CN102679981A - 预测与飞行器相关的天气的位置的***与方法 - Google Patents

Abstract

一种用于预测天气异常(例如对流元)与飞行器(20)将何时交汇的***与方法。在来自雷达***(30)的处理器(42)处接收至少一个天气异常的移动方向和速度信息。基于接收到的位置、移动方向和速度信息以及飞行器的位置和当前速度信息来确定该至少一个天气异常的交汇点。然后，在显示装置(44)上显示基于该交汇点的第一指示。

Description

预测与飞行器相关的天气的位置的***与方法

背景技术

飞行器的飞行员利用与潜在危险天气的位置相关的信息来决定通往目的地的路线。这些信息可以通过多个来源获得，例如，飞行前的天气简报、基于地面的天气雷达数据或者机载天气雷达。飞行员使用这些信息判断天气是否使得有必要从计划的路线偏离。通常这些信息根据天气状况数据的延迟提供当前或早前的天气的位置。由于天气经常水平移动，当飞行器靠近得足够受天气影响时，与天气位置相关的信息可能不与其位置相符。

已有很多组织对跟踪危险天气作了大量的工作。通常是通过识别在一段时间内可识别的特征，并观察这些特征的运动来完成跟踪。这些特征通常利用雷达而被探测。对流性天气在雷达反射率上表现出显著的变化-并且它也是导致飞行员希望躲避的大部分天气有关危险的原因-所以对流更容易产生能被跟踪的可识别特征。通过观察对流元随时间的位置变化，可以估计该元的速度向量。

元跟踪经常应用于基于地面的天气雷达数据。目的是为了判断危险风暴元是否朝着商业、住宅、农场等会因此遭受损失的方向移动。将与元移动相关的信息传送至平面图显示器通常涉及从当前元位置画一条向量并将该向量朝着移动方向延伸。向量的长度示出了元在固定时间段内将会行进的预期距离。该信息的用户将显示的元移动与涉及的资产(通常位置是固定的)位置进行比较。如果对流看上去朝着兴趣位置移动，则将元与该位置间的距离除以元的速度，得到天气到达的预期时间。

对于一个飞行器的飞行员而言，使用元跟踪信息涉及判断对流元是否将要求从计划的路线偏离。由于飞行器处于移动，使这种判断复杂化。所以飞行员必须判断当飞行器处于或靠近该点时，元是否将与计划的路线交汇。这要求飞行员方面进行一些耗时的计算，通过考虑飞行器的速度和方向、对流的速度和方向以确定是否应当预测偏离。

发明内容

本发明提供了一种用于预测天气异常(例如对流元)将何时与飞行器交汇的***与方法。在一个示例方法中，在来自雷达***的处理器处接收至少一个天气异常的位置、移动方向和速度信息。基于接收的位置、移动方向和速度信息以及飞行器的位置和当前速度信息，确定该至少一个天气异常的交汇点。然后，在显示装置上显示基于该交汇点的第一指示。

在本发明的一个实施例中，还显示将交汇点与所关联的天气异常相关联的第二指示。该第二指示包括连接在天气异常与第一指示之间的连线。

在本发明的另一实施例中，如果确定的交汇点在飞行器的预定义飞行路线的阈值距离内，则显示第一指示。

在本发明的另一实施例中，如果确定的交汇点是与飞行器的预定义路线最接近的预定数量的交汇点之一，则显示第一指示。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明的优选和可替换的实施例。

