本發(fā)明的領(lǐng)域涉及航空應(yīng)用的人機(jī)接口，并且更具體地，涉及包括用于顯示外部景觀的合成三維圖像的裝置的合成可視化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代的飛行器通常具有合成視覺系統(tǒng)(svs)。該系統(tǒng)能夠?qū)⑼獠烤坝^的合成圖像呈現(xiàn)給機(jī)組人員，所述合成圖像通常包括關(guān)于領(lǐng)航或者導(dǎo)航的信息。

svs系統(tǒng)包括：表示飛越過的地形的地圖數(shù)據(jù)庫、地理定位系統(tǒng)、電子計算裝置、以及嵌入飛行器的駕駛艙中的一個或多個可視化設(shè)備。地理定位系統(tǒng)為gps(全球定位系統(tǒng))類型。地理定位系統(tǒng)可以與飛行器的慣性系統(tǒng)聯(lián)接。總的地理定位系統(tǒng)至少傳送以下參數(shù)：飛行器在緯度、經(jīng)度和海拔方面的位置、以及飛行器在俯仰(pitch)、滾轉(zhuǎn)(roll)和航向(heading)方面的方向。

通常，圖像顯示在查看屏幕上，所述查看屏幕位于飛行器的儀表板的前部。圖像為盡可能真實地顯示的外部的三維視圖。顯示的視點是沿著飛行器的軸線的。該合成圖像被計算成距離飛行器的某一距離，以限制用于顯示所需的計算。該距離被稱作為svs范圍。其數(shù)量級大約為40海里。具體地，超過某一距離，景觀的圖像的尺寸就非常小。此外，其具有不超過飛行器的飛行員最小的感興趣的尺寸。

該合成圖像通常包括領(lǐng)航和導(dǎo)航輔助符號體系。其通常包括：人造水平儀(其給出飛行器的海拔)和指示符(其給出飛行器的海拔和速度)。該符號體系也顯示表示零縱向海拔指示符的線，也稱作為zprl(零俯仰參考線)。盡管不準(zhǔn)確，zprl通常也稱作為“水平線”。

如圖1所示，圖1表示了飛行器a飛過地形t的垂直截面圖，zprl與真實水平線lh形成第一角度α。該線與地圖表示rc形成第二角度β，地圖表示rc需要大于第一角度。這些角度通常具有一些度數(shù)。

圖2示出在飛行器可視化設(shè)備上顯示飛越的地形的地圖表示(包括領(lǐng)航符號體系)。該符號體系包括zprl。在該附圖中，zprl與地圖表示的端部之間的差異是顯著的。由于svs與zprl之間的顯著的角度偏差不對應(yīng)于通常視覺數(shù)量級，所以已經(jīng)證明了該顯著的角度偏差令飛行員非常困惑。這會首先發(fā)生在高海拔處，該偏差會隨著飛行器的海拔而增加。

此外，某些航空標(biāo)準(zhǔn)，例如，名稱為“增強(qiáng)視覺系統(tǒng)、合成視覺系統(tǒng)、組合視覺系統(tǒng)和增強(qiáng)飛行視覺系統(tǒng)設(shè)備的適航性批準(zhǔn)(airworthinessapprovalofenhancedvisionsystem,syntheticvisionsystem,combinedvisionsystem,andenhancedflightvisionsystemequipment)”的ac20-167標(biāo)準(zhǔn)授權(quán)由svs提供的信息而與zprl相關(guān)。例如，如果足夠靠近而出現(xiàn)危險，則在指定時刻位于運載工具的海拔之上的地形必須始終出現(xiàn)在zprl之上。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決這些各種問題的一個方法是在較長的距離之上顯示地圖表示。這個方案的缺點是在電子平臺(中央處理器和圖形計算裝置二者)的性能方面有大量額外需求，以使圖像以期望的頻率和圖像質(zhì)量進(jìn)行顯示。

