專利名稱：用于構(gòu)建供飛行器遵循的最優(yōu)飛行路線的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于構(gòu)建供飛行器，特別是運輸機遵循的最優(yōu)飛行路線的方法和
直O(jiān)更特別地，本發(fā)明的目的在于借助機載裝置實時地生成最優(yōu)的路線，該路線可供在受限制的動態(tài)環(huán)境，即在可能含有物體(或障礙物)的環(huán)境中飛行，通過該路線，飛行器應(yīng)避免與特別是在例如暴風(fēng)雨區(qū)之類的天氣干擾區(qū)的活動物體或其它飛行器發(fā)生對撞。15
背景技術(shù)：
已知飛行器飛行路線管理通常由管理飛行的機載系統(tǒng)執(zhí)行。特別地，修改飛行計劃/平面(les plans de vol)常常是一種復(fù)雜的方法，該方法需要與飛行器系統(tǒng)進行多次交互作用，其最終結(jié)果不能完全最優(yōu)化。該問題的主要原因一方面源自使用公開的航線和規(guī)程的自身的困難和局限，另一方面源自用于生成非公開的航線的現(xiàn)有的功能的局限(例如((DIR TO)))。目前并不存在能以簡單方式實時生成最優(yōu)路線——該最優(yōu)路線不取決于現(xiàn)有的航線且允許避免特別是動態(tài)類型的障礙物——的機載裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于彌補所述缺點。其涉及一種用于構(gòu)建供飛行器，尤其是運輸機遵循的最優(yōu)飛行路線的方法，所述路線在可能含有(尤其為活動的)障礙物的環(huán)境中確定， 所述飛行路線包括側(cè)向路線和豎直路線，且在當(dāng)前點和目標(biāo)點之間被確定。根據(jù)本發(fā)明，所述方法的特征在于，其可以自動地借助至少一個與障礙物有關(guān)的數(shù)據(jù)庫以及基準(zhǔn)豎直剖面，參考由操作員所確定的目標(biāo)，至少指出所述目標(biāo)點A/從當(dāng)前點開始確定至少第一段飛行路線，并依次實現(xiàn)以下操作a)從該當(dāng)前點開始生成預(yù)設(shè)長度的至少一個直線段；b)實現(xiàn)對由此生成的各段直線的驗證測試，驗證測試使用所述數(shù)據(jù)庫以及所述基準(zhǔn)豎直剖面；c)對生成和驗證的各段直線進行評估，并確定其分?jǐn)?shù)，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)所確定目標(biāo)的能力；以及d)記錄作為代表虛擬路線的一段飛行路線的各段直線及其評分；B/進行迭代處理(或迭代循環(huán)指令)，依次包括以下系列操作a)在記錄的所有虛擬路線中，考慮相對于確定的目標(biāo)具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線；b)從所述虛擬路線的下游端開始確定可能的航向變化；c)對于各可能的航向變化，生成從所述下游端開始且至少包括以下元素的一段路線圓弧和直線段，對所述元素進行驗證測試；d)對步驟C)中生成和驗證的各段路線，在該段路線之后，形成由步驟a)計算的虛擬路線構(gòu)成的一段新飛行路線。e)評估由此形成的各段新的路線，并確定其分?jǐn)?shù)，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)確定目標(biāo)的能力，以及f)記錄代表虛擬路線的各段新飛行路線及其評分；隨后重復(fù)前面的步驟a)到f)，直到在(所述步驟a到f的)重復(fù)結(jié)束時，具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的下游端對應(yīng)于所述目標(biāo)點為止，該虛擬路線因此代表了最優(yōu)的飛行路線；且C/把該最優(yōu)飛行路線傳遞至用戶裝置。A/和B/所描述的操作通?？梢栽趦蓚€方向上實施，即從飛行器到目標(biāo)點的方向及其反向。因此，借助于本發(fā)明，可以實時生成4D飛行路線，其具有以下特征，將在下文詳述-該路線是最優(yōu)的；-該路線可免于與周圍障礙物，尤其是活動障礙物的對撞；-該路線符合能源限制要求；以及-該路線代表能把飛行器的當(dāng)前位置(或當(dāng)前點)與由操作員，通常是飛行器飛行員所限定的目標(biāo)點相連的飛行路線。所述目標(biāo)點例如可以對應(yīng)所選擇路徑的閾限或?qū)?yīng)于根據(jù)具有相似用途的常用程序STAR或APra所確定的點，或者對應(yīng)最初飛行計劃的匯合點。根據(jù)本發(fā)明的方法與由飛行管理系統(tǒng)實現(xiàn)的常用處理的不同之處在于，其能夠提出不取決于現(xiàn)有航線的最優(yōu)路線，且簡化了生成路線的動作，這將在下文中明確描述。此外，所述方法保證所獲得的路線免于被包括動態(tài)(例如暴風(fēng)雨中的障礙物或飛行器)的障礙物的阻礙，并保證可形成飛行管理系統(tǒng)。