自动监控要求导航和制导性能的空中操作的方法和设备

摘要

本发明涉及用于自动监控要求导航和制导性能的空中操作的方法和设备。监控设备（1）包括用于执行监控以便检查两个飞行管理系统（4,5）是否能够操作在双模式下的装置（22）。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于自动地监控执行要求导航和制导性能（navigation and guidance performance）的空中操作的航空器、尤其是运输机用的飞行管理组件（assembly）的方法和设备。

尽管不是排他地，但本发明更具体而言应用于RNP AR(“Required Navigation Performance with Authorization Required”，具有所要求的授权的所要求的导航性能)类型的具有所要求的授权的所要求的导航性能操作。这些RNP AR操作基于RNAV (“aRea NAVigation”，区域导航)类型的地面导航并且基于带有RNP(“Required Navigation Performance”，所要求的导航性能)类型的所要求的导航性能的操作。它们具有要求用于能够在航空器上执行的特殊授权的特性。

背景技术

RNAV 类型的地面导航（surface navigation）允许航空器从一“航线点”飞到另一个航线点，并且不再从（NAVAID类型的无线电导航装置的）地面站飞到地面站。

已知的是：RNP概念相应于地面导航，对于地面导航存在增加的（在航空器上的）监控和报警装置，其允许确保航空器保持在参考轨道周围的所谓的RNP走廊中，并且授权考虑弯曲的轨道。在该走廊外部，潜在地存在某些地势或其它航空器。RNP操作类型的所要求的性能由RNP值定义，该RNP值占参考轨道周围的走廊的一半宽度（以海里：NM为单位），其中航空器在操作期间应该保持时间的95%。也定义了（在参考轨道周围的）第二走廊，该第二走廊的一半宽度是RNP值的两倍。航空器离开该第二走廊的概率应该低于每飞行小时10^－7。

RNP AR操作的概念甚至是更加严格的。RNP AR程序特征真正地在于：

－RNP值：

     ·在进场（approach）低于或等于0.3NM，并且能够降低到0.1NM；并且

     ·在起始处和在重新减速（re-throttling）时严格低于1NM并且也能够降低到0.1NM；

－可以被弯曲的最终进场段；以及

－能够被定位在关于参考轨道的RNP值的两倍处的障碍物（山脉，交通……），而对于通常的RNP操作，关于障碍物的附加裕度被提供。

空中管理局已经定义了无论类型每个操作10^－7的“安全目标等级”TLS。在RNP AR操作的情况下，因为RNP值可以降低到0.1NM并且障碍物能够被定位在参考轨道的RNP值的两倍处，所以该目的导致每程序不应该超过10^－7的、航空器离开具有D=2.RNP宽度的一半的走廊的概率。

如果不提供包括用于可能的故障的探测和管理的缓解操作装置，则嵌入在航空器上的设备（飞行管理系统、惯性单元、用于更新GPS数据的装置和用于制导自动驾驶仪的装置）以及通常的架构不允许达到安全目标等级。这就是为什么特殊授权对于这种类型的操作被要求，以便确保操作程序和飞行员训练允许达到该安全目标等级。此外，因为机组人员应该管理一些故障，因此航空器现在不能保证在故障时0.1NM的RNP值，因为机组人员不能满足在自动驾驶仪模式下的性能要求。

在当前航空器上，通过两个通常功能来执行监控RNP AR操作，即：

－监控位置计算的精度和完整性的第一功能：

     ·位置的精度与RNP值的一倍（once）比较；

     ·完整性与RNP值的两倍比较；以及

     ·如果精度或完整性这两个参数中的一个超过了分配的阈，就发射报警并且机组人员应该采取合适的动作；以及

－允许机组人员监控航空器的制导的第二功能：

     ·航空器关于参考轨道的横向和垂直的偏离被显示并呈现给机组人员；

     ·机组人员监控关于为每个偏向分配的预算的偏离。如果机组人员探测到过度的偏离，他们应该管理航空器并启动适当的改正动作。

如前面所提到的，当前航空器在故障时不能够保证0.1NM的RNP值并且机组人员应该为飞行RNP AR程序被特别训练。机组人员应该真正地能够适当地探测和处理能够危害进行中的操作的故障。

未来航空器的目的包括具有以高达0.1NM的RNP值飞行RNP AR程序的能力，并且这在起动、进场和加大油门（throttling up）模式下没有限制（在正常情况和在故障情况下）。为此，机组人员应该不再被视为用于探测和处理故障（breakdown）的主要装置。

