CN100474354C

CN100474354C - 用于辅助机场内飞机地面导航的方法和装置

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Publication number: CN100474354C
Application number: CNB2006800111440A
Authority: CN
Inventors: F·弗茨曼; P·科尔德菲; S·科林斯
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: US7772992B2; BRPI0612197A2; EP1866890A1; JP2008536215A; RU2360292C1; CN101156189A; US20080186207A1; CA2603848C; FR2884020A1; CA2603848A1; EP1866890B1; WO2006106210A1; JP4740315B2; FR2884020B1

Abstract

本发明涉及一种装置(1)，其包括用于确定飞机多个参数当前值的信息源装置(2)、借助于所述当前值用于确定第一位置的计算装置(3)，所述第一位置对应于从当前时刻之后的特殊时间间隔内从飞机机头推定的位置。所发明的装置也包括配备有至少一个预先确定的机场未授权区域的数据库(5)、用于比较所述第一位置与所述预先确定的机场未授权区域的比较装置(6)以及如果第一位置位于未授权区域中用于发出至少一个警报信号的警告装置(9)。

Description

用于辅助机场内飞机地面导航的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于辅助机场内飞机地面导航的方法和装置。

背景技术

某些机场的复杂性、空中交通的增加以及通常几乎不适于更大和更多的飞机的设施的存在造成机场跑道和滑行道上的流动困难，因此经常导致更长的滑行周期、有时导致或多或少严重事件以及还不幸地造成事故。

在本文中，更多的会提及“跑道闯入”，也就是未经授权的飞机进入跑道上的情况，所述跑道同时被另一架飞机按常规方式使用以着陆或起飞。这样的跑道闯入是非常危险的，因为它危及到两架飞机上乘客的生命。

因此基于安全因素，重要的或确实必须的是每个飞行员能尽可能有效地监视其飞机周围的环境并且在需要时被告知任何跑道闯入(或任何闯入危险)。

文献EP-0980828公布了一种携带于飞机之上的***，用于在地面操作时辅助飞机飞行员。为了这个目的，这个***包括生成前起落架和后起落架周围区域视频图像的第一摄像机、生成主起落架和其附近区域视频图像的第二摄像机以及安装于驾驶舱内并且显示由所述第一和第二摄像机(固定于机身上的)产生的视频图像的显示装置。

此公知***仅向飞行员增强安全性地提供在地面上滑行时允许其进行操作的信息。特别地，通过对起落架与其附近区域的观察，能防止起落架撞到地面上的障碍物或防止其脱离飞机正在行进的跑道或滑行道。然而，此公知***没有提供任何跑道或滑行道全部(或至少扩展区域)的信息。然而，这样的信息缺乏是危险的，特别是在不良可见度的情况下(雾等)。事实上，另一个运动体，特别是另一架飞机，可能同时位于相同的跑道(或相同的滑行道)上并且由于信息的缺乏，可能发生不可避免的碰撞，特别是如果另一运动体具有非常高的速度，例如存在于飞机正在起飞或者着陆时的速度。

此外，通过Beskenis、Green、Hyer和Johnson在出版物《美国国家航空航天局兰利技术报告》(《NASA Langley Technical Rcport》)，1998年7月，NASA/CR-1998-208446中发表的题为《用于低能见度着陆和地面操作的集成显示***》的文章可知一种可部分弥补上述缺点的显视***。这种显视***包括，特别是包括使其可为飞机驾驶舱内安装的屏幕呈现机场地图的显视装置，所述地图显示跑道、滑行道和各种建筑物，也显示在所述机场上存在的飞机和车辆的位置。

然而，借助于这种显视屏进行的监视假定了飞行员非常频繁地并且以规则的方式查看所述显视屏。此外，即使通过监视所述显视屏，借助于机场地图提前发现闯入跑道的危险将是困难的，因为飞机未来的位置依赖于所述飞机的特征，例如它的速度或它的滑行方向，所述特征对于飞行员来说难以通过查看这样的显视屏来估算。

发明内容

本发明的目的在于弥补这些缺点。它涉及一种辅助机场内飞机地面导航的方法，所述方法使其可以通知飞行员任何飞机闯入禁止区域的危险。

为了这个目的，根据本发明，所述方法的显著特征在于以自动和重复的方式执行下面一系列连续步骤：

a)确定所述飞机多个参数的当前值；

b)借助于所述当前值，确定从当前时刻开始的特殊时间间隔之后对应于所述飞机机头的推定位置的第一位置；

c)将这个第一位置与机场的至少一个预定的禁止区域进行比较；和

d)如果所述第一位置位于所述禁止区域之内，则发出至少一个警报信号。

因此，依靠本发明，通过发出警报信号来指示飞机进入机场禁止区域(下文规定的)的任何闯入危险，也就是任何过度接近这样的禁止区域的危险。因此，飞机飞行员始终对这样的跑道闯入危险的发生保持警惕，并且之后能执行为防止任何不期望的闯入所必要的所有适当的方法，从而在机场导航期间为安全性提供有价值的帮助。

