用于改进导航性能的飞行器系统和方法
用于改进导航性能的飞行器系统和方法
【专利摘要】用于改进导航性能的飞行器系统和方法。提供了高完整性导航系统和方法。该方法包括执行飞行器的期望飞行路径（例如，向机场的进场）的循环冗余校验（CRC），以及将所述CRC与对识别出的飞行路径所执行的所存储的CRC相比较。如果该比较超过第一阈值，则提供第一报警，其中飞行员将执行公布的错过的进场。当飞行器的传感器位置与高完整性飞行路径；所定义的飞行路径与高完整性飞行路径；以及传感器位置与由飞行管理系统确定的飞行器位置中的一个或多个比较被执行并且超过了阈值时，提供（也要求错过的进场的）第二报警。
【专利说明】用于改进导航性能的飞行器系统和方法
【技术领域】
[0001]本文中所描述的示例性实施例总体上涉及飞行器导航并且更特别地涉及用于改进飞行器通过所需导航性能(RNP)导航的能力的系统和方法。
【背景技术】
[0002]进场和着陆是飞行的最困难阶段，由于所需要的精确行动和增加的飞行员工作负荷。当飞行仪表进场时，飞行员被训练来监控行进并参照飞行仪表(例如，飞行指挥仪(FD)、滑翔路径偏差标度尺以及水平位置指示器(HSI))来进行调整。由飞行管理系统(FMS)驱动的这些标准飞行仪表已经被设计用于以准确且不含糊的方式提供指引提示。遍及世界的政府机构(诸如美国的联邦航空局(FAA))在航空工业中提供标准并且认证用于一般安全性的FMS软件。以特定设计保障等级(DAL)对FMS的证书进行定等级，其通过在系统中检查故障状况的效果来根据安全性评估过程和危险分析被确定。
[0003]许多飞行器FMS被设计并且被认证为软件DAL C (等级C)，如D0-178B机载系统中的软件考虑和装备证书中所定义的那样。然而，许多仪表进场需要被认证为DAL B的导航系统。因此，等级C FMS不能够飞行这些更加严格的进场。
[0004]RNP是RNAV外加机载性能监控和报警能力。RNP操作的定义特性是飞行器导航系统的能力，该飞行器导航系统监控它实现的导航性能，并且如果在操作期间需求不被满足，则通知机务人员。该机载监控和报警能力增强了飞行员的态势感知并且可以实现减小的障碍物清除或者更近的路线间距，而无需由空中交通管制干预。
[0005]RNP是一种类型的基于性能的导航，其定义了针对特定机动飞行(例如，向机场的进场)由飞行器需要的性能等级。RNP系统的当前特定需求包括以可靠性、可重复性以及可预测性而跟随期望的地面轨迹(包括弯曲路径)的能力；并且其中竖直轮廓被包括用于竖直指引，竖直角度或特定高度约束的使用可以用于定义所期望的竖直路径。可以根据系统安装、架构和配置以不同的形式提供性能监控和报警能力，包括所需要和所估计的导航系统性能这两者的显示和指示；对系统性能的监控和当RNP需求不被满足时对机务人员报警；以及按RNP的规定来进行交叉轨迹偏差显示，与单独的监控和报警相结合以用于导航完整性。
[0006]RNP系统利用其导航传感器、系统架构和操作模式来满足RNP导航规范需求。它必须执行传感器和数据的完整性和合理性检查，并且可以提供对特定类型的导航帮助取消选定的手段以防止向不适当传感器的逆转。RNP需求可以限制飞行器的操作模式，其中飞行技术错误(FTE)是重要的因素。也可以根据预期的操作或需要而需要双系统/传感器安装。
[0007]通常，飞行器效用通过飞到更低的最小值或最小高度(在其之下机务人员看见跑道或执行错过的进场)的能力被增加。在RNP进场中，最小值越低，RNP值越低。当前证书指引允许由具有DAL C的FMS飞行0.3匪(飞机被期待停留在其中的路径宽度)的RNP值。对于更低的RNP值，例如，0.29匪降至0.10匪，其转变为更低的最小值，当前证书指引期待FMS (和其它重要的航空电子设备)被认证为DAL B。[0008]因此，期望提供一种用于通过改进导航可靠性来改进飞行器导航的能力的系统和方法。此外，与附图和前述【技术领域】及【背景技术】进行结合，根据随后详细的描述和所附的权利要求书，示例性实施例的其它期望特征和特性将变得显而易见。
【发明内容】
[0009]一种通过改进导航可靠性来改进飞行器导航的能力的系统和方法。
[0010]第一示例性实施例包括允许飞行器通过所需导航性能来进行导航的方法，所述飞行器包括飞行管理系统、处理器和显示器，所述方法包括:在飞行管理系统中存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验；在飞行管理系统中将所述飞行路径之一识别为期望的飞行路径；显示所述期望的飞行路径；由处理器针对所述期望的飞行路径计算第二循环冗余校验；由处理器将所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验相比较；当所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过第一阈值时，由处理器向显示器提供第一报警信号；由飞行器的外部传感器确定飞行器的传感器位置；在处理器内将所述传感器位置与高完整性飞行路径相比较；以及当所述传感器位置与所述高完整性飞行路径的比较超过第二阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号和所述高完整性飞行路径；当所述第一报警信号被提供时，显示第一报警；以及当所述第二报警信号被提供时，显示第二报警。
[0011]第二示例性实施例包括允许飞行器通过所需导航性能来进行导航的方法，所述飞行器包括飞行管理系统、处理器和显示器，所述方法包括在飞行管理系统中存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验；在飞行管理系统中将所述飞行路径之一识别为期望的飞行路径；由处理器针对期望的飞行路径计算第二循环冗余校验；由处理器比较所识别出的飞行路径的第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验；当所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过了第一阈值时，由处理器向显示器提供第一报警信号；执行选自由以下各项构成的组中的行动的至少一个:在处理器内比较如由处理器确定的飞行器的传感器位置与高完整性飞行路径，由飞行管理系统确定所定义的飞行路径并且比较所定义的飞行路径与高完整性飞行路径，以及比较传感器位置与由飞行管理系统确定的飞行器位置；当行动中的至少一个超过阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号；当所述第一报警信号被提供时，在显示器上显示第一报警；以及当所述第二报警信号被提供时，在显示器上显示第二报警。
[0012]第三示例性实施例包括飞行器导航系统，其包括飞行管理系统，其包括导航数据库并被配置为:存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验；以及识别所述飞行路径之一；确定飞行器的传感器位置；处理器，其被耦合到所述飞行管理系统，所述处理器被配置为:针对识别出的飞行路径计算第二循环冗余校验；将所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验相比较；以及当所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过第一阈值时，向显示器提供第一报警信号；确定高完整性飞行路径；将所述传感器位置与高完整性飞行路径相比较；以及当所述传感器位置与所述高完整性飞行路径的比较超过第二阈值时，提供第二报警信号和所述高完整性飞行路径；以及显示器，其被耦合到所述飞行管理系统并且被配置为:响应于所述第一报警信号而显示第一报警；以及响应于所述第二报警信号而显示第二报警。【专利附图】
【附图说明】
[0013]将在下文中结合下列附图来描述本发明，其中类似的附图标记指示类似的元件，以及
