BR102012006496A2 - Sistema de gerenciamento de trajetória remoto para uma ou mais aeronaves - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE TRAJETÓRIA REMOTO PARA UMA OU MAIS AERONAVES Trata-se de um método (400) e sistema (100) para gerenciamento de uma trajetória de veículo aéreo. O sistema de gerenciamento de trajetória remoto (RTMS) (100) para uma frota de aeronaves inclui um modo de entrada de especificação (102) configurado para gerenciar informação especificando dados de entrada específicos de voo usados para gerar uma trajetória, um módulo de modelo de aeronave (106) que inclui dados que especificam uma performance da aeronave e motores da aeronave, um módulo de trajetória 4D predita (116) configurado para receber as entradas especificadas do módulo de entrada de especificação e um modelo de performance de aeronave do módulo de modelo de aeronave (106) e para gerar uma trajetória 4D para um voo predeterminado, e um módulo de exportação de trajetória (120) configurado para transmitir um subconjunto predeterminado da trajetória predita para a aeronave.

Description

“SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE TRAJETÓRIA REMOTO PARA UMA

OU MAIS AERONAVES”

Antecedentes da Invenção

O campo da invenção se refere em geral a gerenciamento de tráfego aéreo e gerenciamento de frota de operador de aeronave, e mais especificamente, a um método e sistema para planejamento colaborativo e negociação de trajetórias entre partes interessadas.

Para enfrentar os níveis crescentes de tráfego aéreo combinado com uma necessidade de suporte a operações mais eficiente, é necessário um 10 aumento na colaboração entre operadores de aeronaves e Fornecedores de Serviço de Navegação Aérea (ANSPs). Atualmente, os operadores fornecem apenas dados básicos tais como aeroportos de saída e chegada e horário nos dias e horas antes de um voo. Embora isto permita um planejamento muito cru de demanda por espaço aéreo e pistas de decolagem, o mesmo é limitado na 15 quantidade de detalhes que pode fornecer tanto para ANSPs como operadores para alocar recursos. Um plano de voo mais detalhado com informações tais como altitude de cruzeiro, velocidade e a rota das vias aéreas que o voo prefere tomar não são fornecidas até pouco (tipicamente menos do que 1 hora) antes da partida. Alguma aeronave (e no futuro planejado sistema de 20 Gerenciamento de Tráfego Aéreo (ATM) a maior parte das aeronaves) pode descarregar uma trajetória 4D totalmente detalhada de seu Sistema de Gerenciamento de Voo (FMS) para o controle de tráfego aéreo (ATC). Entretanto, isto não pode ser feito até que todos os parâmetros necessários (incluindo pesos) sejam entrados no FMS, o que tipicamente não acontece até 25 logo antes da partida. Devido a uma descrição detalhada da trajetória 4D não estar disponível mais cedo no processo de planejamento, ajustes a um voo de aeronave têm que ser mais tático e reativo, reduzindo significativamente a eficiência do voo. Tentativas anteriores para resolver este problema envolvem o compartilhamento do plano de voo entre o operador e o ANSP. Entretanto, o plano de voo não inclui a trajetória completa, e inclui apenas pontos nomeados e uma única altitude de cruzeiro e velocidade. A falta da trajetória completa e 5 informação de objetivo que é fornecido neste sistema limita o tipo de planejamento e deste modo a eficiência que pode ser obtida. Pelo menos alguns métodos conhecidos envolvem apenas a comutação da própria rota do plano de voo e não incluem a geração de uma trajetória com base no plano de voo e comunicação desta trajetória e informação de objetivo para o ANSP de 10 um operador de aeronave e não fornece um método flexível especificação da saída ou distribuição daquela trajetória para um ANSP.

Breve Descrição da Invenção Em uma modalidade, um sistema de gerenciamento de trajetória remoto (RTMS) para uma frota de aeronave inclui um modo de entrada de especificação configurado para gerenciar informação especificando dados de entrada específicos de voo usados para gerar uma trajetória, um módulo de modelo de performance de aeronave incluindo dados que especificam uma performance da fuselagem e motores da aeronave, um módulo de trajetória 4D predita configurado para receber as entradas especificadas do módulo de entrada de especificação e um módulo de modelo de motor e aeronave integrado do módulo de modelo de aeronave e gerar uma trajetória 4D para um voo predeterminado, e um módulo de exportação de trajetória configurado para transmitir um subconjunto predeterminado dos parâmetros preditos de trajetória através de uma interface para pelo menos um do veículo aéreo, a entidade operadora do veículo aéreo, e uma entidade de controle de espaço aéreo.

Em outra modalidade, um método para gerenciamento de uma trajetória de veículo aéreo inclui receber por um RTMS informação de negócio relacionada à operação do veículo aéreo de uma entidade operadora do veículo aéreo, receber pelo RTMS informação relacionada a restrições de espaço aéreo ao longo de uma rota predeterminada do veículo aéreo de uma entidade de controle de espaço aéreo, negociar pelo RTMS entre uma entidade operadora e a entidade de controle uma trajetória 4D para o veículo aéreo, e 5 transmitir pelo RTMS uma ou mais mudanças àquela trajetória incluindo pelo menos um de novos pontos de passagem e uma mudança no nível de cruzeiro que facilite o veículo aéreo obedecer a trajetória negociada para o veículo aéreo.

