用于飛行管理的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于飛行管理的系統(tǒng)和方法。提供一個(gè)飛行控制系統(tǒng)，其包括飛行管理系統(tǒng)，該飛行管理系統(tǒng)配置成管理包括飛行器的飛行路徑或高度中的至少一個(gè)的飛行器飛行控制。該飛行控制系統(tǒng)還包括飛行參數(shù)選擇模塊，其配置成確定成本指數(shù)（CI）和巡航高度以用于飛行管理系統(tǒng)使用來管理飛行器飛行控制，其中該確定基于沿飛行路徑的飛行成本和預(yù)測天氣。
【專利說明】用于飛行管理的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]飛行器通常配備有飛行管理系統(tǒng)(FMS)用于管理飛行器飛行控制、生成飛行分布圖數(shù)據(jù)并且提供例如由航路點(diǎn)(其由航行位點(diǎn)坐標(biāo)表示)指定的飛行路徑的航行信息。另夕卜，飛行管理控制系統(tǒng)還能配置成對于發(fā)動機(jī)推力的手動或自動控制提供飛行器發(fā)動機(jī)節(jié)流閥設(shè)置。
[0002]FMS計(jì)算詳細(xì)的飛行軌跡并且控制飛機(jī)的航行。軌跡限定橫向和垂直分布圖，其包括沿該分布圖的飛行器速度，并且由FMS使用航線飛行規(guī)劃和例如高度和速度限制的其他約束以及成本指數(shù)(Cl)(其是時(shí)間成本與燃料成本的比)而發(fā)展。FMS使用當(dāng)前飛行器狀態(tài)和大氣數(shù)據(jù)連同所有工作人員輸入的或航線操作中心(AOC)上行鏈接的數(shù)據(jù)來生成軌跡。使用各種傳感器來確定飛行器的準(zhǔn)確位置，F(xiàn)MS通過飛行控制系統(tǒng)沿軌跡引導(dǎo)飛行器。例如，在飛行器起飛和巡航期間，F(xiàn)MS可確定發(fā)動機(jī)推力要求以在升離跑道時(shí)充分提升飛機(jī)使得飛行器以一定的俯仰角速率充分爬升(典型地根據(jù)由空中交通控制提出的編程調(diào)度或要求)并且然后水平飛行并且最后下降著落。
[0003]飛行中招致的兩個(gè)主要成本是燃料成本和時(shí)間成本。燃料成本與燃燒燃料的量成比例。如果飛行器未在調(diào)度的時(shí)間到達(dá)飛行器目的地，還存在由飛行器招致的成本。這些成本取決于航線操作調(diào)度并且對于早到和晚到可以不同。一般地，成本在到達(dá)時(shí)間自調(diào)度時(shí)間的偏離中是非線性的。飛行中招致的總成本可以基于選擇的飛行參數(shù)而明顯變化。然而，在常規(guī)的系統(tǒng)中，設(shè)置初始飛行參數(shù)并且它們在飛行期間不改變以對于不同的條件或情況來調(diào)整。多個(gè)這些外因影響在飛行中招致的成本。例如，天氣對飛行成本可以具有明顯影響。具體地，飛行中消耗的燃料以及飛行時(shí)間明顯受風(fēng)速、方向并且還受大氣溫度的影響。
[0004]從而，常規(guī)的飛行計(jì)劃系統(tǒng)選擇飛行的最佳橫向路線，其包括成本指數(shù)的選擇。然而，包括成本指數(shù)的飛行參數(shù)中的許多是固定的并且不考慮不同的天氣條件。從而，這些常規(guī)的系統(tǒng)被低效地使用，這對整個(gè)飛行增加成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種飛行控制系統(tǒng)，其包括飛行管理系統(tǒng)，該飛行管理系統(tǒng)配置成管理包括飛行器的飛行路徑或高度中的至少一個(gè)的飛行器飛行控制。該飛行控制系統(tǒng)還包括飛行參數(shù)選擇模塊，其配置成確定成本指數(shù)(Cl)和巡航高度以用于飛行管理系統(tǒng)使用來管理飛行器飛行控制，其中該確定基于沿飛行路徑的飛行成本和預(yù)測天氣。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中,提供一種飛行器，其包括機(jī)身和該機(jī)身機(jī)載的飛行管理系統(tǒng)，該飛行管理系統(tǒng)配置成管理包括飛行路徑或高度中的至少一個(gè)的飛行器飛行控制。還提供飛行參數(shù)選擇模塊并且它配置成確定成本指數(shù)(Cl)和巡航高度以用于飛行管理系統(tǒng)使用來管理飛行器飛行控制，其中該確定基于沿飛行路徑的飛行成本和預(yù)測天氣。
[0007]提供一種飛行控制系統(tǒng)，其包括:
飛行管理系統(tǒng)，其配置成管理包括飛行器的飛行路徑或高度中的至少一個(gè)的飛行器飛行控制；以及
飛行參數(shù)選擇模塊，其配置成確定成本指數(shù)(Cl)和巡航高度以用于所述飛行管理系統(tǒng)使用來管理所述飛行器飛行控制，所述確定基于沿所述飛行路徑的飛行成本和預(yù)測天氣。
[0008]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成執(zhí)行黃金分割搜索來確定所述Cl或所述巡航高度中的一個(gè)。
[0009]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成執(zhí)行嵌套黃金分割搜索來確定所述Cl和所述巡航高度。
[0010]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成基于所述預(yù)測天氣確定所述飛行器的高度的逐步爬升調(diào)度。
[0011]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成確定沿所述飛行路徑的多個(gè)航路點(diǎn)處的所述Cl和巡航高度。