图1是根据示例性实施例的导航系统的框图；以及 图2是根据示例性实施例的用于导航飞行器的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]下列详细的描述在本质上仅仅是说明性的并且不意图限制本主题或本申请的实施例和此类实施例的使用。在本文中被描述为示例的任何实施方式并不必需被解释为比其它实施方式优选或有利。此外，不存在被呈现在先前的【技术领域】、【背景技术】、
【发明内容】
或随后的详细描述中的任何表达的或暗示的理论所约束的意图。
[0015]监控器(软件)独立地执行飞行器的被识别出的飞行路径(例如，向机场的进场)的循环冗余校验(CRC)并且将该CRC与对从多个存储的飞行路径中识别出的飞行路径所执行的另一个CRC相比较。如果该比较超过第一阈值，则第一报警被执行，其中飞行员将要执行所公布的错过的进场。如果未超过第一阈值，则确定飞行器实际飞行路径，并且进行由FMS确定的飞行器的位置与所识别出的飞行路径的比较。如果该比较超过第二阈值，则第二报警和新的飞行路径被提供，其中飞行员将使用新的飞行路径来执行错过的进场。如果未超过第二阈值，则可以继续进行该进场。附加的比较可以包括实际的飞行路径与所识别出的飞行路径，和传感器位置与FMS所确定的位置。如果这些阈值被超过，则第二报警和新的飞行路径被提供，其中飞行员将使用新的飞行路径来执行错过的进场。如果这些阈值未被超过，则可以继续进行该进场。该监控器和方法提供了设计保障等级B (DAL-B)或更好的等级评定，如D0-178B机载系统中的软件考虑和装备证书中所定义的那样。
[0016]可以在本文中按照功能和/或逻辑块部件并且参照可以由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述技术和科技。这种操作、任务和功能有时也被称为是计算机执行的、计算机化的、软件实施的或计算机实施的。实际上，一个或多个处理器设备可以通过操纵表示系统存储器中的存储器位置处的数据位的电信号以及信号的其它处理来执行所描述的操作、任务和功能。数据位被保持的存储器位置是具有对应于数据位的特定电、磁、光或有机属性的物理位置。应当认识到的是，可以通过被配置为执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现附图中示出的各种块部件。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，其可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功倉泛。
[0017]为了简洁，在本文中可能不详细地描述关于图形和图像处理、导航、飞行规划、飞行器控制、飞行器数据通信系统和特定系统和子系统(以及其各个操作部件)的其它功能方面的传统技术。此外，在本文中包含的各种附图中示出的连接线意图是表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应当注意的是，可以在本主题的实施例中呈现许多可替换或附加功能关系或物理连接。
[0018]参照图1，示例性飞行驾驶舱导航系统100被描绘并且将被描述用于实施本发明。系统100包括用户接口 102、导航计算机104 (例如，FMS)、处理器106、一个或多个导航数据库108、各种可选的传感器112、各种外部数据源114、以及显示设备116。在一些实施例中，用户接口 102和显示设备116可以被组合在同一设备中，例如，触摸板。用户接口 102与FMS104和处理器106处于可操作的通信中并且被配置为接收来自用户109 (例如，飞行员)的输入，并且响应于该用户输入而向FMS104和处理器106供给命令信号。用户接口 102可以是各种已知用户接口设备的任何一个或组合，所述各种已知用户接口设备包括，但不限于，光标控制设备(未示出)，诸如鼠标、跟踪球或操纵杆、和/或键盘、一个或多个按钮、开关或手柄。
[0019]FMS104可以包括许多已知的通用微处理器103或响应于程序指令而操作的专用处理器之一。在描绘的实施例中，FMS104包括机载存储器105。控制处理器103的程序指令可以被存储在存储器105中。将认识到的是这仅仅是用于存储操作系统软件和软件例程的一个方案的示例，并且各种其它的存储方案可以被实现。还将认识到的是，可以使用各种其它电路来实施处理器104，不仅仅是可编程处理器。例如，也可以使用数字逻辑电路和模拟信号处理电路。
[0020]处理器106进行操作来监控飞行器的导航，并且被耦合到FMS104、GPS接收器122和其它航空电子设备接收器118。处理器包括用于存储来自FMS104、GPS接收器122和其它航空电子设备接收器118的指令(软件)和数据的存储器(107)。
[0021]存储器105、107可以被实现为RAM存储器、闪存、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除磁盘、CD-ROM、或本领域中已知的任何其它形式的存储介质。在这一点上，存储器105、107可以分别被耦合到处理器103、106，使得处理器103、106可以从存储器105、107读取信息并且向存储器105、107写入信息。在替换方案中，可以使存储器105与处理器103成一体并且可以使存储器107与处理器106成一体。作为一个示例，处理器106和存储器107可以存在于ASIC中。实际上，可以使用在存储器107中保持的程序代码来实现导航系统100的功能或逻辑模块/部件。
[0022]可以用通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何适合的可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或被设计用于执行在本文中描述的功能的任何组合来实施或实现处理器103、106。处理器设备可以被实现为微处理器、控制器、微控制器、或状态机。此外，处理器设备可以被实施为计算设备的组合，例如数字信号处理器和微处理器、多个微处理器、结合数字信号处理器核的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置的组合。
[0023]不论处理器103如何具体地被实施，它与处理器106、导航数据库108、以及显示设备116都处在可操作的通信中，并且被耦合来从各种传感器112接收各种类型的飞行器状态数据、以及从外部数据源114接收各种其它环境相关数据。处理器103被配置为，响应于惯性数据和航空电子设备相关数据而选择性地从导航数据库108中的一个或多个中检索导航数据，并且向显示设备116供给适当的显示命令。显示设备116响应于例如来自触摸屏、键盘、光标控制、线选择、同心手柄、语音控制、以及数据链路消息的显示命令而选择性地渲染各种类型的文本、图形和/或图标信息。将在下面进一步更加详细地描述由显示设备116渲染文本、图形和/或图标信息的优选方式。然而，在那样做之前，至少在描绘的实施例中将提供数据库108、传感器112以及外部数据源114的简要描述。[0024]导航数据库108包括各种类型的导航相关的数据。这些导航相关的数据包括各种飞行规划相关的数据，诸如，例如，航路点、航路点之间的距离、航路点之间的方向、与不同机场相关的数据、导航帮助、障碍物、专用空域、政治边界、通信频率、以及飞行器进场信息。将认识到的是，尽管为了清楚和便利而将导航数据库108示出为与FMS104分离地被存储，但是这些数据库108的任一个或两者的全部或部分可以被加载到存储器105中，或者一体地形成为处理器103和/或存储器105的部分。导航数据库108也可以是与系统100物理地分离的设备或系统的部分。
[0025]可以使用现在已知或在未来开发的各种类型的传感器、系统和或子系统来实施传感器112，用于供给各种类型的飞行器状态数据。该状态数据也可以改变，但优选地包括表示飞行器的地理位置的数据以及还有其它数据，诸如，例如飞行器速度、方向、高度和姿势。
