CN101218485A - 用于辅助飞行器的垂直制导接近的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种辅助接近的设备(1)，包括：飞行管理***(2)，其确定接近路线；惯性参照***(3)，其准备惯性位置数据，接收飞行器的位置数据，而且确定所述飞行器的混合位置；辅助着陆的多模式接收器(4)，其接收涉及所述接近路线和所述混合位置的数据，而且至少在所述接近轴被捕获时，从那些数据中推导出侧向和垂直角偏差；以及制导***(7)，其接收所述侧向和垂直角偏差，而且至少在所述接近路线被捕获时，使用该角偏差来制导飞行器。

Description

用于辅助飞行器的垂直制导接近的设备
本发明涉及用于辅助接近的设备，该设备安装在飞行器，特别是运输飞机上，而且被用来至少在采用垂直制导的接近时辅助所述飞行器。
众所周知，当前公开的以飞行器在着陆跑道上的着陆为目的的接近被分成两类：
-通常称作“非精确”的接近，不对其施加垂直性能等级的要求；以及
-通常称作“精确”的接近，例如ILS(“仪表着陆***”)类型的接近，对其施加侧向和垂直性能等级的要求。
精确接近比非精确接近具有更低的所要遵守的决断高度。
在接近时所要计入的飞行器的性能特别取决于飞行器的当前位置的精度，在飞行的过程中以周期的方式确定该精度。通常以位置数据为基础确定这个当前位置，通过至少一个机上接收器产生该位置数据，该接收器与标准的基于卫星的例如GPS(“全球定位***”)类型或GALILEO类型的全球定位***相配合。
另外已知，还存在有例如GNSS类型(“全球导航卫星***”)的增强装置，其目的是改进使用的接收器的性能，其与基于卫星的定位***相配合。这种增强装置的使用已经引起新式接近的出现，该新式接近单独以性能等级的标准为基础。这些新式接近介于前述精确接近和非精确接近之间。这些新式接近被称为“采用垂直制导的接近”或APV接近。这些APV接近具有两个不同的预定的性能级别：APV1和APV2。与这两个性能级别相关的决断高度介于精确接近的决断高度和非精确接近的决断高度之间。
众所周知，GNSS增强装置在于改进使用的基于卫星的定位***的性能(精度、完整性、服务连续性和可用性)，而且包括通过GBAS(“基于地面的增强***”)类型的地面站或通过SBAS(“基于同步卫星的增强***”)类型的同步卫星起作用的***，或包括进行自主改进的***，也就是说，借助于设置在飞行器上的ABAS(“基于机载的增强***”)类型的装置唯一地实施该***。
GBAS和SBAS类型的增强***因此要求外部元件的使用，而ABAS类型的增强***则是完全自主的。因为SBAS类型的***例如不能在整个地球之上使用，因此该ABAS类型的增强***更有利，因为地面站的相关网络仅仅具有地球的局部覆盖范围。
本发明涉及一种用于辅助接近的设备，该设备安装在飞行器，特别是飞机上，例如运输飞机，而且该设备被用来至少在采用根据接近轴的前述APV类型的垂直制导时，以自主的且特别有效的方式辅助所述飞行器。
为此，根据本发明，用于辅助接近的所述设备的特征在于该设备包括：
-飞行管理***，其确定所述接近轴；
-惯性参照***，其制定惯性位置数据，接收飞行器的GNSS位置数据，而且借助于接收的所述位置数据和制定的所述惯性位置数据，确定飞行器的混合位置。在本发明的范围内，这个位置被称作“混合位置”，因为该位置是以数据的不同类型(位置数据、惯性位置数据)为基础获得的，如下文所说明的一样；
-例如MMR(“多模式接收器”)类型的多模式着陆辅助接收器，其被连接到所述飞行管理***和所述惯性参照***，其接收与所述接近轴和所述混合位置有关的信息，而且至少所述接近轴一被捕获，就从那些信息中推导出侧向和垂直角偏差；以及
-制导***，其被连接到所述多模式着陆辅助接收器，而且接收所述侧向和垂直角偏差，而且至少所述接近轴一被捕获，就使用该角偏差以用于飞行器的制导。
根据本发明的用于辅助接近的所述设备因此是自主的(前述ABAS类型的)，因为用来允许具有垂直制导的接近的装置全都设置在飞行器上。
此外，根据本发明，在沿着以着陆为目的的所述接近轴制导飞行器时，例如FMS(“飞行管理***”)类型的所述飞行管理***被设置在制导环路之外。这具有若干优点且如下所述，特别使得能够：