[0012]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成在確定所述Cl和巡航高度時(shí)使用燃料消耗和飛行時(shí)間信息。
[0013]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成在所述飛行器飛行期間更新所述Cl或巡航高度中的一個(gè)。
[0014]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成使用沿所述飛行路徑的不同點(diǎn)處的預(yù)報(bào)風(fēng)或預(yù)報(bào)溫度中的至少一個(gè)來確定所述Cl和巡航高度。
[0015]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成執(zhí)行模擬分析來確定天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性對所述飛行器的飛行時(shí)間和燃料消耗的影響。
[0016]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成確定整個(gè)飛行路徑的單個(gè)Cl值和單個(gè)巡航高度。
[0017]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成在確定所述Cl和巡航高度時(shí)優(yōu)化巡航高度分布圖或Cl值中的一個(gè)。
[0018]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成在多個(gè)航路點(diǎn)中的每個(gè)處使用前向計(jì)劃來對所述飛行路徑的不同部分優(yōu)化確定的Cl和巡航高度。
[0019]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成同步優(yōu)化所述Cl和巡航高度。
[0020]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成與優(yōu)化所述Cl和巡航高度同步地選擇多個(gè)橫向航路點(diǎn)。
[0021]提供一種使用處理器的飛行計(jì)劃的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)包括指令，用于命令所述計(jì)算機(jī):
接收飛行路徑的預(yù)測天氣信息；
確定用于飛行管理系統(tǒng)使用來管理飛行器飛行控制的成本指數(shù)(Cl)和巡航高度，所述確定基于飛行成本和接收的所述飛行路徑的預(yù)測天氣信息；以及向所述飛行管理系統(tǒng)提供所述Cl和巡航高度。
[0022]優(yōu)選的，所述指令命令所述處理器執(zhí)行黃金分割搜索來確定所述Cl或所述巡航高度中的一個(gè)。
[0023]優(yōu)選的，所述指令命令所述處理器執(zhí)行嵌套黃金分割搜索來確定所述Cl和巡航高度。
[0024]優(yōu)選的，所述指令命令所述處理器確定沿所述飛行路徑的多個(gè)航路點(diǎn)處的所述Cl和巡航高度。
[0025]優(yōu)選的，所述指令命令所述處理器使用沿所述飛行路徑的不同點(diǎn)處的預(yù)報(bào)風(fēng)或預(yù)報(bào)溫度中的至少一個(gè)來確定所述Cl和巡航高度。
[0026]優(yōu)選的，所述指令命令所述處理器在確定所述Cl和巡航高度時(shí)優(yōu)化巡航高度分布圖或Cl值中的一個(gè)。
[0027]優(yōu)選的，所述指令命令所述處理器在多個(gè)航路點(diǎn)中的每個(gè)處使用前向計(jì)劃來對所述飛行路徑的不同部分優(yōu)化確定的Cl和巡航高度。
[0028]優(yōu)選的，所述指令命令所述處理器與優(yōu)化所述Cl和巡航高度同步地選擇多個(gè)橫向航路點(diǎn)。
[0029]提供一種飛行器，其包括:
機(jī)身；
所述機(jī)身機(jī)載的飛行管理系統(tǒng)，其配置成管理包括飛行路徑或高度中的至少一個(gè)的飛行器飛行控制；以及
飛行參數(shù)選擇模塊，其配置成確定成本指數(shù)(Cl)和巡航高度以用于所述飛行管理系統(tǒng)使用來管理所述飛行器飛行控制，所述確定基于沿飛行路徑的飛行成本和預(yù)測天氣。
[0030]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊配置成執(zhí)行黃金分割搜索或嵌套黃金分割搜索來確定所述Cl或所述巡航高度中的一個(gè)。
[0031]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊配置成確定沿所述飛行路徑的多個(gè)航路點(diǎn)處的所述Cl和巡航高度并且使用沿所述飛行路徑的不同點(diǎn)處的預(yù)報(bào)風(fēng)或預(yù)報(bào)溫度中的至少一個(gè)來確定所述Cl和巡航高度。
[0032]優(yōu)選的，所述飛行參數(shù)選擇模塊配置成在多個(gè)航路點(diǎn)中的每個(gè)處使用前向計(jì)劃來對所述飛行路徑的不同部分優(yōu)化確定的Cl和巡航高度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是圖示作為不同巡航高度的成本指數(shù)(Cl)值的函數(shù)的飛行成本的示例的曲線圖。
[0034]圖2是根據(jù)各種實(shí)施例的決策支持系統(tǒng)的簡化框圖。
[0035]圖3是圖示根據(jù)各種實(shí)施例包括逐步爬升調(diào)度的不同爬升曲線的曲線圖。
[0036]圖4是圖示使用各種實(shí)施例控制飛行器的圖。
[0037]圖5是根據(jù)各種實(shí)施例的飛行管理系統(tǒng)(FMS)的圖。
[0038]圖6是根據(jù)各種實(shí)施例的飛行參數(shù)選擇模塊的框圖。
[0039]圖7是圖示根據(jù)各種實(shí)施例執(zhí)行的成本指數(shù)(Cl)搜索的曲線圖。
[0040]圖8是根據(jù)各種實(shí)施例用于確定Cl值或巡航高度的方法的流程圖。
[0041]圖9是根據(jù)各種實(shí)施例用于確定Cl值和巡航高度兩者的方法的流程圖。
[0042]圖10是圖示根據(jù)各種實(shí)施例在成本指數(shù)上搜索的圖。
[0043]圖11是圖示根據(jù)各種實(shí)施例的嵌套搜索的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]某些實(shí)施例的下列詳細(xì)描述當(dāng)與附圖結(jié)合閱讀時(shí)將更好理解。應(yīng)該理解各種實(shí)施例不限于圖中示出的布置和工具。
[0045]如本文使用的，采用單數(shù)列舉并且具有單詞“一(a)”或“一(an)”在前的元件或步驟應(yīng)該理解為不排除復(fù)數(shù)個(gè)所述元件或步驟，除非這樣的排除明確地規(guī)定。此外，對“一個(gè)實(shí)施例”的引用不意在解釋為排除也包含列舉的特征的另外的實(shí)施例的存在。此外，除非對相反情況明確規(guī)定，“包括”或“具有”具有特定性質(zhì)的一個(gè)元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可包括不具有該性質(zhì)的另外的這樣元件。
[0046]提供系統(tǒng)和方法的各種實(shí)施例用于對于給定飛行選擇成本指數(shù)(Cl)和垂直分布圖。各種實(shí)施例的至少一個(gè)技術(shù)效果是飛行的操作成本降低。使用各種實(shí)施例，航線飛行計(jì)劃者可對每個(gè)單獨(dú)飛行確定改進(jìn)或最佳的飛行計(jì)劃。
[0047]在各種實(shí)施例中，選擇使用要由飛行管理系統(tǒng)(FMS)使用的天氣預(yù)報(bào)信息、Cl、巡航高度和/或橫向路線來降低飛行成本(其包括考慮燃料和時(shí)間因素)或使其最小化。因此，一些實(shí)施例對飛行選擇一個(gè)巡航高度或多個(gè)巡航高度。例如，在飛行中招致的總成本可以基于對如在圖1 (其示出飛行成本的模擬數(shù)據(jù)(在垂直軸上)對Cl (在水平軸上)的曲線圖20)中圖示的飛行選擇的飛行參數(shù)而變化。如可以由曲線22 (對于模擬數(shù)據(jù))看到的，成本(代表不同巡航高度)基于飛行器Cl和高度而變化。
[0048]根據(jù)各種實(shí)施例，可對飛行的不同部分選擇Cl(對于FMS)、巡航高度和/或橫向路線。在一些實(shí)施例中，對這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的改變基于沿飛行的飛行路徑和橫向路徑的不同位點(diǎn)處的天氣條件(例如，預(yù)測或預(yù)報(bào)的風(fēng)和溫度)。例如，如在圖2中示出的，可提供決策支持系統(tǒng)30來對FMS 32選擇參數(shù)，其可以是固定的或在飛行期間動態(tài)改變。FMS32從飛行參數(shù)選擇模塊34接收初始且可選地更新的參數(shù)信息。在各種實(shí)施例中，如在本文更詳細(xì)描述的，天氣信息和/或飛行時(shí)間信息(例如，起飛時(shí)間、當(dāng)前時(shí)間和/或估計(jì)的到達(dá)時(shí)間)由飛行參數(shù)選擇模塊34接收，該飛行參數(shù)選擇模塊34將控制參數(shù)輸出到FMS 32。例如，可使用飛行參數(shù)選擇模塊34設(shè)置或更新Cl值、巡航高度和/或橫向飛行路徑。飛行參數(shù)選擇模塊34可在硬件、軟件或其組合中實(shí)現(xiàn)。
[0049]特定地，圖3的曲線圖40圖示飛行器的理論最佳連續(xù)爬升曲線42，其包括在風(fēng)和溫度改變時(shí)具有實(shí)際高度波動的連續(xù)推力設(shè)置。曲線44代表恒定高度巡航，其中FMS 32僅使用一個(gè)風(fēng)等級。從而，曲線44不基于例如飛行器的重量和風(fēng)來考慮或計(jì)算風(fēng)-最佳巡航高度或最佳逐步爬升點(diǎn)。根據(jù)各種實(shí)施例，確定逐步爬升調(diào)度(例如由曲線46所代表的)并且將其用于控制FMS 32。例如，在各種實(shí)施例中，理論最佳(由曲線42所代表的)基于飛行期間的風(fēng)和溫度(以及可選地，飛行定時(shí)信息)在三或四維中由一系列逐步爬升(其可包括更新的Cl值)估算，如在本文更詳細(xì)描述的。在各種實(shí)施例中提供逐步爬升來與空中交通控制(ATC)程序以及機(jī)載引導(dǎo)兼容。
[0050]從而，由曲線42所代表的理論最佳巡航分布圖使用連續(xù)推力設(shè)置(例如自動節(jié)流閥)，其將在達(dá)到最大高度時(shí)導(dǎo)致具有減小的爬升速率的連續(xù)爬升分布圖。該最大高度隨著飛行器總重量減小而增加，直到達(dá)到絕對最大飛行水平。這時(shí)的穩(wěn)定巡航軌跡將不處于固定高度，但將隨著環(huán)境風(fēng)和溫度條件改變而變化，從而影響實(shí)現(xiàn)的該實(shí)際推力。根據(jù)各種實(shí)施例，對該最佳曲線42的近似(如由曲線46代表的)可通過在飛行器的途中巡航階段期間使用中間逐步爬升(以及Cl值中的變化)而實(shí)現(xiàn)。