附图1说明了按照本发明的一个实施例构造的示例雷达***。

附图2为示出了飞行器与天气元之间几何关系的示意图；

附图3说明了按照本发明的一个实施例构造的平面视图天气雷达显示器的屏幕截图。

具体实施方式

图1示出了一个***30，用于预测天气异常(例如，对流元)将何时与飞行器20的交汇。该***30包括雷达显示***38，该雷达显示***38包括天气雷达***40、显示处理器42、存储器43、显示装置44和与显示处理器42耦合的用户接口48。飞行器20还包括其他飞行器***46，例如用于与天气雷达***40和雷达显示***38进行信号通信的飞行数据计算机(ADC)。显示处理器42与雷达***40、显示装置44、ADC46及存储器43电耦合。雷达***40包括雷达控制器50、发射器52、接收器54、天线56以及天线控制器61。基于选定的雷达模式、从用户接口48接收的其他飞行员输入、从ADC46、飞行管理***(FMS)、惯性导航***(INS)、和/或全球定位***(GPS)(未示出)接收的飞行器数据(例如：海拔、速度、位置、航向、滚动、偏航、倾斜等)，雷达控制器50控制发射器52和接收器54以便通过天线56执行信号的发送和接收。ADC46基于从不同飞行器的飞行***接收的信号来产生飞行数据。

雷达***40从发射器52发送雷达信号并将天线56按照天线控制器61确定的方向指向到空间中，并且如果目标60出现而将能量散播回接收器，则用接收器54检测返回信号。优选地，雷达***40将返回信号(例如，反射率数据或者湍流数据)数字化并将数字化的信号发送给显示处理器42。显示处理器42变换接收到的返回信号，以供在存储器43的多维缓冲器中存储。显示处理器42接着基于从用户接口48发射的任何控制信息或基于来自雷达***40的信号(例如预测的风切变警报)产生用于在显示装置44上呈现的二维图像。

显示处理器42在显示装置44上产生对流元移动的显示，从而飞行员可以立即判断对流元是否将批准从计划路线的偏离。如果飞行器保持当前的速度并且调整航向以便在交汇时与移动的元交汇，则产生的显示呈现出与元与飞行器交汇时期望的位置。飞行员可以接着比较交汇点与当前路线来判断，是否与元之间有足够的间隙以便安全地继续，或者是否应当计划偏离。

交汇点按如下被计算。假设对流元正在被处理器42执行的跟踪函数所跟踪。跟踪函数提供了滤波后的元在地面固定的水平平面中的位置和速度。跟踪函数涉及按时间对元位置进行的噪声测量和估计实际的元位置和速度。从跟踪处理得到的元位置比只进行噪声测量相比被认为是更好的位置(滤波后)。并且，跟踪函数可以在测量之间的时间间隔期间对元位置进行外推。

图2示出了具有速度向量V_CT的元位置和元的移动方向。在当前飞行器位置和元当前位置之间的距离是距离R。飞行器的速度被示出为到交汇点的向量V_AT。速度向量V_AT不意在成为当前的飞行器速度向量，但它是在当前飞行器位置至交汇点的方向上具有与当前飞行器速度的幅度相等的速度向量V_AT。因此如果飞行员希望与元交汇，则向量V_AT是飞行器需要飞行的方向。

为了找出交汇点，计算到达交汇点的时间。因此：

R＝V_CTcosα+V_ATcosβ，(1)

其中T是到达交汇点的时间。求解T，

$T=\frac{R}{V_C\cos \mathrm{\α}+V_A\cos \mathrm{\β}}---\left(2\right)$

使用元和飞行器的已知位置，可以很容易计算R的值。分母的第一项可以通过点积被计算

$V_C\cos \mathrm{\α}=-{\stackrel{\→}{V}}_C.\hat{R},---\left(3\right)$

其中

为元相对于飞行器位置方向上的单位向量，

是元的速度向量。第二项可以按如下计算：

$V_A\cos \mathrm{\β}={[V_A^2-{\left(V_A\sin \mathrm{\β}\right)}^2]}^{1/2}---\left(4\right)$

利用关系V_Asinβ＝V_Csinα，上式可以写成：

$V_A\cos \mathrm{\β}={[V_A^2-{\left(V_C\sin \mathrm{\α}\right)}^2]}^{1/2}={[V_A^2-(V_C^2-{\left(V_C\cos \mathrm{\α}\right)}^2)]}^{1/2}---\left(5\right)$

