控制航空器垂直避开一个区域的方法 本发明涉及自动控制航空器垂直避开区域的方法，诸如危险的气象区或对飞行舒适与安全有危险影响的区。
它特别适用但不局限于避开看不见的区域，例如晴朗空气旋涡等强旋涡或有明显结冰危险的区。这一区域由大范围的水平轮廓及上下垂直极限分界。这种信息是例如由航空器用诸如数据链路等数据传输设备接收的，并且是由地面站有可能根据装有ADS(自动相关观察)系统的邻近飞行器传输的信息发送的。
当前，依靠驾驶员通过在该区的视线范围内进行避开或采取冒险穿过该区来手动处理气象问题，这些操作必须考虑大量参数，具体地，所穿过地空域内的现行规定、航空器的性能及其油箱中的燃料重量。此外，假定所谓的晴朗天气气象现象就其定义而言是不可见的，通常驾驶员只有进入这一现象所在的区域非常短的时间以前才接到这一现象的警告，在许多情况中，这一时间不足以使他能考虑所有必要参数来确定最佳避开航线。
本发明的目的为克服这一缺点及减轻驾驶员的工作任务。为这一目的，提出了自动控制航空器垂直避开具有预定的几何轮廓的固定区域的方法，该航空器装备有自动驾驶仪，已将预定的路径、巡航飞行高度及向预定跑道降落的点的位置输入到其中。
按照本发明，这一方法的特征在于它包括下述连续的步骤：-以水平轮廓及上下高度的形式获取要避开的区域的界限，及用水平轮廓与上下高度分界的柱体体积建立要避开的区域的模型，-相对于航空器的预定路径定位该柱体体积以便确定这一路径是否穿过该柱体体积，-如果预定的路径穿过该柱体体积，确定预定的路径在柱体体积中的进入与出口点，-计算航空器能达到的最佳与最大高度，并考虑航空器的当前重量计算通过进入点时的重量，及为了达到这一点的燃料消耗，-为垂直避开该区域作为该区域的上下界限的高度、航空器的当前的、最大与最佳高度、及从该柱体体积预定的出口点的位置与航空器降落点的位置的函数的计算新的飞行高度，及计算为了到达避开该高度而改变高度的点，以及-更新新飞行高度，及输入改变高度点的位置到自动驾驶仪中。
依靠这些措施，完全从驾驶员身上消除了为了避开危险区而修改飞行计划与控制航空器的负担。
按照本发明的特定特征，当该区的顶部高度位于航空器能在进入点到达的最大高度以上时，或者当预定的降落点位于柱体体积内时，便通过在下面飞行来避开该区。
按照本发明的另一特定特征，避开高度最好等于航空器在进入点上的最佳高度。
下面用非限制性示例方式参照附图描述按照本发明的方法的实施例，附图中：
图1用图形表示包含旨在实现按照本发明的方法的计算机的航空器的电子设备；
图2用图形表示穿过包围要避开的区域的柱体体积的航空器的航线的透视图；
图3示出相对于包围要避开的区域的柱体[sic]体积的航空器的初始预定航线及可能的避开航线的通过垂直面的剖视图；
图4、5a与5b用图形示出为了处理关于要避开的区域的界限的信息所执行的算法。
如图1中所示，按照本发明的避开方法是专门为安装在航空器上的计算机4执行而设计的，计算机4用称作“飞机总线”的数据传输总线5耦合在包含自动驾驶仪14与导航设备16的导航装置上；诸如数据链路等数字数据传输装置15上；及包括控制部件与诸如安装在驾驶室中的显示屏7与扬声器8等发信号部件的人/机接口装置(MMI)6上。
以已知的方式，自动驾驶仪14包括在其中记录有包含水平航线与垂直轮廓的航空器的预定航线的存储器。水平航线包含由起飞点与目的地点之间的一系列直线线段及使一段有可能连接在另一段上的过渡航线构成的路径。垂直轮廓具体指示巡航高度及向预定跑道降落的点的位置。
由诸如数据链路通信系统组成的数据传输装置15能接收来自地面站或位于无线电范围内的航空器的气象信息。这一信息使它有可能定位诸如强旋涡或明显的结冰条件的气象活动区。
当收到这种信息时，计算机4便执行图4中所示算法。这一算法包括首先在步骤21中采集数据传输装置15发布的数据，以及用水平轮廓与上下高度定义的柱体体积10界定该气象区(图2)。