[0051]各種實(shí)施例提供一個(gè)或多個(gè)算法，其選擇最佳或近似最佳巡航高度分布圖(其包括中間逐步爬升或逐步下降的初始巡航高度和位點(diǎn))和最佳或近似Cl值用于預(yù)報(bào)風(fēng)和溫度條件。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)算法計(jì)算飛行計(jì)劃給定的橫向飛行數(shù)據(jù)、燃料成本、起飛和到達(dá)的調(diào)度時(shí)間以及關(guān)聯(lián)的提早和延遲成本。在操作中，可由商業(yè)航線操作中心使用各種實(shí)施例來計(jì)劃飛行，其包括確定逐步爬升和下降。在一些實(shí)施例中，可提供模擬分析能力來研究天氣/風(fēng)和溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性對飛行時(shí)間和燃料消耗的影響。該模擬可用于關(guān)于沿飛行擴(kuò)大使用風(fēng)溫度做出推薦并且基于天氣條件使攜帶的燃料的量增加或減小。
[0052]特別地，圖4圖示沿飛行爬升調(diào)度(由逐步爬升曲線50代表的)的飛行器52的飛行控制。飛行器52從機(jī)場跑道54的起飛一般根據(jù)由可變發(fā)動機(jī)推力實(shí)現(xiàn)的飛行器爬升和巡航分布圖56 (由曲線50代表的)圖示，該飛行器爬升和巡航分布圖56可包括對Cl值和橫向飛行路徑的改變。飛行器52可以是，例如噴氣推動和螺旋槳驅(qū)動的飛行器。
[0053]在從機(jī)場跑道54升空或起飛期間，利用設(shè)置在升空位置中的飛行器襟翼，飛行器52典型地以全功率加速，使得飛行器在路徑和爬升角度C上以初始爬升速率(俯仰角速率)從跑道升起。飛行器52的飛行器爬升速率和巡航高度可根據(jù)飛行器的大小和重量、發(fā)動機(jī)推力和例如溫度、風(fēng)和其他變量的在整個(gè)飛行中變化的大氣條件而變化。例如，根據(jù)各種實(shí)施例，對一個(gè)或多個(gè)航路點(diǎn)60設(shè)置或改變飛行器52的巡航高度以及橫向飛行路徑和Cl值，該一個(gè)或多個(gè)航路點(diǎn)60可被預(yù)設(shè)和/或在飛行期間動態(tài)更新。從而，各種實(shí)施例對飛行器52的飛行提供初始(以及可選地，更新的)Cl、橫向和垂直分布圖，其例如可基于預(yù)報(bào)的天氣條件而改變。從而，輸入FMS 32的不同控制參數(shù)可變化，這可以引起飛行器52的推力以及飛行器52的行駛方向中的變化。
[0054]圖5圖示可與各種實(shí)施例一起使用來接收選擇的飛行參數(shù)以控制飛行器52的飛行的FMS 32的一個(gè)實(shí)施例。在圖示的實(shí)施例中，F(xiàn)MS 32包括FMS機(jī)載計(jì)算機(jī)處理器72和存儲器74。該存儲器74包括存儲的航行數(shù)據(jù)庫76，其存儲包括確定的航路點(diǎn)信息78的飛行器航行信息，其可以是沿飛行計(jì)劃(其中飛行器52的飛行的Cl、橫向和垂直分布圖中的一個(gè)或多個(gè)被改變)的點(diǎn)。從而，存儲器74可包括航行航路點(diǎn)和要由FMS機(jī)載計(jì)算機(jī)處理器72在飛行期間改變的對應(yīng)的飛行器控制參數(shù)80，如由一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例確定的，例如使用飛行參數(shù)選擇模塊34 (在圖2中示出)。
[0055]機(jī)載計(jì)算機(jī)處理器72接收來自飛行數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)90的各種輸入，其包括感測的飛行器高度82、感測的飛行器速度84和感測的空氣溫度86。另外，處理器72接收來自航行傳感器100的輸入，例如來自全球定位系統(tǒng)(GPS) 102的位點(diǎn)坐標(biāo)以及來自慣性傳感器104的慣性數(shù)據(jù)。此外，如應(yīng)對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員是明顯的，處理器72接收來自其他傳感器的其他輸入，例如燃料數(shù)量88，以及其他感測變量。
[0056]進(jìn)一步示出機(jī)載計(jì)算機(jī)處理器72與具有顯示器112的控制和顯示單元(⑶U) 110通信。應(yīng)該意識到該控制和顯示單元110在各種實(shí)施例中是人機(jī)接口，其允許飛行員輸入數(shù)據(jù)并且接收輸出數(shù)據(jù)。例如，指示計(jì)算的發(fā)動機(jī)推力的輸出數(shù)據(jù)可在顯示器112上呈現(xiàn)的顯示頁中提供來允許飛行器的飛行員根據(jù)由飛行管理系統(tǒng)32提供的輸出數(shù)據(jù)來操作飛行器。
[0057]進(jìn)一步示出FMS 32具有馬赫/空速指示器114、高度方向指示器116和水平狀況指示器118。符號發(fā)生器120耦合于處理器72與指示器116和118中的每個(gè)之間。FMS 32還包括模式控制面板130，其向自動駕駛儀132提供輸出，該自動駕駛儀132也與處理器72通信。該自動駕駛儀132可以是飛行控制系統(tǒng)的一部分并且可采用自動駕駛模式來操作控制輪。
[0058]進(jìn)一步示出FMS 32包括節(jié)流閥控制140，用于控制發(fā)動機(jī)節(jié)流閥，如應(yīng)對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員是明顯的。節(jié)流閥控制140可由飛行器的飛行員采用手動模式手動致動。在自動飛行控制模式中，節(jié)流閥控制140可由處理器72提供的自動節(jié)流閥信號142自動控制。應(yīng)該意識到處理器72可通過提供輸出命令(經(jīng)由顯示器112)或通過自動控制節(jié)流閥控制140 (經(jīng)由自動節(jié)流閥信號142)而輸出命令信號用于以計(jì)算的節(jié)流閥值來控制飛行器。
[0059]在本文示出和描述的FMS 32是可配置成執(zhí)行各種實(shí)施例以在飛行器起飛、巡航和到達(dá)程序期間控制飛行器的飛行管理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，例如由曲線46 (在圖3中示出)圖示的逐步爬升調(diào)度(其可存儲在一個(gè)或多個(gè)表中)存儲在存儲器74中。應(yīng)該意識到存儲器74和存儲的航行數(shù)據(jù)庫76可包括現(xiàn)有的飛行管理系統(tǒng)(對其升級來執(zhí)行爬升調(diào)度或使用一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例)中的現(xiàn)有的航行數(shù)據(jù)庫。
[0060]在操作中，各種實(shí)施例選擇巡航高度和Cl值以例如基于天氣和其他因素(例如，飛行時(shí)間信息)中的實(shí)際或預(yù)測變化來降低飛行成本或使其最小化。例如，飛行參數(shù)選擇模塊34 (如在圖6中示出的)可選擇一個(gè)或多個(gè)算法，其可以是用于確定參數(shù)以發(fā)送到FMS32 (在圖2和5中示出)的優(yōu)化和啟發(fā)式算法。
[0061]在飛行器操作期間，根據(jù)飛行的階段，最佳地選擇所有參數(shù)，這可能是不可能的。例如，在一些狀況下，飛行的巡航高度可因?yàn)锳TC許可問題而改變，但使用各種實(shí)施例，可修改Cl來使例如與燃料使用關(guān)聯(lián)的成本降低或使其最小化。飛行參數(shù)選擇模塊34可選擇一個(gè)或多個(gè)算法(在圖5中圖示為模塊)來控制飛行器的飛行。在一些實(shí)施例中，飛行參數(shù)選擇模塊34可從下列算法選擇:
Cl優(yōu)化算法150:確定Cl同時(shí)固定所有其他飛行參數(shù)，其包括巡航高度、橫向航路點(diǎn)，
坐寸ο
[0062]巡航高度優(yōu)化算法152:確定整個(gè)飛行的單個(gè)巡航高度。
[0063]Cl和巡航高度優(yōu)化算法154:確定整個(gè)飛行的Cl和單個(gè)巡航高度兩者。
[0064]巡航高度分布圖和Cl優(yōu)化算法156:確定巡航高度分布圖(其包括中間逐步爬升或逐步下降的初始巡航高度和最佳位點(diǎn))和Cl。
[0065]橫向路徑優(yōu)化算法158:從可能的點(diǎn)集確定橫向航路點(diǎn)同時(shí)還如在算法150、152、154、156中描述的那樣確定Cl和/或巡航高度。
[0066]現(xiàn)在將描述各種算法。應(yīng)該注意本文描述的算法僅用于示例并且可使用不同的算法。因此，其他算法或方法可用于對飛行器52的飛行確定Cl、橫向分布圖和/或垂直分布圖。
[0067]Cl優(yōu)化算法150確定Cl，以便使總飛行成本最小化。特別地，Cl優(yōu)化算法150使用如在圖7的曲線圖170中圖示的黃金分割搜索算法。曲線圖170圖示曲線172，其中水平軸對應(yīng)于Cl值并且垂直軸對應(yīng)于成本。在該實(shí)施例中，規(guī)定最小和最大Cl值(圖示為O和100)并且巡航高度、飛行路徑和所有其他FMS輸入?yún)?shù)是已知的(例如來自飛行計(jì)劃程序)。而且，F(xiàn)MS 32可用于獲得行程燃料和行程時(shí)間信息，其中使用由曲線172所代表的成本函數(shù)估計(jì)總成本(基于時(shí)間和燃料)。應(yīng)該注意Cl的值的范圍可變化。
[0068]黃金搜索分割通過接連使極值已知存在在其內(nèi)部(例如，在選擇的Cl值的范圍之間)的值的范圍變窄而找到單峰函數(shù)的極值(最大值或最小值)。Cl優(yōu)化算法150使用黃金搜索分割來維持具有形成黃金比的距離的三倍點(diǎn)的函數(shù)值。如果兩個(gè)量的和與較大量的比等于較大量與較低量的比則確定各種實(shí)施例中的黃金比(Φ )，其可限定為:(a+b)/a=a/b=(K其中a和b是值(例如，Cl值)。在操作中，當(dāng)Φ具有以下值時(shí)Φ代表黃金比:


I 4.^/5
^ Λ--------------------------
V ^




-W
其近似等于1.618。
[0069]在一些實(shí)施例中，為了使對Cl值的搜索速度增加，遠(yuǎn)離中點(diǎn)在等于以下的距離處選擇新的點(diǎn):
(3 -.VBJ/2 例如，在圖示的實(shí)施例中，在零Cl值處選擇初始點(diǎn)174。使用黃金分割搜索，接連確定或估計(jì)點(diǎn)176、178、180和182。應(yīng)該注意在一些實(shí)施例中，多個(gè)點(diǎn)用于使用黃金分割搜索來確定最小Cl值。例如,在各種實(shí)施例中，使用5-10個(gè)點(diǎn)。然而,應(yīng)該注意可使用另外的或更少的點(diǎn)。
