技术领域一般涉及航空器的飞行指引器引导，更具体地涉及航空电子系统、控制器以及具有起飞模式中的基于俯仰的飞行指引器引导和飞行模式中的基于飞行路径的飞行指引器引导的航空器。
背景技术：
在飞机起飞期间，飞行员必须准确地将飞机转动到目标俯仰姿态，而不转动不足或过度转动。准确的转动实现最佳起飞场性能，并且提高乘客和乘员的安全性。飞行指引器(flightdirector)是航空电子设备特征，其在飞行显示单元上生成图像，以通过各种飞行模式帮助飞行员使飞机准确地飞行。飞行员通常将飞行路径标记或俯仰标记定位在飞行指引器指示符上，以在起飞期间实现所需转动。然而，飞行路径标记基于飞机的飞行路径。飞机的飞行路径与基于俯仰的转动任务无关联，这为利用基于飞行路径的飞行指引器提高起飞性能留下了空间。基于俯仰的飞行指引器比基于飞行路径的飞行指引器更好地适合于起飞性能，但是当飞机处于飞行中时，基于俯仰的飞行指引器提供次优引导。
同样地，期望提供对于基于俯仰和基于飞行路径的飞行任务都提供改进的飞行指引器引导的航空电子系统、控制器和航空器。此外，其它期望的特点和特征将从随后的
技术实现要素：
和具体实施方式以及所附权利要求书并结合附图和该背景技术而变得显而易见。
发明内容
本文公开了航空电子系统、航空电子系统的控制器和航空器的各种非限制性实施例。
在第一非限制性实施例中，航空电子系统包括但不限于显示单元和控制器。显示单元配置为呈现图像。控制器与显示单元通信地耦合，并且配置为控制显示单元以在控制器的起飞模式中和飞行模式中呈现该图像。控制器进一步配置为接收指示航空器姿态、目标姿态和航空器飞行路径的信号，在起飞模式中基于航空器姿态和目标姿态之间的姿态差异在该图像中生成标记，在飞行模式中基于航空器飞行路径在该图像中生成该标记，以及生成用于使显示单元呈现该图像的信号。
在第二非限制性实施例中，用于航空电子系统的控制器包括但不限于处理器和存储器单元。存储器单元与处理器可操作地耦合，并且包含指令。指令和处理器协作以将控制器配置为控制显示单元以在控制器的起飞模式中和飞行模式中呈现图像。指令和处理器进一步协作以将控制器配置为接收指示航空器姿态、目标姿态和航空器飞行路径的信号。指令和处理器还进一步协作以将控制器配置为在起飞模式中基于航空器姿态和指示航空器俯仰转动目标的目标姿态之间的姿态差异在该图像中生成标记，在飞行模式中基于航空器飞行路径在该图像中生成该标记，以及生成用于使显示单元呈现该图像的信号。
在第三非限制性实施例中，航空器包括但不限于航空器控制手柄、显示单元和控制器。航空器控制手柄配置为接收用于航空器的姿态调整的控制移动。显示单元配置为呈现图像。控制器与显示单元通信地耦合，并且配置为控制显示单元以在控制器的起飞模式中和飞行模式中呈现该图像。控制器进一步配置为接收指示航空器姿态、目标姿态和航空器飞行路径的信号。控制器还进一步配置为在起飞模式中基于航空器姿态和目标姿态之间的姿态差异在该图像中生成标记，在飞行模式中基于航空器飞行路径在该图像中生成该标记，以及生成用于使显示单元呈现该图像的信号。
附图说明
通过结合附图考虑以下详细描述可以更好地理解实施例，从而更容易理解实施例的优点，其中：
图1是示出根据本公开的教导的航空器的非限制性实施例的简化图；
图2是示出图1所示的航空器的航空电子系统的非限制性实施例的简化框图；
图3、图4和图5是图2的航空电子系统呈现的图像的图示；以及
图6是示出根据本公开的教导的在起飞过程期间向飞行员提供飞行指引器引导的方法的非限制性实施例的流程图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并且不意图限制本发明或本发明的应用和用途。此外，不希望受到前述背景技术或以下详细描述中呈现的任何理论的束缚。
提供航空电子系统、航空电子系统的控制器和航空器的各种非限制性实施例。一般来说，本文的公开内容描述了在飞行的起飞阶段期间使用的飞行引导系统设计。在起飞期间，飞行员必须准确地将航空器转动到目标俯仰姿态，而不转动不足或过度转动。该飞行引导设计使用单一的一组显示提示提供引导，以实现这种基于俯仰的任务，并且平稳地过渡到提供基于飞行路径的引导。
在起飞期间，该飞行引导系统将提供表示转动俯仰姿态目标(θ目标)和航空器俯仰姿态(θ)之间的差异的引导。与转动俯仰姿态目标的误差θ误差目标在图中表示为从飞行路径/俯仰标记到飞行指引器指示符的角距离。飞行指引器指示符位于显示系统俯仰标尺上的固定位置处，并且飞行路径/俯仰标记位于基于与转动俯仰姿态目标的误差的相对垂直距离处。参考附图可以获得更多的理解。