-获得飞行器的位置，该位置比由FMS类型的所述飞行管理***以标准方式获得的位置更精确且更完整，因为在位置/制导环路中仅仅使用了一些高改进水平的***(惯性参照***，多模式着陆辅助接收器，制导***)，对于FMS类型的飞行管理***来说并不是如此；
-减少在导航/制导环路中由于定位信息的传送而引起的潜伏(延迟)时间；以及
-提高垂直和水平精度及完整性。
特别地，为了增加由根据本发明的设备提供的辅助的精度，所述惯性参照***使用特别有效的算法来计算飞行器的所述混合位置。更确切地说，该***使用称作“精度-AIME”的标准混合化算法，其具有许多优点(精度、连续性等等)。应当指出：在多模式着陆辅助接收机中，通过CRC(“循环冗余校验”)类型的循环冗余监测来确保接近轴数据的完整性
在一个特别的实施例中，所述制导***包括：
-例如自动驾驶仪的装置，通过计入所述侧向和垂直角偏差以用于自动地制导飞行器，该侧向和垂直角偏差由多模式着陆辅助接收器确定；和/或
-至少一个观察装置，用于在至少一个观察屏上显示所述侧向和垂直角偏差，该角偏差产生于所述多模式着陆辅助接收器和与所述角偏差相关的制导指示。
因此，根据本发明的辅助接近的设备使得能够在自动制导和手动制导时提供辅助。
在一个特别的实施例中，所述设备此外还包括接收器：
-与卫星的，例如GPS或其他类型的定位***相配合；
-与所述多模式着陆辅助接收器一体化；以及
-制定用于飞行器的所述位置数据，该位置数据此后被至少发送到所述惯性参照***。
此外，在一个优选实施例中，所述多模式着陆辅助接收器包括一体化的监测装置，其监测与混合位置有关的性能参数，该混合位置由所述惯性参照***提供，而且该监测装置把该监测的结果(一般经由把这些结果加强的制导装置)发送到观察装置，该观察装置能够把这些结果呈现给飞行器的驾驶员。因此，根据这样提供的有效性能(特别是垂直的性能)，驾驶员被警告飞行器实施(或不实施)具有APV类型的垂直制导的接近的能力。
在这种情况下，优选地，所述监测装置能发出分别与下述情形有关的结果：
-预定的第一性能等级(或性能级别)APV2，与采用垂直制导的所述接近有关，由飞行器保持；
-所述第一性能等级APV2不由飞行器保持，而不太严格的第二性能等级(或性能级别)APV1，也与采用垂直制导的所述接近有关，由飞行器保持；
-所述第二性能等级APV1不由飞行器保持，但仍然可以继续该接近；以及
-性能等级不足以继续该接近。
另外，在一个特别的实施例中，在所述接近轴被捕获之前，所述飞行管理***确定对应于飞行器的位置的辅助位置，根据本发明的辅助接近的所述设备以标准方式使用该辅助位置来制导飞行器。因此，在接近轴被捕获之前，以标准方式，也就是说，借助于由飞行管理***计算的位置实施飞行器的制导。至于由惯性参照***确定的混合位置，其从开始接近轴的捕获起就被计入。与这个位置有关的特别是垂直的性能等级，必须允许符合前述的性能级别APV1或APV2，使得允许实施具有APV类型的垂直制导的接近。
附图的单一图示将阐明本发明可被实施的方式。该单一图示是根据本发明的用于辅助接近的设备的示意图。
在着陆跑道上以着陆为目的的接近机场时，根据本发明且示意地表示在图示中的设备1被用来辅助飞行器(未表示)，特别是飞机。更确切地说，所述设备1被用来至少在具有已知的APV(“具有垂直制导的接近”)类型的垂直制导的接近时辅助飞行器。这种APV接近(与按照接近轴的接近有关)处于精确接近和非精确接近的中间。此外，这样的APV接近已知具有两个不同的预定的性能级别：APV1和APV2。与这两个性能级别APV1和APV2相关的决断高度介于精确接近的决断高度和非精确接近的决断高度之间。作为说明，关于水平导航精度(95％)，其要求是：
-220米，用于非精确接近；
-16米，用于性能级别APV1；
-16米，用于性能级别APV2；以及
-16米，用于精确接近。
此外，关于垂直导航精度(95％)，其要求是：
-不适用于非精确接近(没有垂直导航精度要求)；
-20米，用于性能级别APV1；
-8米，用于性能级别APV2；以及
-4至6米，用于精确接近。
根据本发明，所述设备1包括：
-优选FMS(“飞行管理***”)类型的飞行管理***2，其以标准方式确定接近轴，沿着该接近轴实施接近。在标准方式中，在接近阶段时，飞行器首先被制导，以便捕获该接近轴，也就是接合该接近轴，然后，飞行器一捕获该接近轴，其就遵循该接近轴直到着陆；