Em ainda outra modalidade, um Sistema de Gerenciamento de Trajetória de Toda a Frota (FWTMS) inclui uma pluralidade de RTMS’s em que cada um inclui um modo de entrada de especificação configurado para gerenciar informação especificando dados de entrada específicos de voo usados para gerar uma trajetória, um módulo de modelo de aeronave que inclui dados que especificam uma performance da fuselagem e motores da aeronave, um módulo de trajetória 4D predita configurado para receber as entradas especificadas do módulo de entrada de especificação e um modelo de performance de aeronave de um módulo de modelo de aeronave e gerar uma trajetória 4D para um voo predeterminado, e um módulo de exportação de trajetória configurado para transmitir um subconjunto predeterminado dos parâmetros preditos de trajetória através de uma interface para pelo menos um do veículo aéreo, a entidade operadora do veículo aéreo, e uma entidade de controle de espaço aéreo, onde o FWTMS é acoplado comunicativamente a um fornecedor de serviço de navegação aérea para negociar trajetórias para uma pluralidade de veículos aéreos operados por uma entidade de negócios, em que a entidade de negócios é configurada para propor trajetórias para a pluralidade de veículos aéreos com base nos parâmetros de objetivos de negócio e condição do espaço aéreo (incluindo estrutura do espaço aéreo, clima, e condições de tráfego) e receber modificações às trajetórias propostas do fornecedor de serviço de navegação aérea com base em restrições de espaço aéreo e regulamentos do fornecedor de serviço de navegação aérea.

Breve Descrição das Figuras As FIGURAS 1 a 3 mostram modalidades exemplificativas do método e sistema descritos neste documento.

A FIGURA 1 é um diagrama de fluxo de dados de um sistema de geração de objetivo de trajetória 100 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

A FIGURA 2 é um diagrama de fluxo de dados de um sistema de avaliação e disseminação de trajetória de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

A FIGURA 3 é um diagrama de fluxo de dados para um Sistema de Gerenciamento de Trajetória de Toda a Frota (FWTMS) de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção; e A FIGURA 4 é um fluxograma de um método 400 para

gerenciamento de uma trajetória de veículo aéreo de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção A descrição detalhada a seguir ilustra modalidades da invenção a título de exemplo e não a título de limitação. A descrição permite claramente que um indivíduo versado na técnica faça e use a revelação, descreva algumas modalidades, adaptações, variações, alternativas e usos da revelação, incluindo o que é atualmente acreditado ser o melhor modo de executar a revelação. A revelação é descrita como aplicada a um ambiente exemplificativo, a saber, sistemas e métodos para gerenciamento de trajetórias 4D de veículos aéreos. Entretanto, é contemplado que esta revelação tenha aplicação geral a sistemas de gerenciamento de veículos em aplicações industriais, comerciais e residenciais. Como usado neste documento, um elemento ou etapa enumerado no singular e precedido pela palavra “um” ou “uma” deve ser entendido como não excluindo elementos ou etapas plurais, a menos que esta exclusão seja enumerada explicitamente. Além disso, referências a “uma modalidade” da 5 presente invenção não tem a intenção de ser interpretadas como excluindo a existência de modalidades adicionais que também incorporem as características enumeradas.

Modalidades da presente invenção descrevem um método e sistema para computar uma trajetória 4-Dimensional (latitude, longitude, 10 altitude e tempo) ou uma posição em qualquer espaço tridimensional (3D) e tempo, onde o espaço 3D pode ser descrito por coordenadas Cartesianas ou coordenadas não Cartesianas tal como a posição de um trem em uma rede ferroviária, e dados de objetivo da aeronave (tais como velocidades, ajuste de impulso e raios de curva) em um centro de operações de voo. Estes dados de 15 objetivo de trajetória podem ser gerados usando os mesmos métodos que um sistema de gerenciamento de voo com base em aeronave (FMS). Os dados de objetivo de trajetória são formatados para o formato de saída especificado, por exemplo, mas não limitado a XML, e distribuídos para partes interessadas autorizadas, tais como despachantes de linha aérea, controladores de tráfego 20 aéreo ou gerentes de fluxo de tráfego. Isto permite que o conteúdo da informação seja adaptado para o tipo e granularidade necessários para as várias partes interessadas, ao mesmo tempo em que oculta informação que o operador de voo não quer distribuir (tal como peso bruto ou índice de custo). Usando a mesma informação como é fornecida para um FMS da aeronave, a 25 informação de objetivo de trajetória é mais confiável e precisa do que outros métodos. Isto também é útil para planejamento da trajetória de um voo bem antes da partida do voo, mesmo dias ou meses antecipado, com condições de espaço aéreo modeladas. A FIGURA 1 é um diagrama de fluxo de dados de um sistema de geração de objetivo de trajetória 100 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção. Na modalidade exemplificativa, sistema de geração de objetivo de trajetórialOO é configurado para gerar e exportar 5 dados de objetivo de trajetória. Dados de trajetória descrevem a posição de uma aeronave ou outros veículos aéreos em 4 dimensões para todas as posições da aeronave entre decolagem e aterrissagem. Os dados de objetivo descrevem como a aeronave ou outros veículos aéreos estarão voando ao longo da trajetória. O sistema de geração de objetivo de trajetórialOO inclui um 10 modo de entrada de especificação 102 que inclui informação especificando dados de entrada específicos de voo usados para gerar da trajetória. A informação de especificação de entrada inclui, por exemplo, mas não limitado a, tipo de aeronave (por exemplo, Boeing 737-700 com dispositivos de extremidade de asa (WingIets) e motores com 24 klbs de taxa de impulso), 15 Peso com zero combustível, Combustível, Altitude de cruzeiro, índice de custo, e rota lateral (tal como a par de cidades ou rota da companhia da linha aérea preferida) e procedimentos de terminal tais como procedimentos de partida, chegada, e aproximação. Na modalidade exemplificativa, a informação de especificação de entrada é específica a uma aeronave particular, que pode ser 20 especificada por um prefixo, identificador de registro, ou outros identificadores de uma aeronave particular. A performance da aerodinâmica da aeronave e componentes da aeronave (incluindo motores) pode mudar ao longo do tempo. A informação de especificação de entrada captura estas mudanças e permite que o sistema de geração de objetivo de trajetória 100 leve em conta estas 25 diferenças na predição da trajetória 4D. A informação de especificação de entrada é armazenada, por exemplo, em um arquivo, banco de dados ou estrutura de dados (usando uma linguagem de programação tal como MATLAB ou C++) e pode ser gerada através de uma interface gráfica de usuário. O sistema de geração de objetivo de trajetórialOO também inclui um módulo de entrada padrão 104. A informação de entrada padrão inclui valores padrões para entrada que não são incluídos no módulo de entrada de especificação 102. Por exemplo, nas semanas antes de um voo o tipo exato de 5 aeronave, peso bruto e índice de custo pode não estar decidido ainda, uma vez que os mesmos são parâmetros que são muito dependentes do clima e quantidade de passageiros, o que provavelmente não é bem conhecido até imediatamente antes do voo. O operador de veículo aéreo pode especificar valores padrões para estes parâmetros se os mesmos ainda não estão 10 especificados. Uma pluralidade de combinações de valores padrões pode ser fornecida pelo modelo de entrada padrão 104 para capturar vários cenários operacionais tais como cenários de peso máximo de decolagem, ou voo de traslado.