[0070]從而，基于限定的Cl范圍并且使用燃燒的燃料和來自FMS機(jī)載計(jì)算機(jī)處理器72(在圖5中示出)的到目的地的時(shí)間信息，可確定Cl值，其然后由FMS機(jī)載計(jì)算機(jī)處理器72使用于整個(gè)飛行。Cl值使飛行成本降低或最小化，該飛行成本在各種實(shí)施例中包括燃料成本和基于時(shí)間的飛行成本(例如，早到或晚到)，其還包括預(yù)報(bào)的天氣條件，例如沿選擇的飛行路線的預(yù)報(bào)的風(fēng)和溫度。例如，基于沿飛行路徑(或其平均)的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，可基于將在考慮預(yù)報(bào)的天氣的調(diào)度飛行時(shí)間期間使用的燃料的量確定成本。應(yīng)該注意將基于這些因素而燃燒的燃料的量可使用任何適合的方法來確定。因此，代表Cl分布圖的曲線172可使用在點(diǎn)174、176、178、180、182中的每個(gè)處的確定Cl值而生成，例如外推在點(diǎn)174、176、178、180,182之間的曲線。然后可確定點(diǎn)183處的最小值，其限定對應(yīng)的Cl值。
[0071 ] 巡航高度優(yōu)化算法152與Cl優(yōu)化算法150相似地操作。特別地，巡航高度優(yōu)化算法152使用黃金分割搜索來確定整個(gè)飛行的單個(gè)巡航高度。因此，限定巡航高度值的范圍(例如在30000英尺與40000英尺之間)而不是限定Cl值的范圍。然而，應(yīng)該意識到范圍可變化。
[0072]從而，根據(jù)各種實(shí)施例提供用于確定飛行的Cl值或巡航高度(如在圖8中示出的)的方法184。特別地，在185處規(guī)定巡航高度或Cl的最大和最小值，其可由用戶預(yù)定或限定。之后，在186處使用已知的FMS輸入?yún)?shù)，例如確定的巡航高度(如果找到Cl)、飛行路徑和所有其他FMS輸入?yún)?shù)(其可基于沿飛行的飛行路徑和橫向路徑的位點(diǎn)處的預(yù)測天氣條件(風(fēng)和溫度))，來確定飛行成本。然后在187處執(zhí)行如本文描述的黃金分割搜索以在188處確定整個(gè)飛行的Cl值和/或巡航高度。
[0073]從而，Cl優(yōu)化算法150選擇Cl來使總飛行成本在Cl上給出的上下限、期望的巡航高度和橫向飛行路徑降低或最小化。黃金分割搜索用于搜索空間來對使總飛行成本降低或最小化的Cl選取值(例如，最佳值)。巡航高度優(yōu)化算法152對整個(gè)飛行選擇巡航高度來使總飛行成本在高度上給出的上下限、期望的成本指數(shù)和橫向飛行路徑降低或最小化。黃金分割搜索方法搜索空間來對使總飛行成本降低或最小化的Cl或巡航高度選擇值。[0074]Cl和巡航高度優(yōu)化算法154確定整個(gè)飛行的Cl和單個(gè)巡航高度兩者。在該實(shí)施例中，選擇巡航高度和Cl來降低飛行成本或使其最小化。特別地，可提供如在圖9中示出的方法190，其中在192處對巡航高度和Cl限定或規(guī)定值的范圍(最大值和最小值)和默認(rèn)值(用于發(fā)起確定)。在該實(shí)施例中，飛行路徑和所有其他FMS參數(shù)是已知的并且在194處使用它們(其可基于沿飛行的飛行路徑和橫向路徑的位點(diǎn)處的預(yù)測天氣條件(風(fēng)和溫度))來確定飛行成本。
[0075]然后在196處執(zhí)行嵌套黃金分割搜索。特別地，一個(gè)黃金分割搜索在另一個(gè)黃金分割搜索內(nèi)執(zhí)行，例如，在巡航高度值的黃金分割搜索內(nèi)執(zhí)行Cl值的黃金分割搜索。例如，搜索優(yōu)化或降低的Cl用于對特定巡航高度使用黃金分割搜索，其可從另一個(gè)黃金分割搜索確定。從而，Cl的黃金分割搜索可嵌套在高度的黃金分割搜索內(nèi)。應(yīng)該注意Cl和巡航高度優(yōu)化算法154可用于在198處確定沿計(jì)劃的飛行路徑的不同點(diǎn)的Cl和巡航高度值。另夕卜，在一些實(shí)施例中，可確定Cl和巡航高度值，使得基于在特定航路點(diǎn)處的逆風(fēng)中的預(yù)測改變，可確定不同Cl和巡航高度的確定。
[0076]從而，在各種實(shí)施例中，如在下文更詳細(xì)描述的，Cl和巡航高度優(yōu)化算法154可最佳地選擇整個(gè)飛行的巡航高度和Cl來使總飛行成本最小化或選擇飛行的部分的巡航高度和Cl。
[0077]例如，各種實(shí)施例提供巡航高度分布圖和Cl優(yōu)化算法156來確定巡航高度分布圖(其包括中間逐步爬升或逐步下降的初始巡航高度和最佳位點(diǎn))和Cl。在該實(shí)施例中，在沿飛行路徑的不同位點(diǎn)處實(shí)施Cl和巡航高度優(yōu)化算法154。例如，巡航高度分布圖和Cl優(yōu)化算法156確定中間級或爬升的位點(diǎn)，以便確定在其處爬升(或下降)到每個(gè)位點(diǎn)的巡航高度。另外，可確定每個(gè)級處的Cl值或可確定整個(gè)飛行的Cl值。例如，嵌套黃金分割搜索可如本文描述的那樣用于整個(gè)飛行或用于由中間級或爬升限定的每個(gè)段。
[0078]在該實(shí)施例中，例如在期望的間隔(其可處于預(yù)定的間隔)選擇沿路線的多個(gè)航路點(diǎn)，其可變化、相等或基于不同的因素(例如，預(yù)報(bào)的天氣、使用的燃料，等)。從而，在不同的航路點(diǎn)確定巡航高度和Cl值，這可使用嵌套黃金分割搜索來執(zhí)行。然而，各種實(shí)施例使用前向計(jì)劃算法用于對動態(tài)問題求解。特別地，在每個(gè)航路點(diǎn)處對特定段以及使用之后將出現(xiàn)的另外航路點(diǎn)處的未來預(yù)報(bào)信息做出決定。從而，使用飛行計(jì)劃信息和預(yù)報(bào)天氣條件，各種實(shí)施例確定不同航路點(diǎn)處沿飛行路線的巡航高度和Cl值。
