陆的阈值；向飞行员报警鉴于天气数据不超过阈值而推荐着陆；在不利天气下根据飞行管理系统和天气参考模型源的组合确定着陆参数；由处理器基于天气数据、飞行参数和着陆参数选择多个用于着陆的分级推荐中的一个；以及向飞行员提供所选择的分级推荐。
[0012]第三个示例性实施例是用于推荐飞行员是否应当使飞机着陆的系统，包括:电路，被配置为接收天气数据；飞行管理系统，被配置为监测飞行参数；推理机，包括基于飞行阶段的禁止器，被配置为允许推理机仅当飞机处于着陆阶段时才继续进行；证据处理机，被配置为不断地寻找不安全的天气条件；相关器，被配置为跨越多个天气源寻找不同天气参数之间的联系，并且用公式表示不断恶化的天气条件的模式并用公式表示演化模式；假设处理机，被配置为基于所分析天气参数和相关飞行参数形成并评估多个假设，并且基于飞机和不同场景形成用于安全着陆评估的预测性趋势；时间滤波器，被配置为移除演示抖振或间隙现象的天气数据；以及着陆冲击判定器，被配置为生成指示飞行员是否应当继续着陆的咨询消息；基于天气的着陆咨询参考模型，被配置为考虑着陆地点、机体和飞行参数，而定义模型；学习环路，被配置为基于之前在恶劣天气条件下的着陆、之前的飞行条件和之前的天气数据来更新基于天气的着陆咨询参考模型；以及显示器，被配置为显示咨询消息。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]下文中将结合以下的附图描述本发明，其中相同的附图标记表明相同的元件，以及
图1是执行本发明的示例性实施例的系统的框图；
图2是由示例性实施例执行的功能的框图；以及 图3是根据另一个示例性实施例的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]以下详细的描述本质上仅仅是例证性的，并且不意在限制主题或申请的实施例以及这种实施例的用途。本文中描述的作为示例的任何实施方式未必被解释为比其它实施方式优选或有利。此外，不存在由在前面【技术领域】、背景、简要概述或以下的详细的描述中存在的任何表达的或暗示的理论所束缚的意图。
[0015]咨询系统主要通过使用来自不同源的天气输入来向飞行员提供在恶劣天气条件下使飞机着陆的风险估计。该系统考虑来自飞行管理系统的飞行参数、实时跑道情况参数和天气参数。建议可以基于天气信息和阈值的比较而被显示为多个推荐中的一个。
[0016]与飞行参数和跑道情况参数一起考虑天气参数，所述飞行参数例如姿态、高度、空速、总重量、燃油储备，所述跑道情况参数(例如可用的跑道)、飞机位置、机场是拥挤的还是隔离的、跑道类型、坡度、表面条件(例如草地、泥土地、碎石地、或者混凝土地)。可以从多个源取得天气参数，例如，航空天气报告，飞行员天气报告，雷达天气报告和航空预报以及实时收集的数据。根据天气报告检索影响安全着陆的天气参数，例如，外部温度、压力、云层条件、风速和风向、角度、风切变、湍流、暴风雪、降水信息、冰雪条件。基于它的类别、强度、接近性和等级对天气参数进行解码，并接着通过在规律的间隔处取样来检查异常现象。执行考虑所有参数的计算以确定安全着陆咨询。
[0017]在该描述的过程期间，相同的附图标记用来标识根据图示各种示例性实施例的不同附图的相同的元件。
[0018]本文中可以根据功能性和/或逻辑块部件，并且参考可以由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述技术和工艺。这种操作、任务和功能有时被称作计算机执行的、计算机化的、软件实施的或者计算机实施的。在实践中，一个或多个处理器设备可以通过操纵表示在系统存储器的存储器位置处的数据位的电信号以及信号的其它处理来执行所描述的操作、任务和功能。维持数据位所在的存储器位置是具有对应于数据位的特别的电、磁、光或有机属性的物理位置。应当理解的是，附图中所示的各种时钟部件可以通过配置为执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，其可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功能。