图1是示出飞行中的航空器100的侧视图。如本领域普通技术人员将理解的，航空器100具有俯仰姿态θ，其表示航空器100相对于地平线108的纵向方位106。航空器100包括执行与飞行相关的各种任务的航空电子系统102。
现在参考图2，图2是示出航空电子系统102的框图。航空电子系统102包括控制器120、显示单元122和用户输入设备124。互连128通信地耦合控制器120、显示单元122和用户输入设备124，用于电子通信。在所提供的示例中，如本领域普通技术人员将理解的，互连128是通信或网络总线。应当理解，任何合适的网络拓扑或物理介质都可以用于航空电子系统102中的电子通信。
控制器120是执行计算机程序的指令的硬件设备。在所提供的示例中，控制器120配置为执行计算机程序以除了执行结合图2描述的操作以外还提供传统的飞行引导系统(fgs)的功能。控制器120可以用一个或多个中央处理单元(“cpu”)、微处理器、专用集成电路(“asic”)、微控制器和/或其它合适的设备来实现。控制器120包括存储电子数据和计算机程序的一个或多个存储器单元129。例如，存储器单元129可以是闪速存储器、自旋转移转矩(spin-transfertorque)随机存取存储器(stt-ram)、磁存储器、相变存储器(pcm)、动态随机存取存储器(dram)或其它合适的电子存储介质。在所提供的示例中，存储器单元129存储具有指令的控制逻辑，该指令与控制器120的处理器131协作以执行下述方法的操作。例如，处理器131可以执行存储在存储器单元129中的指令。此外，如本领域技术人员所理解的，控制器120可以利用多个硬件设备。控制器120具有起飞模式和飞行模式，在这两种模式中根据不同的因素生成用于呈现在显示单元122上的飞行员引导，如下所述。控制器120配置为控制显示单元122以在起飞模式中和飞行模式中呈现图像。
在所提供的示例中，用户输入设备124是航空器控制手柄，其配置为接收用于航空器100的姿态调整的控制移动。例如，用户输入设备124可以是侧杆控制器或操作杆，用于在航空器100的手动飞行期间接受飞行员命令。在所提供的示例中，飞行员命令被传送到液压致动器，液压致动器使航空器100的升降舵移动以实现姿态调整。
显示单元122是电子显示器，其与控制器120电子耦合，以根据由控制器120生成并传送到显示单元122的电子信号在图像130中可视地呈现信息和数据。例如，显示单元122可以包括阴极射线管(“crt”)、发光二极管(“led”)、等离子体面板、液晶显示器(“lcd”)、来自数字光处理(“dlp”)投影仪的投影图像和/或任何其它合适的电子显示技术。
继续参考图2，图3-5是示出航空器100起飞期间图像130的进程的示意图。图像130包括水平线指示符132、标记134、水线符号136和飞行指引器指示符138。地平线指示符132表示水平线，水线符号136表示航空器100的俯仰姿态，飞行指引器指示符138表示标记134的目标。如下所述，在控制器120的各种模式中，标记134表示飞行路径或俯仰目标与航空器俯仰姿态之间的差异。在所提供的例子中，目标姿态140、对应于航空器俯仰姿态θ的航空器姿态142和姿态差异144没有呈现在图像130上，但是在图2-5中示出，以进一步描述控制器120的操作，如下面参考图6所述。
继续参考图2-5，图6是示出在起飞过程期间向飞行员提供飞行指引器引导的方法200的流程图。方法200的操作由控制器120执行。控制器120包括具有存储在存储器单元129中的指令的控制逻辑，该指令与处理器131协作以使控制器120执行方法200的操作。应当理解，方法200的操作可以改为由其他控制器或设备来执行。
在操作210中，控制器120接收指示航空器姿态、目标姿态和航空器飞行路径的信号。航空器姿态是航空器100的俯仰姿态θ，航空器飞行路径表示航空器100的轨迹，目标姿态是用于实现航空器100起飞的推荐转动。目标姿态可以针对所有航空器载荷和状态都是固定的，或者可以基于当前状态和载荷来计算。例如，可以基于航空器总重量、高度、温度、配置、跑道坡度、可导致航空器场性能改进的其他因素或它们的组合来计算目标姿态。
在操作212中，控制器120在该图像中生成水平线和指示航空器姿态的水线。在所提供的示例中，控制器配置为在目标姿态140下方与目标姿态和航空器姿态之间的姿态差异144相对应的距离处生成水线136。