[0026]外部数据源114 (或子系统)的数量和类型也可以改变，但典型地包括，例如，GPS接收器122、其它航空电子设备接收器118，包括例如V0R/ILS以及数据链路单元119。其它航空电子设备接收器将包括，例如，地形避让和警告系统(TAWS)，空中防撞系统(TCAS)Jft道感知与提醒系统(RAAS)、飞行指挥仪和导航计算机。
[0027]GPS接收器122是多通道接收器，其中每一个通道被调谐来接收由绕地球轨道而行的GPS卫星(未图示)的星群发射的GPS广播信号中的一个或多个。每个GPS卫星每天环绕地球两次，并且轨道被布置使得至少四个卫星总是在来自地球上的几乎任何地方的视线内。GPS接收器122在来自GPS卫星中的至少三个并且优选四个或更多的GPS广播信号的接收时，确定GPS接收器122和GPS卫星之间的距离和GPS卫星的位置。基于这些确定，GPS接收器122使用被称为三边测量术的技术来确定例如飞行器位置、对地速度以及地面航迹角。这些数据可以被供给到处理器104，其可以确定从那里的飞行器滑翔斜率偏差。然而，优选地，GPS接收器122被配置为确定并向处理器104供给表示飞行器滑翔斜率偏差的数据。
[0028]如以上提到的，显示设备116响应于从处理器104供给的显示命令而选择性地渲染各种文本、图形和/或图标信息，并且由此向用户109供给视觉反馈。将认识到的是，可以使用适合于以用户109可观看的格式渲染文本、图形和/或图标信息的许多已知的显示设备中的任何一种来实施显示设备116。此类显示设备的非限制性示例包括各种阴极射线管(CRT)显示器和各种平板显示器，诸如各种类型的IXD (液晶显示器)和TFT (薄膜晶体管)显示器。显示设备116可以附加地被实施为面板安装显示器、HUD (平视显示器)投影、或许多已知技术中的任何一种。附加地注意的是，显示设备116可以被配置为许多类型的飞行器飞行驾驶舱显示器中的任一个。例如，它可以被配置为多功能显示器、水平位置指示器或垂直位置指示器，仅举几例。然而，在描绘的实施例中，显示设备116被配置为主要飞行显示器(PFD)。
[0029]在操作中，显示设备116也被配置为对主飞行器处理当前飞行状态数据。在这一点上，飞行状态数据的源生成、测量和/或提供与主飞行器的操作状态、主飞行器正在操作的环境、飞行参数等相关的不同类型的数据。实际上，可以使用航线可替换单元(LRU)、换能器、加速度计、仪表、传感器以及其它众所周知的设备来实现飞行状态数据源。由飞行状态数据源提供的数据可以包括，但不限于:空速数据；对地速度数据；高度数据；包括倾斜数据和滚动数据的姿势数据；偏航数据；诸如GPS数据之类的地理位置数据；时间/日期信息；方向信息；天气信息；飞行路径数据；轨迹数据；雷达高度数据；地理高度数据；风速数据；风向数据等。显示设备116被适当地设计用于以在本文中更详细地描述的方式处理从飞行状态数据源得到的数据。特别地，当渲染SVS显示时，显示设备116可以使用主飞行器的飞行状态数据。
[0030]机载数据链路119被耦合到外部数据链路120并且被配置为从地面站点和其它飞行器接收数据。所接收的数据的示例包括，例如，天气信息、业务信息、路线改变、以及清除和报警(包括NOTAMS)。根据本示例性实施例，机载数据链路单元119接收导航路线(例如，向机场的进场)以及针对导航路线中的每一个的循环冗余校验(CRC)。
[0031]图2是图示了适合供飞行驾驶舱显示系统(诸如导航系统100)使用的导航过程200的示例性实施例的流程图。过程200表示了用于在主飞行器的机载显示器元件上显示飞行器交通信息的方法的一个实施方式。结合过程200执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或它们的组合执行。为了说明的目的，过程200的下列描述可以参照结合图1在以上提到的元件。实际上，过程200的部分可以由所描述的系统的不同元件(例如，处理器、显示器元件或数据通信部件)执行。应当认识到的是，过程200可以包括任何数量的附加或可替换的任务，在图2中示出的任务不需要以说明的顺序被执行，并且过程200可以被结合到具有未在本文中详细描述的附加功能的更全面的处理或过程中。此外，在图2中示出的任务中的一个或多个工作可以从过程200的实施例中省略，只要预期的整体功能保持完整。
[0032]参照图2，该方法包括针对多个飞行路径中的每一个(例如，向机场的进场)计算202第一循环冗余校验(CRC)。该步骤202优选地在地面被完成并且典型地每28天被提供给飞行器一次。飞行路径和第一 CRC被存储204在飞行器的FMS 104中。期望的飞行路线被识别206(其可以由FMS 104中存储的飞行规划完成或由飞行员选择)，并且在处理器106中针对识别出的飞行路径来计算208第二 CRC。
[0033]如果识别出的飞行路径的第一 CRC与第二 CRC的比较超过了阈值210，则向显示器116并且可选择地向扬声器117提供第一报警，其中飞行员将发起214公布的错过的进场。
[0034]如果识别出的飞行路径的第一 CRC与第二 CRC的比较未超过210阈值，如果216传感器位置与高完整性飞行路径的比较未超过第二阈值，如果218实际的飞行器的传感器位置和由FMS确定的位置的比较未超过第三阈值，则FMS104确定220为实际的飞行路径，并且如果222由处理器106进行的所定义的飞行路径与高完整性飞行路径的比较218未超过第二阈值218，如果224 FMS 104信息可用，并且如果226高完整性飞行路线未被完成，则重复该比较216。如果第二、第三和第四阈值中的任一个被超过，则向显示器116并且选择性地向扬声器117提供228第二报警信号和高完整性飞行路径。飞行员然后将使用高完整性飞行路径来执行230错过的进场。
[0035]监控器包括数据条目的创建、FMS功能和监控功能。数据条目是针对FMS104的导航数据库的生成。该数据条目优选地每28天发生并包括称为RNP最终进场分段(RFAS)数据块的新存储元件。生成202导航数据库的过程将收集多个最终进场分段飞行路径的航路点和支路(leg)并且在RFAS数据块中分离地存储204它们。过程也将基于RFAS数据块的内容计算208循环冗余校验(CRC)并且将结果值附到RFAS数据块。RFAS数据块表示飞行规划中的至少一部分(例如，最终进场部分)的高完整性数据表示。优选的是，在使用了监控功能的数据库中针对每个进场创建RFAS数据块，并且优选地将针对在RNP进场内的每个低RNP最小值生成RFAS数据块。
[0036]在飞行之前(当导航数据库被创建时)，创建202 RFAS数据块的数据条目被加载。包括在RFAS数据块中的数据可以针对每个机场包括至少一个跑道、路线类型、RNP等级需求、最终进场固定纬度和经度、在最终进场方位和错过的进场点之间的支路数量、计算的CRC,以及针对每个支路:支路类型，例如，固定轨迹或固定半径，航路点纬度和经度，弧中心纬度和经度、半径以及转向方向。
[0037]FMS存储204包括RFAS数据块的导航数据库。当由具有关联的RFAS数据块的空勤人员选择206进场时，FMS将经由数据总线使RFAS数据块可用。
[0038]监控功能将读取已经被投放在数据总线上的RFAS数据块，使用与数据库生成器元件相同的算法计算208数据的CRC，并且将比较210该计算的结果与嵌入在RFAS数据块中的CRC值。如果值不一致，则结论是在RFAS数据块中的数据已经被损坏并且监控器不能用于进场。假设CRC比较一致，监控功能将使用来自导航传感器(例如GPS或ILS)的飞行器位置，并计算沿着如在RFAS数据块中描述的飞行路径(例如，最终进场路线)的飞行器位置。根据此，监控功能将根据最终进场路线来计算交叉轨迹偏差。监控器可以当交叉轨迹值超过给定值(例如，进场的RNP值(其以海里为单位被列出))时发出228报警，或者该监控器在将交叉轨迹值与不同的交叉轨迹值(例如，由FMS计算的交叉轨迹值)比较并且发现差超过阈值后，发出报警。可选择地，监控器可以针对任何一个条件发出报警。当监控器确定报警条件已经被检测到时，它将通过机务人员接口(显示器或选择性地音频信号)对机务人员报警。
