CN103010473B - 用于飞行器的高空气象现象报警设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞行器的高空气象报警设备，所述飞行器包括能够检测气象现象的机载装置（104），所述设备包括：‑用于收集和存储气象数据的模块（101），所述气象数据由能够检测所述气象现象的机载装置（104）产生，‑用于根据所收集的气象数据产生报告的模块（102），‑用于发送报告的模块（103），‑用于接收由周围飞行器发送的报告的模块（107），‑用于处理及合并所接收的所述报告并用于在报告表示高空气象现象时产生警报的模块（106），‑用于融合从飞行器以及气象站生成的数据的模块，所述模块位于地面站中并包括地面/空中通信模块，所述地面/空中通信模块用于根据每个飞行器与高空气象现象相关的位置，将适合的气象报告发送到每个飞行器。

Description

用于飞行器的高空气象现象报警设备

技术领域

本发明涉及一种为飞行中的飞行器提供导航气象协助的协作机载***。

背景技术

根据现有技术，经由从位于地面站的语音连接向飞行中的飞行器提供气象信息。不存在用于传输与飞行器遭遇的现象相关的信息的计算机化装置。

除非说明书或附图中另行规定，下表中的符号、首字母缩略词以及缩写词具有所示含义。

用于提供气象信息的过程包括以下步骤：

-通过航空气象服务从不同的信息源（地面气象站、卫星和气象观测雷达站）获得气象信息，

-输出图和图像的消息（METAR、TAF、SIGMET、GAMET、AIRMET、GAFAR等）：TEMSI-WINTEM、卫星和雷达、天气锋图（front map）；观测的无线电声测高空气象、地区机动（tactical）公告、本地最终公告；

-把这些数据提供给飞行器的导航机组人员，

-在飞行中，机载天气雷达的采集；性能有限：在晴天CAT时未检测湍流，在前方第一扰乱之外无视野。

目前，飞行器的飞行员传送与遭遇的气象扰乱相关的天气报告的唯一可能的方式是在飞行员工作负荷很高时使用VHF链路。因此通常在飞行结束时制成与所遭遇的天气相关的报告，这太迟了而无法向其它飞行器提供实时协助。

提供给机组人员的气象信息是根据高空气象建模而生成的预报信息。该信息在飞行中并不更新，并且未考虑这些预报之外可能发生的非常局部以及极端的天气现象。气象预报与飞行中遭遇的实际情况之间的差别在导航中是相当常见的。

因此气象站没有考虑非常局部以及快速变化的气象条件。这些快速变化没有以有效的方式传送到飞行中的飞行器。

因此在飞行中实时的气象情况的观测非常重要，并且非常有助于实时了解位于航线上的灾害现象的气象。

最近已经出现能够收集可用的观测信息以便能够了解位于航线上或飞行器正移动的区域的实际气象情况的***。

例如，文献US2002/0039072公开了一种由地面站收集和处理这些观测数据并将其广播给飞行器的方法。然而，该方法的缺陷在于：当飞行器（提供观测数据或接收处理数据）无法与地面站联系时，该方法无法操作。而且，该方法需要根据飞行器在疑似区域内的位置，提供至飞行器的目标返回（targeted return）。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种用于飞行器的高空气象现象报警设备来克服上述缺陷，该报警设备实时地考虑来自飞行器的观测，并且在不需要地面站和飞行器之间联系的情况下进行操作。

为此，本发明的主题是一种用于飞行器的高空气象现象报警设备，该飞行器包括能够检测气象现象的机载装置，该设备包括：

-用于收集和存储气象数据的模块，所述气象数据由能够检测所述气象现象的机载装置产生；

-用于根据所收集的气象数据产生报告的模块；

-用于发送所述报告的模块；

-用于接收由周围飞行器发送的报告的模块；

-用于处理及合并所接收的所述报告并用于在报告表示高空气象现象时产生警报的模块；

所述处理及合并模块包括数据融合***(203)，所述数据融合***（203）包括用于融合从飞行器以及气象站产生的数据的模块，所述融合模块位于地面站中并且包括地面/空中通信模块，所述地面/空中通信模块用于根据每个飞行器与高空气象现象相关的位置，将适合的气象报告发送到每个飞行器。

