由飞行管理系统计算具有改进的过渡轨迹的方法技术方案

本发明专利技术涉及由飞行管理系统计算具有改进的过渡轨迹的方法。通过称为FMS的飞行管理系统来计算飞行器将飞过的轨迹的方法，该方法包括由FMS计算的以下步骤：对于来自飞行计划的轨迹的至少一个过渡：1)确定初始过渡，所述初始过渡包括展示出单一初始转弯半径的至少一个弧线，2)确定包括初始过渡的初始轨迹，3)对于每个参数，确定在初始过渡过程中的所述参数的多个预测值，4)根据预定标准来确定初始过渡的弧线的多个有序子部，5)确定每个子部的相关转弯半径，6)基于有序子部和连续相关转弯半径来确定改进过渡，7)确定包括改进过渡的改进轨迹，8)将改进轨迹显示给飞行机的飞行员。

A method for calculating an improved transition trajectory from a flight management system

The present invention relates to a method for calculating an improved transition trajectory from a flight management system. The flight management system called FMS to calculate the trajectory of the aircraft will fly through the method, the method comprises the following steps: calculated by FMS for at least a transition from the flight plan track: 1) to determine the initial transition, the initial transition including show single initial turning radius at least one arc 2) to determine the initial trajectory including the initial transition, 3) for each parameter, multiple predictors to determine the parameters in the initial transition in the process of value, 4) according to predetermined criteria to determine a plurality of sub ordered initial transition arc, 5) to determine the turning radius of each part, 6) to determine the improvement based on the continuous and orderly transition of Zibu related turning radius, 7) including improved path transition, 8) will improve the track display to flight pilots.

