專利名稱：用于預(yù)測高度顯示的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空電子技術(shù)，更確切地說，涉及高度顯示器和地形檢測報警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有飛機上的地形檢測報警系統(tǒng)(TAWS)中使用的傳統(tǒng)高度顯示器向飛行員提供的視覺顯示指示的是高度高于飛機的地形、以及與飛機相距一定距離(通常為飛機下方2000’)以內(nèi)的地形。
參照現(xiàn)有技術(shù)的圖1，其示出了傳統(tǒng)高度顯示器的重要性。在第I種情況下，飛機12在高度X沿著方向航線16飛行。在第II種情況下，飛機12’在高度X’沿著方向航線16’飛行。在第III種情況下，飛機12”在高度X’沿著方向航線16”飛行。最后，在第IV種情況下，飛機12在高度X沿著方向航線16飛行。飛機12、12’、12”、和12分別沿著方向航線16、16’、16”和16飛行，因此，當(dāng)用傳統(tǒng)的機載高度顯示器監(jiān)視每架飛機時，高度為Y的障礙物14將處于以相應(yīng)的方向航線為中心的前弧(forward arc)內(nèi)。
從研究第IV種情況開始，當(dāng)障礙物14的高度Y大于飛機12的飛行高度X時，傳統(tǒng)的高度顯示器通常給出可視信號。換句話說，X≤Y。如果滿足有關(guān)地貌地勢的時間-相撞(time-to-impact)的合適條件，也可以提供聲音報警。在所有情況下，都可以用無線電高度計、海平面高度計、或其他手段來測量高度Y和高度X，優(yōu)選的是，對兩種距離采用相同類型的測量手段。在這種情況下，可視信號通常是駕駛艙顯示器上的一個紅色區(qū)域，例如圓點或方形。圖中示出的詞‘RED’代表導(dǎo)致出現(xiàn)紅色區(qū)域顯示的飛行航程。相對于飛機12的中心線而言，當(dāng)航程為Z而航向?qū)?yīng)于障礙物14的方向時，將顯現(xiàn)紅色區(qū)域。
在第III種情況下，當(dāng)障礙物14的高度Y處于預(yù)定的高程緩沖區(qū)“D”內(nèi)且與飛機12”的高度X”具有預(yù)定的時間-相撞關(guān)系時，傳統(tǒng)的高度顯示器通常也提供紅色可視信號。在航行導(dǎo)航期間，所述高程緩沖區(qū)D一般是700’或1000’，而且當(dāng)X”-Y≤D時將發(fā)出警報。如上所述，相對于飛機12”的中心線而言，當(dāng)航程為Z且航向?qū)?yīng)于障礙物14的方向時，將顯現(xiàn)紅色區(qū)域。而且如上所述，如果滿足一定的條件，也可以提供聲音信號。
在第II種情況下，當(dāng)飛機12’的高度X’比從障礙物14的高度Y高出的預(yù)定高度D且再高出第一距離d1時，傳統(tǒng)高度顯示器一般是顯示合適的可視信號。換句話說，X’-Y≥D+d1。d1通常也是1000’。然而，此時并不認(rèn)為飛機12’完全離開了障礙物14，為此，可視信號應(yīng)處于告誡狀態(tài)。此時的可視信號一般是駕駛艙顯示器上的黃色區(qū)域，例如圓點或方形區(qū)域。因此，用‘YELLOW’指示該區(qū)域。如用紅色區(qū)域表示的一樣，相對于飛機12’的中心線而言，當(dāng)航程為Z和航向?qū)?yīng)于障礙物14的方向時將顯現(xiàn)黃色區(qū)域。
最后，在第I種情況下，當(dāng)飛機12的高度X比障礙物14的高度Y不僅高出高程緩沖區(qū)D和第一距離d1，而且還高出d2時，傳統(tǒng)的高度顯示器一般也顯示合適的可視信號。換句話說，X-Y≥D+d1+d2。d2一般也為1000’。這時可認(rèn)為飛機12幾乎完全離開了障礙物14，可是，為此在駕駛艙顯示器上給出的可視信號一般是綠色區(qū)域，例如圓點或方形區(qū)域。同樣，用‘GREEN’表示這個區(qū)域。如同用紅色和黃色區(qū)域一樣，相對于飛機12的中心線而言，當(dāng)航程為Z和航向?qū)?yīng)于障礙物14的方向時顯現(xiàn)綠色區(qū)域。
在更高的飛行高度，將顯示無色區(qū)或黑色區(qū)。在此，圖中示出的‘NONE’便代表該區(qū)域。
