CN112530204B - 用于确定飞机航路上的等时点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定飞机航路上的等时点的方法，该方法包括以下步骤：获取待飞航段的起点和终点的经纬度坐标并形成航段路线；获取选定的两个备降参考点的经纬度坐标，并计算自航段路线上各点至两个备降参考点的相对位移；计算飞机执行备降飞行的地速；结合相对位移和地速，计算飞行至两个备降参考点的时间差；求解该时间差的极小值，将极小值所对应的坐标点确定为待飞航段中的等时点。根据本发明的用于确定飞机航路上的等时点的方法，能够精准地确定等时点的位置，并且等时点的计算过程和耗时在各种情形下都保持稳定，从而能够确保在紧急情况等必要情形下快速且准确地确定等时点，以便机组及时地做出最优的备降决定。

Description

用于确定飞机航路上的等时点的方法

技术领域

本发明涉及飞机尤其是民用飞机的飞行管理***的等时点功能，尤其涉及一种用于确定飞机航路上的等时点的方法。

背景技术

飞行管理***(即FMS)是一个辅助飞行员完成从起飞到着陆各项任务的***，能够管理、监视和自动操纵飞机，实现飞机全航程的自动飞行。FMS能够综合机上传感器数据，计算飞机当前位置、速度、航向等信息，保证飞机稳定地飞行在飞行计划规定的航路上。FMS的引入可以有效降低飞行员的工作负担、提高飞机自动水平，保证飞机最优化地完成各项飞行任务。此外，飞行员可以根据实际需要，在飞行过程中利用FMS修改飞行计划，更改目的地机场或者飞行航路。

等时点(也称为Equal Time Point或者Equi-Time Point)是FMS根据两个选定的备降机场的位置，在飞行计划航路上确定的一个虚拟航路点。从等时点到达这两个备降机场的时间是相同的。等时点频繁应用于长航程飞行，特别是越洋航线。等时点的确定可以由航空公司地面运营中心在飞机起飞前计算得到，再告知飞行员，或者通过机载FMS根据选定备降机场的实时情况进行确定。等时点的位置信息是在飞行过程中遇到紧急情况(如乘客病急和***故障)时，飞机需要进行及时备降的重要参数，可以辅助飞行员以最短时间到达备降机场。此外，等时点功能也是飞机延程运营(简称为ETOPS)的重要组成部分。对于ETOPS需求大于180分钟双发民用飞机，包括距离、时间和油耗等的等时点功能相关信息对于飞机安全运营是极为重要的。

在现有技术中，针对等时点的确定或计算已经提出了一些解决方案。其中较为典型的一类用于确定等时点的方法，其整体方案主要是先计算出相关变量较少因而计算较为容易的两个备降机场的等距点，在等距点的基础上通过数值逼近方法，例如利用一定步长的移动和相应的差值判断，来确定等时点。例如，现有技术的一种用于确定等时点的方法涉及在飞行计划航段上先找到一个距离两个选定备降机场大圆距离相等的等距点，然后以等距点位置为初始坐标，在沿航段方向上前后移动坐标点的位置，分别计算出到达两个备降机场的对应时间及其差值，通过反复试错的方法确定时间差值小于设定阈值的等时点坐标。

然而，上述现有技术的解决方案的一个问题在于其计算得到的等时点仅仅是近似的等时点，因而无法帮助飞行员在需要备降的情形下选择最优的备降地点和备降方案。其另一问题在于，由于其方法未能实现更为精准的数学建模和公式化解算，在一些情形下不仅所得到的等时点不够准确其计算方法的收敛速度也不确定。例如，一旦出现因客观条件导致的等距点和等时点的间距较远的情形，那么这种计算方法的收敛速度及获得结果的速度将可能过慢，而无法满足在紧急情况下快速准确地确定等时点的要求。

因此，亟需提供一种新的用于确定飞机航路上的等时点的方法，以至少部分缓解或解决现有技术存在的上述问题或缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有的用于确定等时点的方法所确定的等时点不够精准因而无法帮助飞行员选择最优的备降方案以及计算确定等时点的时间可能过长而无法满足在紧急情况下快速准确地确定等时点的要求的缺陷，提出一种新的用于确定飞机航路上的等时点的方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特点在于，所述方法包括以下步骤：

获取待飞航段的起点和终点的经纬度坐标，并基于其形成以经纬度坐标表示的航段路线；

获取选定的备降第一参考点和备降第二参考点的经纬度坐标，并基于其以及所述航段路线，计算自所述航段路线上各点至所述备降第一参考点和至所述备降第二参考点的相对位移；

基于飞机的空速、所述备降第一参考点和所述备降第二参考点的风速，计算飞机自所述航段路线上各点飞行至所述备降第一参考点和至所述备降第二参考点的地速；

结合所述相对位移和所述地速，计算飞机自所述航段路线上各点飞行至所述备降第一参考点和至所述备降第二参考点的时间差；

在由所述待飞航段的起点和终点及所述航段路线所限定的边界条件下求解所述时间差的极小值，将取得极小值所对应的位于所述航段路线上的坐标点确定为所述待飞航段中的等时点。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：

