專利名稱：用于檢測飛行器與周圍地形的碰撞的危險的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測飛行器與周圍地形的碰撞的危險的方法，該方法能夠克服這些缺點。
為此，根據(jù)本發(fā)明，下述一系列連續(xù)步驟根據(jù)所述方法被自動和重復(fù)地實施 a)計入位于飛行器前面的地形的輪廓； b)確定特殊飛行參數(shù)的有效值； c)從這些有效值確定回避路線，該回避路線包括至少一個源部分和一個恒定斜度部分，而且該回避路線被投影在飛行器的前面； d)檢查所述回避路線是否與至少在飛行器前面的預(yù)定距離的地形的所述輪廓相適應(yīng)；以及 e)如果在步驟d)中檢測到不相容性，則發(fā)送相應(yīng)的警報信號，所述方法的特征在于 -在步驟c)中 ■使用確定的所述特殊飛行參數(shù)中的某些的有效值，計算出飛行器的高度變化，該高度變化由在回避操作時通過減速產(chǎn)生的能量的轉(zhuǎn)換和總斜度變化所引起；和 ■如此計算的高度變化被用于確定回避路線，該回避路線是真實性的最佳可能的表示，而且在源部分和恒定斜度的部分之間包括考慮這個高度變化的中間部分；以及 -在步驟d)中，如此確定的回避路線被用來檢查該回避路線是否與在飛行器前面的所述預(yù)定距離的地形的所述輪廓相適應(yīng)。
于是，根本發(fā)明，計入了飛行器的高度變化，該高度變化由在回避操作時的能量的轉(zhuǎn)換和推力變化所引起，使得能夠最優(yōu)化在步驟c)中使用的模型。在這個步驟c)中使用的處理因此適合于盡可能地接近真實性。因此，與地形的碰撞的危險的檢測考慮了回避操作，該回避操作非常接近于必要時由飛行器實際使用的回避操作，這特別能夠避免錯誤警報并能夠獲得特別可靠的監(jiān)控。
在第一個實施例中，由減速產(chǎn)生的所述總斜度變化對應(yīng)于推力變化。
有利地，在這個第一實施例中 -在步驟b)中 ■估計飛行器的有效質(zhì)量GW； ■測量飛行器的當(dāng)前有效速度VO；和 ■測量飛行器的當(dāng)前有效斜度γO；以及 -在步驟c)中，使用下列等式計算出所述高度變化△H 其中 ■K1、K2和K3是取決于飛行器的預(yù)定參數(shù)； ■g表示重力加速度； ■GWO表示預(yù)定的飛行器的質(zhì)量的恒定值，該恒定值取決于所述飛行器； ■VF表示速度的恒定值，對應(yīng)于在回避操作的結(jié)尾達(dá)到的穩(wěn)定速度，這個值是預(yù)定的而且取決于飛行器； ■γF表示飛行斜度的恒定值，對應(yīng)于在回避操作的結(jié)尾穩(wěn)定的相對于地面的飛行斜度，這個值是預(yù)定的，而且取決于飛行器和狀態(tài)參數(shù)； ■X表示飛行器的當(dāng)前位置，該位置在飛行器的垂直對稱面的水平軸線上；以及 ■XO表示在所述回避操作的高度變化階段開始時的飛行器的位置，該位置在所述垂直面的所述水平軸線上。
此外，在第二個實施例中，在步驟c)中，通過對下列各項求和，逐步地計算所述高度變化 -第一個高度變化，表示由減速引起的動能向勢能的轉(zhuǎn)化；以及 -第二個高度變化，表示所述步驟中的總斜度。
此外，有利地，為了最優(yōu)化回避操作的初始拉出階段 -在步驟c)中 ■使用確定的所述特殊飛行參數(shù)中的某些的有效值，計算出表示回避操作的源階段的荷載系數(shù)；和 ■如此計算的荷載系數(shù)被用于確定回避路線的源部分，該源部分是真實性的最佳可能的表示；以及 -在步驟d)中，如此確定的源部分被用來檢查該回避路線是否與在飛行器前面的所述預(yù)定距離的地形的所述輪廓相適應(yīng)。
