專利名稱：構(gòu)造飛機低空飛行路線的方法和裝置的制作方法
構(gòu)造飛機低空飛行路線的方法和裝置
本發(fā)明涉及一種構(gòu)造飛機低空飛行路線的方法和裝置。 在本發(fā)明范圍內(nèi)，低空飛行路線一詞指這樣的飛行路線，飛機沿 該飛行路線飛行時盡可能接近在上面所飛過的地面，同時不會與地面 的一部分發(fā)生碰撞。這樣一種飛行路線因此位于預(yù)定最小地面高度、
例如500英尺(約150m )上。
本發(fā)明特別但不限于適合于推力/重量比小、慣性大、機動飛行時 間特別相對于較輕較快飛機如戰(zhàn)斗機來說慢的軍用運輸機。此外，一 般要求軍用運輸機不易被發(fā)現(xiàn)。
大家知道，上述類型的低空飛行路線的計算為此要求機上電腦的
計算資源非常大。
在某些飛行情況下，例如在無法預(yù)料的威脅的情況下飛機向地面 下降以地面作掩護(hù)或在需要自動導(dǎo)航的VMC (目視氣象條件)條件下 出現(xiàn)低空飛行時無法預(yù)料的IMC (儀表氣象條件)條件時，飛機、特 別是上述類型的軍用運輸機的機組人員需要使用低空飛行路線。
由于飛機上的計算資源顯然是有限的，因此一般無法如上述飛行 情況要求的那樣在約幾秒的很短時間內(nèi)構(gòu)造很長的低空飛行路線。
這一缺點對前述那類軍用運輸機來說更為突出，因為這類飛機的 慣性大，必須借助機上性能模型(特別是飛機的爬升性能)計算低空 飛行路線。使用性能模型的這一計算方式的計算時間特別相對于例如 其高的推力/重量比使得爬升性能的影響不怎么重要的戰(zhàn)斗機要長得 多。
本發(fā)明的目的是克服這些缺點。本發(fā)明涉及一種用于特別是又快 又精確地構(gòu)造一飛機、特別是一軍用運輸機的低空飛行路線的方法， 所述飛行路線包括一橫向路線和一垂直路線并且借助與飛機在其上空 飛行的地面有關(guān)的地面輪廓(從一地面數(shù)據(jù)庫得出)被構(gòu)造，使得允 許所述飛機沿所述所飛過的地面飛行。
按照本發(fā)明，所述方法的特別之處在于，在飛機飛行時，與飛行 協(xié)同地連續(xù)逐段確定飛行路線的所述垂直路線；對每段垂直路線來 說-從含有所述地面輪廓的地面數(shù)據(jù)庫中得出與將按照對應(yīng)橫向
路線在其上空飛行的地面有關(guān)的一段輪廓；以及
-借助所得出的所述輪廓段根據(jù)飛機的爬升和下降性能確定所 述垂直路線段。
因此，按照本發(fā)明，飛行路線的垂直路線不是整個一次確定之后 在飛行中使用，而是在飛行中逐段確定，從而可非常迅速地處理由飛 機隨后在確定后面的數(shù)段垂直路線期間遵從的第一段或一些第一段垂 直路線。這一逐步計算方式不僅用來確定各垂直路線段，還用來得出 地面輪廓(此時為地面輪廓段)，而以標(biāo)準(zhǔn)方式得出地面輪廓也需要 大量計算資源。
因此，本發(fā)明考慮到以下事實如計算長距離上的飛行路線，不 必飛行一開始就得出整個路線，而是只須得出飛機能馬上遵從的一定 長度，從而可得出合適的響應(yīng)時間和最小程度的安全性和預(yù)測性。
本發(fā)明特別適用于下述類型的路線
—由一些在給定預(yù)設(shè)速度下飛行的恒定斜度的段構(gòu)成垂直路
線；
-各爬升或下降段的斜度受根據(jù)機上性能模型確定的飛機的最 大爬升或下降性能的限制；
-各段的斜度然后根據(jù)地面輪廓最佳化；以及
-進(jìn)行計算，使得該路線為可越過在所述段上的最高點的最低路線.
最好是，為確定所述垂直路線，另外每次確定在兩個相繼垂直路 線段之間的一過渡路線，所述過渡路線可用來從一段垂直路線飛行到 另一段垂直路線。最好通過延長該垂直段確定所述過渡路線，其最高 位于兩個相繼垂直路線段的過渡平面上，朝向另一段垂直路線直到與 之相交。
此外，最好是，事先證實從所述數(shù)據(jù)庫得出的各輪廓段是否與飛 機的最大爬升性能相符，如發(fā)現(xiàn)不符，矯正相應(yīng)輪廓段而除去該不符， 然后用矯正后的輪廓段確定相應(yīng)垂直路線段。
從而在大多數(shù)飛行情況下可預(yù)測在各路線段的計算結(jié)束時可能遇 到的危急的地面外形。確切說，在確定各垂直路線段前根據(jù)對應(yīng)輪廓 段處理與下垂直路線段上飛行可能性有關(guān)的信息；在需要預(yù)測爬升的
情況下，由經(jīng)矯正的輪廓段計算這一情況。
此外，最好是，所述橫向路線
-或與飛機飛行員提供的飛行計劃相符；
-或由飛機的自動導(dǎo)航器(自動)確定。
本發(fā)明還涉及一種又快又精確地構(gòu)造一飛機、特別是一軍用運輸 機的低空飛行路線的裝置，所述飛行路線包括一橫向路線和一垂直路 線。
按照本發(fā)明，該類所述裝置包括
-飛機在其上空飛行的地面的地面輪廓的一數(shù)據(jù)庫；
—能至少生成關(guān)于該飛機的信息的一組信息源；
-確定該飛行路線的所述橫向路線的第一裝置；以及
-確定該飛行路線的所述垂直路線的第二裝置，
其特別之處在于，所述第二裝置構(gòu)造成能在飛機飛行過程中與飛 行協(xié)同地連續(xù)逐段確定所述垂直路線；所述第二裝置至少包括
—從所述數(shù)據(jù)庫得出至少一個按照對應(yīng)橫向路線待在其上飛行 的地面有關(guān)的輪廓段的第一部件；以及
-借助由所述第一部件得出的所述輪廓段根據(jù)從所述信息源組 得出的飛機的爬升和下降性能確定一段垂直路線的第二部件。
本發(fā)明裝置從而使得在構(gòu)造低空飛行路線時使用的各計算裝置、 特別是用來確定垂直路線的第二裝置的計算性能最佳化。
在一特別實施例中，所述第二裝置還包括確定相繼兩垂直路線段 之間的一過渡路線的第三部件，所述過渡路線用來從一垂直路線段飛 行到另一垂直路線段。
此外，最好是，所述第二裝置還包括
-檢查所述第一部件得出的各輪廓段是否與飛機的最大爬升性 能相符的第四部件；以及
-用于所述第四部件檢測到任何不相符時矯正輪廓段的第五部 件，從而所述第二部件使用矯正后的輪廓段確定對應(yīng)垂直路線段。
此外，最好是，所述信息源組包括至少一個含有關(guān)于飛機爬升和 下降性能信息的數(shù)據(jù)庫。
下面的附圖示出本發(fā)明實施方式。在這些附圖中，相同部件用同 一標(biāo)號表示。


圖1為本發(fā)明裝置的示意圖；以及
圖2-6用來說明如何按照本發(fā)明構(gòu)造低空飛行路線的垂直路線。
圖1所示本發(fā)明裝置1用來構(gòu)造一飛機A、特別是軍用運輸機的低 空飛行路線TO。所述飛行路線TO包括限定在水平面中的橫向路線 TL (未示出)和示出在圖2-6中的垂直面中的垂直路線。
所述飛行路線TO為飛機A盡可能接近在其上空飛行的地面飛行 的低空飛行路線。
為此，設(shè)置在飛機A上的所述裝置1包括
-容納了與飛機A將在其上空飛行、其地貌4局部示出在圖2-6 中的地面2有關(guān)的地面輪廓PT的一數(shù)據(jù)庫3。在圖2-6所示各例中， 地面輪廓PT位于所述地貌4上方預(yù)定最小安全高度H上。所述數(shù)據(jù) 庫3可為
*飛行前裝入飛機A中并含有所述地面輪廓PT的一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 庫，或
*飛行中由一裝置如雷達(dá)以繪圖模式測繪的、在飛機A上確定所 述地面輪廓PT的一數(shù)據(jù)庫；
一能生成與飛機A有關(guān)的信息的信息源組5;
--構(gòu)造飛行路線TO的所述橫向路線TL的裝置6;以及
--構(gòu)造飛行路線TO的所述垂直路線TV的裝置7.
所述裝置6 ( —數(shù)據(jù)輸入裝置或一 自動導(dǎo)航器)使得所述橫向路線
TL:
-或是與飛機A的飛行員輸入的飛行計劃相符； -或是由飛機A的自動導(dǎo)航器(自動)確定。 在圖1所示特別實施例中， 一所述裝置6經(jīng)連線8與所述裝置7連接；
-所述裝置6和7聚集在經(jīng)連線10和11分別與數(shù)據(jù)庫3和信息 源組5連接的一中央單元9中；以及
-裝置l還包括一經(jīng)連線13A與中央單元9連接、能向飛機A飛 行員示出所述中央單元9的處理結(jié)果的顯示裝置12。這特別使得飛行 員可用肉眼檢查垂直路線TV的計算結(jié)果對于所述地面輪廓PT來說是 否顯得荒謬。也可把這些結(jié)果經(jīng)連線13B傳給其它用戶裝置(未示出)， 特別是飛機A的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)。
按照本發(fā)明，所述裝置7構(gòu)造成能在飛機A飛行過程中確定所述 垂直路線TV。確切說，它構(gòu)造成能與飛行協(xié)同地相繼地一 (垂直路線 TV)段TRi — (垂直路線TV)段TRi地確定所述垂直路線TV。為此， 所述裝置至少包括
--從所述數(shù)據(jù)庫3得出與按照對應(yīng)橫向路線TL在其上飛行的
地面2有關(guān)的至少一個輪廓段SPi因此代表了所述數(shù)據(jù)庫3中容納的所 述地面輪廓PT的一部分的部件14;
-經(jīng)連線16與所述部件14連接、借助所述部件14得出的所述輪 廓段SPi根據(jù)來自 一性能數(shù)據(jù)庫17 (例如所述信息源組5的組成部分) 的、經(jīng)所述連線11接收的飛機A的爬升和下降性能確定一段TRi垂直 路線TV的部件15。
因此，本發(fā)明裝置1的裝置7不是事先一下子整個確定飛行路線 TO的垂直路線TV后在飛行中使用，而是在(使用該路線的)飛行過 程中逐段TRi確定垂直路線。如此確定的整組各垂直路線段TRi構(gòu)成 所述垂直路線TV, i為可很大的可變整數(shù)。這使得比方說飛行員或?qū)?航系統(tǒng)可在一構(gòu)造這樣的低空飛行路線TO的申請(圖2、 3、 5和6 中18所示)后非常迅速地使用飛機可遵從的第一垂直路線段或一些第 一垂直路線段TRi，同時裝置l繼續(xù)逐漸地確定隨后的垂直路線段。可 在這一申請后約幾秒的時間t0內(nèi)得出第一垂直路線段TR1，從而飛機 A從此時起可開始根據(jù)構(gòu)造的垂直路線段TRl遵照低空飛行路線TO 飛行。
時間to預(yù)先固定成允許具有沿該路線配合的一段長度足夠的路線
的最大時間。在時間to結(jié)束的加入的這一長度的路線規(guī)定了對機上路
線繪制裝置的計算能力強制要求。
這一逐步計算方式不僅用于借助裝置15來確定垂直路線TV各段 TRi，而且用于由裝置14得出地面輪廓PT (各輪廓段SPi形式)，而 通常需要大量計算資源才能得出地面輪廓。
因此，本發(fā)明裝置1可特別迅速和精確地構(gòu)造低空飛行路線TO。 所述裝置1特別可克服由飛機A上計算資源不足造成的缺點。當(dāng)然， 這些計算資源必須足以能在所述時間to結(jié)束時提供最小長度的垂直路 線段TRl。
憑借本發(fā)明，飛機A的飛行員和/或?qū)Ш较到y(tǒng)可以類似即時方式獲得低空飛行路線TO，這在某些飛行情況下，例如前述在面臨無法預(yù)料
VMC (目:氣象條件口)條件下出現(xiàn)低空飛行時^法預(yù)料的IMC (儀表 氣象條件)條件時特別有用。
本發(fā)明還特別適用于推力/重量比小，慣性大的軍用運輸機，對于 該飛機而言，低空飛行路線TO的計算因為必須使用機上性能模型(性 能數(shù)據(jù)庫17)而需要大量計算資源。
本發(fā)明裝置1還包括一經(jīng)連線20與所述中央單元9連接并且供操 作者啟動(即申請)飛行路線TO生成的啟動裝置19。
在圖2中，該啟動用18表示。在該啟動后時間tO中，裝置1能提 供水平距離Dl上的第一飛行路線段TR1。飛機A然后能沿第一飛行 路線段TR1飛行，同時裝置1確定水平距離D2上的第二飛行路線段 TR2，如此重復(fù)。
應(yīng)該看到，時間to在機上裝置中預(yù)先固定成與在飛行路線上必然
碰到的地貌的運算要求和構(gòu)型相符。
本發(fā)明裝置1的所述裝置7還包括一經(jīng)連線23與部件15連接以確 定垂直路線TV的兩相繼段TRi和TRi+l之間的一過渡路線Li的部件 22。飛機可如圖4所示用該過渡路線Li從任何一垂直路線段TRi飛到 下一垂直路線段TRi + l，圖3示出過渡路線L1和垂直路線段TR1和 TR2。
所述裝置22通過延伸最高位于兩個相繼垂直路線段TRi和TRi+l 的過渡平面PO上的一段垂直路線來確定所述過渡路線Li。因此它把 該垂直段向另一垂直段延伸直到與另一垂直段連接。因此
—在圖3例子中，裝置22延伸垂直路線段TR1 (上游)，因為 在過渡平面PO上它的位置比下一段TR2高；以及
-在圖4例子中，所述裝置22延伸垂直路線段TRi+l (下游)， 因為在過渡平面PO上它的位置比上一段TRi高。
此外，本發(fā)明裝置1的部件7還包括
- 一經(jīng)連線25與部件14連接并且用來檢查從部件14得出的輪廓 段SPi是否與來自所述數(shù)據(jù)庫17的飛機A的最大爬升性能相符的部件 24;以及
- 一經(jīng)連線27和28與所述部件24和25連接從而在所述部件24
檢測到不符時如下所述矯正每個輪廓段SPi的部件26。
然后部件15使用由部件26矯正的每個輪廓段SPi代替從部件14 得出的未矯正輪廓段，從而確定對應(yīng)垂直路線TV段TRi。
因此，本發(fā)明裝置1能預(yù)測各垂直路線段TRi的計算結(jié)束時可能 遇到的危急地面外形(飛機前方的懸崖除外)。確切說，可在確定各 段TRi前根據(jù)對應(yīng)輪廓段SPi + 1得出在下一段TRi+l上關(guān)于飛行的可 能性的信息，在必須預(yù)測爬升的情況下，用經(jīng)矯正的輪廓段SPi計算 這一情況。
為此，所述部件24使用代表飛機A當(dāng)前最大爬升性能的安全曲線 29。在飛機A的預(yù)設(shè)速度下或者在如果在當(dāng)前速度下計算的安全曲線 檢測到無法爬升而給出最大斜度的速度下以標(biāo)準(zhǔn)方式計算該性能。在 這種情況下，飛機A將爬升并且離開低空飛行(向飛行員發(fā)出警報)。
所述安全曲線29包括一取決于所述地面輪廓的爬升段。該安全曲 線29如圖2和5中箭頭30所示掃過各垂直路線段的地面輪廓。該掃過 開始于(飛機前方)為構(gòu)造垂直路線TV的第一段TR1而得出的第一 輪廓段SP1的開頭處。該爬升段29不必在所述垂直路線段上或在下一 段(如已得出對應(yīng)地面輪廓)上與地面輪廓相交。
