一种用于辅助目视盘旋进近的装置及方法

本发明涉及一种辅助空中导航的装置和方法，特别涉及在目视盘旋进近的情形下，提供 飞行员安全导航和引导的装置和方法。

目视盘旋是飞行员完成仪表进近后，进行目视盘旋飞行使飞机到达不适于直线进近的跑 道的着陆位置。对于大型机场，空中交通管制（ATC）通常引导飞机进行直线进近着陆，而对 于小型机场，目视盘旋则是经常发生的事。有时候由于恶劣气象条件或机场周围的交通情况， 不适宜进行直线进近，此时ATC可能会要求飞行机组进行目视盘旋进近。而在另一些情形下， 导航台只能引导飞机到机场的中心，而不是到跑道终点，此时飞行员必须采取目视盘旋进近 到合适的跑道。

大多数飞机上有一个机载的区域导航系统来辅助飞机在机场之间的导航。例如，在从一 个机场到另一个远距离机场的飞行过程中，在起飞不久后直至飞机接近目的机场，区域导航 系统与自动驾驶仪一起引导飞机的飞行。区域导航系统是机载计算机，接受飞行员、传感器、 导航台和ATC的输入。基于这些输入，计算机场之间的飞行路径，可以辅助飞行员导航，或通 过与自动驾驶仪的耦合控制自动飞行。一些简单的区域导航系统计算和控制水平导航，另一 些高级的区域导航系统能够计算和控制垂直导航。目视盘旋进近是在低高度情况下进行的低 速机动飞行，当前的区域系统一般仅支持仪表程序飞行，对目视盘旋进近支持非常有限，目 视盘旋进近时主要还是依靠查看航图信息进行的人工飞行。

由于工作负荷大，飞机着陆本身就是一个复杂的工作，对于目视盘旋进近而言，飞行员 需要分配更多的注意力观察飞机以外的情况，因此对于目视盘旋而言更是如此。在能见度较 低、山区地形复杂和夜间运行等情形下，目视盘旋进近的危险性则更高，要将飞机保持在保 护区域内尤其困难，一不小心很可能造成机毁人亡，因此目视盘旋进近对于飞行员来说是一 个极大的挑战。

为了提高目视盘旋进近的安全性，需要向飞行员提供一些自动化的手段，代替飞行员的 一部分手动操作，从而使得飞行员可以将更多的精力关注飞机本身和机外的安全状态，建立 稳定的目视盘旋进近。

针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种辅助目视盘旋进近的装置，以提 高目视盘旋进近时的自动化水平，减轻飞行机组负担，并且在飞行过程中不断对飞行状态进 行自动监控，提高飞行安全性。

本发明的另一目的在于提供利用该装置进行辅助目视盘旋进近的方法。

本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的。

一种用于辅助目视盘旋进近的装置，包括数据库系统，导航传感器，控制输入装置，显 示装置，音频告警器和综合处理系统：

所述数据库系统存储机场跑道信息，目视盘旋着陆最低标准，目视盘旋进近标准，目视 盘旋限制，以及飞机类别信息；机场跑道信息、目视盘旋着陆最低标准、目视盘旋限制均来 自于公布的航图中，数据库中的信息是标准ARINC424格式存储的或是起飞前或者在飞行过程 中通过飞行员自定义，飞机类别信息是依据飞机入口着陆速度确定的，分成A、B、C、D、E类， 飞行员可以修改并确定本飞机所属的类别。

所述导航传感器确定飞机位置、速度、航向、风速和风向等信息；导航传感器为本发明 装置内置的GPS/北斗接收机，或者是飞机上已有的惯性导航系统、航姿系统、无线电导航系 统及大气机。

所述控制输入装置提供飞行员制定目视盘旋进近计划，选择飞机类别，选择目视盘旋进 近类别的操作接口，接口是多功能控制显示的形式，或者是集中到显示装置中采取触控装置。 控制输入装置包含选择目视盘旋进近模式、选择机场和跑道、选择飞机类别、确认目视盘旋 进近路径的操作。

所述显示装置提供目视盘旋计划信息、位置、引导、提示和告警信息的文本和图形显示；

所述音频告警器提供危险情形告警的声音告警，包含复飞提示，超出保护区域的告警；

所述综合处理系统进行所述的各种任务的计算和处理；综合处理系统是单独的专用处理 器，或者是集成至飞行管理系统、区域导航系统中。

从数据库中提取飞机信息并通过传感器装置确定飞机位置、速度、风速和风向、航向信 息后，通过控制输入装置输入并经过综合处理系统的计算和处理，将目视盘旋计划信息、位 置、引导、提示和告警信息的文本或图形信息显示于显示装置上供飞行员参考。