這樣的高度顯示器對提醒飛行員注意即將來臨的地形危險顯然是非常有用的。然而，這種系統(tǒng)不能說明飛機的實際飛行路線等重要因素。所以，其精確度小于所希望的精確度。例如，如果飛機正在爬升，則上述現(xiàn)有技術(shù)中的高度顯示器可能會錯誤地報告出現(xiàn)紅色區(qū)。同樣，如果飛機處在較高位置但正在下降，上述現(xiàn)有技術(shù)的高度顯示器可能會顯示出一個綠色區(qū)，但實際上這時應(yīng)為紅色區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
按照一個方面，本發(fā)明涉及一種在地形檢測報警系統(tǒng)中指示飛機相對于障礙物高度的方法。該方法包括的步驟有接收指示障礙物地形地勢的第一數(shù)據(jù)，接收指示離飛機的地勢橫向距離的第二數(shù)據(jù)，接收指示飛機高度的第三數(shù)據(jù)，接收指示飛行路線的第四數(shù)據(jù)，用第一到第四數(shù)據(jù)計算飛機在障礙物位置上的投影高度，根據(jù)投影高度和第一數(shù)據(jù)產(chǎn)生最終的信號，并根據(jù)產(chǎn)生的最終信號在顯示屏上顯示彩色指示標(biāo)記。
所述方法可以包括下面一個或多個實施例。第一數(shù)據(jù)可以是障礙物的高度。彩色指示標(biāo)記可以是顯示屏上的具有顏色的彩色區(qū)域，彩色區(qū)域的顏色可以是例如紅色、黃色、綠色或黑色。高程緩沖區(qū)可以為零。接收第四數(shù)據(jù)可以進一步包括將飛機的飛行路線分解成包含橫向飛行路線和垂直飛行路線的分量。該方法可以進一步包括根據(jù)接收到的第四數(shù)據(jù)計算飛機的飛行路線角；通過在第三數(shù)據(jù)中加入一個值來計算飛機的有效高度，所述加入值等于第二數(shù)據(jù)與飛行路線角正切值的乘積；當(dāng)有效高度小于第一數(shù)據(jù)與高程緩沖區(qū)之和時，產(chǎn)生第一報警信號；在發(fā)出第一報警信號的同時發(fā)出聲音報警，當(dāng)發(fā)出第一報警信號時，在對應(yīng)于第二數(shù)據(jù)的顯示位置上顯示第一彩色指示標(biāo)記，當(dāng)有效高度大于第一數(shù)據(jù)與高程緩沖區(qū)之和但是小于第一數(shù)據(jù)、高程緩沖區(qū)以及第一距離之和時，產(chǎn)生第二報警信號，或是在發(fā)出第二報警信號的同時，在對應(yīng)于第二數(shù)據(jù)的顯示位置上顯示第二彩色指示標(biāo)記。
按照另一方面，本發(fā)明涉及一種用于地形檢測報警系統(tǒng)中以機器可讀格式存儲的計算機程序。所述程序使計算進行如下操作接收指示障礙物的地形地勢的第一數(shù)據(jù)；接收指示離飛機的地勢橫向距離的第二數(shù)據(jù)，接收指示飛機高度的第三數(shù)據(jù)，接收指示飛行路線的第四數(shù)據(jù)，用第一到第四數(shù)據(jù)計算飛機在障礙物位置上的投影高度；根據(jù)投影高度和第一數(shù)據(jù)產(chǎn)生最終的信號。
按照另一方面，本發(fā)明涉及一種設(shè)備，該設(shè)備能在地形檢測報警系統(tǒng)中指示飛機相對于障礙物的高度。所述設(shè)備包括用于第一信號的第一輸入端，所述第一信號來自測量飛機高度的儀器；用于第二信號的第二輸入端，所述第二信號來自測量飛機位置的儀器；用于第三信號的第三輸入端，所述第三信號來自提供飛機周圍地形地勢信息的儀器；和用于第四信號的第四輸入端，所述第四信號來自測量飛行路線的儀器。該設(shè)備還包括利用第一到第四輸入端的信號計算飛機相對于至少第三輸入端的有效高度的裝置，和用圖表顯示計算結(jié)果的屏幕顯示器。
所述設(shè)備可以包括下面一個或多個實施例。測量飛機高度和位置的儀器可以包括高度計。提供飛機周圍地形地勢信息的儀器以及測量飛機飛行路線的儀器可以是導(dǎo)航設(shè)備，例如全球定位系統(tǒng)單元。該設(shè)備可以進一步包括傳統(tǒng)的TAWS高度顯示器和在傳統(tǒng)的高度顯示器以及用圖表顯示計算結(jié)果的屏幕顯示器之間觸發(fā)屏幕顯示的裝置。第一到第四輸入端可以形成并行數(shù)據(jù)總線或串行數(shù)據(jù)流的至少一部分。
按照另一方面，本發(fā)明涉及一種適用于飛機的地形檢測報警方法。該方法包括的步驟有，收集飛機附近有關(guān)地形地勢的數(shù)據(jù)，收集離飛機的地形地勢的橫向距離和方位數(shù)據(jù)，收集飛機高度和飛行路線的數(shù)據(jù)，根據(jù)收集到的飛機高度和飛行路線的數(shù)據(jù)計算飛機在每個地形地勢位置上的投影高度，根據(jù)投影的高度、收集的地形地勢數(shù)據(jù)、和地形地勢的方位產(chǎn)生最終信號。該方法進一步包括根據(jù)產(chǎn)生的最終信號在顯示屏上顯示與方位相關(guān)的彩色指示標(biāo)記。
按照另一方面，本發(fā)明涉及一種在地形檢測報警系統(tǒng)中指示飛機相對于障礙物的橫向位置的方法。該方法包括的步驟有接收指示障礙物相對于飛機方位的第一數(shù)據(jù)，接收指示障礙物離飛機橫向距離的第二數(shù)據(jù)，接收指示飛機飛行路線的第三數(shù)據(jù)。該方法進一步包括的步驟有，用第一到第三數(shù)據(jù)計算飛機相對于障礙物的投影飛行路線并在沿著投影飛行路線的多個點上確定投影的飛行路線和障礙物之間的距離。所述方法包括的步驟還有，根據(jù)確定的距離產(chǎn)生最終信號，并且根據(jù)產(chǎn)生的與方位有關(guān)的最終信號在顯示屏上顯示彩色指示標(biāo)記。
本發(fā)明可以包括以下一個或多個優(yōu)點。本發(fā)明能夠更精確地進行地形顯示，為飛行員提供更可靠的有關(guān)前方地形比較危險的指示。本發(fā)明之所以能提供較高的精度，一部分原因是在計算和顯示報警時因為考慮了例如飛機的飛行路線角等因素。因此，阻止了誤報警并且避免了現(xiàn)有技術(shù)中注意不到的危險情形。
從下面包括對附圖和權(quán)利要求的說明中將能更清楚地認(rèn)識本發(fā)明的其他優(yōu)點。


圖1是飛機相對于障礙物飛行的各種方案的示意圖；圖2是按照本發(fā)明的實施例所述設(shè)備的示意圖，其特別示出了顯示器和按鈕布置；圖3A是飛機相對于障礙物飛行的各種方案的示意圖，其特別示出了按照本發(fā)明的實施例，當(dāng)飛機具有正飛行路線角時的飛行路線和隨之出現(xiàn)的報警狀態(tài)；圖3B是用坐標(biāo)軸說明本發(fā)明實施例特征的示意性標(biāo)記圖；圖4是飛機相對于障礙物飛行的各種方案的示意圖，其特別示出了按照本發(fā)明的實施例，當(dāng)飛機具有負飛行路線角時的飛行路線和隨之出現(xiàn)的報警狀態(tài)；圖5是飛機相對于障礙物飛行的各種方案的示意圖，其特別示出了按照本發(fā)明的實施例，當(dāng)飛機具有正偏航角時的飛行路線和隨之出現(xiàn)的報警狀態(tài)；圖6是按照本發(fā)明實施例所述方法的流程圖；和圖7是按照本發(fā)明實施例所述設(shè)備的方框圖。
具體實施例方式
參見圖2，本發(fā)明可以包括圖中所示地形檢測(TAWS)系統(tǒng)的顯示設(shè)備100。顯示設(shè)備100采用了屏幕顯示器102，該顯示器可以是美國專利6259378(本發(fā)明的受讓人所擁有)中公開的那種LCD背投式屏幕，所述專利在本文中以全文引用的形式加以結(jié)合。顯示設(shè)備100進一步包括多個環(huán)繞周邊的按鈕和接口。
現(xiàn)在將描述顯示設(shè)備的示例性布局。然而，很顯然，下述特定按鈕和功能性布局僅僅是舉例，本發(fā)明并不受其限制。
當(dāng)按壓觸發(fā)按鈕104時，屏幕顯示器可以在地形顯示器和相對高度顯示器之間轉(zhuǎn)換。當(dāng)按壓預(yù)測高度顯示器(“PRED”)按鈕106時，屏幕顯示器102變成PRED顯示器，下面將對其進行詳細說明。
通行狀況顯示按鈕108可以使顯示器顯示飛機附近的局部空中通行狀況。當(dāng)傳感器輸入從飛機應(yīng)答器上得到的讀數(shù)時，可以使用該功能，所述應(yīng)答器在目標(biāo)飛機的無線電范圍內(nèi)工作。輔助按鈕110可以顯示各種信息，例如，天氣，備用導(dǎo)航設(shè)備等。
設(shè)置功能按鈕126可以使用戶選擇比很多其他按鈕的常用輸入更多的輸入。例如，可以用功能按鈕126來提高用戶完成設(shè)備安裝的能力。另一個實例是，在報警或警告時，按壓功能按鈕126可以使報警或警告的噪聲得到抑制。優(yōu)選的是，如果指示報警狀態(tài)，顯示屏102將轉(zhuǎn)換到允許飛行員最有效地找出該情形解決方案的功能顯示。在很多情況下，PRED功能最適合這種顯示。
為了提高可見度，可以利用光傳感器120自動控制屏幕顯示器102的亮度和對比度?？梢杂梦SB端口118由顯示設(shè)備100進行數(shù)據(jù)的外部輸入/輸出。正如下面將更詳細說明的那樣，在使用前可以將機場跑道信息、地形數(shù)據(jù)和跑道引道數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)加載到顯示設(shè)備100上。需要周期性地更新這些信息，而且盡管其他方法和設(shè)備也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，但是為了上述目的可以使用微USB端口118。例如，可以通過無線連接進行數(shù)據(jù)更新。
最后，測距按鈕122可以使顯示器移進或移出，而VUE按鈕124可以使顯示器在360°顯示和例如70°的前弧顯示之間轉(zhuǎn)換。這種選擇對于按鈕104、106和108行使其功能尤為有用。
通常，在使用時，顯示設(shè)備100接收與飛機位置、飛機的地面軌跡、橫向軌跡、飛行路線、飛行高度、離地高度有關(guān)的數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)與預(yù)存的存儲數(shù)據(jù)相比較，所述存儲數(shù)據(jù)涉及飛機附近的地形，以及涉及將處于根據(jù)投影的飛行路線選定的前方距離或時間內(nèi)的飛機附近的地形?？梢酝ㄟ^使用者或系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)所希望的前方距離或時間。例如，可以將系統(tǒng)設(shè)定到超前10秒，這樣，系統(tǒng)將根據(jù)投影的飛行路線提供飛機將在下一個10秒內(nèi)到達的地形顯示，所述投影的飛行路線是根據(jù)包括飛行方向、空氣速度、地面軌跡等數(shù)據(jù)算出的。系統(tǒng)可根據(jù)飛行狀態(tài)調(diào)節(jié)前方距離/時間。
在此使用的地形包括自然的以及人造的障礙物和地勢。例如，高大的建筑物，高的電線塔和山脈都是本文中使用的地形。
根據(jù)飛機與地形的關(guān)系(或投影關(guān)系)，可以在顯示裝置100上顯示地形也可以不顯示。例如，如果很顯然飛機將飛進或非常靠近某地形，則可能會在顯示裝置100上顯示該地形和/或在滿足其他合適的條件時產(chǎn)生聲音警報提醒使用者出現(xiàn)危險。在某些威脅性很小的情況下，可以用黃色顯示地形和/或如上所述產(chǎn)生聲音警報。在飛機與地形不存在危險關(guān)系的情況下，可以用綠色顯示地形，而對于地形離飛機有足夠距離的情況(在飛機飛行路線下方很遠處或離飛機很遠)下，可以不顯示地形。
現(xiàn)在參照圖3A，其給出了利用本發(fā)明實施例情況的示意圖。特別是，飛行高度為X的飛機122的飛行路線將把飛機122帶到障礙物124附近。當(dāng)然，障礙物124實際上是示意性的而且很顯然可包含任何一種地勢。圖中示出的飛機122具有三條不同的飛行路線水平飛行路線126，上升的飛行路線126’，和下降的飛行路線126”。上升量或下降量由飛行路線角α確定。很明顯，飛行路線角α既可以是正值(上升，飛行路線126’)也可以是負值(下降，飛行路線126”)。圖3A主要示出了正飛行路線角的效果。負飛行路線角的效果示于圖4中。
在傳統(tǒng)的高度顯示器中，僅根據(jù)上述X、Y、d1、d2、Z和D值，將會使每條飛行路線、126’、和126”出現(xiàn)相同的顯示。然而，在本發(fā)明中，除了其他特征之外，為了更精確地顯示飛機周圍的地形，還考慮了飛行路線角α。