若求解所述时间差的极小值所得到的所述极小值为零，则将所述极小值对应的所述坐标点确定为所述待飞航段中的严格等时点。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：

若求解所述时间差的极小值所得到的所述极小值大于零且未超出时间差设定阈值，则将所述极小值对应的所述坐标点确定为所述待飞航段中的近似等时点。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：

若求解所述时间差的极小值所得到的所述极小值大于所述时间差设定阈值，则将所述极小值对应的所述坐标点确定为所述待飞航段中的辅助等时点。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：

在机载的显示装置中显示所述严格等时点、所述近似等时点或所述辅助等时点，其中所述严格等时点、所述近似等时点和所述辅助等时点的显示样式不同。

根据本发明的一种实施方式，在所述显示装置中将所述严格等时点、所述近似等时点和所述辅助等时点显示于水平飞行剖面视图中。

根据本发明的一种实施方式，在所述显示装置中显示所述近似等时点或所述辅助等时点的同时，显示所述近似等时点或所述辅助等时点所对应的所述极小值。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：

自飞机的机载导航数据库中获取所述备降第一参考点、所述备降第二参考点、以及所述航段的起点和终点的经纬度坐标。

根据本发明的一种实施方式，所述备降第一参考点和所述备降第二参考点选自所述待飞航段的备降机场。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：

由飞机通过向位于所述备降第一参考点和所述备降第二参考点的地面***发送数据链请求，以请求所述地面***反馈所述备降第一参考点和所述备降第二参考点的风速。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

确定所述飞机航路中包含的各个待飞航段中的所述等时点及与之对应的所述时间差，并从中确定所述飞机航路中的全局最小时间差值及与之对应的全局等时点。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

根据本发明的用于确定飞机航路上的等时点的方法，能够精准地确定等时点的位置，并且等时点的计算过程和耗时在各种情形下都保持稳定，从而能够确保在紧急情况等必要情形下快速且准确地确定等时点，以便机组及时地做出最优的备降决定。

附图说明

图1为根据本发明的优选实施方式的用于确定飞机航路上的等时点的方法的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明的优选实施方式的用于确定飞机航路上的等时点的方法中涉及的部分计算量的图例。

图3示出了根据本发明的优选实施方式的用于确定飞机航路上的等时点的方法中涉及的示例性计算求解过程。

图4为根据本发明的优选实施方式的用于确定飞机航路上的等时点的方法中涉及的三类等时点的区分步骤的示意图。

图5a-5c分别示出了根据本发明的优选实施方式的用于确定飞机航路上的等时点的方法中涉及的对于三类等时点的显示方式的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

参考图1所示，根据本发明的较佳实施方式的用于确定飞机航路上的等时点的方法，该方法包括以下步骤：

获取待飞航段的起点和终点的经纬度坐标，并基于其形成以经纬度坐标表示的航段路线，即形成航段的路径表达式，例如可以是航段起点至终点的连线的坐标表达式；

获取选定的备降第一参考点(也可简称为第一参考点或参考点1)和备降第二参考点(也可简称为第二参考点或参考点2)的经纬度坐标，并基于其以及航段路线，计算自航段路线上各点至备降第一参考点和至备降第二参考点的相对位移；

基于飞机的空速、备降第一参考点和备降第二参考点的风速，计算飞机自航段路线上各点飞行至备降第一参考点和至备降第二参考点的地速；

结合相对位移和地速，计算飞机自航段路线上各点飞行至备降第一参考点和至备降第二参考点的时间差；

在由待飞航段的起点和终点及航段路线所限定的边界条件下求解时间差的极小值，将取得极小值所对应的位于航段路线上的坐标点确定为待飞航段中的等时点。

其中，应理解的是，本文中涉及的诸如速度、相对位移等量都应理解为矢量，其既包括数值也包括方向，表达都对应于矢量而非标量。

并且，其中诸如相对位移、地速等的计算步骤，所得结果和航段路线类似均以经纬度坐标来表示，而非计算得出具体的数值。在此基础上，依据上述方法最终求解该时间差的极小值之前，该极小值同样被表达为包含经纬度坐标的表达式，或者也可理解为包含经纬度坐标作为自变量的函数。

