专利名称：高度确定的系统和方法
高度确定的系统和方法
背景技术：
全世界的航空死亡事故的根本原因来自疏忽地驾驶完美工作的飞行器使之飞入地面或水中。该类型的事故被称为可控飞行撞地(Controlled Flight into Terrain, CFIT)。CFIT事故的常见原因是由于输入到增强型近地警告系统(enhanced ground proximity warning system, EGPWS)无线电测高计高度的丢失。来自无线电测高计(radio altimeter, RA)的高度信息是得出针对EGPWS的几何高度的关键输入之一。在共同拥有的美国专利No. 6216064中描述了计算几何高度的一种方法。几何高度使用改进的压力高度计算、GPS高度、无线电高度以及地形和跑道高程数据以减少或消除由极限温度、非标准高度条件和测高计错误设置潜在地引起的在校正气压高度方面的误差。最终的几何高度是通过将这三个算出的组成(component)高度与可选的校正气压高度组合来算出的。在最终的方案中，每个高度的加权基于对应的估计(垂直优值 (vertical figure of merit)) VF0M。混合算法给予具有更高估计精度的高度以最大的权重，这减少了较不准确的高度对最终算出高度的影响。也使用从GPS高度和GPS VFOM算出的窗口监视器检查每个组成高度的合理性。无效的、不可用的或者落入合理窗口外的高度不包括在最终的混合高度中。无线电高度校准高度是在进场(approach)期间使用从无线电高度(地面以上的高度)和存储在EGPWS地形数据库中的地形高程数据得出的高度对非标准高度的校准。当飞行器处于任何跑道的最小距离和高程内时，此校准在飞行的进场阶段期间实行。一旦确定了校正因子，就把该校正因子应用到非标准高度(或标准高度)直到飞行器着陆。如果RA故障或提供高度信息的任何其他仪器发生故障，几何高度的确定就受到严重损害。
发明内容
在一实施例中，一种系统包括存储器设备和耦合到该存储器设备的处理器。该处理器被配置成在第一时间间隔从第一组件接收指示飞行器的高度的信号、从第二组件接收指示飞行器的第一航向的信号以及从第三组件接收指示飞行器的第一位置的信号。该处理器还被配置成在比第一时间间隔晚的第二时间间隔从第二和第三组件接收分别指示飞行器的第二航向和第二位置的信号。该处理器在第二时间间隔不从第一组件接收信号。该处理器还被配置成确定飞行器的估计高度和飞行器的几何高度。
下面将参照下列附图详细描述本发明的优选的和可替代的实施例。图1图示了根据本发明的实施例形成的示范性系统的元件； 图2-4图示了根据本发明的实施例的过程；
图5概念性地图示了根据实施例的存储器设备的功能；以及图6-9图示了根据实施例的高度预测。
具体实施例方式本发明的一个实施例针对如果RA故障或来自任何其他传感器的高度信息的丢失的情况下对飞行器高度的预测，所述高度信息被用作使用混合算法计算用于EGPWS的几何高度的输入并且继续将此信息提供给EGPWS直到在进场阶段期间达到VFR (目视飞行规则) 条件并且直到在飞行的爬升阶段期间达到RA的操作范围极限。本发明的一个实施例针对一种高度预测方案，其用于通过保持现有混合算法的完整性来估计和预测至EGPWS的TA&D功能的飞行器高度以计算用于EGPWS的几何高度。与常规方法不同，实施例产生并存储预测的高度信息。此高度数据是“体积测定的”或“三维的”，这是因为它是根据在飞行路径角上飞机前面的区域中预测的高度信息的系统计算构建的并且通过该系统计算不断地更新的。本发明的一个实施例在计算上“构建”飞机前面空间中长方体的等价物。该飞行器的现行位置存储在3D缓冲器中，使得此信息可以用来在两个体素范围(例如沿着飞行路径角分开)计算预测的位置。所预测的位置/高度信息连续地存储在3D缓冲器中。如果无线电测高计或输入到混合算法的任何其他传感器发生系统故障，则把该信息从此缓冲器提取出来并且被补充为到算出RA校准高度的输入或类似的对应的输入。存储在该缓冲器中的高度信息不仅被提取出来和提供给EGPWS，而且还可以用来基于具有高度精度的飞行路径角相对于缓冲器中的单元来计算后续的高度信息/飞行器位置。在关键的进场阶段期间，此信息继续被提供给EGPWS，直到达到针对VFR方案的决策高度或条件。本发明的一个实施例可以是EGPWS的又一种模式。例如此模式的激活可以基于RA 故障(或任何其他传感器故障)。EGPWS可以利用通常的RED指示器灯来指示此故障。可以存在作为“无线电测高计故障”(或任何其他对应的传感器故障)的警示报警的发声，使得飞行员保持在自动驾驶仪(auto-pilot)模式或者可以留在具有尽可能小的偏差的飞行计划航线上。