用于規(guī)劃軌道的實時計算、組合任務(wù)的方法及用于管理這樣的軌道的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于規(guī)劃軌道尤其是飛行計劃的規(guī)劃軌道的實時計算、組合任務(wù)的方法。還涉及一種用于管理這樣的軌道的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明的領(lǐng)域尤其是至少兩個數(shù)字軌道計算核心之間的交互。本發(fā)明尤其適用于實時機載航空電子系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是用于飛行管理系統(tǒng)(FMS)。
[0003]關(guān)于航空器系統(tǒng)，本發(fā)明尤其適用于安裝在航空器中的實時系統(tǒng)，也稱為航空電子系統(tǒng)。因此，本發(fā)明適用于飛行管理系統(tǒng)(FMS代表的是“飛行管理系統(tǒng)”)，用于在非隔離空域中飛行的“飛行計劃”的倉庫。
[0004]專用于飛行計劃的系統(tǒng)，諸如FMS系統(tǒng)，根據(jù)AEEC ARINC 424國際標準中所包含的、航空領(lǐng)域中的標準術(shù)語，使用“航路點”的概念作為輸入。該國際標準的目的是調(diào)節(jié)按狀態(tài)發(fā)布的程序的編碼，諸如例如出發(fā)程序和到達程序。
[0005]航路點由終點(在ARINC標準中稱為終點航路點)和類型構(gòu)成，類型表征的是到達終點的方式(在ARINC標準中稱為路徑)。終點可以是固定的，也即由它們在地球儀上的地理坐標來確定，然后使用術(shù)語“路點”或途經(jīng)點。它們還可以是浮動的，例如，它們可以對應(yīng)于到達一定海拔或者被另一航路點攔截。路徑可以是順向型的或斜航型的。所述路徑還能夠表征根據(jù)固定方向(航向)的到達、根據(jù)固定路線(航線)、圓弧的到達，或者它們可以表征轉(zhuǎn)彎程序。ARINC 424標準列出了 23個類型的航路點。還成對定義了航路點之間的可能的組合。為了調(diào)節(jié)程序的編碼，以及確保根據(jù)國際民航標準的可飛行性，ARINC實際上僅授權(quán)有限集合的組合。
[0006]飛行計劃是一系列的航路點，也即離散元素的列表?；谠摿斜?，F(xiàn)MS系統(tǒng)構(gòu)建了五維軌道，稱為f5D軌道，其由橫向軌道和垂直軌道構(gòu)成。
[0007]橫向軌道是連續(xù)的“線程”，其將飛行計劃的航路點彼此連接，同時符合:
[0008]-由ARINC424限定的每個航路點的“路徑”的約束；
[0009]-航空器的經(jīng)核證的包絡(luò):發(fā)動機參數(shù)、傾側(cè)角等的限制；
[0010]-航空器舒適度:航向變化、傾側(cè)速度、發(fā)動機推力變化等的限制。
[0011]垂直軌道代表了海拔、速度、途經(jīng)時間以及時間航線上的燃料的變化。其必須符合:
[0012]-垂直約束(海拔、速度和時間約束)；
[0013]-航空器的經(jīng)核證的垂直飛行包絡(luò):飛行升限海拔、最大俯仰值、沖角、速度等；
[0014]-航空器舒適度:所使用的沖角、速度變化、海拔變化的限制；
[0015]由于橫向軌道和垂直軌道的融合得到的f5D軌道實現(xiàn)復雜，因為兩個軌道強耦合:
[0016]-橫向軌道需要垂直軌道的數(shù)據(jù)以便被構(gòu)建，特別是橫向轉(zhuǎn)彎半徑是前述海拔與將確定符合有限負荷因數(shù)的最大傾側(cè)角的速度的函數(shù)。ARINC424的航路點的一些終點在“海拔”上，航路點終止于達到目標海拔的位置，達到海拔的計算是由垂直軌道的計算得到的。
[0017]-垂直軌道需要橫向軌道的數(shù)據(jù)，實際上是影響在達到第二點的海拔的兩個點之間的線程的長度、轉(zhuǎn)彎的開始和結(jié)束以及相關(guān)聯(lián)的傾側(cè)，影響航空器起飛等等。
[0018]-計算機通常實施兩個軌道之間的迭代，直到收斂。計算是復雜的，而且計算時間長。
[0019]第三方軌道系統(tǒng)不能對飛行計劃數(shù)據(jù)進行操作，而是直接對軌道的數(shù)據(jù)進行操作。考慮到它們的本質(zhì):
[0020]-監(jiān)視系統(tǒng)(地形、交通、氣象)按定義來計算橫向或垂直或軌道；實際上它們完全不取決于空域航路點的鏈路，要避免的元素具有無論任何的幾何形狀和位置。這些系統(tǒng)不包括ARINC 424導航數(shù)據(jù)庫；