根據(jù)本發(fā)明的地圖表示方法不具有這些缺點。通常，圖形化表示示于共形的位置(conformalposition)，即，考慮到任何定位不確定性，優(yōu)選地疊加在其表示的地形上。在根據(jù)本發(fā)明的可視化系統(tǒng)中，地圖表示傾斜，以人工地靠近真正水平的地圖表示的界限。更具體地，本發(fā)明的主題為在用于飛行器的機(jī)載可視化系統(tǒng)中圖形化表示外部景觀的合成三維視圖的方法，所述圖形化表示顯示于可視化屏幕上，所述可視化屏幕包括疊加在外部景觀的所述三維合成表示上的所述飛行器的領(lǐng)航和導(dǎo)航信息，所述合成表示被計算為第一確定距離，其特征在于，所述三維合成表示在大體上水平的平面上，相對于位于地形水平處的軸線傾斜一傾斜角度，并且大體上垂直于飛行器的飛行方向與航向之間的軸線，所述軸線隨著飛行器移動。

有利地，所述軸線相對于飛行器大體上垂直定位。

有利地，所述軸線位于飛行器的前部、幾十海里至40海里的第二距離處。

有利地，在飛行器與飛越地形之間確定的海拔差之下，傾斜角度為零。

有利地，在飛行器與飛越地形之間確定的海拔差的值為7500英尺。

有利地，在飛行器與飛越地形之間確定的海拔差之上，傾斜角度隨著海拔而增加。

有利地，確定傾斜角度，使得計算為第一確定距離的外部景觀的三維表示的界限與表示真正水平的線之間的角度差小于一度。

有利地，可視化設(shè)備包括疊加在外部景觀的合成視圖上的外部景觀的真實圖像。

有利地，可視化設(shè)備為飛行器的儀表板的屏幕中的一個。

有利地，可視化設(shè)備為稱作為“平視化(heads-up)”可視化設(shè)備的可視化設(shè)備，所述“平視化”可視化設(shè)備包括將合成圖像和/或真實圖像疊加在外部景觀的光學(xué)元件。

附圖說明

通過閱讀遵循給出的非限制性示例并借助于所附附圖的描述，將更好地理解本發(fā)明并且其它的優(yōu)點將更加明顯，在所附附圖中：

圖1表示飛越地形的飛行器的垂直截面圖；

圖2表示在飛行器可視化設(shè)備上顯示包括根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的領(lǐng)航符號體系的飛越地形的地圖表示；

圖3和圖4表示在根據(jù)本發(fā)明的方法中實施的將地圖表示傾斜的原理；

圖5表示軸傾斜偏離中心的前述方法的第一變體；

圖6表示根據(jù)飛行器的海拔的軸線的傾斜的變體；

圖7和圖8表示根據(jù)本發(fā)明的圖形化表示的動態(tài)行為；

圖9表示在根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行校正之前和之后，根據(jù)海拔的zprl與真正水平線之間的角度偏差以及zprl與地圖表示的界限之間的角度偏差；

圖10表示在飛行器可視化設(shè)備上顯示包括根據(jù)本發(fā)明的領(lǐng)航符號體系的飛越地形的地圖表示。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的方法在嵌入于飛行器的合成可視化系統(tǒng)或者svs中實施。合成可視化系統(tǒng)或者svs包括：至少一個地圖數(shù)據(jù)庫、地理定位裝置、能夠計算飛行器的主要參數(shù)表示的電子裝置、圖形計算機(jī)以及至少一個可視化設(shè)備。作為示例，地理定位裝置為例如gps(全球定位系統(tǒng))類型，其可以與慣性測量單元聯(lián)接/混合或者可以不與慣性測量單元聯(lián)接/混合。

可視化設(shè)備的屏幕上的顯示表示飛越地形的三維合成視圖。該合成表示被計算成第一確定距離(其稱作為svs范圍)。該視圖包括領(lǐng)航和導(dǎo)航輔助符號體系。其通常包括：給出飛行器的海拔的人工水平線和給出飛行器的海拔和速度的指示符。其還包括表示零縱向海拔指示符的線(其也稱作為zprl)。

這些屏幕也可以顯示源自稱作為evs(增強(qiáng)視覺系統(tǒng))的系統(tǒng)的外部景觀的真實圖像，從而代替svs，或者顯示為疊加在外部景觀的合成視圖上的真實圖像；然后將談及cvs(組合視覺系統(tǒng))。