【技术实现步骤摘要】
由飞行管理系统计算具有改进的过渡轨迹的方法
本专利技术涉及飞行器飞行管理系统(flightmanagementsystem，FMS)的
更具体而言，本专利技术涉及一种用于计算横向轨迹的方法，以使得横向轨迹的一些转折或过渡(transitions，飞行器的方向改变)得到改进。
技术介绍
飞行计划是对在计划飞行的框架内飞行器所遵循的路线的详细描述。通常由被称作“飞行管理系统”(其在后文中被称作FMS)的系统在民用飞机上对飞行计划进行管理，该飞行计划在机组人员和由其他机载系统处提供待遵循的路线。其中，这些系统能够通过显示对飞行员有用的信息或通过将飞行参数传送给自动驾驶系统而进行导航辅助。图1示出了现有技术中已知的FMS的结构的概况。FMS类型的系统10具有人机界面12，该人机界面12包括例如键盘和显示屏，或仅包括显示触摸屏，并且该人机界面12至少包括由标准ARINC702所描述的以下功能：·导航(LOCNAV)101，其作为地理定位装置130(例如，基于卫星的地理定位(GPS、GALILEO)、VHF无线电导航信标、惯性平台)的功能，用于执行飞行器的最优定位。该模块与前述地理定位装置进行通信；·飞行计划(FPLN)102，其用于输入构成待遵循的路线的主框架(skeleton)的地理元素，例如，由离场程序和进场程序硬性要求的点、航点和空中航线；·导航数据库(NAVDB)103，其用于基于包括在涉及点、信标(beacons)、定位航段(interceptionlegs)或高度航段(altitudelegs)等的库中的数据来构建地理路线和程序；·性能数据库(PRFDB)104，其包括飞行器气动性参数和发动机参数；·横向轨迹(TRAJ)105，其用于基于飞行计划的点而构建符合飞行器的性能和限制约束(RNP)的连续轨迹；这个形成了本专利技术主题的功能特别影响了计算机的该部分。·预测(PRED)106，其用于垂直在横向轨迹上构建最优垂直轮廓。·导引(GUID)107，其用于在横向平面和垂直平面内沿飞行器的三维轨迹对飞行器进行导引，同时对飞行器的速度进行优化。在装配有自动领航装置11的飞行器中，自动领航装置11可以与导引模块107交换信息；·数字数据链路(DATALINK)108，其用于与控制中心和其他飞行器13进行通信。由飞行员输入飞行计划，或者基于包含于导航数据库的数据由数据链路输入飞行计划。飞行计划是基于存储在导航数据库130中的航点列表和程序(离场、进场、空中航线、任务)列表来设计的。随后，飞行员输入以下飞行器参数：质量、飞行计划、巡航高度的范围、以及一个或多个优化标准(例如CI)。飞行计划包括由航空标准限定的一系列有序航段(通常称为LEG)。航段对应于用于计算基本轨迹的指示。基于包含在每个航段中的指示(由这些航段限定的航点间几何形状)、飞机的性能、任意类型的限制(高度、速度、时间、倾斜度)以及推力和速度指示(其用于计算转弯半径)而逐航段地逐渐构建来自于飞行计划PV的轨迹。在商业航空中，ARINC424国际标准限定了各种类型的“LEG”或航段，每种类型对应于一种数据，所述数据需要用于计算对应于该类型的基本轨迹(例如，关于待遵循的位置、高度、航向或路线的指示)。更具体地，模块TRAJ105和PRED106分别计算横向轨迹和垂直轮廓(即，关于高度和速度的飞行轮廓)，例如，使优化标准最小的横向轨迹和垂直轮廓。因此，每个航段产生部分轨迹(基本轨迹)。该基本轨迹对应于几何元素，其可以为直线段、弧线(典型地为圆弧)或直线段和弧线的组合。此外，可以连接对应于两个非对齐连续航段的基本轨迹的轨迹部分称为过渡T。因此，在过渡期间，两个航段之间存在的过渡必然会引起飞行器的转弯。基于轨迹的完整计算，FMS确定对应于沿轨迹的轨迹关键参数的值的“预测”(由模块PRED执行)，即FMS确定轨迹的曲线横坐标x的各个值的“预测”。典型地，这些参数为：飞行器相对于周围气团的速度CAS(为CalibratedAirSpeed的缩写)、飞行器的高度、风(由矢量限定)。FMS可以根据来自飞行员的指令而使飞行器自动地受控于计算的轨迹。过渡由过渡开始点(其可以为由FMS计算的点或飞行器的实时位置)、信息的过渡结束项(其可以为点)、航向或根据某一航向而必定飞过的点的组合来进行表征。根据现有技术，过渡的弯曲部分为幅角在2和358度之间并具有单一且恒定的半径R0的一个或多个圆弧。一般而言，转弯半径R依赖于成组的参数，例如：飞行器相对于周围气团的速度(称为CAS，意思为“CalibratedAirSpeed(校准空气速度)”)、风W(采用向量的形式)、高度、飞行器外的温度。例如，已知公式：其中：GS为飞行器的地面速度，g为重力常数，为标称滚转角，其预定为性能或飞行器类型的函数。具有以下向量等式：GS＝TAS+W(2)其中，TAS为“真实空气速度(TrueAirSpeed)”，其对应于针对飞行器的高度和飞行器周围的外部温度而校准的CAS速度。对于给定的过渡，FMS基于单一一组参数值而计算单一半径R0。每个参数的固定值被限定为取决于过渡：平均值、“最坏情况”(例如对于有风的情况，见下文)、在过渡开始点的值(例如：高度和温度)等。按照无论沿轨迹遇到何种危险，轨迹都是可飞的这样的方式来计算轨迹，就这个意义而言，单一转弯半径R0称为“保守”。图2示出了第一示例，该第一示例计算了过渡开始点WPA和过渡结束点WPB之间的过渡T(包括WPA和点I之间的圆弧T0和点I和WPB之间的直线部分)。这里，飞行器受控于冻结的计算的轨迹。W0表示在点WPA处的风向量。通过将风向量投影至横向轨迹来获得风的影响。风对飞机的影响的最坏情况对应于飞行器具有最大的地面速度GS的情况，即风向量基本与飞行器的空气速度共线。根据现有技术，FMS为计算转弯半径R0所考虑的风的影响为沿整个T0进行推断的风W0的“最坏情况”(也就是说，在过渡的开始处考虑)。但是，参数的值可以沿过渡具有很大的变化，导致用于计算的参数值组不具有代表性。在示例中，风的最坏情况仅发生在T0的结束处(在部分T3上)。因此，利用在过渡结束时飞行器获得的飞行器最高速度GSmax来计算R0。因此，受控于由FMS计算的并且冻结的保守轨迹T的飞行器以小于标称滚转角的滚转角以及低于GSmax的地面速度飞过T0的大部分。该低地面速度将使得飞行器可以采用根据较小转弯半径的标称滚转角来飞行(见公式(1))。事实上，在T0的整体开始，考虑到风W0相对于轨迹的开始的方向，飞行器本来可以采用对应于小于R0的转弯半径的“更紧的”轨迹飞行，所述“更紧的”轨迹的开始由图2中的TF1或TF2示出。因此，保守轨迹T0相对于可飞轨迹是非优化的，并且在水平面上具有较大区域。图3示出了对于计算过渡开始点WPA(对应于飞行器A的位置)和航向HD之间的过渡的情况的第二示例。根据现有技术，当飞行器朝向航向而飞过过渡时，轨迹没有如先前一样冻结，而是随着飞行器前进而自动更新轨迹计算。在该示例中，还考虑了地面速度的最坏情况仅发生在过渡的结束的情况。FMS以计算半径为R0(“最坏情况”)的第一保守轨迹TC0开始。当在过渡的开始处的情况(参数的值，典型地为地面速度)比用于保守计算的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由称为FMS的飞行管理系统来计算飞行器将飞过的轨迹的计算方法(40)，轨迹是基于飞行计划(PV)而确定的，所述飞行计划(PV)包括由航空标准限定的一系列有序的航段(Leg)，航段对应于用于计算基本轨迹的指示，基于每个航段中包含的指示而逐渐构建轨迹，能够连接对应于两个非对齐连续航段的基本轨迹称为过渡(T)，该方法包括以下由FMS计算的步骤：‑对于来自飞行计划(PV)的轨迹的至少一个过渡(T)：1)确定初始过渡(Tini)，其包括展示出单一初始转弯半径(R0)的至少一个弧线，所述初始转弯半径是基于代表飞行器状态的至少一个参数(PA)的初始值(PA0)来计算的，所述初始值保证过渡的可飞特性，2)确定包括初始过渡(Tini)的初始轨迹(Traj‑ini)，3)对于每个参数，基于初始轨迹的计算来确定在初始过渡过程中的所述参数的多个预测值(PAk1，PAK2)，4)根据预定标准来确定初始过渡(Tini)的弧线的多个有序子部(Sub(i))，5)对于每个子部(Sub(i))，基于所述子部中的预测值来推断每个参数的典型值(PA(i))，基于所述子部的每个参数的典型值(PA(i))来计算相关转弯半径(R(i))，从而确定相关转弯半径(R(i))，6)基于有序子部(Sub(i))和连续相关转弯半径(Ri)来确定改进过渡(Timp)，7)确定包括改进过渡(Timp)的改进轨迹(Traj‑imp)，8)将改进轨迹(Traj‑imp)显示给飞行器的飞行员。...

