一种增强态势感知与飞行运行的机载显控方法与流程

1.本发明属于航空电子系统记载监视软件设计及显示控制技术领域，尤其涉及一种增强态势感知与飞行运行的机载显控方法。


背景技术：

2.对于现阶段飞行运行而言，航电显控系统中各监视系统相对独立，监视信息综合化程度低，机组仅能获取到飞机位置等基本交通态势感知，无法建立起包含运行环境、周围交通等在内的综合态势感知；同时，在飞行过程中飞机仅能从tcas设备获取极短时间的冲突探测与解脱，缺少中、远期冲突探测与解脱能力；除此之外，空中交通管制模式正由地面全权管制向空地协同管制过渡，而当前飞机只能按照设定飞行程序或语音管制指令进行飞行，无法进行自主式的空地协同管制及增强飞行运行。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种增强态势感知与飞行运行的机载显控方法，其通过获取本机信息、周边交通机信息、周边气象与地形信息，为机组提供基础态势感知，并通过设置关注飞机和输出冲突告警信息建立增强态势感知，进一步地，依据机组或管制发起的增强飞行运行程序，向机组或飞行管理系统提供增强飞行运行指引，有利于帮助机组建立更全面的态势感知、减轻工作负荷、保障飞行安全、实现高效飞行。
4.本发明的技术方案：
5.为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
6.一种增强态势感知与飞行运行的机载显控方法，包括如下步骤：
7.步骤1，启动软件，获取增强态势感知与飞行运行所需的交通、气象、地形等数据；
8.步骤2，依据飞行阶段和机组运行需求，提供基础的本机运行信息和基础的交通、气象、地形显示，并灵活配置该软件的显示内容和显示布局，建立基本态势感知；
9.步骤3，基于交通机数据提供交通机动态信息列表，支持机组设置关注飞机，获取关注飞机详细运行信息，建立增强交通态势感知；
10.步骤4，接收近距、中距、远距的冲突探测、冲突预测和冲突解脱信息，并依据告警优先级以视觉、听觉、触觉的形式输出告警信息，建立增强冲突告警态势感知；
11.步骤5，通过cpdlc申请和接收增强飞行运行的管制许可，调用飞行运行设置程序，输入增强飞行运行所需信息；
12.步骤6，基于增强飞行运行需求，实时生成目标飞行路径和目标飞行状态，并由机组或飞行管理系统实现增强飞行运行。
13.上述步骤1的具体实现步骤如下：
14.步骤11，从机载导航系统获取本机实时状态信息，包括经度、纬度、高度、航向、速度、机载监视设备工作状态等信息；
15.步骤12，从飞行管理系统获取本机计划航迹信息，包括路径信息、航路点预计到达
时间(eta)、航路点所需到达时间(rta)；
16.步骤13，利用机载监视设备，获取本机周边交通机的状态信息。包括基于ads-b in设备获取交通机的经度、纬度、高度、航向、地速等数据，基于tcas设备获取交通机s模式应答机地址、与本机相对位置参数等数据，以及经由ads-b和tcas融合算法获取交通机融合数据；
17.步骤14，从机载气象雷达获取本机前方气象信息，包括危险天气轮廓图，雷达回波图等信息；
18.步骤15，依据本机实时位置，从地形数据库获取本机周边地形信息。
19.上述步骤2的具体实现步骤如下：
20.步骤21，在机载显控软件界面上显示本机运行信息，包括本机实时状态信息、运行航路信息，当本机在机场运行时显示所在机场场面地图信息等；
21.步骤22，依据交通机数据源来源和显示优先级，确定每一架交通机的图标显示样式，并在机载显控软件界面的罗盘和垂直视图上显示交通飞机图标和运行信息，运行信息包括航班号、相对本机高度、垂直运动趋势、与本机水平方向相对运动趋势等信息；
22.步骤23，通过交通/气象/地形控制按钮，控制交通/气象/地形叠加显示效果；
