提供飛行器意向的描述的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及提供飛行器意向的描述，并公開了生成以形式語言表達(dá)的飛行器意向描述的計算機實施的方法，該飛行器意向描述提供飛行器在飛行時間段中的預(yù)期運動和配置的明確的四維描述。飛行意向描述經(jīng)解析提供跨越飛行區(qū)段的飛行意向的實例，其中飛行區(qū)段一起跨越所述飛行時間段。用根據(jù)用戶偏好、操作環(huán)境和飛行器性能的目標(biāo)和約束豐富所解析的飛行意向。通過確保每個飛行區(qū)段關(guān)閉所有關(guān)聯(lián)的自由度的飛行器運動和配置，將產(chǎn)生的豐富飛行意向轉(zhuǎn)換成參數(shù)飛行器意向描述。至少一些飛行器意向?qū)嵗瑓?shù)范圍，并且該方法進(jìn)一步包括通過確定每個參數(shù)范圍的參數(shù)的最優(yōu)值而優(yōu)化參數(shù)飛行器意向。
【專利說明】提供飛行器意向的描述

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及提供一種形成使用形式語言表達(dá)的飛行器意向描述的方法。此類描述 允許明確地預(yù)測飛行器的路徑。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于若干原因，預(yù)測飛行器軌跡的能力是有用的。通過軌跡，飛行器路徑的四維描 述意味著例如飛行器的三維位置可及時被指定在一系列點中的每個點處。該描述可以是飛 行器隨時間的狀態(tài)的演化，其中該狀態(tài)可包括飛行器的質(zhì)量中心的位置及其運動的其他方 面，如速度、姿態(tài)和重量。
[0003] 航空交通管理（ATM)將受益于預(yù)測飛行器的四維軌跡的改進(jìn)的能力。航空交通管 理負(fù)責(zé)飛行器的安全間隔、在擁擠空域如在機場周圍特別艱巨的任務(wù)?；诰_四維軌跡 預(yù)測的ATM決策支持工具可允許處理更大體積的飛行器，同時保持安全。
[0004] 預(yù)測飛行器的四維軌跡的能力也將有益于例如在編程UAV的飛行計劃中以及在 命令和化解其軌跡的沖突中諸如無人駕駛航空器（UAV)的自控飛行器的管理。
[0005] 為了明確地預(yù)測飛行器的四維軌跡，人們必須求解對飛行器行為和大氣條件建模 的一組微分方程。不同組的微分方程可供使用，其中一些將飛行器視為六自由度的運動系 統(tǒng)，而其他將該飛行器視為具有三個運動自由度的點質(zhì)量。另外，為了求解運動方程，要求 關(guān)于飛行器的配置的信息，因為其將根據(jù)分析器的配置對控制命令作出不同響應(yīng)。因此，進(jìn) 一步的配置自由度可能要求描述該飛行器的配置的限定。例如，三個配置自由度可用于限 定起落裝置配置、速度制動配置和提升裝置配置。因此，飛行器意向會需要關(guān)閉六個自由度 來限定明確的軌跡，其中三個度對應(yīng)于該飛行器在三個軸線上的運動，而其他三個度對應(yīng) 于飛行器配置。
[0006] 計算過程要求與飛行器意向?qū)?yīng)的輸入，例如使用形式語言表達(dá)的飛行器意向描 述。該飛行器意向描述提供充足信息，以明確地預(yù)測飛行器將飛行的軌跡。該飛行器意向 描述通常來源于飛行意向，也就是關(guān)于飛行器如何飛行的更基本信息，但其不會提供充足 信息來允許飛行器軌跡的明確確定。飛行器意向可包括捕獲可由飛行員和/或飛行管理系 統(tǒng)支配的基本命令、引導(dǎo)模式和控制輸入的信息，并且這些在飛行器意向描述中被表示為 形式語目。
[0007] 飛行器意向必須區(qū)別于飛行意向。飛行意向可被認(rèn)為是飛行計劃概念的泛化，且 因此將反映操作約束和目標(biāo)，如預(yù)期或要求的路線和操作員偏好，并且可使用形式語言表 達(dá)。飛行器意向的實例提供充足信息，以指示如何關(guān)閉飛行器的自由度中的至少一個，而飛 行意向的實例并未提供充足信息。例如，飛行意向的實例可對應(yīng)于從32000英尺至38000英 尺的爬升，從而未解決如何執(zhí)行所述爬升，而飛行器意向的實例可對應(yīng)于使用每分鐘2000 英尺的爬升率的從32000英尺至38000英尺的爬升。
[0008] 飛行意向不會明確地限定飛行器的軌跡，因為其將僅包含關(guān)閉所有自由度所必需 的一些信息。換句話說，剩余的開放自由度意味著有可能是許多可以計算的飛行器軌跡，這 些飛行器軌跡將滿足給定的飛行意向。因此，飛行意向可被視為飛行的基本藍(lán)圖，但缺乏明 確計算軌跡所要求的具體細(xì)節(jié)。
[0009] 因此，附加信息必須與飛行意向結(jié)合，以便關(guān)閉所有自由度且得到飛行器意向，該 飛行器意向確實允許要飛行的四維軌跡的明確預(yù)測。不關(guān)閉所有自由度的飛行器意向描述 被稱為打開飛行器意向描述。
[0010] 飛行器意向是使用所呈現(xiàn)的一組參數(shù)表達(dá)的，以便允許求解運動方程。所述參數(shù) 可處于開放（例如，指定可允許參數(shù)的范圍）或者可被指定為特定值。前者被稱為參數(shù)飛 行器意向，以區(qū)別前者和所有參數(shù)被指定為特定值的后者，該后者被稱為完全關(guān)閉的飛行 器意向。因此，打開飛行器意向描述可通過添加參數(shù)飛行器意向的實例來形成參數(shù)飛行器 意向描述而完成。然后，該參數(shù)飛行器意向描述可通過確定每個參數(shù)范圍的具體值來形成 完全關(guān)閉的飛行器意向描述進(jìn)行優(yōu)化。形式語言的理論可用于實施這些飛行器意向的公式 化：飛行器意向描述語言提供一組指令和管理表達(dá)飛行器意向?qū)嵗目稍试S組合的規(guī)則， 且因此允許飛行器軌跡的預(yù)測。同樣地，飛行意向描述語言可允許表達(dá)飛行意向的實例，如 約束和目標(biāo)，并合并打開飛行器意向描述。
[0011] EP-A-2040137也以波音公司的名義更詳細(xì)描述了飛行器意向。EP-A-2482269也 以波音公司的名義更詳細(xì)描述了飛行意向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在此背景下，本發(fā)明提出一種生成以形式語言表達(dá)的飛行器意向描述的計算機實 施方法，該分行器意向描述提供飛行器在飛行時間段期間的預(yù)期運動和配置的清楚的四維 描述。該飛行時間段可以是從起飛到著陸的飛行的全部或部分，且還可包括在地面上滑行。 該四維描述可對應(yīng)于軌跡，例如飛行器路徑的四維描述，其可被及時指定為飛行器在一系 列點中的每個點處的三維位置。本描述可以是飛行器隨時間的狀態(tài)的演化，其中該狀態(tài)可 包括飛行器質(zhì)量中心的位置及其運動的其他方面，如速度、姿態(tài)或質(zhì)量。
[0013] 該方法包括取得與跨越所述飛行時間段的飛行計劃對應(yīng)的飛行意向描述。此飛行 意向描述可由飛行員生成或者由飛行器中的飛行管理軟件自動生成。
[0014] 然后，該方法包括解析飛行意向描述，以提供飛行意向?qū)嵗?，所述飛行意向?qū)嵗?定飛行時間段如何被劃分成飛行區(qū)段。每個飛行意向?qū)嵗煽缭絾蝹€飛行區(qū)段或整數(shù)個飛 行區(qū)段。所述飛行區(qū)段一起跨越所述飛行時間段。因此，飛行意向描述中包含的飛行意向 實例被審查和使用來限定與時間間隔對應(yīng)的飛行區(qū)段，在所述時間間隔中飛行意向?qū)嵗?于有效狀態(tài)。因此，所述飛行時間段被劃分成一系列飛行區(qū)段，其中與飛行意向?qū)嵗龑?yīng)的 飛行區(qū)段之間的界限變得有效或變?yōu)槠跐M。確保已經(jīng)進(jìn)行的解析可對應(yīng)于檢查已經(jīng)以這種 方式解析了所接收的飛行意向描述，或其可對應(yīng)于執(zhí)行所述解析。
[0015] 對于每個飛行區(qū)段，該方法包括生成包括一個或多個打開飛行器意向?qū)嵗年P(guān)聯(lián) 飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集。此類描述提供信息，以引導(dǎo)如何可以在所述飛行區(qū)段過程中關(guān)閉某 些運動和/或配置自由度。其中每個飛行意向?qū)嵗幱谟行顟B(tài)的時間段一般在這里被稱 為其執(zhí)行間隔。每個飛行區(qū)段由一般將包括多個打開飛行器意向?qū)嵗娘w行區(qū)段意向數(shù) 據(jù)集進(jìn)行描述。例如，飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集可包括與垂直路徑有關(guān)的打開飛行器意向?qū)嵗?和與橫向路徑有關(guān)的另一個打開飛行器意向?qū)嵗?br> [0016] 該方法公開了用附加信息豐富基本飛行意向描述。這種豐富是通過至少三個步驟 執(zhí)行的。
[0017] 第一，執(zhí)行基于用戶偏好的豐富的步驟，其包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存儲 于用戶偏好數(shù)據(jù)庫的約束和/或目標(biāo)。識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束和/或 目標(biāo)，并用描述所識別約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行意向描述，從而提供豐富的飛 行意向描述。這種信息可被添加作為新的飛行意向?qū)嵗蛘咄ㄟ^修改現(xiàn)有飛行意向?qū)嵗?進(jìn)行添加。根據(jù)用戶偏好豐富策略執(zhí)行基于用戶偏好的豐富。
[0018] 第二，執(zhí)行基于操作環(huán)境的豐富的步驟，其包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存儲 于操作環(huán)境數(shù)據(jù)庫中的約束和/或目標(biāo)。識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束和 /或目標(biāo)，并用描述所識別約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行意向描述，從而提供進(jìn)一步 豐富的飛行意向描述。這種信息可被添加作為新的飛行意向?qū)嵗蛘咄ㄟ^修改現(xiàn)有飛行 意向?qū)嵗M(jìn)行添加。根據(jù)操作環(huán)境豐富策略執(zhí)行基于操作環(huán)境的豐富。
[0019] 第三，執(zhí)行基于飛行器性能的豐富的步驟，其包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存 儲于飛行器性能數(shù)據(jù)庫中的約束和/或目標(biāo)。識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束 和/或目標(biāo)，并用描述所識別約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行意向描述，從而提供更進(jìn) 一步豐富的飛行意向描述。這種信息可被添加作為新的飛行意向?qū)嵗蛘咄ㄟ^修改現(xiàn)有 飛行意向?qū)嵗M(jìn)行添加。這可根據(jù)飛行器性能豐富策略執(zhí)行。
[0020] 接著，該方法包括完成從飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集提取的打開飛行器意向描述的步 驟。這種完成包括通過識別其中未關(guān)閉所有自由度的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集而將在更進(jìn)一步 豐富的飛行意向描述的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集中包含的打開飛行器意向?qū)嵗D(zhuǎn)換成參數(shù)飛 行器意向?qū)嵗?，并且通過添加一個或多個飛行器意向?qū)嵗瓿伤R別的飛行區(qū)段意向數(shù) 據(jù)集，以關(guān)閉所有自由度。飛行器意向?qū)嵗梢允菂?shù)飛行器意向?qū)嵗?，或者可以是提?具體參數(shù)值的飛行器意向?qū)嵗?。這是根據(jù)從多個存儲的完成策略選擇的完成策略并且添加 與該完成策略對應(yīng)的飛行器意向?qū)嵗龍?zhí)行的。該完成策略考慮到影響所述飛行區(qū)段的那些 約束和/或目標(biāo)，并選擇依據(jù)飛行器意向表達(dá)的合適的操縱順序來滿足所述約束和/或目 標(biāo)。所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集被核對，從而提供在以形式語言表達(dá)的飛行時間段內(nèi)的參數(shù) 飛行器意向描述。添加飛行器意向?qū)嵗牟襟E包括提供參數(shù)飛行器意向?qū)嵗?，從而形成?述參數(shù)飛行器意向描述。
[0021] 在所述三個豐富步驟中的任何一個步驟過程中，所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集中包括 的打開飛行器意向?qū)嵗捎贸渥阈畔⑦M(jìn)行豐富，以便關(guān)閉所有自由度。在這種情況下，所述 完成步驟是不必要的。
[0022] 在完成之后，執(zhí)行優(yōu)化所述參數(shù)飛行器意向描述的步驟，其包括根據(jù)優(yōu)化策略確 定每個參數(shù)范圍的參數(shù)的最優(yōu)值，從而生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述。
[0023] 因此，本發(fā)明提供一種豐富飛行意向描述的三階段方法。首先，使用用戶偏好豐富 所述飛行意向描述。其次，使用操作環(huán)境進(jìn)一步豐富所豐富的飛行意向描述。這是通過識 別與所豐富的飛行意向描述有關(guān)的目標(biāo)和/或約束執(zhí)行的。因此，此過程是由已在基于用 戶偏好的豐富過程中添加到飛行意向描述的信息引導(dǎo)的。接著，使用飛行器性能更進(jìn)一步 豐富進(jìn)一步豐富的飛行意向描述。這是通過識別與進(jìn)一步豐富的飛行意向描述有關(guān)的目標(biāo) 和/或約束執(zhí)行的，且因此是由根據(jù)用戶偏好和操作環(huán)境添加的信息引導(dǎo)的。
[0024] 因此，存在層次，其中用戶偏好優(yōu)先于操作環(huán)境，并且進(jìn)而，操作環(huán)境優(yōu)先于飛行 器性能。也就是說，用戶偏好被首先用于引導(dǎo)飛行意向到所述完全關(guān)閉的飛行器意向的轉(zhuǎn) 換。然后，操作環(huán)境用于引導(dǎo)該轉(zhuǎn)換，但這受已經(jīng)并入飛行意向描述的用戶偏好的影響。最 后，飛行器性能用于豐富可應(yīng)用于已經(jīng)并入飛行意向描述的用戶偏好和操作環(huán)境的飛行意 向描述。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種構(gòu)造方法是有益的。
[0025] 該方法可包括檢查以確定是否生成了完全關(guān)閉的飛行器意向描述，其滿足在由基 于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步的豐富的飛行意向描述中包含的所有約束（和任選 的目標(biāo)）。
