CZ305198B6 - Telemetric system for increasing safety of ultralight airplane operation - Google Patents
Telemetric system for increasing safety of ultralight airplane operation Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305198B6 CZ305198B6 CZ2014-212A CZ2014212A CZ305198B6 CZ 305198 B6 CZ305198 B6 CZ 305198B6 CZ 2014212 A CZ2014212 A CZ 2014212A CZ 305198 B6 CZ305198 B6 CZ 305198B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- trajectory
- output
- input
- evasive
- flight
- Prior art date
Links
Landscapes
- Traffic Control Systems (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Telemetrický systém pro zvýšení bezpečnosti provozu ultralehkých letounůTelemetric system for increased safety of ultralight aircraft operation
Oblast technikyTechnical field
Předkládané řešení se týká udržitelného rozvoje letecké dopravy ultralehkých letounů, zvýšení bezpečnosti a snížení nehodovosti leteckého provozu a zvýšení plynulosti letecké dopravy s využitím dopravní telematiky.The present solution concerns the sustainable development of air transport of ultra-light airplanes, increasing safety and reducing the accident rate of air traffic, and increasing the flow of air transport using transport telematics.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Pro potřeby trvale udržitelné letecké přepravy pomocí ultralehkých letounů, která v současnosti velice roste, je potřeba nových mechanizmů pro zvýšení bezpečnosti a plynulosti takové přepravy. Se zvyšujícím se počtem oprávněných pilotů takovýchto letounů je také potřeba poskytnout pilotovi dostatečné informace pro efektivní a bezpečnou navigaci letounu v dynamickém prostředí za přítomnosti velkého množství dalších letounů vybavených telemetrickými systémy na různé úrovni.For the needs of sustainable air transport using ultra-light airplanes, which is currently growing rapidly, new mechanisms are needed to increase the safety and fluidity of such transport. As the number of authorized pilots of such airplanes increases, there is also a need to provide the pilot with sufficient information to efficiently and safely navigate the airplane in a dynamic environment in the presence of a large number of other airplanes equipped with telemetry systems at different levels.
Zvyšující se hustota výskytu ultralehkých letounů operujících v letovém prostoru vede k nutnosti vývoje nových technologií pro jejich řízení. Stávající přístup založený na využití pevně definovaných letových hladin a koridorů totiž neumožňuje optimální využívání celého letového prostoru. Tento problém je patrný zejména v blízkosti letišť a v letových prostorech bez řízení pozemním pracovištěm.The increasing density of ultralight airplanes operating in the airspace leads to the necessity of developing new technologies for their control. The current approach based on the use of fixed flight levels and corridors does not allow optimal use of the entire flight area. This problem is particularly evident in the proximity of airports and airfields without ground control.
Letadla jsou v současné době řízena především na základě kombinace informací ze sekundárního radaru zobrazovaných na obrazovce dispečerům řízení letového provozu a z informací zobrazovaných na palubě letadel interpretujících vzdálenosti a směry k pozemním radiomajákům a odchylky od sestupové a směrové roviny v konečné fázi přiblížení. Zdroje těchto informací jsou zařízení technologicky poměrně zastaralá s výraznou měrou technologické chyby měření a pouze někdy jsou doplněna moderními prvky jako např. informacemi ze zásadně přesnějšího systému GPS.Aircraft are currently controlled primarily through a combination of secondary radar information displayed on-screen to air traffic controllers and from information displayed on board aircraft interpreting distances and directions to terrestrial radio beacons and deviations from the descent and directional planes in the final approach phase. The sources of this information are technologically quite obsolete devices with significant technological error of measurement and only sometimes they are supplemented with modern elements such as information from a more accurate GPS system.
Problematice vývoje a výzkumu v oblasti zvýšení bezpečnosti osobní letecké dopravy se v současné době věnuje velké množství výzkumných institucí i průmyslových společností. Oblasti zájmu se dají shrnout do následujících bodů:A large number of research institutions and industrial companies are currently involved in research and development in the field of increasing the safety of passenger air transport. The areas of interest can be summarized as follows:
(i) vývoj hardwarových prostředků vylepšení existujících telemetrických systému, přístrojové vybavení, komunikační zařízení (ii) rozhraní pro interakci pilota a letadla zobrazení aktuálních informací o letu pilotovi, prezentace senzorových dat (iii) autopilot a řízení letu problematika stabilizace letadla, jeho autonomní navigace.(i) hardware development of existing telemetry systems, instrumentation, communication equipment; (ii) pilot-aircraft interaction display of pilot flight information, presentation of sensor data; (iii) autopilot and flight control; aircraft stabilization issues;
V oblasti autonomního plánování letových trajektorií a problematice tvorby bezkolizních letových plánů bylo dosaženo významných výsledků na teoretické úrovni, nicméně pouze omezené množství řešení bylo prakticky ověřeno a nasazeno na reálné letouny.In the area of autonomous flight trajectory planning and the issue of collision-free flight plans, significant results were achieved at the theoretical level, but only a limited number of solutions were practically verified and deployed on real airplanes.