23.步骤24，依据运行需求，灵活配置软件的显示内容和显示布局，提供全罗盘视图，半罗盘与垂直视图组合视图，全罗盘与垂直视图组合视图等多种可选布局。
24.上述步骤3的具体实现步骤如下：
25.步骤31，基于交通机运行数据和本机运行数据，为机组动态提供周围交通机信息列表，包括交通机航班号、状态信息(速度、航向、相对高度)、预计航路信息(下一航路点名称、航路点预计到达时间)、与本机相对距离信息(直线距离、沿航路距离)、预计冲突信息(冲突时间、冲突地点)；
26.步骤32，依据机组关注参数的优先级对交通机信息列表进行排序，机组根据需求对列表排序准则进行调整；
27.步骤33，通过对交通机信息列表进行点选或索引，设置关注交通飞机，在交通机列表、罗盘和垂直视图上高亮显示关注飞机，并在罗盘和垂直视图上显示关注飞机未来设定时间段的计划航迹。
28.上述步骤4的具体实现步骤如下：
29.步骤41，接收不同告警范围(近距、中距、远距)的冲突探测、冲突预测和冲突解脱信息；
30.步骤42，根据本机飞行阶段、冲突告警范围、冲突告警等级，确定告警显示优先级，构建告警显示优先级架构；
31.步骤43，根据告警显示优先级架构，确定各类告警信息输出形式(视觉、听觉、触觉)；
32.步骤44，以视觉形式输出的告警信息，根据告警显示优先级架构在罗盘和垂直视图上叠加显示告警区域及冲突解脱路径，在交通机列表、罗盘和垂直视图上高亮显示告警飞机；以听觉形式或触觉形式输出的告警信息，向机载语音设备或显控软件终端输出告警信息。
33.上述步骤5的具体实现步骤如下：
34.步骤51，通过cpdlc申请和接收增强飞行运行的管制许可，增强飞行运行的产生方式包括：由冲突告警和冲突预测产生的冲突解脱飞行运行、由机组主动申请的优化飞行运行、由空中交通管制员主动发起的管制飞行运行；
35.步骤52，依据增强飞行运行指令内容，调用飞行运行设置程序(机场场面引导与冲突告警程序，洋区高度层变更程序，空中交通冲突告警程序，机载间隔管理程序，目视进近程序等)，输入增强运行所需信息。
36.上述步骤6的具体实现步骤如下：
37.步骤61，根据不同飞行阶段和管制许可内容，获取目标飞行路径指引，以不同于本机计划航迹的颜色叠加显示在罗盘和垂直视图上；
38.步骤62，获取目标飞行状态指引，包括本机目标航向指引，本机目标高度指引，本机目标地速指引和本机目标垂直速度指引；
39.步骤63，依据指引信息，由机组或飞行管理系统实施增强飞行运行，显控软件持续进行状态更新。
40.本发明提出了一种增强态势感知与飞行运行的机载显控方法，其能够为机组提供更加全面的交通态势感知、告警态势感知，能够辅助机组实现不同场景下的增强飞行运行，有益于减轻机组负荷、保障飞行安全、提升航空运行效能。具体而言，本发明具有如下有益效果：
41.(1)本发明集成显示本机状态信息、本机计划信息，周边交通信息、气象信息、地形信息，有利于机组建立及时有效、完成可靠的环境态势感知；
42.(2)本发明支持向机组提供不同范围(近距、中距、远距)和不同方式(视觉、听觉、触觉)的冲突探测与冲突预测告警，并能依据冲突解脱计算结果，向机组和飞机提供冲突结果指引；
43.(3)本发明支持加载多种类型的增强飞行运行程序，能有效提升航空运行中的机载运行能力和飞机-管制的空地协同能力。
附图说明
44.图1是本发明基于增强态势感知功能的流程图；
45.图2是本发明基于增强飞行运行功能的流程图；
46.图3是本发明软件界面布局示意图；
47.图4是本发明软件界面布局示意图2；
48.图5是申请增强飞行运行操作界面示意图。
具体实施方式
49.以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
