本發(fā)明的領(lǐng)域在于在合成視覺系統(tǒng)(svs)中圖形化地表示飛行器在飛行中的三維軌跡。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代的飛行器中，主飛行顯示屏目前包括外部環(huán)境的三維合成表示。這些表示可以包括飛行器所遵循的飛行計劃的指示符。較舊的表示是“天空公路(highwayinthesky)”類型的。圖1示出了這些表示中的一種。飛行器a的軌跡由中心路徑1象征性地表示。該路徑1由表示“隧道”界限的一系列矩形2來構(gòu)建，所述隧道表示三維軌跡1。軌跡在地面上的蹤跡由陰影3來表示。

這些表示很好地用于完全限定在地面參考框架內(nèi)的軌跡。它們被稱作為“參考地理坐標(biāo)的”。可惜的是，不能夠使飛行器的整體軌跡完全地參考地理坐標(biāo)。當(dāng)軌跡未完全地限定在地面參考框架內(nèi)時，未限定在地面參考框架內(nèi)的軌跡的隧道部分隨后產(chǎn)生間斷(如圖1中所示)。

具體地，在飛行計劃中，軌跡可以限定成各種形式。如上所述，最簡單的方式是通常由飛行管理系統(tǒng)計算的、計劃且參考地理坐標(biāo)的軌跡。

然而，在飛行的某些階段中，飛行員實施使飛機(jī)遠(yuǎn)離該計劃軌跡的飛行模式。

借助于第一示例，空中交通控制可能要求機(jī)組人員保持特定的航向或者下降至特定的高度。在這種情況下，軌跡的表示不再清楚。圖2示出了在航向模式下引導(dǎo)飛機(jī)的情況下的俯視圖。必須朝航向c引導(dǎo)飛行器a。有效遵循的軌跡t為包括朝向目標(biāo)航向重整、然后保持航向的部分的預(yù)測。因為航向表示機(jī)鼻的方向，而不是路徑的方向，所以該預(yù)測需要考慮風(fēng)。因此，結(jié)果可能是不精確的。散列部分表示取決于風(fēng)強(qiáng)度的軌跡中的變化t'。

借助于第二示例，圖3表示飛越地形的俯視圖，其示出了取決于是否裝備了導(dǎo)航模式的軌跡差異。在“裝備”模式下，當(dāng)飛機(jī)靠近計劃軌跡tp時，該軌跡成為引導(dǎo)的參考。因此，飛行器的軌跡t的整體預(yù)測包括第一預(yù)測部分t1和第二部分t2，所述第二部分t2限定在參考地理坐標(biāo)的參考框架內(nèi)，并且相鄰于計劃軌跡tp。如果未裝備導(dǎo)航模式，則飛行器繼續(xù)遵循其初始航向，并且其軌跡t包括不同于部分t2的第二部分t'2。

借助于第三示例，飛行的某些部分可以采取稱作為“性能”模式的模式，在該模式中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速固定，并且所得的地面坡度可以根據(jù)風(fēng)來變化。

結(jié)合橫向軌跡解釋的以上理念對于垂直軌跡也是有效的。例如，可以在“垂直速度”模式(即，飛行器的垂直速度保持在精確值的模式)下引導(dǎo)飛行器。這里同樣通過考慮風(fēng)來影響預(yù)測。一般地，在結(jié)束下降或者上升的設(shè)定點高度處銜接垂直模式。飛行器的預(yù)測軌跡然后穩(wěn)定在該高度。

因而，當(dāng)軌跡未完全地限定在地面參考框架內(nèi)時，未限定在該地面參考框架內(nèi)的軌跡的隧道部分產(chǎn)生間斷(如圖1中所示)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的方法不具有這些缺點。本發(fā)明能夠使飛行器的整體未來軌跡顯示成三維表示。該顯示軌跡是一系列分段，每個分段對應(yīng)于預(yù)測軌跡部分或者對應(yīng)于稱作為強(qiáng)加軌跡的軌跡。在第一種情況下，從非參考地理坐標(biāo)的飛行設(shè)定點確定分段。在第二種情況下，從參考地理坐標(biāo)的飛行設(shè)定點確定分段。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法管理軌跡中的偏差和從“預(yù)測”分段至“強(qiáng)加”分段的轉(zhuǎn)換。更具體地，本發(fā)明的主題是用于對飛行器在飛行中的軌跡進(jìn)行三維合成表示的方法，所述方法在飛行器的飛行和導(dǎo)航系統(tǒng)中實施，所述飛行和導(dǎo)航系統(tǒng)包括：至少一個導(dǎo)航系統(tǒng)、表示飛越地形的一個地圖數(shù)據(jù)庫、三維圖像計算機(jī)以及使得計算的合成圖像被顯示的顯示系統(tǒng)，飛行器的飛行計劃包括參考地理坐標(biāo)的軌跡(稱作為強(qiáng)加軌跡)和非參考地理坐標(biāo)的軌跡(稱作為預(yù)測軌跡)。

其中，當(dāng)飛行器的軌跡依據(jù)非參考地理坐標(biāo)的飛行設(shè)定點時，所述三維合成表示方法為迭代處理，每次迭代至少包括以下步驟：

-從在確定的距離或者持續(xù)時間內(nèi)延伸的至少一個計算軌跡中計算預(yù)測軌跡；

-從預(yù)測軌跡中計算平滑軌跡以獲得所得軌跡；

-計算顯示軌跡，所述軌跡等同于針對恒定的偏差或者取決于來自飛行指引器的設(shè)定點的應(yīng)用的偏差進(jìn)行了校正的所得軌跡。

-顯示所述顯示軌跡。

有利地，預(yù)測軌跡是飛行器的三個連續(xù)軌跡的函數(shù)，所述連續(xù)軌跡被稱作為計算軌跡，在以恒定的持續(xù)時間分開的至少三個連續(xù)的時刻處計算，三個軌跡中的每個開始于所述三個時刻中的一個，每個軌跡在確定的距離或者持續(xù)時間內(nèi)延伸。

有利地，預(yù)測軌跡為計算軌跡的二次插值。

有利地，當(dāng)飛行器的軌跡在當(dāng)前時間取決于非參考地理坐標(biāo)的飛行設(shè)定點，而在未來時間取決于參考地理坐標(biāo)的飛行設(shè)定點時，將未來時間與當(dāng)前時間分開的持續(xù)時間(其對應(yīng)于飛行器行進(jìn)的距離)小于或等于確定閾值，所得軌跡取決于計算軌跡并且取決于用于銜接所述參考地理坐標(biāo)的飛行設(shè)定點的條件。

有利地，當(dāng)在所得軌跡與顯示軌跡之間存在計算偏差時，在當(dāng)前時間顯示的偏差為針對取決于飛行指引器的跟蹤性能的函數(shù)進(jìn)行了校正的在之前時間顯示的偏差之和，或者在之前時間顯示的偏差與旨在降低該偏差的確定系數(shù)的乘積。

有利地，顯示軌跡采取確定寬度的路徑的形式，根據(jù)計算偏差而橫向定位，并且在所得軌跡上方確定的高度處，所述路徑通過間隔開確定距離的邊界標(biāo)記符來限制。

有利地，邊界標(biāo)記符的形狀、顏色或者尺寸根據(jù)在橫向平面中軌跡是被強(qiáng)加或者預(yù)測而不同。

有利地，邊界標(biāo)記符的形狀、顏色或者尺寸根據(jù)在垂直平面中軌跡是被強(qiáng)加或者預(yù)測而不同。

附圖說明

通過閱讀以下描述和附圖，將更好地理解本發(fā)明，并且其它的優(yōu)點將變得顯然，以下描述借助于非限制性示例給出，其中：

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的軌跡的立體圖；

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的航向模式的飛行器軌跡的俯視圖；

圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的“裝備”模式的飛行器軌跡的俯視圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的計算和顯示軌跡隨時間的變化的俯視圖；

圖5示出了在顯示設(shè)備的屏幕上根據(jù)本發(fā)明的方法顯示的軌跡；

圖6至圖9示出根據(jù)計算的軌跡類型顯示軌跡的界限的示例性表示。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的用于對飛行器在飛行中的軌跡進(jìn)行三維合成表示的方法在飛行器的飛行和導(dǎo)航系統(tǒng)中實現(xiàn)。

飛行和導(dǎo)航系統(tǒng)包括：至少一個導(dǎo)航系統(tǒng)、表示飛越的地形的一個地圖數(shù)據(jù)庫、三維圖像計算機(jī)以及使得計算出的合成圖像顯示的顯示系統(tǒng)。

飛行器的航空軌跡包括：位于水平平面的橫向分量和位于垂直平面內(nèi)的垂直分量。飛行器的飛行計劃包括參考地理坐標(biāo)的軌跡部分(稱作為強(qiáng)加部分)和非參考地理坐標(biāo)的軌跡部分(稱作為預(yù)測部分)。當(dāng)然，軌跡的每個橫向或者垂直分量可以被強(qiáng)加或者預(yù)測，即，四個可能場景。

即使引導(dǎo)模式通常對應(yīng)于參考地理坐標(biāo)的軌跡(例如，“導(dǎo)航”類型)，有時也遵循非參考地理坐標(biāo)的軌跡。例如，即使自動駕駛橫向模式為“導(dǎo)航”，出發(fā)過程的某些分段也需要飛機(jī)遵循航向。同樣地，即使引導(dǎo)模式不是“導(dǎo)航”類型的，也遵循參考地理坐標(biāo)的軌跡。