[0026] 如果不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿足在由基于飛行器性能的豐富 提供的更進(jìn)一步的豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束，該方法可首先包括執(zhí)行 優(yōu)化循環(huán)，該優(yōu)化循環(huán)包括根據(jù)可替代的優(yōu)化策略迭代地重復(fù)優(yōu)化參數(shù)飛行器意向描述的 步驟。至少重復(fù)這些迭代直到生成完全閉合的飛行器意向描述，其滿足在由基于飛行器性 能豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束?？蓤?zhí)行進(jìn)一步循 環(huán)，以提供滿足所有約束和/或目標(biāo)的可替代的飛行器意向描述。
[0027] 如果在執(zhí)行優(yōu)化循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿足在由基 于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束，該方 法可進(jìn)一步包括執(zhí)行完成循環(huán)，該完成循環(huán)包括迭代地重復(fù)以下步驟，即根據(jù)可替代的完 成策略以參數(shù)飛行器意向迭代地重復(fù)完成打開飛行器意向描述的步驟。在所述完成循環(huán)的 每個迭代過程中，該方法可包括執(zhí)行優(yōu)化循環(huán)。完成循環(huán)和優(yōu)化循環(huán)的迭代繼續(xù)，直到生成 完全關(guān)閉的飛行器意向描述，其滿足在由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛 行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束?？蓤?zhí)行進(jìn)一步的循環(huán)，以提供滿足所有約束和/或 目標(biāo)的可替代的完全關(guān)閉的飛行器意向描述。
[0028] 如果在執(zhí)行完成循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿足在由基 于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束，該方 法可進(jìn)一步包括執(zhí)行操作環(huán)境循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的操作環(huán)境豐富策略迭代地重復(fù)基 于操作環(huán)境的豐富的步驟，隨后是基于飛行器性能的豐富的步驟。在操作環(huán)境循環(huán)的每個 迭代過程中，該方法可包括執(zhí)行如上所述的完成循環(huán)，直到生成完全關(guān)閉的飛行器意向描 述，其滿足在由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有 目標(biāo)和約束?？蓤?zhí)行進(jìn)一步的循環(huán)，以提供滿足所有約束和/或目標(biāo)的可替代的飛行器意 向描述。
[0029] 如果在執(zhí)行操作環(huán)境循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿足在 由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束， 該方法可包括執(zhí)行用戶偏好循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的用戶偏好豐富策略迭代地重復(fù)基 于用戶偏好的豐富的步驟。在用戶偏好循環(huán)的每個迭代過程中，該方法可包括執(zhí)行如上所 述的操作環(huán)境循環(huán)，直到生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述，其滿足在由基于飛行器性能的 豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向中包含的所有目標(biāo)和約束?？蓤?zhí)行進(jìn)一步循環(huán)，以提 供滿足所有約束和/或目標(biāo)的可替代的完全關(guān)閉的飛行器意向描述。
[0030] 上述循環(huán)試圖確保生成滿足所有約束和/或目標(biāo)的完全關(guān)閉的飛行器意向描述。 這樣做的同時仍然保留上述層次。也就是說，用戶偏好僅作為最后手段被改變，因為用戶偏 好循環(huán)是當(dāng)試圖滿足所有約束和/或目標(biāo)時要嘗試的最后循環(huán)。倒數(shù)第二個循環(huán)是操作環(huán) 境循環(huán)，再次將操作環(huán)境保留在該層次中其的位置中。該方法優(yōu)選嘗試不同的優(yōu)化策略作 為第一手段，然后嘗試不同的完成策略。僅當(dāng)這些失敗時，該方法前進(jìn)到嘗試會看到不太優(yōu) 選軌跡出現(xiàn)的不同操作環(huán)境策略和用戶偏好策略。
[0031] 完成飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集內(nèi)打開飛行器意向?qū)嵗牟襟E包括通過所述實例影響 的自由度識別完成策略，并且從識別為影響識別的飛行區(qū)段中的自由度的策略選擇完成策 略，以關(guān)閉該自由度。任選地，該方法包括通過完成策略應(yīng)用的飛行階段識別所述完成策 略，并從識別為影響自由度并且識別為應(yīng)用于與所識別的飛行區(qū)段關(guān)聯(lián)的飛行階段的策略 選擇完成策略，以關(guān)閉該自由度。
[0032] 至少一些飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集包含具有參數(shù)范圍的參數(shù)飛行器意向的實例。該方 法進(jìn)一步包括通過確定每個參數(shù)范圍的參數(shù)的最優(yōu)值而優(yōu)化該參數(shù)飛行器意向描述。確定 最優(yōu)值可包括生成初始參數(shù)值，從而形成模型完全關(guān)閉的飛行器意向描述和根據(jù)該模型完 全關(guān)閉的飛行器意向描述計算軌跡。然后，該軌跡的價值函數(shù)值可使用價值函數(shù)計算。這 可以跟隨修改參數(shù)值，計算產(chǎn)生的軌跡及計算產(chǎn)生的價值函數(shù)值的反復(fù)迭代，以確定完全 關(guān)閉的飛行器意向描述是否被改進(jìn)，從而通過改進(jìn)該價值函數(shù)值而優(yōu)化參數(shù)值。任選地，一 些飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集可以受與相關(guān)聯(lián)的飛行區(qū)段有關(guān)的一個或多個目標(biāo)的影響。這些目 標(biāo)可用于形成價值函數(shù)。
[0033] 用戶偏好數(shù)據(jù)庫已在其中存儲了可包括描述操作偏好的信息的目標(biāo)。目標(biāo)可對 應(yīng)于用戶偏好，并且可被引導(dǎo)向安全和有效率。用戶可對應(yīng)于航空公司或可對應(yīng)于飛行員。 目標(biāo)可存儲于包括描述此類操作偏好的信息的用戶偏好模型中。示例性用戶偏好是：操作 收益，如最大化有效載荷重量，最小化燃料消耗，最小化飛越上空費用，最小化著陸費用，最 小化維護(hù)成本；環(huán)境影響，如最小化COx和NOx排放，最小化噪聲排放；和服務(wù)質(zhì)量，如增加 乘客舒適度（例如，避免突然和極端操縱）和減少延遲。
[0034] 從用戶偏好數(shù)據(jù)庫識別與飛行區(qū)段描述有關(guān)的目標(biāo)可包括識別與飛行器關(guān)聯(lián)的 目標(biāo)。識別與飛行區(qū)段描述有關(guān)的目標(biāo)可包括通過以下方式識別與飛行器關(guān)聯(lián)的目標(biāo)：即 通過識別航空公司操作飛行器的目標(biāo)，通過識別與在相應(yīng)飛行區(qū)段過程中出現(xiàn)的飛行階段 有關(guān)的目標(biāo)，或通過識別與其中飛行器將在相應(yīng)飛行區(qū)段期間通過的空域有關(guān)的目標(biāo)。這 有效地過濾了不與當(dāng)前飛行區(qū)段有關(guān)的目標(biāo)。例如，在不涉及飛行器類型的情況下，可忽略 目標(biāo)。
[0035] 操作環(huán)境數(shù)據(jù)庫已在其中存儲了包括對在空域內(nèi)飛行的限制的約束。例如，操作 環(huán)境數(shù)據(jù)庫可包含限制空域、地形和其他航行危險的細(xì)節(jié)，和空中交通要求，如進(jìn)入和離開 機場要遵循的標(biāo)準(zhǔn)終端到達(dá)路線（STARS)和標(biāo)準(zhǔn)儀器離場（SIDS)。識別與飛行區(qū)段描述有 關(guān)的約束包括僅識別影響其中飛行器將在相應(yīng)飛行區(qū)段期間通過的空域的那些約束。
[0036] -般地，將需要飛行器在飛行時間段開始時的一組初始條件的描述。這種初始條 件的描述可以是所取得的飛行意向描述的一部分?？商鎿Q地，該方法可進(jìn)一步包括取得飛 行器在飛行時間段開始時的一組初始條件的描述和確保飛行意向描述和初始條件經(jīng)解析 提供打開飛行器意向描述。
[0037] 如上所述，飛行意向和飛行器意向的實例可包括飛行器配置的信息和描述。飛行 器配置可被分組成要求飛行器意向的限定的自由度。例如，可要求配置的三個自由度，一個 度限定起落裝置的配置，一個度限定大升程裝置的配置，如襟翼，而一個度限定速度制動器 的配置。起落裝置可被限定為裝載或部署，速度制動器也可被限定為裝載和部署。大升程 配置可具有更多狀態(tài)，例如與裝載和若干延伸位置對應(yīng)。
[0038] 因此，飛行器可由具有六個自由度的飛行器意向限定，即三個運動自由度和與起 落裝置、大升程裝置和速度制動器對應(yīng)的三個配置自由度。
[0039] 三個運動自由度可包括與橫向剖面對應(yīng)的一個度和與垂直剖面對應(yīng)的兩個度。為 了關(guān)閉與垂直剖面有關(guān)的兩個度，可要求提供下列三個方面的飛行器運動中的兩個方面的 描述的飛行意向：垂直路徑、速度和推進(jìn)。
[0040] 目標(biāo)可涉及飛行器配置。例如，與在起飛后的爬升對應(yīng)的飛行區(qū)段可具有最小化 噪聲印跡的目標(biāo)，這可要求關(guān)于飛行器配置的行動。
[0041] 上述方法中的任何一個可進(jìn)一步包括根據(jù)在各種應(yīng)用中使用的完全關(guān)閉的飛行 器意向描述計算飛行時間段內(nèi)的軌跡。例如，該軌跡可用于飛行員檢查。可替換地，飛行器 可通過飛行員手動飛行該軌跡或通過自動駕駛儀自動飛行該軌跡。完全關(guān)閉的飛行器意向 描述和產(chǎn)生的軌跡可由空中交通控制使用。例如，空中交通控制可比較以此方式發(fā)現(xiàn)的軌 跡來識別飛行器之間的沖突。
[0042] 如將從上面理解的，計算機和計算機處理器適合于實施本發(fā)明。術(shù)語"計算機"和 "處理器"是指以其最一般的形式。例如，計算機可對應(yīng)于個人計算機、大型計算機、個人計 算機網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、平板電腦、如PDA等手提電腦、或任何其他可編程裝置。此外，計算 機和計算機處理器的替代物都是可行的?？墒褂镁幊痰碾娮咏M件，如可編程邏輯控制器。因 此，本發(fā)明可在硬件、軟件、固件和這三個元素中的任意組合中實施。此外，本發(fā)明可在飛行 器的計算機基礎(chǔ)設(shè)施中實施，或在其上已記錄包括計算機代碼指令的計算機程序的計算機 可讀存儲介質(zhì)上實施，當(dāng)在計算機上執(zhí)行時，計算機代碼指令使得該計算機執(zhí)行本發(fā)明的 一種或多種方法。上面對計算機和處理器的所有參考應(yīng)該相應(yīng)地解釋，且記住本文所描述 的替代物。
[0043] 此外，本公開包括根據(jù)下列條款的實施例：
[0044] 第1條、一種生成以形式語言表達(dá)的飛行器意向描述的計算機實施的方法，該飛 行器意向描述提供了飛行器在飛行時間段期間的預(yù)期運動和配置的明確的四維描述，該方 法包括：
[0045] 取得與跨越所述飛行時間段的飛行計劃對應(yīng)的飛行意向描述；
[0046] 確保所述飛行意向描述經(jīng)解析提供飛行意向的實例，飛行意向的每個實例跨越飛 行區(qū)段，其中所述飛行區(qū)段一起跨越所述飛行時間段；
[0047] 對于每個飛行區(qū)段，生成關(guān)聯(lián)的飛行意向區(qū)段數(shù)據(jù)集，其包括一個或多個飛行意 向?qū)嵗?或一個或多個打開飛行器意向?qū)嵗渲写蜷_飛行器意向的每個實例描述飛行 器在至少一個運動自由度中的運動，從而關(guān)閉關(guān)聯(lián)的至少一個運動自由度和/或提供飛行 器配置的描述以關(guān)閉至少一個配置自由度；
[0048] 基于用戶偏好的豐富的步驟包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存儲于用戶偏好數(shù) 據(jù)庫中的約束和/或目標(biāo)，和識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束和/或目標(biāo)，并用 以描述所識別約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而提供豐富的飛行 意向描述，其中基于用戶偏好的豐富的步驟是根據(jù)用戶偏好豐富策略執(zhí)行的；
[0049] 基于操作環(huán)境的豐富的步驟包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存儲于操作環(huán)境數(shù) 據(jù)庫中的約束和/或目標(biāo)，并且識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束和/或目標(biāo)，并 用描述所識別約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而提供進(jìn)一步豐富 的飛行意向描述，其中基于操作環(huán)境的豐富的步驟是根據(jù)操作環(huán)境豐富策略執(zhí)行的；
[0050] 基于飛行器性能的豐富的步驟包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存儲于飛行器性 能數(shù)據(jù)庫中的約束和/或目標(biāo)，并且識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束和/或目 標(biāo)，并用描述所識別約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而提供更進(jìn) 一步的豐富的飛行意向描述；
