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CN109671303B - 用于辅助飞行器着陆的系统和方法 - Google Patents

用于辅助飞行器着陆的系统和方法 Download PDF

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CN109671303B CN201811134590.1A CN201811134590A CN109671303B CN 109671303 B CN109671303 B CN 109671303B CN 201811134590 A CN201811134590 A CN 201811134590A CN 109671303 B CN109671303 B CN 109671303B
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Abstract

一种用于辅助飞行器着陆的系统和方法。用于辅助飞行器(1)在配备有ILS仪表着陆系统的机场的着陆跑道(101)上着陆的系统(10)包括：ILS信号接收器(12)和处理单元(16)，该ILS仪表着陆系统对应于预定进场的轴线。处理单元被配置成当ILS信号接收器(12)尚未捕获到与进场的Glide轴线(108)相对应的Glide信号时：‑根据从数据库(22)获取的与所述预定进场有关的信息项来确定其中不存在ILS信号接收器检测到Glide信号的复制品的风险的保护体积(V)；以及‑当飞行器的当前位置高于保护体积(V)时，禁止ILS信号接收器捕获Glide信号、并且命令在飞行器的驾驶舱中发出警报信息项。

Description

用于辅助飞行器着陆的系统和方法
技术领域
本发明涉及飞行器在机场着陆跑道上着陆的领域，更具体地讲，涉及当机场配备有仪表着陆辅助系统时飞行器在机场着陆跑道上着陆的领域。
背景技术
为了允许飞行器、尤其是客运飞机着陆，特别是在导致飞行员着陆跑道的能见度降低的气象条件下，许多机场都配备有仪表着陆辅助系统，也称为ILS(英文为“InstrumentLanding System”)。此ILS系统是使得能够沿着进场轴线的所谓的精确进场飞行的无线电导航系统。它允许飞行器的侧向引导、以及纵向引导(斜降方向)。因此，机场配备有两个天线组，相应地发射称为Loc和Glide的信号。如图1A所表示的，Loc信号由一般安装在着陆跑道101的末端102附近的天线组100发射。这些天线发射其频率一般介于108MHz与112MHz之间的第一VHF(“Very High Frequency(甚高频)”)载波。此第一载波是按两个波瓣104和106发射的。它由对应于这两个波瓣104和106的、分别处于90Hz和150Hz的两个低频信号进行调制。为了能够在ILS系统的帮助下执行为了在着陆跑道上着陆的进场，飞行器必须配备有包括ILS信号接收器的着陆辅助系统。此ILS信号接收器使得能够接收第一VHF载波。这两个波瓣104和106由天线组100发射，其方式为使得由这些波瓣叠加产生的调制率使得能够根据ILS信号接收器接收到的信号来相对于包含进场轴线108的竖直平面定位飞行器的位置：当飞行器位于竖直平面的右侧(沿其前进方向)时，以90Hz的调制为主；当飞行器位于竖直平面的左侧(沿其行进方向)时，以150Hz的调制为主；当飞行器位于竖直平面上时，90Hz和150Hz的调制相平衡。飞行器配备有包括引导模式Loc的用于辅助引导的系统。当一方面飞行器的飞行员激活(或着手)此引导模式Loc并且另一方面ILS信号接收器捕获到Loc信号时，此用于辅助引导的系统使得能够根据ILS信号接收器接收到的信号来辅助飞行器的引导，以便使得飞行器轨迹的侧向分量进入包含进场轴线108的竖直平面中。