在操作214中，控制器120确定起飞模式是否有效。当控制器120预期下一个姿态调整将是使航空器100从前起落架机轮在地面上转动到前起落架机轮升高到地面上方时，起飞模式是有效的。例如，控制器120可以基于来自飞行引导系统或飞行指引器的输入、基于在航空器100的起落架处是否检测到航空器重量、基于高度计读数、基于其他起飞指示符或基于它们的组合来确定起飞模式是有效的。在所提供的示例中，在控制器120启动时，控制器120激活起飞模式。在一些实施例中，如本领域普通技术人员将会理解的，在预期航空器100再次转动和起飞的情况下，在“触摸和出发(touchandgo)”操作中进行去转动(de-rotation)时，控制器120可以激活起飞模式。在所提供的示例中，控制器120配置为响应于确定起飞时的俯仰转动尚未发生，在起飞模式中的图像中生成标记。
当控制器120处于起飞模式时，方法200进行到操作215，以在图像中的固定位置处生成飞行指引器指示符。在所提供的示例中，基于最小起飞梯度来选择该固定位置。方法200进行到操作216，以基于航空器姿态和目标姿态之间的姿态差异在图像中生成标记。在所提供的示例中，控制器配置为在起飞模式中的图像中在飞行指引器指示符下方与姿态差异144相对应的距离处生成标记。因此，在航空器转动期间，飞行员将使用飞行员接收器(inceptor)控制来将标记134定位在飞行员指示符138的正顶上，其使航空器转动到转动姿态目标。
在操作220中，控制器120确定是否在起飞模式和飞行模式之间转换。例如，控制器120可以响应于机轮不承重指示、空速指示、高度指示或者它们的组合来转换。在所提供的示例中，控制器120在机轮不承重之后的指定时间开始转换到飞行模式。
当控制器120处于转换中时，在操作230中，控制器120通过将标记从姿态差异转换到基于航空器飞行路径的引导而在起飞模式和飞行模式之间转换。在操作232中，控制器120将飞行指引器指示符从所述固定位置转移到基于目标飞行路径的引导。在一些实施例中，如本领域普通技术人员将会理解的，通过将输入改变为互补滤波器来实现转换。在一些实施例中，该转换以0.1g/秒的速率移动标记。当控制器120不处于转换中时，方法200进行到操作234。
当控制器120不处于起飞模式时，则控制器120处于飞行模式，并且方法200进行到操作222，以基于航空器飞行路径在图像中生成标记。在操作224中，控制器120基于目标飞行路径在图像中生成飞行指引器指示符。例如，可以确定由飞行模式中的标记表示的空中飞行路径角度目标，以便实现目标空速或以固定的俯仰姿态继续。控制器120从操作224进行到操作234。
在操作234中，控制器120生成用于使得显示单元呈现该图像的显示信号。例如，控制器120可以生成用于单独的视频处理器的视频信号或信息，以使显示单元122呈现图像130。
继续参考图2-5，现在将描述在整个起飞过程中图像130的呈现示例。图2中的图像130示出航空器100在起飞期间还没有转动的状态。例如，当航空器100的飞行员在跑道起点开始增加推力时，航空器100可能还没有转动。如上所述，在标记134和飞行指引器指示符138之间的距离指示姿态差异144的情况下，控制器120处于起飞模式。
随着航空器100增加速度并沿着跑道前行，飞行员拉回飞行控制接收器以转动航空器100。随着航空器100转动，航空器俯仰增加。因此，如图3中的移动箭头180所示，水线符号136和标记134在图像130中向上移动与姿态差异144的减小相对应的量。
飞行员转动航空器100，直到标记134正好位于飞行指引器指示符138上，如图4所示。当标记134正好位于飞行指引器指示符138上时，姿态差异144为零，飞行员已经获得俯仰目标。
随着航空器100上升，如图5的移动箭头184所示，飞行指引器指示符138从所述固定位置转变到与基于飞行路径的引导相对应的位置182。标记134类似地从基于姿态差异的位置转变到基于飞行路径的位置。
尽管在本发明的以上详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变型。还应当理解，所述示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，以上详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例的方便的路线图。应当理解，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。