一種實(shí)現(xiàn)4d軌跡飛行的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)4D軌跡運(yùn)行的方法及輔助
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]全球航空運(yùn)輸業(yè)每年以數(shù)倍于世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快速增長(zhǎng)，目前的空中管理系統(tǒng)受限于傳統(tǒng)機(jī)載設(shè)備及地面輔助設(shè)施，無(wú)法實(shí)現(xiàn)空域高效率的利用，甚至造成空域擁堵。航空運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展與空域資源有限的矛盾，空中管理系統(tǒng)對(duì)空域資源利用率較低的矛盾日益突出。為了適應(yīng)快速發(fā)展的需要，全球各地推出了各種舉措，制定了新一代空運(yùn)系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃，除ICAO空中航行計(jì)劃外，較為完善的主要有美國(guó)的下一代空運(yùn)系統(tǒng)(NextGen)和歐洲的航空一體化計(jì)劃(SESAR)。
[0003]空中管理系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由粗放化到精細(xì)化的逐步演變，一般可分為以下三個(gè)典型階段:程序管制、雷達(dá)管制和基于軌跡的運(yùn)行?；谲壽E的運(yùn)行被認(rèn)為是NextGen和SESAR運(yùn)行的基礎(chǔ)，基于軌跡的運(yùn)行具有如下特點(diǎn):
[0004]空管:飛行軌跡可知，空中交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)可預(yù)測(cè)性增強(qiáng)，有利于優(yōu)化調(diào)控、減少延誤、降低管制負(fù)荷、降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]飛行:生成適合飛機(jī)的最經(jīng)濟(jì)飛行軌跡和剖面，有利于省油、減少排放，尤其是終端區(qū)RNP進(jìn)近，連續(xù)下降進(jìn)近(CDA)等；機(jī)載設(shè)備空中到達(dá)時(shí)間窗口(RTA)，飛機(jī)逐步承擔(dān)起空管責(zé)任(間隔保持，流量同步等)，與地面管制系統(tǒng)協(xié)同實(shí)現(xiàn)四維軌跡(4D)運(yùn)行。
[0006]四維軌跡是利用3維的空間信息加I維的時(shí)間信息對(duì)飛機(jī)飛行全過(guò)程進(jìn)行精確描述的一種方式?；?D軌跡運(yùn)行指的是機(jī)載飛行管理系統(tǒng)(FMS)和地面ATC系統(tǒng)進(jìn)行軌跡協(xié)商，以獲得一個(gè)綜合考慮飛機(jī)和地面限制的最佳飛行剖面，飛行管理系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)速度進(jìn)行精確控制實(shí)施協(xié)商的軌跡，并且整個(gè)飛行過(guò)程中受到地面的監(jiān)控。通過(guò)使用4D軌跡，地面空管系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ATC)由當(dāng)前的依據(jù)探測(cè)到的飛機(jī)狀態(tài)而發(fā)出的“基于許可的控制”過(guò)渡至“基于軌跡的控制”。
[0007]發(fā)明目的
[0008]針對(duì)目前還沒(méi)有一套完善的4D軌跡飛行方法，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種4D軌跡飛行的方法及實(shí)現(xiàn)4D軌跡飛行的裝置，旨在實(shí)現(xiàn)4D軌跡運(yùn)行時(shí)，如何進(jìn)行空中軌跡的修改、協(xié)商及人機(jī)交互過(guò)程，并且在飛行過(guò)程中不斷對(duì)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)全軌跡航路點(diǎn)的時(shí)間控制，提高軌跡的確定性，提高空域的安全性和利用率。空管系統(tǒng)對(duì)于空域的監(jiān)視以及空管指令的發(fā)送不進(jìn)行詳細(xì)討論。