[0039]优选实施例包括显示器和监控器功能可以向空勤人员显示的五个状态。状态1:监控器和显示器功能不是活动的(以第一格式(例如，白色)显示进场域)。状态2:监控器和显示器功能指示系统在进场分段期间处于容限内(以第二格式(例如，绿色)显示)。状态3:监控器和显示器功能不能支持所选择的最小值(以第三格式(例如，黄色)显示)，针对其空勤人员可以继续向可替换的最小值进场或执行错过的进场。状态4:监控器和显示器功能指示错过的进场，因为系统不能支持针对所选择的进场的任何最小值(以第四格式(例如，橙色)显示)。
[0040]当进场已经被加载到FMS中时，当该进场被选择时系统将转变成状态I。如果空勤人员发起错过的进场、改变目的地或进场、或者完成进场，则系统将转变成状态O。如果最小值是低RNP值并且期望的最小值是可用的，则系统将转变成状态3，以及如果期望的最小值是不可用的，则系统将转变成状态4。
[0041 ] 如果在若干情况(例如，位置估计、路径转向、路径定义以及FMS健康)之一中阈值被超过，则显示器功能将发起报警。
[0042]四个报警计算将呈现并且在下列段落中被描述。超出它的阈值的任何一个报警将发起监控器报警。
[0043]位置估计算法将计算在FMS位置和原始传感器(GPS或混合IRS)位置之间的绝对距离。报警阈值将是与传感器的当前品质因数(FOM)的1.5倍和当前RNP值的1.0倍的较大者相比的计算距离。
[0044]路径转向算法将计算在原始传感器位置和监控器计算的进场路径中心线之间的交叉轨迹距离。报警阈值将是与当前RNP值的1.5倍的较大者相比的计算距离。如果自动飞行员参与并且侧面飞行指挥仪模式是LNAV，该报警算法将仅是活动的。
[0045]路径定义算法将计算在FMS当前支路交叉轨迹误差和监控器计算的交叉轨迹误差之间的Λ距离。报警阈值将是传感器的当前FOM (品质因数)的1.5倍和当前RNP的得
1.0倍的较大者。
[0046]FMS健康算法将监控来自FMS的关键输出数据。如果该数据不是新的并且有效期为6秒，则报警阈值将被满足。
[0047]虽然已经在前述详细的描述中呈现了至少一个示例性实施例，但是应当认识到的是，存在大量的变形。还应当认识到的是，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并且不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述详细的描述将为本领域中的技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的便利路线图，要理解的是，可以在示例性实施例中所描述的功能和元件的布置方面作出各种改变，而无需背离如所附权利要求书中阐述的本发明的范围。
【权利要求】
1.一种允许飞行器通过所需导航性能进行导航的方法，所述飞行器包括飞行管理系统、处理器和显示器，所述方法包括: 在飞行管理系统中存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验； 在飞行管理系统中将所述飞行路径之一识别为期望的飞行路径； 显示所述期望的飞行路径； 由处理器针对所述期望的飞行路径计算第二循环冗余校验； 由处理器将所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验相比较； 当所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过第一阈值时，由处理器向显不器提供第一报警信号； 由飞行器的外部传感器确定飞行器的传感器位置； 在处理器内将所述传感器位置与高完整性飞行路径相比较；以及当所述传感器位置与所述高完整性飞行路径的比较超过第二阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号和所述高完整性飞行路径； 当所述第一报警信号被提供时，显示第一报警；以及 当所述第二报警信号被提供时，显示第二报警。
2.权利要求1的方法，进一步包括: 当传感器位置与由飞行管理系统确定的飞行器位置的比较超过第三阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号和新的飞行路径。
3.权利要求1的方法，进一步包括: 由飞行管理系统确定所定义的飞行路径；以及 当所述所定义的飞行路径与高完整性飞行路径的比较超过第三阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
4.权利要求1的方法,进一步包括: 当来自飞行管理系统的信息不可用时，由处理器向显示器提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
5.权利要求1的方法，进一步包括: 当第一报警信号被提供时，显示公布的错过的进场。
6.权利要求1的方法，其中顺次完成所述步骤并且进一步包括: 重复将传感器位置与高完整性飞行路径相比较的步骤，直到完成了识别出的飞行路径。
7.一种飞行器导航系统，包括: 飞行管理系统，其包括导航数据库并被配置为: 存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验； 识别所述飞行路径之一； 确定飞行器的传感器位置； 处理器，其被耦合到所述飞行管理系统，所述处理器被配置为: 针对识别出的飞行路径计算第二循环冗余校验；将所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验相比较；以及当所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过第一阈值时，向显示器提供第一报警信号； 确定高完整性飞行路径； 将所述传感器位置与高完整性飞行路径相比较；以及 当所述传感器位置与所述高完整性飞行路径的比较超过第二阈值时，提供第二报警信号和所述高完整性飞行路径；以及 显示器，其被耦合到所述飞行管理系统并且被配置为: 响应于所述第一报警信号而显示第一报警；以及 响应于所述第二报警信号而显示第二报警。
8.权利要求7的飞行器显示系统，其中飞行导航系统进一步被配置为: 确定所定义的飞行路径； 以及所述处理器进一步被配置为: 当所述所定义的飞行路径与所述高完整性飞行路径的比较超过第三阈值时，提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
9.权利要求7的飞行器显示系统，进一步包括外部传感器，其被配置为: 感测飞行器的第二位置；以及 其中所述处理器进一步被配置为: 当所述传感器位置与由飞行管理系统确定的飞行器位置的比较超过第三阈值时，提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
10.权利要求7的飞行器显示系统，其中所述处理器进一步被配置为: 当来自飞行管理系统的信息不可用时，提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
11.权利要求7的飞行器显示系统，其中所述处理器进一步被配置为: 当第一报警信号被提供时，显示公布的错过的进场。
12.权利要求7的飞行器显示系统，其中顺次完成所述步骤并且所述处理器进一步被配置为: 重复从将传感器位置与高完整性飞行路径相比较的步骤起的步骤，直到飞行器已经完成了飞行高完整性飞行路径。
【文档编号】G05D1/10GK103543749SQ201310290332
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】C.J.谢希, R.克罗克, K.滕帕斯贝尔, J.约翰逊 申请人:霍尼韦尔国际公司