【技术特征摘要】
2016.07.07 FR 16010611.一种由称为FMS的飞行管理系统来计算飞行器将飞过的轨迹的计算方法(40)，轨迹是基于飞行计划(PV)而确定的，所述飞行计划(PV)包括由航空标准限定的一系列有序的航段(Leg)，航段对应于用于计算基本轨迹的指示，基于每个航段中包含的指示而逐渐构建轨迹，能够连接对应于两个非对齐连续航段的基本轨迹称为过渡(T)，该方法包括以下由FMS计算的步骤：-对于来自飞行计划(PV)的轨迹的至少一个过渡(T)：1)确定初始过渡(Tini)，其包括展示出单一初始转弯半径(R0)的至少一个弧线，所述初始转弯半径是基于代表飞行器状态的至少一个参数(PA)的初始值(PA0)来计算的，所述初始值保证过渡的可飞特性，2)确定包括初始过渡(Tini)的初始轨迹(Traj-ini)，3)对于每个参数，基于初始轨迹的计算来确定在初始过渡过程中的所述参数的多个预测值(PAk1，PAK2)，4)根据预定标准来确定初始过渡(Tini)的弧线的多个有序子部(Sub(i))，5)对于每个子部(Sub(i))，基于所述子部中的预测值来推断每个参数的典型值(PA(i))，基于所述子部的每个参数的典型值(PA(i))来计算相关转弯半径(R(i))，从而确定相关转弯半径(R(i))，6)基于有序子部(Sub(i))和连续相关转弯半径(Ri)来确定改进过渡(Timp)，7)确定包括改进过渡(Timp)的改进轨迹(Traj-imp)，8)将改进轨迹(Traj-imp)显示给飞行器的飞行员。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤5)包括如下子步骤：-基于对每个参数的多个预测值，通过插值方案来将参数的变型函数(PA(x))确定为沿过渡的横坐标(x)的函数(51)，-基于子部中的参数的变型函数(PA(x))，确定每个子部(Sub(i))的每个参数(PA)的典型值(PA(i))(52)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在子部(Sub(i))的参数的典型值(PA(i))等于子部中的变型函数(PA(x))的平均值。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，参数为飞行器相对于空气的速度(CAS)。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，基于成组的参数来确定转弯半径，所述成组的参数包括：飞行器相对于空气的速度(CAS)、风(W)和/或飞行器的高度(Alt)和/或飞行器外的温度(Temp)。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述标准包括确定子部的数量(N)，每个子部展现出完全相同的扇面角(α)。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述标准包括确定子部的数量(N)以及作为沿过渡的典型参数的预测值的函数的每个子部(Sub(i))的扇面角(α(i))。8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，步骤3至步骤7以迭代方法执行，迭代由j来索引，该方法进一步包括步骤2’)，其包括加载最大迭代次数M，其中，从第二次迭代j＝2起，上一次迭代j-1的改进过渡(Timp(j-1))的值被分配给当前迭代j的初始过渡(Tini(j))，并且将上一次迭代j-1的改进轨迹(Traj-imp(j-1))分配给当前迭代j的初始轨迹(Traj-ini...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·萨瓦里，F·帕吕，Y·孔贝斯，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR