發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于監(jiān)測一個或更多個飛行器的位置的裝備和方法。特別地，本發(fā)明涉及用于準(zhǔn)確和自主地監(jiān)測給定飛行器的位置的裝備和方法。

發(fā)明背景

當(dāng)前的飛行器監(jiān)測系統(tǒng)通常將飛行器通信尋址和報告系統(tǒng)(acars)數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)結(jié)合使用，以便跟蹤飛行器的進(jìn)度。該數(shù)據(jù)可由空中交通管制員使用，或可替代地，作為服務(wù)提供給飛行器操作員。

在acars系統(tǒng)中，每個飛行器配備有用于提供飛行器機(jī)載裝備和地面裝備之間的數(shù)據(jù)鏈路的vhf收發(fā)器。該數(shù)據(jù)鏈路可通過從飛行器到地面站的直接傳輸來提供，或可替代地，飛行器可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫l(wèi)星，衛(wèi)星隨后將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到衛(wèi)星地面站。這些傳輸由數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)提供商在地面站處接收，該數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)提供商隨后將該數(shù)據(jù)路由到空中交通管制員或飛行器操作員。

給定飛行器將在其間發(fā)射acars數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷谟蛇\(yùn)營航空公司配置，并且通常約為十到二十分鐘。這通常是確定的，以便在接收最新數(shù)據(jù)和與數(shù)據(jù)傳遞相關(guān)聯(lián)的每個消息的成本之間提供平衡。鑒于連續(xù)消息傳輸之間的這種相對長的時段，對于任何給定的acars傳輸?shù)臅r間戳僅在一分鐘內(nèi)是準(zhǔn)確的，并且在三位小數(shù)位的準(zhǔn)確度內(nèi)的位置數(shù)據(jù)被報告。這意味著在連續(xù)的acars傳輸之間相當(dāng)長的距離可由飛行器覆蓋，其反過來可能會導(dǎo)致對飛行器估計的位置和路徑的不確定性。

此外，如果飛行器被強(qiáng)制在空域的給定區(qū)域中盤旋，例如，在機(jī)場等待航線(holdingpattern)中盤旋，則這將不會通過acars數(shù)據(jù)而立即是明顯的，因為飛行器等到進(jìn)行后續(xù)的acars傳輸?shù)臅r候?qū)⒖赡芤呀?jīng)執(zhí)行了一個完整的循環(huán)。這可能導(dǎo)致那些監(jiān)測acars數(shù)據(jù)的人不確定這些數(shù)據(jù)傳輸是否錯誤，或者飛行器是否在后續(xù)acars傳輸之間真正逗留在空域的給定區(qū)域中。

增加acars消息傳送的頻率(即，減小連續(xù)傳輸之間的時段)將提供更新的一組位置數(shù)據(jù)；然而，由于該acars系統(tǒng)是一對一的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，因此這將給acars網(wǎng)絡(luò)帶來很大的負(fù)擔(dān)。這將使網(wǎng)絡(luò)過載，這將隨后降低網(wǎng)絡(luò)的可靠性和準(zhǔn)確性。因此，必須找到解決這個問題的另一個解決方案。

飛行器位置信息的一個替代的數(shù)據(jù)源是使用一次和/或二次雷達(dá)裝置。一次雷達(dá)是監(jiān)測給定目標(biāo)飛行器的位置的獨(dú)立方法，并簡單地利用以下眾所周知的原理：發(fā)射高功率無線電傳輸且然后檢測從處于雷達(dá)的視場中的任何物體反射的傳輸。

在二次雷達(dá)中，目標(biāo)飛行器必須配有應(yīng)答器，使得飛行器可以響應(yīng)于由雷達(dá)裝置發(fā)射的詢問信號來使用由空中交通管制員發(fā)給該飛行器的代碼識別自身。雷達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，飛行器位置可以以更大的頻率來跟蹤，以便更準(zhǔn)確地監(jiān)測給定飛行器的飛行路徑；然而，每個雷達(dá)裝置需要非常高的功率量，以便在雷達(dá)系統(tǒng)的操作范圍內(nèi)傳輸雷達(dá)脈沖。此外，雷達(dá)系統(tǒng)的安裝和維護(hù)特別是在大面積上的安裝和維護(hù)非常昂貴。

本申請人已經(jīng)認(rèn)識到，需要用于監(jiān)測飛行器位置的更準(zhǔn)確的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使用成本比較低的裝備來實現(xiàn)。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于監(jiān)測一個或更多個飛行器的位置的裝備。該裝備包括第一接收器設(shè)備和第二接收器設(shè)備，該第一接收器設(shè)備被配置為經(jīng)由一個或更多個地面站以第一周期通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路從位于飛行器上的第一射頻源接收第一飛行器位置信息，該第二接收器設(shè)備被配置為經(jīng)由一個或更多個地面站以第二周期接收從位于飛行器上的第二射頻源廣播的第二飛行器位置信息。

另外，該裝備包括第三接收器設(shè)備和緩沖器，該第三接收器設(shè)備被配置為接收電子地理映射數(shù)據(jù)，該緩沖器被配置為分別從第一接收器設(shè)備和第二接收器設(shè)備接收第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息。該裝備還包括處理器，該處理器被配置為接收和過濾經(jīng)緩沖的第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息。處理器還被配置為對經(jīng)過濾的飛行器位置信息進(jìn)行平滑，并輸出經(jīng)平滑的飛行器位置信息，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。處理器被配置為對第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息進(jìn)行過濾，使得針對給定飛行器平滑的位置信息數(shù)據(jù)的量在給定時間段內(nèi)處于給定限度內(nèi)。

有利地，該裝備使關(guān)于給定飛行器的位置的信息的具有不同的準(zhǔn)確度、頻率和質(zhì)量的多個源能夠被組合并整合成一致的輸出，其利用基本上實時地跟蹤飛行偏差的能力來傳遞高度準(zhǔn)確的和動態(tài)的聚合飛行器位置信息。此外，飛行器在天氣模式或其他特定區(qū)域或空域方面的位置可以以更大程度的確定性來跟蹤，以便通過提供增加的實時飛行器位置可見性來支持相關(guān)的飛行器操作員的決策制定過程。接收器設(shè)備可以是硬件實現(xiàn)的，或可替代地，可以以軟件實現(xiàn)。

可選地，處理器可被配置為基于從其接收飛行器位置信息的相應(yīng)源的相對位置準(zhǔn)確度和相對時間準(zhǔn)確度來過濾飛行器位置信息。在該實施例中，處理器有利地使該裝備能夠僅對在給定時間段內(nèi)從相應(yīng)源接收的最準(zhǔn)確的信息進(jìn)行平滑。

可選地，對飛行器位置信息的平滑可包括刪除錯誤數(shù)據(jù)點(diǎn)或較低質(zhì)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者可包括對特定對或特定組的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平均。這使多個數(shù)據(jù)集中的任何沖突或錯誤能夠得以解決，使得飛行器位置的一致性進(jìn)度可被輸出。

在本發(fā)明的一些實施例中，第二周期短于第一周期，即，第二飛行器位置信息可以以比第一飛行器位置信息更高的傳輸頻率來廣播。在一個示例中，在第一接收器處從飛行器通信尋址和報告系統(tǒng)收發(fā)器接收第一飛行器位置信息。在另一示例中，在第二接收器處從廣播式自動相關(guān)監(jiān)視發(fā)射機(jī)接收第二飛行器位置信息。

第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息可經(jīng)由vhf地面站、hf地面站或衛(wèi)星地面站中的一個或更多個被接收。這些地面站允許來自飛行器的傳輸直接在地平面處接收或可替代地經(jīng)由一個或更多個衛(wèi)星接收。

有利地，該裝備還可包括第四接收器，該第四接收器被配置為接收雷達(dá)飛行器位置數(shù)據(jù)，其中，處理器被配置為結(jié)合第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息來過濾雷達(dá)飛行器位置數(shù)據(jù)，使得平滑的位置信息數(shù)據(jù)的量在給定時間段內(nèi)處于給定限度內(nèi)。

在本發(fā)明的一些實施例中，該裝備還包括第五接收器，該第五接收器被配置為接收天氣數(shù)據(jù)，其中，處理器還被配置為輸出天氣數(shù)據(jù)，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。有利地，這使用戶能夠準(zhǔn)確地跟蹤飛行器在天氣模式方面的位置，以便在其決策制定過程中支持相關(guān)的飛行器操作員。例如，飛行器操作員可以能夠確定給定的飛行器將需要從其計劃的路線偏離，從而允許飛行器操作員提前考慮該偏離可能具有任何連鎖效應(yīng)。

在本發(fā)明的另一有利的實施例中，該裝備還可包括第六接收器，該第六接收器被配置為接收對應(yīng)于飛行器的飛行計劃數(shù)據(jù)，其中，處理器被配置為輸出飛行計劃數(shù)據(jù)，使得該飛行計劃數(shù)據(jù)可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)和平滑的飛行器位置信息上。這提高了飛行器可能從其計劃路線中做出的任何偏差的可見性，從而使這些偏差能夠被快速識別，并且使飛行器到達(dá)其目的地的預(yù)計時間的任何產(chǎn)生的變化能夠被確定。

有利地，緩沖器可以是循環(huán)緩沖器，并且處理器濾波器可包括采樣濾波器，該采樣濾波器用于對飛行器位置信息進(jìn)行過濾和分類以被包括在一組縮減的飛行器位置信息中。這允許從多個接收器接收的演進(jìn)和不完整的飛行器位置信息在對其進(jìn)行聚合之前得以解釋和協(xié)調(diào)?？蛇x地，采樣濾波器基于時間和精度標(biāo)準(zhǔn)。

在本發(fā)明的另一實施例中，處理器可被配置為通過數(shù)據(jù)匹配引擎來識別與給定飛行器有關(guān)的飛行器位置數(shù)據(jù)。

有利地，該裝備還可包括將平滑的飛行器位置信息儲存在數(shù)據(jù)儲存器中，以供后續(xù)分析。該分析可使飛行器操作員能夠確定在其過去的操作中發(fā)生的任何無效率事件，使得它們可被納入考慮并用于優(yōu)化未來的操作。

在另一實施例中，處理器可被配置為在給定時間段內(nèi)在處理器處沒有接收到給定飛行器的飛行器位置信息情況下，輸出外推的飛行器位置信息，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。例如，即使當(dāng)飛行器位置信息在短時間內(nèi)還未被接收到時，這也使當(dāng)前或預(yù)測的天氣模式或其他特定區(qū)域或空域的估計的影響能夠被準(zhǔn)確地跟蹤，以便支持相關(guān)的飛行器操作員的決策制定過程。

在又一個實施例中，在acars飛行器位置信息不構(gòu)成平滑的飛行器位置信息的一部分的情況下，處理器可被配置為輸出acars飛行器位置信息，使得其可在平滑的飛行器位置信息旁被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。通過這種方式，即使acars位置信息由于更準(zhǔn)確的飛行器位置信息的可用性而被處理器濾除，其也可顯示在映射數(shù)據(jù)上。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了用于監(jiān)測一個或更多個飛行器的位置的計算機(jī)化方法。該計算機(jī)化方法包括：在第一接收器設(shè)備處經(jīng)由一個或更多個地面站，以第一周期通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路從位于飛行器上的第一射頻源接收第一飛行器位置信息；在第二接收器設(shè)備處經(jīng)由一個或更多個地面站，以第二周期接收從位于飛行器上的第二射頻源廣播的第二飛行器位置信息；以及在第三接收器設(shè)備處，接收電子地理映射數(shù)據(jù)。