按照本發(fā)明， 一垂直路線段TRi的計算從各輪廓段的最高點開始 (圖5和6分別為距離Dl、 D2、 D3)以確保通過該最高點。
此外，按照本發(fā)明，確保能盡可能快地飛過一垂直段。因此必須 在計算與該段地面對應(yīng)的垂直路線前就能確保這一點。由于該路線的
計算為最佳計算，因此需要時間。因此在此之前，用代表最大爬升性 能的安全曲線29掃過該地面輪廓。由于可預(yù)測該爬升，因此從飛機A 的當(dāng)前位置起開始該掃過。
在圖5所示例子中，得出輪廓段SP3后安全曲線29在點31上與 下一輪廓段SP3相交。從而必須部分地矯正輪廓段SP2和SP3后如圖 6所示用經(jīng)矯正的輪廓段SPc取代它們。然后用這一經(jīng)矯正的輪廓段 SPc構(gòu)造對應(yīng)垂直路線TV。
在圖6例子中
-時間tl與得出輪廓段SP2的時間對應(yīng)(因為飛機A已在垂直 段TR1上)；
-時間t2與計算垂直段TR2的時間對應(yīng)；
-時間t3與得出輪廓段SP3的時間對應(yīng)；以及 -時間t4與計算垂直段TR3的時間對應(yīng)。
權(quán)利要求
1、一種用于構(gòu)造一飛機、特別是一軍用運輸機的低空飛行路線(TO)的方法，所述飛行路線(TO)包括一橫向路線和一垂直路線(TV)，借助與飛機(A)在其上空飛行的地面(2)相關(guān)的地面輪廓(PT)確定所述垂直路線(TV)使得所述飛機(A)沿所述地面(2)飛行，其特征在于，在飛機(A)飛行中，與飛行協(xié)同地逐段(TRi)連續(xù)確定飛行路線(TO)的所述垂直路線(TV)；對每個垂直路線(TV)段(TRi)來說-從含有所述地面輪廓(PT)的地面數(shù)據(jù)庫(3)中得出一輪廓段(SPi)，其與按照對應(yīng)橫向路線在其上空飛行的地面(2)有關(guān)；以及-借助所得出的所述輪廓段(SPi)根據(jù)飛機(A)的爬升和下降性能確定所述垂直路線(TV)段(TRi)。
2、 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，為確定所述垂直路線(TV)，另外每次確定在兩相 繼垂直路線段(TRi， TRi+1)之間的一過渡路線(Li)，所述過渡路 線(Li)可用來從一垂直路線段(TRi)飛行到另一垂直路線段(TRi + 1)。
3、 按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過延長該垂直路線段確定所述過渡路線(Li)， 其最高位于兩相繼垂直路線段(TRi， TRi + 1)的過渡平面(PO)上， 朝向另 一垂直路線段直到與之相交。
4、 按權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 檢查從所述數(shù)據(jù)庫(3)得出的各輪廓段(SPi)是否與飛機(A)的最 大爬升性能相符，如發(fā)現(xiàn)不符，矯正相應(yīng)輪廓段(SPi)以除去這一不 符，然后用矯正后的輪廓段確定相應(yīng)垂直路線段(TRi)。
5、 按權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 所述橫向路線與飛機(A)飛行員提供的飛行計劃相符。
6、 按權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 所述橫向路線由飛機(A)的自動導(dǎo)航器確定。