这样将导致根据本文所讨论的3D缓冲器预测方案对RA信息的准确预测。然而， 如果根据存储的飞行计划飞行航线仍有偏差，则也可以使用来自惯性导航系统(inertial navigation system, INS)的航向信息。可以在由计算机和/或计算机可读介质执行的计算机可执行指令(比如程序�？�)的总体背景中描述本发明的实施例，这样的指令或�？榭梢源娲⒃谒黾扑慊啥两橹噬稀Ｒ话愕兀绦蚰？榘敌刑囟ㄈ挝窕蚴迪痔囟ǔ橄笫堇嘈偷睦�、程序、对象、组件、数据结构等。本发明也可以在分布式计算环境中实践，在该分布式计算环境中任务由通过通信网络链接的远程处理设备来实行。在分布式计算环境中，程序�？榭梢晕挥诒镜睾驮冻碳扑慊娲⒔橹手校眉扑慊娲⒔橹拾娲⑵鞔娲⑸璞�。根据一个或多个实施例，软件或计算机可读指令与计算机可读介质的组合导致机器或装置的创建。类似地，软件或计算机可执行指令被处理设备执行导致根据一实施例的本身可区别于该处理设备的机器或装置的创建。因此，应当理解，计算机可读介质通过在其上存储软件或计算机可执行指令来变换。同样地，在执行软件或计算机可执行指令的过程中变换处理设备。另外，应当理解，输入到处理设备的第一组数据在由处理设备对软件或计算机可执行指令的执行期间或者以其它方式与其相关联地被变换为作为这样的执行的结果的第二组数据。此第二数据组随后可以被存储、显示或以其它方式被传送。在每个上面示例中提到的这样的变换可以是计算机可读介质的各部分的物理改变的结果或者以其它方式涉及所述物理改变。在每个上面示例中提到的这样的变换也可以是，例如在处理设备执行软件或计算机可执行指令期间与该处理设备相关联的寄存器和/或计数器的状态的物理改变的结果或者以其它方式涉及该物理改变。图1图示了本发明可以在其中实现本发明的合适的操作环境的示例。该操作环境仅仅是合适的操作环境的一个示例并且并不意图暗示关于本发明的用途或功能范围的任何限制。该操作环境可以包含或者是三维缓冲处理系统的组件，比如由Honeywell 制造的RDR-4000天气雷达系统，其包含它的体积测定缓冲技术。其他可能合适的以供本发明使用的公知计算系统、环境和/或配置包含但不限于，个人计算机、服务器计算机、手持或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编程消费者电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包含上面系统或设备中任何系统或设备的分布式计算环境，等等。图1中所图示的操作环境典型地包含至少某形式的计算机可读介质。计算机可读介质可以是能够被这样的操作环境的一个或多个组件访问的任何可用介质。通过示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包含以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据之类的信息的任何方法或技术所实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包含但不限于，RAM、 R0M、EEPR0M、闪速存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字多用盘(DVD)或其他光学储存器、 盒式磁带、磁带、磁盘储存器或其他磁存储设备，或可以用于存储期望的信息且可以被这样的操作环境的一个或多个组件访问的任何其他介质。通信介质典型地将计算机可读指令、 数据结构、程序�？榛蚱渌萏逑衷诘髦频氖菪藕胖校热缭夭ɑ蚱渌浠梗⑶彝ㄐ沤橹拾魏涡畔⒌菟徒橹�。术语“调制的数据信号”意指将其特性中的一个或多个特性以使得对信号中的信息进行编码的方式来设置或改变的信号。通过示例而非限制，通信介质包含诸如有线网络或直接有线连接之类的有线介质和诸如声学、RF、红外和其他无线介质之类的无线介质。上述任何介质的组合也应当包含在计算机可读介质的范围内。图1图示了系统500，其包含诸如EGPWS 510的处理设备，其又包含数据库520、报警算法组件522和机动算法组件524。EGPffS 510可以包含或以其它方式耦合到3D缓冲存储器设备511。数据库520包含本地受保护领空的地理位置以及水平和垂直范围。EGPWS 510与飞机系统530、532和534相接口以提供飞机位置(纬度、经度、高度)、水平速度、垂直速度(或飞行路径角)和轨迹角的知识。系统532例如可以包含无线电测高计(未示出)。