Um módulo de modelo de aeronave 106 inclui dados que especificam a performance da aeronave e motores. Os mesmos são usados pelo sistema de geração de objetivo de trajetórialOO para computar as velocidades, impulso, arrasto, fluxo de combustível, e outras características da aeronave necessárias para predizer a trajetória 4-dimensional. Em uma modalidade, um modelo de performance disponível publicamente tal como Base de Dados de Aeronave da Eurocontrol (BADA) podem ser usados. Alternativamente, o preditor de trajetória pode usar um modelo de performance proprietário dos fabricantes da aeronave e motor, por exemplo, um banco de dados Modelo-Motor carregável no ou os dados de performance de engenharia (fornecidos em formato tabular ou embutidos em ferramentas de performance de voo). Adicionalmente, o preditor de trajetória pode usar os dados de performance de voo no Manual de Operações de Tripulação de Voo que fornece dados de performance operacional de decolagem, subida, cruzeiro, descida, aproximação, mas não dados de aerodinâmica da aeronave e dados de performance de motor.

Um módulo de dados de navegação 108 especifica a informação necessária para traduzir o plano de voo em uma série de latitudes, longitudes, altitudes e velocidades usados pelo sistema de geração de objetivo de 5 trajetória 100 para gerar uma trajetória. Na modalidade exemplificativa, o módulo de dados de navegação 108 inclui o mesmo banco de dados de navegação que é carregado no sistema de voo da aeronave. Em várias modalidades, outros bancos de dados de navegação são usados no módulo de dados de navegação 108.

Um módulo de modelo atmosférico 110 inclui dados que

descrevem as condições atmosféricas para o voo, tais como o modelo atmosférico padrão e condições meteorológicas específicas incluindo ventos e temperaturas em cima e pressão do ar. Os dados de condições meteorológicas específicas podem ser tão simples quanto o vento médio. Alternativamente, os 15 mesmos podem ser um arquivo de grade de dados com condições especificadas em várias latitudes, longitudes, altitudes e horas (tais como os dados do Ciclo de Atualização Rápida [RUC] fornecidos pela Associação Nacional Oceânica e Atmosférica [NOAA]). Uma vez que esta informação pode não ser bem conhecida muito antes do voo, a mesma também podem ser 20 dados estatísticos históricos tais como ventos médios, ou dados categorizados tais como dia quente de verão dos quais pode ser derivado um modelo mais detalhado.

Um módulo de especificação de saída 112 especifica o conteúdo e formatação para a saída dos dados de objetivo de trajetória. Fornecer um 25 formato e conteúdo de saída flexíveis permite que seja fornecida apenas a informação para o usuário a que se destina. Isto permite que parâmetros tais como peso e índice de custo, que podem ser considerados proprietários ou sensíveis competitivamente para a companhia aérea, sejam ocultados de usuários para os quais os mesmos não são necessários. Isto também permite que o conteúdo dos dados seja adaptado para seu uso. Muito antes do voo apenas uma pequena quantidade de dados relacionados ao voo podem ser úteis. Isto permite uma redução do tamanho do arquivo para apenas o que é necessário, reduzindo deste modo os custos de comunicação.

O sistema de geração de objetivo de trajetórialOO também inclui um módulo de entradas consolidadas 114, que é usado para combinar as entradas especificadas do módulo de entrada de especificação 102 e entradas padrões do módulo de entrada padrão 104 em um conjunto de dados 10 consistente. Em várias modalidades, o módulo de entradas consolidadas 114 também executa uma verificação de razoabilidade para garantir que as entradas especificadas estão dentro de limites realísticos.