在該情況下，優(yōu)選地， -在步驟b)中 ■估計飛行器的有效質(zhì)量GW；和 ■測量飛行器的當(dāng)前有效速度VO；以及 -在步驟c)中，使用下列公式計算所述荷載系數(shù)Nz Nz＝n0+(n1·GW)+(n2·VO) 其中，n0、n1和n2是預(yù)定參數(shù)。
在一個特殊的實施例中，至少所述預(yù)定參數(shù)中的某些以及必要時所述恒定值中的一些取決于飛行器的有效飛行形態(tài)。這使得與可能由飛行器實際實施的操作相比，能夠改進(jìn)模型化的回避操作的代表性。
本發(fā)明也涉及一種用于自動地檢測飛行器與周圍地形的碰撞的危險的設(shè)備，所述設(shè)備包括 -第一裝置，識別位于飛行器前面的地形的輪廓； -第二裝置，用于確定特殊飛行參數(shù)的有效值； -第三裝置，用于從所述有效值計算回避路線，而且用于檢查所述回避路線是否與至少在飛行器前面的預(yù)定距離的地形的所述輪廓相適應(yīng)；以及 -第四裝置，如果所述第三裝置檢測到不相容性，則發(fā)送相應(yīng)的警報信號。
根據(jù)本發(fā)明，所述設(shè)備的特征在于所述第三裝置至少包括 -第一單元，使用預(yù)定的所述特殊飛行參數(shù)中的某些的有效值，計算飛行器的高度變化，該高度變化由在回避操作時通過減速產(chǎn)生的能量的轉(zhuǎn)換和推力的變化所引起； -第二單元，使用所述第一單元計算的高度變化以確定回避路線，該回避路線是真實性的最佳可能的表示；以及 -第三單元，使用所述第二單元確定的回避路線以檢查這個回避路線是否與在飛行器前面的所述預(yù)定距離的地形的所述輪廓相適應(yīng)。
在一個特殊的實施例中，所述第三裝置還包括 -第四單元，使用確定的所述特殊飛行參數(shù)的某些參數(shù)的有效值，計算表示回避操作的拉出階段的荷載系數(shù)； -第五單元(例如對應(yīng)于所述第二單元)，使用所述第四單元計算的荷載系數(shù)以確定回避路線的源部分，該源部分是真實性的最佳可能的表示；以及 -第六裝置(例如對應(yīng)于所述第三單元)，使用所述第五單元確定的這個源部分以檢查所述回避路線是否與在飛行器前面的所述預(yù)定距離的地形的所述輪廓相適應(yīng)。
附圖的圖示將給出本發(fā)明可如何被具體實施的很好的理解。在這些圖示中，相同的標(biāo)記指示同樣的部件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的方框圖； 圖2是在本發(fā)明中考慮的拉出操作的示意圖；以及 圖3是能夠闡明本發(fā)明的基本特征的曲線圖。
根據(jù)本發(fā)明在圖1中示意性示出的設(shè)備1的用途是自動地檢測飛行器A，特別是軍事運(yùn)輸機(jī)與周圍地形2的碰撞的任何危險，并在這樣的危險被檢測到時警告機(jī)組人員，使得機(jī)組人員隨后能夠?qū)嵤Φ匦?的回避的操作TE，如圖2所示。
這種安裝在飛行器A內(nèi)的例如TAWS(“地形回避和警報系統(tǒng)”)類型或GPWS(“地面接近警報系統(tǒng)”)類型的設(shè)備1一般包括 -裝置5，識別至少在飛行器A前面的地形6的輪廓，并為此包括例如含有所述地形輪廓6的數(shù)據(jù)庫和/或例如雷達(dá)這種檢測地形的裝置。所述地形輪廓6例如在地勢4上方的預(yù)定的凈空高度G上； -在下文描述的裝置7，例如形成數(shù)據(jù)源組件8的一部分，其用途是確定多個特殊飛行參數(shù)的有效值，這些有效值也在下文進(jìn)行描述； -中央單元9，通過線路11和12相應(yīng)地連接到所述裝置5和7，其用途是從所述裝置7確定的特殊飛行參數(shù)的所述有效值計算回避路線，把這個回避路線投影在飛行器A的前面，并檢查如此向前投影的所述回避路線是否與至少在飛行器A前面的預(yù)定距離(例如10000米)的所述地形輪廓6相適應(yīng)；以及 -裝置13，通過線路14連接到所述中央單元9，用于在所述中央單元9檢測到碰撞危險的情況下發(fā)送警報信號(聲音和/或可視的)。
根據(jù)本發(fā)明，所述中央單元9包括 -單元15，使用所述特殊飛行參數(shù)中的某些參數(shù)的有效值(由所述裝置7確定)，如下所述，計算飛行器A的高度變化ΔH，該高度變化由在回避操作時通過減速產(chǎn)生的能量的轉(zhuǎn)換和總斜度的變化所引起，該回避操作被實施以避開在飛行器A前面的地形2；以及 -單元16，通過線路17連接到所述單元15，用于使用由該單元15計算的高度變化ΔH以確定回避路線，該回避路線是真實性的最佳可能的表示；以及 -單元3，通過線路10連接到所述單元16，用于使用由該單元16確定的回避路線以檢查所述回避路線是否與在飛行器A前面的所述預(yù)定距離的所述地形輪廓6相適應(yīng)。
為此，所述單元3使用由單元16計算的輔助曲線18(或回避曲線)，該輔助曲線示于圖3并被設(shè)定為仿制回避操作。所述單元3使這個輔助曲線18在飛行器A的前面做直線地移動，并檢查該曲線不遇到在飛行器A的當(dāng)前位置前面的地形輪廓6，至少在所述預(yù)定距離上。因此，只要這樣移動的輔助曲線18不遇到地形輪廓6，那么飛行器A就能夠飛過在該飛行器前面的地形2的凸起4。
然而，在輔助曲線18移動時，所述輔助曲線18遇到地形輪廓6，這就有與該地形輪廓碰撞的危險，使得單元3然后控制裝置13發(fā)送警報信號，如圖2中的符號19所示。此時，駕駛員或自動制導(dǎo)系統(tǒng)使飛行器A跟隨回避路線TE而行，該回避路線被用來允許所述飛行器A飛過在該飛行器前面的地形2的地勢4，從而避免碰撞。
直到現(xiàn)在，如圖3中的虛線所示的通常的輔助曲線18A(用來仿制回避路線)包括 -第一部分20A(或源部分)，表示回避操作的恢復(fù)階段(源階段)，用來允許飛行器A恢復(fù)高度。通常通過計入飛行器A的恒定荷載系數(shù)來繪制這個源部分20A，使得對應(yīng)于恒定半徑的圓?。灰约? -恒定斜度部分21A，其沿切向接在這個源部分20A之后。
這種通常的輔助曲線18A不能準(zhǔn)確地仿制在必要時由飛行器A實際實施的回避操作，這可能特別引起錯誤警報(與碰撞危險有關(guān))。
根據(jù)本發(fā)明的輔助曲線18能夠通過以最佳方式仿制由飛行器A實際實施的回避操作來克服這個缺點。為此，根據(jù)本發(fā)明，所述輔助曲線18除了在下文描述的特殊的源部分20和通常的恒定斜度部分21之外，還包括計入所述高度變化ΔH的中間部分22。這個輔助曲線18因此考慮了在高度中的動態(tài)增大，從所述源部分20的末端開始并一直進(jìn)行到所述恒定斜度部分21的開始(因此相對于所述通常的部分21A來說，這通過所述高度變化ΔH垂直地向上移位)。
為此，所述裝置7包括沒有特別按次序示出的單元，以便分別 -估計飛行器A的有效質(zhì)量GW； -測量飛行器A的當(dāng)前有效速度VO；以及 -測量飛行器A的當(dāng)前有效斜度γO(相對于地面)。
此外，在第一個實施例中，對該實施例來說，所述總斜度變化對應(yīng)于推力變化，所述單元15使用先前的有效值和下列公式來確定高度變化ΔH 其中 -K1、K2、K3、K4和K5是取決于飛行器A的預(yù)定參數(shù)； -g表示重力加速度； -GWO表示預(yù)定的飛行器A的質(zhì)量的恒定值，該恒定值取決于所述飛行器A； -VF表示速度的恒定值，對應(yīng)于在回避操作的結(jié)尾達(dá)到的穩(wěn)定速度，這個值是預(yù)定的而且取決于所述飛行器A； -γF表示飛行斜度的恒定值，對應(yīng)于在回避操作的結(jié)尾穩(wěn)定的相對于地面的飛行斜度，這個值是預(yù)定的，而且取決于飛行器A和狀態(tài)參數(shù)； -X表示飛行器A的當(dāng)前位置，該位置在飛行器A的垂直對稱面OXZp的水平軸線OX上；以及 -XO表示在所述回避操作的高度變化階段開始時的飛行器A的位置，該位置在所述垂直面OXZp的所述水平軸線OX上，如圖3所示。
