利用來自局域增強(qiáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的飛行器合成視覺系統(tǒng)以及用于操作此類飛行器合成視覺 ...的制作方法
【專利摘要】利用來自局域增強(qiáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的飛行器合成視覺系統(tǒng)以及用于操作此類飛行器合成視覺系統(tǒng)的方法。一種飛行器合成視覺顯示系統(tǒng)（SVS）包括：地形數(shù)據(jù)庫，其包括與機(jī)場相關(guān)的地形信息；全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其從全球定位衛(wèi)星接收衛(wèi)星信號以確定飛行器的地理位置，以及基于地面的增強(qiáng)系統(tǒng)接收機(jī)，其從與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的基于地面的發(fā)射機(jī)接收基于地面的信號，其中基于地面的信號包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息。SVS進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)處理器，其基于飛行器的地理位置從地形數(shù)據(jù)庫取回地形信息，其取回與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息，并且其使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來修正地形信息以生成經(jīng)修正的地形信息。
【專利說明】
利用來自局域増強(qiáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的飛行器合成視覺系統(tǒng)以及用于操作此類飛行器合成視覺系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開一般地涉及飛行器顯示系統(tǒng)和用于操作飛行器顯示系統(tǒng)的方法。更特別地，本公開涉及利用來自局域增強(qiáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的飛行器合成視覺系統(tǒng)以及用于操作此類飛行器合成視覺系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]許多飛行器裝配有一個(gè)或多個(gè)視覺增強(qiáng)系統(tǒng)。此類視覺增強(qiáng)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)并配置成在減小從駕駛艙的視野的條件下飛行時(shí)幫助飛行員。視覺增強(qiáng)系統(tǒng)的一個(gè)示例稱為合成視覺系統(tǒng)(在下文中“SVS”)。典型SVS被配置成與跟飛行器相關(guān)聯(lián)的位置確定單元以及感測飛行器高度、航向以及方位(orientat1n)的動(dòng)態(tài)傳感器相結(jié)合地工作。SVS包括或訪問數(shù)據(jù)庫，其包含關(guān)于沿著飛行器的飛行路徑的地形的信息，諸如關(guān)于接近于飛行器飛行路徑的地勢和已知人工或天然障礙物的信息。SVS從位置確定單元接收指示飛行器位置的輸入，并且還從動(dòng)態(tài)傳感器接收輸入。SVS被配置成利用位置、航向、高度以及方位信息和包含在數(shù)據(jù)庫中的地形信息，并生成三維圖像，其示出從坐在飛行器駕駛艙中的人的視角的飛行器正在飛行通過的地形環(huán)境?？稍陲w行員可訪問的任何適當(dāng)顯示單元上向飛行員顯示三維圖像(在本文中也稱為“SVS圖像UVS圖像包括以圖形方式再現(xiàn)的特征，在沒有限制的情況下包括位于飛行器的飛行路徑附近的地勢和障礙物的合成透視圖。使用SVS，飛行員可以觀看顯示單元的顯示屏以獲得對飛行器飛行通過的三維地形環(huán)境的理解，并且還可以看到存在于前面的東西。飛行員還可以觀看顯示屏以確定到接近于飛行路徑的一個(gè)或多個(gè)障礙物的飛行器接近度。
[0003]在飛行器的跑道上的著陸和觸地的方法可能是飛行員在正常操作期間承擔(dān)的最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。為了適當(dāng)?shù)貓?zhí)行著陸，飛行器在姿態(tài)、路線、速度以及下降速率極限的包絡(luò)內(nèi)接近跑道。路線極限包括例如橫向極限和滑翔斜率極限兩者。在某些情況下，在進(jìn)場和著陸操作期間能見度可能是差的，導(dǎo)致被稱為儀表飛行條件的事物。在儀表飛行條件期間，飛行員依賴于儀表而不是視覺參考來對飛行器進(jìn)行導(dǎo)航。即使在良好的天氣條件期間，飛行員通常也在進(jìn)場期間在一定程度上依賴于儀表。已開發(fā)了在本領(lǐng)域中已知的某些SVS系統(tǒng)以補(bǔ)充飛行員對儀表的依賴。例如，這些系統(tǒng)允許飛行員使用數(shù)據(jù)庫、高級符號、測高誤差檢測以及高精度增強(qiáng)坐標(biāo)的組合來下降至低的高度，例如至跑道之上150英尺。這些系統(tǒng)利用廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)GPS助航設(shè)備(navigat1n aid)、飛行管理系統(tǒng)以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)來動(dòng)態(tài)地校準(zhǔn)并確定到跑道的精確進(jìn)場路線，并使用SVS向飛行員顯示相對于跑道中心線方向的進(jìn)場路線。
[0004]然而，用于進(jìn)場和著陸的這些SVS系統(tǒng)的有用性受到地形數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性的限制，特別是在機(jī)場的終點(diǎn)區(qū)域中。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在某些情況下，公布的終點(diǎn)區(qū)域地形數(shù)據(jù)可包括與某些特征(諸如跑道、障礙物等)的地理位置有關(guān)的非故意誤差或偏差。如果這些誤差或偏差然后被引入到SVS地形數(shù)據(jù)庫中，則在SVS上呈現(xiàn)給飛行員的3D再現(xiàn)圖像可能與飛行器的實(shí)際環(huán)境不匹配，這在由SVS增補(bǔ)的到機(jī)場的精確進(jìn)場飛行的上下文中是有問題的。
[0005]因此，期望提供能夠?qū)Π诘匦螖?shù)據(jù)庫中的地形信息、特別是機(jī)場終點(diǎn)區(qū)域中的跑道和障礙物的地理位置進(jìn)行確認(rèn)的SVS系統(tǒng)和方法。還期望提供能夠修正可通過該確認(rèn)而確定的地形數(shù)據(jù)庫中的任何誤差或偏差的此類SVS系統(tǒng)和方法。此外，根據(jù)與附圖及前述技術(shù)領(lǐng)域和【背景技術(shù)】相結(jié)合地進(jìn)行的后續(xù)詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求，示例性實(shí)施例的其它期望特征和特性將變得顯而易見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供了利用來自局域增強(qiáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的飛行器合成視覺系統(tǒng)以及用于操作此類飛行器合成視覺系統(tǒng)的方法。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，飛行器合成視覺顯示系統(tǒng)(SVS)包括包含關(guān)于機(jī)場的地形信息的地形數(shù)據(jù)庫、從全球定位衛(wèi)星接收衛(wèi)星信號以確定飛行器的地理位置的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，以及從與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的基于地面發(fā)射機(jī)接收基于地面信號的基于地面增強(qiáng)系統(tǒng)接收機(jī)，其中，基于地面信號包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息。SVS還包括計(jì)算機(jī)處理器，其基于飛行器的地理位置從地形數(shù)據(jù)庫取回地形信息、取回與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息、使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來確認(rèn)地形信息以及使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來修正地形信息以生成已修正地形信息。更進(jìn)一步地，SVS包括基于已修正地形信息來再現(xiàn)飛行器的附近(environs)的三維合成圖像的顯示設(shè)備。
[0007]在另一示例性實(shí)施例中，一種操作飛行器的合成視覺系統(tǒng)的方法包括從全球定位衛(wèi)星接收衛(wèi)星信號以確定飛行器的地理位置并從與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的基于地面發(fā)射機(jī)接收基于地面信號的步驟，其中，基于地面信號包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息。該方法還包括使用計(jì)算機(jī)處理器基于飛行器的地理位置取回地形信息、取回與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息、使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來確認(rèn)地形信息以及使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來修正地形信息以生成已修正地形信息。該方法還包括基于已修正地形信息來再現(xiàn)飛行器的周圍環(huán)境的三維合成圖像。
[0008]提供本概要是為了以簡化形式來介紹下面在詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的概念的選擇。本概要并不意圖識別要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，其也不意圖被用作確定要求保護(hù)的主題的范圍的輔助。
【附圖說明】
[0009]下面將結(jié)合以下附圖來描述本公開，其中，相似的數(shù)字表示相似的元件，并且在所述附圖中:
圖1是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的合成視覺系統(tǒng)的功能框圖；
圖2是可在圖1的合成視覺系統(tǒng)上呈現(xiàn)的示例性圖像；以及
圖3是圖示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于圖1的合成視覺系統(tǒng)的操作方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是示例性的且并不意圖限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和使用。如本文所使用的，詞語“示例性”意指“充當(dāng)示例、實(shí)例或例證”。因此，不一定將在本文中描述為“示例性”的任何實(shí)施例解釋為相比于其它實(shí)施例而言是優(yōu)選或有利的。本文所述的所有實(shí)施例都是為了使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明并且不是限制由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍而提供的示例性實(shí)施例。此外，不存在受到在前面的技術(shù)領(lǐng)域、【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
或以下詳細(xì)描述中提出的任何明示或默示理論的束縛的意圖。
