用于通过记分进行跑道选择的系统和方法

用于通过记分进行跑道选择的系统和方法
【技术领域】
[0001]本文所述主题的实施例一般地涉及航空电子系统，并且更特别地涉及用于利用加权跑道分数来改善跑道选择的系统和方法。
【背景技术】
[0002]可将跑道侵入定义为在地面上的涉及到飞行器、车辆、人或物体的机场处的任何事件，其随着飞行器起飞、着陆或意图着陆而创建碰撞危险或导致隔离损失。此类事件明显地是有问题的，并且更可能在例如飞行人员不熟悉机场环境、导致当前位置的整体意识的损失时发生。此外，在给定大量机场的情况下，飞行人员将不可能熟悉其全部，并且即使他们能做到，其也可能由于例如低能见度条件而损失整体意识。
[0003]当前，增强型近地警告系统(EGPWS)和跑道意识和咨询系统(RAAS)包括跑道选择算法，其中的某些使用相对简单的测试方法(test approach)，而其它的则使用加权数方法。不幸的是，这些方法可能并不是在所有情形下都是完全适当的。当对于飞行人员而言跑道中的一个明显是优选的时，存在两个跑道满足简单测试方法时的情形。例如，如果飞行器位于第一跑道的中心线处，并且存在偏移仅十九度的十字跑道，则如果飞行器在两个跑道边界内部的话跑道选择应仍是未定的。即使当事实上不应作出决定时，加权测试方法也始终提供跑道选择。在以上示例中，如果飞行器在近似中点处(即离开第一跑道九度且离开第二跑道十度)从滑行道进入交叉跑道区域，则不应选择第一跑道，并且跑道选择应仍是未定的。
[0004]考虑前述内容，将期望提供一种使用跑道记分方法来可靠地选择多个(S卩，两个或更多)跑道中的一个的系统和方法。根据结合附图及前述技术领域和【背景技术】理解的后续详细描述和所附权利要求，其它期望特征和特性将变得显而易见。

【发明内容】

[0005]一种用于选择多个飞行器跑道中的一个的方法包括基于相对于跑道中心线的航向和距离对每个跑道进行记分并选择具有最高分数的跑道。
[0006]还提供了一种用于选择跑道的方法。该方法包括取回(retrieve)用于第一和第二跑道的跑道特征数据并取回飞行器数据，其包括相对于第一和第二跑道的方位的飞行器航向。创建用于第一和第二跑道中的每个的跑道边界包络，每个包络具有预定加权分数。基于飞行器航向满足的第一和第二跑道的边界包络中的哪一个来确定用于第一和第二跑道的总分数。
[0007]还提供了一种用于从第一和第二跑道中选择跑道的系统。其包括包含航向的第一飞行器数据源和包含跑道方位(bearing)的第二跑道数据源。处理器被耦合到第一和第二源并被配置成(a)创建跑道边界包络，每个具有加权分数，以及(b)基于包含飞行器的航向的每个跑道的加权包络中的哪一些来确定跑道分数。
【附图说明】
[0008]当结合以下各图考虑时，可通过参考以下详细描述和权利要求而导出对主题的更加完全的理解，其中，遍及各图相似的参考数字指的是类似的元件，并且:
图1是飞行甲板显示系统的实施例的框图；
图2是根据示例性实施例的跑道意识和咨询系统(RAAS)的框图；
图3是根据示例性实施例的机场跑道的平面图；
图4是根据另一实施例的机场跑道的平面图；
图5是根据又一实施例的机场跑道的平面图；
图6是根据又一实施例的两个交叉机场跑道的平面图；以及
图7是图示出根据示例性实施例的用于利用加权跑道分数来细化跑道选择的过程的示例性实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0009]以下详细描述本质上仅仅是说明性的，并且并不意图限制主题的实施例或此类实施例的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性”意指“充当示例、实例或图示”。不一定将在本文中描述为“示例性”的任何实施方式解释为相比于其它实施方式而言是优选或有利的。此外，并不意图受到在前面的技术领域、【背景技术】、
【发明内容】
或以下详细描述中提出的任何明示或默示理论的束缚。