根據(jù)本發(fā)明的方法在參考地理坐標(biāo)的軌跡與非參考地理坐標(biāo)的軌跡之間進(jìn)行區(qū)分，而與自動駕駛的下級模式無關(guān)。

當(dāng)軌跡取決于強(qiáng)加的設(shè)定點時，將理解的是，軌跡的圖形表示未造成任何特定的問題。以與周圍地形相同的方式，在軌跡應(yīng)該在的地方精確地顯示軌跡。

當(dāng)飛行器的軌跡取決于非參考地理坐標(biāo)的飛行設(shè)定點時，軌跡不再被強(qiáng)加，而是必須根據(jù)例如限定軌跡的飛行設(shè)定點(例如，設(shè)定點航向)、風(fēng)和飛行器的當(dāng)前速度來計算。因此，該計算導(dǎo)致理想軌跡的預(yù)測。該理想軌跡從不準(zhǔn)確地對應(yīng)于實際遵循的軌跡并且必須被周期性地計算。因而，在每個計算周期內(nèi)，必須計算新的軌跡。軌跡計算的起點實質(zhì)上是飛機(jī)的當(dāng)前位置。然而，源自飛機(jī)的軌跡的永久表示不一定是令人滿意的，特別是在飛行員不執(zhí)行遵循飛行設(shè)定點所需的命令的情況下。

因而，根據(jù)本發(fā)明的用于預(yù)測軌跡的三維合成表示的方法是迭代過程，每個迭代包括以下具體解釋的四個步驟。

在第一步驟，計算機(jī)計算預(yù)測軌跡。該軌跡的起點為飛機(jī)，并且對應(yīng)于如果完全地應(yīng)用命令并且完全地考慮全部的參數(shù)的話實際上將遵循的軌跡。例如，難以完全知曉風(fēng)的強(qiáng)度和方向。例如，利用以下方法來執(zhí)行該計算。

在第一示例中，在由恒定的持續(xù)時間分開的至少三個連續(xù)時刻t0、t1和t2，計算機(jī)計算飛行器的三個連續(xù)軌跡tt0、tt1和tt2(稱作為計算軌跡)，三個軌跡中的每個開始于所述三個時刻中的一個，每個軌跡在確定的距離或者持續(xù)時間內(nèi)延伸。舉例來說，將兩個連續(xù)時間分開的平均持續(xù)時間具有秒的數(shù)量級。在對應(yīng)于幾海里的距離上計算軌跡。計算機(jī)不是必須在每個時間t0計算三個新軌跡。具體地，如果在前一時間t-1，計算機(jī)計算出對應(yīng)于時間t-1、t0和t1的三個軌跡tt-1、tt0和tt1，則可以僅計算對應(yīng)于時間t2的單個新軌跡tt2，而仍保持對應(yīng)于連續(xù)時間t0和t1的舊軌跡tt0和tt1。以這種方式，容易地節(jié)省計算時間。

在第二示例中，計算機(jī)以確定的頻率為位于第一時間t0與第二時間t1之間的當(dāng)前時間t確定預(yù)測軌跡trt，所述預(yù)測軌跡取決于所述計算軌跡。rt表示等于(t–t0)/(t1–t0)的比值。其在0與1之間。確定頻率與顯示系統(tǒng)的刷新速率相關(guān)。其典型地為大約15赫茲。

對于計算該預(yù)測軌跡trt，存在各種方法。例如，基于系數(shù)rt，利用二次插值，從連續(xù)軌跡tt0、tt1和tt2中的一個或多個相應(yīng)點對軌跡中的每個點進(jìn)行插值。所用的公式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的?？蛇x地，針對軌跡在水平面上的位置的插值與針對垂直位置的插值完全脫離，以確保軸的絕對分離。當(dāng)然，除了二次插值之外的方法也可以用于該計算。

在第二步驟中，計算機(jī)將潛在地平滑預(yù)測軌跡，以出于獲得所得軌跡的目的而使得其形成直線。將航向設(shè)定點作為一個示例。當(dāng)該設(shè)定點激活時，飛機(jī)通過進(jìn)入轉(zhuǎn)彎而開始，結(jié)束于航向等于設(shè)定點航向時。嚴(yán)格地說，航向從不準(zhǔn)確地等于設(shè)定點航向。因此，所得軌跡始終是沿著直線分段的微轉(zhuǎn)向。該步驟包括當(dāng)幾乎準(zhǔn)確地遵循飛行設(shè)定點時，使得所得軌跡形成直線。例如，當(dāng)飛行器航向非常接近等于設(shè)定點航向時。