先前提及的這個高度變化ΔH由能量轉(zhuǎn)換(引起高度變化ΔH1)和推力變化(引起高度變化ΔH2)所引起 ΔH＝ΔH1+ΔH2 高度變化ΔH1表示動能向勢能的轉(zhuǎn)化 ΔH1＝K1·(VO2-VF2)/2·g 此外，在這個第一實施例中，高度變化ΔH2由減速產(chǎn)生的推力變化引起。
此外，在第二個實施例中，對該實施例來說，高度變化ΔH是由通過減速產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換和總斜度變化所引起，所述高度變化ΔH是幾何斜度γ ΔH≈∫γ·dx 這個幾何斜度仍然等于總斜度γTOT與加速度項的和 γ＝γTOT-(dVSOL/dt)/g 總斜度等于推進(jìn)佘量，也就是等于在質(zhì)量之上的推力和阻力之間的差值 γTOT ≈(P-T)/m·g 這個總斜度γTOT促成高度增大ΔH，因為當(dāng)速度減小時該總斜度增大。這個與速度成反比的總斜度的增大是由與速度成反比的推力的增大所引起。
實際上，這個物理現(xiàn)象在渦輪螺旋槳飛機(jī)中是特別明顯的，其中，推力的主項由下式表示 P≈有效率/V 在這個第二實施例中，高度變化ΔH可因此由單元15逐步地計算，作為以下兩個組項的和 -ΔH3，是由減速引起的動能向勢能的轉(zhuǎn)化；以及 -ΔH4，表示所述步驟中的總斜度， 也就是 ΔH＝ΔH3+ΔH4 同時，對于步驟i 此外，根據(jù)本發(fā)明，所述中央單元9還包括 -單元23，在由飛行器A實際實施的回避操作的源階段時，使用飛行器A的質(zhì)量GW和速度VO的有效值(由所述裝置7確定)，計算荷載系數(shù)Nz，其表示飛行器A的真實荷載系數(shù)；以及 -附加單元，例如單元16，通過線路24連接到所述單元23，用于使用所述荷載系數(shù)Nz(代替一直使用到現(xiàn)在的預(yù)定的恒定荷載系數(shù))以最優(yōu)化輔助曲線18的所述源部分20。一般地，這個荷載系數(shù)Nz被考慮進(jìn)來以計算形成這個源部分20的圓弧的半徑。
在一個特殊的實施例中，所述單元23使用下列公式來確定所述荷載系數(shù)Nz Nz＝n0+(n1.GW)+(n2.VO) 其中，n0、n1和n2是預(yù)定參數(shù)。
這個荷載系數(shù)Nz比現(xiàn)有技術(shù)中使用的恒定荷載系數(shù)更接近真實性，使得能夠增大輔助曲線18的源部分20的一致性。
在設(shè)備1檢測到碰撞危險以及開始回避操作的情況下，由飛行器A實際跟隨的回避路線TE就被輔助曲線18如實地仿制出來，根據(jù)本發(fā)明來確定該輔助曲線，如圖3所示。
因此，由設(shè)備1使用的與地形2的碰撞的危險的檢測考慮了回避操作(以輔助曲線18的形式)，該回避操作非常接近于必要時由飛行器A實際使用的回避操作，這特別能夠避免錯誤警報，從而獲得特別可靠的監(jiān)控。
在一個特殊的實施例中，所述預(yù)定參數(shù)n0、n1、n2、K1、K2和K3或所述恒定值GWO、VF和γF中的至少某些參數(shù)(記錄在中央單元9內(nèi)或數(shù)據(jù)源的組件8內(nèi))取決于飛行器A的有效飛行形態(tài)。在該情況下，數(shù)據(jù)源的組件8包括用來測量參數(shù)的裝置，使得能夠確定飛行器A的當(dāng)前飛行形態(tài)，該飛行形態(tài)例如取決于飛行階段、飛行器A的空氣動力外形(縫翼、襟翼)、飛行器的高度等。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測飛行器(A)與周圍地形(2)的碰撞的危險的方法，根據(jù)該方法，下列一系列連續(xù)步驟被自動和重復(fù)地實施