7、 一種用于構(gòu)造一飛機(A)、特別是一軍用運輸機的低空飛行 路線(TO)的裝置，所述飛行路線(TO)包括一橫向路線和一垂直路 線(TV)，所述裝置(1)包括-與飛機在其上空飛行的地面(2)有關(guān)的地面輪廓(PT)的一 數(shù)據(jù)庫(3);-能至少生成關(guān)于該飛機(A)的信息的信息源組(5);-確定該飛行路線(TO)的所述橫向路線的第一裝置(6);以及-確定該飛行路線(TO )的所述垂直路線(TV)的第二裝置(7 )，其特征在于，所述第二裝置(7)構(gòu)造成能在飛機(A)飛行過程 中與飛行協(xié)同地逐段(TRi)連續(xù)確定所述垂直路線(TV);所述第 二裝置(7)至少包括-從所述數(shù)據(jù)庫(3)得出至少一個與按照對應(yīng)橫向路線在其上 飛行的地面(2)有關(guān)的輪廓段(SPi)的第一部件(")；以及-借助從所述第一部件(14)得出的所述輪廓段(SPi)根據(jù)從 所述信息源組(5)得出的飛機(A)的爬升和下降性能確定一垂直路 線段(TRi)的第二部件(15)。
8、 按權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二裝置(7)還包括確定在兩相繼垂直路線段 (TRi， TRi+1)之間的一過渡路線(Li)的第三部件(22)，所述過 渡路線(Li)用來從一垂直路線段(TRi)飛行到另一垂直路線段 (TRi+1)。
9、 按權(quán)利要求7和8之一所述的裝置，其特征在于，所述第二裝 置還包括-檢查所述第一部件(14)得出的各輪廓段(SPi)是否與飛機 (A)的最大爬升性能相符的第四部件(24);以及—所述第四部件(24)檢測到任何不相符時矯正輪廓段(SPi) 的第五部件(26)，從而由所述第二部件(15)使用每個矯正后的輪 廓段以確定對應(yīng)垂直路線段(TRi)。
10、 按權(quán)利要求7-9中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于， 所述信息源組(15)包括至少一個關(guān)于飛機(A)爬升和下降性能信息的數(shù)據(jù)庫(n)。
11、 一種飛機， 其特征在于，它包括按權(quán)利要求7-10中任一權(quán)利要求所述的裝 置(1)。
12、 一種飛機，其特征在于，它包括能實施按權(quán)利要求l-6中任一權(quán)利要求所述 的方法的裝置(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種構(gòu)造一飛機(A)的低空飛行路線的裝置和方法。該裝置包括該飛機在其上空飛行的地面的地面輪廓的一數(shù)據(jù)庫(3)、一組(5)數(shù)據(jù)源、確定該飛行路線的橫向路線的第一裝置(6)以及確定該飛行路線的垂直路線的第二裝置(7)，所述第二裝置(7)構(gòu)造成能在飛機飛行過程中逐段確定該垂直路線，包括一從該數(shù)據(jù)庫(3)檢索一輪廓段的部件(14)以及一使用所檢索的輪廓段根據(jù)從所述數(shù)據(jù)源組(5)得出的飛機的爬升和下降性能確定一段(TRi)垂直路線的部件(15)。
文檔編號G05D1/00GK101111809SQ200680003508
公開日2008年1月23日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者F·阿蒂尼 申請人:空中巴士公司