- 1 CZ 305198 B6- 1 GB 305198 B6
Z hlediska palubního vybavení a stávajícího řešení na palubách letounu lze konstatovat, že v současné době neexistuje řešení agentních technologií ve smyslu plánování letových trajektorií. To lze konstatovat jak u malých letounů, tak i u velkých dopravních letadel. Velká dopravní letadla jsou vybavena systémy včasného varování před srážkou, ne však multiagentními systémy, které jsou schopny navrhovat řešení z hlediska možných kolizí tak, jak jsou obsaženy v předkládaném řešení. U malých letounů je úplná absence takovýchto systému a pilot je odkázán pouze na své zkušenosti, dohlednost a výhled z pilotní kabiny.In terms of airborne equipment and existing solutions on board the airplane, it can be stated that there is currently no agent technology solution in terms of flight trajectory planning. This can be stated for both small aircraft and large airliners. Large airliners are equipped with collision early warning systems, but not multiagent systems, which are capable of proposing solutions for possible collisions as contained in the present solution. For small airplanes, there is a complete absence of such a system and the pilot relies only on his experience, visibility and cockpit view.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Výše uvedené nedostatky odstraňuje telemetrický systém pro zvýšení bezpečnosti provozu ultralehkých letounů podle předkládaného řešení. Tento systém obsahuje zařízení EFIS vybavené protokolem zprostředkování dat, interní senzorovou jednotkou a vizualizačním systémem. Zařízení EFIS je jednosměrnými komunikačními linkami propojeno s externími senzory, a to s přijímačem ADS-B, CAS systémem předcházení kolizím, navigačním systémem GPS a kompasem. Zařízení dále obsahuje externí výpočetní jednotku. Podstatou uváděného řešení je nová externí výpočetní jednotka a její propojení s ostatními částmi systému. Externí výpočetní jednotka je tvořená časoprostorovým plánovačem trajektorií, na jehož první vstup je připojen výstup bloku statické terénní mapy, na jeho druhý vstup je připojen výstup bloku statických mapových podkladů a na třetí vstup je připojen výstup dekodéru aktuálního cíle navigace. Vstup dekodéru aktuálního cíle navigace je propojen s prvním výstupem navigačního systému GPS, který má druhý výstup propojený s prvním vstupem interpret™ aktuálního stavu letounu v prostoru. Dmhý vstup interpret™ aktuálního stavu letounu v prostoru je spojen s výstupem interní senzorické jednotky. První výstup interpret™ aktuálního stavu letounu v prostoru je propojen se čtvrtým vstupem časoprostorového plánovače trajektorií a jeho druhý výstup je propojen s prvním vstupem dekodéru absolutní polohy. Druhý vstup dekodéru absolutní polohy je propojen s výstupem CAS systému předcházení kolizím a jeho výstup je spojen s prvním vstupem predikto™ letové trajektorie. Na druhý vstup prediktoru letové trajektorie je připojen výstup přijímače ADS-B a výstup prediktoru letové trajektorie je propojen s prvním vstupem detektoru kolizí letových trajektorií. Druhý vstup detektoru kolizí letových trajektorií je propojený s výstupem časoprostorového plánovače trajektorií a jeho první výstup je propojený s pátým vstupem časoprostorového plánovače trajektorií a druhý výstup s prvním vstupem plánovače úhybných manévrů. Plánovač úhybných manévrů má výstup připojen na vstup evaluátoru úhybných trajektorií. První výstup evaluátoru úhybných trajektorií je spojen s druhým vstupem plánovače úhybných manévrů a druhý jeho výstup je přes aplikátor úhybných trajektorií propojen se vstupem vizualizačního subsystému. Za účelem propojení s analogickou druhou externí výpočetní jednotkou kooperujícího letounu přes první a druhé bezdrátové komunikační zařízení je aplikátor úhybných trajektorií opatřen výstupem pro propojení s druhým aplikátorem úhybných trajektorií, časoprostorový plánovač trajektorií je vybaven výstupem pro propojení s druhým detektorem kolizí letových trajektorií a detektor kolizí letových trajektorií je vybaven vstupem pro propojení s druhým časoprostorovým plánovačem trajektorií.The above drawbacks are overcome by the telemetric system for increasing the safety of ultralight aircraft operation according to the present solution. This system includes an EFIS device equipped with a data transfer protocol, an internal sensor unit, and a visualization system. The EFIS is connected via one-way communication lines to external sensors such as the ADS-B receiver, the CAS collision avoidance system, the GPS navigation system and the compass. The apparatus further comprises an external computing unit. The essence of this solution is a new external computing unit and its interconnection with other parts of the system. The external computing unit consists of a spatio-temporal trajectory scheduler, the first input of which is the output of the static terrain map block, the second input of which is the output of the static map background block, and the third input is the decoder output of the current navigation destination. The decoder input of the current navigation destination is connected to the first output of the GPS navigation system, which has a second output connected to the first interpreter input of the current state of the airplane in space. The long interpret ™ input of the current state of the airplane in the space is connected to the output of the internal sensor unit. The first interpreter output of the current state of the airplane in space is connected to the fourth input of the space-time trajectory planner, and its second output is connected to the first input of the absolute position decoder. The second input of the absolute position decoder is connected to the CAS output of the collision avoidance system and its output is connected to the first input of the predikto ™ flight trajectory. The ADS-B receiver output is connected to the second input of the flight trajectory input and the output of the flight trajectory output is connected to the first input of the flight trajectory collision detector. The second flight trajectory collision detector input is coupled to the space-time trajectory scheduler output and its first output is coupled to the fifth time trajectory scheduler input and the second output to the first evasive maneuver scheduler input. The evasive maneuver scheduler has output connected to the evasive trajectory evaluator input. The first output of the evasive trajectory evaluator is connected to the second input of the evasive maneuver scheduler and the second output is connected to the visualization subsystem input via the evasive trajectory applicator. In order to connect to an analogous second external computational unit of the cooperating airplane through the first and second wireless communication devices, the avoidable trajectory applicator is provided with an output for connecting to a second avoidable trajectory applicator, the space-time trajectory scheduler is equipped with an output for connecting with a second flight trajectory collision detector the trajectory is equipped with an input for connection to a second spatio-temporal trajectory planner.
Předkládané řešení spočívá tedy v propojení palubního přístrojového vybavení do homogenního celku, který svým výstupem zajistí zvýšení informovanosti pilota během letu ultralehkého letounu.The present solution therefore consists in interconnecting the on-board instrumentation into a homogeneous unit, which by its output will increase the awareness of the pilot during the flight of the ultralight aircraft.