[0011]本公開的實(shí)施例利用位于機(jī)場處的基于地面數(shù)據(jù)源(諸如，局域增強(qiáng)系統(tǒng)(LAAS))來確認(rèn)來自地形數(shù)據(jù)庫(特別是導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫108、跑道數(shù)據(jù)庫110以及障礙物數(shù)據(jù)庫112)的數(shù)據(jù)。如果地形數(shù)據(jù)庫信息與來自基于地面數(shù)據(jù)源的信息不匹配，則確定成是來自地形數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)中的誤差或偏差。然后利用來自基于地面數(shù)據(jù)源的信息來修正該誤差或偏差。已修正地形信息然后被處理器104用來在SVS 100的顯示設(shè)備116上提供準(zhǔn)確的顯示。該準(zhǔn)確的顯示包括準(zhǔn)確的跑道位置、準(zhǔn)確的障礙物位置以及準(zhǔn)確的地勢再現(xiàn)。使用此已驗(yàn)證且已修正顯示，可以使用SVS 1作為對飛行器的儀表進(jìn)場系統(tǒng)(例如，ILS、VOR、GPS )的補(bǔ)充直至約150英尺的閾值之上高度(HAT)為止。
[0012]如本文所使用的，術(shù)語“合成視覺系統(tǒng)”指的是從飛行艙板的視角提供外部場景地形的計(jì)算機(jī)生成圖像的系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)生成圖像是從飛行器姿態(tài)、高精度導(dǎo)航解算(solut1n)以及地勢、障礙物以及相關(guān)人工地物的數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出的。合成視覺系統(tǒng)是將向飛行人員顯示外部場景地形的合成視覺描述的電子裝置。合成視覺在導(dǎo)航源能力的極限內(nèi)(位置、高度、航向、航跡以及數(shù)據(jù)庫限制)創(chuàng)建相對于地勢和機(jī)場的圖像。合成視覺系統(tǒng)的應(yīng)用是通過從飛行艙板的視角的主要飛行顯示器(primary flight display)或通過輔助飛行顯示器。
[0013]參考圖1，描繪了示例性合成視覺系統(tǒng)并將根據(jù)本公開的各種實(shí)施例來進(jìn)行描述。系統(tǒng)100包括用戶接口 102、處理器104、一個(gè)或多個(gè)地勢數(shù)據(jù)庫106、一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫108、一個(gè)或多個(gè)跑道數(shù)據(jù)庫110、一個(gè)或多個(gè)障礙物數(shù)據(jù)庫112、各種傳感器113、多模接收機(jī)(MMR)IH以及顯示設(shè)備116。用戶接口 102與處理器104進(jìn)行可操作通信并被配置成從用戶109(例如，飛行員)接收輸入并響應(yīng)于用戶輸入而向處理器104供應(yīng)命令信號。用戶接口102可以是各種已知用戶接口設(shè)備中的任何一個(gè)或組合，包括但不限于光標(biāo)控制設(shè)備(CCD)107，諸如鼠標(biāo)、軌跡球或操縱桿和/或鍵盤、一個(gè)或多個(gè)按鈕、開關(guān)或旋鈕。在所描述實(shí)施例中，用戶接口 102包括CXD 107和鍵盤111。用戶109使用CXD 107來特別地在顯示屏上移動(dòng)光標(biāo)符號(參見圖2)，并且可使用鍵盤111來特別地輸入文本數(shù)據(jù)。
[0014]處理器104可以是許多已知通用微處理器中的任何一個(gè)或響應(yīng)于程序指令而操作的專用處理器。在所描述實(shí)施例中，處理器104包括板上(on-boarcORAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)103以及板上ROM(只讀存儲(chǔ)器)105?？蓪⒖刂铺幚砥?04的程序指令存儲(chǔ)在RAM 103和ROM105中的任一者或兩者中。例如，可將操作系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)在ROM 105中，而各種操作模式軟件例程和各種操作參數(shù)可存儲(chǔ)在RAM 103中。將認(rèn)識到的是這僅是用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)軟件和軟件例程的一個(gè)方案的示例且可實(shí)施各種其它存儲(chǔ)方案。還將認(rèn)識到的是可使用各種其它電路來實(shí)施處理器104，而不僅僅是可編程處理器。例如，還可以使用數(shù)字邏輯電路和模擬信號處理電路。
[0015]無論如何具體地實(shí)施處理器104，其都與地勢數(shù)據(jù)庫106、導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫108、跑道數(shù)據(jù)庫110、障礙物數(shù)據(jù)庫112以及顯示設(shè)備116可操作地通信，并被耦合成從各種傳感器113(諸如空速、高度、空氣溫度、航向等)接收各種類型的外部數(shù)據(jù)并從MMR 114接收各種飛行器位置相關(guān)數(shù)據(jù)，所述MMR 114從諸如￥01?、6?3、￥443、1^3、11^、11^、冊8等之類的各種外部位置相關(guān)數(shù)據(jù)源接收信號。處理器104響應(yīng)于位置相關(guān)數(shù)據(jù)而被配置成選擇性地從地勢數(shù)據(jù)庫106中的一個(gè)或多個(gè)取回地勢數(shù)據(jù)，從導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫108中的一個(gè)或多個(gè)取回導(dǎo)航數(shù)據(jù)，從跑道數(shù)據(jù)庫110中的一個(gè)或多個(gè)取回跑道數(shù)據(jù)，并從障礙物數(shù)據(jù)庫112中的一個(gè)或多個(gè)取回障礙物數(shù)據(jù)，并向顯示設(shè)備116供應(yīng)適當(dāng)?shù)娘@示命令。顯示設(shè)備116響應(yīng)于顯示命令而選擇性地再現(xiàn)各種類型的文本、圖形和/或圖標(biāo)信息。至少在所描述實(shí)施例中，將提供數(shù)據(jù)庫106、108、110和112、傳感器113以及MMR 114的簡要描述。