此外，本發(fā)明能以最少時間管理飛行操作要求，且其還基于對由飛行管理系統(tǒng)生成的信息進行處理來提供最優(yōu)的有效路線。對所述信息的處理能結(jié)合復(fù)雜的要求，而無需管理算法中的數(shù)學(xué)復(fù)雜性。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法尤其具有以下優(yōu)點-其可以為機組人員在機上決策中提供支持。路線生成方法的目的在于，在機上斷定為復(fù)雜的形勢下減少機組人員的工作負(fù)擔(dān)。所述復(fù)雜的形勢與飛行員的尤其是由于環(huán)境的變化(例如在鄰近階段的路徑變化)而引起的重要工作負(fù)擔(dān)相關(guān)。路線生成方法因此可通過在對涉及路線決策的相關(guān)考慮中擔(dān)負(fù)責(zé)任而起作用。飛行員作為該項功能的操作員介入其中，并驗證結(jié)果。所述方法生成最優(yōu)路線，所述最優(yōu)路線能避開所有障礙物且符合操作限制條件，該最優(yōu)路線被提供到用戶裝置上。所述最優(yōu)路線尤其可以被顯示在機載屏幕上或被傳遞至空中交通管理員處。其還可以被用作自動導(dǎo)向系統(tǒng)的參考；-其可以驗證路線。路線生成方法同時考慮了多個限制條件(地形、能源、飛行物
理學(xué)......)。飛行員可以借助該生成方法來驗證其希望執(zhí)行的路線(但因為環(huán)境太復(fù)雜
其僅能保證其有效性)；且-其可以生成路線，其中把飛行員結(jié)合至該生成循環(huán)中。主要應(yīng)用使用了不要求特殊的參數(shù)的方法所述方法基于與飛行器及其環(huán)境相關(guān)的默認(rèn)參數(shù)生成最優(yōu)的路線。然而，機組人員可以指導(dǎo)并強制性規(guī)定特殊的限制要求，以便使路線精化或更好地滿足特殊要求，例如生成的路線具有比精確導(dǎo)航提供的覆蓋區(qū)更大的覆蓋區(qū)，從而增大相對于障礙物的通過邊緣?？梢栽诶@過移動的風(fēng)暴單元時使用所述設(shè)置，例如來彌補環(huán)境的變化。
此外，有利地，在步驟A/a)，可借助所述基準(zhǔn)豎直剖面確定直線段的高度。此外，有利地，為了實現(xiàn)對一段路線的驗證測試-在所述線路段周圍確定保護區(qū)，優(yōu)選是與要求RNP型精密導(dǎo)航技術(shù)(英語為 《Required Navigation Performance》)相關(guān)的保護區(qū)；-把所述保護區(qū)與來自所述一個或多個有關(guān)障礙物的數(shù)據(jù)庫的障礙物作比較；且-如果沒有任何障礙物處于所述保護區(qū)內(nèi)，把所述路線段視為有效。此外，有利地，為了實現(xiàn)對一段路線的相對于活動障礙物的驗證測試，把保護區(qū)與所述活動障礙物的推斷位置進行比較。此外，有利地，為了評估一段路線-確定從所述一段路線的下游端開始，為抵達目標(biāo)點所經(jīng)過/遍歷(parcourir)的距離；-確定在所述下游端上的航向與所述目標(biāo)點上的目標(biāo)航向之間的航向差值；以及-根據(jù)所述距離和所述航向差值為所述一段線路評分。該分?jǐn)?shù)表示了一段線路實現(xiàn)確定目標(biāo)的能力，也就是如果飛行器根據(jù)該段線路航行，其可以使該飛行器迅速抵達所述目標(biāo)點，且因此同時具有接近目標(biāo)航向的航向。此外，有利地，在步驟B/b)，為了從虛擬線路的下游端開始確定可能的航向變化， 根據(jù)例如10°的預(yù)設(shè)間隔，從所述下游端的現(xiàn)有航向開始計算所有相繼的航向，直到最大航向(例如現(xiàn)有航向的170° )為止，且該航向在當(dāng)前航向的兩側(cè)。此外，有利地-在步驟B/c)，為了生成一段線路cl)首先根據(jù)所述下游端的速度在附近生成一圓弧，且對該圓弧實現(xiàn)驗證測試； 隨后c2)生成與該圓弧相聯(lián)的一直線段，并對由該圓弧和直線段形成的一段路線實現(xiàn)驗證測試；在步驟B/cl)，確定以上述速度飛行的飛行器可遵循的最小半徑的圓??；且/或在步驟B/c)，以與在步驟A/a)生成直線段相同的方式確定一直線段。本發(fā)明還涉及一種供飛行器，尤其是運輸機遵循的最優(yōu)飛行路線的裝置，所述路線在可能含有(尤其為活動的)障礙物的環(huán)境中被確定，所述飛行路線包括側(cè)向路線和豎直路線，且在當(dāng)前點和目標(biāo)點之間被確定。根據(jù)本發(fā)明，所述裝置的特征在于其包括-有關(guān)障礙物的至少一個數(shù)據(jù)庫；-允許操作者輸入至少指出所述目標(biāo)點的目標(biāo)的第一裝置；-用于確定從所述當(dāng)前點開始的至少第一段飛行路線的第二裝置，所述第二裝置包括·從所述當(dāng)前點開始生成至少一個長度預(yù)設(shè)的直線段的元件；·實現(xiàn)對由此生成的各段直線驗證測試的元件，所述驗證測試使用了所述有關(guān)障礙物的數(shù)據(jù)庫以及所述基準(zhǔn)豎直剖面；·對由此生成和驗證的各段直線進行評估并確定其分?jǐn)?shù)的元件，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)所確定目標(biāo)的能力；以及
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·把代表虛擬路線的每段飛行路線及其評分記錄在存儲裝置中的元件；-實施迭代處理的第三裝置，所述第三裝置包括·在存儲裝置中記錄的所有虛擬路線中，考慮相對于確定的目標(biāo)具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的元件；·從該虛擬路線的下游端開始確定可能的航向變化的元件；·對于各可能的航向變化，生成從所述下游端開始且至少包括以下元素的一段路線的元件圓弧和直線段，對所述元素進行驗證測試； 用于對于所生成和驗證的各段路線形成跟隨該段路線之后的由所述虛擬路線構(gòu)成一段新的飛行路線的元件?！び糜谠u估由此形成的各段新路線并確定其分?jǐn)?shù)的元件，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)確定目標(biāo)的能力，以及·用于把代表虛擬路線的各段新飛行路線及其評分記錄在存儲裝置中的元件；所述第三裝置重復(fù)上述的迭代，直到在迭代結(jié)束時具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的下游端對應(yīng)于所述目標(biāo)點為止，該虛擬路線因此代表了最優(yōu)的飛行路線；以及-把該最優(yōu)飛行路線傳遞至用戶裝置的第四裝置。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以迅速提供飛行路線，并考慮了飛行器運行相關(guān)的操作需要的整體性，且無需求助于空間坐標(biāo)離散化。此外，有利地-所述用戶裝置包括飛行器的顯示屏，用于顯示所述最優(yōu)的飛行路線；且/或-所述第三裝置包括能把最優(yōu)的飛行路線傳遞至所述裝置的外部的裝置，特別是傳遞至諸如自動導(dǎo)航系統(tǒng)之類的機載裝置或傳遞至位于飛行器外部的裝置，特別是用于為空中交通管制提供信息的裝置。此外，有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置還同時包括-地形數(shù)據(jù)庫，其代表固定的(fix6)要求；-氣象數(shù)據(jù)庫。所述信息可以來自機載氣象監(jiān)測或通過常用數(shù)據(jù)傳遞通信線路被接收到；以及-有關(guān)飛行器的周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)庫，其中包括在一定區(qū)域內(nèi)被識別的飛行器的飛行計劃及預(yù)測。除了來自所述數(shù)據(jù)庫的信息，根據(jù)本發(fā)明的裝置尤其基于以下信息-由飛行員構(gòu)建或由默認(rèn)值留下的參數(shù)組。對實施本方法唯一不可缺少的信息是目標(biāo)點(即飛行員希望的生成路線的終止點)。該目標(biāo)點由幾何位置(緯度、經(jīng)度、高度、航
向)限定，但可能有附帶的限制要求(速度、配置......)。在靠近階段最當(dāng)前的目標(biāo)點是
路徑的閾限或在標(biāo)準(zhǔn)的到達方法中的抵達點；以及-由飛行管理系統(tǒng)生成的豎直剖面，其為飛行器提供下降參考。豎直剖面將高度和速度與相對于目標(biāo)點的各距離相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明還涉及一種裝有如上文描述的裝置的飛行器，特別是運輸機。


附圖將更好地幫助理解如何實現(xiàn)本發(fā)明。在所述附圖上，相同的圖標(biāo)代表相似的元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明裝置的方框示意圖。圖2至圖4是能說明根據(jù)本發(fā)明生成最優(yōu)的飛行路線的圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明且以示意方式被示出在圖1上的裝置1，目的在于構(gòu)建飛行路線 TV—飛行器(未示出)，尤其是運輸機可以在可能含有(尤其是活動的)障礙物的環(huán)境中遵循該路線航行。所述飛行路線TV包括在水平平面內(nèi)限定的側(cè)向(或水平)路線以及在豎直平面內(nèi)限定的豎直路線。所述路線形成為能把當(dāng)前點PO(對應(yīng)于飛行器的當(dāng)前位置) 與目標(biāo)點Pc相連接。