可視化設(shè)備還可以為稱作為平視化(heads-up)可視化設(shè)備的可視化設(shè)備，所述平視化可視化設(shè)備包括將合成圖像和/或真實圖像疊加在外部景觀上的光學(xué)元件。

在根據(jù)本發(fā)明的圖形化表示地形的方法中，三維合成表示在大體上水平的平面上，相對于位于地形水平處的軸線x傾斜一傾斜角度θ，并且大體上垂直于飛行器的飛行方向與航向之間的軸線，所述軸線隨著飛行器移動。在各個附圖中，所述軸線由帶圓圈的十字進(jìn)行符號表示。

該討論功能示于圖3和圖4，圖3和圖4示出在垂直截面中，飛行器在傾斜之前和之后飛越的地形t的表示。在這些和以下附圖中，svs范圍由rsvs表示。在這些附圖中，也示出地圖表示rc和表示零縱向海拔指示符的zprl的界限。

如圖4所示，這種地形表示的旋轉(zhuǎn)能夠減小zprl與svs范圍線之間的角度。因而，能夠使其接近真正水平線、或者甚至與真正水平線合并。

在圖4中，軸線x相對于設(shè)備垂直地定位。如圖5所示，其可以位于飛行器的前部、幾海里至20海里的第二距離處。在這種情況下，位于飛行器之下的地形示于比其真實海拔更高的海拔處。

在飛行器的某一海拔之上，如圖6所示，傾斜角度可以隨著海拔h增加。

根據(jù)本發(fā)明的方法導(dǎo)致在背景下顯示的地形上的海拔誤差，即，地形可以示為在運載工具之上，并且實際上其不在，如圖7所示，其中，地形t’在zprl之上。這種情況在某些標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)沒有明顯的影響，某些標(biāo)準(zhǔn)指定了在給定的時刻處位于運載工具的海拔之上的地形必須出現(xiàn)在zprl之上。根據(jù)本發(fā)明的方法僅僅使得地形出現(xiàn)在zprl之上比其實際上發(fā)生的更頻繁。因此，這是比現(xiàn)有技術(shù)更審慎的方案，并且?guī)椭Ｕ齭vs可視化有時不被充分地預(yù)警的感覺。最后，如圖8所示，這種情況并不保持。原則上，在接近障礙物時，障礙物逐步地采用其準(zhǔn)確的海拔。

在以上所述的情況下，依據(jù)海拔的定位誤差可能導(dǎo)致比在高海拔地形之上一度更大的實質(zhì)角度誤差。然后，該方案基于相對于周圍場景的地形的最低海拔的軸線的傾斜。這暗示出圖形引擎能夠確定周圍場景的最小海拔和最大海拔，其不會造成任何特定的技術(shù)問題。然后，時間和/或空間濾波器必須準(zhǔn)確實施，以管理在周圍場景的最小海拔的突然變化。這種方案降低了在顯示背景地形時誤差的發(fā)生率。

在這種情況下，傾斜角度不僅依靠飛行器的海拔，還依靠飛行器的位置與飛越地形之間的海拔差。因而，以下為飛行器與飛越地形之間確定的海拔差，傾斜角度可以為零。該距離的值可以為例如7500英尺。

借助于示例，圖9中由c1、c2和c3指示的三個曲線依據(jù)海拔表示：

c1：在沒有校正的情況下，zprl與地圖表示的界限之間的角度偏差；

c2：zprl與真正水平線之間的角度偏差；

c3：在校正之后，zprl與地圖表示的界限之間的角度偏差。

海拔從0至30,000英尺變化，并且在校正之前的角度偏差在高海拔處可以達(dá)到8°，而其在校正之后限制于大約3°。此外，在校正之后的地圖表示的界限非常接近真正水平線，這是尋求的主要目標(biāo)之一。

借助于示例，圖10示出了根據(jù)包括領(lǐng)航符號體系的本發(fā)明的方法，在飛行器可視化設(shè)備上顯示飛越地形的地圖表示。觀察到的是，相對于示出相同場景的圖2的角度偏差，zprl與圖形化表示的界限之間的角度偏差顯著地減小?，F(xiàn)在，地圖表示的界限與真正水平線合并。