[0016]地勢數(shù)據(jù)庫106包括各種類型的表示飛行器正在其上面飛行的地勢的數(shù)據(jù)，并且導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫108包括各種類型的導(dǎo)航相關(guān)數(shù)據(jù)。這些導(dǎo)航相關(guān)數(shù)據(jù)包括各種飛行計(jì)劃相關(guān)數(shù)據(jù)，諸如，例如航路點(diǎn)(waypoint)、航路點(diǎn)之間的距離、航路點(diǎn)之間的航向、與不同的機(jī)場有關(guān)的數(shù)據(jù)、助航設(shè)備、障礙、專用空域、政治疆界、通信頻率以及飛行器進(jìn)場信息。將認(rèn)識到的是盡管為了清楚和方便起見將地勢數(shù)據(jù)庫106、導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫108、跑道數(shù)據(jù)庫110以及障礙物數(shù)據(jù)庫112示為與處理器104分開地存儲(chǔ)，但是可以將這些數(shù)據(jù)庫106、108、110、112中的任一個(gè)或兩者的全部或部分加載到RAM 103中，或者將其整體地形成為處理器104和/或RAM 103和/SROM 105的一部分。數(shù)據(jù)庫106、108、110、112還可以是與系統(tǒng)100在物理上分開的設(shè)備或系統(tǒng)的一部分。
[0017]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，處理器104適于從地勢數(shù)據(jù)庫106接收地勢數(shù)據(jù)并從導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫108接收導(dǎo)航數(shù)據(jù)，響應(yīng)于此而可操作以供應(yīng)再現(xiàn)顯示命令的一個(gè)或多個(gè)圖像。顯示設(shè)備116被耦合成接收圖像再現(xiàn)顯示命令，并且響應(yīng)于此而可操作以同時(shí)地再現(xiàn)(i)表示地勢數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的透視圖圖像和(ii) 一個(gè)或多個(gè)地勢追蹤線。透視圖圖像包括具有由地勢的立視圖(elevat1n)確定的輪廓(prof i Ie)的地勢。每個(gè)地勢追蹤線(i)至少部分地跨地勢延伸，(ii)表示到地勢上的固定位置的地面參考距離(range)和從飛行器到遠(yuǎn)離飛行器的固定距離的飛行器參考距離中的至少一個(gè)，以及(iii)符合地勢輪廓。
[0018]特別地，可響應(yīng)于由處理器104執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)算法(例如，用軟件實(shí)施)而增強(qiáng)在視覺顯示器116的屏幕上顯示的地勢信息的能見度，其用來確定飛行器的當(dāng)前位置、航向和速度，并且最初加載用于適當(dāng)?shù)卮_定尺寸以提供數(shù)據(jù)的快速初始化的區(qū)域的一塊地勢數(shù)據(jù)。處理器104監(jiān)視來自傳感器113和MMR 114的飛行器的位置、航向和速度(當(dāng)有關(guān)時(shí)，還有姿態(tài))，并基于飛行器的那時(shí)當(dāng)前位置、航向和速度(和當(dāng)有關(guān)時(shí)的姿態(tài))來連續(xù)地預(yù)測飛行路徑中的地勢的三維區(qū)域(體積)的潛在邊界。處理器104將預(yù)測邊界與最初加載的地勢數(shù)據(jù)的邊界相比較，并且如果確定從飛行器到預(yù)測邊界的距離小于預(yù)定值(例如，與最初加載數(shù)據(jù)的邊界相關(guān)聯(lián)的距離值)，則處理器104在給定飛行器的當(dāng)前位置、航向和速度(以及當(dāng)有關(guān)時(shí)的姿態(tài))的情況下發(fā)起加載被最佳地確定尺寸的新的一塊地勢數(shù)據(jù)的操作。特別地，對于本示例性實(shí)施例而言，處理器104可以與確定飛行器的當(dāng)前位置、航向和速度的操作分開地執(zhí)行數(shù)據(jù)加載操作，以便保持恒定的刷新速率且不干擾地勢的當(dāng)前顯示的連續(xù)性。
[0019]態(tài)勢感知的一個(gè)重要方面是意識到對航空器造成威脅的障礙物。這對于起飛和著陸或其它低空操作期間的飛行器而言尤其如此，并且在低能見度條件下甚至更加如此。某些顯示描述關(guān)于在飛行器的行進(jìn)路徑中或附近的障礙物的信息。應(yīng)以使得其將在不從顯示器上的其它主要信息轉(zhuǎn)移注意力的情況下提供可能威脅的高度、位置以及距離的及時(shí)的意識的這樣的方式來呈現(xiàn)障礙物數(shù)據(jù)。處理器104基于飛行器的位置和障礙物數(shù)據(jù)來生成數(shù)據(jù)以用于在顯示器116上顯示?？舍槍ρ刂粋€(gè)或多個(gè)飛行路徑的不同位置尋找并顯示障礙物，從而幫助操作員選擇要遵循的最安全路徑。障礙物數(shù)據(jù)庫112可包含關(guān)于障礙物的數(shù)據(jù)，其中，處理器104向顯示器116發(fā)送信號以基于那個(gè)數(shù)據(jù)來再現(xiàn)障礙物的模擬圖形表示，或者障礙物數(shù)據(jù)庫可包含障礙物的實(shí)際圖像，其中，處理器104發(fā)送信號以基于位置數(shù)據(jù)來顯示實(shí)際圖像。
[0020]處理器104分析從障礙物數(shù)據(jù)庫112接收的數(shù)據(jù)并確定障礙物是否在離飛行器的所選距離內(nèi)。不顯示不在所選距離內(nèi)的障礙物。此程序通過僅顯示對飛行器有意義的障礙物而節(jié)省處理器負(fù)荷并減少顯示混亂?？稍诖_定是否顯示障礙物方面連同距離來考慮飛行器的尺寸、速度以及高度和障礙物的尺寸。
[0021]跑道數(shù)據(jù)庫110可存儲(chǔ)與例如跑道照明、識別號、位置以及長度、寬度和硬度有關(guān)的數(shù)據(jù)。隨著飛行器接近機(jī)場，處理器104從例如MMR 114接收飛行器的當(dāng)前位置并且針對正被那個(gè)機(jī)場使用的著陸系統(tǒng)將當(dāng)前位置數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的距離和/或使用限制數(shù)據(jù)相比較。
[0022]可使用現(xiàn)在已知或?qū)黹_發(fā)的各種類型的傳感器、系統(tǒng)和或子系統(tǒng)來實(shí)施傳感器113以用于供應(yīng)各種類型的飛行器數(shù)據(jù)。飛行器數(shù)據(jù)也可改變，但是優(yōu)選地包括表示飛行器的狀態(tài)的數(shù)據(jù)，諸如，例如飛行器速度、航向、高度以及姿態(tài)。被接收到MMR 114中的數(shù)據(jù)源的數(shù)目和類型也可改變。然而，為了便于描述和說明，在圖1中僅描述了VHF數(shù)據(jù)廣播(VDB)接收機(jī)118功能和全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)122功能，因?yàn)檫@些接收機(jī)特別地與本公開的討論有關(guān)。但是，如上所述，現(xiàn)代MMR包括接收超過所示GPS和VDB接收機(jī)功能的許多更多信號的能力。