Um módulo de trajetória 4D predita 116 processa as entradas especificadas do módulo de entrada de especificação 102, entradas padrões 15 do módulo de entrada padrão 104, modelo de performance de aeronave do módulo de modelo de aeronave 106, dados de navegação do módulo de dados de navegação 108, e informação meteorológica do módulo de modelo atmosférico 110 para gerar uma trajetória 4D para o voo especificado. Em várias modalidades, o módulo de trajetória 4D predita 116 pode ser incorporado 20 em um Preditor de Trajetórias de Sistema de Gerenciamento de Voo, que deve permitir a especificação completa das entradas de voo como ficam disponíveis na própria aeronave.

Um módulo de formatação de saída 118 processa a trajetória e dados de objetivo e converte os mesmos no formato especificado no módulo de especificação de saída 112. Por exemplo, este pode ser um arquivo em formato XML1 um simples arquivo de texto em ASCII, ou uma estrutura de dados em uma linguagem tal como MATLAB ou C++.

Um módulo de exportação de objetivo de trajetória 120 distribui a saída de objetivo de trajetória do processo de formatação no módulo de formatação de saída 118. Em uma modalidade, o módulo de exportação de objetivo de trajetória 120 grava um arquivo de saída. Em várias modalidades, o módulo de exportação de objetivo de trajetória 120 escreve a saída em, por 5 exemplo, mas não limitado a uma conexão de rede TCP/IP. Em uma modalidade, uma parte do arquivo de saída é transmitida para a aeronave como instruções para mudar uma trajetória a bordo sendo usada para operar a aeronave através de enlace de dados cabeado ou sem fio.

O sistema de geração de objetivo de trajetórialOO permite compartilhar uma ampla gama de trajetórias informações de objetivo personalizadas para um voo específico ou voos de um operador de aeronave para um fornecedor de serviço de navegação aérea (ANSP). A trajetória e informação de objetivo podem ser usadas para planejar a demanda por certos recursos (tais como um setor de espaço aéreo ou pista de decolagem de aeroporto) e alocar tripulação ou recursos pelo ANSP. A mesma também pode ser usada para negociação de modificações àquela trajetória na forma de novas entradas. Por exemplo, se a trajetória proposta for violar uma zona de exclusão aérea (tal como um Espaço Aéreo de Uso Especial Militar que esteja ativo), isto pode ser comunicado para um operador de aeronave e podem ser especificadas pelo operador novas entradas para gerar uma trajetória modificada.

A FIGURA 2 é um diagrama de fluxo de dados de um sistema de avaliação e disseminação de trajetória 200 tal como outra modalidade de sistema de geração de objetivo de trajetória 100 (mostrada na FIGURA 1) de 25 acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção. Na modalidade exemplificativa, o sistema de avaliação e disseminação de trajetória 200 é também usado por um operador de aeronave ele próprio para avaliar a trajetória de encontro aos objetivos do operador, tais como tempo e combustível usado, para modificar as entradas para criar uma nova trajetória. Por exemplo, o índice de custo ou altitude de cruzeiro podem ser modificados se o tempo e custo de combustível não satisfizerem os objetivos de negócio do operador. Uma primeira parte 202 do sistema de avaliação e disseminação de 5 trajetória 200 é usada por um operador de aeronave, tal como, uma companhia aérea e inclui um módulo de entrada de voo 204 configurado para receber parâmetros para um voo que o operador quer avaliar. Os parâmetros são usados para gerar uma trajetória 4D em um módulo de geração de trajetória 4D 206, tal como aquele mostrado na FIGURA 1. A trajetória 4D gerada é 10 fornecida para um módulo de avaliação de trajetória 4D do operador 207 da primeira parte 202 do sistema de avaliação e disseminação de trajetória 200 e para um módulo de avaliação de trajetória 4D do ANSP 210 de uma segunda parte 212 do sistema de avaliação e disseminação de trajetória 200. O módulo de avaliação de trajetória 4D do operador 207 avalia a trajetória 4D gerada 15 para compatibilidade com metas de negócios de um operador de aeronave ou testa contra vários cenários operacionais. O módulo de entradas de modificação 208 da primeira parte 202 recebe a saída desta avaliação e em uma modalidade, ajusta automaticamente as entradas de voo até que as metas de um operador de aeronave business sejam atendidas. Em várias outras 20 modalidades, o módulo de entradas de modificação 208 sugere mudanças para os parâmetros de entrada para avaliação e aceitação pelo operador de aeronave. A trajetória 4D pode sair para exibição 216 ou para outros sistemas (não mostrado na FIGURA 2) para processamento adicional.

O módulo de avaliação de trajetória 4D de ANSP210 é configurado para receber e avaliar a trajetória 4D gerada para compatibilidade com as exigências do fornecedor de serviço de navegação aérea. Se a trajetória 4D gerada não atender as exigências do fornecedor de serviço de navegação aérea, o fornecedor de serviço de navegação aérea pode propor mudanças à trajetória 4D através de um módulo de propostas de modificações 214 da segunda parte 212.