在步骤22中，计算机4相对于该气象区定位预定飞行计划规定的路径2。为了做到这一点，计算机4访问例如存储在自动驾驶仪14中的预定飞行计划的规定。
如果航空器不会进入该气象区，便返回到算法的起点20继续分析数据传输装置15提供的信息。在相反的情况中，在步骤23中计算机4发送去往显示器7的报文以便警告驾驶员航空器1行进的路径2要穿过气象活动区10。这一信息可用在屏幕7上显示飞行区的地图，上面叠加该区的界限来补充。
然后需要确定避开的航线，诸如在柱体体积10上方通过的A1-A2-A3-A4或在柱体体积下方通过的B1-B2-B3-B4，这些示出在图3中。这些航线由从初始预定的航线的退出点A1、B1、以便符合避开高度的高度改变阶段A1-A2、B1-B2、及在避开高度上的不变高度阶段A2-A3、B2-B3、以及返回到预定航线的降落阶段A3-A4、B3-B4及返回到预定航线上的点A4、B4定义的。
应指出，在一些情况中，这一返回点可位于初始预定的降落点T后面，避开航线在避开高度上直接与降落航线2’会合。
在步骤24中，计算机4触发避开航线的确定。在这一步骤中，它确定具体的避开高度，其计算算法示例示出在图5a与5b中，并确定从预定航线的退出点A1、B1以便到达指定的避开高度(图3)。
这一点是通过计入航空器的特征、规定最大爬升或降落速率的航空管制、以及航空器1的当前高度与要到达的避开高度之间的差来计算的。
在步骤25中，计算机4等待驾驶员确认包含在步骤24中确定的避开航线在内的新飞行计划，一直等到经过了从初始预定的路径2的退出点A1、B1为止(步骤26)。在等待时，计算机4计算与显示这一退出点A1、B1与航空器1的当前位置的距离值，定期刷新这一值(步骤27)。
如果在这一等待期间，驾驶员确认了新飞行计划，将后者发送到自动驾驶仪14来替换初始预定的路径2(步骤28)。然后计算机4再次由在步骤21中的新信息备用。
如果在通过退出点A1、B1之前驾驶员未确认新飞行计划，则在步骤29中计算机4发送报文给驾驶员说明已经过了这一退出点而避开该区现在已不可能。随即在步骤30中，它计算航空器1的当前位置与进入用柱体体积10界定的区域的进入点Z之间的距离。只要航空器1尚未到达点Z，始终显示这一距离并定期刷新(步骤31)。经过这一点Z之后，计算机4发出报警报文通知驾驶员航空器1已在气象区10中(步骤32)。然后计算机4在返回到步骤21采集数据及擦除报警报文之前，等待从柱体体积10界定的区中出来，这要考虑从这一区的出口点Z的位置以及参照航空器1的当前位置与速度(步骤33)。
图5a中，避开高度的确定从考虑航空器的当前重量与燃料消耗而计算进入要避开的区的进入点Z的位置以及从航空器1的当前位置到这一点之间的距离与航空器在这一点上的重量入手(步骤41)。
在步骤42中，计算机4考虑到航空器的重量与性能以及从这一点到航空器的距离，确定航空器1在点Z上的最佳(alt.opti)与最大(alt.max)高度。如果要避开的区的上限高度(alt.upp.zone)不大于航空器1能在点Z上到达的最大高度(alt.max)(步骤43)，计算机4便进入图5b中所示的步骤58。否则向上避开(在区域上方)是不可能的，从而必须向下避开(在区域下方)，而计算机4进入步骤44，在其中它检验要避开的区10的下限高度(alt.low.zone)是否满足取决于原来的飞行计划给定的原来高度及最小允许高度(alt.min)的条件。这一最小高度可以是诸如MEA(最小航线高度)与MORA(最小离开航线高度)高度等规定性来源的或者是操作性来源的(对应于诸如FL195平面以上的规定性飞行平面的最小操作性高度)。
