專利名稱：向著陸跑道進場時確定飛行器位置信息的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及飛行器導航領域，并且更特別地，本發(fā)明涉及在自動模式下精確進場的最后進場部分時基于例如GPS的衛(wèi)星導航GNSS(英語是“Global Navigation SatelliteSystem”，全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))確定飛行器的計算位置，甚至可以涉及還在英語術語里稱為“autoland”的自動著陸。更特別地，本發(fā)明涉及在所述最后進場時確定飛行器位置信息的方法和裝置，從而允許向自動控制儀提供水平和垂直方向的偏差信息，并且尤其使得精確進場的導航規(guī)則不經(jīng)受跳變(跳變可能影響自動進場和著陸性能)。
背景技術：
在民航領域，存在允許飛機以精確進場操作飛行的著陸輔助系統(tǒng)。所述系統(tǒng)帶來無可爭議的益處，尤其借助直到判定高度的垂直導航，該系統(tǒng)允許以安全的方式導航飛機，其中判定高度通常小于或等于200英尺(約60米)的最小值(取決于相關的精確進場的類型(I類到III類))。對于IIIC類型的進場，最小值甚至為零。某些所述進場可對應完全自動的著陸。允許實現(xiàn)精確進場的現(xiàn)有主要著陸輔助系統(tǒng)有ILS(英語為“Instrument LandingSystem”儀表著陸系統(tǒng))和MLS (英語為“Microwave Landing System”微波著陸系統(tǒng))。著陸輔助系統(tǒng)借助于專用于該用途的ー個或多個地面工作站以及裝載于飛行器上的接收由所述地面工作站發(fā)射的信號的部件。還存在使用由GNSS型衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定的飛機位置信息的著陸輔助系統(tǒng)，所述位置被與對應于相關進場的基準航跡進行對比。所謂增強技術可允許改善由著陸輔助系統(tǒng)使用的位置信息的精確性、完整性、連續(xù)性和可用性。這樣的技術尤其被OACI(“Organisation de I’Aviation Civile Internationale” 國際民航組織)定義。例如可以在可允許實現(xiàn)精確進場的GLS著陸輔助系統(tǒng)中，(英語為“Ground based augmentationLanding System”陸基增強著陸系統(tǒng))，使用 GBAS 型(英語是“Ground Based AugmentationSystem”陸基增強系統(tǒng))增強。對于未來，目標在于可以進行精確進場，直到可在任何類型的機場自動著陸，因而同樣也可以在不配備地面工作站的機場，例如ILS或MLS系統(tǒng)所使用的機場自動著陸。為此，將必須使用利用從GNSS型衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定的飛行器位置信息的著陸輔助系統(tǒng)，以及無需借助位于機場內的地面工作站的增強技木。這樣的增強技術可以例如是由OACI定義的 SBAS 型(英語為“Satellite Based Augmentation System”星基增強系統(tǒng))或 ABAS 型(英語為“Airborne Based Augmentation System”機基增強系統(tǒng))。后一類型的增強尤其借助RAIM 型(英語為 “Receiver Autonomous Integrity Monitoring” 接收機自主完整性監(jiān)視)技術和/或AAIM型(英語為“Aircraft Autonomous Integrity Monitoring”飛機自治完整性監(jiān)視)技術。SBAS型增強尤其可通過例如美國的WAAS(英語為“Wide Area AugmentationSystem” 廣域增強系統(tǒng))或歐洲的 EGNOS (英語為 “European geostationary navigationoverlay system”歐洲同步導航覆蓋系統(tǒng))實現(xiàn)。在借助于利用由GNSS型衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定的飛行器位置信息的著陸輔助系統(tǒng)的進場中，根據(jù)GNSS衛(wèi)星和一個或多個機載GNSS接收機之間的稱為偽距離的距離測量值，以3維方式計算所述位置信息。性能和呈3維的GNSS位置的瞬態(tài)性能取決于不同的誤差因素，其一方面與衛(wèi)星星座、GPS信號在大氣層中的傳播效果以及接收機的質量相關，另一方面與GNSS星座的幾何形狀相關。例如，在現(xiàn)有GPS星座情況下，由于衛(wèi)星在圍繞地球的其公轉為23小時56分鐘的軌道上的運動，用戶接收機看得到衛(wèi)星的升起和下落。借助例如SBAS、GBAS或ABAS的增強系統(tǒng)，可以由于接收機檢測到衛(wèi)星故障而把該衛(wèi)星從基于GPS的位置計算中去掉。在進場的過程中，在飛機位置的計算中增加或去除ー個或多個衛(wèi)星，可能會導致位置跳變幾米。