【专利摘要】用于改进导航性能的飞行器系统和方法。提供了高完整性导航系统和方法。该方法包括执行飞行器的期望飞行路径（例如，向机场的进场）的循环冗余校验（CRC），以及将所述CRC与对识别出的飞行路径所执行的所存储的CRC相比较。如果该比较超过第一阈值，则提供第一报警，其中飞行员将执行公布的错过的进场。当飞行器的传感器位置与高完整性飞行路径；所定义的飞行路径与高完整性飞行路径；以及传感器位置与由飞行管理系统确定的飞行器位置中的一个或多个比较被执行并且超过了阈值时，提供（也要求错过的进场的）第二报警。
【专利说明】用于改进导航性能的飞行器系统和方法
【技术领域】
[0001]本文中所描述的示例性实施例总体上涉及飞行器导航并且更特别地涉及用于改进飞行器通过所需导航性能(RNP)导航的能力的系统和方法。
【背景技术】
[0002]进场和着陆是飞行的最困难阶段，由于所需要的精确行动和增加的飞行员工作负荷。当飞行仪表进场时，飞行员被训练来监控行进并参照飞行仪表(例如，飞行指挥仪(FD)、滑翔路径偏差标度尺以及水平位置指示器(HSI))来进行调整。由飞行管理系统(FMS)驱动的这些标准飞行仪表已经被设计用于以准确且不含糊的方式提供指引提示。遍及世界的政府机构(诸如美国的联邦航空局(FAA))在航空工业中提供标准并且认证用于一般安全性的FMS软件。以特定设计保障等级(DAL)对FMS的证书进行定等级，其通过在系统中检查故障状况的效果来根据安全性评估过程和危险分析被确定。
[0003]许多飞行器FMS被设计并且被认证为软件DAL C (等级C)，如D0-178B机载系统中的软件考虑和装备证书中所定义的那样。然而，许多仪表进场需要被认证为DAL B的导航系统。因此，等级C FMS不能够飞行这些更加严格的进场。
[0004]RNP是RNAV外加机载性能监控和报警能力。RNP操作的定义特性是飞行器导航系统的能力，该飞行器导航系统监控它实现的导航性能，并且如果在操作期间需求不被满足，则通知机务人员。该机载监控和报警能力增强了飞行员的态势感知并且可以实现减小的障碍物清除或者更近的路线间距，而无需由空中交通管制干预。
[0005]RNP是一种类型的基于性能的导航，其定义了针对特定机动飞行(例如，向机场的进场)由飞行器需要的性能等级。RNP系统的当前特定需求包括以可靠性、可重复性以及可预测性而跟随期望的地面轨迹(包括弯曲路径)的能力；并且其中竖直轮廓被包括用于竖直指引，竖直角度或特定高度约束的使用可以用于定义所期望的竖直路径。可以根据系统安装、架构和配置以不同的形式提供性能监控和报警能力，包括所需要和所估计的导航系统性能这两者的显示和指示；对系统性能的监控和当RNP需求不被满足时对机务人员报警；以及按RNP的规定来进行交叉轨迹偏差显示，与单独的监控和报警相结合以用于导航完整性。
[0006]RNP系统利用其导航传感器、系统架构和操作模式来满足RNP导航规范需求。它必须执行传感器和数据的完整性和合理性检查，并且可以提供对特定类型的导航帮助取消选定的手段以防止向不适当传感器的逆转。RNP需求可以限制飞行器的操作模式，其中飞行技术错误(FTE)是重要的因素。也可以根据预期的操作或需要而需要双系统/传感器安装。
[0007]通常，飞行器效用通过飞到更低的最小值或最小高度(在其之下机务人员看见跑道或执行错过的进场)的能力被增加。在RNP进场中，最小值越低，RNP值越低。当前证书指引允许由具有DAL C的FMS飞行0.3匪(飞机被期待停留在其中的路径宽度)的RNP值。对于更低的RNP值，例如，0.29匪降至0.10匪，其转变为更低的最小值，当前证书指引期待FMS (和其它重要的航空电子设备)被认证为DAL B。[0008]因此，期望提供一种用于通过改进导航可靠性来改进飞行器导航的能力的系统和方法。此外，与附图和前述【技术领域】及【背景技术】进行结合，根据随后详细的描述和所附的权利要求书，示例性实施例的其它期望特征和特性将变得显而易见。
【发明内容】
[0009]一种通过改进导航可靠性来改进飞行器导航的能力的系统和方法。
[0010]第一示例性实施例包括允许飞行器通过所需导航性能来进行导航的方法，所述飞行器包括飞行管理系统、处理器和显示器，所述方法包括:在飞行管理系统中存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验；在飞行管理系统中将所述飞行路径之一识别为期望的飞行路径；显示所述期望的飞行路径；由处理器针对所述期望的飞行路径计算第二循环冗余校验；由处理器将所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验相比较；当所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过第一阈值时，由处理器向显示器提供第一报警信号；由飞行器的外部传感器确定飞行器的传感器位置；在处理器内将所述传感器位置与高完整性飞行路径相比较；以及当所述传感器位置与所述高完整性飞行路径的比较超过第二阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号和所述高完整性飞行路径；当所述第一报警信号被提供时，显示第一报警；以及当所述第二报警信号被提供时，显示第二报警。
[0011]第二示例性实施例包括允许飞行器通过所需导航性能来进行导航的方法，所述飞行器包括飞行管理系统、处理器和显示器，所述方法包括在飞行管理系统中存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验；在飞行管理系统中将所述飞行路径之一识别为期望的飞行路径；由处理器针对期望的飞行路径计算第二循环冗余校验；由处理器比较所识别出的飞行路径的第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验；当所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过了第一阈值时，由处理器向显示器提供第一报警信号；执行选自由以下各项构成的组中的行动的至少一个:在处理器内比较如由处理器确定的飞行器的传感器位置与高完整性飞行路径，由飞行管理系统确定所定义的飞行路径并且比较所定义的飞行路径与高完整性飞行路径，以及比较传感器位置与由飞行管理系统确定的飞行器位置；当行动中的至少一个超过阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号；当所述第一报警信号被提供时，在显示器上显示第一报警；以及当所述第二报警信号被提供时，在显示器上显示第二报警。
[0012]第三示例性实施例包括飞行器导航系统，其包括飞行管理系统，其包括导航数据库并被配置为:存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验；以及识别所述飞行路径之一；确定飞行器的传感器位置；处理器，其被耦合到所述飞行管理系统，所述处理器被配置为:针对识别出的飞行路径计算第二循环冗余校验；将所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验相比较；以及当所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过第一阈值时，向显示器提供第一报警信号；确定高完整性飞行路径；将所述传感器位置与高完整性飞行路径相比较；以及当所述传感器位置与所述高完整性飞行路径的比较超过第二阈值时，提供第二报警信号和所述高完整性飞行路径；以及显示器，其被耦合到所述飞行管理系统并且被配置为:响应于所述第一报警信号而显示第一报警；以及响应于所述第二报警信号而显示第二报警。【专利附图】
【附图说明】
[0013]将在下文中结合下列附图来描述本发明，其中类似的附图标记指示类似的元件，以及