此外，依靠重复和自动执行根据本发明的方法，所述方法从而具有不变性并且在飞行员方面不需要任何操作，后者能够集中他的全部注意力于其他任务上，特别是领航任务。

在一种优选的实施例中，为了确定所述第一位置：

-一个预先确定的飞机参考点被考虑进来；

-在步骤a)中，测量：

-所述参考点的当前位置；

-所述参考点的当前速度；

-飞机的当前方向(即飞机航向或下文所述的GPS方向)；和

-飞机当前的偏航速度；和

-继续在步骤b)中：

-借助于所述参考点的当前位置、飞机的当前方向以及机头和所述参考点之间的(预先确定的)矢量偏移量确定机头的当前位置；

-借助于所述参考点的当前速度、飞机当前的偏航速度以及机头和所述参考点之间的(预先确定的)矢量偏移量确定机头的当前速度；和

-借助于由此确定的所述机头的当前位置和当前速度以及所述特殊时间间隔，从而在所述时间间隔结束时确定对应于机头的推定的第一位置。

在一种有利的方式中，所述参考点对应于飞机的安装星载定位***接收天线的位置，特别是指GPS型(“全球定位***”)的接收天线。

在一种特别的实施例中，在步骤c)中，所述第一位置与多个预先确定的禁止区域进行比较，其中所述禁止区域集合在禁止区域列表中。在本发明的范围内，所述禁止区域列表可包括：

-至少一个对应于机场地面的跑道区域，其被限定在所述机场航道的周围，例如着陆跑道、滑行道或者入口连接道；和/或

-至少一个对应于机场地面的辅助区域，其被限定在所述机场停止线的周围。

术语停止线可理解意思为在接近跑道的滑行道上的横向涂漆。这里有CATI停止线(距离跑道150米)和C ATIII停止线(距离跑道90米)。当发光信标由于低能见度在这种停止线处激活时，它变成停止(或“停止线”)。飞行员必须有条理地在停止线处做短暂停留并且向交通管制请求授权通过。

在一种特别的实施例中，步骤b)、c)和d)的装置只有在当前飞机参考点的速度大于第一限制速度且小于第二限制速度的情况下被执行。

此外，所述特殊时间间隔更有利地对应于：

-预定时间间隔T1，例如七秒，如果飞机参考点的当前速度Va大于或等于第三限制速度Vs3；和

-满足表达式T2＝(Vs3×T1)÷Va的时间间隔T2，如果所述当前速度Va小于所述第三限制速度Vs3。

在本发明的范围内，在发现进入禁止区域的闯入危险时，在步骤d)中能发出任何类型的警报信号，特别是可听警报信号和/或可视警报信号。

在一种优选的实施例中，在步骤d)中，在标准导航屏上发出可视警报信号。在这种情况下，所述可视警报信号有利地对应于：

-如果所述禁止区域代表跑道区域时在导航屏上相应跑道的突出显示；和/或

-在所述导航屏上显示的文本消息。

在后一种情况中，在有利的方式下，所述文本消息的显示区域取决于在所述导航屏上显示时已有的显示模式(例如刻度环、平面图或弧形模式)。

此外，如果所述禁止区域代表的是环绕跑道限定的跑道区域，那么有利地，所述文本消息包含相应跑道的名称，此名称包含两个标志，其中一个标志相对于另一个标志的位置指示飞机所抵达的跑道的侧面，并且这个侧面借助于机头的速度矢量方向和所述跑道的方向(预先确定的)来确定。