盡管熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道所述方法可以延伸到覆蓋包含更大或更小飛行范圍的情況，但是現(xiàn)在將根據(jù)本發(fā)明的實施例確定下面的飛行范圍(下面的實例展示了四種飛行范圍)(I)‘紅色’的情況在這種情況下，飛機122正在被稱之為“有效高度”的高度上飛行X有效＝X+δ，由此得出X有效≤Y+DX+δ≤Y+D，其中δ＝Ztanα，最后得出X≤Y+D-δ其中α是相對于水平線測得的而且在上升時是正值。該飛行范圍被稱為‘PREDICTIVE RED’(預(yù)測紅色)，其示于圖3A中。如上述公式所示，正δ值的作用是使得和值Y+D-δ減小，這將導(dǎo)致全面降低出現(xiàn)紅色警報的高度。換句話說，正值α，即正飛行路線角或上升狀態(tài)使得飛機的紅色區(qū)域包含的地形量少于先前的地形量，且成為“較小高度”的地形，因此不再顯示為紅色區(qū)。
同樣，如果飛機具有正α值，則已知的地勢將不太可能顯示在飛機的紅色區(qū)。如圖所示，整體效果是紅色區(qū)向更高的高度上移了量δ。
在任何情況下，在障礙物124的方向上，顯示屏102將在航程Z內(nèi)顯示第一報警信號，例如彩色指示標(biāo)記，如紅色區(qū)或一組象素。就這種報警而言，如果滿足其他聲音報警條件的話，例如，算出與地形地勢相撞的時間小于預(yù)定閾值，則可以在可視報警的同時向飛行員發(fā)出聲音報警或提醒。
當(dāng)不總是假定飛機水平飛行而是投影到障礙物上時，在用δ或α的計算值預(yù)測飛機將達到的飛行高度時，用δ或相當(dāng)于δ的值可以更可靠的指示由障礙物124造成的威脅。
現(xiàn)在舉一個例子來說明如何進行上述計算。對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，根據(jù)上面和下面的描述可以容易地得出如何針對其他情況進行計算，特別是下面對該組中其他范圍的情況進行計算的教導(dǎo)。飛機正在1500’的高度水平飛向離其3英里的高度為1000’的障礙物。高程緩沖區(qū)為1000’，因此，當(dāng)滿足適當(dāng)?shù)臈l件時，即，當(dāng)X(1500’)≤Y(1000’)+D(1000’)-δ(Ztanα，其中在水平飛行時α為零(飛行路線角α＝0))時，將顯示報警的紅色區(qū)。然而，如果飛機正以5°的飛行路線角爬升，則算式將為X≤Y+D-δ≤1000’+1 00’-3英里(5280’/1英里)tan5°≤2000’-3英里(5280’/1英里)tan5°≤2000’-1386’≤614’在此，當(dāng)X(1500’)不小于或等于614’時，將不滿足所述條件。因此，當(dāng)以角度α上升時將在顯示屏102上排除顯示紅色狀態(tài)的條件，并且不再顯示紅色區(qū)域。
(II)‘黃色’的情況在這種情況下，飛機122正以Y+D-δ＜X＜Y+D+d1-δ的高度飛行，其中δ的定義與上述(I)中相同。
當(dāng)X滿足上述條件時，顯示屏102將在障礙物124的方位上且在航程Z內(nèi)顯示第二報警信號，例如黃色區(qū)域的彩色指示標(biāo)記或是一組象素。而且，黃色區(qū)域僅包含圖中所示一些比先前移到綠色或黑色區(qū)的地勢更高的地勢。特別是，如上所述，整體效果是黃色區(qū)移到更高的高度。
(III)‘綠色’的情況在這種情況下，飛機122正以Y+D+d1-δ≤X有效＜Y+D+d1+d2-δ的高度飛行。
當(dāng)X有效滿足上述條件時，顯示屏102將在障礙物124的方位上，在航程Z內(nèi)顯示第三報警信號，例如綠色區(qū)域的彩色指示標(biāo)記。與上面的情況相類似，綠色區(qū)域僅包含圖中所示一些比先前移到黑色區(qū)的地勢更高的地勢。
(IV)‘黑色’或‘無色區(qū)’的情況在這種情況下，飛機122正以Y+D+d1+d2-δ≤X有效的高度飛行。
當(dāng)X有效滿足上述條件時，顯示屏102將在障礙物124的方位上，在航程Z內(nèi)顯示黑色區(qū)域，或者代之以進行無色顯示。在這兩種情況下，飛行員都不會因顯示器而分散精力。也就是說，對于障礙物124這樣的地勢，將不存在撞機的危險。
圖4表示在α和δ(＝Ztanα)為負值的情況下，進行以上說明和范圍的確定。在此，負α使紅色、黃色和綠色地形邊界移向較低的高度，這使得確定的地勢更有可能產(chǎn)生警報。在圖4所示的極端情況下，角度α使得幾乎所有地形都落入紅色區(qū)域。
同樣，也可以對該技術(shù)進行其他改進。例如，在另一種改進中，可以用二階導(dǎo)數(shù)(derivative)來計算δ。特別是，從上述說明中可以清楚看出，計算δ時假設(shè)垂直飛行路線的速度為常數(shù)，即，垂直飛行路線中的一階導(dǎo)數(shù)為常量。這種計算能很好地適應(yīng)幾乎所有飛行路線；通常，對于較小的δ值，可以假設(shè)垂直飛行路線的速度是恒定的，至少在較短的采樣時間內(nèi)相對于驅(qū)動和監(jiān)視這種系統(tǒng)的電子設(shè)備是恒定的。然而，在不是這種情況的場合中，應(yīng)考慮把飛行路線的二階導(dǎo)數(shù)，或者把飛行路線的更高階導(dǎo)數(shù)加到計算過程中以便更精確的估計X有效與周圍地形的相互關(guān)系。
在另一種改進中，可用多種高度顯示器更好地顯示作為時間函數(shù)而不是距離函數(shù)的航程。換句話說，顯示的航程不是例如10英里，而是顯示例如3分鐘的航程，或是飛機航行10英里所需要的時間(在本實例中)，或諸如此類。
在這種情況下，通過用合適的距離除以速度或速度分量就可完成上述計算。例如，與航程Z相關(guān)的時間TZ是用橫向，即朝向特定障礙物方向的非垂直速度分量除前面的航程Z得到的。同樣，與上升量或下降量δ相關(guān)的時間Tδ，是用速度的垂直分量V⊥除前面的δ得到的。
在該圖中，將采用以下公式(T飛機是在投影(incidence)到障礙物之前，飛機和飛行員可獲得的時間)(I)紅色時的情況T飛機≤(Y+D-δ)/v⊥
(II)黃色時的情況(Y+D-δ)/v⊥≤T飛機≤(Y+D+d1δ)/v⊥(III)綠色時的情況在這種情況下，飛機122正在(Y+D+d1-δ)/v⊥≤T飛機≤(Y+D+d1+d2-δ)/v⊥的高度飛行(IV)黑色或無色區(qū)域時的情況(Y+D+d1+d2-δ)/v⊥≤T飛機參照圖5，在另一種改進中，還可以計算方位角或偏航角Φ(還可以參見圖3B)。特別是，在此規(guī)定飛機的偏航角Φ使飛機航向的變化量為Φ。飛機航向的變化率同樣是dΦ/dt。在與上述類似的情況下，可以用偏航角Φ更精確地計算飛機所面對的地形。
參照圖5，飛機134最初沿著飛行路線136朝障礙物132飛行。可以用與上述垂直區(qū)類似的方式來定義橫向的紅、黃、綠和黑色區(qū)，并在圖的底部示出這些區(qū)。在相對于飛行路線123偏轉(zhuǎn)Φ后，彩色區(qū)域?qū)⑵?。在這種情況下，障礙物132保留在紅色區(qū)但該紅色區(qū)已遠小于先前的范圍。
實現(xiàn)顯示偏移的計算與上述相同。然而，在這種情況下，通過用航程Z乘以偏航量Φ可以算出成為第一階的納入計算的橫向δ’。同樣，當(dāng)使用更高階計算時，可以通過用航程Z乘以偏航率dΦ/dt算出作為第一階的橫向速度。
在這些計算的一個實施例中，可以沿飛行路線上的一系列點來確定障礙物和投影的飛行路線之間的距離Δ，并以該距離為基礎(chǔ)得出最終信號。如果距離小于預(yù)定的量，則可以用紅色區(qū)域顯示與障礙物方向有關(guān)的報警信號。
當(dāng)然，在非零偏航期間，當(dāng)飛機對其系統(tǒng)進行重新定向時，通過輸入了相關(guān)數(shù)據(jù)的傳感器可以自動完成同樣的計算。然而，通過輸入適合偏航角的分離數(shù)據(jù)(separate data)，常駐軟件可以比等待GPS更快地自動更新顯示的信息，以及在飛機的航向變化時，通過改變從傳感器輸入的數(shù)據(jù)來更新數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。
很顯然，無論飛機向左傾斜還是向右傾斜，即，不管出現(xiàn)正偏航還是負偏航，上述計算和分析都是相同的。同樣，盡管為了清楚起見未在圖5中示出，但是黃、綠和黑色區(qū)域出現(xiàn)在飛機右側(cè)。
由于通常不能期望偏航量象飛行路線角那樣是個常量，所以計算過程將比上面計算δ時更復(fù)雜。然而，如果障礙物因飛機的非零明偏航顯然不構(gòu)成危險的話，仍然可以利用該技術(shù)至少通過報警避免某些障礙物。