Základem telemetrického sytému je multifunkční palubní zařízení EFIS (Elektronický letový informační systém), které na display v pilotní kabině zobrazuje letové informace. Toto zařízení integruje veškeré primární letové přístroje v podobě digitálně zobrazovaných dat. K tomuto účelu je ve standardním provedení vybaveno všemi potřebnými senzory. Na rozdíl od takto vybaveného letounu, který je v oblasti ultralehkých letounů stále častější, je pilot nucen v klasicky vybaveném letounu sledovat velké množství analogových přístrojů. I v případě, že je letoun vybaven pokročilým zařízením EFIS, stále je zobrazovaná informace pouze náhradou klasických analogo-2CZ 305198 B6 vých leteckých přístrojů pro sledování letových údajů, přestože forma prezentace těchto informací je efektivnější a srozumitelnější.The telemetry system is based on the EFIS (Electronic Flight Information System) multifunctional airborne equipment, which displays flight information on the cockpit display. This device integrates all primary flight instruments in the form of digitally displayed data. It is equipped with all the necessary sensors as standard. Unlike such an airplane, which is more and more frequent in the area of ultralight aircraft, the pilot is forced to observe a large number of analog instruments in a classically equipped airplane. Even if the aircraft is equipped with advanced EFIS equipment, the information displayed is still a substitute for classic analogue-2E 305198 B6 flight data monitoring instruments, although the form of presentation of this information is more efficient and understandable.
Na rozdíl od standardního systému, přináší předkládané řešení pilotovi nové informace na základě dostupných dat, které jsou navíc zobrazeny ve vysoce srozumitelné a intuitivní formě.Unlike the standard system, the present solution provides the pilot with new information based on available data, which is also displayed in a highly understandable and intuitive form.
Předkládané řešení dále spočívá ve využití informace ze senzorů, které monitorují dynamický stav okolního vzdušného prostoru. Jedná se o zařízení, které se standardně pro tento účel používají pod souhrnným označením CAS (Collision Avoidance System). Tyto systémy pracují především na principu přijímání vysílání odpovídačů okolních letounů. Tento systém je standardně používán pro sledování letadel ve vzdušném prostoru pozemním řídicím pracovištěm sekundárních radarů. Zařízení CAS se v základní konfiguraci snaží určit polohu zdroje signálu pomocí fyzikálního měření vlastností signálu citlivou směrovou anténou. Výsledkem tohoto měření je pak odhad směru a vzdálenosti ke zdroji vysílání. Další informace pak může systém CAS získat dekódováním obsahu tohoto signálu. Především se jedná o určení horizontální polohy letadla udávané v letových hladinách. Pokročilejší verze odpovídačů, jako je například systém ADS-B (Automatic Dependent SurveillanceBroadcast), přidávají do vysílaného signálu další informace, z nichž nejvýznamnější je poloha GPS. Na rozdíl od aktuálního stavu zařízení CAS, která umožňují zobrazení těchto údajů buďto v základní syrové podobě případně ve spojení s mapovým zařízením v grafické podobě, předkládaný systém z těchto údajů vytváří model pohybu druhého letounu, na jehož základě je schopen sdělit pilotovi podrobnější informaci o predikovaném pohybu druhého letounu v budoucnosti. Dále na rozdíl od systémů CAS, které pouze zjišťují informace o okolním letovém prostoru, přináší předkládaný systém do tohoto odvětví techniky přístup, který pro identifikaci možné kolize využívá navíc také informace o plánované trajektorii letu. Na rozdíl od ostatních systémů pro předcházení kolizím ve vzdušném prostoru je předkládaný systém schopen určit pravděpodobnou kolizi na letové trajektorii a následně předložit pilotovi možnost řešení této situace v podobě trajektorie nové. Současné systémy pro plánování letu nevyužívají pro plánování letové trajektorie informace o dynamickém stavu vzdušného prostoru, ale respektují pouze statické charakteristiky prostoru, především vyhlášené bezletové zóny a výškové mapy terénu.The present solution further consists of utilizing information from sensors that monitor the dynamic state of the surrounding airspace. These are devices that are commonly used for this purpose under the collective designation CAS (Collision Avoidance System). These systems work primarily on the principle of receiving transponders of nearby aircraft. This system is standardly used for aircraft monitoring in airspace by the ground control center of secondary radars. In a basic configuration, the CAS device attempts to determine the position of the signal source by physically measuring the signal's properties with a sensitive directional antenna. The result of this measurement is an estimate of direction and distance to the source of transmission. CAS information can then be obtained by decoding the content of this signal. First of all, it is the determination of the horizontal position of the aircraft in flight levels. More advanced transponder versions, such as ADS-B (Automatic Dependent SurveillanceBroadcast), add more information to the broadcast signal, the most important of which is GPS position. In contrast to the current status of CAS devices, which allow the display of these data either in raw raw form or in conjunction with a mapping device in graphical form, the present system generates from this data a second airplane motion model based on which it is able to provide the pilot with more detailed information about the predicted movement of the second aircraft in the future. Furthermore, unlike CAS systems that merely detect ambient airspace information, the present system provides an approach to this industry that, in addition, uses information about the planned flight trajectory to identify possible collisions. Unlike other collision avoidance systems in the airspace, the present system is able to determine a likely collision on a flight trajectory and then present to the pilot the possibility of resolving this situation in the form of a new trajectory. Current flight planning systems do not use dynamic airspace status information for flight trajectory planning, but only respect static space characteristics, especially the declared no-fly zones and terrain elevation maps.
Charakteristickým rysem předkládaného systému je konečně jeho schopnost kooperace a výměny dat s okolními letouny, vybavenými stejným systémem. Pro účely komunikace předkládaný systém používá známou technologii bezdrátových pojítek, které využívají pro organizaci komunikačního kanálu paradigma MANETs, tedy Mobilní samo organizující se sítě. Tento princip fungování sítě zaručuje systému robustní komunikační kanál bez nutnosti využívání pozemních či jiných centralizovaných systémů organizace sítě.A characteristic feature of the present system is finally its ability to cooperate and exchange data with surrounding aircraft equipped with the same system. For communication purposes, the present system uses known wireless link technology, which utilizes the MANETs paradigm, i.e., Mobile Self-Organizing Networks, to organize a communication channel. This principle of network operation guarantees a robust communication channel to the system without the need for ground or other centralized network organization systems.
