專利名稱：在著陸或起飛點附近幫助導航旋翼飛機的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在著陸或起飛點附近幫助導航旋翼飛機的方法和裝置。
背景技術：
本發(fā)明的技術領域是對于諸如直升飛機那樣的旋翼飛機提供導航的有關系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是給出飛機導航的裝置，其快速地規(guī)定一著陸點和一著陸和/或起飛程序，它們相對于所述點周圍的起伏地形是安全的。
本發(fā)明的一個目的是使所述裝置用于飛行中，使得當飛行員執(zhí)行緊急醫(yī)療服務(EMS)類型的特殊使命時，他可以在已進行飛行時構造一部分未來飛行路線。為此，本發(fā)明必須迅速地投入使用，并必須給予飛行員對正在構造的飛行路線的完全了解。
本發(fā)明的一個目的是能夠規(guī)定著陸和起飛程序，該程序可很好地在可見的氣象(VMC)條件下使用，此時，飛行員可相對于起伏地形用肉眼來確保安全，并還可在儀表氣象條件(IMC)下同樣很好地使用，此時，飛行員不能看見起伏地形，通過使用地形數據庫精確地遵循先前已經認為安全的路線飛行來確保飛行安全。
為了構造安全的飛行計劃，飛行員可利用顯示起伏地形的領航圖；通過應用飛機飛越上空的裕度，飛行員可推算出路線點和飛行高度，其后它們可被盲輸入。該輸入可使用控制和顯示單元(CDU)型的專用終端來執(zhí)行。該技術的安全性頗差，因為它與路線點和分段輸入的質量以及利用領航圖的質量相關。
對于飛機已經提出了許多防碰撞的系統(tǒng)。
根據美國專利No.6 421 603 B1，飛行員確定一路線，而系統(tǒng)根據包含在一“地形”數據庫內的數據來核實路線和地面之間的干擾。飛行員可修正路線，以便通過連續(xù)的迭代找到安全的方案。
根據美國專利No.6 424 889 B1和法國專利No.2 789 771，一系統(tǒng)根據地形數據庫已知的地形并根據由飛行員給定的限制來計算水平的軌跡以避免危險的區(qū)域；這能形成一相對于障礙物認為是安全的路線，但它需要大的計算資源。該系統(tǒng)不允許飛行員來控制路線的產生；一旦計算終止，飛行員發(fā)現(xiàn)提出的方案，然后可改變限制，以便運算新的計算。
這些系統(tǒng)不適于接近或起飛階段，且它們不產生在所述飛行階段中所遇到的風險的人機工程顯示。
美國專利申請No.2003 107499和法國專利申請FR 2 813 963提出了一用來提供飛行導航幫助并機載安裝在飛機上的裝置，該裝置包括一顯示模塊，其布置成實時地顯示相對于飛機位置和運動的位于飛機前地形的二維圖；該圖涉及一區(qū)域，該區(qū)域顯示為對應于飛機位置的頂點的角度扇形形式；根據這些文件，在著陸或起飛階段過程中，部分地禁止發(fā)出警報。
這樣一顯示系統(tǒng)不適于對旋翼飛機規(guī)定安全的接近或起飛程序。
本發(fā)明的一個目的是提出一種在這些飛行階段中幫助導航這種飛機的方法和裝置。
文件WO 02/39058涉及一種用來幫助飛行的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在出現(xiàn)諸如探測到附近障礙物事件時，顯示水平模式和垂直模式中的導航數據。
這種系統(tǒng)不適于對任意著陸點規(guī)定安全的接近或起飛程序。
本發(fā)明的一個目的是提供一種幫助飛行的方法和裝置，該方法和裝置已經改進，或至少部分地修繕了現(xiàn)有技術方法和裝置的疏忽和缺點。
根據本發(fā)明的一個方面，提供一種方法，該方法在對給定著陸點和接近高度(或起飛點和離開高度)方面幫助導航飛機，該方法包括確定相對于地形為不安全的著陸程序的所有進入點的地點，和/或相對于地形為不安全的起飛程序的所有退出點的地點，并在顯示屏上顯示該地點或諸地點，顯示出著陸點周圍的地理環(huán)境。
在本發(fā)明的含義中，在文中采用術語“著陸點”來表示合適的著陸點或起飛點。
因此，飛行員可在進入或退出點被認為安全的區(qū)域內直接地和互相作用地定位著陸/起飛程序的進入或退出點，同時，根據諸如風向、禁止飛越的區(qū)域以及飛機性能之類的限制來優(yōu)化選擇點。
本發(fā)明能確定使著陸方案最大化的著陸點，因此，能選擇著陸方案最靠近上述的限制的著陸點。
在本發(fā)明的另一方面，為了確定對應于不安全的程序的那些進入和/或退出點的地點，確定一抵靠在圍繞著陸點延伸的障礙物上的表面。該表面包括一角度點，其附連到(一致于)著陸點，并呈現(xiàn)從所述角點的向上張開的形狀?？捎嬎闼霰砻婧蛯诮咏叨然螂x開高度平面或水平面之間的交點，以便獲得在所述平面或水平面內延伸的極限曲線；然后，不安全的進入和/或退出點的地點被確定為位于所述極限曲線外面的平面或水平面的那部分。
在本發(fā)明的含義中，術語“障礙物”可表示自然或地理的障礙物(即，自然起伏地形的突出點或區(qū)域)，或諸如聳立在地面上的結構物和/或建筑物之類的人造障礙物。
自然障礙物的坐標通常包含在稱之為“數字地形模型”的數據庫內。
根據本發(fā)明的優(yōu)選的特征，一圖表呈現(xiàn)給飛行員，其包括著陸點、所述極限曲線，以及至少一個圓弧，尤其是圓心位于著陸點上且對應于預定下降(或爬升)坡度的半圓或全圓；所述坡度(相對于水平線測量)最好位于2°至15°范圍內。
較佳地，相對于代表著陸點的圖表的點位于所述極限曲線外面、并因此形成應避免進入點或退出點的地點的至少一部分圖表，應用顏色(例如，紅色)或紋理(例如，陰影)顯示，以代表有與著陸點周圍障礙物碰撞的危險。
為了確定所述表面和由此的所述極限曲線，可使用各種接近(或離開)模板或曲線圖；模板或曲線圖可包括一個或多個通常呈直線的線段。
當曲線圖由單一直線段構成時，所述表面由通過著陸點和抵靠在位于著陸點周圍的障礙物上的直線所產生；然后，所述表面呈錐形或半錐的大致形狀(非圓部分)，使其頂點對應于著陸點。
由對應于接近或離開高度的平面內的所述表面的跡線形成的極限曲線，由大致弧形的部分構成，該弧形部分對應于從著陸點發(fā)出并擦過著陸點周圍的障礙物頂部的射線的所述平面內的跡線；這些部分通常形成不連續(xù)的極限曲線，其中，所述極限曲線的兩個相鄰部分之間的間隙對應于安全接近或離開的區(qū)域。
在一變體中，可提供更加復雜的下降曲線，其可以是水平平面內的直線，并由多個固定和/或變化坡度的線段組成，或既不在垂直平面內也不在水平平面內對齊的線段組成，其具有某些固定的特征和另一些變化的特征。這些復雜曲線的特征在于，位于上述安全高度H處的進入點、著陸點以及地理的定向。
尤其是，可使用由多個線段組成的模板或曲線圖，諸線段對齊在水平平面內，但它們具有不同的坡度，以便優(yōu)化抗噪音的軌跡。
在對應于一“T”逼近線的另一變體中，曲線圖由三個連續(xù)的線段組成·水平的第一線段；·與第一線段在同一水平平面內的第二線段，但以與第一線段成90°的方向接續(xù)前線段；以及·第三線段，其朝向著陸點(PP)傾斜并跟隨與第二線段相同的方向。
諸線段連續(xù)或相鄰(成對地相遇在對應的公共點上)；如果兩個線段具有完全相同的頭部，那么兩個連續(xù)線段在水平平面上的投影可以對齊。
在所有情況下，將模板擱置(錨固在著陸點上)在著陸點周圍的障礙物上，可以確定在對應于所述高度的平面或水平面內考慮為不安全的進入和/或退出點的地點。
在本發(fā)明的另一方面，提供能實施本文所定義和描述的裝置的方法，該裝置致力于或適于安裝在飛機上，該裝置包括·數字地形模型，其能與包含人造障礙物特征(坐標和尺寸)的數據庫相關聯(lián)；·設置有用來讀取數字地形模型和還可能讀取人造障礙物特征的裝置的計算機；·用來將著陸點或起飛點的坐標輸入到計算機內的工具，合適的話，輸入接近高度或離開高度，該工具適于由飛機的飛行員操縱；
·與計算機協(xié)作的裝置，其響應于著陸或起飛點的坐標以及接近或離開高度，在給定一預定的爬升/下降模板或曲線圖的情況下，以確定對所述高度不安全的進入和/或退出點的地點；以及·對飛行員呈現(xiàn)所述地點的裝置。
本發(fā)明能使飛行員直接看到相對于地形結構為安全的所有接近和離開程序的方案。飛行員因此可立即選擇最佳地滿足其它限制而無需進行連續(xù)的迭代的方案。
本發(fā)明的方法能使飛行員構造所遵循的軌跡。
可獨立于任何其它功能來使用該功能，以便在單一迭代中選擇相對于地形為安全的著陸點和對應的接近和離開程序。
也可與上述專利中所述的裝置聯(lián)系起來，然后，能避免用來尋找安全軌跡的連續(xù)的迭代階段。
本發(fā)明其它特征和優(yōu)點顯現(xiàn)在以下描述中，以下描述參照附圖，諸附圖沒有任何的限制含義，它們示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例。


圖1是顯示本發(fā)明裝置的主要部件的組織的圖表。
圖2是示出在本發(fā)明的一實施例中如何通過掃描著陸點周圍的空間用簡單的直線逼近曲線來計算極限曲線的諸部分的圖表。
圖3是適于呈現(xiàn)給飛行員圖表，該圖表包括類似于圖2中的極限曲線。
圖4是圖表，其示出在本發(fā)明的另一實施例中如何通過掃描著陸點周圍的空間用包括三個直線段的逼近曲線來計算極限曲線的各個部分。
圖5示出具有三個直線段并適用于圖4實施例中的模板的實例。
圖6示出一呈現(xiàn)給飛行員的圖表的變體。
具體實施例方式
參照圖1，一用來提供導航幫助的本發(fā)明裝置包括·一包含自然和/或人為障礙物的坐標和尺寸的數據庫11，障礙物諸如在圖2和4中呈矩形方塊形式所示；
·一特別設置有從數據庫11中讀取障礙物特征的裝置12的計算機10；·一輸入外圍設備14，諸如一操縱桿或其它指示器裝置，其能將著陸或起飛點的坐標輸入到計算機10內，還可輸入接近或離開的高度；·一計算模塊或程序13，其響應于使用外圍設備14輸入的著陸或起飛點的坐標以及接近或離開的高度，在給定一預定爬升/下降曲線圖或模板的情況下，確定對于所述高度不安全的進入和/或退出點的地點；以及·一模塊或程序15，其處理由模塊13提供的結果并連接到一顯示裝置16以向飛行員呈現(xiàn)一圖表，該圖表示出安全的進入/退出點的地點和不安全點的地點。
在該圖表中，將元件或單元11至16互連的箭頭代表所述單元或模塊之間的連接，還代表在所述連接上主要的數據交換的方向。
參照圖2，三個障礙物O1、O2和O3圍繞著陸點PP延伸。一射線或直線通過點PP并相對于水平線形成一小的恒定角，例如，一2°的角，并圍繞點PP掃過360°，該直線產生一錐頂與點PP重合的圓錐CON2DEG，其關于點PP處的地面法線N回轉地對稱，其相對于軸線N的截面是圓形。
因此，圓錐在位于點PP上方的高度H處的水平平面P內的跡線構成了一圓C2，其圓心位于點PP在平面P上的垂直投影上。
同樣地，通過PP并在障礙物O1頂上沿邊緣ARS1滑動的射線R1的跡線在平面P內形成一段極限曲線TARS1。同樣地，通過PP并在障礙物O2頂上沿邊緣ARS2滑動的射線R2的跡線在平面P內形成一段極限曲線TARS2，以及通過PP并在障礙物O3頂上沿邊緣ARS3滑動的射線R3的跡線在平面P內形成一段極限曲線TARS3。
組合這些曲線段TARS1至TARS3的極限曲線CL可因此根據抵靠在著陸點周圍的障礙物上的射線跡線進行計算，這相當于確定作為地形函數的最小接近或離開的坡度。
參照圖3，極限曲線CL在圓心位于點PP垂直投影上的圓C2內延伸；極限曲線CL是開口的它具有兩個端部CLL1和CLL2，它們對應于曲線與圓C2的相交點。極限曲線CL將由C2形成的圓盤分成兩個區(qū)域一中心區(qū)域RSUR和一外圍區(qū)域RNONSUR，前者包括PP的投影并構成安全進入或退出點的地點，而后者是不安全的進入或退出點的地點，該區(qū)域用陰影表示。
該圖表還具有兩個與圓C2同心的圓C3和C10；這兩個圓對應于通過PP并圍繞所述點掃描空間的射線在平面P(圖3的平面)內的跡線，分別具有一3度的坡度(對于C3)和一10度的坡度(對于C10)。
該圖表能使飛行員看到，使用一坡度在2°的直線的下降曲線，一安全的接近區(qū)域Z2在點CLL1和CLL2之間的圓C2的圓弧上延伸；該圖表還能使飛行員看到，使用一坡度在3°的直線的下降曲線，一安全的接近區(qū)域Z3沿圓C3的圓弧延伸。
在實踐中，對于靠近著陸點的一接近程序，飛行員選擇對于圍繞著陸點的區(qū)域被認為是安全的初始接近高度。該高度形成著陸點上方的一水平平面或位于高度H處的水平面。忽略地形和風，飛行員可從所述高度選擇一下降曲線以便到達著陸點。
最簡單的下降曲線是起始于上述平面的高度并到達著陸點的一直線。該接近軸線的坡度可在作為飛機能力和其結構函數的極限之間變化。上述程序包括由平面(或水平面)和所述直線之間的交點限定的進入點，以及作為著陸點的最后點。
該裝置用描述上述程序的模板來掃描通過著陸點周圍的空間，通常地通過180°或360°，這可能造成模板坡度變化(合適的話)。因此，它確定起始于高度H并到達著陸點的安全的曲線，并確定與地面和/或記錄在數據庫內的位置和形狀的障礙物發(fā)生沖突的曲線。
在顯示著陸點周圍的地理環(huán)境的一顯示屏上，該裝置跟蹤對于如上所定義的初始接近高度H是不安全的下降曲線的所有進入點的地點。
在360°上研究一倒置的圓錐，其具有位于頂點的88°(90°-2°)的半角，其頂點由所考慮的地理點構成，其底部是初始接近高度。在全部的著陸點周圍，確定作為地形函數的最小可用的曲線圖。這些曲線圖的進入點投影在圓錐的底部上。
描述被障礙物掩蔽的圓錐部分的表面RNONSUR用紅色顯示。
裝置所顯示的大小是所選擇的顯示比例和初始的接近高度的函數。
如果所述初始接近位于著陸點上方1500英尺高度上，則對于2°的坡度，標志占據具有8海里半徑的圓。
尋求確定安全接近的飛行員可將程序的進入點定位在不安全區(qū)域之外，即，在對應于2°坡度的圓C2的部分Z2上。
這可以使用傳統(tǒng)的數據輸入裝置，或借助于輸入地理坐標來實施。
當輸入地理坐標時，飛行員直接將進入點定位成使下降曲線是安全的，安全和不安全進入/退出點的區(qū)域作為對應于輸入裝置的位置的著陸點的位置的函數進行實時計算。由于飛行員基本上核實該接近相對于障礙物是安全的從而得以放下心來，所以，飛行員可以更容易地考慮諸如風速之類的其它參數，不飛越建筑物多的區(qū)域，并可管理好燃油供應。