现在，负责管理飞行面（flight plane）、轨道计算和偏离/制导命令的FMS(“Flight Management System”，飞行管理系统)类型的飞行管理组件名义上以在双模式下操作的两个飞行管理系统操作。在这种合作的名义操作模式下，飞行管理系统中的一个被视为主机，其强使被视为从机的另一个来尤其是以飞行面管理的等级执行某些操作，以便使其与所述主机系统保持同步。在这些操作中，尤其包括对轨道分段的请求，以使得两个飞行管理系统保持同步并且能够提供一致的信息给机组人员。

现在，在要求导航和制导性能的空中操作的上下文中，横向轨道是关键数据，因为其对航空器的制导和对关于障碍物保持保护性走廊有直接影响。通过双模式操作，来自系统的错误信息片段可能在无任何问题既不被系统又不被机组人员探测到的情况下破坏从机系统。如果错误信息片段导致主机系统在其不应该时定序（sequence）其横向飞行面，则其会强加这种定序到从机系统。因此，错误定序将被这两个飞行管理系统一致地并几乎同时地实施。

这样的操作模式因此与实施要求导航和制导性能的空中操作不兼容。

发明内容

本发明旨在解决上述不足。本发明涉及一种用于自动监控执行要求导航和制导性能的空中操作的航空器用的飞行管理组件的方法。本发明应用于飞行管理组件，该飞行管理组件包括主机类型的第一飞行管理系统，其与从机类型的第二飞行管理系统操作在双模式下，并且在探测到执行影响其飞行面的操作的义务时，向所述第二飞行管理系统发射要求实施影响后者的飞行面的至少一个操作的请求。

为此，根据本发明，所述用于自动监控飞行管理组件的方法是显著的，在于如果所述方法被激活，在发射这样的请求时，执行下列操作，包括：

a）检查执行所述请求的条件被满足，并且

b）根据该检查：

     * 如果所述条件被满足，所述第二飞行管理系统实施由该请求所请求的操作；并且

     * 如果所述条件不被满足，所述第二飞行管理系统不实施由该请求所请求的操作，并且发射报警信号。

此外，优选地，在步骤b）：

－如果所述条件被满足，两个飞行管理系统继续操作在双模式下；并且

－如果所述条件不被满足，所述两个飞行管理系统将操作在独立模式下。

因此，由于本发明，检查对于执行由主机类型的（用于飞行管理的）第一系统（其与从机类型的（用于飞行管理的）第二系统在双模式下操作）发射的请求，必要条件（在下面要被陈述）是否被满足。并且只有当所述条件真正被满足时，所述第二飞行管理系统才实施由这样的请求所请求的操作。

此外，当所述条件不被满足时，机组人员通过报警信号的发射知晓该情形，并且优选地，所述两个飞行管理系统被导向在独立模式下操作。

从而，本发明提供了简单的抗故障（breakdown resistant）解决方案，以便该解决方案被应用到的通常的双操作模式变得与实施要求导航和制导性能的空中操作相兼容。

在第一实施例中，所述请求是用于定序飞行面的请求。本发明允许检查该请求是否应当被实施，无论什么检查条件（远程、时间或几何）。在特定的模式下，所述用于定序飞行面的请求来自航空器位置的计算错误。在这种情况下，有利地，在发射这样的定序请求时，在步骤a）：

-在对两个飞行管理系统分别可用的航空器位置之间计算差；

-将所述差与阈值比较；以及

-根据该比较，考虑：

     *如果该差低于所述阈值，用于执行所述请求的条件被满足；以及

     *如果该差高于或等于所述阈值，用于执行所述请求的条件不被满足。

此外，有利地，如果用于执行所述请求的条件不被满足，所述第二飞行管理系统不定序其飞行面。

此外，在第二实施例中，所述请求是相对于飞行面的修正或相对于在两侧之间的飞行面的差的重新同步请求。在这种情况下，有利地，在第一替代实施例中，在飞行面中插入关于要求导航和制导性能的空中操作的程序以后，在进场阶段的准备时，如果相对于飞行面的修正的重新同步请求被发射，在步骤a）为了检查执行所述请求的条件是否被满足，检查新飞行面是否与进行中的程序一致，诸如从导航数据库发出的。