根據(jù)本發(fā)明，所述裝置1包括-有關(guān)障礙物的數(shù)據(jù)庫3的組2；-信息源組20，該信息源組尤其包括裝置4，該裝置4能允許操作員把至少指示所述目標(biāo)點Pc的目標(biāo)輸入裝置1;-處理單元5，該處理單元5通過中間線路6和7分別被連接在組2和組20上，且該處理單元5包括用于從當(dāng)前點PO開始確定第一段飛行路線TO的裝置8，以及用于實施迭代循環(huán)，從而(借助第一段TO)形成最優(yōu)飛行路線TV的裝置9 ；以及-用于把該最優(yōu)飛行路線TV傳遞至用戶裝置12的裝置10、11。此外，根據(jù)本發(fā)明，所述裝置8包括-用于從該當(dāng)前點PO開始生成至少一個預(yù)設(shè)長度的直線段的元件15；-用于實現(xiàn)對由此生成的各段直線的驗證測試的元件16，所述驗證測試使用了有關(guān)障礙物的所述數(shù)據(jù)庫3以及所述基準(zhǔn)豎直剖面；-用于對生成和驗證的各段直線進行評估并確定其分?jǐn)?shù)的元件17，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)由操作員，尤其是飛行器的飛行員確定的目標(biāo)的能力；以及-用于把由此獲得的作為代表虛擬路線的一段飛行路線TO的各段直線及其評分記錄在存儲裝置19 (內(nèi)存)中的元件18 ；此外，根據(jù)本發(fā)明，所述裝置9包括-在存儲裝置19所記錄的所有虛擬路線中，考慮相對于確定的目標(biāo)具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的元件21 ；-從該虛擬路線下游端開始確定可能的航向變化的元件22；-對于各可能的航向變化，生成從所述下游端開始且至少包括以下元素的一段路線的元件23 圓弧RF和直線段TF，對所述元素實現(xiàn)驗證測試；-對于所生成和驗證的各段路線，用于形成由跟隨該段路線之后的所述虛擬路線構(gòu)成的一段新的飛行路線的元件對。-用于評估由此形成的各段新路線，并確定其分?jǐn)?shù)的元件25，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)操作員確定的目標(biāo)的能力，以及-用于把代表虛擬路線的各段新飛行路線及其評分記錄在存儲裝置19中的元件 26 ；此外，所述裝置9重復(fù)(元件21到沈)的上述迭代，直到在迭代結(jié)束時具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的下游端對應(yīng)于所述目標(biāo)點Pc為止，該虛擬路線因此代表了最優(yōu)的飛行路線TV。根據(jù)本發(fā)明的裝置1因此允許生成符合導(dǎo)航配置參數(shù)和能量限制要求的最優(yōu)路線TV。根據(jù)RNP結(jié)構(gòu)(例如在ARINC4M定義的《Track to fix》和《adius to Fix》段系列，且在本文中稱為TF和RF)構(gòu)造路線。路線的生成并不直接在處理中結(jié)合導(dǎo)航或能量管理原則通過在輸入時結(jié)合(通過飛行管理系統(tǒng)形成的)豎直平面，且以及結(jié)合飛行管理系統(tǒng)的過渡規(guī)則，來遵守所述限制要求，所述方法允許裝置1生成可飛行路線，而不會因大量待處理數(shù)據(jù)使功能超負(fù)荷。所述裝置1遵循迭代邏輯，并從一給定點開始分析飛行器可能去到的且符合飛行員(通過裝置4)強制限制要求的潛在位置。裝置1分析不同的(稱為虛擬)潛在位置，借助內(nèi)部評估功能確定其分?jǐn)?shù)，且在集中全部所述虛擬位置的清單中對其分類。在以下的迭代中，裝置1采集已知的最優(yōu)虛擬位置(清單中分?jǐn)?shù)最高)，且反復(fù)該循環(huán)指令(分析潛在的相鄰位置、驗證產(chǎn)生的路線段，為新的虛擬位置評分并將其插入清單之中)。當(dāng)裝置1認(rèn)為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)最好的解決方法時，停止該搜索循環(huán)。如有必要，可以把外部條件，例如沿所述路線段的風(fēng)的分力值(如果已知或估算得出)結(jié)合至評分計算中。由裝置1實現(xiàn)的功能是基于所研究的環(huán)境的離散表示。優(yōu)選地，裝置1的數(shù)據(jù)庫3的組2同時包括一地形數(shù)據(jù)庫，其表示固定的限制要求；-氣象數(shù)據(jù)庫。所述信息可以來自機載氣象監(jiān)測或通過常用數(shù)據(jù)傳遞通信中間線路被接收到；以及-有關(guān)周圍飛行器的數(shù)據(jù)庫，其中包括一定區(qū)域內(nèi)被識別的飛行器預(yù)測及飛行平因此，裝置1涉及被獨立處理的兩種類型的數(shù)據(jù)庫-顯示在飛行時其位置不會改變的障礙物的固定數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包含離散的障礙物。顯示的是與有限高度相關(guān)的多邊形地面投影；以及-顯示操作者在其評估時希望考慮的移動障礙物的集合的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。