50.随着空地一体化进程的推进，飞机作为重要信息节点加入空管体系，空中交通管理允许将部分管制权力授权给飞机，使飞机承担更多自主增强运行的能力，而ads-b等通信技术与通信设备的大量应用为飞机进行自主增强运行提供了能力支持。因此，本发明基于这一背景，提出一种增强态势感知与飞行运行的机载显控软件设计方法，能为机组提供增强态势感知，并依据飞行需求，辅助机组和飞机实现增强飞行运行。
51.如图1所示，本发明提供一种增强态势感知与飞行运行的机载显控方法，其实现增强态势感知功能包括以下步骤：
52.步骤1a，启动软件，获取增强态势感知与飞行运行所需的交通、气象、地形等数据：从机载导航系统获取本机实时状态信息，包括经度、纬度、高度、航向、速度、机载监视设备工作状态等信息；从飞行管理系统获取本机计划航迹信息，包括路径信息、航路点预计到达时间(eta)、航路点所需到达时间(rta)；利用机载监视设备，获取本机周边交通机的状态信息，包括基于ads-bin设备获取交通机的经度、纬度、高度、航向、地速等数据，基于tcas设备获取交通机s模式应答机地址、与本机相对位置参数等数据，以及经由ads-b和tcas融合算法获取交通机融合数据；从机载气象雷达获取本机前方气象信息，包括危险天气轮廓图，雷达回波图等信息；依据本机实时位置，从地形数据库获取本机周边地形信息。
53.依据飞行阶段和机组运行需求，提供基础的本机运行信息和基础的交通、气象、地形显示，并灵活配置该软件的显示内容和显示布局，建立基本态势感知。在机载显控软件界面上显示本机运行信息，包括本机实时状态信息、运行航路信息，当本机在机场运行时显示所在机场场面地图信息等；依据交通机数据源来源和显示优先级，确定每一架交通机的图标显示样式，并在机载显控软件界面的罗盘和垂直视图上显示交通飞机图标和运行信息，运行信息包括航班号、相对本机高度、垂直运动趋势、与本机水平方向相对运动趋势等信息；通过交通/气象/地形控制按钮，控制交通/气象/地形叠加显示效果；依据运行需求，灵活配置软件的显示内容和显示布局，提供全罗盘视图，半罗盘与垂直视图组合视图，全罗盘与垂直视图组合视图等多种可选布局；
54.步骤1b，基于交通机数据提供交通机动态信息列表，支持机组设置关注飞机，获取关注飞机详细运行信息，建立增强交通态势感知。基于交通机运行数据和本机运行数据，为机组动态提供周围交通机信息列表，包括交通机航班号、状态信息(速度、航向、相对高度)、预计航路信息(下一航路点名称、航路点预计到达时间)、与本机相对距离信息(直线距离、沿航路距离)、预计冲突信息(冲突时间、冲突地点)；依据机组关注参数的优先级对交通机信息列表进行排序，机组根据需求对列表排序准则进行调整；通过对交通机信息列表进行点选或索引，设置关注交通飞机，在交通机列表、罗盘和垂直视图上高亮显示关注飞机，并在罗盘和垂直视图上显示关注飞机未来设定时间段的计划航迹；
55.步骤1c，接收近距、中距、远距的冲突探测、冲突预测和冲突解脱信息，并依据告警优先级以视觉、听觉、触觉的形式输出告警信息，建立增强冲突告警态势感知。接收不同告警范围(近距、中距、远距)的冲突探测、冲突预测和冲突解脱信息；根据本机飞行阶段、冲突告警范围、冲突告警等级，确定告警显示优先级，构建告警显示优先级架构；根据告警显示优先级架构，确定各类告警信息输出形式(视觉、听觉、触觉)；以视觉形式输出的告警信息，根据告警显示优先级架构在罗盘和垂直视图上叠加显示告警区域及冲突解脱路径，在交通机列表、罗盘和垂直视图上高亮显示告警飞机；以听觉形式或触觉形式输出的告警信息，向机载语音设备或显控软件终端输出告警信息。
56.如图2所示，本发明提供一种增强态势感知与飞行运行的机载显控方法，其实现增强飞行运行功能包括以下步骤：
57.步骤2a，通过cpdlc申请和接收增强飞行运行的管制许可，调用飞行运行设置程序，输入增强飞行运行所需信息。增强飞行运行的产生方式包括：由冲突告警和冲突预测产
