[發(fā)明專利]為預(yù)測飛行器航跡提供數(shù)據(jù)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210020409.0
• 申請日: 2012-01-29
• 公開（公告）號: CN102621987A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·洛佩茲·利奧尼斯;E·卡薩度;M·維拉普拉納;F·A·納瓦羅
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及提供允許預(yù)測飛行器路徑的數(shù)據(jù)，例如在空中交通管理期間。特別地，本發(fā)明涉及使用飛行意圖提供這樣數(shù)據(jù)的方法，該飛行意圖使用形式語言表達(dá)。

背景技術(shù)

由于若干原因，預(yù)測飛行器航跡的能力是有用的。

空中交通管理(ATM)從預(yù)測飛行器航跡的改善能力受益。空中交通管理負(fù)責(zé)飛行器的安全間隔，在擁擠的空域例如機(jī)場周圍的特別需求任務(wù)。基于準(zhǔn)確航跡預(yù)測的ATM決策支持裝置可允許處理更大量的飛行器同時維持安全。

通過航跡，可表示飛行器路徑的四維描述。該描述可以是隨時間的飛行器狀態(tài)的演變，其中該狀態(tài)可包括飛行器質(zhì)心的位置及其運(yùn)動的其它方面，例如速度、姿態(tài)和重量。該益處在ATM在機(jī)場中或機(jī)場周圍操作的情況下特別顯著。

由于在機(jī)場的列位的需求增加，ATM在通過減少飛行器之間間隔增加容量的持續(xù)壓力下：預(yù)測飛行器航跡的提高的準(zhǔn)確度可使其能夠?qū)崿F(xiàn)而不危害安全性。同樣，飛行器航跡的更高可預(yù)測性允許更準(zhǔn)確確定到達(dá)時間，由此使與地面操作更優(yōu)協(xié)調(diào)成為可能。

在當(dāng)前ATM實踐中，飛行器必須通常飛行給定路線。例如，在接近和離開機(jī)場時，分別通常請求飛行器飛行STAR(標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)場路線)和SID(標(biāo)準(zhǔn)儀表離場)。然而，飛行器操作員請求根據(jù)其優(yōu)選飛行的另外靈活性，因此其可更優(yōu)實行其業(yè)務(wù)目標(biāo)。

此外，具有關(guān)于ATM系統(tǒng)促進(jìn)減少飛行器操作環(huán)境影響的增加壓力。作為上面的結(jié)果，ATM系統(tǒng)需要主要依靠噪聲和排放預(yù)測最小化對環(huán)境影響的操作員優(yōu)選航跡和多條航跡的能力。另外，ATM系統(tǒng)必須能夠與其它操作員交換這樣航跡的描述，以便達(dá)到交通問題的協(xié)調(diào)、無沖突的解決方案。

預(yù)測飛行器航跡的能力也有益于自主交通裝置例如無人機(jī)(UAV)的管理，例如在為UAV編制飛行計劃中的管理，以及在命令其航跡和解除其航跡沖突中的管理。

為明確預(yù)測飛行器航跡，必須求解模擬飛行器行為和大氣條件的一組不同方程。計算過程需要如來源于飛行意圖的對應(yīng)飛行器意圖的輸入。

飛行器意圖必須不同于飛行意圖。飛行意圖可以認(rèn)為是飛行計劃概念的概括，并因此反映操作約束和目標(biāo)，例如意圖的或需要的路線和操作員優(yōu)選。一般地，由于飛行意圖含有的信息不需要關(guān)閉飛行器運(yùn)動的全部自由度，因此飛行意圖不明確定義飛行器的航跡。換句話說，可能具有滿足給定飛行意圖的許多飛行器航跡。因此，飛行意圖可以認(rèn)為是飛行的基本藍(lán)圖，但缺少明確計算航跡需要的特定信息。

例如，在STAR或SID期間遵循的指令對應(yīng)飛行意圖的例子。另外，航線優(yōu)選也可形成飛行意圖的例子。為確定飛行器意圖，飛行意圖的實例如SID程序、航線的操作優(yōu)選和實際飛行員的決策過程必須結(jié)合。這是因為飛行器意圖包括通過航跡計算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)使用從而提供明確航跡的一組結(jié)構(gòu)化指令。該指令應(yīng)包括飛行器的配置詳情(例如起落架展開)和在機(jī)動與正常飛行期間遵循的程序(例如跟蹤某轉(zhuǎn)向半徑或保持給定空速)。這些指令捕捉由飛行員和飛行器的飛行管理系統(tǒng)處置從而引導(dǎo)飛行器操作的基本命令和制導(dǎo)模式。因此，飛行器意圖可以認(rèn)為是其中命令飛行器由飛行員和/或飛行管理系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的方式的提取。當(dāng)然，飛行員的決策過程受需要的程序影響，例如需要遵循STAR/SID，或遵照如通過飛行意圖定義的航線操作程序。

使用呈現(xiàn)的一組參數(shù)表達(dá)飛行器意圖以便允許求解運(yùn)動的方程。形式語言的理論可用來實施該公式化：飛行器意圖描述語言提供支配表達(dá)飛行器意圖的可允許結(jié)合的指令和規(guī)則組，并因此允許飛行器航跡的預(yù)測。

發(fā)明內(nèi)容

針對該背景并根據(jù)第一實施例，提供在使用形式語言表達(dá)的航程上飛行的飛行器的飛行意圖描述的方法包括接收描述飛行器怎樣飛行的信息，該信息包括描述飛行器運(yùn)動的運(yùn)動信息和描述飛行器空氣動力學(xué)配置的配置信息，以及在數(shù)據(jù)庫中存儲該信息，使飛行劃分到一個或更多飛行段上，并且為每個飛行段確定飛行器的哪些運(yùn)動自由度通過為該飛行段存儲的信息定義，以及使用形式語言為該飛行段表達(dá)飛行意圖，從而定義飛行器的哪些運(yùn)動自由度在飛行段期間定義，以及哪些運(yùn)動自由度沒有定義。

根據(jù)另一實施例，預(yù)測飛行器航跡的方法包括讀取提供根據(jù)任何前述權(quán)利要求使用形式語言表達(dá)的飛行意圖描述的數(shù)據(jù)，獲得進(jìn)一步信息以使提供飛行期間飛行器航跡的明確描述，根據(jù)形式語言表達(dá)飛行器意圖，由此提供飛行器航跡的明確描述，使用飛行器意圖的表達(dá)式并參考飛行器性能模型和地球模型求解定義飛行器運(yùn)動的運(yùn)動方程，以及提供預(yù)測航跡的描述。