以类似的方式，如图1B所表示的，Glide信号是由一般安装在着陆跑道的始端122附近的天线组120发射。这些天线发射其频率一般介于329MHz与335MHz之间的第二VHF(“Very High Frequency(甚高频)”)载波。此第二载波是按两个波瓣124和126发射的。它由对应于这两个波瓣124和126的、分别处于90Hz和150Hz的两个低频信号进行调制。飞行器的ILS信号接收器使得能够接收第二VHF载波。这两个波瓣124和126由天线组120发射，其方式为使得由这些波瓣叠加产生的调制率使得能够根据ILS信号接收器接收到的信号来相对于包含进场轴线108的倾斜平面(与上述竖直平面正交)定位飞行器的位置：当飞行器位于倾斜平面上方时，以90Hz的调制为主；当飞行器位于倾斜平面下方时，以150Hz的调制为主；当飞行器位于倾斜平面上时，90Hz和150Hz的调制相平衡。用于辅助飞行器的引导的系统包括引导模式Glide。当一方面飞行器的飞行员激活(或着手)此引导模式Glide并且另一方面ILS信号接收器捕获到Glide信号时，用于辅助引导的系统使得能够根据ILS信号接收器接收到的信号来辅助飞行器的引导，以使飞行器的轨迹的纵向分量的斜率对应于包含进场轴线108的倾斜平面。进场轴线108的斜率以及因此倾斜平面的斜率一般为3度。
进场轴线108对应于上述竖直平面和上述倾斜平面的交点。因此，Loc信号使得能够限定进场轴线的对应于竖直平面的分量Loc(也称为Loc轴线)，并且Glide信号使得能够限定进场轴线的对应于倾斜平面的分量Glide(也是称为Glide轴线)。用于辅助飞行器的引导的系统，通过允许同时根据进场轴线的分量Loc和分量Glide引导飞行器，使得能够沿着进场轴线108引导飞行器。在一个实施例中，用于辅助飞行器的引导的系统对应于飞行指挥器，该飞行指挥器在飞行器的驾驶舱的显示屏上显示指示，从而允许飞行器的飞行员以遵循进场轴线的方式驾驶飞行器。在另一个实施例中，用于辅助飞行器的引导的系统对应于飞行器的自动驾驶系统。
这样的ILS系统对于在能见度降低的情况下允许飞行器在着陆跑道上着陆非常有效。然而，由于有时可能存在对由地面天线发射的信号的复制，因此所述系统在其操作方面受到限制。特别地，Glide信号可能以多个斜率复制，这些斜率是进场轴线的斜率的倍数。这导致用于辅助飞行器的引导的系统可能检测和捕获错误的Glide轴线。例如，如图2中所表示的，对于斜率为3度的进场轴线108，可能存在具有与3度的标称值不同的斜率(例如9度)的Glide轴线复制品108'。对应于Glide轴线复制品的信号包括相对于与3度斜率相对应的主Glide信号的波瓣124和126反转的两个波瓣124'和126'。这产生在错误的Glide轴线下方的90Hz的调制和在错误的Glide轴线上方的150Hz的调制。因此，如果飞行器的飞行员请求激活ILS引导模式，同时飞行器靠近Glide轴线复制品并在其下方，90Hz的调制相对于150Hz的调制是主要的，则用于辅助引导的系统将允许对飞行器进行下降方向的引导，并且飞行器将最终汇入进场轴线108。另一方面，如果飞行器的飞行员请求激活ILS引导模式，同时飞行器靠近Glide轴线复制品并在其上方，150Hz的调制相对于90Hz的调制是主要的，则用于辅助引导的系统将允许对飞行器进行爬升方向的引导，并且飞行器将无法汇入进场轴线108。这可能导致需要进行复飞操纵从而做到着陆跑道的新的进场飞行。
发明内容
本发明的目的尤其是提供对这些问题的解决方案。本发明涉及一种用于辅助飞行器在配备有所谓的ILS仪表着陆系统的机场的着陆跑道上着陆的系统，所述ILS系统对应于至所述着陆跑道的预定进场的轴线，所述着陆辅助系统包括：
-ILS信号接收器；
-信息源组，所述信息源组被配置用于确定关于所述飞行器的当前位置的信息项；以及
-数据库，所述数据库包括与所述预定进场有关的信息项。
值得注意的是，所述着陆辅助系统还包括处理单元，所述处理单元被配置用于当所述ILS信号接收器尚未捕获到与所述进场的Glide轴线相对应的Glide信号时：
-从所述信息源组获取关于所述飞行器的当前位置的信息项；
-从所述数据库获取与所述预定进场有关的信息项；
-根据与所述预定进场有关的所述信息项来确定其中不存在所述ILS信号接收器检测到所述Glide信号的复制品的风险的保护体积；
-判定所述飞行器的当前位置是否在所述保护体积上方；以及
-当所述飞行器的当前位置在所述保护体积上方时，禁止所述ILS信号接收器捕获所述Glide信号，并且命令在所述飞行器的驾驶舱中发出警报信息项。