[0051] 完成打開飛行器意向?qū)嵗牟襟E包括通過識別其中并未關(guān)閉所有自由度的飛行 區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，將所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集內(nèi)的打開飛行器意向的實例轉(zhuǎn)換成參數(shù)飛行 器意向的實例，并通過添加或修改一個或多個飛行器意向?qū)嵗齺硗瓿伤R別的飛行區(qū)段意 向數(shù)據(jù)集，以通過從多個存儲的完成策略中選擇完成策略且添加或修改與該完成策略對應(yīng) 的飛行器意向?qū)嵗P(guān)閉所有自由度，并且核對所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而提供在以 形式語言表達(dá)的所述飛行時間段內(nèi)的完全關(guān)閉的參數(shù)飛行器意向描述，并且其中添加飛行 器意向?qū)嵗牟襟E包括提供參數(shù)范圍，從而形成所述參數(shù)飛行器意向描述；和
[0052] 優(yōu)化所述參數(shù)飛行器意向描述的步驟包括根據(jù)優(yōu)化策略確定每個參數(shù)范圍的參 數(shù)的最優(yōu)值，從而生成所述完全關(guān)閉的飛行器意向描述。
[0053] 第2條、根據(jù)第1條所述的方法，其進(jìn)一步包括：
[0054] 如果不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿足在由所述基于飛行器性能的 豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束，
[0055] 執(zhí)行優(yōu)化循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的優(yōu)化策略迭代地重復(fù)優(yōu)化所述參數(shù)飛行器意 向描述的步驟，直到生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述，其滿足在由基于飛行器性能的豐富 提供的所述更進(jìn)一步的豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束。
[0056] 第3條、根據(jù)第2條所述的方法，其進(jìn)一步包括：
[0057] 如果在執(zhí)行所述優(yōu)化循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿足在 由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束，
[0058] 執(zhí)行完成循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的完成策略迭代地重復(fù)完成所述飛行意向描述 的步驟，并且在所述完成循環(huán)的每個迭代過程中，執(zhí)行所述優(yōu)化循環(huán)，直到生成完全關(guān)閉的 飛行器意向，其滿足在由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包 含的所有目標(biāo)和約束。
[0059] 第4條、根據(jù)第1條所述的方法，其進(jìn)一步包括：
[0060] 如果不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿足在由基于飛行器性能的豐富 提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束，
[0061] 執(zhí)行完成循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的完成策略迭代地重復(fù)完成所述飛行意向描述 的步驟，并且在所述完成循環(huán)的每個迭代過程中，執(zhí)行所述優(yōu)化步驟，直到生成飛行器意 向，該飛行器意向滿足在由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中 包含的所有目標(biāo)和約束。
[0062] 第5條、根據(jù)第3條或第4條所述的方法，其進(jìn)一步包括：
[0063] 如果在執(zhí)行所述完成循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿足在 由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約 束，
[0064] 執(zhí)行操作環(huán)境循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的操作環(huán)境豐富策略迭代地重復(fù)基于操作 環(huán)境的豐富的步驟，隨后是基于飛行器性能的豐富的步驟，并且在所述操作環(huán)境循環(huán)的每 個迭代過程中，執(zhí)行所述完成循環(huán)，直到生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述，其滿足在由基于 飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束。
[0065] 第6條、根據(jù)第5條所述的方法，其進(jìn)一步包括：
[0066] 如果在執(zhí)行所述操作環(huán)境循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述來滿 足在由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和 約束，
[0067] 執(zhí)行用戶偏好循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的用戶偏好豐富策略迭代地重復(fù)基于用戶 偏好的豐富的步驟，并且在所述用戶偏好循環(huán)的每個迭代過程中，執(zhí)行所述操作環(huán)境循環(huán)， 直到生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述，其滿足在由基于飛行器性能的豐富提供的更進(jìn)一步 豐富的飛行意向描述中包含的所有目標(biāo)和約束。
[0068] 第7條、根據(jù)任一前述條款所述的方法，其中所述操作環(huán)境數(shù)據(jù)庫已在其中存儲 了包括對在空域內(nèi)飛行的限制的約束；
[0069] 且任選地，其中：
[0070] 識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束包括僅識別影響其中該飛行器將在 相應(yīng)飛行區(qū)段期間通過的空域的那些約束。
[0071] 第8條、根據(jù)任一前述條款所述的方法，其中所述用戶偏好數(shù)據(jù)庫已在其中存儲 了包括描述操作偏好的信息的目標(biāo)；
[0072] 且任選地，其中：
[0073] 識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的目標(biāo)包括通過以下方式識別與該飛行器 關(guān)聯(lián)的目標(biāo)，即例如通過識別航空公司操作飛行器的目標(biāo)，通過識別與在相應(yīng)飛行區(qū)段期 間發(fā)生的飛行階段有關(guān)的目標(biāo)，或者通過識別與其中該飛行器將在相應(yīng)飛行區(qū)段期間通過 的空域有關(guān)的目標(biāo)。
[0074] 第9條、根據(jù)任一前述條款所述的方法，其中完成所述飛行意向描述的步驟包括：
[0075] 通過完成策略影響的自由度識別這些完成策略，并從識別為影響該自由度的策 略選擇完成策略以關(guān)閉在識別的飛行區(qū)段中的自由度；
[0076] 且任選地，
[0077] 通過其中應(yīng)用完成策略的飛行階段識別所述完成策略，并從識別為影響自由度且 識別為應(yīng)用于與所識別飛行區(qū)段關(guān)聯(lián)的飛行階段的策略選擇完成策略，以關(guān)閉自由度。
[0078] 第10條、根據(jù)任一前述條款所述的方法，其中在優(yōu)化所述參數(shù)飛行器意向描述的 步驟中確定所述最優(yōu)值包括：
[0079] 根據(jù)所述優(yōu)化策略生成初始參數(shù)值，從而形成模型飛行器意向描述；
[0080] 根據(jù)所述模型飛行器意向描述計算軌跡；
[0081] 使用價值函數(shù)計算所述軌跡的價值函數(shù)值，該價值函數(shù)使用在更進(jìn)一步豐富的飛 行意向描述中包含的目標(biāo)任選地形成；和
[0082] 重復(fù)修改所述參數(shù)值的迭代，計算產(chǎn)生的軌跡，并計算產(chǎn)生的價值函數(shù)值來確定 所述完全關(guān)閉的飛行器意向描述是否得到改進(jìn)，從而通過改進(jìn)所述價值函數(shù)值優(yōu)化所述參 數(shù)值。
[0083] 第11條、根據(jù)任一前述條款所述的方法，其包括根據(jù)所述完全關(guān)閉的飛行器意向 描述計算在飛行時間段內(nèi)的軌跡，并且任選地，使得該飛行器飛行該軌跡或比較該軌跡與 其他飛行器的軌跡，以識別沖突。
[0084] 第12條、一種計算機基礎(chǔ)設(shè)施，其經(jīng)編程執(zhí)行任一前述條款所述的方法。
[0085] 第13條、一種飛行器，其包括第12條所述的計算機基礎(chǔ)設(shè)施。
[0086] 第14條、一種包括計算機代碼指令的計算機程序，當(dāng)在計算機上執(zhí)行時，所述計 算機代碼指令使得該計算機執(zhí)行第1條至第11條中任一項所述的方法。
[0087] 15. -種計算機可讀存儲介質(zhì)，其具有在其上記錄的如第14條所述的計算機程 序。
[0088] 本發(fā)明的其他方面連同優(yōu)選特征在所附權(quán)利要求中提出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0089] 為了可以更容易地理解本發(fā)明，現(xiàn)將僅通過示例的方式參照附圖描述優(yōu)選實施 例，在附圖中：
[0090] 圖1示出一種用于使用飛行意向和飛行器意向的描述計算飛行器軌跡的系統(tǒng)；
[0091] 圖2更詳細(xì)地示出了圖1的系統(tǒng)；
[0092] 圖3示出飛行意向描述語言的元素；
[0093] 圖4是示出不同類型的觸發(fā)器條件的圖解；
[0094] 圖5不出一種導(dǎo)出飛行器意向描述的方法；
[0095] 圖6示出如何可以完成飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集內(nèi)的打開飛行器意向?qū)嵗齺硇纬蓞?數(shù)飛行器意向描述；
[0096] 圖7示出如何可以優(yōu)化參數(shù)飛行器意向描述來提供完全關(guān)閉的飛行器意向描述；
[0097] 圖8示出如何可以豐富飛行意向描述；
[0098] 圖9不出一種導(dǎo)出飛行器意向描述的方法；
[0099] 圖10是一種用于生成飛行器意向描述的系統(tǒng)的示意圖；
[0100] 圖11示出當(dāng)接近機場時要遵循的橫向飛行剖面；
[0101] 圖12示出應(yīng)用于圖11中所示的接近的垂直飛行剖面限制；和
[0102] 圖13示出滿足圖12中所示限制的兩個垂直飛行剖面。

【具體實施方式】
[0103] 圖1和圖2中示出一種用于根據(jù)飛行器意向114的描述計算飛行器軌跡100的系 統(tǒng)，該飛行器意向114的描述反過來源自飛行意向101的描述。
[0104] 圖1示出飛行意向如何可用于導(dǎo)出飛行器意向且飛行器意向描述114如何可用于 導(dǎo)出飛行器軌跡122的描述的基本結(jié)構(gòu)。在本質(zhì)上，飛行意向描述101被設(shè)置為到意向生 成基礎(chǔ)設(shè)施103的輸入。意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103使用由飛行意向101和其他輸入提供的指 令確定飛行器意向，以確保一組指令被設(shè)置為將允許計算明確軌跡122的飛行器意向描述 114。此過程可包括在最終優(yōu)化參數(shù)飛行器意向描述來產(chǎn)生完全關(guān)閉的飛行器意向描述114 之前，豐富飛行意向101和完成豐富的飛行意向來提供參數(shù)飛行器意向描述的中間步驟。
[0105] 然后，由意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103輸出的完全關(guān)閉的飛行器意向描述114可用作到 軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施110的輸入。軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施110使用完全關(guān)閉的飛行器意向114和 要求求解飛行器運動方程的其他輸入計算明確的軌跡122。
[0106] 圖2進(jìn)一步詳細(xì)不出圖1的系統(tǒng)。如可以看到的，意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103接收飛 行意向描述101連同飛行器的初始狀態(tài)102的描述作為輸入（飛行器的初始狀態(tài)102可被 限定為飛行意向描述101的一部分，在此情況下，這兩個輸入實際上是同一個）。意向生成 基礎(chǔ)設(shè)施103包括意向生成引擎104和一對數(shù)據(jù)庫，一個存儲用戶偏好模型105, 一個存儲 操作環(huán)境模型106。
[0107] 用戶偏好模型105體現(xiàn)管理飛行器的優(yōu)選操作策略，并可對應(yīng)于約束和目標(biāo)，例 如，航空公司關(guān)于路線、速度、諸如襟翼部署時間和起落裝置部署時間等飛行器配置、載荷 (有效載荷和燃料）、如何對諸如溫度、風(fēng)速、海拔、急流、雷暴和湍流等氣象條件作出反應(yīng) 的偏好，因為這會影響飛行器的水平和垂直路徑及其速度分布；成本結(jié)構(gòu)，如最小化飛行時 間或飛行成本、維護(hù)成本、環(huán)境影響；通信能力；和安全性考慮。當(dāng)通過提供進(jìn)一步細(xì)節(jié)在 豐富在完成打開飛行器意向描述中的飛行意向中或在優(yōu)化參數(shù)飛行器意向中將飛行意向 描述101轉(zhuǎn)換成完全關(guān)閉的飛行器意向輸出114時，可使用用戶偏好模型105,如將在下面 更詳細(xì)描述的。
[0108] 操作環(huán)境模型106體現(xiàn)對空域的使用的約束。例如，操作環(huán)境模型106可包含限 制的空域的細(xì)節(jié)和空中交通要求的細(xì)節(jié)，如進(jìn)入和離開機場要遵循的標(biāo)準(zhǔn)終端到達(dá)路線 (STARS)和標(biāo)準(zhǔn)儀器離場（SIDS)。當(dāng)通過提供進(jìn)一步細(xì)節(jié)在豐富在完成打開飛行器意向描 述中的飛行意向或在優(yōu)化參數(shù)飛行器意向描述中將飛行意向描述101轉(zhuǎn)換成完全關(guān)閉的 飛行器意向描述114時，還使用操作環(huán)境模型106,如將在下面更詳細(xì)描述的。
[0109] 意向生成引擎104使用飛行意向描述101、初始狀態(tài)描述102、用戶偏好模型105 和操作環(huán)境模型106,以將飛行意向描述101轉(zhuǎn)換成完全關(guān)閉的飛行器意向114作為其輸 出。當(dāng)將飛行意向描述101轉(zhuǎn)換成完全關(guān)閉的飛行器意向描述114 (如圖2中的虛線所示） 時，意向生成引擎104還可使用飛行器性能模型118。如從下面將變得顯而易見的，使用飛 行器性能模型118允許意向生成引擎104檢查來確保所提出的完全關(guān)閉的飛行器意向描述 114從飛行器的角度是可行的（即，該飛行器能夠飛行關(guān)聯(lián)的軌跡）。
[0110] 圖2示出軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施110包括軌跡引擎112。軌跡引擎112作為輸入要求 上述完全關(guān)閉的飛行器意向描述114和初始狀態(tài)描述116。初始狀態(tài)描述116可被限定為 飛行器意向描述114的一部分，在此情況下，這兩個輸入實際上是同一個。對于軌跡引擎 112為該飛行器提供計算出的軌跡122的描述，軌跡引擎112使用包括飛行器性能模型118 和地球模型120的兩個模型的數(shù)據(jù)庫。
[0111] 飛行器性能模型118提供由軌跡引擎112要求的飛行器性能方面的值，以整合運 動方程。這些值取決于其中正在計算該軌跡的飛行器類型、飛行器當(dāng)前運動狀態(tài)（位置、速 度、重量等）和當(dāng)前局部大氣條件。
[0112] 另外，性能值可取決于該飛行器的預(yù)期操作，即取決于飛行器意向。例如，軌跡引 擎112可使用飛行器性能模型118提供與一定飛行器重量、大氣條件（壓力、海拔和溫度） 和預(yù)期速度表（例如，恒定校準(zhǔn)的空速）對應(yīng)的瞬時下降速率的值。軌跡引擎112還將向 飛行器性能模型118請求可應(yīng)用限制的值，以便確保飛行器運動保持在飛行包線內(nèi)。飛行 器性能模型118也負(fù)責(zé)提供軌跡引擎112飛行器固有的其他性能有關(guān)的方面，諸如襟翼和 起落裝置部署時間。如上所述，意向生成引擎104還可使用飛行器性能模型118來確保其 將提出的完全關(guān)閉的飛行器意向描述114從飛行器的角度是可行的。
[0113] 地球模型120提供涉及諸如大氣狀態(tài)、天氣條件、重力和磁變等環(huán)境條件的信息。
[0114] 軌跡引擎112使用輸入114和116、飛行器性能模型118和地球模型120,以求解 一組運動方程。許多不同組的運動方程是可用的，其在復(fù)雜性方面變化，且其可通過某一組 簡化假設(shè)將飛行器的運動減少到較少的自由度。例如，可使用描述飛行器運動在六個運動 自由度中的運動方程。簡化的一組運動方程可僅使用三個運動自由度。
[0115] 因此，軌跡引擎112作為輸出提供計算出的軌跡122的描述。這可以是該軌跡的 圖形描述，例如在顯示器上呈現(xiàn)?？商鎿Q地，計算出的軌跡122的描述可以是文字描述，包 括其中可稍后生成圖形顯示的計算機文件。
[0116] 軌跡引擎112作為輸出還提供飛行器意向描述123。這可以與作為輸入接收的飛 行器意向114相同。這種描述123有時由意向生成引擎104使用，用于開發(fā)進(jìn)一步的飛行 器意向版本，如將在下面更詳細(xì)描述的。
[0117] 軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施110可以是空基或陸基的。例如，軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施110可以 與飛行器的飛行管理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，該飛行器的飛行管理系統(tǒng)基于捕獲航空公司操作偏好和經(jīng) 營目標(biāo)的預(yù)測軌跡控制該飛行器。陸基軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施120的主要作用是用于空中交通 管理。
[0118] 使用標(biāo)準(zhǔn)化方法來描述飛行器軌跡允許空域用戶和管理者之間的更大互操作性。 還允許目前預(yù)測軌跡的許多遺留下來的軟件包之間的更大兼容性，即使解釋者被要求將信 息從標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換成專有格式。
[0119] 此外，標(biāo)準(zhǔn)化的方法也根據(jù)飛行意向和飛行器意向的利益運行。例如，飛行意向可 使用用于表達(dá)飛行器意向描述114中飛行器意向的形式語言實施方式的指令和其他結(jié)構(gòu) 表達(dá)。另外，飛行意向提供用戶對飛行器意向語言的擴展，所述飛行器意向語言允許構(gòu)想出 飛行意向，其中僅某些方面的飛行器運動是已知的。通過使用常見的表達(dá)格式，可以容易地 豐富這些飛行意向?qū)嵗谕瓿蛇^程中添加到使用飛行器意向?qū)嵗?，然后?yōu)化這些飛行意 向?qū)嵗齺硇纬赏耆P(guān)閉的飛行器意向描述114。
[0120] 正如飛行意向可被認(rèn)為是飛行器意向的更廣泛和廣義形式，以飛行器意向的考慮 開始以便可引入也在生成飛行意向中使用的關(guān)鍵概念是有用的。
[0121] 飛行器意向
[0122] 完全關(guān)閉的飛行器意向描述114是以作為飛行器意向描述語言的形式語言的一 組指令的表達(dá)，其明確限定飛行器的軌跡122。這種表達(dá)是由軌跡計算引擎112使用來求 解管理飛行器運動的運動方程。為了求解方程，飛行器的配置也必須被指定。例如，配置信 息可被要求解決起落裝置的設(shè)置、速度制動器和大升程裝置。因此，飛行器意向114包括一 組指令，其包括完全描述飛行器空氣動力配置的配置指令和明確描述飛行器如何飛行和因 此產(chǎn)生的飛行器的運動的運動指令。由于運動指令和配置指令都被要求唯一限定飛行器 的運動，它們在這里被統(tǒng)稱為限定自由度的指令：運動指令涉及運動自由度，配置指令涉及 配置自由度。例如，六個自由度可用于描述該飛行器，如橫向路徑（運動）、垂直路徑（運 動）、速度（運動）、起落裝置（配置）、大升程裝置（配置）和速度制動器（配置）。
[0123] 本領(lǐng)域中存在可用于描述飛行器運動的許多不同組的運動方程。所述方程組由于 其復(fù)雜性一般不同。在原則上，這些方程組中的任何方程可用于本發(fā)明。運動方程的實際 形式可影響如何構(gòu)想出飛行器意向描述語言，因為運動方程中出現(xiàn)的變量也出現(xiàn)在與飛行 器意向?qū)嵗龑?yīng)的指令中。然而，飛行意向?qū)嵗⒉灰赃@種方式被約束，因為他們一般可表 達(dá)飛行意向。具體到要使用的特定運動方程的任何細(xì)節(jié)不必被指定在飛行意向?qū)嵗?，?當(dāng)形成參數(shù)飛行器意向描述時可被添加。
[0124] 飛行器意向描述語言是一種形式語言，其原型是指令。形式語言的語法提供一個 框架，該框架允許個別指令組合到復(fù)合物且然后組合到可以用于描述飛行區(qū)段的句子中。 每個飛行區(qū)段具有關(guān)聯(lián)的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，該關(guān)聯(lián)的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集包含描述飛 行器及其在飛行區(qū)段期間的運動的一組指令。在打開飛行器意向描述中，一些運動和/或 配置自由度被打開。然而，在完全關(guān)閉的飛行器意向描述114中，每個飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集 包含完整的指令組，其關(guān)閉所有運動自由度和因此明確限定在關(guān)聯(lián)的飛行區(qū)段上方的飛行 器軌跡122。
[0125] 指令可被認(rèn)為是不可分割的一條條信息，其捕獲由飛行員和/或飛行管理系統(tǒng)處 置的基本命令、引導(dǎo)模式和控制輸入。每個指令可由三個主要特征表征：效果、意義和執(zhí)行 間隔。所述效果是由其對飛行器運動影響的數(shù)學(xué)描述限定的。所述意義是由其固有目的給 定且與由該指令捕獲的命令、引導(dǎo)模式或控制輸入的操作目的相關(guān)。所述執(zhí)行間隔是其中 該指令影響飛行器運動的時間段?？杉嫒葜噶畹膱?zhí)行可以重疊，而不兼容的指令不可以具 有重疊的執(zhí)行間隔（例如，導(dǎo)致飛行器升降的沖突要求的指令將是不兼容的）。
[0126] 詞法規(guī)則捕獲組合指令到飛行器意向描述（即打開飛行器意向描述、參數(shù)飛行器 意向描述和完全關(guān)閉的飛行器意向描述）的所有可能方式，以便避免重疊不兼容指令且以 便明確限定飛行器軌跡。
[0127] 飛行意向
[0128] 具體飛行器軌跡的限定是要滿足的給定目標(biāo)組和要遵循的給定約束組之間折中 的結(jié)果。這些約束和目標(biāo)在某種程度上被包括作為可被視為飛行藍(lán)圖的飛行意向描述101 的一部分。在豐富過程中添加進(jìn)一步的約束和目標(biāo)。重要地，飛行意向不必明確確定飛行 器運動：在原則上，可以有滿足由給定的完全關(guān)閉的飛行意向描述101包含的目標(biāo)和約束 組的許多軌跡。任何飛行意向描述可一般引起一類完全關(guān)閉的飛行器意向描述114,每個完 全關(guān)閉的飛行器意向描述114滿足飛行意向的目標(biāo)和約束且產(chǎn)生不同的明確軌跡。例如， 飛行意向的實例可限定在飛行區(qū)段上方要遵循的橫向路徑，但不可指定在同一執(zhí)行間隔上 要遵循的垂直路徑：許多飛行器意向?qū)嵗梢詮拇孙w行意向?qū)嵗?，每個飛行器意向?qū)?例對應(yīng)于通過該飛行區(qū)段的不同垂直剖面。
[0129] 因此，飛行意向描述101通常必須用足夠的信息豐富，以允許確定唯一的飛行器 意向和因此唯一的軌跡。豐富飛行意向描述101且完成打開飛行器意向與參數(shù)飛行器意 向，以及通過優(yōu)化過程取得完全關(guān)閉的飛行器意向是意向生成引擎104的責(zé)任，而軌跡引 擎112假定用于根據(jù)完全關(guān)閉的飛行器意向描述114確定相應(yīng)軌跡122的責(zé)任。
[0130] 如上面所解釋的，飛行意向描述101包含不必須明確確定飛行器運動的軌跡相關(guān) 信息，但反而通常包括限定飛行器在其運動過程中應(yīng)該遵守的某些方面（例如，遵守某一 路線、在某一區(qū)域保持固定速度）的一組高水平條件。飛行意向通過參考用戶偏好模型105 和操作環(huán)境模型106,用必須由該軌跡滿足的關(guān)鍵操作目標(biāo)和約束（例如，預(yù)期路線、操作 員偏好、標(biāo)準(zhǔn)操作程序、空中交通管理約束等）而豐富。飛行器性能模型118也可用于豐富 飛行意向。
[0131] 考慮直接用于生成和豐富飛行意向的信息，可以將類似元素分組成四個單獨結(jié) 構(gòu)：飛行區(qū)段、操作環(huán)境、用戶偏好和飛行器性能。
[0132] 飛行區(qū)段組合形成由飛行器在飛行過程中遵循的飛行路徑，即四維軌跡是由一系 列連續(xù)飛行區(qū)段組成。如上面關(guān)于操作環(huán)境模型106所述，操作環(huán)境可包括一組空中交通 管理約束，其可限制由飛行器在一個或多個維度上遵循的軌跡。它們可包括海拔約束、速度 約束、爬升/下降約束、航向/航線/路線約束、標(biāo)準(zhǔn)程序約束、路線結(jié)構(gòu)約束、SID約束、 STAR約束以及協(xié)調(diào)和轉(zhuǎn)移約束（例如，速度和海拔范圍以及當(dāng)從一個部分移動到下一個部 分時應(yīng)該由任何飛行遵守的入口和出口點位置）。這些約束可從操作環(huán)境模型106檢索并 用于豐富飛行意向101。
[0133] 如上面關(guān)于用戶偏好模型105所述，用戶偏好通常被引導(dǎo)向安全性和有效率，且 一般在用戶間（如航空公司或飛行員）是不同的。最常見的用戶偏好涉及：優(yōu)選路線；包括 部署時間的優(yōu)選飛行器配置；增加操作收益，如最大化要飛行的有效載荷重量，最小化燃料 消耗，最小化飛越上空費用，最小化著陸費用和最小化維護(hù)成本；環(huán)境影響，如最小化《^和 N0 X排放，最小化噪聲排放；和服務(wù)質(zhì)量，如增加乘客舒適度（例如，避免突然和極端操縱， 避免湍流）和減少延遲。這些偏好可對應(yīng)于約束或目標(biāo)。這些約束和目標(biāo)可從用戶偏好環(huán) 境模型105檢索并用于豐富飛行意向。
[0134] 如上面關(guān)于飛行器性能模型118所述，飛行器性能包括如飛行器類型、飛行器重 量的值、如燃料燃燒、拖動、時間、響應(yīng)時間（例如，滾動命令）、限制的性能值，以便確保飛 行器運動保持在飛行包線（例如，最大速度和最小速度）和諸如襟翼和起落裝置部署時間 的其他性能有關(guān)方面內(nèi)。這些性能方面可對應(yīng)于約束。例如，性能限制可用作約束，如不超 過一定傾斜角的約束。這些約束可從飛行器性能模型118檢索并用于豐富飛行意向。
[0135] 飛行意向描沭語言（FIDL)
[0136] 經(jīng)建議使用形式語言表示飛行意向，形式語言是由非空有限集合的符號或文字組 成，被稱為字母表，用于生成一組字符串或詞。還要求語法，即管理可允許字母表串聯(lián)成字 符串和字符串串聯(lián)成句的一組規(guī)則。
[0137] 字母表包括三個類型的字母，如圖3中所示：飛行區(qū)段描述、約束和目標(biāo)。句子是 下面將要描述的遵循語法規(guī)則的這些元素的適當(dāng)組合形成的。句子是飛行區(qū)段描述的有序 序列，即根據(jù)當(dāng)他們發(fā)生時排序，其中不同約束和目標(biāo)是有效的以影響飛行器運動。
[0138] 飛行區(qū)段描述在該字母表內(nèi)是在該飛行區(qū)段期間飛行意向有效實例的描述，并 表示將飛行器運動狀態(tài)從一個狀態(tài)改變到另一個狀態(tài)的意向（例如，從一個三維點到另一 個三維點的轉(zhuǎn)化、兩個行程之間的轉(zhuǎn)向、兩個速度之間的加速或海拔變化）。飛行區(qū)段可通 過由建立要在這些狀態(tài)之間飛行的軌跡的某些要求的條件或事件識別的兩個飛行器運動 狀態(tài)在其飛行區(qū)段描述中表征。這些條件或觸發(fā)器表示飛行區(qū)段的執(zhí)行間隔。與這些觸發(fā) 器關(guān)聯(lián)的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集可在該飛行區(qū)段期間關(guān)閉一個或多個自由度，包括運動自由 度和配置自由度。
[0139] 如上所述，約束表示對該軌跡的限制，并且這些約束可通過利用在適用的飛行區(qū) 段期間可用的打開自由度實現(xiàn)。
[0140] 如上所述，目標(biāo)表示與該軌跡有關(guān)以最大化或最小化某一泛函（例如，巡航以最 小化成本）的期望。這些目標(biāo)可通過利用在適用飛行區(qū)段期間可用的打開自由度實現(xiàn)，不 包括用于遵守影響該飛行區(qū)段的約束的那些目標(biāo)。
[0141] 組合這三個元素，有可能建立詞作為有效FIDL字符串。例如，飛行意向信息"從 航路點RUSIK飛到航路點FTV"可以由包含飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集的FIDL詞表達(dá)，飛行區(qū)段 意向數(shù)據(jù)集的初始狀態(tài)是由航路點RUSIK的坐標(biāo)限定的，飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集的最后狀態(tài) 是由航路點FTV的坐標(biāo)限定的。此飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集可以由諸如"維持飛行水平高于 300(FL300)"的約束豐富。以相同的方式，將有可能添加關(guān)于在該軌跡上的一些目標(biāo)，如最 大化速度的信息到此FIDL詞。為了確保任何約束或目標(biāo)與飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集兼容，表示 為自由度的飛行器運動或配置的被影響的方面不應(yīng)該被事先關(guān)閉。在前面的示例中，飛行 水平約束與飛行區(qū)段的描述兼容，因為該飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集不限定任何垂直行為。通常 約束和目標(biāo)將延伸超過飛行區(qū)段的序列且因此被添加到多個飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集。
[0142] 飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集的屬性是效果、執(zhí)行間隔和飛行區(qū)段代碼。所述效果提供關(guān) 于在該飛行區(qū)段期間飛行器行為的信息，即是打開飛行器意向，并且范圍可以從無信息變 化為如何在該飛行區(qū)段期間飛行該飛行器的完整描述。所述效果由復(fù)合物表征，該復(fù)合物 是由各組飛行器意向描述語言（AIDL)指令形成的聚合元素，或是其他復(fù)合物的組合，但不 需要滿足要關(guān)閉所有自由度的要求。
[0143] 執(zhí)行間隔限定其中飛行區(qū)段描述處于有效狀態(tài)的間隔，其通過開始觸發(fā)器和結(jié)束 觸發(fā)器而固定。開始觸發(fā)器和結(jié)束觸發(fā)器可采取不同形式，如圖4中所示。顯式觸發(fā)器310 被劃分成固定觸發(fā)器312和浮動觸發(fā)器314。固定觸發(fā)器312對應(yīng)于用于開始或結(jié)束執(zhí)行間 隔如在固定時間設(shè)置空速的指定時間瞬間。浮動觸發(fā)器314取決于達(dá)到某一值以引起執(zhí)行 間隔開始或結(jié)束的飛行器狀態(tài)變量，如保持空速低于250海里/小時，直到海拔超過10, 000 英尺。隱式觸發(fā)器320被劃分成聯(lián)動觸發(fā)器322、自動觸發(fā)器324和默認(rèn)觸發(fā)器326。聯(lián)動 觸發(fā)器322是通過參考另一飛行區(qū)段指定的，例如通過當(dāng)由先前飛行區(qū)段的結(jié)束觸發(fā)器觸 發(fā)時開始。例如當(dāng)在意向生成時間不知道條件時，自動觸發(fā)器委托用于確定所述條件是否 已經(jīng)滿足的責(zé)任給軌跡計算引擎112,并且僅在軌跡計算時間變得明顯。默認(rèn)觸發(fā)器表示在 意向生成時不知道的條件，但在軌跡計算時確定，因為他們依賴于對飛行器性能模型的參 考。
[0144] 約束可以由飛行器操作員，如避免飛越上空費用（在此情況下，涉及約束的信息 被存儲在用戶偏好模型105中）、通過操作環(huán)境或通過空中交通管理，如遵循STAR飛行路徑 (在此情況下，涉及約束的信息被存儲在操作環(huán)境模型106中）、或通過該飛行器的性能限 制（在此情況下，涉及約束的信息被存儲在飛行器性能模型118中）自行施加。在任何情 況下，對飛行器運動的最終效果將是在某一間隔期間對可能飛行器行為的限制。約束可根 據(jù)自由度分類，該自由度由當(dāng)確定是否可以應(yīng)用于飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集時（即當(dāng)確定該自 由度是否打開且因此可用時）有用的約束影響。
[0145] 目標(biāo)被限定為可以組合到價值函數(shù)的泛函，該價值函數(shù)的優(yōu)化推進(jìn)找到最合適軌 跡的過程。該泛函可明確限定用于優(yōu)化的一個或多個變量（例如，海拔、爬升速率、轉(zhuǎn)彎半 徑），且可將最小化或最大化泛函的值返回到所述變量?？刂谱兞颗c用于實現(xiàn)該泛函的自由 度有關(guān)。因此，它們指定使用一個或多個自由度的意向來實現(xiàn)優(yōu)化。當(dāng)未限定控制變量時， 意向生成過程將使用任何剩余的打開自由度，以實現(xiàn)優(yōu)化。目標(biāo)可以被分類，從而考慮可以 受客觀效果影響的自由度。
[0146] FIDL語法被分成詞法規(guī)則和句法規(guī)則。前者包含使用飛行區(qū)段描述、約束和目標(biāo) 管理有效詞的創(chuàng)建的一組規(guī)則。后者包含用于有效FIDL句子的生成的一組規(guī)則。
[0147] 詞法規(guī)則考慮飛行區(qū)段描述作為FIDL詞位，即本身有意義的最小且不可分割的 元素。約束和目標(biāo)被視為FIDL前綴（或后綴），其補充且增強詞位的含義，但不具有任何單 獨意義。因此，詞法規(guī)則描述如何組合詞位與前綴，以便確保有效FIDL字符串的生成。它 們還確定由詞位和前綴形成的字符串是否在FIDL中有效。
[0148] 詞法規(guī)則基于表征飛行區(qū)段的打開和關(guān)閉自由度。如果該飛行區(qū)段無打開自由 度，則意味著關(guān)聯(lián)詞位完全有意義且其意義不可以由任何前綴（約束或目標(biāo)）補充。對于 其飛行區(qū)段具有一個或多個打開自由度的詞位，可以添加與前綴一樣多的打開自由度。
[0149] FIDL句法規(guī)則用于識別由FIDL詞形成的句子是否有效。良好形成的FIDL句子由 用約束和目標(biāo)豐富的串聯(lián)飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集的序列限定，該串聯(lián)飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集的 序列表示在飛行時間段期間飛行器運動狀態(tài)的時間順序。
[0150] 飛行器意向的牛成
[0151] 現(xiàn)在將參照圖5描述生成飛行器意向的方法。
[0152] 在步驟510,意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103被初始化來為具體用戶和為具體飛行器模型 創(chuàng)建或取得在具體操作環(huán)境中使用的飛行意向描述101。
[0153] 在步驟520,飛行意向描述101和初始條件102由意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103解析，以 創(chuàng)建飛行區(qū)段和包含打開飛行器意向?qū)嵗钥缭矫總€飛行區(qū)段的相應(yīng)飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù) 集。在一些實施例中，所解析的飛行意向?qū)呀?jīng)由約束或目標(biāo)增強的飛行區(qū)段意向數(shù) 據(jù)集，例如當(dāng)限定原始飛行意向作為任務(wù)計劃等的一部分時已經(jīng)由操作員提供的。
[0154] 所解析的飛行意向被提供給意向生成引擎104,以便其可被轉(zhuǎn)換成完全關(guān)閉的飛 行器意向描述114。意向生成引擎104具有一組策略和啟發(fā)法由其處置，以允許其通過添加 信息給飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集而將原始飛行意向轉(zhuǎn)換成完全關(guān)閉的飛行器意向描述114,從 而關(guān)閉所有自由度。此過程包括在圖5歸納所示且如在圖6至圖10中更詳細(xì)所示的步驟 530至步驟560。
[0155] 在步驟530,意向生成引擎104使用用戶偏好模型105、操作環(huán)境模型106和飛行 器性能模型118,以豐富飛行意向描述。意向生成引擎104從與飛行區(qū)段有關(guān)的模型105、 106和118識別約束和目標(biāo)（例如，并非所有包括在操作環(huán)境中的約束都可能適用于具體路 線或特定飛行路徑上的所有飛行區(qū)段）。下面更詳細(xì)描述如何識別相關(guān)約束和目標(biāo)。意向 生成引擎104通過擴大飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集豐富飛行意向，通過添加進(jìn)一步飛行區(qū)段實例 或通過修改現(xiàn)有飛行意向?qū)嵗鴶U大飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，使得產(chǎn)生的飛行意向?qū)嵗鶕?jù) 由飛行意向描述語言利用的句法和詞法規(guī)則指定相關(guān)約束和目標(biāo)。步驟530的輸出是豐富 的飛行意向描述。
[0156] 在步驟540,意向生成引擎104識別具有打開自由度的豐富飛行意向描述的飛行 區(qū)段意向數(shù)據(jù)集。意向生成引擎104用飛行器意向的實例，如復(fù)合物填充這些數(shù)據(jù)集，以關(guān) 閉所有自由度。飛行器意向?qū)嵗砂恍﹨?shù)飛行器意向?qū)嵗?。此過程由若干完成策略 根據(jù)豐富飛行意向描述中包括的任何約束的順序和類型推進(jìn)。一般地，約束不會造成特定 參數(shù)被唯一指定，但反而通常設(shè)置一參數(shù)范圍。例如，添加到飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集的約束可 指定要飛行的最大空速，未解決空速參數(shù)的范圍。因此，完成通常包括添加參數(shù)飛行器意向 實例。
[0157] 在步驟550,意向生成引擎104優(yōu)化參數(shù)飛行器意向描述。此優(yōu)化過程采取在參數(shù) 飛行器意向描述中指定的所有參數(shù)范圍，并通過優(yōu)化從豐富飛行意向描述中出現(xiàn)的所有目 標(biāo)計算的整個價值函數(shù)，計算每個參數(shù)的最優(yōu)值。然后，每個參數(shù)飛行器意向?qū)嵗兄付ǖ?參數(shù)范圍由最優(yōu)值代替。
[0158] 在優(yōu)化步驟550結(jié)束時，該方法前進(jìn)到步驟560,在步驟560,意向生成引擎104使 用軌跡引擎112生成相應(yīng)軌跡且檢查完全關(guān)閉的飛行器意向描述的預(yù)測軌跡滿足由操作 環(huán)境模型106、用戶偏好模型105、飛行器性能模型118和飛行意向101限定的所有約束。
[0159] 如果滿足了所有約束，該方法在步驟570結(jié)束，在步驟570,提供完全關(guān)閉的飛行 器意向描述123和/或提供相應(yīng)軌跡122的描述。如果發(fā)現(xiàn)任何約束未被滿足，該方法返 回到步驟540,在步驟540,檢索在步驟530提供的原始豐富飛行意向描述，并且意向生成引 擎104使用可替代的策略，以通過插入復(fù)合物完成打開飛行器意向?qū)嵗Ｈ缓?，該方法?以前繼續(xù)通過步驟550和560。
[0160] 可執(zhí)行該循環(huán)的一些迭代，以嘗試找到解決方案。例如，可以排列策略，使得意向 生成引擎104根據(jù)排列依次選擇策略，直到形成被發(fā)現(xiàn)滿足在步驟560的所有約束的完全 關(guān)閉的飛行器意向描述114。如果在步驟540可用的可替代的策略查看被完成以關(guān)閉所有 自由度的飛行意向描述，該方法可返回到步驟530,在步驟530,可替代的策略被選擇用于 豐富飛行意向描述。然后該方法如以前繼續(xù)通過步驟540、550和560。
[0161] 執(zhí)行自檢，使得意向生成引擎104將返回一例外，該例外即宣布根據(jù)限定的操作 環(huán)境中的初始飛行意向描述101生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述114的不可能性。在設(shè)定 數(shù)量的迭代之后或在預(yù)定義的時間延遲之后，一旦已經(jīng)嘗試所有策略，就可觸發(fā)例外的宣 布。
[0162] 飛行意向豐富概沭
[0163] 在圖5中的步驟530,意向生成引擎104以從用戶偏好模型105、操作環(huán)境模型106 和飛行器性能模型118中任意模型檢索的約束和目標(biāo)豐富飛行意向描述。為了做到這一 點，意向生成引擎104從與飛行意向描述中包括的每個飛行區(qū)段相關(guān)的模型105U06和118 識別約束和目標(biāo)（例如，并非所有包括在操作環(huán)境中的約束均可能適用于具體路線或特定 飛行路徑上的所有飛行區(qū)段）。
[0164] 約束和目標(biāo)與飛行區(qū)段的相關(guān)性可以使用與存儲于用戶偏好模型105、操作環(huán)境 模型106和飛行器性能模型118中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的描述而確定。例如，數(shù)據(jù)可以通過其中應(yīng)用 的地理區(qū)域和/或通過其中應(yīng)用的飛行階段而識別。例如，操作環(huán)境模型106可包含空域 內(nèi)若干區(qū)域的地形描述。每個區(qū)域可具有要避免的危害的描述，如山脈和人口密集區(qū)。將 在該區(qū)域內(nèi)應(yīng)用的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集可用該區(qū)域的關(guān)聯(lián)約束豐富。作為進(jìn)一步的示例， 操作環(huán)境模型106可包含當(dāng)?shù)竭_(dá)機場時要遵循的STAR的描述。飛行意向可指示到終端區(qū) 域內(nèi)的優(yōu)選到達(dá)航路點，且因此僅涉及該到達(dá)點的STAR描述將是相關(guān)的，并且因此其約束 可被添加到相應(yīng)飛行區(qū)段的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集實例。
[0165] 轉(zhuǎn)向用戶偏好模型105,其可包含涉及不同飛行階段或不同飛行器類型的航空公 司的偏好。例如，可限定在起飛和急劇爬升過程中，飛行該飛行器，以最小化燃料消耗?？?替換地，用戶偏好模型105可限定在下降過程中，盡可能長時間地維持飛行器在最大海拔。 將會理解，涉及飛行的下降階段的飛行區(qū)段可隨后具有關(guān)聯(lián)目標(biāo)，以保持最大海拔。
[0166] 飛行器性能模型118可包含與不同飛行部分相關(guān)的偏好和限制。例如，用于起落 裝置部署的最大速度將僅與起飛和著陸階段有關(guān)。
[0167] 意向生成引擎104通過擴大飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集而豐富飛行意向描述，以根據(jù)由 飛行意向描述語言利用的句法和詞法規(guī)則添加相關(guān)約束和目標(biāo)到關(guān)聯(lián)的飛行意向?qū)嵗?作為新的飛行意向?qū)嵗?。步驟530的輸出是具有飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集的豐富飛行意向描 述，該飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集包括可以或不可以用約束和目標(biāo)豐富的打開飛行器意向?qū)嵗?br> [0168] 下面進(jìn)一步詳細(xì)描述飛行意向豐富。
[0169] 牛成參數(shù)飛行器意向描沭
[0170] 在步驟540,意向生成引擎104關(guān)閉飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集內(nèi)的任何打開的自由度。 因此，完成可仍然包含打開的自由度的豐富飛行意向描述，以確保關(guān)閉用于所有飛行區(qū)段 意向數(shù)據(jù)集的所有運動和配置自由度。在此階段，參數(shù)范圍可用于關(guān)閉自由度，以便形成參 數(shù)飛行器意向描述。這包含關(guān)于所有自由度的信息，但不包含參數(shù)的具體值，使得參數(shù)飛行 器意向描述不限定唯一軌跡。
[0171] 圖6示出如何可以完成豐富飛行意向描述來形成參數(shù)飛行器意向描述。該過程在 610開始，在610選擇第一飛行區(qū)段。所述飛行區(qū)段可以任何方式排序，盡管按時間先后順 序排序飛行區(qū)段是明顯的示例。所述排序僅需要提供可以按順序處理的飛行區(qū)段的列表。
[0172] 在610已選擇第一飛行區(qū)段之后，該過程繼續(xù)到在圖6中的620所示的例程。如 現(xiàn)將描述的，對于每個飛行區(qū)段，依次重復(fù)例程620。
[0173] 在步驟630,檢查用于選擇的飛行區(qū)段的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，以查看其包含的 打開的飛行器意向?qū)嵗欠裎唇鉀Q任何自由度。如果所有自由度關(guān)閉，該方法繼續(xù)到步驟 615,在步驟615選擇下一個飛行區(qū)段且該過程再次進(jìn)入例程620。如果在步驟630發(fā)現(xiàn)一 個或多個打開的自由度，該飛行區(qū)段繼續(xù)通過程序620進(jìn)行進(jìn)一步處理。
[0174] 接著，在步驟640,檢索飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集和關(guān)于當(dāng)前飛行區(qū)段的任何約束。在 步驟650使用此數(shù)據(jù)，以選擇用于完成打開的自由度的合適策略。這可以通過查看必須關(guān) 閉哪個或哪些自由度而完成。例如，打開度可涉及垂直飛行剖面，或者可涉及起落裝置配 置。意向生成引擎104具有與用于關(guān)閉特定自由度的模板對應(yīng)的策略由其處置。這些策略 被加標(biāo)簽以識別它們涉及的自由度。復(fù)合物還可被存儲且與策略關(guān)聯(lián)，準(zhǔn)備由意向生成引 擎104選擇且插入飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集中。
[0175] 下列是策略和關(guān)聯(lián)的復(fù)合物的示例：提供不同橫向路徑復(fù)合物以限定不同路徑形 狀（例如，右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)彎順序）的幾何路徑、水平飛行、恒定路徑角度上升/下降、恒定速 度上升/下降、一般上升/下降、CAS-MACH爬升、MACH-CAS下降、水平信任加速/減速、干凈 配置（clean configuration)(例如，起落裝置、大升程裝置和速度制動器的干凈配置）和預(yù) 定配置設(shè)置（例如，所部署的起落裝置和用于著陸的大升程裝置擴展件）。
[0176] 所述策略還可被加標(biāo)簽以指示它們應(yīng)用的飛行階段（例如，起飛、急劇爬升、巡 航、下降、最終接近、著陸、滑行）。所述約束還用于確定應(yīng)該選擇哪個策略。返回到上述示 例，約束可指定在附近的受限制空域的區(qū)域，從而引導(dǎo)所選策略來確保在適當(dāng)點轉(zhuǎn)彎，以避 免受限制空域。
[0177] 當(dāng)選擇一個策略時，還可使用啟發(fā)法。例如，飛行區(qū)段不可以關(guān)閉垂直剖面。意向 生成引擎104可恢復(fù)回到用于較早飛行區(qū)段的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，以發(fā)現(xiàn)所指定的最后 海拔且可隨后向前掃描以發(fā)現(xiàn)指定海拔的下一個飛行區(qū)段。兩個海拔的比較可隨后引導(dǎo)合 適策略的選擇。例如，如果兩個飛行區(qū)段指定相同海拔，可以使用保持水平飛行的策略來修 改不指定海拔的干預(yù)飛行區(qū)段。
[0178] -旦在步驟650選擇合適策略，程序620繼續(xù)到步驟660,在步驟660與選擇的策 略對應(yīng)的飛行器意向原型被生成并添加到飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集。所述原型可被添加作為復(fù) 合物的一部分，其中兩個或更多原型要被組合，即策略可要求原型或原型的復(fù)合物來描述 所要求的指令，這取決于該策略的復(fù)雜性。
[0179] 執(zhí)行步驟650和660,這是確保在飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集內(nèi)關(guān)閉所有打開的自由度 所必需的。隨著此處理完成，在步驟670檢查以查看正在處理的飛行區(qū)段是否是最終的飛 行區(qū)段。如果不是，該過程循環(huán)回到步驟615,在步驟615選擇下一個飛行區(qū)段且再次進(jìn)入 程序620。
[0180] 當(dāng)已經(jīng)處理所有飛行區(qū)段時，如在步驟670所確定的，該過程繼續(xù)到步驟680,在 步驟680整合所有完成的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，以形成使用形式語言（飛行器意向描述語 言）表達(dá)的參數(shù)飛行器意向描述。這完成圖5的步驟540。然后，根據(jù)步驟550處理參數(shù)飛 行器意向，在步驟550通過現(xiàn)將關(guān)于圖7描述的優(yōu)化過程將參數(shù)范圍分解成具體參數(shù)值。
[0181] 優(yōu)化參數(shù)飛行器意向描沭
[0182] 步驟550的優(yōu)化過程采取在參數(shù)飛行器意向描述中指定的所有參數(shù)范圍，并通過 優(yōu)化反應(yīng)在飛行意向?qū)嵗邢薅ǖ哪繕?biāo)的整個價值函數(shù)，來計算每個參數(shù)的最優(yōu)值。
[0183] 如圖7中所示，該過程在步驟710開始，在步驟710選擇第一飛行區(qū)段。如上所述， 可以提供用于按順序處理的飛行區(qū)段的列表的任何方式排序所述飛行區(qū)段。
[0184] 在步驟720,瀏覽飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，以確定是否包含任何參數(shù)飛行器意向?qū)?例，使得該數(shù)據(jù)集包含需要分解的參數(shù)范圍。如果沒有參數(shù)意向，該方法前進(jìn)到步驟725,在 步驟725選擇下一個飛行區(qū)段用于處理。當(dāng)在步驟710發(fā)現(xiàn)飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集以限定一 個或多個參數(shù)范圍時，該參數(shù)范圍和任何關(guān)聯(lián)的目標(biāo)被檢索并存儲在各自列表中，如在步 驟730所示。然后，在步驟740,進(jìn)行檢查以查看目前正在處理的飛行區(qū)段是否是最終的飛 行區(qū)段。如果不是，該過程循環(huán)回到步驟725,以便可再次在步驟720選擇下一個飛行區(qū)段 用于處理。以這種方式，為參數(shù)范圍檢查所有飛行區(qū)段的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，且編譯整合 要連同關(guān)聯(lián)的目標(biāo)解決的參數(shù)范圍的列表。
[0185] 在步驟750,存儲于關(guān)聯(lián)列表中的目標(biāo)在數(shù)學(xué)上組合成反映所有目標(biāo)的價值函 數(shù)。所述目標(biāo)可存儲于用戶偏好模型105中作為表達(dá)所要針對的目標(biāo)的數(shù)學(xué)函數(shù)。然后， 形成該價值函數(shù)可對應(yīng)于組合描述每個目標(biāo)的獨立的數(shù)學(xué)函數(shù)。所述數(shù)學(xué)函數(shù)可以任何直 接方式進(jìn)行組合。例如，可形成加權(quán)組合，其中權(quán)重根據(jù)其重要性分配給每個目標(biāo)。數(shù)據(jù)可 存儲于用戶偏好模型105中，以指示所述目標(biāo)的相對重要性。
[0186] 如果發(fā)現(xiàn)參數(shù)范圍不具有關(guān)聯(lián)的目標(biāo)，預(yù)定義的數(shù)學(xué)函數(shù)的庫可用于提供數(shù)學(xué)函 數(shù)以用于包含在該價值函數(shù)中。例如，數(shù)學(xué)函數(shù)可與分配與所選參數(shù)值無關(guān)的常數(shù)值的參 數(shù)范圍關(guān)聯(lián)，使得該參數(shù)值可被選擇為該參數(shù)范圍內(nèi)的任何值，但經(jīng)優(yōu)化引起該價值函數(shù) 值的整體改進(jìn)。例如，該參數(shù)的特定值的選擇可有助于實現(xiàn)關(guān)于前面的飛行區(qū)段的目標(biāo)。
[0187] 因此，該價值函數(shù)獎勵如何良好地滿足所述目標(biāo)且懲罰如何壞地不滿足所述目 標(biāo)。
[0188] 在步驟760,讀取關(guān)聯(lián)列表中的每個參數(shù)范圍，且修改參數(shù)飛行器意向描述中出現(xiàn) 的關(guān)聯(lián)的飛行器意向?qū)嵗沟迷搮?shù)范圍由落入該范圍內(nèi)的值代替。不同計劃可用于選 擇值，例如通過選擇最大值、最小值、平均值或者通過隨機生成值而選擇。在步驟760結(jié)束 時，飛行器意向描述導(dǎo)致所有參數(shù)被定義且無參數(shù)范圍保留。通過使用軌跡引擎112計算 相應(yīng)軌跡而測試此模型飛行器意向描述，其中意向生成引擎104可以為該模型飛行器意向 描述計算價值函數(shù)值。
[0189] 然后，該過程前進(jìn)到步驟780,在步驟780優(yōu)化該模型飛行器意向描述。此優(yōu)化過 程迭代地改進(jìn)參數(shù)值。也就是說，意向生成引擎104經(jīng)歷以下迭代，即隨機改變部分或全部 參數(shù)值，然后調(diào)用軌跡引擎112來計算新的軌跡，且計算新的價值函數(shù)值和確定是否得到 改進(jìn)。以這種方式，參數(shù)值以優(yōu)化該價值函數(shù)的方式演化。這可以通過使用任何公知技術(shù) 實現(xiàn)，例如通過使用諸如遺傳算法等演化算法或通過線性優(yōu)化來實現(xiàn)。這些技術(shù)提供優(yōu)化 的完全關(guān)閉的飛行器意向描述，且這被提供作為在步驟790的輸出。
[0190] 飛行意向豐富目牛成飛行器意向
[0191] 現(xiàn)將參照圖8至圖10描述一種利用豐富飛行意向的特定方式生成飛行器意向的 方法。
[0192] 圖8示出圖5的飛行意向豐富步驟530被分解成三個連續(xù)階段。首先，如在532 所示，使用用戶偏好模型105豐富該飛行意向描述。然后，如在534所示，使用操作環(huán)境模 型106豐富該飛行意向描述。最后，如在536所示，使用飛行器性能模型118豐富該飛行意 向描述。
[0193] 圖9是圖5的改編，其示出在一種生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述123的整個方 法中如何可以使用該三階段豐富。圖10是圖2的改編，以示出如何可以使用整個系統(tǒng)來執(zhí) 行圖9的方法。
[0194] 圖10示出意向生成引擎104被分成四個組件104A-D。這些組件可對應(yīng)于以提供 所需功能的軟件模塊編程的分離的計算機處理器?？商鎿Q地，單個計算機處理器可提供兩 個或更多，且甚至所有四個引擎104A-D。例如，四個引擎104A-D可對應(yīng)于在計算機處理器 的單個計算機處理器或網(wǎng)絡(luò)上操作的四個軟件模塊。
[0195] 用戶偏好引擎104A是豐富飛行意向的第一引擎。用戶偏好引擎104A使用用戶偏 好模型105豐富飛行意向且產(chǎn)生一次豐富的飛行意向描述152作為輸出。如前面所述，執(zhí) 行使用用戶偏好模型105的這種豐富。
[0196] 一次豐富的飛行意向描述152被傳遞給使用操作環(huán)境模型106來進(jìn)一步豐富飛行 意向描述152的操作環(huán)境引擎104B，從而產(chǎn)生二次豐富的飛行意向描述154。如前面所述， 執(zhí)行使用操作環(huán)境模型106的飛行意向描述152的豐富。
[0197] 二次豐富的飛行意向描述154被傳遞給使用分析器性能模型118來更進(jìn)一步豐富 飛行意向描述154的分析器性能引擎104C，從而產(chǎn)生三次豐富的飛行意向描述156。如前 面所述，執(zhí)行使用飛行器性能模型118的飛行意向描述154的豐富。在此實施例中，飛行器 性能模型118是意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103的一部分（如與圖2相比，在圖2中飛行器性能模 型118是軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施110的一部分）。如從圖10可以看到的，用戶偏好模型105、操 作環(huán)境模型106和飛行器性能模型118可全部傳遞數(shù)據(jù)給軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施110的軌跡計 算引擎112。
[0198] 核心意向生成引擎104D接收三次豐富的飛行意向描述156且通過添加飛行器意 向?qū)嵗瓿娠w行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集內(nèi)的打開的飛行器意向?qū)嵗?，以關(guān)閉所有自由度，且因此 生成參數(shù)飛行器意向描述，如先前關(guān)于圖5的步驟540所述。核心意向生成引擎104D也優(yōu) 化參數(shù)飛行器意向，以產(chǎn)生完全關(guān)閉的飛行器意向描述114,如先前關(guān)于圖5的步驟550所 述。
[0199] 完全關(guān)閉的飛行器意向描述114被傳遞給軌跡計算引擎122,以允許計算相應(yīng)軌 跡。軌跡計算引擎112在計算軌跡時還使用地球模型120,并且還可以從用戶偏好模型105、 操作環(huán)境模型106和飛行器性能模型118中的任何模型調(diào)用數(shù)據(jù)。軌跡計算引擎112作為 輸出提供計算出的軌跡122的描述和完全關(guān)閉的飛行器意向描述123的描述，如已經(jīng)關(guān)于 圖2描述的。
[0200] 圖10還指示完全關(guān)閉的飛行器意向描述123可被傳遞回到核心意向生成引擎 104D、操作環(huán)境引擎104B和用戶偏好引擎104A，如現(xiàn)將參照圖9所述。
[0201] 圖9示出一種根據(jù)本發(fā)明實施例生成飛行器意向描述123的方法。許多步驟都已 經(jīng)如關(guān)于圖5所述，且因此已經(jīng)被給定相應(yīng)參考標(biāo)號且僅在這里概述。