[0079]應(yīng)該注意在各種實(shí)施例中Cl值和/或高度值的確定在升空或飛行早期之前執(zhí)行。然而，各種實(shí)施例可在飛行內(nèi)的不同點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)，例如，如果做出預(yù)報(bào)天氣條件已經(jīng)改變(例如，明顯的風(fēng)暴預(yù)測變化)的確定。
[0080]從而，巡航高度分布圖和Cl優(yōu)化算法156可通過航路點(diǎn)最佳地選擇Cl和巡航高度兩者(假設(shè)在高度改變時(shí)逐步爬升和下降)。在各種實(shí)施例中，優(yōu)化問題(當(dāng)改變航路點(diǎn)處的高度的決定也受未來航路點(diǎn)處的高度決定影響時(shí))建模為動態(tài)問題并且使用前向計(jì)劃算法，例如對每個(gè)段使用嵌套黃金分割搜索。前向計(jì)劃動態(tài)問題確定，例如，在估算余下飛行的成本后每個(gè)航路點(diǎn)處的最佳巡航高度。
[0081]橫向路徑優(yōu)化算法158從可能的航路點(diǎn)集確定橫向航路點(diǎn)同時(shí)還如在其他算法150、152、154、156中描述的那樣確定Cl和/或巡航高度。與本文描述的其他實(shí)施例相似，可使用嵌套黃金分割搜索。[0082]從而，各種實(shí)施例對于預(yù)報(bào)的天氣條件(例如預(yù)報(bào)的風(fēng)和溫度條件)確定飛行的Cl、橫向和垂直值或分布圖(其包括中間級的初始和最佳位點(diǎn))。各種實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)為電子工具，其可以用于計(jì)算最佳飛行計(jì)劃給定的橫向飛行數(shù)據(jù)、燃料成本、起飛和到達(dá)的調(diào)度時(shí)間以及關(guān)聯(lián)的提早和延遲成本。各種實(shí)施例可用于確定最佳逐步爬升或下降或最佳計(jì)劃飛行，其包括其中已經(jīng)輸入風(fēng)和溫度數(shù)據(jù)的假設(shè)航路點(diǎn)。另外，各種實(shí)施例可使用模擬分析能力來研究天氣和/或風(fēng)以及溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性對飛行時(shí)間和燃料消耗的影響，其可以用于關(guān)于沿飛行擴(kuò)大使用風(fēng)溫度做出推薦并且基于天氣使燃料量增加或減小。
[0083]例如，如在圖10中示出的，作為使用本領(lǐng)域的已知飛行計(jì)劃過程的飛行計(jì)劃過程的一部分，由FMS 32(特別是FMS機(jī)載計(jì)算機(jī)處理器72)接收的巡航高度和航路點(diǎn)信息然后用于確定Cl值和詳細(xì)飛行計(jì)劃。在各種實(shí)施例中，可在Cl值范圍上執(zhí)行成本搜索210，例如使用黃金分割搜索220。在其他實(shí)施例中，可如在圖11中示出的那樣執(zhí)行嵌套搜索。例如，可執(zhí)行Cl值范圍上的成本搜索210或其可在巡航高度范圍上嵌套在成本搜索212內(nèi)，這可選地可在多個(gè)航路點(diǎn)216上執(zhí)行在成本搜索214內(nèi)嵌套。
[0084]應(yīng)該注意各種實(shí)施例可在硬件、軟件或其組合中實(shí)現(xiàn)。各種實(shí)施例和/或組件，例如模塊，或其中的組件和控制器，還可實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器的一部分。該計(jì)算機(jī)或處理器可包括計(jì)算裝置、輸入裝置、顯示器單元和接口，例如用于訪問因特網(wǎng)。該計(jì)算機(jī)或處理器可包括微處理器。該微處理器可連接到通信總線。計(jì)算機(jī)或處理器還可包括存儲器。該存儲器可包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。計(jì)算機(jī)或處理器可進(jìn)一步包括存儲裝置，其可以是硬盤驅(qū)動器或可移動存儲驅(qū)動器，例如固態(tài)驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器等。該存儲裝置還可以是用于將計(jì)算機(jī)程序或其它指令裝載到該計(jì)算機(jī)或處理器中的其它相似的工具。
[0085]如本文使用的，術(shù)語“計(jì)算機(jī)”或“模塊”可包括任何基于處理器或基于微處理器的系統(tǒng)，其包括使用微控制器、精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)、ASIC、邏輯電路和能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它電路或處理器的系統(tǒng)。上文的示例只是示范性的，并且從而不意在采用任何方式限制術(shù)語“計(jì)算機(jī)”的定義和/或含義。
[0086]為了處理輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行存儲在一個(gè)或多個(gè)存儲元件中的指令集。這些存儲元件還可根據(jù)期望或需要存儲數(shù)據(jù)或其它信息。存儲元件可采用在處理機(jī)內(nèi)的信息源或物理存儲器元件的形式。