本发明也涉及用于辅助机场内飞机地面导航的装置。

根据本发明，所述装置的显著特征在于包括以下内容：

-用于确定所述飞机多个参数当前值的信息源装置；

-借助于所述当前值用于确定第一位置的计算装置，所述第一位置对应于从当前时刻开始之后的特殊时间间隔内从所述飞机机头推定的位置；

-至少包括一个预先确定的机场禁止区域的数据库；

-用于将所述第一位置与所述预先确定的机场禁止区域进行比较的比较装置；和

-如果所述第一位置位于所述禁止区域中用于发出至少一个警报信号的警告装置，所述警报装置特别包括例如ND类型或OIT类型的驾驶舱显示屏。

附图说明

附图中的图形将清楚地阐明本发明可表达的方法。在这些附图中，相同标记指示相同元件。

图1是对应于本发明的原理图；

图2依照本发明用图解法示出跑道闯入危险的确定方式；以及

图3用图解法示出可视警报信号的示范性显示。

具体实施方式

依照本发明并且在图1中简示的装置1是用来在机场内飞机A的地面导航期间帮助例如运输机的飞机A的飞行员，所述飞机A已部分地表示于图2中。更准确地说，所述装置1的目的在于通知飞行员飞机A闯入下文说明的禁止区域Z1的危险。

根据本发明，所述装置1包括：

-如下规定的信息源装置2：也用于确定下文中规定的所述飞机A多个参数的当前值；

-用于借助于由所述信息源装置2提供的所述当前值确定飞机A(在图2中以虚线表示其位置)机头4推定的位置P1的计算装置3。这个推定位置P1从飞机A(在图2中以实线表示其位置)的机头4当前时刻的当前位置P0开始的特殊时间间隔(在下文中规定)之后获得；

-如下规定的数据库5：包括至少一个预先确定的机场禁止区域Z1，此时所述飞机A在所述机场中行驶；

-经由连线7和8分别连接所述计算装置3和所述数据库5的比较装置6，用于比较从所述计算装置3接收的所述推定位置P1与从所述数据库5接收的所述禁止区域Z1；和

-经由连线10连接到所述比较装置6的警报装置9，用于在所述推定位置P1进入所述禁止区域Z1时立即发出至少一个警报信号。

因此，依靠根据本发明的装置1，飞机A进入机场禁止区域Z1(在下文规定)的任何闯入危险，也就是任何过度接近这样的禁止区域的危险，通过发出警报信号来指示飞行员。因此，当这样的跑道闯入危险突然发生时飞机A的飞行员始终被提醒，他因此能够执行为防止任何不期望的闯入所必要的所有适当的方法，从而在机场导航期间为安全性提供有价值的帮助。

此外，所述装置1是自动的并且以重复方式执行上述处理。装置1的操作不因此而需要飞行员方面的任何操作。飞行员也能在机场航行时集中他的全部注意力于其他任务上，特别是驾驶任务。

所述信息源装置2包括用于确定计算装置3所用参数的标准装置，即：

-飞机A预先确定的参考点11的当前位置Pr。优选地，所述参考点11对应于飞机A的安装星载定位***的标准接收天线12的位置，特别是指GPS型(“全球定位***”)的标准接收天线。在这种情况下借助于标准测量装置从而确定所述位置，所述标准测量装置也安装于飞机A上并且与所述接收天线12相连；

-飞机A的当前方向，所述当前方向对应于由标准装置测量的飞机A的航向或借助于所述星载定位***所确定的所述飞机A的方向；

-所述参考点11的当前速度，即图2例子中天线12(标准和方向)的速度；和

-借助于标准装置测量的飞机A当前的偏航速度。

信息源装置2也能确定飞机A的机头4和所述参考点11之间的矢量偏移值。然而后者的信息也能直接集成到计算装置3之中。

根据本发明，如图1中所表示的所述计算装置3包括：

-计算元件13，其经由连线L1、L2和L3连接到所述信息源装置2并且形成为使得借助于经所述连线L1、L2和L3分别接收的所述参考点11的当前位置Pr、飞机A的当前方向以及飞机A的机头4和所述参考点11之间的矢量偏移量确定飞机A机头4的当前位置P0；

-计算元件14，其经由连线L3、L4和L5连接到所述信息源装置2并且形成为使得借助于经所述连线L4、L5和L3分别接收的所述参考点11的当前速度、飞机A当前的偏航速度以及飞机A的机头4和所述参考点11之间的矢量偏移量确定飞机A机头4的当前速度；和

-计算元件15，其经由连线16和17分别连接到所述计算元件13和14并且形成为使得借助于从所述计算元件13和14接收的所述当前位置和当前速度以及借助于所述特殊时间间隔确定所述位置P1，如果飞机A继续以其当前滑行特征(方向和偏航速率)滑行，所述位置P1从而在所述时间间隔结束时对应于飞机A机头4的推定位置。

在一种特别的实施例中，所述特殊时间间隔：

-如果飞机A参考点(例如所述参考点11)的当前速度Va大于或等于限制速度Vs3，例如0.2kt(节)(约0.1m/s)，对应于预先确定的时间间隔T1，例如7秒；和