[0023]GPS接收機(jī)122功能是多通道接收機(jī)，并且每個(gè)通道被調(diào)諧成接收由沿地球軌道運(yùn)動(dòng)的GPS衛(wèi)星(未不出)的星座發(fā)射的GPS廣播信號中的一個(gè)或多個(gè)。每個(gè)GPS衛(wèi)星每天環(huán)繞地球兩次，并且軌道被布置成使得至少四個(gè)衛(wèi)星始終在從地球上的幾乎任何地方的視線內(nèi)。GPS接收機(jī)122在從GPS衛(wèi)星中的至少三個(gè)且優(yōu)選地四個(gè)或更多接收GPS廣播信號時(shí)確定GPS接收機(jī)122與GPS衛(wèi)星之間的距離和GPS衛(wèi)星的位置?；谶@些確定，GPS接收機(jī)122使用稱為三邊測量的技術(shù)來確定例如飛行器位置、地速以及地面航跡角?？蓪⑦@些數(shù)據(jù)供應(yīng)到處理器104，其可從此確定飛行器滑翔斜率偏差。然而，優(yōu)選地，GPS接收機(jī)122被配置成確定飛行器滑翔斜率偏差并將表示該飛行器滑翔斜率偏差的數(shù)據(jù)供應(yīng)給處理器104。
[0024]VDB接收機(jī)118功能是被配置成從與特定機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地面站接收在108.0至117.975 MHz波段中的VHF信號的多通道接收機(jī)。VHF數(shù)據(jù)信號包括用于GPS衛(wèi)星信號的修正。VHF數(shù)據(jù)信號還包括用來定義通常通向跑道截點(diǎn)的參考路徑的廣播信息。此數(shù)據(jù)可以包括用于使用單射率的多達(dá)49個(gè)不同參考路徑的信息。(可以通過使用另外的射頻來支持甚至更多的參考路徑。)VDB信號采用差分8相移鍵控(D8PSK)波形。由于在能夠在25 kHz頻率分配內(nèi)支持的每秒比特?cái)?shù)方面的相對良好的頻譜效率而選擇此波形。當(dāng)前針對VDB信號定義四個(gè)消息類型。消息類型I包括用于GPS衛(wèi)星的差分修正和完整性相關(guān)數(shù)據(jù)。消息類型4包括用于機(jī)場處的每個(gè)跑道末端或進(jìn)場的最后進(jìn)場段定義。
[0025]如上所述，顯示設(shè)備116響應(yīng)于由處理器104供應(yīng)的顯示命令而選擇性地再現(xiàn)各種文本、圖形和/或圖標(biāo)信息，并從而向用戶109供應(yīng)視覺反饋。將認(rèn)識到的是可使用適合于以由用戶109可查看的格式再現(xiàn)文本、圖形和/或圖標(biāo)信息的許多已知顯示設(shè)備中的任何一個(gè)來實(shí)施顯示設(shè)備116。此類顯示設(shè)備的非限制性示例包括各種陰極射線管(CRT)顯示器，以及各種平板顯示器，諸如各種類型的LCD(液晶顯示器)和TFT(薄膜晶體管)顯示器。另外可將顯示設(shè)備116實(shí)施為面板安裝顯示器、HUD(平視顯示器)投影或許多已知技術(shù)中的任何一個(gè)。另外應(yīng)注意的是可將顯示設(shè)備116配置為許多類型的飛行器飛行艙板顯示器中的任何一個(gè)。例如，可將其配置為多功能顯示器、水平位置指示器或垂直位置指示器，僅舉幾個(gè)例子。然而，在所描繪的實(shí)施例中，將顯示設(shè)備116配置為主要飛行顯示器(PFD)。
[0026]參考圖2，描述了響應(yīng)于來自處理器104的適當(dāng)顯示命令而由顯示設(shè)備116再現(xiàn)的示例性文本、圖形和/或圖標(biāo)信息。應(yīng)看到顯示設(shè)備116優(yōu)選地將飛行器前面的地勢202的視野再現(xiàn)為三維透視圖、高度指示符204、空速指示符206、姿態(tài)指示符208、指南針212、延長的跑道中心線214、飛行路徑矢量指示符216以及加速提示217。航向指示符212包括飛行器圖標(biāo)218以及識別當(dāng)前航向(如所示的174度的航向)的航向標(biāo)記220。在零節(jié)距(zero pitch)參考線230上設(shè)置另外的當(dāng)前航向符號228以在前視顯示器116的中心在當(dāng)前航跡中心模式下操作時(shí)表示當(dāng)前飛行器航向。前視顯示器116的中心表示飛行器正在移動(dòng)的地方，并且零節(jié)距參考線230上的航向符號228表示當(dāng)前航向方向。可以在航向向上或航跡向上的模式下示出指南針212，其中飛機(jī)符號218表示目前橫向位置。通常以表示例如滑翔斜率、高度表設(shè)置以及導(dǎo)航接收機(jī)頻率的圖形或數(shù)字格式來提供另外的信息(未示出)。
[0027]飛行器圖標(biāo)222表示以當(dāng)前地面航跡224為參考的當(dāng)前航向方向，其中作為214的期望航跡用于飛行器將在其上面著陸的特定跑道226?？稍陲@示器116上在飛行器前面的位置上示出距離剩余標(biāo)記227，以指示前面的可用跑道長度，并且如果距離剩余變得關(guān)鍵，則距離剩余標(biāo)記227可改變色彩。透視保角偏差符號上的橫向偏差標(biāo)記223和垂直偏差標(biāo)記225表示與預(yù)定飛行路徑的固定地面距離。期望飛行器方向例如由處理器104使用來自導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫108、傳感器113以及外部數(shù)據(jù)源114的數(shù)據(jù)來確定。然而，將認(rèn)識到的是可由一個(gè)或多個(gè)其它系統(tǒng)或子系統(tǒng)并且根據(jù)從在飛行器內(nèi)或外部的許多其它系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的任何一個(gè)供應(yīng)的數(shù)據(jù)或信號來確定期望飛行器方向。不管其中確定期望飛行器方向的特定方式如何，處理器104供應(yīng)適當(dāng)?shù)娘@示命令以引起顯示設(shè)備116再現(xiàn)飛行器圖標(biāo)222和地面航跡圖標(biāo)224。