所述系统使得在飞行器的着眼于其着陆在着陆跑道上的下降阶段过程中能够有助于飞行器的飞行员的工作任务。着陆是在使用机场的ILS系统引导飞行器朝向着陆跑道的预定进场(特别是已公布进场)的框架内执行的，所述系统使得能够避免飞行器的ILS信号接收器捕获到Glide轴线的复制品。实际上，当飞行器的当前位置在保护体积上方时，所述系统禁止捕获Glide信号，其方式为使得飞行器不会冒根据Glide轴线的所述复制品来引导的风险。当飞行器的当前位置处于保护体积中时，不存在ILS信号接收器捕获到与ILS轴线的复制品相对应的ILS信号的风险：因此，可以执行对ILS轴线的捕获而无需飞行员对捕获Glide轴线的复制品的风险进行监测。
在一个实施例中，所述处理单元被配置用于将所述保护体积确定为包括与至所述着陆跑道的预定进场斜率相对应的上限，所述预定进场斜率等于所述Glide轴线的复制品的斜率减去裕量。以有利的方式，所述裕量是以如下方式限定的预定裕量，即使得当所述飞行器的当前位置位于所述保护体积中时，不存在所述ILS信号接收器检测到所述Glide信号的复制品的风险。
在特定实施例中，所述信息源组包括卫星导航数据的接收器和气压海拔测量系统。
本发明还涉及一种用于辅助飞行器在配备有所谓的ILS仪表着陆系统的机场的着陆跑道上着陆的方法，所述ILS系统对应于至所述着陆跑道的预定进场的轴线，所述飞行器包括：
-ILS信号接收器；
-信息源组，所述信息源组被配置成确定关于所述飞行器的当前位置的信息项；以及
-数据库，所述数据库包括与所述预定进场有关的信息项。
值得注意的是，所述方法包括当所述ILS信号接收器尚未捕获到所述Glide信号时由处理单元实施的以下步骤：
-从所述信息源组获取关于所述飞行器的当前位置的信息项；
-从所述数据库获取与所述预定进场有关的信息项；
-根据与所述预定进场有关的所述信息项来确定其中不存在所述ILS信号接收器检测到所述Glide信号的复制品的风险的保护体积；
-判定所述飞行器的当前位置是否在所述保护体积上方；以及
-当所述飞行器的当前位置在所述保护体积上方时，禁止所述ILS信号接收器捕获所述Glide信号，并且命令在所述飞行器的驾驶舱中发出警报信息项。
在一个实施例中，在确定所述保护体积的所述步骤，所述保护体积被确定为包括与至所述着陆跑道的预定进场斜率相对应的上限，所述预定进场斜率等于所述Glide轴线的复制品的斜率减去裕量。以有利的方式，所述裕量是以如下方式限定的预定裕量，即使得当所述飞行器的当前位置位于所述保护体积中时，不存在所述ILS信号接收器检测到所述Glide信号的复制品的风险。
在特定实施例中，在获取关于所述飞行器的当前位置的所述信息项的所述步骤，部分地从卫星导航数据的接收器并且部分地从气压海拔测量系统获取关于所述飞行器的当前位置的所述信息项。
本发明还涉及一种包括如上所述的着陆辅助系统的飞行器。
附图说明
通过阅读以下描述并检查附图将更好地理解本发明。
已经描绘的图1A和图1B展示了ILS仪表着陆辅助系统。
已经描绘的图2展示了ILS仪表着陆辅助系统的Glide信号的复制品。
图3和图4展示了本发明的实施例。
图5以示意性方式表示根据本发明实施例的着陆辅助系统。
图6以简化方式展示了包括驾驶舱的飞行器。
具体实施方式
图6中所表示的飞行器1包括驾驶舱3。飞行器1包括如图5中所表示的着陆辅助系统10。着陆辅助系统10包括ILS信号接收器12(图中标记为ILS)、信息源组14、飞行器的驾驶舱3的显示装置18、以及处理单元16(图中标记为PROC)。飞行器还包括引导系统20(图中标记为FG)。处理单元16在输入端通过链路15连接至信息源组14的输出端。显示装置18在输入端通过链路17连接至处理单元16的输出端。ILS信号接收器在输入端通过链路13连接至处理单元16的输出端。引导系统20在输入端通过链路19连接至ILS信号接收器12的输出端。处理单元16还在输入端连接至数据库22。在特定实施例中，信息源组14包括能够提供关于飞行器位置的信息项的GPIRS(“Global Positioning/Inertial Reference System(全球定位/惯性参考系统)”)系统14a、以及气压海拔测量系统14b(图中标记为BARO)。处理单元16包括处理器或微处理器。以特定的方式，处理单元形成飞行器的计算机的一部分，此计算机例如是LRU(“Line Replaceable Unit(线路可更换单元)”)类型的专用计算机或IMA(“Integrated Modular Avionics(集成模块化航空电子设备)”)类型的航空电子模块化计算机。在一个实施例中，处理单元形成飞行器的以有利的方式与引导系统20相对应的引导计算机的一部分。