該動態(tài)數(shù)據(jù)庫結(jié)合有涉及區(qū)域變化的補充信息。對于風(fēng)暴區(qū)，通過分析區(qū)域近期變化(分析氣象監(jiān)測或例如由數(shù)據(jù)傳遞通信線路傳遞的數(shù)據(jù))生成信息。氣象數(shù)據(jù)庫代表了由監(jiān)測檢測到的云團相關(guān)的離散風(fēng)險區(qū)。風(fēng)險區(qū)的各構(gòu)建點與移動矢量相關(guān)，所述移動矢量的計算基于最近時點觀察到的點的變化。除了來自所述數(shù)據(jù)庫3的信息之外，根據(jù)本發(fā)明的裝置1尤其基于以下信息-由飛行員(借助裝置4)構(gòu)建的或默認(rèn)值留下的參數(shù)組。對實施本方法唯一不可缺少的信息是目標(biāo)點Pc (即飛行員希望的生成路線的終點)。該目標(biāo)點Pc由幾何位置(緯
度、經(jīng)度、高度、航向)限定，但可能由附加的限制要求(速度、配置......)限定。在靠近
階段最當(dāng)前的目標(biāo)點Pc是路徑的閾限或在標(biāo)準(zhǔn)的到達方法中的抵達點；以及-由飛行管理系統(tǒng)生成的豎直剖面，其為飛行器提供下降參考系。(例如由通信線路7接收到的)豎直剖面將高度和速度與相對于目標(biāo)點Pc的各距離相關(guān)聯(lián)。此外
-所述用戶裝置12包括飛行器顯示屏13，用于顯示所述最優(yōu)的飛行路線TV;且-裝置11能把最優(yōu)的飛行路線TV傳遞至裝置1的外部，特別是傳遞至例如自動導(dǎo)航系統(tǒng)的機載裝置或位于飛行器外部的裝置，尤其用于(例如通過數(shù)據(jù)傳遞的常用通信線路)為空中交通管制提供信息。由處理單元5生成的第一段線路TO僅由區(qū)段TF構(gòu)成。元件15根據(jù)攔截參數(shù)繪制出區(qū)段TF的地面投影。所述構(gòu)建點既不提供在該構(gòu)建階段生成的區(qū)段的速度信息，也不提供其高度信息。通過子函數(shù)的豎直剖面分析能推導(dǎo)出與區(qū)段TF的各構(gòu)建點相關(guān)的高度。 同樣也能據(jù)此預(yù)測速度。一旦以3D方式繪制出虛擬區(qū)段，元件15將在路線TV周圍生成與 RNP型精密導(dǎo)航技術(shù)(英語為《Required Navigation Performance)))相關(guān)的保護區(qū)27，如圖2所示。保護區(qū)27不論水平面(圖2 寬度D)上，還是在豎直面上都限定在路線TV的周圍。元件16隨后測試所述保護區(qū)27和數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的已知固定障礙物OB之間的3D 碰撞。根據(jù)存儲在相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的矢量，通過對位置的線性外推監(jiān)測動態(tài)區(qū)的4D碰撞。如果沒有任何障礙物OB處于所述保護區(qū)27中，那么元件16把所述線路段TF視為有效。在線路段有效的情況下，元件17對與生效的區(qū)段TF有關(guān)的新的虛擬位置進行評估。其中涉及分析虛擬位置的用處相比于飛行員確定的目標(biāo)的功能。當(dāng)對所經(jīng)過的距離進行優(yōu)化的情況下，該功能估算為達到估計的虛擬位置需要經(jīng)過的距離，并估計為達到目標(biāo)點Pc剩余的經(jīng)過距離。此估計基于虛擬點和目標(biāo)點Pc之間的距離測量。優(yōu)選地，對一段路線的估計不僅與距離有關(guān)，還與當(dāng)前航向和(到目標(biāo)點Pc的)目標(biāo)航向Cc之間的航向匯聚有關(guān)，該項因素使總估算均衡化。所述兩值的添加給出了不帶單位的總體分?jǐn)?shù)，其代表了所考慮的位置的間隙，如下文詳細(xì)描述。隨后，元件18把示出虛擬路線的該段路線，以及由元件17賦予其的評分記錄在存儲裝置19中。一旦產(chǎn)生該第一虛擬路線T0，裝置9實施迭代處理循環(huán)。只要裝置9未通過估算功能生成被認(rèn)為是最優(yōu)的路線，該循環(huán)就仍然被執(zhí)行。裝置9因此繼續(xù)迭代處理的邏輯。在經(jīng)過每次循環(huán)時，其(借助元件21)尋找到目前已經(jīng)生成的最優(yōu)位置，并分析從該位置開始的延展的可能性。所述延展的可能性代表飛行器從η次迭代的當(dāng)前位置直到η+1次迭代時飛行器可以處于的所有可能位置。為此，元件21因此搜遍存儲裝置19，以采集最高分?jǐn)?shù)，該分?jǐn)?shù)與當(dāng)前的虛擬位置和不完整路線相關(guān)。該虛擬位置將作為整個循環(huán)迭代過程的基準(zhǔn)，作為延展的出發(fā)點。隨后，(根據(jù)導(dǎo)航構(gòu)造參數(shù))，元件22分析在元件21所采集的點上可能的航向變化，優(yōu)選地呈潛在的航向變化的離散形態(tài)。例如，對航向變化可以使用10°進行離散。操作員還可以借助裝置20，確定其希望對航線實施的最小的和最大的航向變化。因此，分析可能的航向變化在于考慮這些參數(shù)而觀察移動的可能性。例如，對于10°的離散和170°的