-例如ADIRS(“航空数据惯性参照***”)类型的惯性参照***3，其以标准方式制定惯性位置数据，此外还接收用于飞行器的如下所述的位置数据，而且借助于接收的位置数据和制定的惯性位置数据，确定被称为混合位置的飞行器的位置。在本发明的范围之内，使用“混合位置”，因为飞行器的位置以不同类型的数据(位置数据，惯性位置数据)为基础来确定(以标准方式)；
-优选MMR(“多模式接收器”)类型的多模式着陆辅助接收器4，其经由连线5连接到所述飞行管理***2，而且经由连线6连接到所述惯性参照***3，其接收分别与所述***2和3的所述接近轴和所述混合位置有关的信息，而且其以标准方式从那些信息中推导出可能的侧向和垂直角偏差；以及
-制导***7，如下所述：其接收由所述多模式着陆辅助接收器4确定的所述侧向和垂直角偏差，而且使用这些偏差以用于飞行器的制导，所述接近轴一被捕获就进行这些操作。
根据本发明的用于辅助接近的所述设备1因此是自主的(前述ABAS类型的)，因为用来允许采用垂直制导的接近(APV接近)的装置全都设置在飞行器上。
此外，根据本发明，在沿着以着陆为目的的所述接近轴的飞行器的制导时，例如FMS(“飞行管理***”)类型的飞行管理***2被设置在制导环路之外。这具有若干优点而且特别允许：
-获得飞行器的位置，该位置比由所述飞行管理***2以标准方式获得的位置更精确且更完整，因为在位置/制导环路中仅仅使用高改进水平的***(惯性参照***3，多模式着陆辅助接收器4，制导***7)，对于飞行管理***2来说并不是如此；
-减少在导航/制导环路中由于定位信息的传送而产生的潜伏时间；以及
-提高垂直精度和完整性。
在一个特别的实施例中，所述飞行管理***2确定对应于飞行器的位置的辅助位置，而且在所述接近轴被捕获之前，根据本发明的用于辅助接近的所述设备1以标准方式使用该辅助位置来制导飞行器。因此，在接近轴被捕获之前，以标准方式，也就是借助于由飞行管理***2计算的位置实施飞行器的制导。至于由惯性参照***3确定的混合位置，其从开始接近轴的捕获起就被计入。与这个位置有关的(特别是垂直的)性能等级，必须允许符合前述的性能级别APV1或APV2，容许实施具有APV类型的垂直制导的接近。
应当指出，所述多模式着陆辅助接收器4在标准方式中包括：
-至少一个例如ILS、MLS或GLS类型的第一横向边缘函数，使得能够实施精确接近；以及
-例如FLS(“FMS着陆***”)类型的横向边缘函数，使得能够实施非精确接近。
因此，所述多模式着陆辅助接收器4能够允许实施任何类型的接近(精确，非精确，APV)。
另外，在一个特别的实施例中，所述制导***7可包括：
-装置8，例如自动驾驶仪，其经由连线9连接到所述接收器4，而且通过计入从所述接收器4接收的侧向和垂直角偏差，该装置被形成使得自动地制导飞行器；以及
-至少一个观察装置10，其经由连线11连接到所述接收器4，而且能够在至少一个观察屏12上显示与所述侧向和垂直角偏差(以及与所述偏差有关的制导指示)有关的信息，该观察屏安装在飞行器的驾驶舱内。因此，驾驶员能够确定这些偏差而且可能实施手动制导以使这些偏差归零。这个观察装置10可特别是EIS(“电子仪表***”)类型的显示装置或FWS(“飞行警告***”)类型的飞行警报***。
因此，根据本发明的设备1允许在自动制导(装置8)和手动制导(观察装置10)时提供辅助。
另外，在一个特别的实施例中，所述设备1还包括接收器13：
-与标准的基于卫星的例如GPS或其他类型的定位***相配合；
-经由连线14连接到天线15，该天线例如安装在飞行器的顶部；
-直接集成到所述多模式着陆辅助接收器4中；以及
-借助于从天线15接收的信号，以标准方式制定用于飞行器的所述位置数据，该位置数据此后经由连线16被至少传送到所述惯性参照***3。
在一个优选的实施例中，例如ADIRU(“航空数据/惯性参照单元”)类型的所述惯性参照***3使用标准的“精确-AIME”类型的混合化算法确定飞行器的当前混合位置。这种“精确-AIME”算法特别精确(一般水平地±6米，且垂直地±9米)且非常有效。这样的使用使得能够增加本发明的用于辅助接近的设备1的精度。