A FIGURA 3 é um diagrama de fluxo de dados para um grupo ou agrupamento de Sistemas de Gerenciamento de Trajetória Remotos (RTMS) 300 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção. Na modalidade exemplificativa, o agrupamento de RTMS 300 é uma ferramenta que pode ser incorporada em, por exemplo, mas não limitado a, software, firmware, e / ou hardware. Na modalidade exemplificativa, o RTMS 300 inclui um processador 301 acoplado comunicativamente a um dispositivo de memória 303 que é usado para armazenar instruções usadas pelo processador para implementar o RTMS 300. O RTMS 300 fornece um método para gerenciar remotamente a trajetória de um Veículo Aéreo tripulado ou não tripulado (UAV) 302 para planejar, modificar, predizer e gerenciar uma trajetória de veículo aéreo em espaço aéreo quadridimensional (4D). Na modalidade exemplificativa, o RTMS 300 é instalado em um Sistema de Gerenciamento de Trajetória de Toda a Frota 304 em um Centro de Controle de Operações (OCC) do operador de veículos aéreos que é convenientemente acessível, diretamente ou através de rede cabeada ou sem fio. O FWTMS 304 é posicionado em uma localização que seja segura, econômica e eficaz para o gerenciamento da trajetória, que pode ser ou uma estrutura de edificação, um veículo terrestre, uma embarcação marítima, outro veículo aéreo, ou um veículo espacial.

O RTMS 300 combina capacidades de predição e planejamento de trajetória precisa em um FWTMS 304 no OCC, incorporando informação 25 sobre as restrições de espaço aéreo, ações de resolução de conflito estratégico, e iniciativas de Gerenciamento de Fluxo de Tráfego (TFM) de um Fornecedor de Serviço de Navegação Aérea (ANSP) 306 tal como a Administração de Aviação Federal (FAA) nos Estados Unidos da América para obter uma trajetória ótima. A negociação e sincronização de trajetória entre RTMS 300 e ANSP 306 são alcançadas sem frequentemente custosas (tanto em termos de custo monetário como de tempo) comunicações de enlaces de dados sem fio entre veículos aéreos 302 e ANSP 306, e respostas freqüentes 5 da tripulação no caso de um veículo aéreo tripulado, durante negociação e sincronização de trajetória. As entradas finais que são enviadas para os veículos aéreos 302, tais como uma mudança de altitude ou alguns pontos de passagem adicionais, são muito mais compactos em tamanho do que a trajetória inteira e, portanto reduzem significativamente o custo para 10 comunicação direta com veículos aéreos 302. A trajetória negociada satisfaz os objetivos do Controle de Tráfego Aéreo (ATC), e ao mesmo tempo satisfaz a um máximo a preferência de negócio do operador de veículo aéreo. Como resultado, uma quantidade significativa de combustível e tempo de voo podem ser economizados para o operador, e consequentemente redução de emissões 15 para a atmosfera. Para o ANSP 306, as trajetórias negociadas aumentam significativamente a eficiência e capacidade ampla de tráfego do sistema. O Sistema de Gerenciamento de Trajetória de Toda a Frota (FWTMS) 308 que utiliza este método é construído para gerenciar trajetórias para a frota inteira de um operador. O FWTMS 308 é um sistema que consiste de uma pluralidade de 20 RTMS’s 300 para aeronaves individuais na frota do operador. O sistema 308 pode ser integrado com outros sistemas, tais como o sistema de despacho de voo, o sistema de engenharia de performance de voo, sistemas de planejamento de combustível, o sistema de gerenciamento de tripulações, e o sistema de gerenciamento de agendamento para melhorar as operações do 25 operador para melhorar os resultados de negócios e satisfação do cliente. O FWTMS 308 também pode ser configurado para executar usando o processador 301 ou pode ser incorporado em outro processador (não mostrado na FIGURA 3). O RTMS 300 incorpora um método e sistema para gerenciar a trajetória remotamente para veículos aéreos 302 usando, na modalidade exemplificativa, o ANSP 306 e o OCC 304. O ANSP 306 é o sistema e serviços baseados em terra e que gerenciam todo o tráfego no espaço aéreo. O núcleo 5 do ANSP 306 é um sistema de automação 310, que hospeda uma pluralidade de aplicações de Gerenciamento de Tráfego Aéreo (ATM) 312, controladores de tráfego aéreo 314, e exibições de tráfego aéreo 316 usados pelos controladores de tráfego aéreo 314. O ANSP 306 inclui uma Interface de Preenchimento de Plano de Voo 318 que recebe planos de voo 320 10 preenchidos pelo OCC 304 através de uma Interface de Preenchimento de Plano Voo OCC 322. O ANSP 306 também inclui um Gerenciador de Enlace de Dados Ar Terra 324 que suporta um enlace de dados com os veículos aéreos 302 e rede de comunicações com o OCC 304. Comunicação de voz 326 também é disponível para comunicações táticas entre controladores de tráfego 15 aéreo 314 e um piloto 328 para um veículo aéreo tripulado 302. Para um veículo aéreo não tripulado 302, o pessoal de controle de operação em terra manuseia a comunicação de voz através da interface para o canal de voz de veículo aéreo não tripulado 302 enquanto a comunicação de voz permanece transparente para os controladores de tráfego aéreo 314.