最大航向變化，元件22識別出35種不同的情況(-170°，-160°，......-10°，0，+10°，
+20°，......，+160°，+170° )，正如圖 3 所示。因此，為了從(具有最優(yōu)分?jǐn)?shù)的)虛擬路線下游端開始確定可能的航向變化，元件 22從所述下游端的當(dāng)前航向開始，根據(jù)例如10°的預(yù)設(shè)間距計算所有相繼的航向，并直到最大航向(例如當(dāng)前的170°航向)為止。所述計算在該當(dāng)前航向的兩側(cè)進行。各個可能的航向變化都與新的航線分叉相關(guān)。對各個可接受的航向變化進行隨后的步驟。對于所述各個航向變化，元件23包括用于實現(xiàn)以下相繼的操作的裝置，所述操作將進一步在以下描述-根據(jù)對當(dāng)前點的速度預(yù)測生成區(qū)段RF 生成區(qū)段RF 2D;·基于豎直剖面，更新區(qū)段RF上的速度與高度信息；·生成區(qū)段RF上的保護區(qū)RNP ；*4D碰撞測試；以及 驗證區(qū)段RF;以及-生成與有效區(qū)段RF相關(guān)聯(lián)的區(qū)段TF 生成區(qū)段TF 2D;·更新速度與高度信息；·生成區(qū)段TF上的保護區(qū)RNP ；*4D碰撞測試；以及 驗證區(qū)段TF。為了形成一段新的路線，元件23 -因此根據(jù)所述下游端的速度首先生成圓弧RF，并對該圓弧RF進行驗證測試。優(yōu)選地，元件23確定以預(yù)設(shè)速度飛行的飛行器可遵循的最小半徑的圓弧RF ；隨后-生成與該圓弧RF相聯(lián)的直線段TF，并對由直線段TF以及緊隨其后的圓弧RF形成的一段路線實現(xiàn)驗證測試。在存儲裝置19采集的各點(例如圖3的點P4)與速度和幾何位置(3D)的預(yù)測相關(guān)。對速度的預(yù)測因此可使元件23生成適合于估計速度的轉(zhuǎn)彎半徑，從而使飛行器可以沿所考慮的區(qū)段RF飛行。元件23產(chǎn)生最適合預(yù)測速度(優(yōu)選地為最小可飛行)的圓弧RF。區(qū)段RF首先由元件23以2D構(gòu)成。有關(guān)豎直剖面的信息能允許計算弧線各點上的高度。元件23隨后形成用于RF區(qū)段的RNP型保護區(qū)。在正在生成的區(qū)段RF相關(guān)的表面的超保護離散形態(tài)上實現(xiàn)3D和4D碰撞測試。生成區(qū)段TF的隨后的階段與由元件15實施的階段相同。元件23從有效區(qū)段RF 的終點開始生成區(qū)段TF。區(qū)段TF被構(gòu)建、測試和驗證。在該重復(fù)階段，由算法生成并存儲在存儲裝置19中的虛擬路線具有如圖3所示的結(jié)構(gòu)(航向變化從-170°到+170° )。元件25對與RF-TF組合相關(guān)的虛擬位置進行評估(例如圖3的示例中帶有+20° 航向變化的點PO。新位置通過評估功能被評分且被存儲在存儲裝置19中。作為一個示例，圖4的例子示出了帶有三條虛擬路線T1、T2和Τ3的情況(所述路線應(yīng)避開障礙物OBl和0Β2)。在該情況下-虛擬路線Tl具有最差的分?jǐn)?shù)，尤其是因為下游端Pl(以及航向Cl)離目標(biāo)(目標(biāo)點Pc)較遠，但是已經(jīng)經(jīng)過的路程較長；-虛擬路線Τ2具有中間的分?jǐn)?shù)，因為其位于靠近目標(biāo)(目標(biāo)點Pc)的位置且已經(jīng)過幾乎為直線的一條路線。然而，由于存在障礙物0B1，元件25分析繞行的可能性，且T2(在下游端Ρ2)上具有相對于目標(biāo)點Pc呈偏離的航向C2 ；且-虛擬路線Τ3具有最高的分?jǐn)?shù)。盡管下游端Ρ3依然遠離目標(biāo)點Pc，但當(dāng)同時計入經(jīng)過的距離、對剩余距離及其航向C3的估算，使元件25估計虛擬路線T3最有價值。在存儲裝置19中插入該新的位置后，所述路線生成的主循環(huán)指令中止。當(dāng)繼續(xù)重復(fù)循環(huán)指令時，裝置9將證實(在所存儲的位置中)分?jǐn)?shù)最高的虛擬位置是否對應(yīng)于飛行員輸入的目標(biāo)點Pc。如果情況如此，裝置9將中止主循環(huán)指令，因為虛擬路線已經(jīng)連接了點 PO和目標(biāo)點Pc。裝置9因此重復(fù)之前的一系列重復(fù)，直到在重復(fù)結(jié)束時具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的下游端對應(yīng)于目標(biāo)點Pc，該虛擬路線因此具有最優(yōu)飛行路線TV。