例如，该区的下限高度必须大于最小允许高度，并必须大于从初始高度减去某一预定值得出的值(alt.D)。
如果该区的下限高度并不满足这些条件，自动避开该区是不可能的而处理从步骤29继续进行。否则，计算机4在步骤45中检验该区的下限高度(alt.low.zone)是否大于在步骤42中计算的最佳高度(alt.opti)。如果是，满足(alt.avoid)的避开高度对应于最佳高度(步骤46)，而如果否，则避开高度刚刚位于区10下面用一定安全系数计算的高度(步骤47)。
下面的保证算法包含确定着陆降落起点。
为了做到这一点，在步骤48中计算机4确定预定的路径2从柱体体积10的出口点Z’的位置，以及该点与预定的向跑道降落的点T之间的距离。如果这一距离大于阈值，例如100海里，这表示航空器能在预定的高度上满足降落点T(步骤50)。否则，航空器1不满足这一降落点T，但将保持在前面计算的避开高度上直到它满足预定航线的降落阶段Z’。然后计算机4确定对应于下或上避开航线在避开高度上满足初始预定的降落航线2’的点的新的降落点T’或T’’(步骤51)。完成步骤50与51时，执行通过步骤25继续进行。
如果在步骤43中，区10的上方高度(alt.upp.zone)小于在步骤42中计算的航空器1能到达的最大高度(alt.max)，在步骤58中计算机4确定预定的降落点T是否位于区10中，这是通过比较航空器1的当前位置与点Z’与T之间的距离确定的(图5b)。如果点T位于区域内，向上避开是不可能的而计算机4通过进入在其中检验是否有可能向下避开的步骤59来进行向下避开计算。否则，在步骤60中计算机通过将区10的下方高度(alt.low.zone)与最小允许高度(alt.min)及值(alt.D)(通过减去原来的飞行计划所给定的一定预定高度值得出的)比较来确定是否可能向下避开。如果向下避开不可能，便通过该区上方来避开。
如果通过在该区上方与下方飞行都可能避开，且如果航空器1的当前高度(alt.aircraft)小于最佳高度(alt.opti)(步骤64)，则进行向上避开，否则实行向下避开。
在步骤59中，向上避开不可能而计算机通过如已描述过的将区10的下方高度(alt.low.zone)与最小高度值(alt.min与alt.D)比较来确定是否有可能向下避开。如果向下避开不可能，处理从步骤29继续进行。
为了在步骤60或64之后进行向上避开，计算机4将最佳高度(alt.opti)与区10的上方高度(alt.upp.zone)比较(步骤65)。如果最佳高度大于区10的上方高度，避开高度(alt.avoid)对应于最佳高度(alt.opti)(步骤66)，否则，避开高度对应于带有安全系数的区10的上方高度(alt.upp.zone)(步骤67)。为了确定向跑道的降落点T或T’’的位置，算法的执行通过步骤48继续进行。
类似地，为了实行步骤56或64后面的向下避开，计算机4检验最佳高度(alt.opti)是否小于区10的下方高度(alt.low.zone)(步骤68)，避开高度(alt.avoid)对应于带有安全系数的区10的下方高度(步骤69)，否则对应于最佳高度(70)。
然后计算机进入上面描述的步骤48以便确定向跑道的降落点T或T’。
实践中，要求航空器遵守的高度是以飞行平面的形式计算的，飞行平面相隔100英尺(30.48米)。从而，在步骤42中，计算机还通过将计算的高度舍入成整数到最接近的、相应地较低的飞行平面上来确定最佳的、各自的最大飞行平面。在步骤43中，实际上将该区的上方高度与最大飞行平面比较。在步骤44与60中，将该区的下方高度与通过从初始预定的飞行平面中例如减去三个飞行平面的高度后得出的值alt.D及与最大飞行平面FL195比较的。
类似地，避开高度是用飞行平面与步骤47、67及69中所用的对应于飞行平面的安全系数计算的。