此引导计算机例如在输出端处连接至飞行指挥器(命令在飞行器的驾驶舱3的显示屏上显示指示)或连接至飞行器的自动驾驶系统。显示装置18例如对应于PFD(“Primary Flight Display(主飞行显示器)”)类型的显示屏。着陆辅助系统10例如被定位在飞行器的航空电子设备舱2中。数据库22包含与多个不同预定进场(例如在飞行器飞行员用来在机场着陆跑道上着陆的卡上提到的已公布进场)有关的信息。在一个实施例中，数据库22集成到飞行器1的引导计算机中、特别是FMS(“Flight Management System(飞行管理系统)”)类型的计算机中。在另一个实施例中，数据库22驻留在飞行器的服务器上。
在运行期间，信息源组14以重复的方式确定关于飞行器的当前位置的信息项。当飞行器处于着眼于根据至机场的着陆跑道101的预定进场(特别是已公布进场)而着陆在所述着陆跑道上的朝向机场下降的阶段，处理单元16经由链路15获取关于飞行器的当前位置的所述信息项中的至少一个信息项。以特定的方式，处理单元16获取从GPIRS系统14a产生的第一信息项和从气压海拔测量系统14b产生的第二信息项。处理单元使用第一信息项来确定飞行器的当前位置在水平平面中投影的坐标，并且处理单元使用第二信息项来确定与飞行器的当前位置相对应的高度。处理单元16还从数据库22中获取与预定进场有关的信息项。这些信息项例如对应于：与所述进场相对应的进场轴线108(例如图3中所示)与地面的交点的坐标，以及进场轴线的取向和斜率。根据与预定进场有关的信息项，处理单元确定其中不存在ILS信号接收器12检测到Glide信号的复制品的风险的保护体积V。如先前指明的，这种Glide信号的复制品对应于其斜率是进场轴线108的斜率的倍数的错误的Glide轴线108'。Glide信号的复制品的常见情况对应于其斜率是进场轴线108的斜率的三倍的错误的Glide轴线108'(也称为Glide轴线的复制品)。进场轴线108的斜率例如是3度，而本发明不受限于此值。在这种情况下，错误的Glide轴线108'的三倍斜率是9度。如已经参考图2所指明的，与Glide信号的复制品相对应的信号包括限定错误的Glide轴线108'的两个波瓣124'和126'。保护体积V以如下方式确定，即位于这两个波瓣124'和126'的下方。因此，当飞行器的当前位置处于保护体积V中时，不存在ILS信号接收器12检测到与这两个波瓣相对应的信号的风险。
在特定实施例中，保护体积V包括与至着陆跑道的预定进场斜率相对应的上限109，所述预定进场斜率等于Glide轴线的复制品108'的斜率减去裕量。此预定裕量是以如下方式限定的，即使得当飞行器的当前位置位于保护体积V中时，不存在ILS信号接收器12检测到与这两个波瓣124'和126'相对应的Glide信号复制品的风险。在考虑到其斜率等于3度的进场轴线108的实例中，相对应的Glide轴线的复制品108'的斜率等于9度，为2度的预定裕量使得能够避免ILS信号接收器12检测到Glide信号的复制品。保护体积V的上限109则对应于等于7度的至着陆跑道的进场斜率。以有利的方式，对于等于9度的Glide轴线复制品108'斜率，对应于保护体积的上限109的进场斜率是在5度到8度的区间内进行选择(对应于在4度与1度之间的预定裕量)。
以特定的方式，保护体积V的上限109对应于按所述预定斜率(例如等于7度)倾斜的平面，此倾斜平面垂直于包含进场轴线108的竖直平面。
知道飞行器当前位置，处理单元16判定飞行器的当前位置是否在保护体积V上方。如果飞行器的当前位置在保护体积V上方，例如图3中所表示的位置P2，则处理单元16命令ILS信号接收器12禁止捕获Glide信号、并且还命令在飞行器的驾驶舱3中发出警报信息项。因此，不存在ILS信号接收器12捕获到与Glide轴线的复制品108'相对应的这两个波瓣124'和126'的信号的风险。因此，接收器12不会捕获Glide轴线的复制品108'。在驾驶舱中显示警报使得能够告知飞行器的飞行员不可能捕获到进场轴线108。飞行员于是可以预期适当的驾驶动作，例如着眼于执行新的进场而复飞。警报的显示例如对应于驾驶舱3的PFD(“Primary Flight Display(主飞行显示器)”)类型的主驾驶屏幕上的红色“TOO HIGH(过高)”指示的显示。以有利的方式，音频警报与此显示相关联。如果飞行器的当前位置处于保护体积V中，例如图3中所表示的位置P1，则处理单元16不命令ILS信号接收器12禁止捕获Glide信号。因此，接收器12在其接收到波瓣124和126的信号时可以捕获到Glide轴线108。