为便于理解，图2中示出了飞机等时点的计算图例，其中直观示出了上述计算中涉及的一部分矢量。图2中，航路点A、B、C、D的经纬度坐标可以表示为(X_A,Y_A)、(X_B,Y_B)、(X_C,Y_C)和(X_D,Y_D)，图示的参考点1和参考点2(即备降第一参考点和备降第二参考点)的经纬度坐标可以表示为(X₁,Y₁)和(X₂,Y₂)。风况信息包括风力大小和风角，图2中参考点1和2的风力分别为W₁和W₂，风角分别为

和

取航段BC上一点(X,Y)为例，点(X,Y)与参考点1的连线为飞行到参考点1的航迹，点(X,Y)与参考点2的连线为飞行到参考点2的航迹。计算过程在前文已做说明，在此不再赘述。

根据本发明的一些优选实施方式，该方法还包括以下步骤：

自飞机的机载导航数据库中获取备降第一参考点、备降第二参考点、以及航段的起点和终点的经纬度坐标。

根据本发明的一些优选实施方式，备降第一参考点和备降第二参考点选自待飞航段的备降机场。

根据本发明的一些优选实施方式，该方法还可包括以下步骤：

由飞机通过向位于备降第一参考点和备降第二参考点的地面***发送数据链请求，以请求地面***反馈备降第一参考点和备降第二参考点的风速。

应理解的是，在此所称的风速可包括风力以及风向或风角。

在上述优选实施方式中，对等时点的求解过程可例如图3中所示。如图3所示，机载导航数据库中储存了公布的航空导航数据信息，可以从中查询得到航段的起点和终点的坐标。并且，可以由飞行机组通过数据链手动或者自动获取第一和第二参考点的相关信息。根据航段的起点和终点的坐标，可以得到航段路线(例如直线)的表达式或方程，例如直线方程，其中包含了作为自变量的航段上的点的坐标。在此基础上可以获得从航段上的点到达第一参考点和第二参考点的距离表达式(即相对位移表达式)。另一方面，通过风速和飞机空速可计算得到飞机的地速表达式，将其与以上距离表达式结合进行计算可最终获得飞往第一参考点和第二参考点的时间差值表达式。最后，基于该时间差值表达式求取极小值可以确定极小值以及其对应的经纬度坐标，该经纬度坐标即等时点的坐标。

在上述计算过程中，可以理解的是，地速大小的确定方法可以借助飞机速度的矢量三角形。飞机的地速矢量是由风速矢量和飞机的空速矢量相加得到。通过航迹角、风角、真空速大小和风速大小等得以基于几何关系计算确定地速大小。

根据本发明的一些优选实施方式，根据极小值求解结果的不同，可分别产生三类等时点，以区别提示飞行员，该三类等时点为严格等时点、近似等时点、辅助等时点(即图示等时辅助点)。

据此，参考图4所示，举例来说，该方法还包括以下步骤：

若求解时间差的极小值所得到的极小值为零，则将极小值对应的坐标点确定为待飞航段中的严格等时点；

若求解时间差的极小值所得到的极小值大于零且未超出时间差设定阈值，则将极小值对应的坐标点确定为待飞航段中的近似等时点；

若求解时间差的极小值所得到的极小值大于时间差设定阈值，则将极小值对应的坐标点确定为待飞航段中的辅助等时点。

其中，在上述例子中，等时点的求取可以是诸如航段或者航路的全局等时点，相应的时间差的极小值为航段或航路的全局最小值。

根据本发明的一些进一步优选的实施方式，该方法还包括以下步骤：

在机载的显示装置中显示严格等时点、近似等时点或辅助等时点，其中严格等时点、近似等时点和辅助等时点的显示样式不同。

进一步优选地，在显示装置中将严格等时点、近似等时点和辅助等时点显示于水平飞行剖面视图中。

进一步优选地，在显示装置中显示近似等时点或辅助等时点的同时，显示近似等时点或辅助等时点所对应的极小值。例如，可以在水平飞行剖面上对最佳的参考点(即备降第一和第二参考点)进行箭头指示，辅助时间信息的显示。

这种方式，将提供更为有利的关于备降参考点的信息和时间差值的直观显示，辅助机组进行参考点选择，以便于机组能够更快地做出更有利、更安全的备降选择。

以下将参考图5a、5b、5c中所示出的显示样例，对严格等时点、近似等时点和辅助等时点的显示样式做示例性说明。

图5a是严格等时点的显示示意图。图5a中，①表示参考点1，②表示参考点2，③表示通过计算确定的严格等时点，显示方式为“ETP(REF1；REF2；00：00)”。ETP为等时点(EqualTime Point)的缩写，为固定显示。括号中的REF1和REF2为可变显示，一般为参考点对应的航路点缩写，表明该严格等时点是关于参考点REF1和REF2生成的。括号中的时间“00:00”为固定显示，代表严格等时点到达两个参考点的时间差值为零，为严格等时点的特征。