一种进行辅助目视盘旋进近方法，包括如下步骤：

1）、从数据库系统中提取出机场和跑道信息供选择，飞行员确定实施目视盘旋进近的机 场和跑道；

2）、从FAA的终端区仪表飞行程序标准（TERPS）和ICAO的空中航行程序服务－飞机运行 （PANS OPS）两种目视盘旋进近标准进行选择，飞行员确定目视盘旋进近标准之后，根据飞 机类型通过综合处理系统计算目视盘旋进近的保护区域，并在显示器上显示；

3）、根据飞机导航传感器确定的当前情形和飞机本身转弯性能，由自动规划或人工参与 规划来确定目视盘旋进近路径，规划的路径应在保护区域内，在经过飞行员确认之后，作为 飞行员指引的基准；所述人工参与规划为触摸方式规划，对触摸轨迹自动修正，形成适合飞 机飞行的目视盘旋进近路径；或者是输入文本信息的方式，通过输入跑道、最低下降高度以 及三边宽度生成。

4）、在飞行员确认实施规划的目视盘旋进近路径后，根据所确认的目视盘旋进近路径提 供飞行引导信息，显示给飞行员或发给自动飞行控制系统，所述引导信息为耦合自动飞行控 制系统的引导指令，或者是显示在显示器上的飞行指引信息。

5）、对飞机目视盘旋进近进行过程监控，如果出现超过保护区域，或者不能建立稳定进 近状态，则提供提示和告警，飞行员根据相应的提示和告警信息采取必要的措施从而避免危 险发生。

本发明具有如下优点：

a)提供自动或人工参与下生成的目视盘旋路径，经过飞行员确认后提供引导，提高了 自动化程度，减轻了驾驶员负担，使得飞行员能够有更多的精力去观察机外的情形进行进近 决策；

b)提供目视盘旋保护区域计算及显示，并且在目视盘旋过程中实时进行监控，能够提高 驾驶员的危险情形意识，减少碰撞障碍物的机会，提高目视盘旋进近安全性。

图1为本发明用于辅助目视盘旋进近的装置的结构示意图。

图2为本发明辅助目视盘旋进近方法的一个优选实施例示意图。

图3为本发明目视盘旋进近的保护区域示意图。

图4为本发明有限制要求的保护区域示意。

图5为本发明目视盘旋进近路径示意图。

图6为本发明自动修正人工规划的目视盘旋进近路径示意。

下面结合附图1—图6进一步说明本发明是如何实现的。

实施例

如图1所示为一种辅助目视盘旋进近的装置，包括：

数据库系统101，存储机场跑道信息，目视盘旋着陆最低标准，目视盘旋进近标准，目视 盘旋限制，以及飞机类别信息。机场跑道信息、着陆最低标准、目视盘旋限制都是来自于公 布的航图中，数据库中的信息可以是标准ARINC424格式存储的，也可以是起飞前或者在飞行 过程中通过飞行员自定义的。飞机类别信息需要根据本装置所装载的飞机确定，在优选实施 例中固定存储在数据库中，也可以修改。

导航传感器102，确定飞机位置、速度、航向、风速和风向等信息。导航传感器可以是本 发明装置内置的GPS/北斗接收机，也可以是飞机上已有的惯性导航系统、航姿系统、无线电 导航系统、大气机。

控制输入装置103，提供飞行员制定目视盘旋进近计划，选择飞机类别，选择目视盘旋进 近类别的操作接口。一种典型的人机接口是多功能控制显示的形式，也可是集中到显示装置 中采取触控装置。

显示装置104，提供目视盘旋计划信息、位置、引导、提示和告警信息的文本和图形显示。 显示装置可以是多功能控制显示器，也可以是飞机上的电子飞行仪表系统。

音频告警器105，提供危险情形告警的声音告警，包含复飞提示，超出保护区域等告警。

综合处理系统106，进行所述的各种任务的计算和处理。可以是单独的专用处理器，也可 以是集成至飞行管理系统、区域导航系统中。

图2为本发明辅助目视盘旋进近方法的一个优选实施例。系统开始工作时，首先进入准备 201程序，完成装载导航数据库，并且接收导航传感器信息确定飞机的位置。飞行员收到ATC 的盘旋进近指令后，通过控制输入装置选择盘旋进近模式202，系统检测是否已确定好了目的 机场，如果没有，则提示飞行员选择机场，飞行员确定机场203。然后系统根据数据库中获取 该机场的目视盘旋进近标准204，或者也可以由飞行员根据航图确定机场所适用的目视盘旋进 近标准204。

此时根据所选择的机场限制和存储在数据库中本机的飞机类别计算并显示盘旋进近保护 区域205。此时系统进入监控进近安全207状态，预测一定的时间后飞机的位置，如果判断飞 机将会超出保护区域，则文本闪烁的方式提示飞行员潜在的危险；如果飞机已经越过保护区 域，则给出以鲜明颜的文本告警或者声音告警210。另外在垂直方面，如果飞机低于最低下 降高度，也给出明确的提示210告知飞行员，此时超障余度的保证是飞行员自己责任范围内的 事。如果飞机五边最后进近阶段未建立着陆形态，或者是未建立稳定进近速度，或者航迹偏 差较大的情况，则提出复飞提示210建议。