[0019]为了简洁起见，本文中可以不详细描述与图形和图像处理相关的常规技术以及特定系统和子系统的其它功能方面(及其各个操作部件)。此外，本文中包含的在各个附图中所示的连接线意在表示在各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应当注意的是，在主题的实施例中可以存在许多替换的或附加的功能关系或物理连接。
[0020]参考图1，示例性系统100耦合至惯性导航系统106、数据链路单元108、飞行管理系统110，并且包括天气雷达系统101、处理器102、存储器103、显示器设备104以及用户接口 105。处理器102电耦合至雷达系统101，显示器设备104、惯性导航系统106、数据链路108、飞行管理系统110、存储器103以及用户接口 105。
[0021]可选的天气雷达系统101接收由于来自包括主要天气和地形的外部环境的所发射脉冲的散射所引起的信号。将所接收信号传送给处理器102，其使用所接收信号以更新包含在计算机存储器(三维缓存)中的天气反射率和地面归一化雷达截面的估计。雷达系统101也可以接收来自在飞行路径附近的预报或历史天气信息的其它源的信号(例如基于地面的站)，其中，天气信息由例如林普罗普罗斯(Lymperopoulos)数学处理来处理。
[0022]处理器102可以用通用处理器、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、离散的门或晶体管逻辑、离散的硬件部件或者用来执行本文中描述的功能的任何设计组合来实施或实现。可以将处理器设备实现为微处理器、控制器、微控制器或者状态机。此外，可以将处理器设备实施为计算设备的组合，例如，数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、结合数字信号处理器核心的一个或多个微处理器、或者任何其它这种配置的组合。
[0023]可以将存储器103实现为RAM存储器、闪存存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、⑶-ROM或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。在这点上，存储器103可以耦合至处理器102，使得处理器102可以从存储器103读取信息，并且将信息写入存储器103。在替换中，可以将存储器103整合到处理器102。例如，处理器102和存储器103可以存在于ASIC中。在实践中，显示器设备104的功能或逻辑模块/部件可以通过使用维持在存储器103中的程序代码来实现。例如，数据链路子系统108可以具有存储在存储器103中的关联的软件程序部件。此外，存储器103可以用来存储用于支持系统100的操作的数据，如将从以下描述变得明显。
[0024]根据示例性实施例，显示器设备104可以通过使用适合于以操作者可视的格式渲染文本的、图形的和/或图标的信息的许多已知显示器中的任何一个来实施。这种显示器的非限制示例包括各种阴极射线管(CRT)显示器以及诸如各种类型的LCD (液晶显示器)和TFT (薄膜晶体管)显示器的各种平板显示器。显示器设备104可以附加地被实施为面板安装显示器、HUD (平视显示器)投影或者许多已知技术中的任何一个。附加地注意的是，显示器设备104可以被配置为许多类型的飞机飞行舱显示器中的任何一个。例如，它可以被配置为多功能显示器、水平情况指示器或者垂直情况指示器。然而，在描绘的实施例中，显示器设备104被配置为主飞行显示器(PFD)。
[0025]数据链路单元108使主机飞机能够与空中交通管制(ATC)、通过其接收飞行员报告的附近的飞机以及天气数据的其它源进行通信。在这点上，优选地与已知的标准和规范兼容，主机飞机可以使用数据链路单元108来接收天气预报和数据。