[0021]-相對導航系統(tǒng)計算軌道從而鎖定目標(一般為航空器)；它們確定例如用于從給定海拔改變到目標海拔的垂直軌道，同時保持與在它們之前的并且其海拔與它們交叉的航空器相隔有限的距離；
[0022]-任務(wù)或先進引導系統(tǒng)實施具有其自身幾何形狀的任務(wù)的軌道模式，也稱為“模式”，幾乎在系統(tǒng)上不同于由ARINC424所提供的可能性。用于跟隨海上浮標的“模式”，用于續(xù)加燃料、盤旋或螺旋、梯形或花形搜索以及降落模式是與ARINC424毫無關(guān)系的軌道。而且，它們具有幾何形狀并非按時間固定而是演進的特征，事實上，續(xù)加燃料的航空器的“模式”必須遵照續(xù)加燃料航空器，降落“模式”的降落點隨風而演進，負載必須降落到地面上同一地點，SAR搜索模式按照傳感器所檢測到的實時演進，例如在空運警察的背景下還有戰(zhàn)斗機攔截模式。這些軌道可以被視為動態(tài)的。
[0023]隨著第三方系統(tǒng)在民用、商用或其他飛行的不同背景下發(fā)展，航空器的要求能力(約束、包絡(luò)、舒適)不同，并且這些系統(tǒng)因此產(chǎn)生了依據(jù)不同計算模式的軌道。
[0024]其解決方案所尋求解決的一個問題是，使得專用于飛行計劃的系統(tǒng)和第三方軌道系統(tǒng)和諧，從而給予那些操作它們的人(機組人員、地面操作者)關(guān)于任務(wù)的一致的總體視界，所述任務(wù)由來自于多臺計算機的軌道段構(gòu)成。特別地，其目的在于:
[0025]-使得能夠在整個飛行中計算經(jīng)過時間和燃料預測；
[0026]-通過各段的自動的、優(yōu)化的連接，來避免飛行員手動地連接來自不同計算機的軌道段的繁冗操作；
[0027]-具有在同一方法內(nèi)處理任何類型的段的能力，尤其是相對于飛行計劃、2D軌道、2D+V軌道、3D軌道、3D+V軌道、具有過渡或不具有過渡的軌道；
[0028]-將戰(zhàn)術(shù)問題(尤其是針對飛行員的顯示，將軌道發(fā)送給自動駕駛儀類型的控制系統(tǒng))與戰(zhàn)略問題(尤其是時間和燃料預測的計算)解耦；
[0029]-具備通過另一系統(tǒng)的各個軌道段來轉(zhuǎn)錄一個系統(tǒng)的各個軌道段的能力，特別是具備在飛行計劃專用系統(tǒng)的飛行計劃中替代來自例如氣象監(jiān)視系統(tǒng)的第三方系統(tǒng)的段的能力，所述氣象監(jiān)視系統(tǒng)用氣象避免軌道來替代當前飛行計劃，并且在一定時間之后，考慮到氣象演化，降低其避讓率，使得需要在清除的區(qū)域中返回初始飛行計劃。
[0030]在當前系統(tǒng)中，在近期的民用或運輸航空器上，飛行計劃的管理(產(chǎn)生于ARINC424航路點)通常與任務(wù)軌道的管理分離，尤其是:
[0031]-航空器處于“飛行計劃”模式中，涉及到來自該飛行計劃的軌道計算、用于在具體軌道上引導航空器的偏差的計算以及軌道的顯示；
[0032]-或者航空器處于“任務(wù)”模式:術(shù)語“任務(wù)”應(yīng)被理解為按軌道對飛行計劃的任何改變，諸如躲避(例如由于氣象、交通、減壓或者威脅的原因)或者具體的“模式”(例如SAR、降落、續(xù)加燃料或地形跟隨類型)；裝備發(fā)起軌道，然后將其指令直接發(fā)送給引導系統(tǒng)或者飛行員以使他能夠遵從指令；
[0033]-因此，對于指令軌道的計算以及對于航空器的引導、導航傳感器的選擇、向機組人員顯示以及與其他地面或機載系統(tǒng)通信，系統(tǒng)是隔離的。
[0034]存在如下的航空器，其中諸如任務(wù)系統(tǒng)的第三方系統(tǒng)連接到專用于飛行計劃的系統(tǒng)(例如FMS)，并且第三方系統(tǒng)向任務(wù)系統(tǒng)傳送由FMS系統(tǒng)的標準化格式的路點構(gòu)成的“任務(wù)”飛行計劃，尤其是符合ARINC 702A和ARINC 424標準的標準化格式。任務(wù)系統(tǒng)不直接將軌道傳送給FMS，F(xiàn)MS未被設(shè)計成管理外部軌道；任務(wù)系統(tǒng)因此必須生成與飛行計劃兼容的格式從而與FMS連接。
[0035]文獻FR 2 984 538 A公開了一種不使用FMS計算機來管理任務(wù)的解決方案，輔助計算機依據(jù)操作類型將FMS的指令和任務(wù)系統(tǒng)的指令路由到引導系統(tǒng)，操作類型即為非隔離空間中的飛行管理或者隔離空間中的任務(wù)。該文獻描述了具有隔離的計算機而不具有軌道級聯(lián)的系統(tǒng)。
[0036]文獻EP 2 459 963 A描述了一種體系結(jié)構(gòu)，包括任務(wù)系統(tǒng)和民用系統(tǒng)，兩者在不同的分區(qū)中用于導航和通信，使得能夠獨立地更新系統(tǒng)，而無需對整個組件進行重新核證。FMS控制民用“導航和通信”分區(qū)。任務(wù)系統(tǒng)控制戰(zhàn)術(shù)“導航和通信”分區(qū)。該系統(tǒng)還是一種在不具備軌道級聯(lián)的隔離的計算機背景下的系統(tǒng)。
[0037]現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，尤其是上述的解決方案，不令人滿意。在已知的解決方案中，一個專用系統(tǒng)處理其飛行計劃，例如FMS，而另一系統(tǒng)處理其軌道段，例如戰(zhàn)術(shù)任務(wù)系統(tǒng)或者機載監(jiān)視系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)不通信，導致當從一個段改變到另一段時，機組人員手動地實現(xiàn)連接以及手動地切換導航、通信和引導模式。這些解決方案因此通常需要在待協(xié)調(diào)的多個系統(tǒng)上漫長的操作。
[0038]在其他已知的解決方案中，專用于飛行計劃的系統(tǒng)要求第三方系統(tǒng)將其軌道段進行格式化從而能夠與它連接。這導致了多方面的缺點:
[0039]-第三方系統(tǒng)必須具有根據(jù)通常復雜的飛行計劃系統(tǒng)的規(guī)則來實施轉(zhuǎn)錄的程序代碼，例如以便生成ARINC 424格式的FMS飛行計劃。開發(fā)這些功能成本高，而且引入了第三方系統(tǒng)對專用于飛行計劃的系統(tǒng)的能力的依賴性。這還限制了可互換性；
[0040]-所述第三方系統(tǒng)能夠創(chuàng)建出由于存儲器容量原因而不能被專用于飛行計劃的系統(tǒng)所接受的數(shù)據(jù)，例如路點的數(shù)量通常固定在100或250，這取決于FMS系統(tǒng)的版本。這尤其限制了在第三方系統(tǒng)不得不約束其軌道而使其能夠與接口兼容的情況下要實施的功能的操作能力以及專用于飛行計劃的系統(tǒng)的計算能力；
[0041]-當?shù)谌较到y(tǒng)生成了待插入飛行計劃中的軌道時，存在信息的復制，而且該冗余有時不一致，因為兩個系統(tǒng)的構(gòu)建假設(shè)并不是嚴格地彼此等同；
[0042]-軌道段可以是動態(tài)的，例如在移動浮標用于SAR(搜索與救援)計算機的情況下，需要周期性地傳輸與專用于飛行計劃的系統(tǒng)的CPU性能不兼容的格式化后的段。以大于1Hz (每秒一個軌道)的速率更新軌道不可能與當今的專用于飛行計劃的系統(tǒng)的機載技術(shù)和硬件集成在一起；
[0043]-專用于飛行計劃的系統(tǒng)約束橫向和垂直軌道的構(gòu)造從而確保其“可飛行性”。幾何形狀以如下方式來產(chǎn)生:發(fā)送到待在此處用于控制的由自動駕駛員或者操縱儀構(gòu)成的引導系統(tǒng)的指令本質(zhì)上在正在討論中的系統(tǒng)的飛行包絡(luò)中；
[0044]-專用于飛行計劃的系統(tǒng)不具有允許用軌道段來臨時替換飛行計劃的部分的零件的取代功能；
[0045]-專用于飛行計劃的系統(tǒng)能夠處理來自第三方系統(tǒng)的段特征，不可避免地要花費巨大代價，例如比專用于飛行計劃的系統(tǒng)具有更大的動態(tài)性的段能夠處理諸如例如不存在于專用于飛行計劃的常規(guī)系統(tǒng)中的針對第三方系統(tǒng)的大的傾側(cè)角或過渡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0046]本發(fā)明的目的尤其是克服上述缺陷。出于該目的，本發(fā)明涉及一種用于實時計算移動對象所遵循的軌道的方法，所述軌道來自于由系統(tǒng)管理的規(guī)劃軌道，以及來自于由第三方系統(tǒng)發(fā)送到所述系統(tǒng)的至少一個軌道段，所述方法至少包括:
[0047]-預備步驟，其中生成知識庫，所述知識庫包括計算參數(shù)及其對于所述移動對象的使用領(lǐng)域，被限定在其使用領(lǐng)域內(nèi)的與所述移動對象的不同操作約束相對應(yīng)的至少一個參數(shù)包絡(luò)；
[0048]-第一步驟，其中所述系