此外，有利地，在第二替代实施例中，在进场阶段时，其中关于要求导航和制导性能的空中操作的程序被执行，如果相对于飞行面的修正的重新同步请求被发射，在步骤a）为了检查执行所述请求的条件是否被满足，检查新的新飞行面是否与进行中的程序一致，诸如从导航数据库发出的。

注意到本发明可适用于进场程序和离场程序。

而且，监控步骤a）优选地使用作为所述第二飞行管理系统（从机系统）的部分的装置被执行。然而，也可以设想使用所述第二飞行管理系统外部的装置执行步骤a），例如，所述主机系统的或航空器的其它系统或设备的装置。

而且，可执行在步骤a）和b）实施的操作的激活：

-自动地，优选地根据航空器的配置和当前飞行数据；以及/或者

-由操作者手动地，使用人/机界面。

本发明还涉及用于自动监控执行要求导航和制导性能的空中操作的航空器的诸如上面提到的飞行管理组件的设备。

根据本发明，所述设备是显著的，在于其包括：

-用于激活所述设备的装置；

-用于在发射（请求实施至少一个影响飞行面的操作的）请求时检查用于执行所述请求的条件被满足的装置；

-如果所述条件被满足则命令第二飞行管理系统实施由该请求所请求的操作的装置；

-如果所述条件不被满足则命令所述第二飞行管理系统不实施由该请求所请求的操作的装置；以及

-如果所述条件不被满足则发射报警信号的装置。

此外，在优选实施例中，所述设备进一步包括用于上述检查的至少一个导航数据库。优选地，每个飞行管理系统包括其自己的数据库。

根据本发明的监控尤其适于RNP上下文，但是也可应用于用于跟踪（follow）飞行面的任何需要高等级的完整性、故障抵抗性和监控的飞行。这样的监控从而提供：

-用于监控由主机系统强加到从机系统的命令的装置；以及

-当在主机系统和从机系统之间探测到不一致时，特定的操作逻辑。

本发明还涉及：

-用于执行要求导航和制导性能的空中操作的航空器的飞行管理组件，所述组件包括操作在双模式下的主机类型的第一飞行管理系统和从机类型的第二飞行管理系统，以及诸如上面提到的监控设备。