[0010]在本文中可在功能和/或逻辑块部件方面且参考可由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务以及功能的符号表示来描述技术和技艺。此类操作、任务以及功能有时称为是计算机执行、计算机化、软件实施或计算机实施的。实际上，一个或多个处理器设备可以通过操纵表示系统存储器中的存储器位置处的数据位的电信号以及信号的其它处理来执行所述操作、任务以及功能。其中保持数据位的存储器位置是具有对应于数据位的特定的电、磁、光或有机性质的物理位置。应认识到的是可用被配置成执行指定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件部件来实现图中所示的各种块部件。例如，系统或部件的实施例可采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行多种功能。
[0011]可以用包括飞行器、汽车、宇宙飞船、水运工具等任何交通工具来部署本文所述的系统和方法。本文所述的系统和方法的优选实施例表示将在飞行器的操作期间且特别是在跑道选择期间向飞行员或飞行人员呈现视觉和/或可听机场信息的智能方式。
[0012]现在转到附图，图1描述示例性飞行甲板显示系统100(适用于诸如飞行器之类的交通工具)，其一般地在没有限制的情况下包括:用户接口 102 ;被耦合到用户接口 102的处理器架构104 ;听觉通告器105 ;以及被耦合到处理器架构104的显示元件106。系统100还可以包括多个数据库、数据源等、与之合作和/或通信。此外，系统100可以包括如下面更详细地描述的多个外部子系统、与之合作和/或通信。例如，处理器架构104可在没有限制的情况下与以下部件、特征、数据源和子系统中的一个或多个合作:一个或多个跑道数据库109 ;定位子系统111 ;导航计算机112 ;跑道意识和咨询系统(RAAS) 114 ；EGPWS 115、仪表着陆系统(ILS) 116 ;以及一个或多个机载传感器126。
[0013]用户接口 102与处理器架构104可操作通信，并被配置成从用户130 (例如，飞行员)接收输入，并响应于该用户输入而向处理器架构104供应命令信号。用户接口 102可以是各种已知用户接口设备中的任何一个或组合，包括但不限于光标控制设备(CCD) 132，诸如鼠标、轨迹球或操纵杆、一个或多个按钮、开关或旋钮。在所描述实施例中，用户接口 102包括CXD 132和键盘134。用户130操纵CXD 132以特别地移动光标符号，其可能在显示元件106上在各种时间再现，并且用户130可操纵键盘134以特别地输入文本数据。如在图1中所描述的，还可利用用户接口 102来启用与导航计算机112、飞行管理系统和/或飞行器的其它特征和部件的用户交互。
[0014]处理器架构104可利用一个或多个已知通用微处理器或响应于程序指令而操作的专用处理器。在所描述实施例中，处理器架构104包括机载RAM (随机存取存储器)136以及机载ROM (只读存储器)138或与之通信。可将控制处理器架构104的程序指令存储在RAM 136和ROM 138中的任一个或两者中。例如，可将操作系统软件存储在ROM 138中，而各种操作模式软件例程和各种操作参数可存储在RAM 136中。将认识到的是这仅仅是用于存储操作系统软件和软件例程的一个方案的示例且可实施各种其它存储方案。还将认识到的是可使用各种其它电路来实施处理器架构104而不仅仅是可编程处理器。例如，还可以使用数字逻辑电路和模拟信号处理电路。
[0015]处理器架构104与跑道数据库109以及显示元件106进行可操作通信，并被耦合成从本文所述的各种传感器、数据源、仪表以及子系统接收各种类型的数据、信息、命令、信号等。对于本实施例而言，跑道数据库109是机载数据库，其包含预先加载的机场特征数据，包括诸如跑道长度、取向以及边界之类的地理参考跑道特征。在替换实施例中，可在飞行期间将跑道数据中的某些或全部加载到跑道数据库109中。事实上，可根据需要由飞行器以动态方式来接收某些跑道数据。被处理器架构104访问的跑道数据包含用 于感兴趣的一个或多个机场的相关跑道信息。下面将结合图2— 7来更详细地描述跑道数据的处理。
[0016]取决于特定机场，可以在没有限制的情况下使跑道数据与以下视觉区别特征中的任何一个有关:跑道；跑道立视图；跑道末端立视图；跑道退出线路；跑道航向；跑道着陆和在跑道线外等待线路；跑道交叉点；跑道标记；跑道着陆长度；跑道长度；跑道边界；以及跑道宽度。
[0017]在某些实施例中，处理器架构104被配置成对由机载传感器126获得的惯性数据进行响应以从跑道数据库109选择性地取回跑道数据，其中，跑道数据对应于感兴趣的本机(ownship)。处理器架构104还可以向显示元件106供应适当的显示命令(例如，图像再现显示命令)，使得在显示元件106上适当地显示取回的数据。处理器架构104还向听觉通告器105 (例如，听觉报警生成命令)提供适当命令，并且可被配置成接收实时空速和高度。
[0018]显示元件106用来以图形和文本格式两者显示各种图像和数据，并响应于由用户130供应给用户接口 102的用户输入命令而向用户130供应视觉反馈。将认识到的是显示元件106可以是适合于以用户130可查看的格式再现图像和/或文本数据的许多已知显示器中的任何一个。此类显示器的非限制性示例包括各种阴极射线管(CRT)显示器，以及各种平板显示器，诸如各种类型的IXD (液晶显示器)、OLED和TFT (薄膜晶体管)显示器。显示元件106可另外基于面板安装显示器、HUD投影或任何已知技术。在某些情形下，显示元件106接收再现显示命令的适当图像并响应于此而再现机场场地的合成表示。
[0019]定位子系统111被适当地配置成获得用于飞行器的地理位置数据。在这方面，可将定位子系统111视为用于飞行器的地理位置数据的源。实际上，定位子系统111实时地监视飞行器的当前地理位置，并且该实时地理位置数据可以被飞行器上的一个或多个其它子系统、处理模块或设备(例如，导航计算机112、EGPWS 115以及RAAS 114)使用。在某些实施例中，使用一般地在航空电子应用中部署的全球定位系统(GPS)技术来实现定位子系统111。因此，由定位子系统111获得的地理位置数据可以以进行中和连续更新的方式表示飞行器的经度和玮度。
[0020]由机载传感器126供应的航空电子数据包括表示飞行器的状态的数据，诸如，例如飞行器速度、高度、姿态(即，俯仰和滚转)、航向、地速、转弯速率等。在这方面，可将机载传感器126中的一个或多个视为用于飞行器的航向数据源。如由熟悉航空电子仪表的那些人所理解的，优选地以连续且进行中的方式来更新飞行器状态数据。
[0021]如先前所提议的，一个或多个其它外部系统(或子系统)还可向处理器架构104提供航空电子相关数据以用于在显示元件106上显示。在所描述实施例中，这些外部系统可包括仪表着陆系统(ILS) 116、RAAS 114, EGPffS 115以及导航计算机112。
[0022]根据示例性实施例，通过在避免与不确定状态相关联的问题的同时提供用于当前跑道的更好且更一致的数据来改善RAAS 114的性能。这通过降低跑道侵入的概率并在滑行、起飞、最终进场、着陆和滑跑期间向飞行人员提供及时的听觉报告来改善情景意识。RAAS 114使用GPS数据来确定飞行器位置并将飞行器位置与存储在导航数据库110中和/或图形特征数据库109中的机场位置数据相比较。基于这些比较，如果必要，RAAS 114发布适当的听觉报告。可由RAAS 114发布的听觉报告特别地不时地告知用户130飞行器在地面或从空中何时接近跑道，诸如飞行器何时已进入跑道并与之对准、跑道何时对于特定飞行器而言不够长、在飞行器着陆时或在被拒绝起飞期间到跑道的末端的剩余距离、用户130何时无意中开始从滑行道起飞、以及飞行器何时已在跑道上不动达延长的时间。在进场期间，还可以考虑来自诸如GPS之类的源的数据，包括RNP和RNAV。
[0023]实际上，如本文所述的飞行甲板显示系统被适当地配置成处理当前实时地理位置数据、当前实时航向数据、机场特征数据以及可能的其它数据以生成用于显示元件106的图像再现显示命令。因此，由飞行甲板显示系统再现的机场场地的合成图形表示将基于至少地理位置和航向数据及机场特征数据或以其它方式受到其影响。如本文所述的飞行甲板显示系统被适当地配置成处理当前实时地理位置数据、当前实时航向数据、机场特征数据以及可能的其它数据以生成用于显示元件106的图像再现显示命令。
[0024]跑道侵入和滑行道违规通常涉及可能由不良的飞行员地面上情景意识而引起的到滑行道和跑道中的任一个或两者的不适当进入。为了提供增强的情景意识，已经提出了基本跑道意识和咨询系统(RAAS)并在图2中示出了其框图。该系统通过选择用于起飞或着陆的跑道而向机组人员进行关于飞行器相对于机场滑行道和跑道的位置的建议。
[0025]参考图2，示出了相对于机场滑行道和跑道对飞行器进行定位、生成报告并增强飞行员情景意识的跑道意识和咨询系统(例如，图1中的RAAS 114)的简化框图。处理器(例如，图1中的104)包括输入处理单元202，其接收飞行器数据；诸如位置、气压高度、地速等，并将提取和导出的飞行器数据提供给跑道选择单元204。跑道选择单元204还被耦合到机场跑道数据库205，其包括跑道标识符、跑道宽度和长度；跑道宽度和长度、包括跑道中心点、跑道中心线以及两个跑道端点的跑道勘测数据；跑道立视图；以及跑道实际航向。跑道选择单元204可包括授予Yasuo Ishihara等人并转让给本发明的受让人的2001年10月16日发布的题为AUTOMATED RUNWAY SELECT1N的美国专利号6，304, 800的特征，其讲授内容被通过引用结合到本文中。
[0026]来自输入处理单元202和跑道选择器204的输出被提供给咨询条件检测器206，其识别应导致各种报告的生成的各种情形。也就是说，报告条件检测器206向听觉报告单元208提供输出信号，其继而控制听觉报告生成和它的优先化(pr1ritizat1n)。听觉报告单元208被耦合到音频设备212 ;例如驾驶舱扬声器，诸如图1中的扬声器105。视觉报告单元210被耦合到驾驶舱显示器214，其显示表示状态和报告的文本和/或象形文字数据。
[0027]结合图1和2所示和所述的RAAS可包括授予John J.Poe等人且被转让给本发明的受让人的分别地在2008年9月8日和2011年2月15日发布的每个题为GROUNDOPERAT1NS AND ADVANCED RUNWAY AWARENESS AND ADVISORY SYSTEM 的美国专利号7，587，282和7，890，248的特征，其讲授内容被通过引用结合到本文中。
[0028]如前所述，当前使用的跑道选择方法可能并非在所有情形下都是完全适当的；例如(I)当对于机组人员而言跑道中的一个为优选是显而易见的时，存在两个跑道满足上文提及的简单进场测试的时间，以及(2)即使当不应作出决定时，加权测试方法始终选择跑道。如果(I)飞行器航向和方位之间的差的绝对值小于二十度，并且(2)飞行器在跑道的延伸边界内，则当前跑道选择软件选择跑道。因此，根据实施例，提供了一种用于选择利用加权跑道分数的跑道的方法。也就是说，根据实施例，跑道选择是基于飞行器与跑道和跑道包容度(containment)对准的程度的记分。该方法能够例如在图1和2中所示的系统中实施。
[0029]图3是具有中心线302的机场跑道300的平面图。如可以看到的，箭头304所表示的飞行器正在进入跑道300。在本示例中，跑道本身表示第一或基础包络306。第二或延伸包络308 (即，边界框)具有比跑道300更大的长度和宽度，并且完全围绕跑道300。如果飞行器304在包络306和308两者内，则其被赋予预定数目的分数(point)(例如，两分，每个包络一个)。如果飞行器仅在延伸包络内部，则其记分更少数目的分数(例如，一分)，指示跑道可能不合适。如果没有分数被记分，则跑道明显地是错误跑道。
[0030]图4图示出具有围绕图3中的包络308的第二包络400的实施例。在这种情况下，如果飞行器仅在边界框400内，则可以赋予一分，如果在边界框308和400内，则赋予两分，并且如果在边界框308、400，以及基础包络306内，则赋予三分。当然，可选择包络的数目和与每个包络相关联的分数以实现期望的结果或分辨力(resolut1n)。在选择跑道之后，可在显示器214上显示结果，并且如果期望的话用听觉通告器212来通告。
[0031]根据另一实施例，图5图示出另一跑道记分装置。如前面的情况那样，跑道300具有中心线302，并且用箭头304来表示飞行器。还示出了三个角对准包络506、508和510并相对于跑道300分别地形成角A、B和C，并从与飞行器304的着陆位置重合的起始点延伸。例如，角A可以是加或减二十度，角B可以是加或减十二度，并且角C可以是加或减五度。在每种情况下，零度对应于跑道的航向。如果飞行器304相对于跑道方位的航向在一个或多个包络506、508和510内，则跑道对每个此类包络的预定分数记分。因此，如果一分与包络中的每个相关联，则如果飞行器304的航向在包络510内，则将赋予三分的分数，如果在包络508而不是包络510内，则赋予两分，并且如果仅在包络506内，则赋予一分。如果航向不在包络中的任何一个内，则没有分数被记分。当然，如先前的情况一样，可选择包络的数目、其角度和每个被赋予的分数以适应特定的目的。
[0032]现在参考图6，再次示出了具有中心线302和飞行器304的跑道300。还示出了具有中心线602和段604、606和608的跑道600。再次地假设例如包络510和608每个延伸加或减五度，包络508和606每个延伸加或减十二度，并且包络506和604每个延伸加或减二十度。此外，再次地假设例如每个包络每个被赋予一分，可以看到用虚线610表示的航向落在跑道600的五、十二和二十度包络内，提供三的分数，而线610仅落在跑道300的二十度包络内。因此，跑道600是优选跑道。如果飞行器航向使得每个跑道被赋予相同分数，则任一跑道将是适当的。
[0033]可将图3和5的方法组合以在记分中实现包容度(containment)的元素。例如，如果航向在跑道的延伸边界内，则可以赋予附加分数，并且如果航向在跑道的边缘内，则赋予另一附加分数。另外，分数可以是动态的；即，其可用另一参数来调制。例如，在给定包络中(例如，在加或减十二度包络中)实现分数可以是地速的函数；即如果地速大于四十节(knot)的话，得两分，否则得一分。在另一示例中，只有地速小于四十节时才可能赋予分数，否则为零。
[0034]图7是描述用于基于上述记分系统来选择跑道的方法700的流程图。可用软件、硬件、固件或其任何组合来执行结合方法700执行的各种任务。出于说明性目的，方法700的以下描述可以指的是上文结合图1所述的元件。实际上，可由所述系统的不同元件(诸如处理架构或显示元件)来执行方法700的各部分。应认识到的是方法700可包括任何数目的附加或替换任务。不需要按照所示顺序来执行图7中所示的步骤，并且可将其结合到具有在本文中未详细地描述的附加功能的更加全面的程序或过程中。
[0035]虽然可在主飞行器(host aircraft)正在操作的同时在任何时间执行或发起方法700，但本示例假设在起飞之前(或在着陆期间或之后)执行方法700。更具体地，可以在飞行器处于滑行模式中的同时执行该方法700。可以以相对高的刷新速率以实际上连续的方式来执行方法700。
[0036]跑道选择方法700获得、接收、访问或获取影响跑道选择的某些数据和信息。在这方面，该方法获取某些类型的跑道数据(步骤702)和诸如相对于至少第一和第二跑道的飞行器航向之类的飞行器数据(步骤704)，如上所述。例如，方法700可设想包括跑道标识符、跑道宽度和长度；包括跑道中心点、中心线以及两个跑道端点的跑道勘测数据；跑道立视图；跑道实际航向等的跑道。使用此数据，过程700创建用于第一和第二跑道的跑道边界包络(步骤706)。方法700还可获得或接收可能影响边界包络的生成和呈现的其它输入数据。