在图4所展示的有利实施例中，ILS信号接收器12根据所接收的ILS信号判定飞行器的当前位置是否在进场轴线110的上方，所述进场轴线的斜率对应于进场轴线108的斜率加上裕量。对于等于3度的进场轴线108斜率，进场轴线110的斜率例如被选择成等于3.4度(对应于在飞行器的驾驶舱的PFD屏幕的Glide显示比例上相对于Glide轴线的+1.5点)。当飞行器的当前位置在轴线110上方时，ILS信号接收器指示在PFD屏幕上显示警报(例如“ABOVE GLIDE(高于GLIDE)”文本)，以便告知飞行器的飞行员飞行器在Glide轴线上方。

Claims (7)

1.一种用于辅助飞行器在配备有仪表着陆系统ILS的机场的着陆跑道上着陆的系统，所述ILS系统对应于至所述着陆跑道的预定进场的轴线，所述系统包括：
ILS信号接收器；
信息源组，所述信息源组被配置用于确定关于所述飞行器的当前位置的信息项；以及
数据库，所述数据库包括与所述预定进场有关的信息项，
其中，所述系统还包括处理单元，所述处理单元被配置成当所述ILS信号接收器尚未捕获到与所述进场的Glide轴线相对应的Glide信号时：
从所述信息源组获取关于所述飞行器的当前位置的信息项；
从所述数据库获取与所述预定进场有关的信息项；
根据与所述预定进场有关的所述信息项来确定保护体积，所述保护体积具有与相对于所述着陆跑道的预定进场斜率相对应的上限，所述预定进场斜率被确定为等于所述Glide轴线的复制品的斜率减去预定裕量，其中所述复制品的斜率对应于所述Glide轴线的斜率的倍数；
判定所述飞行器的当前位置是否在所述保护体积上方；以及
当所述飞行器的当前位置在所述保护体积上方时，禁止所述ILS信号接收器捕获所述Glide信号，并且命令在所述飞行器的驾驶舱中发出警报信息项。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述裕量是以如下方式限定的预定裕量，即：当所述飞行器的当前位置位于所述保护体积中时，避免所述ILS信号接收器检测到所述Glide信号的复制品。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信息源组包括卫星导航数据的接收器和气压海拔测量系统。
4.一种包括根据权利要求1所述的系统的飞行器。
5.一种用于辅助飞行器在配备有仪表着陆系统ILS的机场的着陆跑道上着陆的方法，所述ILS系统对应于至所述着陆跑道的预定进场的轴线，所述飞行器包括：
ILS信号接收器；
信息源组，所述信息源组被配置用于确定关于所述飞行器的当前位置的信息项；以及
数据库，所述数据库包括与所述预定进场有关的信息项，
其中，所述方法包括当所述ILS信号接收器尚未捕获到所述Glide信号时由处理单元实施的以下步骤：
从所述信息源组获取关于所述飞行器的当前位置的信息项；
从所述数据库获取与所述预定进场有关的信息项；
根据与所述预定进场有关的所述信息项来确定保护体积，所述保护体积具有与相对于所述着陆跑道的预定进场斜率相对应的上限，所述预定进场斜率被确定为等于所述Glide轴线的复制品的斜率减去预定裕量，其中所述复制品的斜率对应于所述Glide轴线的斜率的倍数；
判定所述飞行器的当前位置是否在所述保护体积上方；以及
当所述飞行器的当前位置在所述保护体积上方时，禁止所述ILS信号接收器捕获所述Glide信号，并且命令在所述飞行器的驾驶舱中发出警报信息项。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述裕量是以如下方式限定的预定裕量，即当所述飞行器的当前位置位于所述保护体积中时，避免所述ILS信号接收器检测到所述Glide信号的复制品。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，在获取关于所述飞行器的当前位置的所述信息项的所述步骤中，部分地从卫星导航数据的接收器并且部分地从气压海拔测量系统获取关于所述飞行器的当前位置的所述信息项。
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