參照圖6，其示出了體現(xiàn)本發(fā)明方法的流程圖。如圖中所示，啟動所述方法(步驟202)，傳感器測量有關(guān)上升或下降的飛行路線角的數(shù)據(jù)(步驟216)。當(dāng)然，在最常見的情況下，所述數(shù)據(jù)可以很好地表示水平飛行。然后系統(tǒng)接收該數(shù)據(jù)(步驟204)。接著從高度傳感器，例如高度計接收高度數(shù)據(jù)(步驟218)(步驟206)。隨之計算X有效，即，飛機在投影點的有效高度或在每個航程點Z預(yù)測的有效高度(步驟208)。
在計算之前、之中或之后，可以接收與已知地形有關(guān)的多個數(shù)據(jù)或單個數(shù)據(jù)。在用導(dǎo)航技術(shù)，例如GPS，或其他技術(shù)進行測定時，通過飛機的位置可以得到一部分第一數(shù)據(jù)(步驟214)。用這種方式，可以將飛機位置和高度與從數(shù)據(jù)庫接收到的或查表得到的已知地勢相比較(步驟212)。換句話說，可以將當(dāng)?shù)氐牡匦闻c有效飛行高度相比較(步驟220)以得到在顯示屏102上向飛行員顯示的彩色圖(步驟222)(步驟224)。
當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)注意到，可以執(zhí)行與上述給定順序不同的步驟。例如，計算δ的步驟可以直接在步驟204和206之后進行。同樣，步驟204和206可以按上面給出的順序進行，也可以按相反的順序進行。
應(yīng)該注意到，上述裝置不必是專用裝置。高度計可以是無線電高度計、氣壓式高度計、GPS或任何其他類型的高度傳感器或高度指示器，只要其能有效測量飛機高度，即計算用的第三數(shù)據(jù)就可以。此外，在用GPS或其他這類傳感器測定時，δ的計算可以包括用測得的飛機飛行路線進行的計算，即第四數(shù)據(jù)進行的計算。
可以通過上述方法，并按上述各種改進執(zhí)行計算步驟208、220和222。也就是說，爬升或下降的飛行路線角僅僅是要考慮的一個因素，也可考慮更高階的導(dǎo)數(shù)，以及偏航角及其導(dǎo)數(shù)。
參見圖7，其表示采用了本發(fā)明所述系統(tǒng)的系統(tǒng)平面圖。特別是，預(yù)測高度顯示器100可以在輸入/輸出接口310接收從至少起高度計302、導(dǎo)航設(shè)備304、和方向傳感器312例如羅盤作用的儀器輸出的輸入數(shù)據(jù)。圖中主要示出了輸入/輸出端口310。從單個裝置或組合裝置的輸出中可以分別導(dǎo)出第一到第四輸入信號，即，飛機的高度、飛機的位置、障礙物的高度和位置、以及飛機的飛行路線。第一到第四輸入信號還可以進一步通過至少一部分并行的數(shù)據(jù)總線經(jīng)輸入/輸出端口310輸入或作為一部分串行數(shù)據(jù)流輸入。
通過將例如由GPS測定的已知飛機位置與查表或檢索數(shù)據(jù)庫311得到的飛機附近的地勢相比較，可以得出地形的位置。
然后，借助上述多個裝置中的電路或軟件或多個獨立裝置進行計算測出飛機的飛行路線V。例如，也可以用多個高度計測量飛行路線的垂直分量(v⊥)，或如圖3B所示，當(dāng)分量只是高度測量值相對于時間的一階導(dǎo)數(shù)時，測量X3方向的飛行路線分量。而且，還可以用各種導(dǎo)航設(shè)備，例如特定的GPS單元來測量橫向飛行路線，即，如圖3B所示的分量X1和X2的矢量疊加，或者如果因計算需要的話，測量在特定障礙物方向上橫向飛行路線的分量。
可以用羅盤312測量飛機的方向和進行定向顯示。當(dāng)然，如果把給定的特定測量時間作為已知量，則可以用導(dǎo)航設(shè)備304或不同的裝置來測量飛機方向。正如從上述教導(dǎo)中可明顯得出的，盡管圖5中示出的飛行路線測量是由高度計302和導(dǎo)航設(shè)備304完成的，但是也可以在這些子系統(tǒng)的外部測得這些參數(shù)。
如上所述，可以用飛行路線分量和飛機位置分量來實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的實施例。同樣可以計算出或產(chǎn)生指示飛機有效高度X有效的最終信號，所述有效高度是指在障礙物位置上或的確處于屏幕顯示器區(qū)域內(nèi)任何點上的有效高度，在此也稱為投影高度。然后用最終信號導(dǎo)出在屏幕顯示器上向飛行員顯示的合適的彩色象素陣列。