Kromě známého systému všesměrového vysílání identifikátoru, polohy a dalších letových údajů, který využívá například výše zmíněný systém ADS-B, je předkládaný systém také schopen komunikovat s konkrétním letounem v dosahu bezdrátových pojítek. Systém informuje okolní letouny o své aktuální plánované letové trajektorii a na základě přijatých plánů okolních letounů je následně schopen odhalit časoprostorovou kolizi letových plánů a následněji řešit. Systém pro řešení kolizí letových plánů využívající metod multiagentního vyjednávání je v této podobě unikátní. Na základě systému kooperativního vyhýbání je systém schopen bez účasti pilota vyjednat se vzdáleným letounem řešení možné kolize a následně oběma pilotům předložit nalezené řešení ve formě doporučené trajektorie.In addition to the known identifier, location and other flight data broadcast system, which utilizes, for example, the above-mentioned ADS-B system, the present system is also capable of communicating with a particular aircraft within the range of wireless links. The system informs the surrounding airplanes about its current planned flight trajectory and, based on the received plans of the surrounding airplanes, it is then able to detect the spatio-temporal collision of the flight plans and then solve them. The flight plan collision resolution system using multiagent negotiation methods is unique in this form. Based on the system of cooperative avoidance, the system is able to negotiate a solution of a possible collision with a remote aircraft without the participation of the pilot and subsequently to present the found solution in the form of a recommended trajectory to both pilots.
Výhodou předkládaného systému je schopnost efektivně zpracovat data z palubních přístrojů, které jsou již běžně dostupné a využívané jako doplňkové, a jejich vhodnou kombinací získat informace, které tyto přístroje samy o sobě poskytnout neumí. Tyto informace je systém schopen efektivně a přehledně předložit pilotovi, který se na základě nich může efektivně rozhodnout o bezpečném průletu letového prostoru. Díky možnosti kooperovat je systém schopný vyjednávat s ostatními letouny optimální řešení kolize zcela bez účasti pilota, který je informován pouzeThe advantage of the present system is the ability to efficiently process data from on-board instruments that are already commonly available and used as ancillary, and by combining them appropriately to obtain information that these instruments alone cannot provide. The system is able to present this information efficiently and transparently to the pilot, who can effectively decide on safe flight through. Thanks to the ability to cooperate, the system is able to negotiate with other airplanes optimal collision resolution without the participation of the pilot, who is only informed
-3 CZ 305198 B6 o výsledném doporučení. Systém je pouze asistivní technologií pro piloty ultralehkých letounů a neklade si za cíl autonomně zasahovat do letu.-3 EN 305198 B6. The system is only an assistive technology for pilots of ultralight aircraft and does not aim to autonomously intervene in the flight.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Telemetrický systém pro zvýšení bezpečnosti provozu malých civilních letounů podle předkládaného řešení bude dále popsán pomocí přiložených výkresů. Na Obr. 1 je schematicky objasněno zapojení jednotlivých komponent a směr, kterým probíhá komunikace. Na Obr. 2 je uvedeno celkové blokové schéma systému s rozkreslenou externí výpočetní jednotkou a s naznačením propojení s analogickým zařízením v jiném letounu. Obr. 3 vysvětluje fungování telemetrického systému pro zvýšení bezpečnosti provozu ultralehkých letounů. Na Obr. 4 je znázorněna situace při nekooperativním vyhýbání ultralehkých letounů. Pro vysvětlení kooperativního vyhýbání ultralehkých letounů slouží Obr. 5.The telemetric system for enhancing the safety of small civil aircraft operation according to the present invention will be further described with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1 schematically explains the connection of individual components and the direction in which communication takes place. In FIG. 2 is an overall block diagram of a system with an external computing unit depicted and indicating an interface with an analogous device in another airplane. Giant. 3 explains the operation of the telemetry system to enhance the safety of ultra-light aircraft operations. In FIG. 4 shows the situation of non-cooperative avoidance of ultralight aircraft. For the explanation of cooperative avoidance of ultralight airplanes Fig. 5.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Blokové schéma telemetrického systému pro zvýšení bezpečnosti provozu ultralehkých letounů na Obr. 1 ukazuje, z jakých bloků se systém skládá. Zařízení 1 EFIS, které je vybavené protokolem 1,1 zprostředkování dat, interní senzorovou jednotkou 1,2 a vizualizačním systémem 1.3 je propojeno obousměrnou komunikační linkou s externí výpočetní jednotkou 2. Externí výpočetní jednotka 2 je propojena obousměrnou komunikační linkou s bezdrátovým komunikačním zařízením 7. Zařízení i EFIS, je dále propojeno jednosměrnými komunikačními linkami s externími senzory, a to konkrétně s přijímačem 3 ADS-B, s CAS systémem 4 předcházení kolizím, s navigačním systémem 5 GPS a externím kompasem 6. Jednosměrná komunikační linka umožňuje sběr dat z těchto externích senzorů 3, 4, 5 a 6 do zařízení i EFIS, kde jsou shromažďována, vizualizována vizualizačním systémem 1.3 a poskytována ke zpracování do jednotky 2 protokolem 1.1. Zařízení I EFIS patří k obvyklému vybavení ultralehkých letounů, stejně jako ostatní externí senzory 3, 4, 5 a 6. Nové je v tomto případě propojení těchto zařízení dohromady, tak jak je popsáno dále, a zpracování těchto dat s pomocí externí výpočetní jednotky 2.A block diagram of the telemetry system for enhancing the safety of ultra-light aircraft operations in FIG. 1 shows which blocks the system consists of. The EFIS device 1, which is equipped with a data communication protocol 1.1, an internal sensor unit 1,2 and a visualization system 1.3, is connected by a bidirectional communication link to an external computing unit 2. The external computing unit 2 is connected by a bidirectional communication link to the wireless communication device 7. Both the device and the EFIS are further connected via one-way communication lines with external sensors, namely the ADS-B receiver 3, the collision avoidance CAS 4, the GPS navigation system 5 and the external compass 6. The one-way communication link allows data collection from these external sensors 3, 4, 5 and 6 to both the device and EFIS, where they are collected, visualized by visualization system 1.3 and provided for processing into unit 2 by protocol 1.1. The EFIS I is a standard equipment of ultralight airplanes, as well as other external sensors 3, 4, 5 and 6. In this case, it is new to connect these devices together as described below and to process these data using an external computing unit 2.
Externí výpočetní jednotka 2, Obr. 2, je tvořená časoprostorovým plánovačem 2.5 trajektorií, na jehož první vstup je připojen výstup bloku 2.3 statické terénní mapy, na jeho druhý vstup je připojen výstup bloku 2.4 statických mapových podkladů a na třetí vstup je připojen výstup dekodéru 2,2 aktuálního cíle navigace. Vstup dekodéru 2.2 aktuálního cíle navigace je propojen s prvním výstupem navigačního systému 5 GPS. Druhý výstup navigačního systému 5 GPS je propojen s prvním vstupem interpretru 2.1 aktuálního stavu letounu v prostoru, jehož druhý vstup je spojen s výstupem interní senzorické jednotky 1,2. První výstup interpretru 2.1 aktuálního stavu letounu v prostoru je propojen se čtvrtým vstupem časoprostorového plánovače 2.5 trajektorií a druhý jeho výstup je propojen s prvním vstupem dekodéru 2,6 absolutní polohy. Druhý vstup dekodéru 2.6 absolutní polohy je propojen s výstupem CAS systému 4 předcházení kolizím a výstup je spojen s prvním vstupem prediktoru 2.7 letové trajektorie. Druhý vstup prediktoru 2.7 letové trajektorie je připojen výstup přijímače 3 ADS-B a výstup prediktoru 2.7 letové trajektorie je propojen s prvním vstupem detektoru 2.8 kolizí letových trajektorií. Druhý vstup detektoru 2,8 kolizí letových trajektorií je propojen s výstupem časoprostorového plánovače 2.5 trajektorií. První výstup detektoru 2.8 kolizí letových trajektorií je propojen s pátým vstupem časoprostorového plánovače 2.5 trajektorií a druhý výstup detektoru 2.8 kolizí letových trajektorií je vstupem plánovače 2,9 úhybných manévrů, který má výstup připojen na vstup evaluátoru 2.10 úhybných trajektorií. První výstup evaluátoru 2.10 úhybných trajektorií je spojen s druhým vstupem plánovače 2,9 úhybných manévrů a druhý jeho výstup je přes aplikátor 2.11 úhybných trajektorií propojen se vstupem vizualizačního subsystému 1.3. Propojení s druhou externí výpočetní jednotkou 9 jiného letounu je zabezpečeno přes první bezdrátové komunikační zařízení 7 a druhé bezdrátové komunikační zařízení 10. Aby k propojení mohlo dojít, je aplikátor 2.11 úhybných tra-4CZ 305198 B6 jektorií opatřen výstupem pro propojení s druhým aplikátorem 9.11 úhybných trajektorií, časoprostorový plánovač 2.5 trajektorií je vybaven výstupem pro propojení s druhým detektorem 9.8 kolizí letových trajektorií a detektor 2.8 kolizí letových trajektorií je vybaven vstupem pro propojení s druhým časoprostorovým plánovačem 9.5 trajektorií.The external computing unit 2, FIG. 2, consists of a spatio-temporal scheduler 2.5, the first input of which is the output of block 2.3 of the static terrain map, its second input is connected to the output of block 2.4 of the static map data, and the third input is connected to decoder 2.2 of the current navigation destination. The decoder input 2.2 of the current navigation destination is connected to the first output of the GPS navigation system 5. The second output of the GPS navigation system 5 is connected to the first input of the interpreter 2.1 of the current state of the airplane in the space, the second input of which is connected to the output of the internal sensor unit 1.2. The first output of the interpreter 2.1 of the current state of the airplane in space is connected to the fourth input of the space-time scheduler 2.5 and the second output is connected to the first input of the absolute position decoder 2.6. The second input of the absolute position decoder 2.6 is coupled to the CAS output of the collision avoidance system 4 and the output is coupled to the first input of the flight trajectory 2.7. The second input of the flight trajectory 2.7 is connected to the output of the ADS-B receiver 3, and the output of the flight trajectory 2.7 is connected to the first input of the flight trajectory collision 2.8. The second input of the 2.8 trajectory collision detector is connected to the 2.5 trajectory scheduler output. The first flight trajectory collision detector 2.8 output is coupled to the fifth trajectory scheduler 2.5 input, and the second flight trajectory collision detector 2.8 output is an input of 2.9 evasive maneuver scheduler, which has an output connected to the evacuation trajectory input 2.10. The first output of the evasive trajectory evaluator 2.10 is connected to the second input of the 2.9 evasive maneuver scheduler and the second output is connected to the visualization subsystem 1.3 input via the evasive trajectory applicator 2.11. The connection to the second external computing unit 9 of the other airplane is provided via the first wireless communication device 7 and the second wireless communication device 10. In order for this to occur, the evacuation applicator 2.11 is provided with an output for interfacing with the second evacuation trajectory applicator 9.11. , the space-time scheduler 2.5 is equipped with an output for connection to the second flight trajectory collision detector 9.8 and the flight trajectory collision detector 2.8 is equipped with an input for connection to the second space-time scheduler 9.5 trajectories.
Základní popis fungování telemetrického systému pro zvýšení bezpečnosti provozu ultralehkých letounů bude vysvětlen pomocí Obr. 3. Navigační systém 5 GPS předává informace o aktuální poloze prostřednictvím protokolu 1.1 zprostředkování dat do interpreteru 2.1 aktuálního stavu letounu. Interpreter 2.1 aktuálního stavu letounu. Na základě těchto dat a informací z interní senzorické jednotky 1.2 určí aktuální statický i dynamický stav letounu v prostoru, který je předán jako výchozí bod plánování do časoprostorového plánovače 2.5 trajektorií. Cíl plánování je do časoprostorového plánovače 2,5 trajektorií předán z navigačního systému 5 GPS pomocí protokolu 1.1 zprostředkování dat a dekodéru 2.2 aktuálního cíle navigace. Časoprostorový plánovač 2.5 trajektorií provede výpočet trajektorie z výchozího bodu do cíle plánování pomocí informací získaných z bloku 2,3 statické terénní mapy, a z bloku 2.4, statických mapových podkladů, které specifikují terénní omezení a bezletové zóny pro časoprostorový plánovač 2.5 trajektorií. Nalezená základní trajektorie je odeslána do vizualizačního systému 1.3, kde je zobrazena pilotovi.The basic description of the operation of the telemetric system to increase the safety of ultralight aircraft operation will be explained with the help of Fig. 3. The GPS navigation system 5 transmits the current position information via the data transfer protocol 1.1 to the interpreter 2.1 of the current status of the airplane. Interpreter 2.1 of the current status of the airplane. Based on this data and information from the internal sensor unit 1.2, it determines the current static and dynamic state of the airplane in space, which is transmitted as a starting point of planning to the space-time scheduler 2.5 of trajectories. The scheduling destination is transmitted to the spatio-temporal scheduler 2.5 of the trajectories from the GPS navigation system 5 by means of the data communication protocol 1.1 and the decoder 2.2 of the current navigation destination. The space-time trajectory 2.5 trajectory calculates the trajectory from the starting point to the planning destination using the information obtained from block 2.3 of the static terrain map, and from block 2.4, static map data that specify terrain constraints and no-fly zones for the space-time planner 2.5 trajectories. The found basic trajectory is sent to the visualization system 1.3, where it is displayed to the pilot.
Nekooperativní vyhýbání ultralehkých letounů je ukázáno na Obr. 4. Základem nekooperativního vyhýbání jsou přijímač 3 ADS-B a CAS systém 4 předcházení kolizím. Přijímač 3 ADS-B je propojen pomocí protokolu 1.1 zprostředkování dat s prediktorem 2.7 letové trajektorie. Prediktor 2.7 letové trajektorie na základě záznamů o polohách okolních letounů získaných z přijímače 3 ADS-B predikuje pravděpodobnou budoucí trajektorii okolních letounů, kterou předává do detektoru 2.8 kolizí letových trajektorií. Podobně informace o relativní poloze okolních letounů získaná z CAS systému 4 předcházení kolizí jsou předána do dekodéru 2.6 absolutní polohy, který vypočítá absolutní polohu okolního letounu na základě vlastní aktuální polohy z interpretru 2.1 aktuálního stavu letounu. Absolutní poloha okolních letounů z dekodéru 2.6 absolutní polohy je předána opět prediktoru 2,7 letové trajektorie a následně detektoru 2.8 kolizí letových trajektorií. Detektor 2.8 kolizí letových trajektorií vypočte na základě vlastní aktuální plánované trajektorie z časoprostorového plánovače 2.5 trajektorií a predikované trajektorie okolních letounů z prediktoru 2.7 letové trajektorie možný bod kolize letounů. Kolizní bod trajektorií získaný z detektoru 2.8 kolizí letových trajektorií je předán časoprostorovému plánovači 2.5 trajektorií jako omezení plánování. Na základě všech získaných omezení naplánuje časoprostorový plánovač 2.5 trajektorií novou bezkolizní trajektorii, kterou následně předá do vizualizačního systému 1.3, kde je prezentována pilotovi.Non-operative avoidance of ultralight aircraft is shown in Figs. 4. The non-cooperative avoidance is based on the ADS-B receiver 3 and the collision avoidance CAS 4 system. The ADS-B receiver 3 is coupled to a flight trajectory predictor 2.7 using data communication protocol 1.1. The flight trajectory 2.7, based on the surrounding aircraft location records obtained from the ADS-B receiver 3, predicts the likely future trajectory of the surrounding aircraft to be transmitted to the 2.8 trajectory collision detector. Similarly, the relative position information of the surrounding airplanes obtained from the collision avoidance CAS 4 is transmitted to the absolute position decoder 2.6, which calculates the absolute position of the surrounding airplane based on its actual position from the airplane current interpreter 2.1. The absolute position of the surrounding airplanes from the absolute position decoder 2.6 is transmitted again to the 2.7 trajectory predictor and then to the 2.8 trajectory collision detector. The flight trajectory collision detector 2.8 calculates a possible collision point based on its own current trajectory from the 2.5 trajectory scheduler and the predicted trajectory of the surrounding aircraft from the flight trajectory 2.7. The trajectory collision point obtained from the flight trajectory collision detector 2.8 is passed to the space-time scheduler 2.5 trajectories as a planning constraint. Based on all the constraints acquired, the space-time scheduler 2.5 trajectory plans a new collision-free trajectory, which it then passes to the visualization system 1.3, where it is presented to the pilot.