a)計入位于飛行器(A)前面的地形(2)的輪廓(6)；
b)確定特殊飛行參數(shù)的有效值；
c)從這些有效值確定回避路線，該回避路線包括至少一個源部分和一個恒定斜度部分，而且該回避路線被投影在飛行器(A)的前面；
d)檢查所述回避路線是否與至少在飛行器(A)前面的預(yù)定距離的地形(2)的所述輪廓(6)相適應(yīng)；以及
e)如果在步驟d)中檢測到不相容性，則發(fā)送相應(yīng)的警報信號(19)，其特征在于
-在步驟c)中
■使用確定的所述特殊飛行參數(shù)的某些參數(shù)的有效值，計算出飛行器(A)的高度變化(ΔH)，該高度變化由在回避操作時通過減速產(chǎn)生的能量的轉(zhuǎn)換和總斜度變化所引起；和
■如此計算的高度變化(ΔH)被用于確定回避路線，該回避路線是真實性的最佳可能的表示，而且包括考慮了這個高度變化(ΔH)的中間部分，該中間部分在源部分和呈恒定斜度的部分之間；以及
-在步驟d)中，如此確定的回避路線被用來檢查該回避路線是否與在飛行器(A)前面的所述預(yù)定距離的地形(2)的所述輪廓(6)相適應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于由減速產(chǎn)生的所述總斜度變化對應(yīng)于推力變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于
-在步驟b)中
■估計飛行器(A)的有效質(zhì)量GW；
■測量飛行器(A)的當(dāng)前有效速度VO；和
■測量飛行器(A)的當(dāng)前有效斜度γO；以及
-在步驟c)中，使用下列等式計算出所述高度變化ΔH
其中
■K1、K2和K3是取決于飛行器(A)的預(yù)定參數(shù)；
■g表示重力加速度；
■GWO表示預(yù)定的飛行器(A)的質(zhì)量的恒定值，該恒定值取決于所述飛行器(A)；
■VF表示速度的恒定值，對應(yīng)于在回避操作的結(jié)尾達(dá)到的穩(wěn)定速度，這個值是預(yù)定的而且取決于飛行器(A)；
■γF表示飛行斜度的恒定值，對應(yīng)于在回避操作的結(jié)尾穩(wěn)定的相對于地面的飛行斜度，這個值是預(yù)定的，而且取決于飛行器(A)和狀態(tài)參數(shù)；
■X表示飛行器(A)的當(dāng)前位置，該位置在飛行器(A)的垂直對稱面(OXZp)的水平軸線(OX)上；以及
■XO表示在所述回避操作的高度變化階段開始時的飛行器(A)的位置，該位置在所述垂直面(OXZp)的所述水平軸線(OX)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在步驟c)中，通過對下列各項求和，逐步地計算所述高度變化(ΔH)
-第一個高度變化，表示由減速引起的動能向勢能的轉(zhuǎn)化；以及
-第二個高度變化，表示所述步驟中的總斜度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于
-在步驟c)中
■使用確定的所述特殊飛行參數(shù)中的某些的有效值，計算出表示回避操作的拉出階段的荷載系數(shù)；和
■如此計算的荷載系數(shù)被用于確定回避路線的源部分，該源部分是真實性的最佳可能的表示；以及
-在步驟d)中，如此確定的源部分被用來檢查該回避路線是否與在飛行器(A)前面的所述預(yù)定距離的地形(2)的所述輪廓(6)相適應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于
-在步驟b)中
■估計飛行器(A)的有效質(zhì)量GW；和
■測量飛行器(A)的當(dāng)前有效速度VO；以及
-在步驟c)中，使用下列公式計算所述荷載系數(shù)Nz