图1是根据示例性实施例的导航系统的框图；以及 图2是根据示例性实施例的用于导航飞行器的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]下列详细的描述在本质上仅仅是说明性的并且不意图限制本主题或本申请的实施例和此类实施例的使用。在本文中被描述为示例的任何实施方式并不必需被解释为比其它实施方式优选或有利。此外，不存在被呈现在先前的【技术领域】、【背景技术】、
【发明内容】
或随后的详细描述中的任何表达的或暗示的理论所约束的意图。
[0015]监控器(软件)独立地执行飞行器的被识别出的飞行路径(例如，向机场的进场)的循环冗余校验(CRC)并且将该CRC与对从多个存储的飞行路径中识别出的飞行路径所执行的另一个CRC相比较。如果该比较超过第一阈值，则第一报警被执行，其中飞行员将要执行所公布的错过的进场。如果未超过第一阈值，则确定飞行器实际飞行路径，并且进行由FMS确定的飞行器的位置与所识别出的飞行路径的比较。如果该比较超过第二阈值，则第二报警和新的飞行路径被提供，其中飞行员将使用新的飞行路径来执行错过的进场。如果未超过第二阈值，则可以继续进行该进场。附加的比较可以包括实际的飞行路径与所识别出的飞行路径，和传感器位置与FMS所确定的位置。如果这些阈值被超过，则第二报警和新的飞行路径被提供，其中飞行员将使用新的飞行路径来执行错过的进场。如果这些阈值未被超过，则可以继续进行该进场。该监控器和方法提供了设计保障等级B (DAL-B)或更好的等级评定，如D0-178B机载系统中的软件考虑和装备证书中所定义的那样。
[0016]可以在本文中按照功能和/或逻辑块部件并且参照可以由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述技术和科技。这种操作、任务和功能有时也被称为是计算机执行的、计算机化的、软件实施的或计算机实施的。实际上，一个或多个处理器设备可以通过操纵表示系统存储器中的存储器位置处的数据位的电信号以及信号的其它处理来执行所描述的操作、任务和功能。数据位被保持的存储器位置是具有对应于数据位的特定电、磁、光或有机属性的物理位置。应当认识到的是，可以通过被配置为执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现附图中示出的各种块部件。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，其可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功倉泛。
[0017]为了简洁，在本文中可能不详细地描述关于图形和图像处理、导航、飞行规划、飞行器控制、飞行器数据通信系统和特定系统和子系统(以及其各个操作部件)的其它功能方面的传统技术。此外，在本文中包含的各种附图中示出的连接线意图是表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应当注意的是，可以在本主题的实施例中呈现许多可替换或附加功能关系或物理连接。
[0018]参照图1，示例性飞行驾驶舱导航系统100被描绘并且将被描述用于实施本发明。系统100包括用户接口 102、导航计算机104 (例如，FMS)、处理器106、一个或多个导航数据库108、各种可选的传感器112、各种外部数据源114、以及显示设备116。在一些实施例中，用户接口 102和显示设备116可以被组合在同一设备中，例如，触摸板。用户接口 102与FMS104和处理器106处于可操作的通信中并且被配置为接收来自用户109 (例如，飞行员)的输入，并且响应于该用户输入而向FMS104和处理器106供给命令信号。用户接口 102可以是各种已知用户接口设备的任何一个或组合，所述各种已知用户接口设备包括，但不限于，光标控制设备(未示出)，诸如鼠标、跟踪球或操纵杆、和/或键盘、一个或多个按钮、开关或手柄。
[0019]FMS104可以包括许多已知的通用微处理器103或响应于程序指令而操作的专用处理器之一。在描绘的实施例中，FMS104包括机载存储器105。控制处理器103的程序指令可以被存储在存储器105中。将认识到的是这仅仅是用于存储操作系统软件和软件例程的一个方案的示例，并且各种其它的存储方案可以被实现。还将认识到的是，可以使用各种其它电路来实施处理器104，不仅仅是可编程处理器。例如，也可以使用数字逻辑电路和模拟信号处理电路。
[0020]处理器106进行操作来监控飞行器的导航，并且被耦合到FMS104、GPS接收器122和其它航空电子设备接收器118。处理器包括用于存储来自FMS104、GPS接收器122和其它航空电子设备接收器118的指令(软件)和数据的存储器(107)。
[0021]存储器105、107可以被实现为RAM存储器、闪存、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除磁盘、CD-ROM、或本领域中已知的任何其它形式的存储介质。在这一点上，存储器105、107可以分别被耦合到处理器103、106，使得处理器103、106可以从存储器105、107读取信息并且向存储器105、107写入信息。在替换方案中，可以使存储器105与处理器103成一体并且可以使存储器107与处理器106成一体。作为一个示例，处理器106和存储器107可以存在于ASIC中。实际上，可以使用在存储器107中保持的程序代码来实现导航系统100的功能或逻辑模块/部件。
[0022]可以用通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何适合的可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或被设计用于执行在本文中描述的功能的任何组合来实施或实现处理器103、106。处理器设备可以被实现为微处理器、控制器、微控制器、或状态机。此外，处理器设备可以被实施为计算设备的组合，例如数字信号处理器和微处理器、多个微处理器、结合数字信号处理器核的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置的组合。
[0023]不论处理器103如何具体地被实施，它与处理器106、导航数据库108、以及显示设备116都处在可操作的通信中，并且被耦合来从各种传感器112接收各种类型的飞行器状态数据、以及从外部数据源114接收各种其它环境相关数据。处理器103被配置为，响应于惯性数据和航空电子设备相关数据而选择性地从导航数据库108中的一个或多个中检索导航数据，并且向显示设备116供给适当的显示命令。显示设备116响应于例如来自触摸屏、键盘、光标控制、线选择、同心手柄、语音控制、以及数据链路消息的显示命令而选择性地渲染各种类型的文本、图形和/或图标信息。将在下面进一步更加详细地描述由显示设备116渲染文本、图形和/或图标信息的优选方式。然而，在那样做之前，至少在描绘的实施例中将提供数据库108、传感器112以及外部数据源114的简要描述。[0024]导航数据库108包括各种类型的导航相关的数据。这些导航相关的数据包括各种飞行规划相关的数据，诸如，例如，航路点、航路点之间的距离、航路点之间的方向、与不同机场相关的数据、导航帮助、障碍物、专用空域、政治边界、通信频率、以及飞行器进场信息。将认识到的是，尽管为了清楚和便利而将导航数据库108示出为与FMS104分离地被存储，但是这些数据库108的任一个或两者的全部或部分可以被加载到存储器105中，或者一体地形成为处理器103和/或存储器105的部分。导航数据库108也可以是与系统100物理地分离的设备或系统的部分。
[0025]可以使用现在已知或在未来开发的各种类型的传感器、系统和或子系统来实施传感器112，用于供给各种类型的飞行器状态数据。该状态数据也可以改变，但优选地包括表示飞行器的地理位置的数据以及还有其它数据，诸如，例如飞行器速度、方向、高度和姿势。