在第三步驟，計算機(jī)計算在時間t的顯示軌跡tpt，所述軌跡等同于針對取決于飛行指引器的過去和當(dāng)前應(yīng)用的設(shè)定點的偏差以及位置偏差進(jìn)行了校正的所得軌跡。具體地，預(yù)測軌跡的起點可以為飛行器的當(dāng)前位置。然而，即使飛行員不遵循設(shè)定點，該完美軌跡的表示也給飛行員其飛行器始終正確地以正確軌跡為中心的印象。例如，如果必須在精確的航向上遵循當(dāng)前軌跡分段，并且飛行員沒有采取朝向該航向重新定向的動作，則該表示必須向飛行員指示某些事情尚未正確地進(jìn)行。因此，需要顯示軌跡偏離飛行器的位置。該偏離必須遵循根據(jù)飛行員的動作的不固定進(jìn)展。

在這種情況下，在時間t，顯示軌跡相對于預(yù)測軌跡偏移顯示偏差eat。該偏差采用以下方式來計算：

在時間ti-1，已計算出所得軌跡。然后，eti表示飛行器在時間ti的實際位置與在時間ti-1計算出的在時間ti的預(yù)測位置之間的偏差。此外，在時間ti-1，計算出顯示偏差eati-1，其對應(yīng)于飛行器的實際位置與顯示軌跡之間的偏差。在應(yīng)用算法的第一循環(huán)中，該偏差為零。

在時間ti，采用以下方式來計算顯示偏差eati：

-如果飛行員未遵循飛行指引器，則根據(jù)如下標(biāo)準(zhǔn)(例如，必須將來自飛行指引器的命令整合，以獲得值idv，eati＝eati-1+f(eti,idv))，該偏差限制于最大偏差值；

-否則，該偏差的值為eati＝k*eati-1*g，k為小于1的系數(shù)，g為控制參數(shù)的值與其設(shè)定點之間的偏差的函數(shù)。例如，如果分段為航向設(shè)定點分段，則g為當(dāng)前航向與航向設(shè)定點之間的偏差的函數(shù)。這意味著，如果飛行員遵循飛行指引器，則偏差將逐步地降低。以相同的方式，如果控制參數(shù)返回至設(shè)定點值，則偏差逐步地降低。

圖4示意性地示出利用根據(jù)本發(fā)明的方法計算出的各種軌跡。在該圖中，顯視為黑色的飛行器a0表示在時間t0處飛行器的真實位置。來自該飛行器a0的虛曲線表示在時間t0的計算軌跡tct0，以黑色圓形式的標(biāo)記符表示軌跡在各個連續(xù)時間的位置。

白色飛行器a1表示飛行器在時間t1的真實位置。來自該飛行器a1的虛曲線表示在時間t1的計算軌跡tct1，以白色圓形式的標(biāo)記符表示軌跡在各個連續(xù)時間的位置。在時間t1，飛行器的實際位置距離計算軌跡tct0移動偏差et1。如上所述，該偏差沒有全面地反映在顯示器上，而僅實際地顯示部分eat1，如圖4所示。

由帶圓圈的十字標(biāo)記的虛曲線表示在時間t1的實際顯示軌跡tp1。

在第四步驟，軌跡通常顯示在一種儀表板顯示屏上。通常，如圖5所示，顯示軌跡tp采取確定寬度的路徑r的形式，根據(jù)計算偏差橫向定位，并且位于所得軌跡上方確定的高度處，所述路徑通過間隔開確定距離的邊界標(biāo)記符b來限制。在圖5中，該路徑r示為透視圖。

有利地，邊界標(biāo)記符的形狀、顏色或者尺寸根據(jù)在橫向或者垂直平面中軌跡是被強(qiáng)加或者預(yù)測而不同。借助于非限制性示例，邊界標(biāo)記符可以由兩個分段組成，如圖6至圖9所示。第一分段sv為水平的，并且表示軌跡的垂直分量，第二分段sl為傾斜的，并且表示軌跡的橫向分量。第一分段連接至第二分段的中點處。當(dāng)分段表示強(qiáng)加軌跡的部分時，分段示為實線。當(dāng)分段表示預(yù)測軌跡的部分時，分段示為虛線。

圖6至圖9隨后圖示了利用該符號表示來示出路徑的邊界標(biāo)記符的各種方式。在圖6中，路徑在橫向和垂直方向上都為預(yù)測軌跡。在圖7中，路徑在水平方向上為預(yù)測軌跡，在垂直方向上為強(qiáng)加軌跡。在圖8中，路徑在垂直方向上為預(yù)測軌跡，在水平方向上為強(qiáng)加軌跡。最后，在圖9中，路徑在垂直方向和水平方向上都為強(qiáng)加軌跡。