[0202] 在步驟510,初始化意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103。在步驟520,飛行意向描述101和初始 條件描述102由意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103接收，且經(jīng)解析創(chuàng)建飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集。每個數(shù) 據(jù)集包含一個或多個打開飛行器意向?qū)嵗?，其中每個打開飛行器意向?qū)嵗峁╆P(guān)于在將影 響一個或多個運動和/或配置自由度的飛行區(qū)段期間飛行的某一方面的信息。此解析可由 用戶偏好引擎104A完成。然而，在此實施例中，為此目的提供分離的引擎（未示出）作為 意向生成基礎(chǔ)設(shè)施103的一部分。
[0203] 在步驟530,意向生成引擎104A-D使用用戶偏好模型105、操作環(huán)境模型106和飛 行器性能模型118豐富所解析的飛行意向。來自模型105、106和118的約束和目標(biāo)被識別 與飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集（例如，并非所有包括在操作環(huán)境中的約束都可能應(yīng)用于具體路線 或特定飛行路徑上的所有飛行區(qū)段）有關(guān)。意向生成引擎104A-D通過擴大數(shù)據(jù)集，以根據(jù) 由飛行意向描述語言施加的句法和詞法規(guī)則添加相關(guān)約束和目標(biāo)到飛行意向?qū)嵗齺碡S富 飛行意向。
[0204] 第一，在步驟532,提供所解析的飛行意向給用戶偏好引擎104A，以便可以轉(zhuǎn)換 成一次豐富的飛行意向描述152。用戶偏好引擎104A具有一組策略和啟發(fā)法由其處置，以 通過添加目標(biāo)和約束到與飛行區(qū)段相關(guān)的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集而允許其將飛行意向描述 轉(zhuǎn)換成一次豐富的飛行意向描述152。
[0205] 第二，在步驟534,提供一次豐富的飛行意向描述152給操作環(huán)境引擎104B。操作 環(huán)境引擎104B具有一組策略和啟發(fā)法由其處置，以允許其將一次豐富的飛行意向描述152 轉(zhuǎn)換成二次豐富的飛行意向描述154。操作環(huán)境引擎104B添加與飛行區(qū)段相關(guān)的目標(biāo)和 約束，所述飛行區(qū)段包括已經(jīng)包含由用戶偏好引擎104A添加的約束和目標(biāo)的飛行區(qū)段。因 此，操作環(huán)境引擎104B尋求進(jìn)一步豐富已經(jīng)由用戶偏好引擎104A豐富的飛行區(qū)段。例如， 用戶偏好引擎104A可添加關(guān)于優(yōu)選路線的目標(biāo)（比如以遵循提供向南接近特定機場的路 線），并且操作環(huán)境引擎104B可添加相關(guān)約束（比如以限定飛行器從南接近機場所遵循的 STAR)。
[0206] 第三，在步驟536,提供二次豐富的飛行意向描述154給飛行器性能引擎104C。飛 行器性能引擎104C具有一組策略和啟發(fā)法由其處置，以允許其將二次豐富的飛行意向描 述154轉(zhuǎn)換成三次豐富的飛行意向描述156。飛行器性能引擎104C添加與飛行區(qū)段相關(guān)的 目標(biāo)和約束，所述飛行區(qū)段包括已經(jīng)包含由用戶偏好引擎104A和/或操作環(huán)境引擎104B 添加的約束和目標(biāo)的飛行區(qū)段。返回到上面示例，飛行器性能引擎104C可添加與襟翼部署 速度和起落裝置部署速度對應(yīng)的用于STAR的約束。
[0207] 然后，三次豐富的飛行意向描述156被傳遞給核心意向生成引擎104D，其中在步 驟540,引擎104D識別具有打開自由度的三次豐富飛行意向描述的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集。 核心意向生成引擎104D用飛行器意向?qū)嵗畛溥@些數(shù)據(jù)集，以關(guān)閉所有自由度。該過程由 若干完成策略推進(jìn)，如先前參照圖5和圖6所解釋的。然后，在步驟550，核心意向生成引 擎104D優(yōu)化參數(shù)飛行器意向描述。該優(yōu)化過程550采取在參數(shù)飛行器意向描述中指定的 所有參數(shù)范圍，且通過優(yōu)化先前關(guān)于圖5和圖7所述的整個價值函數(shù)來計算每個參數(shù)的最 優(yōu)值。
[0208] 該方法前進(jìn)到步驟560,在步驟560,核心意向生成引擎104D使用軌跡引擎112 生成相應(yīng)軌跡且檢查每個模型飛行器意向描述的預(yù)測軌跡滿足由操作環(huán)境模型106、用戶 偏好模型105、飛行器性能模型118和原始飛行意向描述101限定的所有約束。
[0209] 如果所有約束被滿足，該方法在步驟570結(jié)束，在步驟570提供完成的完全關(guān)閉的 飛行器意向123的描述和/或提供相應(yīng)軌跡122的描述。如果發(fā)現(xiàn)任何約束不被滿足，該 方法將重復(fù)某些步驟，以嘗試發(fā)現(xiàn)滿足所有約束的完全關(guān)閉的飛行器意向描述。
[0210] 在擬定的實施例中，所嘗試的第一方法是使用可替代的優(yōu)化策略重復(fù)優(yōu)化步驟 550。然而，在此實施例中，所嘗試的第一方法是使用可替代的策略重復(fù)完成步驟540 (如果 如第一方法嘗試可替代的優(yōu)化策略，這將是所嘗試的第二方法）。也就是說，該方法繼續(xù)到 步驟541，在步驟541，核心意向生成引擎104D確定是否已經(jīng)嘗試所有完成策略。如果不是， 該方法繼續(xù)到步驟542,在步驟542選擇新的完成策略，然后重復(fù)方法步驟540至560。也 就是說，使用新的策略檢索和完成三次豐富的飛行意向描述156,在步驟550優(yōu)化產(chǎn)生的參 數(shù)飛行器意向描述，并且然后在步驟560重復(fù)所有約束得到滿足的檢查。
[0211] 該方法返回到步驟540,在步驟540檢索在步驟530提供的原始豐富飛行意向描 述，并且意向生成引擎104使用可替代的策略來通過插入飛行器意向?qū)嵗瓿娠w行意向 描述，從而關(guān)閉所有自由度。然后該方法如以前繼續(xù)通過步驟550和560。
[0212] 如果在步驟541發(fā)現(xiàn)已經(jīng)嘗試所有完成策略，則該方法繼續(xù)到步驟543。在步驟 543,操作環(huán)境引擎104B確定是否已經(jīng)嘗試可用于操作環(huán)境引擎104B的所有策略。如果不 是，該方法繼續(xù)到步驟544,在步驟544,操作環(huán)境引擎104B選擇未嘗試的策略。然后重復(fù)步 驟534、536、540、550和560。另外，重復(fù)通過步驟541和542的循環(huán)，以便使用不同完成策 略來嘗試提供滿足所有約束的飛行器意向114。以這種方式，該方法在操作環(huán)境引擎104B 通過不同策略循環(huán)，其中對于操作環(huán)境引擎的策略中的每個策略嘗試不同完成策略。如果 這個失敗，則將在步驟543出現(xiàn)否定回答。也就是說，在步驟543,操作環(huán)境引擎104B將確 定已經(jīng)嘗試其所有策略。
[0213] 在這種情況下，該方法繼續(xù)到步驟545,在步驟545用戶偏好引擎104A嘗試不同 策略。首先，在步驟545,進(jìn)行檢查以確保還未嘗試可用于用戶偏好引擎104A的所有策略。 如果它們已經(jīng)嘗試，該方法在步驟547結(jié)束，在步驟547報告沒有發(fā)現(xiàn)滿足所有約束的飛行 器意向。如果用戶偏好引擎104A確定還未嘗試其全部策略，則前進(jìn)到步驟546,在步驟546 選擇未嘗試的策略。
[0214] 然后重復(fù)步驟532、534、536、540、550和560。另外，重復(fù)通過步驟541和542的循 環(huán)和通過步驟543和544的循環(huán)，以便使用不同操作環(huán)境引擎策略和不同完成策略來嘗試 提供滿足所有約束的飛行器意向114。以這種方式，該方法在核心意向生成引擎104D、操作 環(huán)境引擎104B和用戶偏好引擎104A通過不同策略循環(huán)，以發(fā)現(xiàn)滿足所有約束的飛行器意 向 114。
[0215] 其中嘗試可替代的策略的順序優(yōu)先于存儲于用戶偏好模型105中的約束和目標(biāo)。 也就是說，在已經(jīng)嘗試操作環(huán)境引擎策略和完成策略的所有其他組合之后，最后做出當(dāng)使 用用戶偏好引擎104A時所做的變化。然后，接下來優(yōu)先的是存儲于操作環(huán)境模型106中的 約束和目標(biāo)。也就是說，在做出對操作環(huán)境引擎策略的任何變化之前，嘗試所有可用完成策 略。
[0216] 接沂機場的示例
[0217] 現(xiàn)將參考圖11至圖13描述上述方法的示例。在此示例中，飛行器810正接近機 場，以在跑道820上著陸。飛行意向可僅指定飛行器在到達(dá)航路點ALPHA之后在跑道820 上著陸。
[0218] 為了提供完全關(guān)閉的飛行器意向描述114,意向生成引擎104可用從描述當(dāng)接近 機場時要遵循的STAR程序的操作環(huán)境模型106中檢索的信息來增加此基本飛行意向。例 如，意向生成引擎104可建立風(fēng)向，確定逆風(fēng)接近跑道820的方向，且為到達(dá)航路點ALPHA 的飛行器的此類著陸檢索STAR程序。
[0219] STAR程序?qū)?yīng)于一組限制。在此示例中，要遵循的橫向路徑規(guī)定飛行器通過航 路點ALPHA、BETA、GAMMA和DELTA的路線，準(zhǔn)備最終直線接近跑道820。這些航路點被示于 圖11中。STAR程序還可包含沿在每個航路點處要維持的路線以及海拔對速度的限制。這 些海拔被示于圖12中。
[0220] 在航路點ALPHA，限定廣闊的可允許海拔范圍，如在910處所指示的。為航路點 BETA和GAMMA限定較小海拔范圍，如分別在920和930處所示。如在940處所示為航路點 DELTA限定具體海拔，以相應(yīng)于其中滑翔道會被攔截的最終接近的開始海拔。
[0221] 意向生成引擎104可使用這些限制，以增加飛行意向。例如，可以相應(yīng)于要遵循的 航路點之間的區(qū)段而創(chuàng)建附加的飛行區(qū)段。此外，可創(chuàng)建參數(shù)飛行器意向，其中限定在每個 航路點處的海拔范圍，而不提供具體海拔。如下所述，目標(biāo)可用于指定要滿足的海拔。
[0222] 圖13示出兩個可替代的垂直剖面810a和810b。剖面810a對應(yīng)于由航空公司操 作的飛行器810,飛行器810優(yōu)選盡可能長地盡可能高地飛行。此目標(biāo)將被記錄在用戶偏好 模型105中。因此，意向生成引擎104設(shè)置在每個航路點處的海拔作為所指定的最大海拔， 然后計算飛行器810的可能的最大下降速率，以當(dāng)每個下降階段必須開始時建立且創(chuàng)建限 定每個下降階段之間的水平飛行連同限定下降點頂部（T0D2)的區(qū)段。因此，通過使用該目 標(biāo)，意向生成引擎104生成將產(chǎn)生在810a處所示的階梯式下降的垂直剖面的飛行器意向。 此剖面說明了飛行器810在正好及時進(jìn)行陡峭下降之前盡可能長地盡可能高的飛行，以滿 足為每個航路點規(guī)定的最大海拔。
[0223] 另一航空公司可能不喜歡看到飛行器在水平飛行和下降之間加速多次的這種接 近。此第二航空公司可優(yōu)選用最小飛行路徑角度變化來飛行穩(wěn)定持續(xù)的下降。此接近可被 反映作為存儲于用戶偏好模型105中的目標(biāo)。意向生成引擎104可檢索此目標(biāo)，且確定如 在圖13中的810b所示的垂直剖面。此垂直剖面從計算的下降點頂部T0D1看到具有恒定 飛行路徑角度的穩(wěn)定下降，所述計算的下降點頂部T0D1通過所有需要的海拔范圍。
[0224] 如從圖13可以看到的，可對飛行路徑角度作某些變化，同時仍然確保海拔限制得 到滿足。進(jìn)一步的目標(biāo)可引導(dǎo)垂直剖面的最終選擇。例如，該航空公司可具有用被設(shè)定為 怠速的節(jié)流閥且用最小速度制動器部署來飛行連續(xù)下降的接近的進(jìn)一步目標(biāo)。此目標(biāo)可隨 后由意向生成引擎104使用，以設(shè)置適當(dāng)飛行路徑角度。
[0225] 在下降過程中飛行恒定飛行路徑角度和在怠速時飛行連續(xù)下降接近的目標(biāo)是互 補的，因為他們都影響垂直剖面。有時，這些目標(biāo)將導(dǎo)致沖突，因為兩個都不可以得到滿足。 為了避免這個，可優(yōu)先考慮目標(biāo)，使得意向生成引擎104可以確定其中發(fā)生沖突的哪個目 標(biāo)得到滿足。
[0226] 航空公司可存儲用戶偏好模型105中的限制以及目標(biāo)。例如，如上所述，橫向剖面 被在操作環(huán)境模型106中的STAR描述中指定的航路點部分地限定。然而，這些限制未解決 飛行器810如何轉(zhuǎn)彎來滿足每個航路點ALPHA、BETA、GAMMA和DELTA的橫向位置。該航空 公司還可設(shè)置限制，例如以為了乘客舒適的利益不超過某一傾斜角。意向生成引擎104可 在飛行意向豐富步驟530過程中從用戶偏好模型105檢索此目標(biāo)。在步驟550,此限制可用 于為隨后在步驟560優(yōu)化的傾斜角設(shè)置參數(shù)范圍。
[0227] 預(yù)期應(yīng)用
[0228] 本發(fā)明可發(fā)現(xiàn)關(guān)于要求飛行器的軌跡預(yù)測的任何應(yīng)用的實用性。例如，軌跡計算 基礎(chǔ)設(shè)施110可被提供作為飛行器的飛行管理系統(tǒng)的一部分。當(dāng)確定該飛行器如何飛行 時，該飛行管理系統(tǒng)可利用軌跡預(yù)測設(shè)施。
[0229] 如前段所述的預(yù)測的軌跡可被提供給空中交通管理，類似于詳細(xì)飛行計劃的提 供。
[0230] 對于基于空中的軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施，該飛行管理系統(tǒng)可訪問一些生成飛行器意向 所需的信息。例如，可本地存儲航空公司偏好用于檢索和使用。此外，如果有必要可以本地 存儲和更新飛行器性能模型118和地球模型120。進(jìn)一步的信息，例如要遵循的特定SID、 導(dǎo)航路線和STAR以及如當(dāng)部署起落裝置、改變襟翼設(shè)置、引擎等級等時的其他偏好可由飛 行員輸入。可根據(jù)建議的空速假設(shè)一些丟失信息，例如襟翼和起落裝置部署時間。
[0231] 所有這些所需信息可在飛行之前獲得，以便可以預(yù)測整個飛行的軌跡?？商鎿Q地， 在飛行之前僅可獲得部分信息，且其余信息可在途中獲得。此信息可在飛行員輸入之后獲 得（或按需要被更新），例如以響應(yīng)于引擎等級或飛行水平的變化。由于如通過地球模型 120所更新的主要大氣條件的改變，軌跡計算基礎(chǔ)設(shè)施110還可更新預(yù)測的軌跡以及因此 如以飛行器意向描述語言表達(dá)的飛行器意向。更新可經(jīng)由飛行器和地面之間的任何類型的 公知通信鏈路230通信：最新大氣條件可被發(fā)送給飛行器，且修訂的飛行器意向或預(yù)測的 軌跡可以從飛行器發(fā)送。