Os veículos aéreos 302 podem ser tripulados, tais como, mas não

limitado a uma aeronave a jato comercial, ou não tripulados. Os veículos aéreos 302 podem incluir um Sistema de Gerenciamento de Voo (FMS) 330, que constrói uma trajetória para uso por um Sistema de Controle de Voo Automático (AFCS) 332. Existe uma pluralidade de potenciais interfaces de 25 enlaces dados do solo para a aeronave, incluindo uma do ANSP 306 (tal como Rede de Telecomunicações Aeronáutica [ATN] / Modo de Enlace de Dados VHF 2 [VDL-2]) 334 e outros de uma interface de enlace de dados OCC 336, tal como Sistema de Informe e Endereçamento de Comunicações de Aeronave (ACARS).

O OCC 304 é o recurso que controla toda a aeronave para um dado operador. O OCC 304 pode ser baseado em terra, mar, ar ou espaço, dependendo da situação específica. Um aspecto original do OCC 304 é o FWTMS 308. O FWTMS 308 inclui um ou mais RTMSs 300. Na modalidade exemplificativa, um único RTMS 300 gera uma única trajetória para cada veículo aéreo 302 na frota. Em várias modalidades, um RTMS 300 separado é usado para cada veículo aéreo 302. Em ainda outras modalidades podem haver múltiplos RTMSs 300, onde cada um gera a trajetória para múltiplos veículos aéreos 302. A implementação depende das necessidades de velocidade de processamento velocidade das interconexões entre sistemas diferentes no OCC 304, e os tipos de aeronave envolvidos. O RTMS 300 pode incluir funcionalidades de gerenciamento de trajetória similares àquelas do FMS 330, mas sem as limitações de poder computacional e memória de um FMS 330 no ar.

Em várias modalidades, o FWTMS 308 é usado para Negociação e Sincronização de Trajetória e Suporte e Monitoração de Voo OCC.

O uso de FWTMS 308 no OCC 304 para sincronização e negociação de trajetórias de veículos aéreos 302 reduz a largura de banda e 20 custos de comunicação de dados para veículos aéreos 302, devido ao custo de comunicação com veículos aéreos 302 sobre ACARS e / ou ATN/VDL-2 serem ordens de magnitude maiores do que custos de comunicação do OCC 304 para o ANSP 306, que pode ser simplesmente através de uma conexão TCP/IP segura. Com FWTMS 308, o RTMS 300 para um veículo aéreo 302 específico 25 pode executar a sincronização e negociação da trajetória em nome do FMS no ar 330. O RTMS 300 gera uma trajetória contínua que é consistente com o FMS no ar (em vez de simplesmente uma seqüência de pontos de controle ou pistas de decolagem que é gerada pelos sistemas de planejamento de atuais), e acessa facilmente a última informação de previsão meteorológica. Um estado de veículo aéreo 302 (tal como peso), incluindo parâmetros meteorológicos (ventos e temperatura correntes) pode ser fornecido por dados de vigilância (tais como Radar ou Difusão de Vigilância Dependente Automática [ADS-B]) ou 5 medida por sensores embarcados na aeronave e descarregados para o RTMS 300 automaticamente quando necessário sem intervenção do piloto, tal como os relatórios meteorológicos ACARS existentes. O operador da rede ANSP emprega uma camada de rede que é muito mais barata de operar e menos congestionada do que enlace de dados ar terra deste modo reduzindo custo 10 para o ANSP 306 e o operador de veículos aéreos 302. Apenas as modificações necessárias pelo FMS no ar são carregadas para o veículo aéreo 302 para o piloto 328 revisar e aceitar. Em uma carga de dados final, condições meteorológicas atualizadas de FMS pode ser uma parte integrada dos dados carregados do OCC 304. A trajetória determinada pelo RTMS 300 permanece 15 sincronizada com a trajetória do FMS por toda a duração do voo para melhorar o conhecimento da situação no OCC 304. Com este conceito operacional, um UAV não é mais distinguível de aeronave tripulada do ponto de vista de trajetória.

A sincronização e negociação de trajetória com base em OCC, por outro lado, não deve evitar troca direta ar terra com o ANSP 306 para sincronização de trajetória tática de curto prazo e para resolução de conflito ou quaisquer outras ações de ATC que são de tempo crítico.

Em várias outras modalidades, o FWTMS 308 é usado para Monitoração de Suporte de Voo OCC.

Uma função principal do OCC 304 é seguir voos de uma

pluralidade de veículos aéreos 302 e fornecer informação de voo e suporte técnico para os voos durante sua execução. Em operações correntes, o sistema de monitoramento de voo em OCC utiliza principalmente informação de rastreamento fornecida pelo ANSP 306, tal como dados de sistema de Exibição de Situação de Aeronave FAA’s para Indústria (ASDI). Alguns operadores também incluem relatos de posição de ACARS descarregados por seus voos no sistema de monitoração de voo. Entretanto, trajetórias FMS 5 frequentemente não são acessíveis fora de veículos aéreos 302 ou são caras para comunicar para o solo (tanto para OCC 304 quanto para ANSP 306). Isto tem resultado em predições pobres da Hora de Chegada Estimada (ETA), e, portanto tem causado dificuldades mo planejamento de operações em terra no aeroporto de destino. O FWTMS 308 fornece capacidade de predição de 10 trajetória 4D melhorada para uma frota inteira sendo hospedada em uma única instalação, fornece dados de outra forma indisponíveis e / ou reduz custos de comunicação. Uma quantidade de veículos aéreos individuais 302 são designados para um controlador OCC (ou despachante) individual. A saída de trajetória pode ser compartilhada com sistemas diferentes no OCC 304 ou 15 diferentes posições de despacho, e o formato da trajetória pode ser formatado unicamente para cada usuário. O controlador OCC usa uma interface gráfica para monitorar e interagir com as operações de RTMS 300 como se uma cabine de piloto remota fosse fornecida para o controlador OCC e fornece um novo meio para o OCC do operador 304 se comunicar com a tripulação no 20 caso de uma emergência, e, portanto melhora muito a eficiência e segurança operacional.