該計算機(jī)化方法還包括：在緩沖器處，接收所接收的第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息；在處理器處，對經(jīng)緩沖的第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息進(jìn)行處理，以過濾第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息，在處理器處，對經(jīng)過濾的飛行器位置信息進(jìn)行處理，以產(chǎn)生平滑的飛行器位置信息；以及從處理器輸出平滑的飛行器位置信息，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。在該計算機(jī)化方法中，處理器對第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息進(jìn)行過濾，使得針對給定飛行器進(jìn)行平滑的位置信息數(shù)據(jù)的量在給定時間段內(nèi)處于給定限度內(nèi)。有利地，這使諸如飛行器操作員的用戶能夠訪問關(guān)于給定飛行器的多個位置信息源的準(zhǔn)確整合，并使該信息能夠以用戶友好的格式來可視地呈現(xiàn)在電子映射數(shù)據(jù)上。

飛行器位置信息的過濾可基于從其接收飛行器位置信息的相應(yīng)源的相對位置準(zhǔn)確度和相對時間準(zhǔn)確度。在該實施例中，處理器有利地使該裝備能夠僅對在給定時間段內(nèi)從相應(yīng)源接收的最準(zhǔn)確的信息進(jìn)行平滑。

可選地，對飛行器位置信息的平滑可包括刪除錯誤數(shù)據(jù)點(diǎn)或較低質(zhì)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者可包括對特定對或特定組的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平均。這使多個數(shù)據(jù)集中的任何沖突或錯誤能夠得以解決，使得飛行器位置的一致性進(jìn)度可被輸出。

在本發(fā)明的一些實施例中，第二周期短于第一周期，即，第二飛行器位置信息可以以比第一飛行器位置信息更高的傳輸頻率來廣播。在一個示例中，在第一接收器處從飛行器通信尋址和報告系統(tǒng)(acars)收發(fā)器接收第一飛行器位置信息，并且第一飛行器位置信息是acars飛行器位置信息。在另一示例中，在第二接收器處從廣播式自動相關(guān)監(jiān)視發(fā)射機(jī)接收第二飛行器位置信息。

第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息可經(jīng)由vhf地面站、hf地面站或衛(wèi)星地面站中的一個或更多個被接收。這些地面站允許來自飛行器的傳輸直接在地平面處接收或可替代地經(jīng)由一個或更多個衛(wèi)星接收。

有利地，該計算機(jī)化方法還可包括在第四接收器處接收雷達(dá)飛行器位置數(shù)據(jù)并結(jié)合第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息來過濾雷達(dá)飛行器位置數(shù)據(jù)，使得在處理器處平滑的位置信息數(shù)據(jù)的量在給定時間段內(nèi)處于給定限度內(nèi)。

在本發(fā)明的一些實施例中，該計算機(jī)化方法還包括在第五接收器處接收天氣數(shù)據(jù)，然后從處理器輸出該天氣數(shù)據(jù)，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。有利地，這使用戶能夠準(zhǔn)確地跟蹤飛行器在天氣模式方面的位置，以便在其決策制定過程中支持相關(guān)的飛行器操作員。例如，飛行器操作員可以能夠確定給定的飛行器將需要從其計劃的路線偏離，從而允許飛行器操作員提前考慮該偏離可能具有的任何連鎖效應(yīng)。

在本發(fā)明的另一有利的實施例中，該計算機(jī)化方法可包括在第六接收器處接收對應(yīng)于飛行器的飛行計劃數(shù)據(jù)，并從處理器輸出該飛行計劃數(shù)據(jù)，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)和平滑的飛行器位置信息上。這提高了飛行器可能從其計劃路線中做出的任何偏差的可見性，從而使這些偏差能夠被快速識別，并且使飛行器到達(dá)其目的地的預(yù)計時間的任何產(chǎn)生的變化能夠被確定。

有利地，緩沖器可以是循環(huán)緩沖器，并且處理器濾波器可包括采樣濾波器，該采樣濾波器用于對飛行器位置信息進(jìn)行過濾和分類以被包括在縮減的一組飛行器位置信息中。這允許從多個接收器接收的演進(jìn)和不完整的飛行器位置信息在對其進(jìn)行聚合之前得以解釋和協(xié)調(diào)?？蛇x地，采樣濾波器基于時間和精度標(biāo)準(zhǔn)。

在本發(fā)明的另一實施例中，該方法還可包括在處理器處通過數(shù)據(jù)匹配引擎來識別與給定飛行器相關(guān)的飛行器位置數(shù)據(jù)。

有利地，該計算機(jī)化方法可包括將平滑的飛行器位置信息儲存在數(shù)據(jù)儲存器中，以供后續(xù)分析。該分析可使飛行器操作員能夠確定在其過去的操作中發(fā)生的任何無效率事件，使得它們可被納入考慮并用于優(yōu)化未來的操作。

在另一實施例中，該計算機(jī)化方法可包括以下步驟：在給定時間段內(nèi)在處理器處沒有接收到給定飛行器的飛行器位置信息的情況下，輸出外推的飛行器位置信息，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。例如，即使當(dāng)飛行器位置信息在短時間內(nèi)還未被接收到時，這也使當(dāng)前或預(yù)測的天氣模式或其他特定區(qū)域或空域的估計的影響能夠被準(zhǔn)確地跟蹤，以便支持相關(guān)的飛行器操作員的決策制定過程。

在又一個實施例中，該計算機(jī)化方法可包括輸出acars飛行器位置信息，使得在acars飛行器位置信息不構(gòu)成平滑的飛行器位置信息的一部分的情況下，其可在平滑的飛行器位置信息旁被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。通過這種方式，即使acars位置信息由于更準(zhǔn)確的飛行器位置信息的可用性而被處理器濾除，其也可被顯示在映射數(shù)據(jù)上。