优选地，所述飞行管理组件是对称的，所述飞行管理系统的每个都能够起主机（或者从机）的作用，在知道在给定瞬间只有一个主机和一个从机的情况下；以及/或者

-被提供了这样的飞行管理组件和/或这样的监控设备的航空器，尤其是运输机。

附图说明

附图的单一的图将更好地解释本发明能被怎样执行。该单一图是包括根据本发明的设备的飞行管理组件的框图。

具体实施方式

根据本发明并在单一图中示意性示出的设备1用来自动地检查用于能够执行要求导航和制导性能的空中操作的航空器（未示出）、特别是运输机的飞行管理组件2。

所述飞行管理组件2通常负责管理飞行面、轨道计算和偏离/制导命令，其中包括一个单元3，其包括：

-被视为主机的一个第一飞行管理系统4；以及

-被视为从机的一个第二飞行管理系统5，两者都是FMS（“Flight Management System”，飞行管理系统）类型的。

优选地，所述飞行管理组件2是对称的，所述飞行管理系统4,5的每个都能够起主机（或者从机）的作用，在知道在给定瞬间只有一个主机和一个从机的情况下。

所述飞行管理组件2还包括：

-通过链接7被连接到所述单元3并且通常提供航空器的飞行面等以及关于航空器的飞行及其环境的参数的当前值的信息源的组件6；

-通过链接9被连接到所述单元3并包括导航数据和关于RNP程序的信息的数据库8；以及

-通过链接11被连接到所述单元3的人/机界面10。

通过链接12被连接到一起的所述系统4和5在双模式下操作。为此，所述系统4包括：

-能够探测用于执行影响所述系统4的飞行面的操作的义务（obligation）的通常装置13；

-当所述装置13探测到时，用于执行影响飞行面的操作的通常装置14；以及

-在所述装置13探测到执行诸如上面提到的操作的义务的情况下，用于发射请求所述系统5实施至少一个影响所述系统5的飞行面的操作的请求到所述系统5的通常装置15。

此外，所述系统5包括：

-用来接收由装置15发射的请求的通常装置17；以及

-用于执行由请求所请求的操作的通常装置18。

本发明涉及用来自动地监控执行要求导航和制导性能的空中操作的航空器的飞行管理组件2的设备1。

根据本发明，所述设备1包括：

-用来激活所述设备1的装置20，其例如通过链接21连接到所述单元3；

-装置22：

     · 用于在发射（请求实施至少一个影响飞行面的操作的）请求时检查执行所述请求的条件被满足的装置；以及

     · 用于命令所述系统5：

                                                         如果所述条件被满足，实施由该请求所请求的操作；以及

          如果所述条件不被满足，不实施由该请求所请求的操作；以及

-报警装置，其例如通过链接24连接到所述单元3并被构成用以如果所述条件不被满足则发射报警信号。

优选地，构成所述报警装置20以便在航空器的驾驶舱内发射至少一个（可见或声音）报警。

双模式的通常操作在要求导航和制导性能的操作的上下文中是不可接受的，因为主机系统的故障能够在机组人员不能探测到它的情况下自动地被传播到从机系统，因此在本发明的上下文中，优选地在从机系统5的等级启动监控，目的在于对于能影响横向轨道或相关联的制导的任何错误信息片段而检查由主机系统4发送的请求。

因此，根据本发明的设备1允许检查对于执行由与从机系统5操作在双模式下的主机系统4发射的请求，必要条件是否被满足。并且只有当所述条件真正地被满足时，所述系统5才实施由该请求所请求的操作。

此外，当所述条件不被满足时，由于在航空器的驾驶舱内相应报警信号的发射，机组人员被报警装置23警告。

此外，优选地，在这种情况下，所述设备1使得两个飞行管理系统4和5操作在独立模式下，替代直到那时被使用的双模式。

因此，本发明提供了简单的抗故障解决方案，使得该解决方案所应用到的通常的双操作模式变得与实施要求导航和制导性能的空中操作相兼容。

为达到这样的目的，两个监控装置（是装置22的部分）能在主机系统4和从机系统5之间被启动，即：

-用来监控轨道定序的装置；以及

-用来监控从机系统5与主机系统4的重新同步的装置。

这两个监控装置允许检查横向轨道的管理并保护每个系统4、5的飞行面。在不要求机组人员的最小动作的情况下，这些监控装置允许永久地保证即使在双模式下两个系统4和5的独立性。由从机系统5检查来自主机系统4的每个请求，以只有当其有能力这么做时才对其予以考虑。在不匹配的情况下，机组人员被警告并且操作模式可能被降级（从双模式切换到独立模式）。

为了限制这两个监控装置的暴露时间，所述两个监控装置仅仅应用于称为“低RNP（Low RNP）”的RNP AR程序，即RNP的当前值低于或等于0.3的程序。在这种情况下，这些监控装置的激活是自动的并且不需要机组人员的任何动作。

在本发明的上下文内，所述设备1的激活能够：

-自动地，优选地根据航空器的配置和当前飞行数据，由作为所述装置20的部分的装置（没有具体示出）执行。尤其是，激活能够在航空器进入RNP AR程序前被执行，以便检查两个系统4和5处于适当的配置并且如果情况并非如此则警告机组人员；以及/或者

-由操作者手动地，借助作为所述装置20的部分的人/机界面（没有具体示出）执行，优选地使用允许机组人员与组件2交互的屏幕页面。

在第一实施例中，所述请求是用于定序飞行面的请求。本发明允许检查该请求是否应当被实施，无论什么检查条件（远程、时间或几何）。优选地，用于定序飞行面的所述请求由航空器的位置的计算错误引起。在此情况下，当这样的定序请求被装置15发射时，装置22使用合适的元件（没有具体示出）执行下面的操作：

-计算对两个飞行管理系统4和5分别可用的航空器位置之间的差；

-比较该差与预先确定的阈值；以及

-根据该比较，考虑：

     · 如果该差低于所述阈值，执行所述请求的条件被满足；以及

     · 如果该差高于或等于所述阈值，执行所述请求的条件不被满足。

此外，如果执行所述请求的条件不被满足，所述系统5不定序其飞行面。

该第一实施例对应于下面的情形。机组人员在自动模式下（航空器在其横向、垂直轨道上和在速度方面强制同步（slaving））飞行RNP AR程序，且RNP监控是激活的。航空器和参与监控的系统的操作是名义上的（nominal）。在飞行员侧，发生航空器位置的计算错误。无论其原因是什么，该故障导致（在该侧的）主机系统4处于授权定序飞行面的下一个通过点的条件。根据双操作模式，其（使用装置15）发送定序请求到从机系统5。于是两种情形可能发生：