Kooperativní vyhýbání ultralehkých letounů je ukázáno na Obr. 5, kde je zobrazena pro jednoduchost pouze jedna dvojice kooperujících letounů, přičemž první kooperující letoun obsahuje na palubě první zařízení i EFIS, první externí výpočetní jednotku 2 a první bezdrátové komunikační zařízení 7. Druhý kooperující letoun je vybaven druhým zařízením 8 EFIS, propojeným stejným způsobem obousměrnou komunikační linkou s druhou externí výpočetní jednotkou 9, která je pak stejným způsobem propojena obousměrnou komunikační linkou s druhým bezdrátovým komunikačním zařízením JO. První bezdrátové komunikační zařízení 7 je prostřednictvím bezdrátového média obousměrně propojeno s druhým bezdrátovým komunikačním zařízením 10. Letová trajektorie získaná z časoprostorového plánovače 2.5 trajektorií je předána přes první bezdrátové komunikační zařízení 7 a přes druhé bezdrátové komunikační zařízení 10 pomocí bezdrátového média do druhého detektoru 9.8 kolizí letových trajektorií kooperujícího letounu. Druhý detektor 9.8 kolizí letových trajektorií zároveň přijme vlastní plánovanou trajektorii z vlastního druhého časoprostorového plánovače 9.5 trajektorií. Na základě těchto informací druhý detektor 9.8 kolizí letových trajektorií zjistí případnou kolizi letových trajektorií dvojice letounů a informaci předá do druhého plánovače 9.9 úhybných manévrů. Symetrickým způsobem předá druhý časoprostorový plánovač 9.5 trajektorií přes druhé bezdrátové komunikační zařízení 10 a přes první bezdrátové komunikační zařízení 7 druhou plánovanou trajektorii do prvního detektoru 2.8 kolizí letových trajektorií, který následně předá informaci o zjištěné kolizi prvnímu plánovači 2.9 úhyb-5 CZ 305198 B6 ných manévrů. Naplánovaná úhybná trajektorie z prvního plánovače 2.9 úhybných manévrů je předána do evaluátoru 2,10 úhybných trajektorií, který ověří kvalitu a aplikovatelnost úhybné trajektorie. Pokud je úhybná trajektorie nevyhovující, je tato informace předána plánovači 2.9 úhybných manévrů, který provede nové plánování složitější úhybné trajektorie. Tento proces probíhá do nalezení aplikovatelné úhybné trajektorie, která je evaluátorem 2.10 úhybných trajektorií předána do aplikátoru 2.11 úhybných trajektorií. Popsaný proces probíhá shodně pro druhý plánovač 9.9 úhybných manévrů, druhý evaluátor 9.10 úhybných trajektorií a druhý aplikátor 9.11 úhybných trajektorií. Asymetrickou částí procesu je předání zvolené úhybné trajektorie prvním aplikátorem 2.11 úhybných trajektorií do druhého aplikátoru 9.11 úhybných trajektorií, pomocí prvního bezdrátového komunikačního zařízení 7 a druhého bezdrátového komunikačního zařízení 10, přes bezdrátové médium. Druhý aplikátor 9.11 úhybných trajektorií je pak nucen na základě přijaté úhybné trajektorie prvního letounu aplikovat odpovídající úhybnou trajektorii pro druhý letoun, a to jejím odesláním do druhého vizualizačního subsystému 83, který prezentuje úhybnou trajektorii pilotovi druhého letounu. Stejným způsobem je zvolená úhybná trajektorie odeslána aplikátorem 2.11 úhybných trajektorií prvního letounu do prvního vizualizačního systému 1.3, kde je prezentována pilotovi prvního letounu.Co-operative avoidance of ultralight aircraft is shown in Figs. 5, where only one pair of cooperating aircraft is shown for simplicity, the first cooperating aircraft comprising both the first EFIS device, the first external computing unit 2 and the first wireless communication device 7. The second cooperating airplane is equipped with a second EFIS 8 interconnected in the same manner. a bi-directional communication link with the second external computing unit 9, which is then connected in the same way by the bi-directional communication link to the second wireless communication device 10. The first wireless communication device 7 is bi-directionally connected to the second wireless communication device 10 via a wireless medium. The flight trajectory obtained from the space-time scheduler 2.5 is transmitted via the first wireless communication device 7 and via the second wireless communication device 10 via wireless media to the second flight collision detector 9.8 trajectory of cooperating aircraft. The second flight trajectory collision detector 9.8 also receives its own planned trajectory from its own second space-time scheduler 9.5 trajectories. Based on this information, the second flight trajectory collision detector 9.8 detects a possible flight trajectory collision of the pair of aircraft and transmits the information to the second scheduler 9.9 evasive maneuvers. Symmetrically, the second space-time trajectory 9.5 passes through the second wireless communication device 10 and through the first wireless communication device 7 the second scheduled trajectory to the first flight trajectory collision detector 2.8, which in turn transmits the detected collision information to the first collision maneuver 2.9. . The planned evasive trajectory from the first evasive maneuver scheduler 2.9 is passed to the evasive trajectory evaluator 2.10, which verifies the quality and applicability of the evasive trajectory. If the evasive trajectory is unsatisfactory, this information is passed to the evasive maneuver scheduler 2.9, which will re-plan the more complex evasive trajectory. This process continues until an applicable evasive trajectory is found, which is passed to the applicator 2.11 evasive trajectories by the evaluator 2.10 evasive trajectories. The described process is identical for the second evasive maneuver scheduler 9.9, the second evasive trajectory evaluator 9.10 and the evasive trajectory applicator 9.11. The asymmetrical part of the process is to pass the selected evasive path by the first evasive path applicator 2.11 to the second evasive path applicator 9.11, using the first wireless communication device 7 and the second wireless communication device 10, over the wireless medium. The second evasive trajectory applicator 9.11 is then forced to apply a corresponding evasive trajectory to the second airplane based on the evasive trajectory of the first airplane by sending it to the second visualization subsystem 83, which presents the evasive trajectory to the pilot of the second airplane. In the same way, the selected evasive trajectory is sent by the applicator 2.11 of the evasive trajectories of the first airplane to the first visualization system 1.3, where it is presented to the pilot of the first airplane.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Telemetrický systém pro zvýšení bezpečnosti provozu ultralehkých letounů je využitelný pro širokou škálu použití v oblasti bezpečnosti a lepší využitelnosti letového prostoru. Paradigma řešení lze aplikovat v několika různých realizacích systému. Původní realizace systému spočívá v modulárním uspořádání jednotlivých zařízení a samostatnou výpočetní jednotkou. Další možnou realizací je implementace celého řešení jako součást zástavby letounu, přičemž centrální výpočetní jednotkou je přímo zařízení EFIS. Konečně je možné celé řešení realizovat také jako součást standardních navigačních systémů GPS, používaných jako nejobvyklejší asistivní technologii pro ultralehké letouny, rozšířená o senzorickou část systému.The telemetric system for increased safety of ultra-light aircraft operation is applicable for a wide range of applications in the area of safety and better usability of airspace. The solution paradigm can be applied to several different system implementations. The original implementation of the system consists of a modular arrangement of individual devices and a separate computing unit. Another possible implementation is the implementation of the entire solution as part of the aircraft installation, while the central computing unit is directly EFIS equipment. Finally, the whole solution can also be implemented as part of standard GPS navigation systems, used as the most common assistive technology for ultralight airplanes, enhanced by the sensory part of the system.