借助于該裝置，飛行員可圍繞著陸區(qū)域移動著陸點；然后，飛行員可觀察實時計算得出的相關圖CL并由此可找到著進入點地點得到優(yōu)化的陸點和軸線，此時假定其它的約束由飛行員設定，例如，風速，不飛越某些區(qū)域，或極限坡度。
該裝置的簡易性、速度和交互性能使它用于飛行中，以便形成還未定義的新路線，考慮在方位角或定向中不可達到的坡度。
參照圖4和5，圖2的簡單直射線可用曲線PR、PR1、PR2代替，以便計算曲線CL。曲線PR包括三個不同坡度的直線段Pa、Pb和Pc，各個坡度可與高度裕度M相關聯(lián)，其可預先確定，以便補償定位點PP和/或障礙物的誤差，和/或考慮飛越裕度。
參照圖6，該圖D包括兩個半圓DCA3和DCA15，它們的圓心位于點PP，并分別相應地對應于接近點PP的3°和15°的坡度。該圖D還示出兩半圓DCD2和DCD6，同樣地，它們的圓心位于點PP，并分別相應地對應于從點PP起飛的2°和6°的坡度。
點PE代表高度HE處的一進入點，為該點已經確定了接近(半)圖，且對于該點在3°至15°范圍內的坡度處的接近是安全的。點PS代表高度HS處的一退出點，為該點已經確定了起飛(半)圖，且對于該點在沿6°至2°范圍內的坡度從點PP起飛是安全的。
在具有至少兩個發(fā)動機的飛機中，可在其中一個發(fā)動機故障時顯示爬升極限坡度。其取決于外部條件(風、溫度、壓力)和飛機的性能。該坡度值可以記錄在計算機10的存儲器內，和/或可由飛行員使用數據輸入設備14輸入。
由飛行員選擇的路線的一個或多個線段SRO1、SRO2、SRO3、SRO4顯示在圖中；主要點和風向也可顯示在其上，如圖3中可見。在此實例中，線段SRO2代表最后的接近程序，而線段SRO3代表起飛程序。
在此路線中，星形符號代表進入(或退出)點；該符號被第一圓包圍，第一圓代表對應于進入點(或退出點)定位誤差的第一裕度，而第二圓與第一圓同心并代表附加的水平導航裕度。
權利要求
1.一種在著陸或起飛點(PP)附近幫助導航飛機的方法，該方法的特征在于·使用包括計算機(10)的裝置(10至15)，以根據用來輸入坐標并適于由飛行員進行操縱的工具(14)輸入到計算機內的著陸或起飛點的坐標，并考慮爬升/下降模板或曲線圖(R1、R2、R3、PR、PR1、PR3)，確定對給定的接近和/或離開高度(HE、HS)、到達所述著陸點或離開所述起飛點不安全的進入和/或退出點(PE、PS)的地點(RNONSUR)，；以及·在顯示裝置(16)上呈現(xiàn)包括所述地點的圖表(D)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，確定對應于一平面或水平面內的跡線的極限曲線段，所述平面或水平面對應于通過著陸或起飛點和擦過或抵靠于在著陸或起飛點附近延伸的障礙物(O1、O2、O3)頂的所述模板或曲線圖(R1、R2、R3、PR、PR1、PR3)的所述高度。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，確定在對應于所述高度的平面或水平面(P)內延伸的所述極限曲線(CL)的至少一個線段(TARS1、TARS2)，所述極限曲線的所述部分將安全的進入和/或退出點的地點(RSUR)與不安全的進入和/或退出點的地點(RSUR)分開，并且所述著陸或起飛點連同所述極限曲線的所述段一起顯示在顯示裝置上。