[0026]在操作中，系统100也被配置为处理主机飞机的当前飞行状态数据。在这点上，飞行状态数据的源生成、测量和/或提供与主机飞机的操作状态相关的不同类型的数据、主机飞机正进行操作所在的环境、飞行参数等等。在实践中，飞行状态数据的源可以通过使用线路可替换单元(LRU)、换能器、加速度计、仪表、传感器和其它公知的设备来实现。由飞行状态数据的源提供的数据可以包括但不限于:空速数据；地速数据；高度数据；姿态数据，包括倾斜数据和侧滚数据；偏航数据；地理位置数据，诸如GPS数据；时间/日期信息；航向信息；天气信息；飞行路径数据；轨迹数据；雷达高度数据；几何高度数据；风速数据以及风向数据。将系统100合适地设计为以本文中更详细描述的方式处理从飞行状态数据的源获得的数据。特别是，系统100当渲染显示器时可以使用主机飞机的飞行状态数据。
[0027]本文中描述的方法(见图2)包括三个功能块:推理机202、天气参考模型204和离线学习环路206。在推理机202与飞机系统208之间的通信路径提供来自飞行管理系统212、天气数据源214的参数，并将其提供给一个或多个显示器216。
[0028]安全推理机202包括六个功能块221-226，其基本上将天气输入从不同的源转入着陆决定咨询。证据处理机221寻找天气数据中的证据和着陆的潜在安全威胁。这是通过阈值评估方法来完成的。例如，机体具有用于不同天气成分的容差限制，所述不同天气成分例如最大逆风、侧风、顺风、跑道上的雪水平、着陆时的跑道坡度限制、积水以及露点温度。证据处理机将为每个天气成分提供加权因素，并且针对在着陆时的不利冲击，来评估它们。
[0029]在推理机中的下一步骤是执行相关分析222，其中，将来自一个源的天气输入与信息的其它源相关。可以存在天气信息的多个源，并且每个源(例如天气雷达、飞行员报告和空中交通管制报告)可以报告一个或多个共同的天气参数。为了在其间导出的一致性和相关性而检查天气报告。也检查来自不同源的用于信息可靠性的历史数据，以便形成这样的基础，其中在启用天气咨询中可以对不安全天气占优势条件完成评估。
[0030]在假设处理223中，基于来自证据处理机221和相关分析222的输入形成假设集，并且执行着陆评估。每个形成的假设由可能性等级机制验证，并且继续天气数据输入的监测和趋势分析，以便看出哪些假设是最佳的，以及较差的假设被去除。启用功能块禁止224允许所有的计算仅仅在着陆飞行阶段被执行，使得飞行机组人员仅仅得到所需的决定辅助机制。时间滤波225移除展示一些抖振或间隙现象的特性的天气输入，使得假设验证精确度保持得较高。
[0031]在证据处理221、相关分析222和假设处理223的帮助下，导出着陆冲击226并生成咨询消息。
[0032]推理机202可以仅用由基于天气的着陆参考模型204提供的适当的关系信息来执行分析，所述着陆参考模型204定义每个块221-226必须与它们从其它块221-226以及从其它飞机系统208接收的数据建立的关系。参考模型自身是可加载的计算机程序。特定于飞机和机场的地理位置的着陆图表被认为执行计算，以便补偿例如密度高度、逆风、温度和压力高度中的差异。特定于机体/机场的着陆图表将是动态且可加载的。保持参考模型与推理机分开的这种方法也使推理机软件能够重复使用，以便简单地通过改变参考模型来用在不同的飞机平台上。在参考模型内定义基于飞行阶段的禁止224、时间滤波225以及相关分析222。虽然生成参考模型，但是也考虑飞机特定的参数信息，使得模型自身仍是可配置的。
[0033]离线学习环路206是基于地面的系统，其使参考模型204能够不断地学习和更新。离线学习环路206包括数据挖掘228和用来根据之前的飞行维持所有着陆信息、飞行条件和相关联的天气场景的历史数据库229。该信息可以是例如来自飞行数据的任何源，例如飞行数据记录器、快速存取记录器、飞行员日志、飞行操作质量保证数据或者其组合。在该不断学习的情况下，基于天气的着陆参考模型204的精确度被不断地改善，并且由此在着陆期间向机组人员提供更好的咨询提醒。
[0034]当占优势的天气条件是有危险的且安全着陆是成问题的时，或者当天气条件因为条件随着时间段过去而恶化的可能性存在而使成功着陆有风险时，显示咨询消息以向机组人员建议天气对着陆来说是个问题。天气可能非常快速地改变，或者飞行参数可能异常地改变，在这样的情况下生成咨询消息不是可行的，导致不能确定消息被显示。