在公式(2)中使用公式(3)和(5)的结果允许计算交汇的时间(T)。然后通过下式给出交汇点：

$\stackrel{\→}{R}+{\stackrel{\→}{V}}_{C}T---\left(6\right)$

元移动的显示包括显示交汇点的指示和哪个对流元将预期移动到该点的指示。图3示出了一个例子。假设飞行器(图标100)的飞行计划/路线为飞行器前面的直线路线。在平面视图天气显示器上示出了两个对流元102、104。两个元距离飞行计划/路线(图中示出为从飞行器图标100延伸的虚线)的距离大致相等并且以基本上相同的速度朝着飞行计划移动。预测出的交汇点108、110被示出为黑色十字。黑色短划线示出了元102、104到各自的交汇点108、110的路线。

根据元的将来位置具有什么样的威胁等级，十字可被不同地呈现。例如，若交汇点108的十字以黄褐色被显示或是闪烁的，而交汇点110的十字则不是。

由于元102、104具有相同的速度，当飞行器接近时，较远的元104将会行进较长的距离。利用该附加的时间，元104将会穿过飞行器图标100前面的飞行计划/路线，并且将不会干扰飞行器操作。另一方面，飞行器图标100靠近较近的元102所需的时间较短，因此元102为到达交汇点108而将行进的距离较短。因此，可以预测交汇点108与非常接近飞行路线，并因此会批准偏离。

在一个实施例中，只在显示装置44上呈现在与飞行器的飞行路线/计划的阈值距离内的交汇点。

在另一个实施例中，如果多个活动的元处于飞行器的预定义周边地区内，则只显示阈值数量的交汇点。例如，只有距离飞行器的飞行路线/计划最近的五个交汇点被呈现在显示装置44上。

要求了排他属性或特权的本发明实施例被定义如下。

Claims (10)

1.一种在飞行器(20)上由雷达***(30)执行的方法，所述方法包括：

接收至少一个天气异常的位置、移动方向和速度信息；

基于接收到的所述位置、移动方向和速度信息以及飞行器的位置和当前速度信息，确定所述至少一个天气异常的交汇点。

将交汇点作为第一指示显示在显示装置(44)上。

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括显示将交汇点与所关联的天气异常相关联的第二指示，其中第二指示包括连接在天气异常与第一指示之间的连线。

3.如权利要求1所述的方法，其中天气异常为对流元。

4.如权利要求1所述的方法，其中显示包括，如果确定的交汇点在飞行器的预定义飞行路线的阈值距离内，则显示第一指示。

5.如权利要求1所述的方法，其中显示包括，如果确定的交汇点是与飞行器的预定义路线最接近的预定数量的交汇点之一，则显示第一指示。

6.一种位于飞行器上的***(30)，该***包括：

雷达组件(40)，配置为接收反射率数据；

处理器(42)，配置为基于反射率数据确定至少一个天气异常的位置、移动方向和速度信息，基于接收到的位置、移动方向和速度信息以及飞行器的位置和当前速度信息确定与该至少一个天气异常的交汇点，并且基于确定的交汇点产生第一指示；和

显示装置(44)，用于显示第一指示。

7.如权利要求6所述的***，其中处理器进一步被配置为产生将交汇点与所关联的天气异常相关联的第二指示，其中显示装置进一步被配置为显示第二指示，其中第二指示包括连接在天气异常与第一指示之间的连线。

8.如权利要求6所述的***，其中天气异常为对流元。

9.如权利要求6所述的***，其中如果确定的交汇点在飞行器的预定义飞行路线的阈值距离内，则处理器产生第一指示。

10.如权利要求6所述的***，其中如果确定的交汇点是与飞行器的预定义路线最接近的预定数量的交汇点之一，则处理器产生第一指示。

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