此外，在一个特别的实施例中，所述多模式着陆辅助接收器4还包括一体化的监测装置17。该监测装置17监测与混合位置有关的性能参数，该混合位置由所述惯性参照***3提供。监测的结果被传送到观察装置(例如观察装置10)，该观察装置能够把这些结果呈现给飞行器的驾驶员。应当指出：多模式着陆辅助接收器4的监测装置17不是把其监测的结果直接传送到观察装置，而是传送到加强这些结果的标准制导装置，然后把这些结果发送到所述观察装置。因此，根据这样提供的有效性能等级(特别是垂直的)，驾驶员被警告实施(或不实施)APV类型的垂直制导的接近的飞行器的能力。
在这种情况下，优选地，所述监测装置17能提供分别与下列情形有关的结果：
-预定的性能等级(或性能级别)APV2，与采用垂直制导APV的所述接近有关，由飞行器保持；
-所述性能等级APV2不再由飞行器保持，而不太严格的性能等级(或性能级别)APV1，也与采用垂直制导APV的所述接近有关，由飞行器保持；
-所述性能等级APV1不再由飞行器保持，但仍然可以继续该接近；以及
-性能等级不足以继续该接近。

Claims (8)

1.一种用于辅助接近的设备，该设备安装在飞行器上，而且被用来至少在根据接近轴的具有垂直制导的接近时辅助所述飞行器，所述设备(1)包括制导***(7)，该制导***接收侧向和垂直偏差，而且使用这些偏差以用于飞行器的制导，
其特征在于该设备还包括：
-飞行管理***(2)，其确定所述接近轴；
-惯性参照***(3)，其制定惯性位置数据，接收用于飞行器的位置数据，而且借助于所述接收的位置数据和所述制定的惯性位置数据，确定飞行器的混合位置；以及
一多模式着陆辅助接收器(4)，其被连接到所述飞行管理***(2)和所述惯性参照***(3)，接收与所述接近轴和所述混合位置有关的信息，至少所述接近轴一被捕获，就从那些信息中推导出侧向和垂直角偏差，而且把这些角偏差传送到所述制导***(7)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述制导***(7)包括装置(8)，用于通过计入所述侧向和垂直角偏差自动地制导飞行器。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的设备，其特征在于：所述制导***(7)包括至少一个观察装置(10)，用于在至少一个观察屏(12)上显示所述侧向和垂直角偏差以及与所述偏差有关的制导指示，这些角偏差产生于所述多模式着陆辅助接收器(4)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于：该设备还包括接收器(13)，该接收器与由卫星定位的***相配合，集成在所述多模式着陆辅助接收器(4)中，而且制定飞行器的位置数据，该位置数据此后被至少传送到所述惯性参照***(3)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于：所述多模式着陆辅助接收器(4)包括一体化的监测装置(17)，该监测装置监测与混合位置有关的性能参数，该混合位置由所述惯性参照***(3)提供，监测的结果被传送到观察装置，该观察装置能够把这些结果呈现给飞行器的驾驶员。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述监测装置(17)能发出分别与下列情形有关的结果：
-预定的第一性能等级APV2，与采用垂直制导的所述接近有关，由飞行器保持；
-所述第一个性能等级APV2不由飞行器保持，而不太严格的第二个性能等级APV1，也与采用垂直制导的所述接近有关，由飞行器保持；
-所述第二个性能等级APV1不由飞行器保持，但仍然可以继续该接近；以及
-性能等级不足以继续该接近。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于：所述飞行管理***(2)，在所述接近轴被捕获之前确定对应于飞行器的位置的辅助位置，辅助接近的所述设备(1)使用该辅助位置来制导飞行器。
8.一种飞行器，其特征在于：其包括在权利要求1至7中任一项权利要求所述辅助接近设备(1)。
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