附圖簡述

現(xiàn)在將僅通過示例的方式并參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的與數(shù)據(jù)源交互的裝備的示意表示；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝備的示意表示；

圖3是用飛行計劃覆蓋的地理映射數(shù)據(jù)的屏幕截圖以及給定飛行器的平滑的飛行器位置信息的曲線圖；

圖4是示出了由本發(fā)明的實施例執(zhí)行的主要步驟的流程圖；

圖5a和圖5b構(gòu)成了示出由本發(fā)明的另一實施例執(zhí)行的步驟的流程圖；

圖6是用除飛行計劃以外的天氣數(shù)據(jù)覆蓋的地理映射數(shù)據(jù)的屏幕截圖以及給定飛行器的平滑的飛行器位置信息的曲線圖；

圖7a至圖7c是示出了與覆蓋在地理映射數(shù)據(jù)上的估計的飛行位置相結(jié)合的預(yù)測天氣數(shù)據(jù)的時間進(jìn)度的一系列屏幕截圖；以及

圖8a至圖8c是示出了與覆蓋在地理映射數(shù)據(jù)上的觀察的飛行位置相結(jié)合的觀察的天氣數(shù)據(jù)的時間進(jìn)度的一系列屏幕截圖。

發(fā)明描述

現(xiàn)在，越來越多的飛行器配備有廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ads-b)裝備，由此每個飛行器使用其全球定位系統(tǒng)(gps)來確定其位置，并且隨后以相對有規(guī)律的周期(例如，大約每秒一次)使用射頻收發(fā)器來廣播該位置信息以及諸如，飛行器id或應(yīng)答器代碼、呼號、高度、航向和速度的另外的信息。

與該增加的頻率一致，由飛行器廣播的ads-b數(shù)據(jù)也更準(zhǔn)確。在ads-b中，在五位小數(shù)位的準(zhǔn)確度內(nèi)報告位置數(shù)據(jù)，并且相應(yīng)的時間戳準(zhǔn)確到一秒內(nèi)。該增加的準(zhǔn)確度允許ads-b數(shù)據(jù)具有甚至比雷達(dá)位置數(shù)據(jù)更高的質(zhì)量。此外，ads-b系統(tǒng)可以以雷達(dá)裝置所需的成本和維護(hù)的一小部分在更大的區(qū)域上實現(xiàn)。

ads-b系統(tǒng)最初是為了提供用于鄰近飛行器的飛行器空中防撞系統(tǒng)(tcas)的附加的輸入而設(shè)計，通過這種方式，每個飛行器能夠在傳輸范圍內(nèi)向其他飛行器廣播其標(biāo)識、位置和航向。然而，已經(jīng)認(rèn)識到，只要接收器可被定位在飛行器的范圍內(nèi)，該ads-b數(shù)據(jù)就能夠被地面系統(tǒng)用于改進(jìn)的飛行器監(jiān)測。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，并參照圖1，ads-b數(shù)據(jù)可用于通過提供接收器10的網(wǎng)絡(luò)來在空域的大區(qū)域上監(jiān)測飛行器12。此外，這樣的裝備的空域覆蓋范圍可簡單地通過提供附加的接收器或地面站10并使用通信網(wǎng)絡(luò)將這些地面站連接到現(xiàn)有的地面站而得以擴(kuò)展。

通信網(wǎng)絡(luò)可以是任何公共網(wǎng)絡(luò)、私有網(wǎng)絡(luò)、有線或無線網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)可包括局域網(wǎng)(lan)、廣域網(wǎng)(wan)14、因特網(wǎng)、移動電話通信系統(tǒng)或衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的一個或更多個。通信網(wǎng)絡(luò)可包括任何合適的基礎(chǔ)設(shè)施，包括銅纜、光纜或光纖、路由器、防火墻、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)計算機(jī)和邊緣服務(wù)器。

這些地面站10可包括分別在vhf或hf射頻范圍上操作的vhf地面站或hf地面站。本文中所使用的術(shù)語“地面站”是指地平面處的任何接收站。為了避免疑問，這些地面站可包括位于諸如石油鉆塔或浮船(諸如油輪或航空母艦)的海洋平臺上的接收器。此外，單獨(dú)的地面站可用于接收acars消息和ads-b數(shù)據(jù)，或可替代地，相應(yīng)接收器可被組合成單一地面站。然后，來自每個地面站的數(shù)據(jù)可由網(wǎng)絡(luò)14收集并組合，以構(gòu)成可用于在地面站10的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)監(jiān)測飛行器12的ads-b數(shù)據(jù)的整合數(shù)據(jù)庫。每個地面站的空域覆蓋范圍是操作范圍大約為200海里的視線錐(lineofsightcone)的形式。

地面站10的位置通常不相關(guān)，因為所有必要的位置數(shù)據(jù)都由ads-b裝配的飛行器12傳輸；然而，在一些裝備中，這些傳輸裝置(transmission)可用作多點(diǎn)定位系統(tǒng)(multiaterationsystem)的一部分，以便對飛行器12的位置進(jìn)行三角測量。這可能是有利的，例如，如果懷疑由飛行器12發(fā)射的位置數(shù)據(jù)中有錯誤。

在本裝備中，飛行器12基本上連續(xù)地即，以諸如1秒的短周期廣播ads-b數(shù)據(jù)，使得基本上實時的飛行器位置信息的流可由ads-b數(shù)據(jù)接收器盒(被稱為地面站10)接收。飛行器12還傳輸acars消息，其中一些acars消息可包含飛行器位置信息，該acars消息按照常見方式由acars地面站16接收并通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)被轉(zhuǎn)發(fā)。這些acars消息以比較長的周期(諸如大約10分鐘)傳輸。acars消息的信號可從飛行器導(dǎo)向地面站16，或可替代地，消息可經(jīng)由衛(wèi)星鏈路18來路由(在該情況下，地面站將是衛(wèi)星地面站20)。

然后，包含位置信息的acars消息和ads-b數(shù)據(jù)由裝備22集中收集。另外，裝備22可從雷達(dá)數(shù)據(jù)服務(wù)器24接收雷達(dá)飛行器位置信息和/或從天氣數(shù)據(jù)服務(wù)器26接收天氣數(shù)據(jù)，如將在下文進(jìn)行陳述的。

由于ads-b數(shù)據(jù)和acars消息來自不同頻率和質(zhì)量的多個源，因此很可能在位置數(shù)據(jù)中存在不規(guī)則和沖突，如果簡單地繪制而不進(jìn)行進(jìn)一步處理，則該不規(guī)則和沖突可能會產(chǎn)生之字形(zig-zag)路徑而飛行器12實際上以直線行進(jìn)，或可替代地，可能會導(dǎo)致被報告的飛行器12的位置已偏離航線數(shù)百英里，而飛行器12實際上仍按照預(yù)期的飛行計劃行進(jìn)。

這些沖突將造成與給定飛行器的聚合的位置和軌跡的精確度和精度有關(guān)的完整性問題。此外，如果應(yīng)用嘗試?yán)L制所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，則在顯示延遲中將會有嚴(yán)重的性能問題。這種性能問題在其中互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器用于訪問數(shù)據(jù)的情況下會被加劇，因為瀏覽器本身不是被設(shè)計用來實時顯示這樣大的數(shù)據(jù)集。

裝備22可以以每航班每秒一次的速率同時接收10000個航班的飛行器位置信息。這個數(shù)據(jù)量對于互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器來說實在是太大了，以致于無法在不崩潰的情況下進(jìn)行實時處理。因此，期望調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)量以產(chǎn)生縮減的數(shù)據(jù)集，同時保持盡可能高程度的準(zhǔn)確性。這允許大量的數(shù)據(jù)在不會使裝備22或用于顯示從裝備22輸出的數(shù)據(jù)的任何系統(tǒng)過載的情況下被接收。

為了解決這個問題，參照圖2，裝備22可在第一接收器28處接收來自飛行器12的包含飛行器位置信息的acars消息，并在第二接收器30處接收來自飛行器12的ads-b飛行器位置信息。此外，映射數(shù)據(jù)可在第三接收器32處被接收，以構(gòu)建包括給定飛行器12在其中操作的地理區(qū)域的電子地理地圖。

然后，在第一輸入端28和第二輸出端30處接收的組合的位置信息可在處理之前在緩沖器33處被接收。為了彌補(bǔ)由于到達(dá)數(shù)據(jù)的異步性質(zhì)所引起的數(shù)據(jù)完整性問題，在處理的第一步驟中，實現(xiàn)包括復(fù)雜算法的數(shù)據(jù)匹配引擎，以通過組合來自多個數(shù)據(jù)集的部分?jǐn)?shù)據(jù)來唯一地識別給定的飛行器。例如，一個數(shù)據(jù)集可用飛行器的尾號來表示飛行器，而另一數(shù)據(jù)集可用飛行器當(dāng)前航班號來表示同一飛行器。如果該數(shù)據(jù)沒有被匹配和整合，那么該裝備將試圖繪制兩個不同的飛行器，而它們實際上表示相同的飛行器。

數(shù)據(jù)匹配引擎基于大的決策樹，該決策樹將異步進(jìn)入的各種位置信息視為輸入，然后對該位置信息進(jìn)行比較、排序和優(yōu)先級排序，以便解決矛盾和誤報。

例如，ads-b數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)通常通過國際民用航空組織(icao)呼號來識別飛行器，而acars數(shù)據(jù)通常使用國際航空運(yùn)輸協(xié)會(iata)航班標(biāo)識符。因此，在一些實施例中，創(chuàng)建了動態(tài)表格，以便維持icao呼號和iata航班標(biāo)識符之間的關(guān)系。該關(guān)系可基于指示關(guān)于給定航班的呼號和航班標(biāo)識符的數(shù)據(jù)項來確定，或可替代地，其可通過識別可分別鏈接到呼號和航班標(biāo)識符的中間數(shù)據(jù)項(諸如飛行器注冊編號)來確定。

所接收的數(shù)據(jù)也可能由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題而被延遲，這可能導(dǎo)致同時批量接收到多個飛行器位置信息消息。飛行器位置信息消息包括時間戳數(shù)據(jù)，因此優(yōu)選地，這些消息在數(shù)據(jù)由系統(tǒng)22的輸出接口36輸出之前被布置成它們適當(dāng)?shù)臅r間方式(timewise)順序。

然而，在給定飛行器進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍之前，該飛行器可能已經(jīng)著陸并隨后又再次起飛，在這種情況下，飛行器將接收到新的標(biāo)識來表示新航班。因此，大部分消息可包括與先前航班有關(guān)的消息。如果處理器34確定飛行器位置信息與當(dāng)前航班標(biāo)識無關(guān)，或者另外不可能以正確的順序排列消息，則該飛行器位置信息優(yōu)選地被丟棄。

另一個示例是其中飛行器飛到ads-b數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)中使得系統(tǒng)22在飛行器飛行的中途開始接收ads-b的情況。在這種情況下，系統(tǒng)22將已經(jīng)從另一源接收到關(guān)于飛行器的飛行器位置信息(例如，acars數(shù)據(jù))，并且將優(yōu)選的是確定新的ads-b數(shù)據(jù)是否對應(yīng)于待繪制的新飛行器，或可替代地確定其是否對應(yīng)于現(xiàn)有飛行器。根據(jù)該確定的結(jié)果，新數(shù)據(jù)可與現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行合并和協(xié)調(diào)。