上述用于進行預(yù)測高度顯示的方法和設(shè)備針對的是本發(fā)明的特定實施例。盡管上述說明能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，但其僅代表了本發(fā)明預(yù)期的較寬范圍，對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，應(yīng)該知道或能夠知道或很顯然或能夠成為很顯然的是，還存在大量與上述實施例不同的實施例，這些不同的實施例也都落入本發(fā)明的較寬范圍內(nèi)。例如，盡管上面將前弧的弧度確定為70°，但也可以使用其他前弧角度。此外，盡管上面描述了高程緩沖區(qū)的有限值，但在某些情況下，高程緩沖區(qū)也可以等于零。盡管在具體說明中使用了術(shù)語“計算機”，但是不需要用一般意義上由微處理器驅(qū)動的計算機來運行所述程序或方法。可以用更有限的芯片設(shè)計或電路來運行所述程序或方法，而且由于標(biāo)準(zhǔn)航空電子器件對有限的空間是十分有利的，所以優(yōu)選上述有限的芯片設(shè)計或電路。因此，本發(fā)明的范圍僅僅由后面所附的權(quán)利要求及其等同物限定。在這些權(quán)利要求中，除非有明確的說明，否則，用單數(shù)表示的元件并不意味著是“一個和僅僅一個”。而是意味著“一個或多個”。在本申請中以引用的形式結(jié)合了與上述對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說已知的或?qū)赖膬?yōu)選實施例中的元件等效的所有結(jié)構(gòu)和功能并且這些結(jié)構(gòu)和功能將包含在權(quán)利要求書中。此外，由于本發(fā)明的權(quán)利要求書中包含了所要解決的所有問題，所以不需要再論述針對本發(fā)明的設(shè)備和方法所要解決的每個問題和解決每個問題的途徑。此外，不管在權(quán)利要求中是否對本發(fā)明的元件、器件或方法步驟作了明確說明，都不意味著要將本發(fā)明的元件、器件或方法步驟奉獻給公眾。除非用術(shù)語“用于…的裝置”清楚地指明某元件，否則，按照35U.S.C§§112,116的規(guī)定，可以認(rèn)為該元件不是本申請中主張權(quán)利的元件。
權(quán)利要求
1.一種用于地形檢測報警系統(tǒng)中以機器可讀格式存儲的計算機程序，所述程序使計算進行如下操作接收指示障礙物地勢的第一數(shù)據(jù)；接收指示飛機離地勢橫向距離的第二數(shù)據(jù)；接收指示飛機高度的第三數(shù)據(jù)；接收指示飛機飛行路線的第四數(shù)據(jù)；用第一到第四數(shù)據(jù)計算飛機在障礙物位置上的投影高度；和根據(jù)投影高度和第一數(shù)據(jù)產(chǎn)生最終的信號。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供了一種在地形檢測報警系統(tǒng)中指示飛機相對于障礙物的高度的方法和設(shè)備。所述方法包括接收指示障礙物地勢、飛機離地勢的橫向距離、飛機的飛機高度和飛行路線的數(shù)據(jù)，用所述數(shù)據(jù)計算飛機在障礙物位置上的投影高度，產(chǎn)生最終的信號，和根據(jù)產(chǎn)生的最終信號在顯示屏上顯示彩色指示標(biāo)記。所述設(shè)備包括，包括信號輸入端，所述信號來自測量飛機高度，飛機飛行路線和飛機位置的儀器，以及儀器輸入端，所述儀器提供飛機周圍地形地勢的信息。所述設(shè)備還包括利用所述信號計算飛機相對于地形的有效高度的裝置，和用圖表顯示計算結(jié)果的屏幕顯示器。
文檔編號G01S7/04GK101033957SQ20061017119
公開日2007年9月12日 申請日期2001年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月11日
發(fā)明者G·J·布勞克 申請人:山德爾埃維翁尼克斯有限公司