Nz＝n0+(n1·GW)+(n2·VO)
其中，n0、n1和n2是預(yù)定參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的方法，其特征在于至少所述預(yù)定參數(shù)中的某些以及必要時所述恒定值中的一些取決于飛行器(A)的有效飛行形態(tài)。
8.一種用于檢測飛行器(A)與周圍地形(2)的碰撞的危險的設(shè)備，所述設(shè)備(1)包括
-第一裝置(5)，識別位于飛行器(A)前面的地形(2)的輪廓(6)；
-第二裝置(7)，用于確定特殊飛行參數(shù)的有效值；
-第三裝置(9)，用于從所述有效值計算回避路線，而且用于檢查所述回避路線是否與至少在飛行器(A)前面的預(yù)定距離的地形(2)的所述輪廓(6)相適應(yīng)；以及
-第四裝置(13)，如果所述第三裝置(9)檢測到不相容性，則發(fā)送相應(yīng)的警報信號(19)，
其特征在于所述第三裝置(9)包括至少
-第一單元(15)，使用確定的所述特殊飛行參數(shù)的某些參數(shù)的有效值，計算飛行器(A)的高度變化(ΔH)，該高度變化由在回避操作時通過減速產(chǎn)生的能量的轉(zhuǎn)換和總斜度的變化所引起；
-第二單元(16)，使用所述第一單元(15)計算的高度變化(ΔH)以確定回避路線，該回避路線是真實性的最佳可能的表示；以及
-第三單元(3)，使用所述第二單元(16)確定的回避路線以檢查這個回避路線是否與在飛行器(A)前面的所述預(yù)定距離的地形(2)的所述輪廓(6)相適應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述第三裝置(9)還包括
-第四單元(23)，使用確定的所述特殊飛行參數(shù)中的某些的有效值，計算表示回避操作的拉出階段的荷載系數(shù)；
-第五單元(16)，使用所述第四單元(23)計算的荷載系數(shù)以確定回避路線的源部分，該源部分是真實性的最佳可能的表示；以及
-第六裝置(3)，使用所述第五單元(16)確定這個源部分，以檢查所述回避路線是否與在飛行器(A)前面的所述預(yù)定距離的地形(2)的所述輪廓(6)相適應(yīng)。
10.一種飛行器，其特征在于包括能夠?qū)嵤└鶕?jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法的設(shè)備(1)。
11.一種飛行器，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求8和9中任一項所述的設(shè)備(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)備(1)，包括裝置(5)，對地形輪廓進(jìn)行識別；裝置(7)，用于確定特殊飛行參數(shù)的有效值；檢查裝置(9)，用于檢驗通過所述有效值確定的飛行路線是否與地形輪廓相適應(yīng)；以及裝置(13)，用于在出現(xiàn)不相容性的情況下發(fā)射警報信號。所述檢查裝置(9)包含至少一個元件(15)，用于計算高度變化，該高度變化由在回避動作時通過減速產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換和總斜度變化所引起；元件(16)，使用所述高度變化確定回避路線；以及元件(3)，檢驗如此確定的該回避路線是否與地形輪廓相適應(yīng)。
文檔編號G05D1/00GK101228491SQ200680027176
公開日2008年7月23日 申請日期2006年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者F·皮塔德, J·-P·德莫蒂爾, F·奧布里 申請人:法國空中巴士公司