另外，如果导引命令是所期望的，则可能需要知道飞机俯仰姿态、滚转姿态和航向。报警算法组件522确定飞机是否被预测侵犯任何受保护领空体积(volume)。 EGPffS 510包含在报警算法组件522确定了存在与受保护领空的即将来临的冲突之后向飞行员提供可听信息的听觉消息发生器。机动算法组件5M生成用于输出给飞行员或自动飞行控制系统MO的导引命令以避开受保护领空。图5概念性地图示了根据一实施例的存储器设备511的功能。3D存储器(体积测定高程缓冲器)在逻辑3维x、y和ζ平面中被构造，其中存储器被以单元550(也被称为“体素”)的形式分配，由此使得EGPWS 510在起飞/进场期间能够实行“预行估计(look-ahead) 算法”。3D缓冲器511以这样的方式分配存储器该方式在概念上形成了在飞行器前面由立方体形体素500构造的长方体555。在任何时间点，飞行器位置可以被视为是在沿着χ平面的第一单元处且在y和ζ平面中对应的位置坐标处。y和ζ位置可以是依照从EGPWS 510 接收的信息的。每个体素550是完全立方体。在一实施例中，χ和y平面在长度方面是1 个体素550，不过在适当时候可以使用更多或更少的这样的体素。在一实施例中，在χ和y平面中，64英尺被1 个体素划分提供了 0. 5英尺的体素尺寸。因此，每个体素550在ζ平面中在长度方面为0.5英尺。在所图示的实施例中，1 层体素550包含在ζ平面内。如下面进一步详细讨论的，此3维长方体555在逻辑上对应于飞行器的移动而连续地“移动”。如果仍然达到了 RA的精度那样足够的精度，则体素550的大小可以按照EGPWS中所存储的数字地形高程数据库的单元的尺寸改变。图2-4图示了根据本发明的一实施例的过程200。该过程200被图示为一组操作， 其被示出为离散的方框。过程200可以以任何合适的硬件、软件、固件、或其组合来实现。把这些操作描述为的次序不必然被理解为限制性。参照图2，在方框210处，无线电测高计校准高度数据被EGPWS 510接收和/或生成。如将进一步详细讨论的，如果RA正在起作用，则此数据将基于从RA接收的数据。否则， 这样的数据将基于由EGPWS 510使用3D缓冲器511生成的数据。在方框220处，EGPWS 510从系统534接收包含上升/下降角度在内的航向信息。 如上面所提到的，如果飞行器处于飞行计划航线上，则可以使用来自飞行管理系统(FMS)的数据。否则，可以使用由INS提供的航向信息。在方框230处，EGPffS 510从系统530接收包含飞行器经度/纬度在内的飞行器
位置数据。在方框240处，使用在方框210-230中接收的数据以在适当时候初始化或更新定义飞行器当前位置相对于如存储在3D缓冲器511中的先前确定的飞行器位置和预测的飞行器位置的参考点。如上所讨论，由缓冲器511生成的长方体555被视为根据运动补偿技术总是随着飞行器的运动而动态地往前移动。为了准确地实行运动补偿，应当不断地跟踪距选定参考帧的总飞行器位移，其包含往返飞行时间期间。到飞行器位置整合(integration)的输入可以是航向(弧度)、漂移角(弧度)、到最近报告的飞行器位置的时间增量(秒)、对地速度(米 /秒)和指示先前飞行器位置(参考点)的数据。飞行器位置整合可以通过经初始化被称为参考点的对象来“标记”飞行器的位置而被初始化。随着飞行器从参考点被初始化的位置移动，参考点累积。参考点跟踪Δχ位移 (左/右)，Ay位移(前/后)，并且在初始化的时候记录飞行器航向(弧度)。飞行器位置整合的输出可以是Δχ-飞行器的相对位移(左/右)，Ay-飞行器的相对位移(前/后)，Ah-航向(弧度)上的相对差，以及包含更新的Δχ和Ay的更新参考点。现在参照图3，在方框250处，EGPffS 510计算飞行器沿着顺着当前飞行路径的预定增量距离的预测高度并且用该预测高度填充3D缓冲器511的单元。例如，YUY2,Y3,Y4,Y5可以表示填充长方体555的对应可替代单元(例如远离在前估计的位置的2个体素)的飞行器的连续的预测位置。这些预测高度可以使用参照长方体555所确定的当前位置“X”来计算。下列公式提供了第一估计高度“Y1”、第二估计高度“Y2”等。注意，这些预测高度可以是如使用上述运动-补偿技术确定的Δχ、Δγ和Ah的函数。
权利要求
1.一种方法，其包括在第一时间间隔从第一组件接收指示飞行器的高度的信号； 在所述第一时间间隔从第二组件接收指示所述飞行器的第一航向的信号； 在所述第一时间间隔从第三组件接收指示所述飞行器的第一位置的信号； 在比所述第一时间间隔晚的第二时间间隔从所述第二和第三组件接收分别指示所述飞行器的第二航向和第二位置的信号；其中在所述第二时间间隔不接收来自所述第一组件的信号；基于在所述第二时间间隔接收的信号确定所述飞行器的估计高度；以及基于所述估计高度确定所述飞行器的几何高度。