[0028]如先前指明的，用于進(jìn)場和著陸的SVS系統(tǒng)100的有用性受到地形數(shù)據(jù)庫106、108、110和112的準(zhǔn)確性的限制，特別是在機(jī)場的終點(diǎn)區(qū)域中。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在某些情況下，公布的終點(diǎn)區(qū)域地形數(shù)據(jù)可包括與諸如跑道(數(shù)據(jù)庫110)、障礙物(數(shù)據(jù)庫112)等的某些特征的地理位置有關(guān)的非故意誤差或偏差。如果這些誤差或偏差然后被引入到SVS地形數(shù)據(jù)庫中，那么在SVS上呈現(xiàn)給飛行員的3D再現(xiàn)圖像可能與飛行器的實(shí)際環(huán)境不匹配，這在由SVS增補(bǔ)的到機(jī)場的精確進(jìn)場飛行的上下文中是有問題的。
[0029]本公開的實(shí)施例利用位于機(jī)場處的基于地面數(shù)據(jù)源(諸如，局域增強(qiáng)系統(tǒng))來確認(rèn)來自地形數(shù)據(jù)庫(特別是跑道數(shù)據(jù)庫110)的數(shù)據(jù)。如果地形數(shù)據(jù)庫信息與來自基于地面數(shù)據(jù)源的信息不匹配，則確定成是來自地形數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)的誤差或偏差。然后利用來自基于地面數(shù)據(jù)源的信息來修正該誤差或偏差。已修正地形信息然后被處理器104用來在SVS 100的顯示設(shè)備116上提供準(zhǔn)確的顯示。該準(zhǔn)確的顯示包括準(zhǔn)確的跑道位置、準(zhǔn)確的障礙物位置以及準(zhǔn)確的地勢再現(xiàn)。使用此已驗(yàn)證且已修正顯示，可以使用SVS 100作為飛行器的儀表進(jìn)場系統(tǒng)(例如，ILS、VOR、GPS)的補(bǔ)充直至約150英尺的閾值之上高度為止。
[0030]機(jī)場處的LAAS—般地包括位于機(jī)場周圍的本地參考接收機(jī)，其向機(jī)場處的中央位置發(fā)送數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)用來將修正消息(類型I)公式化，其然后經(jīng)由VDB被發(fā)射給用戶。飛行器上的VDB接收機(jī)118功能使用此信息來修正GPS信號，其然后提供標(biāo)準(zhǔn)ILS樣式顯示以在飛行精確進(jìn)場的同時(shí)使用。LAAS VDB發(fā)射機(jī)還發(fā)射用來定義參考路徑的廣播信息，該參考路徑通常通向跑道截點(diǎn)(消息類型4)，其包括用于機(jī)場處的每個(gè)跑道末端或進(jìn)場的最后進(jìn)場段定義。
[0031]一旦飛行器進(jìn)入在LAAS系統(tǒng)的可用距離(range)內(nèi)，則進(jìn)場到機(jī)場的飛行器將開始接收LAAS VDB信號，所述可用距離通常為離機(jī)場約25 nm半徑。在進(jìn)入可用距離之前，SVS100正在接收GPS數(shù)據(jù)(MMR 114的接收機(jī)功能122) AVS 100依賴于GPS數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)庫106、108、110和112以在顯示器116上顯示圖像。在進(jìn)入LAAS可用距離時(shí)，飛行器開始經(jīng)由MMR 114的VDB接收機(jī)118功能從LAAS接收VDB信號。VDB信號的消息類型4包括例如在地理參考坐標(biāo)方面的最后進(jìn)場段定義。然后可使用來自VDB信號的消息類型4信息來確認(rèn)地形數(shù)據(jù)庫信息，特別是數(shù)據(jù)庫108、110和112的信息。如果地形數(shù)據(jù)庫信息與消息類型4信息不匹配，則可以確定成是地形數(shù)據(jù)庫信息中的誤差或偏差。然后使用來自VDB信號的消息類型4信息來修正地形信息。然后使用經(jīng)修正地形信息來在顯示設(shè)備116上再現(xiàn)SVS顯示，為飛行人員提供高保真度SVS顯示，其可被用作供在下降至約150英尺的HAT的儀表進(jìn)場期間使用的補(bǔ)充。
[0032]不應(yīng)將作為確認(rèn)的LAAS消息類型4信息的使用理解成排斥其它確認(rèn)數(shù)據(jù)源的使用。例如，除前面描述的確認(rèn)之外，可使用消息類型I信息來確認(rèn)和修正GPS信號，其然后可被SVS 100用作其顯示/確認(rèn)方案的一部分。此外，可將來自廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)的基于衛(wèi)星的修正信號用于同一目的。更進(jìn)一步地，可使用諸如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)之類的機(jī)載確認(rèn)裝置來對接收的GPS信號進(jìn)行確認(rèn)和交叉檢查，以用于提供準(zhǔn)確SVS顯示的目的，其可用作隨儀表進(jìn)場的補(bǔ)充。
[0033]在某些實(shí)施例中，已提議將VDB修改成載送更多信息，例如跑道關(guān)閉Ν0ΤΑΜ、跑道占用狀態(tài)、在跑道線外等待(hold short)交通信息等，以便于及時(shí)且改善的視覺態(tài)勢感知?？稍赟VS 100的顯示器116上向飛行人員將此跑道關(guān)閉Ν0ΤΑΜ、跑道占用狀態(tài)或在跑道線外等待交通信息顯示為適當(dāng)?shù)膱D形或文本指示。例如，可用文本來提供跑道關(guān)閉Ν0ΤΑΜ，可由跑道上的飛行器符號指示跑道占用狀態(tài)，并且可將在跑道線外等待交通信息指示為跑道的在跑道線外等待點(diǎn)處的適當(dāng)?shù)木€或條(bar)。
[0034]在另外的實(shí)施例中，SVS100可包括將指示SVS 100的健康的“服務(wù)水平(level ofservice)”監(jiān)視器。各種監(jiān)視器可確認(rèn)該信息并允許將合成場景用于導(dǎo)航且降低最小值(minimums)o可在顯示設(shè)備116上提供服務(wù)水平監(jiān)視器，并且其可包括列出進(jìn)場類型、用于進(jìn)場的唯一標(biāo)識符以及指示SVS 100的健康的標(biāo)簽的綠色文本。當(dāng)用綠色文本來書寫標(biāo)簽時(shí)，其意味著進(jìn)場是可用的，并且所有確認(rèn)方案都在適當(dāng)?shù)夭僮?并且如果已經(jīng)檢測到任何誤差或偏差，則其已被使用VDB信息適當(dāng)?shù)匦拚?。服務(wù)水平監(jiān)視器中的琥珀色方框中的可聽信號或其隨附的文本意指進(jìn)場必須被放棄或被作為正常ILS或其它儀表進(jìn)場而飛行。在正常ILS或其它進(jìn)場最小值以下，方框變?yōu)榧t色且飛行員必須飛行錯(cuò)過進(jìn)場程序。