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置1實時生成4D飛行路線TV，該路線具有以下特征-該路線為最優(yōu)；-該路線可避免與周圍障礙物OB、OBl、0B2，尤其是活動障礙物碰撞-該路線符合能源限制要求；且-該路線代表能把飛行器的當(dāng)前位置(或當(dāng)前點P0)與由操作員，通常是飛行器飛行員所確定的目標(biāo)點Pc相連的一飛行路線。該目標(biāo)點Pc例如可以對應(yīng)所選擇路徑的閾限或具有相似用途的常用程序STAR或APra上確定的一點，或者對應(yīng)初始飛行計劃的匯合點。正如上所述，由此獲得的最優(yōu)飛行路線TV，特別是被顯示在機載屏幕13上或被傳遞至空中交通管制員處。其還可以被用作為自動導(dǎo)航的參考。
權(quán)利要求
1.一種用于構(gòu)建供飛行器、尤其是運輸機遵循的最優(yōu)飛行路線的方法，所述飛行路線包括側(cè)向路線和豎直路線、且在當(dāng)前點(PO)和目標(biāo)點(Pc)之間被確定，其特征在于，自動借助至少一個與障礙物(OB)有關(guān)的數(shù)據(jù)庫(3)以及基準(zhǔn)豎直剖面， 參考由操作員所確定的目標(biāo)，至少指出所述目標(biāo)點(Pc)A/從當(dāng)前點(PO)開始確定至少第一段飛行路線，并依次實現(xiàn)以下操作a)從該當(dāng)前點(PO)開始生成至少一個具有預(yù)定長度的直線段；b)實現(xiàn)對由此生成的各段直線的驗證測試，該驗證測試使用所述數(shù)據(jù)庫(3)以及所述基準(zhǔn)豎直剖面；c)對生成和驗證的各段直線進行評估，并確定其分?jǐn)?shù)，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)所確定目標(biāo)的能力；以及d)記錄作為代表虛擬路線的一段飛行路線的各段直線及所確定的其分?jǐn)?shù)； B/進行迭代處理，依次包括以下系列操作a)在記錄的所有虛擬路線中，考慮相對于確定的目標(biāo)具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線；b)從所述虛擬路線的下游端開始確定可能的航向變化；c)對于各可能的航向變化，生成從所述下游端開始且至少包括以下元素的一段路線 圓弧(RF)和直線段(TF)，對所述元素進行驗證測試；d)對步驟c)中生成和驗證的各段路線，在該段路線之后，形成由步驟a)計算的虛擬路線構(gòu)成的一段新飛行路線。e)評估由此形成的各段新路線，并確定其分?jǐn)?shù)，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)確定目標(biāo)的能力，且f)記錄代表虛擬路線的各段新飛行路線及所確定的其分?jǐn)?shù)；重復(fù)上述從a)到f)的順序，直到在重復(fù)結(jié)束時，具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的下游端對應(yīng)于所述目標(biāo)點(Pc)為止，該虛擬路線因此代表了最優(yōu)的飛行路線(TV)；且 C/把該最優(yōu)飛行路線(TV)傳遞至用戶裝置(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟A/a)，可借助所述基準(zhǔn)豎直剖面確定直線段的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2任一項所述的方法，其特征在于，為了實現(xiàn)對一段路線的驗證測試-所述線路段周圍確定保護區(qū)07)；-把所述保護區(qū)(XT)與來自有關(guān)障礙物的所述數(shù)據(jù)庫(3)的障礙物(OB)作比較；且 -如果沒有任何障礙物(OB)處于所述保護區(qū)(XT)內(nèi)，把所述路線段視為有效。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，為了實現(xiàn)對一段路線的相對于活動障礙物的驗證測試，把保護區(qū)(XT)與所述活動障礙物的推斷位置進行比較。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，為了評估路線段(T1、T2、T3) -確定為了抵達目標(biāo)點(Pc)從所述路線段(Τ1、Τ2、Τ3)的下游端(Ρ1、Ρ2、Ρ3)開始所經(jīng)過的距離；-確定在所述下游端(Ρ1、Ρ2、Ρ3)上的航向(C1、C2、C3)與所述目標(biāo)點(Pc)上的目標(biāo)航向(Ce)之間的航向差值；以及-根據(jù)所述距離和所述航向差值確定所述線路段(Τ1、Τ2、Τ;3)的分?jǐn)?shù)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，在步驟B/b)，為了從虛擬線路的下游端開始確定可能的航向變化，根據(jù)預(yù)設(shè)的間距，從所述下游端的現(xiàn)有航向開始計算所有相繼的航向，直到最大航向為止，且該航向在當(dāng)前航向的兩側(cè)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，在步驟B/c)，為了生成一段線路Cl)首先根據(jù)所述下游端的速度在附近生成圓弧(RF)，且對該圓弧實現(xiàn)驗證測試；隨后C2)生成與該圓弧相聯(lián)的直線段(TF)，并對由該圓弧(RF)和直線段(TF)形成的一段路線實現(xiàn)驗證測試；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在步驟B/cl)，確定可供以所述速度飛行的飛行器可遵循的最小半徑的圓弧(RF)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，在步驟B/c)，以與在步驟A/a) 生成直線段相同的方式確定一直線段(TF)。
10.一種用于構(gòu)建供飛行器，尤其是運輸機遵循的最優(yōu)飛行路線的裝置，所述飛行路線 (TV)包括側(cè)向路線和豎直路線，且在當(dāng)前點(PO)和目標(biāo)點(Pc)之間被確定，其特征在于，所述裝置包括 -有關(guān)障礙物(OB)的至少一個數(shù)據(jù)庫(3)；-允許操作者輸入至少指出所述目標(biāo)點(Pc)的目標(biāo)的第一裝置； -用于確定從所述當(dāng)前點(Po)開始的至少第一段飛行路線的第二裝置(8)，所述第二裝置⑶包括 從所述當(dāng)前點(PO)開始生成至少一個具有預(yù)定長度的直線段的元件(15)； 實現(xiàn)對由此生成的各段直線驗證測試的元件(16)，所述驗證測試使用所述有關(guān)障礙物的數(shù)據(jù)庫以及所述基準(zhǔn)豎直剖面； 對由此生成和驗證的各段直線進行評估并確定其分?jǐn)?shù)的元件(17)，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)所確定目標(biāo)的能力；以及 把代表虛擬路線的每段飛行路線及所確定的其分?jǐn)?shù)記錄在存儲裝置(19)中的元件 (18)；-實施迭代處理的第三裝置(9)，所述第三裝置(9)包括以下裝置 在存儲裝置(19)所記錄的所有虛擬路線中，考慮相對于確定的目標(biāo)具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的元件； 從該虛擬路線的下游端開始確定可能的航向變化的元件02)； 對于各可能的航向變化，生成從所述下游端開始且至少包括以下元素的一段路線的元件圓弧(RF)和直線段(TF)，對所述元素進行驗證測試； 用于對于所生成和驗證的各段路線形成跟隨該段路線之后的由所述虛擬路線構(gòu)成一段新的飛行路線的元件04)。 用于評估由此形成的各段新路線并為確定其分?jǐn)?shù)的元件(25)，所述分?jǐn)?shù)代表其實現(xiàn)確定目標(biāo)的能力，以及 用于把代表虛擬路線的各段新飛行路線及所確定的其分?jǐn)?shù)記錄在存儲裝置(19)中的元件(26)；所述第三裝置(9)重復(fù)上述的迭代，直到在迭代結(jié)束時具有最高分?jǐn)?shù)的虛擬路線的下游端對應(yīng)于所述目標(biāo)點(Pc)為止，該虛擬路線因此代表了最優(yōu)的飛行路線(TV)；以及 -把該最優(yōu)飛行路線(TV)傳遞至用戶裝置(12)的第四裝置(10，11)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述用戶裝置(1 包括飛行器的顯示屏(13)，用于顯示所述最優(yōu)的飛行路線(TV)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10和11任一項所述的裝置，其特征在于，所述第三裝置包括能把最優(yōu)的飛行路線(TV)傳遞至裝置(1)的外部的裝置。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求10至12任一項所述的裝置，其特征在于，其還包括至少一個有關(guān)固定障礙物的數(shù)據(jù)庫以及至少一個有關(guān)動態(tài)障礙物的數(shù)據(jù)庫。
14.一種飛行器，其特征在于，其包括如上述權(quán)利要求10至13任一項所述的裝置(1)。
全文摘要
一種用于構(gòu)建供飛行器遵循的最優(yōu)飛行路線的方法和裝置，所述裝置(1)包括用于構(gòu)建最優(yōu)飛行線路的裝置(8，9)，所述最優(yōu)飛行線路能避免與障礙物的所有對撞，滿足能量要求，且允許將飛行器的當(dāng)前位置與由操作員限定的目標(biāo)點相連。
文檔編號G05D1/02GK102566571SQ20111039929
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者安德烈亞·焦萬尼尼, 托馬斯·帕斯特 申請人:空中客車營運有限公司