Modularita celého systému také umožňuje jeho praktickou implementaci v omezené míře, která vyplývá ze skupiny zvolených senzorických a komunikačních prostředků pro implementaci použitých.The modularity of the whole system also enables its practical implementation to a limited extent, which results from the group of selected sensory and communication means used for the implementation.
Široká využitelnost spočívá v rozšíření asistivních schopností palubních zařízení ultralehkých letounů, jejichž provozování se stává stále rozšířenější. Vyšší míra autonomie navigace letounu ve spojení s řešením kolizí umožňuje snižovat nároky na pilota a jeho schopnosti. Ve chvíli, kdy bude připravena potřebná legislativa lze tento systém doplnit o modul autopilota a posunout tak asistivní charakter systému směrem k autonomním letovým schopnostem.Widely applicable is the extension of the assistive capabilities of the on-board equipment of ultra-light aircraft, the operation of which is becoming increasingly widespread. Increased autonomy of aircraft navigation in conjunction with collision management allows to reduce the pilot's demands and capabilities. Once the necessary legislation has been prepared, the system can be supplemented with an autopilot module to shift the assistive character of the system towards autonomous flight capabilities.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-212A CZ305198B6 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Telemetric system for increasing safety of ultralight airplane operation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-212A CZ305198B6 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Telemetric system for increasing safety of ultralight airplane operation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2014212A3 CZ2014212A3 (en) | 2015-06-03 |
| CZ305198B6 true CZ305198B6 (en) | 2015-06-03 |
Family
ID=53267030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-212A CZ305198B6 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Telemetric system for increasing safety of ultralight airplane operation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305198B6 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999040457A1 (en) * | 1998-02-09 | 1999-08-12 | Alliedsignal Inc. | Aircraft weather information system |
| US20020039072A1 (en) * | 1998-02-09 | 2002-04-04 | Scott Gremmert | Aircraft weather information system |
| EP1315315A2 (en) * | 2001-11-26 | 2003-05-28 | The Boeing Company | Method and system for air vehicle telemetry |
| EP2525337A2 (en) * | 2011-05-17 | 2012-11-21 | Innovative Solutions and Support, Inc. | Upgraded flight management system and method of providing the same |
| CZ27178U1 (en) * | 2014-04-01 | 2014-07-14 | České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická | Telemetric system for increasing safety of operation of ultralight airplanes |
-
2014
- 2014-04-01 CZ CZ2014-212A patent/CZ305198B6/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999040457A1 (en) * | 1998-02-09 | 1999-08-12 | Alliedsignal Inc. | Aircraft weather information system |
| US20020039072A1 (en) * | 1998-02-09 | 2002-04-04 | Scott Gremmert | Aircraft weather information system |
| EP1315315A2 (en) * | 2001-11-26 | 2003-05-28 | The Boeing Company | Method and system for air vehicle telemetry |
| EP2525337A2 (en) * | 2011-05-17 | 2012-11-21 | Innovative Solutions and Support, Inc. | Upgraded flight management system and method of providing the same |
| CZ27178U1 (en) * | 2014-04-01 | 2014-07-14 | České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická | Telemetric system for increasing safety of operation of ultralight airplanes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2014212A3 (en) | 2015-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10302759B1 (en) | Automatic dependent surveillance broadcast (ADS-B) system with radar for ownship and traffic situational awareness | |
| CA2761351C (en) | Trajectory based sense and avoid | |
| US9405005B1 (en) | Automatic dependent surveillance broadcast (ADS-B) system for ownership and traffic situational awareness | |
| EP2485206B1 (en) | Airport taxiway collision alerting system | |
| US9847034B1 (en) | Compliant autonomous aircraft maneuvering | |
| EP3048424A1 (en) | Methods and systems for route-based display of meteorological forecast information | |
| EP2597633A2 (en) | System and methods for situation awareness, advisory, tracking, and aircraft control information | |
| EP3032519B1 (en) | Integrated controller-pilot datalink communication systems and methods for operating the same | |
| US20200355823A1 (en) | Autonomous collision avoidance through physical layer tracking | |
| US20210043094A1 (en) | Air position information and traffic management system for unmanned and manned aircraft | |
| CN105270642B (en) | System and method for displaying degraded intruder traffic data on an aircraft display | |
| Moore et al. | Testing enabling technologies for safe UAS urban operations | |
| CN112749007A (en) | System and method for distributed avionics device processing | |
| Di Vito et al. | A tactical separation system for small air transport vehicles | |
| JPH07272200A (en) | Aeronautical electronic equipment | |
| KR101007208B1 (en) | Unmaned aerial vehicle simulator for piloting unmaned aerial vehicle using fusion of automatic dependent surveillance-broadcast message and radar signal | |
| Tarhan et al. | Formal intent based flight management system design for unmanned aerial vehicles | |
| US20220309934A1 (en) | Systems and methods for detect and avoid system for beyond visual line of sight operations of urban air mobility in airspace | |
| RU2134911C1 (en) | Collision avoidance system for flight tests | |
| CZ27178U1 (en) | Telemetric system for increasing safety of operation of ultralight airplanes | |
| CZ305198B6 (en) | Telemetric system for increasing safety of ultralight airplane operation | |
| Ali | A safety assessment framework for automatic dependent surveillance broadcast (ads-b) and its potential impact on aviation safety | |
| Ostroumov et al. | Applications of artificial intelligence in flight management systems | |
| Kunze et al. | Concept for a Geo-Awareness-System for Civilian Unmanned Aerial Systems | |
| Mutuel et al. | Functional decomposition of Unmanned Aircraft Systems (UAS) for CNS capabilities in NAS integration |