[0035]圖3提供了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的SVS100的操作方法300的示例性流程圖。在步驟301處，SVS接收指示飛行器位置的GPS信號。在步驟303處，SVS從機(jī)場處的基于地面增強(qiáng)系統(tǒng)(即，LAAS)接收包括最后進(jìn)場段信息的VDB信號。在步驟305處，SVS訪問一個(gè)或多個(gè)地形數(shù)據(jù)庫(即，地勢、導(dǎo)航、跑道和/或障礙物)并取回關(guān)于飛行器的位置的地形信息。在步驟307，SVS使用VDB信號來確認(rèn)地形信息。步驟309是確定步驟，其中SVS確定地形信息是否已被確認(rèn)，即地形信息是否與VDB信號信息匹配。在步驟311處，如果地形信息已被確認(rèn)，則SVS基于地形信息在飛行顯示器上向飛行器的飛行人員顯示合成視覺圖像。在步驟313處，如果信息不匹配，則使用VDB信息、即最后進(jìn)場段信息來修正地形信息。然后，在步驟315處，SVS基于正確的地形信息來在飛行顯示器上向飛行器的飛行人員顯示合成圖像。
[0036]在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語可僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或動(dòng)作與另一實(shí)體或動(dòng)作區(qū)別開而不一定要求或暗示此類實(shí)體或動(dòng)作之間的任何實(shí)際的此類關(guān)系或順序。諸如“第一”、“第二”、“第三”等之類的數(shù)字序數(shù)僅表示多個(gè)中的不同的單個(gè)，并且并不暗示任何順序或序列，除非由權(quán)利要求語言具體地定義。權(quán)利要求的任何一個(gè)中的文本序列并不暗示必須根據(jù)此類序列按照時(shí)間或邏輯順序來執(zhí)行過程步驟，除非由權(quán)利要求的語言對其進(jìn)行具體限定。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可按照任何順序?qū)⑦^程步驟互換，只要此類互換不與權(quán)利要求矛盾語言且不在邏輯上荒謬即可。
[0037]此外，取決于上下文，在描述不同元件之間的關(guān)系中所使用的諸如“連接”或“親合至IJ”之類的詞語并不暗示必須在這些元件之間實(shí)現(xiàn)直接的物理連接。例如，可將兩個(gè)元件在物理上、以電子方式、在邏輯上或以任何其它方式、通過一個(gè)或多個(gè)另外元件相互連接。
[0038]雖然已經(jīng)在本發(fā)明的前述詳細(xì)描述中提出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但是應(yīng)該認(rèn)識到的是存在許多變體。還應(yīng)認(rèn)識到的是一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例僅僅是示例，并且不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性或配置。更確切地說，前述詳細(xì)描述將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供用于實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方便道路圖。應(yīng)理解的是在不脫離如在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍的情況下可在示例性實(shí)施例中所述的元件的功能和布置方面進(jìn)行各種改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種飛行器合成視覺顯示系統(tǒng)，包括: 地形數(shù)據(jù)庫，包括關(guān)于機(jī)場的地形信息； 全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其從全球定位衛(wèi)星接收衛(wèi)星信號以確定飛行器的地理位置；基于地面的增強(qiáng)系統(tǒng)接收機(jī)，其從與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的基于地面的發(fā)射機(jī)接收基于地面的信號，其中基于地面的信號包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息； 計(jì)算機(jī)處理器，其基于飛行器的地理位置從地形數(shù)據(jù)庫取回地形信息，其取回與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息，其使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息確認(rèn)地形信息，并且其使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來修正地形信息以生成經(jīng)修正的地形信息;和 顯示設(shè)備，其基于經(jīng)修正的地形信息來再現(xiàn)飛行器的附近的三維合成圖像。2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中地形數(shù)據(jù)庫包括地勢數(shù)據(jù)庫，其包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地勢信息。3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中地形數(shù)據(jù)庫包括導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫，其包括用于與機(jī)場相關(guān)的導(dǎo)航定線和程序的導(dǎo)航信息。4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中地形數(shù)據(jù)庫包括跑道數(shù)據(jù)庫，其包括與機(jī)場相關(guān)的跑道信息。