4.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述顯示裝置上顯示所述圖表(D)，所述圖表(D)至少包括所述著陸或起飛點、圓心在所述點上的一個或多個圓(C2、C3、DCA3、DCA15、DCD2、DCD6)的至少一部分、以及所述極限曲線部分。
5.如權利要求2至4中任何一項所述的方法，其特征在于，第一顏色或紋理施加到所述極限曲線部分內延伸的所述圖表的一部分(RSUR)，而不同于所述第一顏色或紋理的第二顏色或紋理施加到所述極限曲線部分外延伸的所述圖表的部分(RNONSUR)，所述圖表的這些部分顯示在所述顯示裝置上。
6.如權利要求1至5中任何一項所述的方法，其特征在于，高度裕度(M)與模板或曲線圖相關聯(lián)，以便補償定位點(PP)和/或障礙物中的誤差，和/或以便考慮飛越裕度。
7.如權利要求1至6中任何一項所述的方法，其特征在于，所述模板或曲線圖包括單一直線段。
8.如權利要求1至6中任何一項所述的方法，其特征在于，所述模板或曲線圖包括多個線段。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述各段在垂直平面內的投影對齊。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述各段在水平平面內的投影對齊。
11.如權利要求1至10中任何一項所述的方法，其特征在于，代表進入和/或退出點(PE、PS)的符號顯示在所述裝置(16)上，所述符號被第一圓和第二圓包圍，所述第一圓代表對應于所述點的定位誤差的第一裕度，而所述第二圓與所述第一圓同心并代表附加的水平的導航裕度。
12.一種在著陸或起飛點(PP)附近幫助導航飛機的裝置，其特征在于，所述裝置包括·包含障礙物(O1、O2、O3)特征的數據庫(11)；·設置有用來從所述數據庫中讀取障礙物特征的裝置(12)的計算機(10)；·用來將所述著陸點或起飛點的坐標輸入到所述計算機內的工具(14)；·與計算機協(xié)作的裝置(13)，其響應于著陸或起飛點的坐標以及接近或離開高度，在考慮預定的爬升/下降模板或曲線圖(R1、R2、R3、PR、PR1、PR3)的情況下，確定在所述高度處不安全的進入和/或退出點的地點(RNONSUR)；以及·對飛行員呈現(xiàn)所述地點的裝置(15、16)。
13.如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述數據庫(11)包括自然或人造障礙物(O1、O2、O3)的坐標和尺寸。
14.如權利要求12或13所述的裝置，其特征在于，包括用來將接近高度或離開高度輸入到所述計算機內的工具(14)，所述工具適于由飛機的飛行員操縱。
15.如權利要求12至14中任何一項所述的裝置，其特征在于，所述輸入工具(14)是指示器裝置或操縱桿。
16.如權利要求12至15中任何一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置安裝在或適用于安裝在飛機上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一在著陸或起飛點附近幫助導航飛機的方法，該方法對一給定的接近和/或離開高度，確定到達著陸點和/或起飛點的不安全的進入和/或退出點的地點；以及在一顯示裝置上呈現(xiàn)包括所述地點的圖表。
文檔編號G08G5/00GK101027618SQ200580032455
公開日2007年8月29日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權日2004年9月28日
發(fā)明者J·阿斯特洛克 申請人:尤洛考普特公司