[0037]再次参考图1和2，各种元件、系统和部件可提供用于步骤706的其它输入数据。在某些实施例中，此输入数据可包括用于从机载传感器和检测器获得的主飞行器的飞行器状态数据(诸如地理位置数据、航向数据等)。系统可以以适当的方式来处理用户输入的输入数据、其它输入数据、飞行器数据、以及跑道数据以生成用于第一和第二跑道的跑道边界包络。
[0038]再次参考图7，使用上述技术对每个跑道进行记分(步骤708和步骤710)。如果第一跑道得分高于第二跑道(步骤712)，则选择第一跑道(步骤714)，并且过程结束。如果第一跑道的分数不大于第二跑道的分数，则接下来确定两个跑道的分数是否相等(步骤716)。如果不是，则选择第二跑道(步骤718)，并且过程结束。如果分数相等，则可选择任一跑道(步骤720)，并且过程结束。
[0039]因此，已提供了一种基于飞行器相对于第一和第二跑道的方位的航向而使用跑道记分方法来可靠地选择两个跑道中的一个的系统和方法。
[0040]虽然在前述详细描述中已提出了至少一个示例性实施例，但应认识到的是存在许多变体。还应认识到的是本文所述的一个或多个示例性实施例并不意图以任何方式限制要求保护的主题的范围、适用性或配置。更确切地说，前述详细描述将为本领域的技术人员提供用于实施一个或多个所述实施例的方便路线图。应理解的是在不脱离由权利要求定义的范围的情况下可在元件的功能和布置方面进行各种修改，其包括在提交本专利申请时的已知等价物和可预见的等价物。
【主权项】
1.一种用于选择多个飞行器跑道中的一个的方法，包括基于跑道包络的贯穿来对跑道中的每个记分。2.权利要求1的方法，其中，用飞行器航向与多个跑道中的每一个的方位之间的偏差来测量所述跑道包络贯穿。3.权利要求2的方法，还包括: 创建用于每个跑道的多个边界包络，每个包络具有预定加权分数；以及 基于用于飞行器航向落在其内部的每个跑道的边界包络的数目来确定用于每个跑道的总分数。4.权利要求3的方法，其中，所述多个边界包络包括多个同心边界框。5.权利要求4的方法，其中，所述多个边界包络包括多个角度包括性边界段，每个段具有接近于跑道中心线的原点并从那里延伸预定角距离。6.权利要求5的方法，其中，所述多个段至少包括基本上加和减五度对向的第一段、基本上加和减十二度基本上对向的第二段以及基本上加和减二十度基本上对向的第三段。7.权利要求6的方法，其中，第一、第二和第三段中的每一个每个表示预定分数。8.权利要求7的方法，还包括累计与第一、第二和第三段中的每一个相关联的分数。9.一种用于从第一和第二跑道中选择跑道的系统，包括: 第一飞行器数据源，包括航向； 第二跑道数据源，包括跑道方位；以及 处理器，被耦合到第一和第二源并被配置成(a)创建跑道边界包络，每个具有加权分数，以及(b)基于每个跑道的加权包络中的哪一些包括飞行器航向来确定跑道分数。10.权利要求9的系统，其中，所述处理器还被配置成生成多个角度包括性边界段，每个段具有接近于跑道中心线的原点并从那里延伸预定角距离。
【专利摘要】用于通过记分进行跑道选择的系统和方法。一种用于选择跑道的系统和方法包括取回跑道特征数据和飞行器数据，其包括相对于第一和第二跑道的方位的飞行器航向。针对每个具有预定分数的第一和第二跑道中的每一个创建跑道边界包络。比较用于第一和第二跑道中的每一个的总分数以确定选择哪个跑道。
【IPC分类】G08G5/02
【公开号】CN104882030
【申请号】CN201510087972
【发明人】K.J.康纳, Y.伊施哈拉, S.约翰逊
【申请人】霍尼韦尔国际公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月26日
【公告号】EP2913813A1, US20150243174