-如果所述当前速度Va小于所述限制速度Vs3，核实表达式T2＝(Vs3×T1)÷Va的时间间隔T2。

前述的比较和所述特殊时间间隔的确定由所述计算装置3实现。

在本发明的范围内，也考虑如下限制速度Vs1和Vs2：

-当飞机A的速度小于(或等于)此限制速度Vs1时，例如0.2kt(约0.1m/s)，在发现有飞机A进入禁止区域Z1的闯入危险时，警报装置9不发出警报信号；

-当飞机A的速度大于(或等于)此限制速度Vs2时，例如80kt(约40m/s)，所述飞机A不再认为是滑行状态因此本发明的装置1不再适用。

总的来说，每个机场包括坐标全部集成到数据库5之内的多个禁止区域Z1。在本发明的范围内，禁止区域Z1可对应于：

-如图2中所表示的跑道区域ZP，其对应于环绕航道18(它的中心轴18A也已表示出来)限定的机场地面，所述航道例如着陆跑道、滑行道或入口连接道；或

-未示出的对应于环绕所述机场停止线的机场地面的辅助区域。停止线可理解为在接近跑道的滑行道上的横向涂漆。这里有CAT I停止线(距离跑道150米)和CAT III停止线(距离跑道90米)。当发光信标由于低能见度在这种停止线处致动时，它变成停止(或“停止线”)。飞行员必须有条理地在停止线处做短暂停留并且向交通管制请求授权以继续前进。

在本发明的范围内，在发现进入禁止区域Z1的闯入危险时，警报装置9能发出任何类型的警报信号，特别是可听警报信号或可视警报信号(任意类型的)。

在一种特别的实施例中，所述警报装置9在标准导航屏19上发出如图3中所表示的ND(“导航显示”)类型的可视警报信号。

在标准方式中，导航屏19通常包括各种显示模式，即：

-被称为“弧形”的模式，对其来说由位于导航屏19底部的标号20标明飞机A的位置，如图3所示在若干圆弧21的中央饰以航向和距离刻度。标号20被固定并且向上取向。因此飞行员能容易地在机场地图上精确定位他的飞机A。所述地图根据飞机A的运动旋转和滑动，其中所述地图的标号20保持固定；

-称为“圆花饰”的模式，飞机的标号位于导航屏19的中央。它也被固定并且向上取向。若干同心圆提供用于迅速和可视化测量距离和航向的参照比例；和

-称为“平面”的模式，其对应于向北取向的机场俯视图。所述飞机A在此图(其为固定的)上移动。

根据本发明发出的可视警报信号可在导航屏19上被突出显示，无论此导航屏19使用哪种显示模式，可以是弧形、圆花饰或平面模式。作为不受限的说明，本发明的特征在图3中的弧形类型显示模式上被突出显示。

除了前述基本要素之外，导航屏19也显示包括例如入口连接道22和着陆跑道23的机场地图。

在这种情况下，可视信号可对应于：

-在导航屏19上已发现闯入危险的跑道23的可视化突出显示(不同颜色、加粗绘图、闪烁绘图等)，此突出显示用加粗的轮廓长划线示出；和/或

-在所述导航屏19上设置的显示矩形25中显示文本消息24。

在后一种情况中，导航屏19上供文本消息24使用的显示矩形25的位置优选取决于发现闯入危险时存在的显示模式(例如圆花饰、平面图或弧形模式)。

此外，在一种特别的实施例中，当所述禁止区域Z1代表环绕降落跑道23限定的跑道区域时，所述文本消息24包含相应跑道的名称。此名称包含两个标志I1和I2，其中一个标志相对于另一个标志的位置(I1-I2或I2-I1)指示飞机A所抵达的跑道23的侧面。并且这个侧面借助于飞机A机头4的速度矢量方向和预先确定的所述着陆跑道23的方向来确定。

当然，对飞机A来说可发生装置1发现若干闯入跑道的危险。在这种情况下，它指示发现的所有闯入危险，但是更加特别地突出显示最接近的闯入危险，例如在相应的文本消息24中首先提及所述最接近的闯入危险。

Claims

1.用于辅助机场内飞机(A)地面导航的方法，根据所述方法以自动和重复的方式实施下述一系列连续步骤：

a)确定所述飞机(A)多个参数的当前值；

b)借助于所述当前值，确定与飞机(A)有关的第一位置(P1)；

c)将这个第一位置(P1)与至少一个禁止区域(Z1)进行比较；和

d)如果所述第一位置(P1)位于所述禁止区域(Z1)中，那么发出至少一个警报信号，

其特征在于：在步骤b)中，确定第一位置(P1)，其对应于在机场上所述飞机(A)的地面航行期间从当前时刻开始的特殊时间间隔之后所述飞机(A)机头(4)的推定位置，所述禁止区域(Z1)是机场的预先确定的禁止区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为了确定第一位置(P1)：