O RTMS 300 e FWTMS 308 fornecem para o operador de veículo aéreo o mesmo nível de capacidade de predição e planejamento de trajetória que anteriormente era disponível apenas a bordo de veículos aéreos 302. 25 Combinado com o conhecimento direto da trajetória de veículo aéreo, e capacidade de sincronização e negociação de trajetória enlace com base de dados em enlace de dados com ANSP 306, o FWTMS 308 permite que um operador melhore muito suas operações. Isto pode resultar em economias de combustível significativas, reduções de atrasos de voo, reduções em equipamentos perdidos (por exemplo, aeronave) e conexões de tripulação, e consequentemente benefícios econômicos, sociais e ambientais. O FWTMS 308 é capaz de gerenciar trajetórias para UAVs também, e serve como um meio para integrar UAVs em espaço aéreo civil.

A FIGURA 4 é um fluxograma de um método 400 para gerenciamento de uma trajetória de veículo aéreo. Na modalidade exemplificativa, o método 400 inclui receber 402 por um sistema de gerenciamento de trajetória remoto (RTMS) informação de negócio relacionada 10 à operação do veículo aéreo de uma entidade operadora do veículo aéreo, negociar 404 pelo RTMS entre a entidade operadora e a entidade de controle uma trajetória quadridimensional para o veículo aéreo, e transmitir 406 pelo RTMS um ou mais parâmetros de trajetória que facilitem a compatibilidade do veículo aéreo com a trajetória negociada para o veículo aéreo.

A informação de negócio relacionada à operação do veículo aéreo

pode incluir informação de planejamento de voo negociada entre a entidade operadora e um fornecedor de serviço de navegação aérea (ANSP). O RTMS também pode receber informação relacionada a restrições de espaço aéreo ao longo uma rota predeterminada do veículo aéreo de uma entidade de controle de espaço aéreo e informação meteorológica.

O método 400 também inclui sincronizar a trajetória entre a entidade operadora e a entidade de controle em que a trajetória pode ser uma trajetória quadridimensional para o veículo aéreo. Em várias modalidades, a entidade operadora e a entidade de controle sincroniza a trajetória 25 quadridimensional para o veículo aéreo trocando predição de trajetória e informação do plano de voo. Trocar predição de trajetória e informação do plano de voo também pode ser uma parte da negociação 404 pelo RTMS entre a entidade operadora e a entidade de controle a trajetória 4D para o veículo aéreo.

O método 400 também inclui receber da entidade de controle plano de voo dados de modificação que em algumas modalidades inclui receber um ou mais pontos de controle, pelo menos um de uma posição bidimensional e um tempo, e pelo menos um de uma mudança de rota bidimensional, uma mudança de altitude, uma mudança de velocidade, e uma hora de chagada requerida (RTA). O método 400 também inclui transmitir para a entidade de controle uma trajetória preferida pelo negócio incluindo pelo menos um de uma rota bidimensional fim a fim, uma parte de uma rota bidimensional, uma altitude de cruzeiro, um procedimento de partida, um procedimento de chegada, e uma pista de pouso preferencial. A trajetória preferencial de negócio pode ser baseada em pelo menos uma de uma trajetória predito RTMS, e uma trajetória predita RTMS com base em informação obtida da entidade de controle. O um ou mais pontos de controle pode incluir uma posição tridimensional e uma hora de chegada requerida (RTA) na posição tridimensional.

Em uma modalidade, método 400 inclui receber do veículo aéreo um estado do veículo aéreo. O estado pode incluir pelo menos um de um peso do veículo aéreo, parâmetros medidos pelos sensores no ar, e pelo menos um 20 de dados de posição 3D e 4D, e parâmetros meteorológicos nas cercanias do veículo aéreo. O método também pode incluir transmitir para o veículo aéreo um ou mais pontos de controle para um sistema de gerenciamento de voo (FMS) do veículo aéreo.

O termo processador, como usado neste documento, se refere a unidades de processamento central, microprocessadores, microcontroladores, circuitos de conjunto de instruções reduzido (RISC), circuitos integrados de aplicação específica (ASIC), circuitos lógicos, máquinas virtuais, e qualquer outro circuito ou processador capaz de executar as funções descritas neste documento.

Como usados neste documento, os termos “software” e “firmware” são intercambiáveis, e incluem qualquer programa de computador armazenado em memória para execução pelo processador 301, incluindo memória RAM, 5 memória ROM, memória EPROM, memória EEPROM, e memória RAM não volátil (NVRAM). Os tipos de memória acima são apenas exemplificativos, e, portanto não são Iimitantes como os tipos de memória utilizáveis para o armazenamento de um programa de computador.

Como será avaliado com base na especificação acima, as modalidades da revelação descritas acima podem ser implementadas usando programação de computador ou técnicas de engenharia incluindo software, firmware, hardware de computador ou qualquer combinação ou subconjunto dos mesmos, em que o efeito técnico é para fornecer suporte à trajetória 4D para um veículo aéreo ao mesmo tempo em que mantém uma carga computacional e carga de comunicação reduzidas nos sistemas a bordo do veículo aéreo. Recebendo informação do veículo aéreo indisponível de outra forma e transmitindo apenas atualizações à trajetória 4D carregada a bordo do veículo aéreo pode ser mantida uma trajetória 4D robusta, precisa e a tempo. O sistema gerencia negociações com corpos regulatórios para gerar a trajetória 4D que satisfaz o plano de negócios do operador de veículo aéreo capacidade eficiente e segura de uma pluralidade de outros veículos aéreos sob a jurisdição do corpo regulatório. Qualquer programa resultante, tendo meios de código legível por computador, pode ser incorporado ou fornecido dentro de uma ou mais mídias legíveis por computador, fazendo deste modo um produto de programa de computador, ou seja, um artigo de fabricação, de acordo com as modalidades discutidas da revelação. A mídia legível por computador pode ser, por exemplo, mas não limitada a, um disco rígido, disquete, disco ótico, fita magnética, memória de semicondutor tal como memória somente de leitura (ROM), e / ou qualquer maio de transmissão / recepção tal como a Internet ou outras redes ou enlaces de comunicação. O artigo de fabricação contendo o código de computador pode ser feito e / ou usado executando o código diretamente do meio, copiando o código do meio para outro meio, ou transmitindo o código sobre uma rede.

As modalidades descritas acima de um método e sistema de geração de uma trajetória 4D para um veículo aéreo fornece um meio de boa relação custo benefício e confiável para compartilhar a trajetória e informação de objetivo de um operador de veículo aéreo de uma maneira estratégica, 10 melhorando a habilidade para planejar o voo e alocar recursos adequados para o mesmo. Mais especificamente, os métodos e sistemas descritos neste documento facilitam a geração precisa de dados de objetivo e trajetória, formato de saída de trajetória personalizável, métodos de entrada flexíveis, e processamento e disseminação rápidos das informações relevantes. 15 Vantagens adicionais do método e sistema descritos neste documento incluem colaboração e compartilhamento de informação melhorados entre operador de aeronaves e ANSPs, planejamento de trajetórias de voo para operadores, que podem reduzir custos, e operação simples e barata usando, por exemplo, mas não limitado a, um computador pessoal isolado. Como resultado, os métodos e 20 sistemas descritos neste documento facilitam gerenciar automaticamente uma trajetória 4D de um veículo aéreo de uma maneira de boa relação custo benefício e segura.

Um método e sistema exemplificativos para gerenciar automática ou semi-automaticamente trajetórias 4D para um único ou uma pluralidade de 25 veículos aéreos são descritas em detalhes acima. O sistema ilustrado não é limitado a modalidades específicas descritas neste documento, mas em vez disso, componentes de cada uma podem ser utilizados independente e separadamente de outros componentes descritos neste documento. Cada componente de sistema também pode ser usado em combinação com outros componentes de sistema.

A descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para habilitar qualquer indivíduo versado 5 na técnica a praticar a invenção, incluindo fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram para os indivíduos versados na técnica. Estes outros exemplos são entendidos como estando dentro do escopo das reivindicações se os mesmos 10 tiverem elementos estruturais que não se diferenciam da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.

Claims (8)

1. SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE TRAJETÓRIA REMOTO (RTMS) (100) PARA UMA OU MAIS AERONAVES, sendo que o dito sistema compreende: um modo de entrada de especificação (102) configurado para gerenciar informação especificando dados de entrada específicos de voo usados para gerar uma trajetória; um módulo de modelo de aeronave (106) que compreende dados que especificam uma performance de pelo menos um de uma aeronave sozinha e uma fuselagem e motores da aeronave; um módulo de trajetória 4D predita (116) configurado para receber as entradas especificadas do dito módulo de entrada de especificação, um modelo de performance de aeronave, e um módulo de modelo de aeronave e para gerar uma trajetória 4D para um voo predeterminado; e um módulo de exportação de trajetória (120) configurado para transmitir um subconjunto predeterminado da trajetória predita.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1 sendo que no dito sistema a informação de especificação de entrada inclui pelo menos uma de um modelo do tipo de aeronave, um peso com zero combustível da aeronave, uma quantidade de combustível, uma carga útil, um peso bruto, uma altitude de cruzeiro, um índice de custo, e uma representação de uma rota lateral.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, sendo que no dito sistema a informação de especificação de entrada inclui um identificador associado com uma aeronave particular.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 3, sendo que no dito sistema o dito módulo de trajetória 4D predita ajusta os dados de um módulo de modelo de aeronave para representar mais proximamente as variações de performance da aeronave associada com o identificador.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, sendo que no dito sistema o módulo de exportação de trajetória é configurado para transmitir um subconjunto predeterminado da trajetória predita para a aeronave.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, sendo que no dito sistema o dito módulo de trajetória 4D predita é configurado para computar uma velocidade do ar, um impulso, um arrasto, e um fluxo de combustível da aeronave.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, sendo que no dito sistema o dito módulo de exportação de trajetória é configurado para transmitir o subconjunto predeterminado da trajetória predita para pelo menos um de um fornecedor de serviço de navegação aérea e para uma entidade em um centro de controle do operador da aeronave.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, sendo que no dito sistema o RTMS é configurado para gerenciar uma trajetória para uma pluralidade de aeronaves.