[0009]本發(fā)明的發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]一種實(shí)現(xiàn)4D軌跡飛行的方法，在機(jī)載端實(shí)現(xiàn)，包含以下步驟:
[0011]步驟I)、建立飛行計(jì)劃；
[0012]步驟2)、飛行管理計(jì)算機(jī)根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)、性能數(shù)據(jù)庫(kù)和地面空管系統(tǒng)提供的參數(shù)信息對(duì)飛行計(jì)劃優(yōu)化生成正式4D軌跡并起飛；
[0013]步驟3)、飛行管理計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)參數(shù)信息對(duì)正式4D軌跡進(jìn)行優(yōu)化，將4D軌跡通過(guò)數(shù)據(jù)鏈下傳至地面空管系統(tǒng)并引導(dǎo)飛機(jī)按優(yōu)化后的正式4D軌跡飛行；
[0014]步驟4)、空中監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行沖突監(jiān)測(cè)，如果存在沖突，則由飛行員與地面空管系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)商修改4D軌跡，協(xié)商修改后的4D軌跡成為正式4D軌跡引導(dǎo)飛機(jī)飛行。
[0015]依據(jù)上述特征，所述步驟I)中的飛行計(jì)劃由地面控制中心通過(guò)數(shù)據(jù)鏈向機(jī)載的飛行管理計(jì)算機(jī)加載一個(gè)飛行計(jì)劃，或者由飛行員通過(guò)機(jī)載的人機(jī)交互系統(tǒng)按照空管要求手動(dòng)輸入飛行計(jì)劃。
[0016]依據(jù)上述特征，所述步驟4)中的沖突監(jiān)測(cè)包含對(duì)沿4D軌跡的天氣沖突、地形沖突、交通沖突、要求到達(dá)時(shí)間的實(shí)現(xiàn)情況、飛機(jī)飛行的經(jīng)濟(jì)性的監(jiān)測(cè)。
[0017]依據(jù)上述特征，所述步驟4)中協(xié)商修改4D軌跡的方法為:
[0018]步驟4.1)沖突發(fā)生后，，飛行管理計(jì)算機(jī)通過(guò)導(dǎo)航顯示器提示飛行員；
[0019]步驟4.2)飛行員向飛行管理計(jì)算機(jī)輸入調(diào)整參數(shù)信息，飛行管理計(jì)算機(jī)依據(jù)新的參數(shù)信息生成臨時(shí)4D軌跡，經(jīng)飛行員確認(rèn)后，發(fā)送給地面空管系統(tǒng)；
[0020]步驟4.3)、地面空管系統(tǒng)評(píng)估臨時(shí)4D軌跡是否可行，如果同意，則直接發(fā)送接收到的臨時(shí)4D軌跡，否則發(fā)送修改后的軌跡；
[0021]步驟4.4)、飛機(jī)管理計(jì)算機(jī)接收到軌跡數(shù)據(jù)以后判斷接收到的軌跡和發(fā)送的臨時(shí)4D軌跡是否完全相同，如果相同，則經(jīng)飛行員確認(rèn)后將臨時(shí)4D軌跡變?yōu)檎龝r(shí)4D軌跡用于飛行引導(dǎo)；如果不相同，則判斷地面空管系統(tǒng)發(fā)送的軌跡是否可運(yùn)行，如果不能運(yùn)行，則飛行員繼續(xù)與地面空管系統(tǒng)協(xié)商，如果符合運(yùn)行條件，則經(jīng)飛行員確認(rèn)并通知地面空管系統(tǒng)，將地面空管系統(tǒng)發(fā)送的4D軌跡變成正時(shí)4D軌跡用于飛行引導(dǎo)。
[0022]本發(fā)明的另一目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0023]一種實(shí)現(xiàn)4D軌跡飛行的裝置，包括:飛行管理計(jì)算機(jī)301、人機(jī)交互系統(tǒng)302、多功能顯示器303、導(dǎo)航顯示器304、垂直顯示器305、空中監(jiān)視系統(tǒng)306以及數(shù)據(jù)鏈307，所述飛行管理計(jì)算機(jī)301用于完成飛行計(jì)劃的創(chuàng)建，依據(jù)參數(shù)信息完成4D軌跡的生成、優(yōu)化、修改和引導(dǎo)；
[0024]人機(jī)交互系統(tǒng)302用于向飛行管理計(jì)算機(jī)301輸入創(chuàng)建飛行計(jì)劃、生成和修改4D軌跡所需的參數(shù)信息；