確定新數(shù)據(jù)是否對應(yīng)于現(xiàn)有飛行器數(shù)據(jù)饋送的一種方式將是在給定的時間幀內(nèi)確定來自相應(yīng)數(shù)據(jù)饋送的與位置對應(yīng)的一對飛行器位置信息數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的位置距離，并進(jìn)一步確定相同的飛行器在該時間量內(nèi)已經(jīng)覆蓋了所確定的距離是否將是可行的。這可用作感測檢查，以驗證使用不同的方式來識別給定飛行器的數(shù)據(jù)饋送確實對應(yīng)于同一飛行器，而不是例如由于延遲而已經(jīng)用于替換原來旨在飛行該航線的飛行器的不同飛行器。

各種數(shù)據(jù)源還可識別當(dāng)飛行器起飛時的“離開時間”，以及當(dāng)飛行器著陸時的“著陸時間”。在這些相應(yīng)時間之間可能會有幾分鐘的差異，因此處理器34必須基于數(shù)據(jù)源的相對準(zhǔn)確度來確定這些源中的哪個被優(yōu)先排序。

然后，處理器34可以繼續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和平滑，以便達(dá)到縮減的數(shù)據(jù)集。緩沖器33可以是循環(huán)緩沖器，并且過濾可涉及使用基于時間和精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采樣的采樣濾波器。例如，它可以僅是在一分鐘的周期內(nèi)接收到的前4個最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)被平滑處理并被繪制到電子地理映射數(shù)據(jù)上?？商娲?，濾波可僅選擇在最后一分鐘內(nèi)接收到的最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

如上所述，以5位小數(shù)位的位置準(zhǔn)確度和1秒的時間準(zhǔn)確度來廣播ads-b數(shù)據(jù)；因此，當(dāng)過濾在給定時間段內(nèi)所接收到的飛行器位置信息以確保在該時間段中的數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)沒有超過限度時，ads-b數(shù)據(jù)將優(yōu)先于具有三位小數(shù)位的位置準(zhǔn)確度和1分鐘的時間準(zhǔn)確度的acars數(shù)據(jù)。

平滑過程可包括在經(jīng)過濾的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間平均位置信息。然后，該經(jīng)平滑的飛行器位置信息數(shù)據(jù)可由處理器34輸出到輸出接口36，并在顯示設(shè)備上被呈現(xiàn)為覆蓋在電子地理映射數(shù)據(jù)上的層。

處理器34可包括一個或更多個專用處理設(shè)備，諸如專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、數(shù)字信號處理器(dsp)、網(wǎng)絡(luò)處理器或其他類似設(shè)備。處理器34被配置為執(zhí)行以下公開的操作和方法。這些操作可由單一處理器執(zhí)行，或可替代地，可由連接在一起的若干處理器執(zhí)行。

在給定時間段內(nèi)沒有從任何位置信息源接收到給定飛行器的飛行器位置信息的情況下，飛行器的位置可通過外推飛行器的先前飛行速度和軌跡來估計。該估計的位置可被繪制在電子地理映射數(shù)據(jù)上，并且還可以以某種方式標(biāo)出，以突出它僅是估計的飛行器位置而不是實際接收到的飛行器位置。

在(由于所接收的acars飛行器位置信息已被濾除而采用更準(zhǔn)確的飛行器位置信息而導(dǎo)致)acars飛行器位置信息沒有在給定時間段內(nèi)被繪制到電子地理映射數(shù)據(jù)上的情況下，處理器可被配置為除了在過濾列表中維護(hù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)之外還繪制acars數(shù)據(jù)點(diǎn)。為了最終用戶的利益，可包括該附加的位置信息。

當(dāng)除了在過濾列表中維護(hù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)之外還繪制了acars數(shù)據(jù)點(diǎn)時，如果acars數(shù)據(jù)點(diǎn)沒有坐落在平滑的飛行器位置信息的飛行曲線上，則acars數(shù)據(jù)點(diǎn)優(yōu)選地不根據(jù)過濾的數(shù)據(jù)點(diǎn)列表來進(jìn)行平滑，而是被簡單地繪制在平滑的飛行器位置信息旁。

通過這種方式，裝備22組合和處理各種數(shù)據(jù)集，以便向用戶提供用于利用覆蓋到地理地圖上以便于使用的視覺表示來監(jiān)測和準(zhǔn)確地跟蹤一個或更多個飛行器12的增強(qiáng)的能力。裝備22為航空公司地勤人員提供飛行器12的當(dāng)前狀態(tài)的更大可見度，并且使對航班調(diào)度的任何中斷例如由于使飛行器等待航線或改線而導(dǎo)致的中斷能夠被快速且集中地識別。

附加的飛行器位置信息也可與聚合的飛行器位置信息相結(jié)合；例如，雷達(dá)飛行器位置數(shù)據(jù)或歐洲航空安全組織(eurocontrol)4-d軌跡數(shù)據(jù)可在第四接收器38處被收集，并被包括在聚合的飛行器位置數(shù)據(jù)中，該聚合的飛行器位置數(shù)據(jù)通過處理器34進(jìn)行過濾、處理和平滑，以產(chǎn)生平滑的飛行器位置信息數(shù)據(jù)。

在另外的示例中，附加的數(shù)據(jù)集可被呈現(xiàn)為被覆蓋在與飛行器位置信息相同的電子地理映射數(shù)據(jù)上的附加層。這些數(shù)據(jù)集可包括在第五接收器40處接收的天氣數(shù)據(jù)或在第六接收器42處接收的與飛行器12對應(yīng)的飛行計劃數(shù)據(jù)，并且還可被周期性地更新。

此外，受監(jiān)測的飛行器位置信息可被收集并作為歷史數(shù)據(jù)被保存在數(shù)據(jù)儲存器44中以供將來的分析，從而評估和提高飛行器的運(yùn)行效率。