-或者从机系统5也处于定序条件下（两个系统4和5之间的位置差低），并且在此情况下，没有问题被探测到并且：

     · 主机系统4实施定序；以及

     · 从机系统5接受来自主机系统4的请求并定序其飞行面；

-或者从机系统5不处于定序条件下，并且于是在两个系统4和5之间探测到冲突并且：

     ·主机系统4实施定序；但是

     · 从机系统5不接受来自主机系统4的请求和定序其飞行面。

在第一种情形下，两个系统4和5保持同步，并且他们继续在双模式下合作。

相反地，在第二种情形下，两个系统4和5不能保持同步（飞行面不同），且该双模式被独立模式替代。两个系统4和5之间不再存在通信。主机系统4不强加任何东西到从机系统5。到独立模式的该切换被参与RNP监控的其它系统探测到，导致对机组人员可见的在驾驶舱中的重新配置。

此外，在第二实施例中，所述请求是相对于飞行面的修正或者相对于（在航空器的两侧之间的）飞行面的差的重新同步请求。

在此情况下，两个情形应当被区分。

在相对于第一替代实施例的第一种情形下，在飞行面中插入关于要求导航和制导性能的空中操作的程序以后，在进场阶段的准备时，如果（相对于飞行面的修正的）重新同步请求被装置15发射，装置22检查新飞行面是否与诸如从导航数据库8发出的进行中的程序一致。

在该第一种情形下，航空器典型地在巡航阶段中飞行，并且机组人员以着陆为目的准备机场跑道的进场，在飞行面中插入RNP AR程序。在该程序被插入后，故障引起主机系统4的飞行面的修正。从而在两个系统4和5的飞行面之间存在不一致。这样的不一致不能被机组人员探测，但其影响RNP AR程序。根据双操作模式，主机系统4发送重新同步命令到从机系统5请求其删除其自己的飞行面并且以来自主机系统4的数据重新初始化。从机系统5接收新飞行面，探测RNP AR程序的存在并将其与位于导航数据库8的RNP AR程序比较。假定影响了主机系统4的飞行面的初始故障，从机系统5的监控装置22探测到该新飞行面和从数据库8发出的程序之间的不一致。从机系统5拒绝重新同步，并且由装置23发射报警消息用来警告机组人员，从而他们在启动RNP AR程序之前知晓问题。因此，机组人员有时间重新装载系统4和5中的RNP程序并确保飞行面是一致的。

在相对于第二替代实施例的第二种情形中，在以着陆为目的的机场跑道的进场阶段时，其中关于要求导航和制导性能的空中操作的程序被执行，如果（相对于飞行面的修正的）重新同步请求被装置15发射，装置22检查新飞行面是否与进行中的程序一致，诸如从导航数据库8发出的。

在该第二情形下，航空器典型地在进场阶段中飞行，并且根据RNP AR程序飞行。故障引起主机系统4的飞行面方面（并且从而在进行中的RNP AR程序方面）的错误。如前面情况中一样，在两个系统4和5之间探测到不一致，并且主机系统4请求从机系统5变得与其重新同步。从机系统5接收该请求和新飞行面。该从机系统5使用监控装置22探测到与处于数据库8中的RNP AR程序的不一致。该从机系统5拒绝重新同步和在两个系统4和5之间的通信，并且于是双模式让给独立模式的好处，允许避免错误信息片段从主机系统4传播到从机系统5。该独立操作模式被维持并且阻断同步被维持，只要航空器根据该RNP AR程序飞行。

本发明可应用于进场程序，如前面说明的，但是也可应用于离场程序。

该架构和不同的监控功能，如前面说明的，允许航空器满足RNP AR操作固有的安全要求，能自动地探测并识别有缺陷的系统。机组人员能进一步跟踪和监控操作是否被恰当地实施。

本发明适于RNP类型的空中操作，但也可被用于跟踪飞行面的任何需要高等级的完整性、故障抵抗和监控的飞行。例如，其可被应用在不会生成RNP程序的山脉环境中的操作。

此外，根据本发明的监控可使用优选地作为所述飞行管理系统5（从机系统）的部分的装置22来执行。然而，也可设想使用所述系统5外部的装置来执行监控，例如，作为所述主机系统4或者航空器的其它系统的部分的装置。