有利地，所述高空气象现象报警设备还包括转向协助模块，该转向协助模块基于所合并的报告进行转向。

有利地，所述高空气象现象报警设备还包括输入模块（201），该输入模块能够使驾驶飞行器的机组人员输入与气象条件相关的观测数据。

有利地，所述高空气象现象报警设备还包括用于实施与其它飞行器交互对话的交互对话模块。

有利地，所述高空气象现象报警设备包括用于询问周围飞行器中至少一个并收集这些气象数据的询问模块。

本发明基于一种飞行器中的机载***，该机载***之间相互通信，并且该机载***能够以发送和接收模式来处理气象数据。

将飞行器遭遇的困难或甚至灾害性气象条件半自动地发送到位于同一区域内或同一航线上的其它飞行器。

因此，本发明使得飞行中的飞行器能够实时观测所面临的高空气象现象。将该飞行器的观测数据广播到周围飞行器。

本发明的优点在于即使在地面无线电无法覆盖的区域也能够操作。

附图说明

通过参考附图来阅读作为非限制性示例给出的详细描述，可以更好地理解本发明，并且其它优点也将变得明显，其中：

图1示出根据本发明的设备的第一变形实施例；

图2示出根据本发明的设备的第二变形实施例；

图3示出具有多个飞行器时本发明的操作。

具体实施方式

本发明在其最简单的操作模式下包括以下功能：

-观测由飞行中的飞行器遭遇的灾害现象，并将其发送到其它飞行器；

-由飞行器合并这些数据，

-为飞行中的飞行器提供转向协助。

本发明通过使用由邻近或位于同一路线上的航线中的飞行器实时获得的高空气象观测数据，为飞行器提供实时气象协助。

飞行中的飞行器遭遇的与灾害性并且有时是短暂的气象现象相关的信息被用于协助性地警告使用同一航线的飞行器，并且因而有助于这些飞行器避免这些灾害现象。因此飞行器被用作互相通信的移动气象站。

所提出的设备凭借支持上述功能的机载硬件和软件***来执行该服务和处理。

本发明还涉及一种由***支持的方法，该方法能够使用数据融合技术来最佳地合并一组多源气象数据（尤其是由飞行中的飞行器的机载观测数据实时提供的天气消息）。

图1示出根据本发明的设备的第一变形实施例。该高空气象现象报警设备包括：

-用于收集和存储气象数据的模块101，该数据由能够检测气象现象的机载装置104得到，并均被沿着飞行器的路线存储；

-用于根据所收集的数据来产生报告的模块102；

-用于发送报告的模块103；

-用于接收由其它飞行器发送的报告的模块107；

-用于处理所接收的报告并当报告表示高空气象现象时生成警报的模块106。

传统的有助于检测气象现象的机载装置104（雷达、反应及预测风切变检测装置，等）被用于收集气象数据。

图2示出根据本发明的设备的第二变形实施例。在该第二变形实施例中，该设备还包括用于由机组人员输入与气象条件相关的观测数据以及评论的模块201，该报告则还包括来自机组人员的所述观测数据以及评论。

该收集和存储模块101集中来自机载装置104的并与机载装置遭遇的天气现象相关的信息。

该数据被传送到用于产生报告的模块102。

该报告可以被自动地发送，或者在依次发送之前由机组人员输出，以便例如采用观测数据进行注释。

有利地，根据本发明的设备包括人机界面（HMI）105，该界面例如包括接收报告并向飞行员呈现所接收的报告的对话***。

有利地，根据本发明的设备包括用于飞行员做出飞行器转向决策的协助模块202，并且将航线上观测到的高空气象信息提供给该协助模块202。面对由航线上一个或多个已观测到这些现象的飞行器所报告的扰乱，为该飞行器提供了使其能够做出可靠的转向决策以避开这些现象的数据。

例如以航空天气标准形式的这些编码的气象数据因此首先源于其它飞行器（也称为前哨飞行器）的观测数据，该观测数据可能补充有不同协助源的气象数据，即：

-机载装置（天气雷达、高空气象和惯性传感器，等）以及，可能地

-来自从地面接收的气象站的报告。

优选地，HMI 105包括对话及显示终端，以及用于处理数据并向该终端提供内部或外部存储的中央计算单元。

有利地，该对话终端包括在其内部存储器中的从其它飞行器远程接收的气象数据，该气象数据实现了在屏幕上显示所述气象现象的特定位置。

该对话终端包括与计算机相关联的显示屏幕和键盘，该计算机包含用于处理和在屏幕上呈现数据的软件。

该设备还具有计算机装置106，该计算机装置106用于处理从飞行中的飞行器上的机载设备（观测者/前哨）接收的观测消息，以基于数据与其它气象源的融合203来合并它们经过处理的内容。该结果是通过融合算法合并的数据集。