參照圖3，示例電子地理映射數(shù)據(jù)被描繪為覆蓋有對應(yīng)于飛行器12的飛行計劃數(shù)據(jù)46以及實時的飛行器位置信息48。如從圖3中繪制的位置信息可以看出，acars飛行器的位置信息(被示出為黑色方塊)明顯不如ads-b飛行器位置信息(被示出為白色方塊)有規(guī)律。飛行計劃的航路點(diǎn)被示出為白色圓圈。

飛行器位置信息可臨時儲存在輸出緩沖器或數(shù)據(jù)儲存器中，以便使飛行器的實際飛行路徑的記錄能夠由裝備輸出。這可以被查看，并且可選地，與原始飛行計劃進(jìn)行比較。此外，該數(shù)據(jù)可被儲存在永久性數(shù)據(jù)儲存器中，以便使飛行器位置信息可用于稍后的進(jìn)一步分析。該分析可使飛行器操作員能夠確定在其過去的操作中發(fā)生的任何無效率事件，使得它們可被納入考慮并用于優(yōu)化未來的操作。

優(yōu)選地，最終用戶將能夠?qū)崟r地縮放和平移地理映射數(shù)據(jù)，這意味著動態(tài)地確定哪些對象子集(例如，飛行器和機(jī)場)是可見的，并且在最壞情況下同時在屏幕上顯示所有對象。此外，為了能夠在互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器窗口中顯示和更新大量的動態(tài)對象和靜態(tài)對象二者，可實現(xiàn)機(jī)制(諸如算法)以管理動態(tài)數(shù)據(jù)，并避免瀏覽器提取自上次事務(wù)以后沒有改變的數(shù)據(jù)。如果飛行器數(shù)據(jù)自上次更新以來發(fā)生變化，則這可通過僅將飛行器數(shù)據(jù)推送到瀏覽器以進(jìn)行更新來實現(xiàn)。

對于靜態(tài)對象(諸如，機(jī)場位置數(shù)據(jù)、飛行信息區(qū)域或覆蓋區(qū)域)，空間可被劃分成若干區(qū)塊(tiles)，并且對象在區(qū)塊服務(wù)器上進(jìn)行劃分以用于顯示。這使靜態(tài)對象能夠被分組為單一區(qū)塊對象，該單一區(qū)塊對象可被加載并且將在持續(xù)時間段內(nèi)保持有效，因為關(guān)于這些對象的信息很少改變。一個問題是，地理映射數(shù)據(jù)可在不同的縮放級別下被查看，因此跨所有縮放級別的區(qū)塊數(shù)量指數(shù)地增加。因此，優(yōu)選地，受管理的區(qū)塊的數(shù)量通過僅管理那些帶有有用信息的區(qū)塊而得以減少。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，參照圖5，可提供計算機(jī)化方法，其包括：在第一接收器處通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路從第一射頻源接收第一飛行器位置信息(以包含位置信息的acars消息的形式)50，在第二接收器處從第二射頻源接收第二飛行器位置信息(以ads-b廣播的形式)52，以及在第三接收器處接收電子地理映射數(shù)據(jù)54。

第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息從位于飛行器上的相應(yīng)射頻源并經(jīng)由一個或更多個地面站被接收。然后，第一飛行器位置信息和第二飛行器位置信息在緩沖器處被接收以被緩沖，并隨后進(jìn)行過濾56，以限制在每個時間段內(nèi)處理的飛行器位置信息數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量并產(chǎn)生經(jīng)過濾的飛行器位置信息。然后，對經(jīng)過濾的飛行器位置信息進(jìn)行進(jìn)一步處理58，以產(chǎn)生平滑的飛行器位置信息，該平滑的飛行器位置信息隨后可以從處理器輸出使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上60。

在本發(fā)明的第二方面的另一實施例中，參照圖5a和圖5b，可提供計算機(jī)化方法，其包括：在62，在第一接收器處，以第一周期從acars收發(fā)器接收acars位置信息；在第二接收器處，以短于第一周期的第二周期從ads-b發(fā)射機(jī)接收ads-b位置信息；在第三接收器處，接收電子地理映射數(shù)據(jù)；在第四接收器處，接收雷達(dá)飛行器位置數(shù)據(jù)；在第五接收器處，接收天氣數(shù)據(jù)；以及在第六接收器處，接收飛行計劃數(shù)據(jù)。該實施例從各種源接收若干附加的數(shù)據(jù)類型；如技術(shù)人員將認(rèn)識到的，中間實施例可包括僅接收這些附加數(shù)據(jù)類型中的一些。

然后，計算機(jī)化方法可緩沖acars、ads-b和雷達(dá)飛行器位置信息并隨后在處理器處進(jìn)行過濾，以產(chǎn)生基于源的相對時間和位置的準(zhǔn)確度而過濾的有限量的飛行器位置信息64。然后，該過濾的飛行器位置信息可在處理器處例如通過刪除錯誤數(shù)據(jù)點(diǎn)或?qū)?shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平均來進(jìn)一步進(jìn)行處理，以產(chǎn)生平滑的飛行器位置信息66。

一旦數(shù)據(jù)被處理，平滑的飛行器位置信息就可被輸出，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上68。

在該實施例中，處理器可被配置為，如果在給定時間段內(nèi)沒有接收到飛行器位置信息，則輸出外推的飛行器位置信息72。優(yōu)選地，該外推的飛行器位置信息被輸出，使得其可被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。

此外，計算機(jī)化方法還可使處理器輸出acars位置信息，使得它即使不構(gòu)成平滑的飛行器位置信息的一部分也可在平滑的飛行器位置信息旁被覆蓋到電子地理映射數(shù)據(jù)上。這意味著，即使當(dāng)acars飛行器位置信息已被處理器濾除而為了采用更準(zhǔn)確的飛行器位置信息時，acars位置信息也可被繪制在電子地理映射數(shù)據(jù)上。這提供了最終用戶期望的附加位置信息。