[0232] 空中交通管理應(yīng)用將類似于上述基于空中的系統(tǒng)?？罩薪煌ü芾砜删哂写_定飛行 器意向所必需的信息，如飛行程序（SID、STAR等）、關(guān)于飛行器性能的信息（作為飛行器性 能模型）、大氣條件（作為地球模型）和甚至可能的航空公司偏好。一些信息，如與例如當(dāng) 改變飛行器配置時相關(guān)的飛行員偏好可在飛行之前或在飛行過程中收集。在信息不可用的 情況下，空中交通管理可作出假設(shè)，以便生成飛行器意向且預(yù)測該軌跡。例如，可假設(shè)所有 飛行員將離跑道閾值10海里或以特定空速部署其起落裝置。
[0233] 空中交通管理可利用預(yù)測的飛行器軌跡來識別潛在的沖突。任何潛在的沖突可通 過建議一個或多個飛行器對飛行/飛行器意向的必要變化而解決。
[0234] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到在不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍情況下， 可對上述實施例作出變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種生成以形式語言表達(dá)的飛行器意向（114)描述的計算機實施的方法，該飛行器 意向描述提供飛行器在飛行時間段中的預(yù)期運動和配置的明確的四維描述，該方法包括： 獲得與跨越所述飛行時間段的飛行計劃對應(yīng)的飛行意向描述（101); 確保所述飛行意向描述（101)經(jīng)解析提供飛行意向（101)的實例，飛行意向（101)的 每個實例跨越飛行區(qū)段，其中所述飛行區(qū)段一起跨越所述飛行時間段； 對于每個飛行區(qū)段，生成關(guān)聯(lián)的飛行意向區(qū)段數(shù)據(jù)集，所述關(guān)聯(lián)的飛行意向區(qū)段數(shù)據(jù) 集包括一個或多個飛行意向（101)的實例和/或一個或多個打開飛行器意向（114)的實 例，其中打開飛行器意向（114)的每個實例描述飛行器在至少一個運動自由度中的運動， 從而關(guān)閉關(guān)聯(lián)的至少一個運動自由度和/或提供飛行器配置的描述，以關(guān)閉至少一個配置 自由度； 基于用戶偏好的豐富步驟包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存儲于用戶偏好數(shù)據(jù)庫中 的約束和/或目標(biāo)，和識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束和/或目標(biāo)，并用描述所 識別的約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而提供豐富的飛行意向描 述（101)，其中基于用戶偏好的豐富步驟是根據(jù)用戶偏好豐富策略執(zhí)行的； 基于操作環(huán)境的豐富步驟包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存儲于操作環(huán)境數(shù)據(jù)庫中 的約束和/或目標(biāo)，并且識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束和/或目標(biāo)，并用描述 所識別的約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而提供進(jìn)一步豐富的飛 行意向描述（101)，其中基于操作環(huán)境的豐富步驟是根據(jù)操作環(huán)境豐富策略執(zhí)行的； 基于飛行器性能的豐富步驟包括比較飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集與存儲于飛行器性能數(shù)據(jù) 庫中的約束和/或目標(biāo)，并且識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束和/或目標(biāo)，并用 描述所識別的約束和/或目標(biāo)的信息豐富所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而提供更進(jìn)一步豐 富的飛行意向描述（101); 完成打開飛行器意向（114)的實例的步驟包括通過識別其中并未關(guān)閉所有自由度的 飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集而將所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集內(nèi)的打開飛行器意向（114)的實例轉(zhuǎn) 換成參數(shù)飛行器意向（114)的實例，并通過添加或修改一個或多個飛行器意向（114)的實 例完成所識別的飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而通過從多個存儲的完成策略中選擇完成策略且 添加或修改與所述完成策略對應(yīng)的飛行器意向的實例而關(guān)閉所有自由度，并且整合所述飛 行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集，從而提供在以形式語言表達(dá)的所述飛行時間段內(nèi)的完全關(guān)閉的參數(shù)飛 行器意向（114)描述，并且其中添加飛行器意向（114)的實例的步驟包括提供參數(shù)范圍，從 而形成所述參數(shù)飛行器意向描述（114);和 優(yōu)化所述參數(shù)飛行器意向（114)描述的步驟包括根據(jù)優(yōu)化策略確定每個參數(shù)范圍的 參數(shù)的最優(yōu)值，從而生成所述完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括： 如果不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)來滿足在由所述基于飛行器性能 的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述（101)中包含的所有目標(biāo)和約束， 執(zhí)行優(yōu)化循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的優(yōu)化策略迭代地重復(fù)優(yōu)化所述參數(shù)飛行器意向描 述（114)的步驟，直到生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)，所述完全關(guān)閉的飛行器意向 描述（114)滿足在由所述基于飛行器性能的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描 述（101)中包含的所有目標(biāo)和約束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括： 如果在執(zhí)行所述優(yōu)化循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)來滿足 在由所述基于飛行器性能的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述（101)中包含 的所有目標(biāo)和約束， 執(zhí)行完成循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的完成策略迭代地重復(fù)完成所述飛行意向描述 (101)的步驟，并且在所述完成循環(huán)的每個迭代過程中，執(zhí)行所述優(yōu)化循環(huán)，直到生成完全 關(guān)閉的飛行器意向（114)，所述完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)滿足在由所述基于飛行 器性能的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述（101)中包含的所有目標(biāo)和約束。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括： 如果不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)來滿足在由所述基于飛行器性能 的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述（101)中包含的所有目標(biāo)和約束， 執(zhí)行完成循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的完成策略迭代地重復(fù)完成所述飛行意向描述 (101)的步驟，并且在所述完成循環(huán)的每個迭代過程中，執(zhí)行所述優(yōu)化步驟，直到生成飛行 器意向（114)，該飛行器意向（114)滿足在由所述基于飛行器性能的豐富提供的所述更進(jìn) 一步豐富的飛行意向描述（101)中包含的所有目標(biāo)和約束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包括： 如果在執(zhí)行所述完成循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)來滿足 在由所述基于飛行器性能的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述（101)中包含 的所有目標(biāo)和約束， 執(zhí)行操作環(huán)境循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的操作環(huán)境豐富策略迭代地重復(fù)基于操作環(huán)境 的豐富步驟，之后是基于飛行器性能的豐富步驟，并且在所述操作環(huán)境循環(huán)的每個迭代過 程中，執(zhí)行所述完成循環(huán)，直到生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)，所述完全關(guān)閉的飛 行器意向描述（114)滿足在由所述基于飛行器性能的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛 行意向描述（101)中包含的所有目標(biāo)和約束。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包括： 如果在執(zhí)行所述操作環(huán)境循環(huán)之后，不能夠生成完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)來 滿足在由所述基于飛行器性能的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述（101)中 包含的所有目標(biāo)和約束， 執(zhí)行用戶偏好循環(huán)，其包括根據(jù)可替代的用戶偏好豐富策略迭代地重復(fù)基于用戶偏好 的豐富步驟，并且在所述用戶偏好循環(huán)的每個迭代過程中，執(zhí)行所述操作環(huán)境循環(huán)，直到生 成完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)，所述完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)滿足在由所 述基于飛行器性能的豐富提供的所述更進(jìn)一步豐富的飛行意向描述（101)中包含的所有 目標(biāo)和約束。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中所述操作環(huán)境數(shù)據(jù)庫已在其中存儲了包 括對在空域內(nèi)飛行的限制的約束； 且任選地，其中： 識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的約束包括僅識別影響其中該飛行器將在相應(yīng) 飛行區(qū)段期間通過的空域的那些約束。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中所述用戶偏好數(shù)據(jù)庫已在其中存儲了包 括描述操作偏好的信息的目標(biāo)； 且任選地，其中： 識別與所述飛行區(qū)段意向數(shù)據(jù)集有關(guān)的目標(biāo)包括例如通過識別航空公司操作飛行器 的目標(biāo)，通過識別與在相應(yīng)飛行區(qū)段期間發(fā)生的飛行階段有關(guān)的目標(biāo)，或者通過識別與其 中該飛行器將在相應(yīng)飛行區(qū)段期間通過的空域有關(guān)的目標(biāo)，來識別與該飛行器關(guān)聯(lián)的目 標(biāo)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中完成所述飛行意向描述（101)的步驟包 括： 通過完成策略影響的自由度識別所述完成策略，并從經(jīng)識別影響所述自由度的策略選 擇完成策略以關(guān)閉在識別的飛行區(qū)段中的自由度； 且任選地， 通過其中完成策略應(yīng)用的飛行階段識別所述完成策略，并從經(jīng)識別影響所述自由度且 經(jīng)識別應(yīng)用于與所識別飛行區(qū)段關(guān)聯(lián)的飛行階段的策略選擇完成策略，以關(guān)閉自由度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中在優(yōu)化所述參數(shù)飛行器意向描述（114) 的步驟中確定所述最優(yōu)值包括： 根據(jù)所述優(yōu)化策略生成初始參數(shù)值，從而形成模型飛行器意向描述； 從所述模型飛行器意向描述計算軌跡（122); 使用價值函數(shù)計算所述軌跡（122)的價值函數(shù)值，該價值函數(shù)使用在所述更進(jìn)一步豐 富的飛行意向描述中包含的目標(biāo)任選地形成；和 重復(fù)修改所述參數(shù)值的迭代，計算產(chǎn)生的軌跡（122)，并計算產(chǎn)生的價值函數(shù)值來確定 所述完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)是否得到改進(jìn)，從而通過改進(jìn)所述價值函數(shù)值而優(yōu) 化所述參數(shù)值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其包括： 從所述完全關(guān)閉的飛行器意向描述（114)計算在飛行時間段內(nèi)的軌跡（122)，并且任 選地，使得該飛行器飛行該軌跡（122)或比較該軌跡（122)與其他飛行器的軌跡，從而識別 沖突。
12. -種計算機基礎(chǔ)設(shè)施，其經(jīng)編程以執(zhí)行權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法。
13. -種飛行器，其包括權(quán)利要求12所述的計算機基礎(chǔ)設(shè)施。
14. 一種包括計算機代碼指令的計算機程序，當(dāng)在計算機上執(zhí)行時，所述計算機代碼指 令使得該計算機執(zhí)行如權(quán)利要求1、2、3或4中任一項所述的方法。
15. -種計算機可讀存儲介質(zhì)，其具有在其上記錄的如權(quán)利要求14所述的計算機程 序。
【文檔編號】G08G5/00GK104143270SQ201410192718
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】J·洛佩茲利奧尼斯, G·弗朗特拉, J·貝薩達(dá), E·J·凱撒達(dá)馬加納 申請人:波音公司