-飞机(A)的预先确定的参考点(11)被考虑进来；

-在步骤a)中，测量：

·所述参考点(11)的当前位置；

·所述参考点(11)的当前速度；

·飞机(A)的当前方向；和

·飞机(A)当前的偏航速度；和

-在步骤b)中连续地：

·借助于所述参考点(11)的当前位置、飞机(A)的当前方向以及飞机(A)的机头(4)和所述参考点(11)之间的矢量偏移量确定飞机(A)机头(4)的当前位置(P0)；

·借助于所述参考点(11)的当前速度、飞机(A)当前的偏航速度以及飞机(A)的机头(4)和所述参考点(11)之间的矢量偏移量确定飞机(A)机头(4)的当前速度；和

·借助于由此确定的飞机(A)机头(4)的所述当前位置和当前速度以及所述特殊时间间隔确定所述第一位置(P1)，所述第一位置因此对应所述时间间隔结束时飞机(A)机头(4)的推定位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述参考点(11)对应于飞机(A)的安装星载定位***的接收天线(12)的位置。

4.根据前述权利要求3所述的方法，其特征在于：在步骤c)中，将所述第一位置(P1)与多个预先确定的禁止区域(Z1)进行比较，其中所述禁止区域(Z1)被集中在禁止区域列表中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述禁止区域(Z1)的列表包括至少一个对应于机场地面的跑道区域(ZP)，其被限定在所述机场航道(18)的周围。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述禁止区域(Z1)的列表包括至少一个对应于机场地面的辅助区域，其被限定在所述机场停止线的周围。

7.根据前述权利要求6所述的方法，其特征在于：

只有在飞机(A)参考点(11)的当前速度大于第一限制速度且小于第二限制速度的情况下，实施步骤b)、c)和d)的组合。

8.根据前述权利要求7所述的方法，其特征在于：所述特殊时间间隔：

-如果飞机(A)参考点(11)的当前速度Va大于或等于第三限制速度Vs3，对应于预先确定的时间间隔T1；和

-如果所述当前速度Va小于所述第三限制速度Vs3对应于满足表达式T2＝(Vs3×T1)÷Va的时间间隔T2。

9.根据前述权利要求8所述的方法，其特征在于：在步骤d)中，在导航屏(19)上发出可视警报信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：如果所述禁止区域代表跑道区域时，所述可视警报信号至少对应于在导航屏(19)上突出显示的相应跑道(23)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述可视警报信号至少对应于在所述导航屏(19)上显示的文本消息(24)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述文本消息(24)的显示区域(25)取决于在所述导航屏(19)上显示时的现有显示模式。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：如果所述禁止区域(Z1)代表环绕着陆跑道限定的跑道区域(ZP)，那么所述文本消息(24)包含相应跑道的名称，这个名称包含两个标志(11，12)，其中一个标志相对于另一个标志的位置指示飞机(A)所抵达的跑道(23)的侧面，这个侧面借助于飞机(A)机头(4)的速度矢量方向和所述跑道(23)的方向来确定。

14.用于辅助机场内飞机地面导航的装置，所述装置(1)包括：

-用于确定所述飞机(A)多个参数当前值的信息源装置(2)；

-借助于所述当前值用于确定与飞机(A)有关的第一位置(P1)的计算装置(3)；

-用于将所述第一位置(P1)与禁止区域(Z1)进行比较的比较装置(6)；和

-用于如果所述第一位置(P1)位于所述禁止区域(Z1)中则发出至少一个警报信号的警告装置(9)，

其特征在于：此外还包括：包含至少一个机场的预先确定的禁止区域(Z1)并且连接到所述比较装置(6)的数据库(5)，所述计算装置(3)形成为使得当机场上所述飞机(A)地面导航时确定第一位置(P1)，所述第一位置对应于从当前时刻开始的特殊时间间隔之后所述飞机(A)机头(4)的推定位置。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：所述警报装置(9)包括飞机(A)的驾驶舱显示屏(19)。

16.一种飞机，其特征在于：它包括能够实现权利要求1至13任一项所述方法的装置(1)。

17.一种飞机，其特征在于：它包括如权利要求14和15任一项所述那样的装置(1)。