所使用的数据融合是多源气象信息处理技术。该技术能够融合与气象现象相关的多个数据，以便相比于对从所有源获得数据的每一个均孤立考虑的情况，能够获得其更深层的了解。

有利地，该设备还包括与其它飞行器对话的交互和自动对话模块204。

有利地，该对话模块允许由客户端询问正观测的飞行器，以通过“自动”返回而重新获得与被询问飞行器当前位置相关的精确信息，例如通过明确的询问“在你所处的地方所报告的扰乱是否还活跃？”。

实际上，可以在单个中央处理单元（例如，连接到屏幕和键盘的计算机）上运行不同的模块，该单个中央处理单元同时对飞行中的飞行器执行作为服务客户端功能的数据的处理、合并，以及分配。

该终端通过其连接到现有机载装置的中央处理单元获得并集中与高空气象情况相关的数据。该终端通过其屏幕/键盘用作与飞行员的对话界面。该终端还通过其中央处理单元连接到通信设备，这能够使其向其它飞行器传送报告。

该***的硬件架构是嵌入式的并包括装置项，当飞行器在观测中（前哨模式）以及当飞行器作为客户端接收警报时，均运行该装置项。

因此每架飞行器能够用作观测装置（前哨模式）和使用信息的装置（客户端模式）。

图3示出具有多个飞行器时本发明的操作。称为“前哨”的第一飞行器302经由通信装置广播其与气象现象303相关的报告，在该第一飞行器当前位置周围的其它飞行器301.1,301.2,301.3通过例如使用专用的VHF无线电频率能够接收到该报告。

侦听该频道的“客户端”飞行器301.1，301.2,301.3实时接收并处理该信息，用以其在航程中使用。该操作模式需要在客户端飞行器上本地处理来自前哨飞行器302、其自身的传感器所产生的信息、以及从其它处获得的信息。

在本发明中，可以区分两种融合类型：传感器和数据。

第一种类型与来自基本上位于飞行器上的以下不同传感器的信息组合相关，例如天气雷达、导航***、惯性传感器、红外或可见光相机、高空气象激光传感器、紫外传感器、超声波传感器等。通过融合处理来自传感器的各种数据，以从中提取与观测飞行器的当前高空气象位置相关的报告。

在生成报告中，多种已知方法可用于数据融合。作为示例，可以使用“专家”***技术（神经网络和推理机）来产生数据融合处理软件模块。一旦开发该模块，需要气象专家的协助，以完成知识库以及用于分配从知识库中传下的决策因子的功能。该结果以信息形式提供给飞行员，该信息为转向决策的理由给出百分比指示。

多种数据融合方法可用于生产本发明的设备。以上描述了一种最佳的已知方法。

由此获得的分析结果通过空/地通信装置，并以针对与“客户端”飞行器各自面对扰乱相关的位置的方式，分配到飞行中的“客户端”飞行器。

根据本发明的一个实施例，该设备包括用于询问周围飞行器的至少一个并收集这些气象数据的模块。“客户端”飞行器可以询问“前哨”或者作为该服务的成员的任何其它飞行器，以获知其在给定时刻的气象情况。

Claims (4)

1.一种用于飞行器的高空气象现象报警设备，所述飞行器包括能够检测气象现象的机载装置，所述设备包括：

用于收集和存储气象数据的模块，所述气象数据由以下产生：

-能够检测所述气象现象的机载装置，所述机载装置包括天气雷达、导航***、惯性传感器、红外或可见光相机、高空气象激光传感器、紫外传感器或超声波传感器；

-使用同一航线的周围飞行器；以及

-在地面上且包括地面/空中通信模块的气象站；

用于根据所收集的气象数据产生报告的模块；

用于发送所述报告的模块，所述报告被自动地或手动地发送；

输入模块，所述输入模块能够使驾驶所述飞行器的机组人员输入与气象条件相关的观测数据；

用于接收由使用同一航线的周围飞行器发送的报告的模块；

用于处理及合并所接收的报告并用于在至少一个所接收的报告表示高空气象现象时产生警报的模块；以及

其中所述处理及合并模块包括数据融合***，所述数据融合***包括用于融合从飞行器、周围飞行器报告以及在地面上且包括地面/空中通信模块的气象站产生的数据的模块，所述地面/空中通信模块能够根据每个飞行器与高空气象现象相关的位置，将适合的气象报告发送到每个飞行器。

2.根据权利要求1所述的高空气象现象报警设备，还包括转向协助模块，基于所合并的报告进行转向。

3.根据权利要求1所述的高空气象现象报警设备，还包括用于实施与其它飞行器交互对话的交互对话模块。

4.根据权利要求1所述的高空气象现象报警设备，包括用于询问所述周围飞行器中至少一个并收集所述气象数据的模块。