[0026]外部数据源114 (或子系统)的数量和类型也可以改变，但典型地包括，例如，GPS接收器122、其它航空电子设备接收器118，包括例如V0R/ILS以及数据链路单元119。其它航空电子设备接收器将包括，例如，地形避让和警告系统(TAWS)，空中防撞系统(TCAS)Jft道感知与提醒系统(RAAS)、飞行指挥仪和导航计算机。
[0027]GPS接收器122是多通道接收器，其中每一个通道被调谐来接收由绕地球轨道而行的GPS卫星(未图示)的星群发射的GPS广播信号中的一个或多个。每个GPS卫星每天环绕地球两次，并且轨道被布置使得至少四个卫星总是在来自地球上的几乎任何地方的视线内。GPS接收器122在来自GPS卫星中的至少三个并且优选四个或更多的GPS广播信号的接收时，确定GPS接收器122和GPS卫星之间的距离和GPS卫星的位置。基于这些确定，GPS接收器122使用被称为三边测量术的技术来确定例如飞行器位置、对地速度以及地面航迹角。这些数据可以被供给到处理器104，其可以确定从那里的飞行器滑翔斜率偏差。然而，优选地，GPS接收器122被配置为确定并向处理器104供给表示飞行器滑翔斜率偏差的数据。
[0028]如以上提到的，显示设备116响应于从处理器104供给的显示命令而选择性地渲染各种文本、图形和/或图标信息，并且由此向用户109供给视觉反馈。将认识到的是，可以使用适合于以用户109可观看的格式渲染文本、图形和/或图标信息的许多已知的显示设备中的任何一种来实施显示设备116。此类显示设备的非限制性示例包括各种阴极射线管(CRT)显示器和各种平板显示器，诸如各种类型的IXD (液晶显示器)和TFT (薄膜晶体管)显示器。显示设备116可以附加地被实施为面板安装显示器、HUD (平视显示器)投影、或许多已知技术中的任何一种。附加地注意的是，显示设备116可以被配置为许多类型的飞行器飞行驾驶舱显示器中的任一个。例如，它可以被配置为多功能显示器、水平位置指示器或垂直位置指示器，仅举几例。然而，在描绘的实施例中，显示设备116被配置为主要飞行显示器(PFD)。
[0029]在操作中，显示设备116也被配置为对主飞行器处理当前飞行状态数据。在这一点上，飞行状态数据的源生成、测量和/或提供与主飞行器的操作状态、主飞行器正在操作的环境、飞行参数等相关的不同类型的数据。实际上，可以使用航线可替换单元(LRU)、换能器、加速度计、仪表、传感器以及其它众所周知的设备来实现飞行状态数据源。由飞行状态数据源提供的数据可以包括，但不限于:空速数据；对地速度数据；高度数据；包括倾斜数据和滚动数据的姿势数据；偏航数据；诸如GPS数据之类的地理位置数据；时间/日期信息；方向信息；天气信息；飞行路径数据；轨迹数据；雷达高度数据；地理高度数据；风速数据；风向数据等。显示设备116被适当地设计用于以在本文中更详细地描述的方式处理从飞行状态数据源得到的数据。特别地，当渲染SVS显示时，显示设备116可以使用主飞行器的飞行状态数据。
[0030]机载数据链路119被耦合到外部数据链路120并且被配置为从地面站点和其它飞行器接收数据。所接收的数据的示例包括，例如，天气信息、业务信息、路线改变、以及清除和报警(包括NOTAMS)。根据本示例性实施例，机载数据链路单元119接收导航路线(例如，向机场的进场)以及针对导航路线中的每一个的循环冗余校验(CRC)。
[0031]图2是图示了适合供飞行驾驶舱显示系统(诸如导航系统100)使用的导航过程200的示例性实施例的流程图。过程200表示了用于在主飞行器的机载显示器元件上显示飞行器交通信息的方法的一个实施方式。结合过程200执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或它们的组合执行。为了说明的目的，过程200的下列描述可以参照结合图1在以上提到的元件。实际上，过程200的部分可以由所描述的系统的不同元件(例如，处理器、显示器元件或数据通信部件)执行。应当认识到的是，过程200可以包括任何数量的附加或可替换的任务，在图2中示出的任务不需要以说明的顺序被执行，并且过程200可以被结合到具有未在本文中详细描述的附加功能的更全面的处理或过程中。此外，在图2中示出的任务中的一个或多个工作可以从过程200的实施例中省略，只要预期的整体功能保持完整。
[0032]参照图2，该方法包括针对多个飞行路径中的每一个(例如，向机场的进场)计算202第一循环冗余校验(CRC)。该步骤202优选地在地面被完成并且典型地每28天被提供给飞行器一次。飞行路径和第一 CRC被存储204在飞行器的FMS 104中。期望的飞行路线被识别206(其可以由FMS 104中存储的飞行规划完成或由飞行员选择)，并且在处理器106中针对识别出的飞行路径来计算208第二 CRC。
[0033]如果识别出的飞行路径的第一 CRC与第二 CRC的比较超过了阈值210，则向显示器116并且可选择地向扬声器117提供第一报警，其中飞行员将发起214公布的错过的进场。
[0034]如果识别出的飞行路径的第一 CRC与第二 CRC的比较未超过210阈值，如果216传感器位置与高完整性飞行路径的比较未超过第二阈值，如果218实际的飞行器的传感器位置和由FMS确定的位置的比较未超过第三阈值，则FMS104确定220为实际的飞行路径，并且如果222由处理器106进行的所定义的飞行路径与高完整性飞行路径的比较218未超过第二阈值218，如果224 FMS 104信息可用，并且如果226高完整性飞行路线未被完成，则重复该比较216。如果第二、第三和第四阈值中的任一个被超过，则向显示器116并且选择性地向扬声器117提供228第二报警信号和高完整性飞行路径。飞行员然后将使用高完整性飞行路径来执行230错过的进场。
[0035]监控器包括数据条目的创建、FMS功能和监控功能。数据条目是针对FMS104的导航数据库的生成。该数据条目优选地每28天发生并包括称为RNP最终进场分段(RFAS)数据块的新存储元件。生成202导航数据库的过程将收集多个最终进场分段飞行路径的航路点和支路(leg)并且在RFAS数据块中分离地存储204它们。过程也将基于RFAS数据块的内容计算208循环冗余校验(CRC)并且将结果值附到RFAS数据块。RFAS数据块表示飞行规划中的至少一部分(例如，最终进场部分)的高完整性数据表示。优选的是，在使用了监控功能的数据库中针对每个进场创建RFAS数据块，并且优选地将针对在RNP进场内的每个低RNP最小值生成RFAS数据块。
[0036]在飞行之前(当导航数据库被创建时)，创建202 RFAS数据块的数据条目被加载。包括在RFAS数据块中的数据可以针对每个机场包括至少一个跑道、路线类型、RNP等级需求、最终进场固定纬度和经度、在最终进场方位和错过的进场点之间的支路数量、计算的CRC,以及针对每个支路:支路类型，例如，固定轨迹或固定半径，航路点纬度和经度，弧中心纬度和经度、半径以及转向方向。
[0037]FMS存储204包括RFAS数据块的导航数据库。当由具有关联的RFAS数据块的空勤人员选择206进场时，FMS将经由数据总线使RFAS数据块可用。
[0038]监控功能将读取已经被投放在数据总线上的RFAS数据块，使用与数据库生成器元件相同的算法计算208数据的CRC，并且将比较210该计算的结果与嵌入在RFAS数据块中的CRC值。如果值不一致，则结论是在RFAS数据块中的数据已经被损坏并且监控器不能用于进场。假设CRC比较一致，监控功能将使用来自导航传感器(例如GPS或ILS)的飞行器位置，并计算沿着如在RFAS数据块中描述的飞行路径(例如，最终进场路线)的飞行器位置。根据此，监控功能将根据最终进场路线来计算交叉轨迹偏差。监控器可以当交叉轨迹值超过给定值(例如，进场的RNP值(其以海里为单位被列出))时发出228报警，或者该监控器在将交叉轨迹值与不同的交叉轨迹值(例如，由FMS计算的交叉轨迹值)比较并且发现差超过阈值后，发出报警。可选择地，监控器可以针对任何一个条件发出报警。当监控器确定报警条件已经被检测到时，它将通过机务人员接口(显示器或选择性地音频信号)对机务人员报警。