5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中地形數(shù)據(jù)庫包括障礙物數(shù)據(jù)庫，其包括關(guān)于機(jī)場附近的障礙物的障礙物信息。6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中多模接收機(jī)包括全球定位系統(tǒng)接收機(jī)和基于地面的增強(qiáng)系統(tǒng)接收機(jī)。7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中基于地面的增強(qiáng)系統(tǒng)接收機(jī)從與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的局域增強(qiáng)系統(tǒng)接收基于地面的信號，其中基于地面的信號包括甚高頻數(shù)據(jù)廣播信號。8.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中基于地面的增強(qiáng)系統(tǒng)接收機(jī)從與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的局域增強(qiáng)系統(tǒng)接收基于地面的信號，其中基于地面的信號包括消息類型4信息，其包括與到機(jī)場處的跑道的進(jìn)場相關(guān)聯(lián)的最后進(jìn)場段信息。9.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中地形信息包括誤差或偏差，其引起機(jī)場的特征被指示在不同于其真實(shí)地理位置的地理位置處。10.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中三維合成圖像包括機(jī)場的跑道。11.一種操作飛行器的合成視覺系統(tǒng)的方法，包括如下步驟: 從全球定位衛(wèi)星接收衛(wèi)星信號，以確定飛行器的地理位置； 從與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的基于地面的發(fā)射機(jī)接收基于地面的信號，其中基于地面的信號包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息； 使用計(jì)算機(jī)處理器來: 基于飛行器的地理位置從地形數(shù)據(jù)庫取回地形信息， 取回與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息， 使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來確認(rèn)地形信息，并且 使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來修正地形信息，以生成經(jīng)修正的地形信息;并且 基于經(jīng)修正的地形信息來再現(xiàn)飛行器的附近的三維合成圖像。12.權(quán)利要求11的方法，其中接收地形信息包括接收與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地勢信息。13.權(quán)利要求11的方法，其中接收地形信息包括接收用于與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航定線和程序的導(dǎo)航信息。14.權(quán)利要求11的方法，其中接收地形信息包括接收與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的跑道信息。15.一種飛行器合成視覺顯示系統(tǒng)，包括: 多個(gè)地形數(shù)據(jù)庫，其包括關(guān)于機(jī)場的地形信息，其中多個(gè)地形數(shù)據(jù)庫至少包括:地勢數(shù)據(jù)庫，其包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地勢信息;導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫，其包括用于與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航定線和程序的導(dǎo)航信息；跑道數(shù)據(jù)庫，其包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的跑道信息；和障礙物數(shù)據(jù)庫，其包括關(guān)于機(jī)場附近的障礙物的障礙物信息，并且其中地形信息包括誤差和偏差，其引起機(jī)場的特征被指示在不同于其真實(shí)地理位置的地理位置處； 多模接收機(jī)，其包括多個(gè)接收機(jī)功能，所述多個(gè)接收機(jī)功能至少包括:全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其從全球定位衛(wèi)星接收衛(wèi)星信號以確定飛行器的地理位置和甚高頻數(shù)據(jù)廣播接收機(jī)，其從與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的局域增強(qiáng)系統(tǒng)發(fā)射機(jī)接收基于地面的信號，其中基于地面的信號包括類型4消息，其包括與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息，所述地理信息包括關(guān)于機(jī)場的跑道的最后進(jìn)場段地理信息； 計(jì)算機(jī)處理器，其基于飛行器的地理位置從地形數(shù)據(jù)庫取回地形信息，其取回與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息，其使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來確認(rèn)地形信息，并且其使用與機(jī)場相關(guān)聯(lián)的地理信息來修正地形信息以生成經(jīng)修正的地形信息;和 顯示設(shè)備，其基于經(jīng)修正的地形信息來再現(xiàn)飛行器的附近的三維合成圖像，其中三維合成圖像至少包括機(jī)場的跑道。
【文檔編號】G01C23/00GK106017505SQ201610170881
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】王國慶, 張斌, 杜琳
【申請人】霍尼韋爾國際公司