[0087]指令集可包括各種命令，其指示作為處理機(jī)的計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行特定的操作，例如本發(fā)明的各種實(shí)施例的方法和過程。指令集可采用軟件程序的形式。該軟件可采用例如系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件的各種形式并且其可實(shí)施為有形且非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。此夕卜，該軟件可采用單獨(dú)程序或模塊的集合、更大程序內(nèi)的程序模塊或程序模塊的一部分的形式。該軟件還可包括采用面向?qū)ο缶幊痰男问降哪K化編程。輸入數(shù)據(jù)由處理機(jī)的處理可響應(yīng)于操作者命令，或響應(yīng)于之前處理的結(jié)果，或響應(yīng)于由另外一個(gè)處理機(jī)做出的請求。
[0088]如本文使用的，術(shù)語“軟件”和“固件”是可互換的，并且包括存儲在存儲器中用于計(jì)算機(jī)執(zhí)行的任何計(jì)算機(jī)程序，該存儲器包括RAM存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器以及非易失性RAM (NVRAM)存儲器。上文的存儲器類型只是示范性的，并且從而關(guān)于可用于存儲計(jì)算機(jī)程序的存儲器類型不是限制性的。
[0089]要理解上文的描述意在說明性而非限制性。例如，上文描述的實(shí)施例(和/或其的方面)可互相結(jié)合使用。另外，可做出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而沒有偏離它的范圍。本文描述的材料的尺寸、類型、各種組件的取向以及各種組件的位置和數(shù)量意在限定某些實(shí)施例的參數(shù)，并且絕不是限制性而僅僅是示范性實(shí)施例。當(dāng)回顧上文的描述時(shí)，在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的許多其他實(shí)施例和修改對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。本發(fā)明的范圍因此應(yīng)該參照附上的權(quán)利要求與這樣的權(quán)利要求所擁有的等同物的全范圍一起而確定。在附上的權(quán)利要求中，術(shù)語“包含”和“在…中”用作相應(yīng)術(shù)語“包括”和“其中”的易懂語的等同物。此外，在隨附權(quán)利要求中，術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等僅僅用作標(biāo)簽，并且不意在對它們的對象施加數(shù)值要求。此外，下列權(quán)利要求的限制沒有采用部件加功能格式書寫并且不意在基于35U.S.C.§ 112的第六段解釋，除非并且直到這樣的權(quán)利要求限定 明確地使用后跟功能描述而無其他結(jié)構(gòu)的短語“用于…的部件”。
【權(quán)利要求】
1.一種飛行控制系統(tǒng)，包括: 飛行管理系統(tǒng)，其配置成管理包括飛行器的飛行路徑或高度中的至少一個(gè)的飛行器飛行控制；以及 飛行參數(shù)選擇模塊，其配置成確定成本指數(shù)(Cl)和巡航高度以用于所述飛行管理系統(tǒng)使用來管理所述飛行器飛行控制，所述確定基于沿所述飛行路徑的飛行成本和預(yù)測天氣。
2.如權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成執(zhí)行黃金分割搜索來確定所述Cl或所述巡航高度中的一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成執(zhí)行嵌套黃金分割搜索來確定所述Cl和所述巡航高度。
4.如權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成基于所述預(yù)測天氣確定所述飛行器的高度的逐步爬升調(diào)度。
5.如權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成確定沿所述飛行路徑的多個(gè)航路點(diǎn)處的所述Cl和巡航高度。
6.如權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成在確定所述Cl和巡航高度時(shí)使用燃料消耗和飛行時(shí)間信息。
7.如權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成在所述飛行器飛行期間更新所述Cl或巡航高度中的一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成使用沿所述飛行路徑的不同點(diǎn)處的預(yù)報(bào)風(fēng)或預(yù)報(bào)溫度中的至少一個(gè)來確定所述Cl和巡航高度。
9.權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成執(zhí)行模擬分析來確定天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性對所述飛行器的飛行時(shí)間和燃料消耗的影響。
10.如權(quán)利要求1所述的飛行控制系統(tǒng)，其中，所述飛行參數(shù)選擇模塊進(jìn)一步配置成確定整個(gè)飛行路徑的單個(gè)Cl值和單個(gè)巡航高度。
【文檔編號】B64D47/00GK103538729SQ201310292351
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】S.博拉普拉加達(dá), A.德爾阿莫 申請人:通用電氣公司