图5b是近似等时点的显示示意图。其中，①表示参考点1，②表示参考点2，③表示通过计算确定的近似等时点，显示方式为“ETP(REF1；REF2；xx:yy)”。ETP为等时点(EqualTime Point)的缩写，为固定显示。括号中的REF1和REF2为可变显示，一般为参考点对应的航路点缩写，表明近似等时点是关于参考点REF1和REF2生成的。

并且，如果到达REF1的时间更短的话，REF1应显示在REF2之前，即“ETP(REF1；REF2；xx:yy)”；

而如果到达REF2的时间更短的话，REF2应显示在REF1之前，即“ETP(REF2；REF1；xx:yy)”。

括号中的时间“xx:yy”为可变显示，代表自近似等时点到达两个参考点的时间小于或等于设定阈值的最小时间差值，其为近似等时点的特征，其中“xx”表示分钟数，“yy”表示秒数。

图5c是等时辅助点的显示示意图。其中，①表示参考点1，②表示参考点2，③表示通过计算确定的等时辅助点，显示方式为“A-ETP(REF1；REF2；xx:yy)”。A-ETP为等时辅助点(Auxiliary Equal Time Point)的缩写，为固定显示。括号中的REF1和REF2为可变显示，一般为参考点对应的航路点缩写，表明等时辅助点是关于参考点REF1和REF2生成的。

并且，如果到达REF1的时间更短的话，REF1应显示在REF2之前，即“A-ETP(REF1；REF2；xx:yy)”；

而如果到达REF2的时间更短的话，REF2应显示在REF1之前，即“A-ETP(REF2；REF1；xx:yy)”。

括号中的时间“xx:yy”为可变显示，代表自等时辅助点到达两个参考点的最小时间差值，其中“xx”表示分钟数，“yy”表示秒数。

根据本发明的上述优选实施方式的用于确定飞机航路上的等时点的方法，能够精准地确定等时点的位置，并且等时点的计算过程和耗时在各种情形下都保持稳定，从而能够确保在紧急情况等必要情形下快速且准确地确定等时点，以便机组能够得到及时且准确的辅助信息，从而及时做出最佳的备降选择。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取待飞航段的起点和终点的经纬度坐标，并基于其形成以经纬度坐标表示的航段路线；

获取选定的备降第一参考点和备降第二参考点的经纬度坐标，并基于其以及所述航段路线，计算自所述航段路线上各点至所述备降第一参考点和至所述备降第二参考点的相对位移；

基于飞机的空速、所述备降第一参考点和所述备降第二参考点的风速，计算飞机自所述航段路线上各点飞行至所述备降第一参考点和至所述备降第二参考点的地速；

结合所述相对位移和所述地速，计算飞机自所述航段路线上各点飞行至所述备降第一参考点和至所述备降第二参考点的时间差；

在由所述待飞航段的起点和终点及所述航段路线所限定的边界条件下求解所述时间差的极小值，将取得极小值所对应的位于所述航段路线上的坐标点确定为所述待飞航段中的等时点。

2.如权利要求1所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

若求解所述时间差的极小值所得到的所述极小值为零，则将所述极小值对应的所述坐标点确定为所述待飞航段中的严格等时点。

3.如权利要求2所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

若求解所述时间差的极小值所得到的所述极小值大于零且未超出时间差设定阈值，则将所述极小值对应的所述坐标点确定为所述待飞航段中的近似等时点。

4.如权利要求3所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

若求解所述时间差的极小值所得到的所述极小值大于所述时间差设定阈值，则将所述极小值对应的所述坐标点确定为所述待飞航段中的辅助等时点。

5.如权利要求4所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

在机载的显示装置中显示所述严格等时点、所述近似等时点或所述辅助等时点，其中所述严格等时点、所述近似等时点和所述辅助等时点的显示样式不同。

6.如权利要求5所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，在所述显示装置中将所述严格等时点、所述近似等时点和所述辅助等时点显示于水平飞行剖面视图中。

7.如权利要求5所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，在所述显示装置中显示所述近似等时点或所述辅助等时点的同时，显示所述近似等时点或所述辅助等时点所对应的所述极小值。

8.如权利要求1所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

自飞机的机载导航数据库中获取所述备降第一参考点、所述备降第二参考点、以及所述航段的起点和终点的经纬度坐标。

9.如权利要求8所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述备降第一参考点和所述备降第二参考点选自所述待飞航段的备降机场。

10.如权利要求1所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

由飞机通过向位于所述备降第一参考点和所述备降第二参考点的地面***发送数据链请求，以请求所述地面***反馈所述备降第一参考点和所述备降第二参考点的风速。

11.如权利要求1-10中任一项所述的用于确定飞机航路上的等时点的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述飞机航路中包含的各个待飞航段中的所述等时点及与之对应的所述时间差，并从中确定所述飞机航路中的全局最小时间差值及与之对应的全局等时点。

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