另一方面，飞行员根据目视的情形选择所需要着陆的跑道206，或则从导航库选择目视盘 旋程序206，本装置构建目视盘旋着陆路径208，然后飞行员对计算出的路径进行评估，如果 飞行员确认路径209则该目视盘旋路径作为监控和引导的基本依据。一旦确认路径，则根据路 径和飞机当前的状态进行引导计算，在显示器上提供指引信息211，飞行员参照路径并目视着 陆。或者输出引导指令信息给自动飞行控制系统，该引导方式一直工作到最后进近航迹，直 到飞行员断开自动驾驶。

在第一备选实施例中，飞行员在目视盘旋进近的过程中到达五边时，发现没有建立稳定 进近状态或者跑道目视条件不适合着陆，此时飞行员可重新选择构建目视盘旋进近路径，此 时本装置清除原来生成的目视盘旋路径。飞行员初始复飞方向应当一直朝向机场，以保证越 障安全余度并保持飞机在目视盘旋保护区域以内，直至高于最低下降高度，并能加入公布复 飞程序。然后，如果空中交通管制许可，飞行员可以重新选择目视盘旋进近模式，并且重新 计算目视盘旋路径，然后按照新的引导信息重新进行目视盘旋进近。

在另一个备选实施例中，飞行在目视盘旋进近过程中收到ATC指令需要更改跑道，此时可 以通过本装置重新选择跑道，则本装置重新构建路径，在飞行员确认后，重新生成引导信息。

图3为目视盘旋进近的保护区域示意图，它是飞机在目视机动飞行（盘旋）必须考虑超障 余度的区域。本系统自动计算盘旋进近的保护区域301，保护区域301的确定方式为：以每条 跑道入口中心为圆心，以目视盘旋区域半径302生成的圆弧303以及圆弧之间的切线304围成的 区域。半径302根据系统存储在数据库中的标准或者飞行员选择的标准确定，可选的标准为 ICAO的PANS-OPS和FAA的TERPS标准，并且考虑到飞机的类别。飞机的类别分成A、B、C、D、E 类，存储在数据库101中。

图4描述了针对机场有限制要求时确定保护区域的一个实例。限制飞机在跑道403和跑道 404之间，并且距离导航台401指定距离402以外的区域目视盘旋进近。即阴影部分为目视盘旋 进近的限制区域405，在计算保护区域301时需要考虑。

依据不同标准，对于各类飞机的目视盘旋最大速度和目视盘旋区半径302的定义不同，具 体数据如下表所示：

图5为本发明目视盘旋进近路径503的图示，所规划的目视盘旋进近路径403限制在目视盘 旋进近保护区域301内，并且经过飞行员的确认才能作为最终引导飞行的依据。在确认之前， 目视盘旋进近路径以醒目颜呈现给飞行员，在确认之后，则变成正常所使用的轨迹颜。

目视盘旋进近路径503由切入航迹508、三边507、最后转弯边502和最后进近航迹506组成。 切入航迹508根据飞机501当前的位置确定，可以通过90度切入或45度切入三边507，三边507 与需要着陆的跑道509平行但是方法相反。飞行员在实施目视盘旋进近时，在进行切入航迹前 或在切入航迹飞行过程中调整高度至MDA，然后再三边、最后转弯边的飞行过程中保持MDA高 度飞行。在完成转弯切入最后进近边飞行后，飞行员下降高度完成着陆。

在本发明的背景中，可以采用不同方式确定所述目视盘旋进近路径503，在一个优选实施 例中，根据飞机501的当前情形，依据所选择的着陆跑道509和从数据库中存储的MDA自动计算 目视盘旋进近路径503。最后进近航迹506的起始点505按照默认3°的下滑角计算，与MDA高度 相交生成。默认下滑角也可以根据实际需要进行修改。三边宽度504指的是三边到跑道的水平 宽度，其最大值由地形和气象条件限制，最小值则由飞机转弯性能限制。转弯性能是指飞机 在标准数据限制下（坡度25°，空速小于按照飞机类别确定的最大盘旋进近速度确定）完成 连续转弯所需的最小转弯半径，优选实施例中的三边宽度504等于该最小转弯半径的2倍。

在第一备选实施例中，本发明根据飞行员以文本方式通过控制输入装置103输入MDA高度、 三边宽度504、下滑角信息生成目视盘旋进近路径503。飞行员输入的MDA高度的优先级高于数 据库中存储的信息。

此外，在第二备选实施例中，飞行员可以通过触控的方式规划进近路径，图6描述了一种 实现方式。在显示装置102中规划计划的盘旋进近路径601，本发明根据飞机的性能，以及目 视盘旋进近保护区域301的限制，对飞行员规划的计划轨迹自动修正，形成飞机优化的可以飞 行的目视盘旋进近路径503。