[0039]优选实施例包括显示器和监控器功能可以向空勤人员显示的五个状态。状态1:监控器和显示器功能不是活动的(以第一格式(例如，白色)显示进场域)。状态2:监控器和显示器功能指示系统在进场分段期间处于容限内(以第二格式(例如，绿色)显示)。状态3:监控器和显示器功能不能支持所选择的最小值(以第三格式(例如，黄色)显示)，针对其空勤人员可以继续向可替换的最小值进场或执行错过的进场。状态4:监控器和显示器功能指示错过的进场，因为系统不能支持针对所选择的进场的任何最小值(以第四格式(例如，橙色)显示)。
[0040]当进场已经被加载到FMS中时，当该进场被选择时系统将转变成状态I。如果空勤人员发起错过的进场、改变目的地或进场、或者完成进场，则系统将转变成状态O。如果最小值是低RNP值并且期望的最小值是可用的，则系统将转变成状态3，以及如果期望的最小值是不可用的，则系统将转变成状态4。
[0041 ] 如果在若干情况(例如，位置估计、路径转向、路径定义以及FMS健康)之一中阈值被超过，则显示器功能将发起报警。
[0042]四个报警计算将呈现并且在下列段落中被描述。超出它的阈值的任何一个报警将发起监控器报警。
[0043]位置估计算法将计算在FMS位置和原始传感器(GPS或混合IRS)位置之间的绝对距离。报警阈值将是与传感器的当前品质因数(FOM)的1.5倍和当前RNP值的1.0倍的较大者相比的计算距离。
[0044]路径转向算法将计算在原始传感器位置和监控器计算的进场路径中心线之间的交叉轨迹距离。报警阈值将是与当前RNP值的1.5倍的较大者相比的计算距离。如果自动飞行员参与并且侧面飞行指挥仪模式是LNAV，该报警算法将仅是活动的。
[0045]路径定义算法将计算在FMS当前支路交叉轨迹误差和监控器计算的交叉轨迹误差之间的Λ距离。报警阈值将是传感器的当前FOM (品质因数)的1.5倍和当前RNP的得
1.0倍的较大者。
[0046]FMS健康算法将监控来自FMS的关键输出数据。如果该数据不是新的并且有效期为6秒，则报警阈值将被满足。
[0047]虽然已经在前述详细的描述中呈现了至少一个示例性实施例，但是应当认识到的是，存在大量的变形。还应当认识到的是，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并且不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述详细的描述将为本领域中的技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的便利路线图，要理解的是，可以在示例性实施例中所描述的功能和元件的布置方面作出各种改变，而无需背离如所附权利要求书中阐述的本发明的范围。
【权利要求】
1.一种允许飞行器通过所需导航性能进行导航的方法，所述飞行器包括飞行管理系统、处理器和显示器，所述方法包括: 在飞行管理系统中存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验； 在飞行管理系统中将所述飞行路径之一识别为期望的飞行路径； 显示所述期望的飞行路径； 由处理器针对所述期望的飞行路径计算第二循环冗余校验； 由处理器将所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验相比较； 当所识别出的飞行路径的所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过第一阈值时，由处理器向显不器提供第一报警信号； 由飞行器的外部传感器确定飞行器的传感器位置； 在处理器内将所述传感器位置与高完整性飞行路径相比较；以及当所述传感器位置与所述高完整性飞行路径的比较超过第二阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号和所述高完整性飞行路径； 当所述第一报警信号被提供时，显示第一报警；以及 当所述第二报警信号被提供时，显示第二报警。
2.权利要求1的方法，进一步包括: 当传感器位置与由飞行管理系统确定的飞行器位置的比较超过第三阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号和新的飞行路径。
3.权利要求1的方法，进一步包括: 由飞行管理系统确定所定义的飞行路径；以及 当所述所定义的飞行路径与高完整性飞行路径的比较超过第三阈值时，由处理器向显示器提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
4.权利要求1的方法,进一步包括: 当来自飞行管理系统的信息不可用时，由处理器向显示器提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
5.权利要求1的方法，进一步包括: 当第一报警信号被提供时，显示公布的错过的进场。
6.权利要求1的方法，其中顺次完成所述步骤并且进一步包括: 重复将传感器位置与高完整性飞行路径相比较的步骤，直到完成了识别出的飞行路径。
7.一种飞行器导航系统，包括: 飞行管理系统，其包括导航数据库并被配置为: 存储多个飞行路径并且为所述飞行路径中的每一个存储第一循环冗余校验； 识别所述飞行路径之一； 确定飞行器的传感器位置； 处理器，其被耦合到所述飞行管理系统，所述处理器被配置为: 针对识别出的飞行路径计算第二循环冗余校验；将所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验相比较；以及当所述第一循环冗余校验与所述第二循环冗余校验的比较超过第一阈值时，向显示器提供第一报警信号； 确定高完整性飞行路径； 将所述传感器位置与高完整性飞行路径相比较；以及 当所述传感器位置与所述高完整性飞行路径的比较超过第二阈值时，提供第二报警信号和所述高完整性飞行路径；以及 显示器，其被耦合到所述飞行管理系统并且被配置为: 响应于所述第一报警信号而显示第一报警；以及 响应于所述第二报警信号而显示第二报警。
8.权利要求7的飞行器显示系统，其中飞行导航系统进一步被配置为: 确定所定义的飞行路径； 以及所述处理器进一步被配置为: 当所述所定义的飞行路径与所述高完整性飞行路径的比较超过第三阈值时，提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
9.权利要求7的飞行器显示系统，进一步包括外部传感器，其被配置为: 感测飞行器的第二位置；以及 其中所述处理器进一步被配置为: 当所述传感器位置与由飞行管理系统确定的飞行器位置的比较超过第三阈值时，提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
10.权利要求7的飞行器显示系统，其中所述处理器进一步被配置为: 当来自飞行管理系统的信息不可用时，提供第二报警信号和高完整性飞行路径。
11.权利要求7的飞行器显示系统，其中所述处理器进一步被配置为: 当第一报警信号被提供时，显示公布的错过的进场。
12.权利要求7的飞行器显示系统，其中顺次完成所述步骤并且所述处理器进一步被配置为: 重复从将传感器位置与高完整性飞行路径相比较的步骤起的步骤，直到飞行器已经完成了飞行高完整性飞行路径。
【文档编号】G05D1/10GK103543749SQ201310290332
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】C.J.谢希, R.克罗克, K.滕帕斯贝尔, J.约翰逊 申请人:霍尼韦尔国际公司
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