當(dāng)除了在過濾列表中維護(hù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)之外還有acars數(shù)據(jù)點(diǎn)被繪制時，計算機(jī)化方法優(yōu)選地被布置為不根據(jù)過濾的數(shù)據(jù)點(diǎn)列表來對acars數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平滑。相反，acars數(shù)據(jù)點(diǎn)優(yōu)選地在平滑的飛行器位置信息旁被簡單繪制在其紀(jì)錄的位置中，即使這意味著acars數(shù)據(jù)點(diǎn)并不坐落在由平滑的飛行器位置信息所示的飛行曲線上。

優(yōu)選地，計算機(jī)化方法還使平滑的飛行器位置信息被儲存在數(shù)據(jù)儲存器中以用于后續(xù)分析76。

圖4、圖5a和圖5b的流程圖說明了根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝備、計算機(jī)化方法和計算機(jī)程序產(chǎn)品的示例實施方式的操作。流程圖中的每個塊可表示模塊，該模塊包括用于實現(xiàn)塊中指定的邏輯功能的一個或更多個可執(zhí)行計算機(jī)指令或者指令的一部分。圖中的塊的順序僅旨在說明示例。在替代的實施方式中，特定塊中所說明的邏輯功能可以不按照圖中提到的順序發(fā)生。例如，與兩個塊相關(guān)聯(lián)的過程可以同時或按相反的順序執(zhí)行，這取決于功能。流程圖中的每個塊可以以軟件、硬件或軟件和硬件的組合來實現(xiàn)。

本發(fā)明的實施例提供了用于監(jiān)測飛行器的計算機(jī)化方法和裝備，其提供了高度準(zhǔn)確和動態(tài)聚合的飛行器位置信息，具有跟蹤飛行偏差和天氣模式的能力，以便支持飛行器操作者以當(dāng)前飛行器位置的增加的可見度進(jìn)行的相應(yīng)決策制定過程。

圖6示出了包括覆蓋有天氣數(shù)據(jù)的飛行器位置信息的映射數(shù)據(jù)的示例。該天氣數(shù)據(jù)可包括與鋒面、壓力系統(tǒng)、噴氣流、對流層頂邊界、照明密度、結(jié)冰條件、湍流、雷暴和其他重大氣象信息(sigmet)有關(guān)的當(dāng)前天氣觀測(有時被稱為臨近預(yù)報)和天氣預(yù)測。

如圖7a至圖7c所示，預(yù)測的天氣數(shù)據(jù)可在映射數(shù)據(jù)上在當(dāng)前估計的飛行路徑旁動畫顯示，以便使用戶能夠基于其計劃的路線和當(dāng)前的飛行器位置來更準(zhǔn)確地分析和識別可能會影響飛行器的任何潛在的天氣問題。

一些有時間限制的層(諸如觀測到的衛(wèi)星圖像、雷達(dá)或預(yù)測到的湍流)最好被表示為隨時間推移動畫。

圖7a示出了從第一機(jī)場80起飛并且預(yù)定在第二機(jī)場82著陸的飛行器的當(dāng)前飛行器位置圖標(biāo)78。預(yù)測的天氣數(shù)據(jù)已經(jīng)覆蓋在映射數(shù)據(jù)上，并且可選地，包括圖例84，以使用戶能夠解讀天氣數(shù)據(jù)。預(yù)測天氣數(shù)據(jù)可通過在圖7a的底部的時間條窗口86上按下播放來進(jìn)行動畫。時間條窗口86是用于顯示動畫的天氣層的控制器，其可被播放或暫停并且手動定位。然后，圖7b和圖7c示出了通過改變在時間條窗口86的右手側(cè)上表示的時間和時間條的移動的如圖所示的預(yù)測天氣模式隨時間推移的進(jìn)展。

由于這些動畫表示未來的天氣模式預(yù)測，而當(dāng)前的飛行器位置圖標(biāo)78表示飛行器的當(dāng)前位置，因此估計的飛行器位置圖標(biāo)88已被包括在動畫中，以便確定飛行器估計在由時間條選擇的時間所在的位置，并相對于預(yù)測的天氣進(jìn)行顯示。這使用戶能夠容易地確定移動的天氣模式將對飛行器的飛行的影響。

該估計的飛行路徑可基于從飛行器的實際位置和第二機(jī)場82之間的大圓軌跡(地球周圍的最直線)上的飛行器的當(dāng)前位置、速度和軌跡的外推?？商娲?，如果飛行計劃數(shù)據(jù)可用，則估計的飛行路徑可基于原始飛行計劃同時考慮飛行計劃數(shù)據(jù)中所包括的計劃的航路點(diǎn)信息來估計。例如，飛行器操作員可能夠確定給定的飛行器將需要偏離其計劃的路線，從而允許飛行器操作員提前考慮該偏離可能具有的任何連鎖效應(yīng)。

類似的原理可用在天氣數(shù)據(jù)上，天氣數(shù)據(jù)表示觀測到的天氣模式，即已經(jīng)發(fā)生的天氣。如從圖8a至圖8c可以看出，估計的飛行器位置圖標(biāo)88已被替換為歷史飛行器位置圖標(biāo)90，該歷史飛行器位置圖標(biāo)90指示飛行器在時間條窗口86中指示的時間所處于的位置。該歷史飛行器位置圖標(biāo)90可表示兩個觀測到的飛行器位置之間的插值。

然而，當(dāng)前的飛行器位置圖標(biāo)78優(yōu)選地始終顯示并被維持在飛行器的當(dāng)前位置中，使得飛行器的當(dāng)前位置可總是被容易地、快速地識別，并且不會與任何動畫的過去或未來的位置混淆。