[0035]每当生成咨询消息是可行时生成咨询消息并且大大提前于着陆将其显示给飞行员，例如在着陆前五到十分钟。与就在着陆前接收咨询相比(此时飞行员工作量通常是非常高的)，该早期咨询将极大地帮助飞行员。
[0036]实质上实时执行计算，使飞行员能够基于着陆咨询取得快速和可靠行动。在飞机的驾驶舱中可视地或可听地提供着陆咨询消息。当飞行员在进场着陆时遭遇天气干扰时，他可以选择使用该咨询特征，或者可以自动地启用它。着陆咨询本质上仅仅是提示性的，辅助飞行员的决策过程。
[0037]该基于天气的着陆咨询将帮助飞行员做出着陆是否是安全的或是否应当执行复飞的决定。本文中描述的示例性实施例将用方法输入证实的飞行员的飞行经验进行组合以辅助他决定是否在不利天气条件下着陆。
[0038]图3是图示了着陆咨询过程300的示例性实施例的流程图。结合过程300执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或者其任何其组合来执行。为了说明性目的，过程300的以下描述可以参考上文结合图2提及的元件。在实践中，过程300的各部分可以由所描述系统的不同元件来执行，例如，处理器、显示器元件或者数据通信部件。应当理解的是，过程300可以包括任何数量的附加的或替换的任务，图3所示的任务不需要以图示的顺序执行，并且过程300可以被并入到具有本文中没有详细描述的附加功能的更全面的过程或者处理中。此外，图3所示的任务的一个或多个可以从过程300的实施例中省略，只要意图的整体功能仍是完整的。
[0039]过程300包括从飞行管理系统110输入301确定302飞机是否在飞行的着陆阶段。如果否304，周期性地重复确定302。如果是304，通过收集天气数据303、飞行参数305和阈值限制307来启动数据的获取306。来自飞行管理系统的输入301包括例如飞机飞行阶段信息，诸如下降、进场和复飞。可以从例如航空报告、飞行员报告、雷达和航空预报收集天气数据303，并且天气数据303包括例如温度、空气压力、包括等级和角度的风、云、降水、湍流、暴风雪以及冰/雪。从飞行管理系统110收集的飞行参数305包括例如姿态、高度、空速、总重量和燃油储备。阈值限制307由参考模型204提供。
[0040]如果基于阈值限制307不被超过来确定308不利天气条件不存在，则向飞行员提供310有利的着陆咨询。如果基于阈值限制307被超过而确定308不利的天气条件存在，则根据基于天气的参考着陆咨询模型312和特定于着陆的飞行参数314做出所要求的着陆参数的确定316。天气模型312在对来自可靠源的报告进行过滤之后预报现有的天气条件。所要求的着陆参数316包括，例如，包含着陆所要求的飞行参数和从天气模型导出的跑道情况信息的安全着陆性能信息。特定于着陆的飞行参数包括，例如，飞机重量、飞机配置、着陆距离、制动压力。
[0041]根据着陆参数，选择多个分级推荐中的一个并将其作为着陆咨询提供给飞行员。分级推荐可以将着陆尝试定义为，例如，危险、风险、谨慎或者安全。可以以不同的格式显示着陆咨询以强调分级推荐。例如，危险可以以红色显示，风险可以以紫红色显示，谨慎可以以黄色显示，并且安全可以以绿色显示。
[0042]鉴于飞行参数，确定308天气数据是否超过阈值。如果阈值没有被超过，则指示天气不是不利的；向飞行员报警310天气对于着陆是不是不安全的。如果天气是不利308的，获得用于着陆312的来自天气参考咨询模型的信息和特定于着陆的飞行参数314，以便确定316所要求的着陆参数。由处理器102基于天气参数、飞行参数和着陆参数选择用于着陆的多个分级推荐中的一个，并且将其作为着陆咨询提供318给飞行员。
[0043]上文已经针对特定实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可以使任何益处、优点或解决方案发生或变得更明显的任何一个或多个元件不被解释为任何一个或所有权利要求的关键的、所要求的或必要的特征或元件。如本文中使用的，术语“包括”、“包含”或者其任何其它的变型意在覆盖不排除的包含物，使得包括元件列表的过程、方法、物品或装置不仅仅包括那些元件，而可以包括没有明确列出的其它元件或者不是这种过程、方法、物品或装置所固有的其它元件。