2.如权利要求1所述的方法，还包括基于从所述第二和第三组件接收的所述信号确定与所述飞行器的沿着所述飞行器的飞行路径的多个不同位置相对应的所述飞行器的多个预测高度，所述估计高度基于所述预测高度中的一个或多个；以预定的时间频率更新所述预测高度的值；以及将所述预测高度的值存储在存储器设备中， 其中所述存储器设备包括三维缓冲器， 其中所述第一组件包括无线电测高计。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述预测高度基于该公式确定其中Y是预测高度； X是估计的当前高度； 是飞行器飞行角；以及 Z是从当前飞行器位置沿着飞行角的预定距离。
4.如权利要求2所述的方法，其中确定所述估计高度包括 将所述预测高度中的至少一个与所述第二飞行器位置关联； 访问对应于所述第二飞行器位置的地形-高程数据；以及将所述地形-高程数据加到所述至少一个预测高度。
5.如权利要求1所述的方法，其中 所述飞行器具有相关联的储存的飞行计划；如果所述飞行器根据所述飞行计划行进，则所述第二组件包括飞行管理系统；以及如果所述飞行器不根据所述飞行计划行进，则所述第二组件包括惯性导航系统。
6.一种被配置成在飞行器上实现的系统，所述系统包括 存储器设备(511);和处理器(510)，其耦合到所述存储器设备，所述处理器被配置成 在第一时间间隔从第一组件接收指示所述飞行器的高度的信号， 在所述第一时间间隔从第二组件接收指示所述飞行器的第一航向的信号， 在所述第一时间间隔从第三组件接收指示所述飞行器的第一位置的信号，在比所述第一时间间隔晚的第二时间间隔从所述第二和第三组件接收分别指示所述飞行器的第二航向和第二位置的信号，其中在所述第二时间间隔不接收来自所述第一组件的信号，基于在所述第二时间间隔接收的信号确定所述飞行器的估计高度，以及基于所述估计高度确定所述飞行器的几何高度。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述处理器还被配置成基于从所述第二和第三组件接收的信号确定与所述飞行器的沿着所述飞行器的飞行路径的多个不同位置相对应的所述飞行器的多个预测高度，所述估计高度基于所述预测高度中的一个或多个，其中所述处理器还被配置成以预定的时间频率更新所述预测高度的值；以及将所述预测高度的值存储在所述存储器设备中。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述存储器设备包括三维缓冲器，其中所述第一组件包括无线电测高计。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述预测高度基于该公式确定
10.如权利要求7所述的系统，还包括耦合到所述存储器设备的数据库，所述数据库包含表示与至少一个地理区域相关联的固定陆标的一组地形数据，并且其中确定所述估计高度包括将所述预测高度中的至少一个与所述第二飞行器位置关联； 从所述数据库访问对应于所述第二飞行器位置的地形-高程数据；以及将所述地形-高程数据加到所述至少一个预测高度， 其中所述飞行器具有相关联的储存的飞行计划，其中如果所述飞行器根据所述飞行计划行进，则所述第二组件包括飞行管理系统， 其中如果所述飞行器不根据所述飞行计划行进，则所述第二组件包括惯性导航系统。
全文摘要
本发明公开了高度确定的系统和方法。一种系统包括存储器设备和耦合到该存储器设备(511)的处理器(510)。该处理器被配置成在第一时间间隔从第一组件接收指示飞行器的高度的信号、从第二组件接收指示飞行器的第一航向的信号以及从第三组件接收指示飞行器的第一位置的信号。该处理器还被配置成在比第一时间间隔晚的第二时间间隔从第二和第三组件接收分别指示飞行器的第二航向和第二位置的信号。该处理器在所述第二时间间隔不接收来自所述第一组件的信号。该处理器还被配置成确定飞行器的估计高度和飞行器的几何高度。
文档编号G01C5/00GK102338630SQ20111019678
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年7月15日
发明者N.库姆布尔, R.B.克里什纳默蒂 申请人:霍尼韦尔国际公司
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