[0025]所述多功能顯示器303、導(dǎo)航顯示器304、垂直顯示器305分別用于顯示4D軌跡的各方面?目息；
[0026]空中監(jiān)視系統(tǒng)306用于監(jiān)測(cè)沖突并在沖突發(fā)生時(shí)通過(guò)導(dǎo)航顯示器304向飛行員發(fā)出提示；
[0027]數(shù)據(jù)鏈307用于在飛行管理計(jì)算機(jī)301與地面空管系統(tǒng)之間傳送數(shù)據(jù)。
[0028]依據(jù)上述特征，所述飛行管理計(jì)算機(jī)301包含ARINC424標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)、性能數(shù)據(jù)庫(kù)、飛行計(jì)劃模塊、4D軌跡生成模塊和4D引導(dǎo)模塊；
[0029]所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)機(jī)場(chǎng)跑道信息，進(jìn)離場(chǎng)程序，航路點(diǎn)信息；
[0030]所述性能數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)飛行的性能信息；
[0031]所述飛行計(jì)劃模塊根據(jù)地面控制中心通過(guò)數(shù)據(jù)鏈加載或者由飛行員通過(guò)人機(jī)交互系統(tǒng)按照空管要求手動(dòng)輸入生成飛行計(jì)劃；
[0032]4D軌跡生成模塊根據(jù)ARINC424標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)、性能數(shù)據(jù)庫(kù)以及地面空管系統(tǒng)提供的參數(shù)信息生成、優(yōu)化4D軌跡；
[0033]4D引導(dǎo)模塊將4D軌跡發(fā)送至自動(dòng)駕駛儀和自動(dòng)油門(mén)系統(tǒng)引導(dǎo)飛機(jī)飛行。
[0034]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0035]a)4D運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)控，監(jiān)測(cè)飛機(jī)沿軌跡的天氣、空中交通狀況及要求到達(dá)時(shí)間(簡(jiǎn)稱(chēng):RTA)限制實(shí)現(xiàn)情況，同時(shí)監(jiān)控修改后軌跡是否因地形因素產(chǎn)生危險(xiǎn)障礙，并提供告警，提高4D運(yùn)行的安全性，減輕飛行員的負(fù)擔(dān)；
[0036]b)自動(dòng)預(yù)測(cè)與優(yōu)化4D軌跡，可以根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)限制條件、性能數(shù)據(jù)庫(kù)限制條件、ATC提供的限制及商業(yè)限制(成本指數(shù))進(jìn)行軌跡的預(yù)測(cè)與優(yōu)化。
[0037]c)便于修改軌跡后實(shí)現(xiàn)空中與地面的協(xié)商，確保修改后的軌跡符合飛行員和地面控制中心的許可要求
[0038]本發(fā)明方法簡(jiǎn)便，依托現(xiàn)有的飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)，在功能上進(jìn)行完善、升級(jí)即可。該發(fā)明是一種易于工程實(shí)現(xiàn)的方法，對(duì)于推進(jìn)4D軌跡運(yùn)行的實(shí)際工程應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1描述了由飛行機(jī)組人員發(fā)起軌跡協(xié)商的4D軌跡運(yùn)行的流程圖。
[0040]圖2描述了由ATC發(fā)起軌跡協(xié)商的4D軌跡運(yùn)行的流程圖。
[0041]圖3描述了實(shí)現(xiàn)4D軌跡飛行的裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0042]圖4為裝置中人機(jī)交互接口的航段頁(yè)面示意圖。
[0043]圖5為裝置中人機(jī)交互接口的某一點(diǎn)限制信息示意圖。
[0044]圖6為裝置中導(dǎo)航顯示屏右上角信息顯示示意圖。
[0045]圖7為裝置中多功能顯不器右半部分顯小小意圖。
[0046]圖8為裝置中多功能顯示器主計(jì)劃限制信息顯示示意圖。
[0047]圖9為裝置中多功能顯示器軌跡比較時(shí)間限制示意圖