[0044]虽然在前述详细的描述中已经呈现至少一个示例性实施例，但是应当理解的是，大量的变型存在。也应当理解的是，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，而不意在以任何方式限制本发明的范围、应用性或者配置。相反，前述详细的描述将向本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的方便的路线图，可以理解的是，在不脱离如所附权利要求阐述的本发明的范围的情况下可以在示例性实施例中所描述的元件的功能和布置中做出各种改变。
【权利要求】
1.一种用于推荐飞行员是否应当使飞机着陆的方法，该方法包括: 由处理器(102)从飞行管理系统(110)获取当前飞行参数； 由所述处理器将所评估的当前天气数据与阈值比较(308);以及考虑所述飞行参数以及所述当前天气数据和所述阈值的比较，向使所述飞机着陆的所述飞行员提供(316)风险估计。
2.权利要求1所述的方法，其中获取当前飞行参数包括获取由姿态、高度、空速、总重量和燃油储备组成的组中的至少一个。
3.权利要求1所述的方法，其中所述比较步骤包括从由航空天气报告、飞行员天气报告、天气雷达输入、航空预报组成的组中的一个中获取所述天气数据。
4.权利要求1所述的方法，其中所述比较步骤包括将所述阈值定义为由最大顺风、最大侧风、跑道上的雪深度、跑道表面系数和跑道上的积水组成的组中的至少一个。
5.权利要求1所述的方法，其中所述提供步骤包括显示着陆不受不利天气影响的消息。
6.权利要求1所述的方法，其中所述比较步骤还包括确定着陆参数，所述着陆参数包括由跑道可用性、跑道坡度、跑道表面类型和通常的交通密度组成的组中的任何一个；并且其中所述提供步骤还考虑所述着陆参数。
7.权利要求1所述的方法，其中所述提供步骤包括选择多个分级推荐中的一个，所述多个分级推荐包含由安全或危险组成的组中的一个。
8.权利要求1所述的方法，其中所述提供步骤包括显示指示所述风险估计的程度的消息。
9.一种用于推荐飞行员是否应当使飞机着陆的系统，包括: 电路(101)，被配置为接收天气数据； 飞行管理系统(110)，被配置为监测飞行参数； 推理机(202)，包括: 基于飞行阶段的禁止器(224)，被配置为仅当所述飞机处于着陆阶段时才允许所述推理机继续进行； 证据处理机(221)，被配置为不断地寻找不安全的天气条件； 相关器(222)，被配置为跨越多个天气源寻找不同天气参数之间的联系，并且用公式表示不断恶化的天气条件的模式并用公式表示演化模式； 假设处理机(223)，被配置为基于所分析天气参数和相关飞行参数形成并评估多个假设，并且基于所述飞机和不同场景形成安全着陆评估的预测性趋势； 时间滤波器(225)，被配置为移除演示抖振或间隙现象的天气数据；以及 着陆冲击判定器(226)，被配置为生成指示所述飞行员是否应当继续着陆的咨询消息； 基于天气的着陆咨询参考模型(204)，被配置为考虑着陆地点、机体和飞行参数，而定义模型； 学习环路(206)，被配置为基于之前在恶劣天气条件下的着陆、之前的飞行条件和之前的天气数据来更新所述基于天气的着陆咨询参考模型；以及显示器(104)，被配置为显示所述咨询消息。
10.权利要求9所述的系统，其中所述电路还被配置为获取作为由航空天气报告、飞行员天气报告、雷达、航空预报组成的组中的一个的所述天气数据。
11.权利要求9所述的系统，其中所述证据处理机还被配置为不断地寻找不安全的天气条件。
12.权利要求9所述的系统，其中所述假设处理机还被配置为基于所分析天气参数和相关飞行参数形成并评估多个假设；并且基于所述飞机和不同的场景形成安全着陆评估的预测性趋势。
【文档编号】G08G5/02GK103810907SQ201310543301
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】I.埃拉希, N.钱德兰 申请人:霍尼韦尔国际公司