生的冲突解脱飞行运行、由机组主动申请的优化飞行运行、由空中交通管制员主动发起的管制飞行运行；依据增强飞行运行指令内容，调用飞行运行设置程序(机场场面引导与冲突告警程序，洋区高度层变更程序，空中交通冲突告警程序，机载间隔管理程序，目视进近程序等)，输入增强运行所需信息。
58.步骤2b，基于增强飞行运行需求，实时生成目标飞行路径和目标飞行状态，并由机组或飞行管理系统实现增强飞行运行。根据不同飞行阶段和管制许可内容，获取目标飞行路径指引，以不同于本机计划航迹的颜色叠加显示在罗盘和垂直视图上；获取目标飞行状态指引，包括本机目标航向指引，本机目标高度指引，本机目标地速指引和本机目标垂直速度指引；依据指引信息，由机组或飞行管理系统实施增强飞行运行，显控软件持续进行状态更新。
59.图3是本发明软件界面布局示意图。
60.1表示本机运行信息布局，包括本机实时状态信息(地速、空速、航向、高度、垂直速度)、运行航路信息(路径信息、航路点预计到达时间(eta)、航路点所需到达时间(rta))等；
61.2表示交通机运行信息布局，主要显示在罗盘和垂直视图区域，包括交通机航班号，航向，相对高度，与本机的相对位置关系等信息；
62.3表示地形与气象信息控制按钮，用于控制地形与气象信息叠加显示；
63.4表示增强飞行运行操作界面以及软件通用功能控制界面；
64.5表示机组与管制员数据链通信显示界面；
65.图4是本发明软件界面布局示意图2。
66.根据本机所处位置和机组运行需求，可调整导航视图布局。
67.当本机处于空中，导航视图默认如图3所示，以半罗盘水平视图和垂直视图组合显示；当本机处于空中，且机组需要获取全罗盘态势信息，可调整导航视图布局，切换为全罗盘水平视图和垂直视图组合显示，如图4(a)所示，其中垂直视图可根据机组需要进行隐藏；当本机处于地面，导航视图将自动切换为全罗盘视图，并叠加本机所在机场平面图，如图4(b)所示，其中垂直视图可根据机组需求进行显示；当机组需要申请增强飞行运行程序时，导航视图将根据飞行运行程序需求预设显示布局，机组可根据需求手动配置显示布局。
68.图5是申请增强飞行运行操作界面示意图(以机载间隔管理飞行程序为例)。
69.步骤51，接收管制发起的机载间隔管理许可指令，依据指令内容，机组调用机载间隔管理飞行程序，输入增强飞行运行所需信息，如图5(a)所示；
70.步骤52，机组根据指令内容设置目标飞机，目标飞机以蓝绿色双层箭头符号在罗盘和垂直视图上高亮显示，用以增强机组交通态势感知；
71.步骤53，机组获得目标飞行状态指引和目标飞行路径指引，目标飞行状态指引以白色大号字体显示在醒目位置，目标飞行路径指引以蓝绿色高亮显示在罗盘和垂直视图上；
72.步骤54，机组或飞行管理系统实施增强飞行运行，显控软件持续进行各项状态更新。
73.本发明提出了一种增强态势感知与飞行运行的机载显控软件设计方法，其能够为机组提供更加全面的交通态势感知、告警态势感知，能够辅助机组实现不同场景下的增强飞行运行，有益于减轻机组负荷、保障飞行安全、提升航空运行效能。具体而言，本发明具有
如下有益效果：(1)本发明集成显示本机状态信息、本机计划信息，周边交通信息、气象信息、地形信息，有利于机组建立及时有效、完成可靠的环境态势感知；(2)本发明支持向机组提供不同范围(近距、中距、远距)和不同方式(视觉、听觉、触觉)的冲突探测与冲突预测告警，并能依据冲突解脱计算结果，向机组和飞机提供冲突结果指引；(3)本发明支持加载多种类型的增强飞行运行程序，能有效提升航空运行中的机载运行能力和飞机-管制的空地协同能力；
74.以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。