這種在限制于判定高度的進場范圍中可容許的位置跳變，例如200英尺(約60米)，對于具有較小判定高度的精確進場，特別是在自動著落的情況下，可能是不能接受的。實際上，鑒于對自動著陸所要求的提高的導航性能，必須以非常大的精確度識別飛機的位置(約幾米量級)，且位置跳變會被看作較大的偏差，而這在某些情況下是不容許的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于消除上述缺陷。其涉及在飛行器進場過程中用于在著陸跑道上著陸的飛行器控制方法，所述進場被預先選定且飛行器在所述進場過程中的導航使用由至少ー種GNSS衛(wèi)星導航系統(tǒng)獲得的飛行器位置信息。該方法的顯著之處在于-在對應于所述進場的進場最后階段開始之前，以自動的方式確定-a)對應于所述進場最后階段開始的第一時刻tFAF-b)對應于所述飛行器在所述跑道上著陸的第二時刻tTD ;以及-c)所述衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的、能夠在介于所述第一和第二時刻之間的至少一部分時間間隔中從所述飛行器的所述位置信息的計算中被排除的ー組衛(wèi)星；-在所述進場最后階段期間，以自動和重復的方式實現(xiàn)以下步驟-d)通過排除與所述ー組衛(wèi)星當中的所有衛(wèi)星相對應的信息，確定所述飛行器的所述位置信息，e)通過使用至少所述位置信息，沿所述飛行器的進場最后階段軌跡對所述飛行器進行導航。所述方法因此具有的優(yōu)點在于，由于可以從進場最后階段開始不考慮可在進場最后階段期間被排除的衛(wèi)星，因此能避免可能因為在進場最后階段過程中相對于飛行器排除衛(wèi)星而產(chǎn)生的位置值跳變，從而確定飛行器位置。優(yōu)選地，在步驟(C)確定的所述ー組衛(wèi)星對應于在所述時間間隔中相對于所述飛行器下落的衛(wèi)星。因此能避免可能因為在進場最后階段中衛(wèi)星相對于飛行器下落而產(chǎn)生的所述位置值的跳變。優(yōu)選地，還是在步驟d)，為了確定所述飛行器的所述位置信息，還可以排除可能在所述時間間隔過程中相對于所述飛行器升起的衛(wèi)星。由此避免可能因為在進場最后階段中衛(wèi)星相對于飛行器升起而產(chǎn)生的所述位置值的跳變。在ー個特定實施方式中，為了確定衛(wèi)星Si是否可能在所述時間間隔中相對于飛行器下落，計算以下兩個等式
權利要求
1.一種在為了在著陸跑道(2)上著陸而進場時的飛行器(I)的控制方法，所述進場被預先選定并且在所述進場過程中所述飛行器的導航使用由至少一個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)獲得的飛行器的位置信息，其特征在于，-在對應于所述進場的進場最后階段開始之前，以自動的方式確定-a)對應于所述進場最后階段開始的第一時刻tFAF ；-b)對應于所述飛行器在所述跑道上著陸的第二時刻tTD ;以及 -c)所述衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的、能夠在介于所述第一和第二時刻之間的時間間隔的至少一部分中從所述飛行器的所述位置信息的計算中被排除的一組衛(wèi)星；-在所述進場最后階段期間，以自動和重復的方式實現(xiàn)以下步驟-d)通過排除與所述一組衛(wèi)星當中的所有衛(wèi)星相對應的信息，確定所述飛行器的所述位置信息；以及-e)通過使用至少所述位置信息，沿所述飛行器的進場最后階段軌跡對所述飛行器進行導航。
2.按照權利要求1所述的控制方法，其中，在步驟(c)確定的所述一組衛(wèi)星對應于在所述時間間隔中相對于所述飛行器可能下落的衛(wèi)星。
3.按照權利要求2所述的控制方法，其中，在步驟d)，為了確定所述飛行器的所述位置信息，還排除可能在所述時間間隔過程中相對于所述飛行器可能升起的衛(wèi)星。
4.按照權利要求2或權利要求3所述的控制方法，其中，為了確定衛(wèi)星Si是否可能在所述時間間隔中相對于所述飛行器下落，計算以下兩個等式
5.按照上述權利要求中任一項所述的控制方法，其中，通過計算所述飛行器處在所述進場最后階段開始的位置的到達估算時間ETAfaf，確定所述第一時刻tFAF，并且通過計算所述飛行器處在所述跑道上的著陸位置的到達估算時間ETAtd，確定所述第二時刻tTD。
6.按照權利要求5所述的控制方法，其中，通過使用以下等式，計算所述第一和第二時刻^faf-ETAfaf- Δ tFAFtTD=ETATD+ Δ tTD其中，Δ tFAF和Δ tTD是預先確定的時間余量。
7.按照上述權利要求中任意一項所述的控制方法，其中，通過結合來自至少一個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)以及至少一個增強系統(tǒng)的信息，獲得所述飛行器的所述位置信息。
8.按照權利要求7所述的控制方法，其中，所述至少一個增強系統(tǒng)為星基增強系統(tǒng)、機基增強系統(tǒng)或陸基增強系統(tǒng)。
9.按照上述權利要求中任意一項所述的控制方法，其中，通過使用多個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)，獲得所述飛行器的所述位置信息。
10.一種飛行器(I)控制系統(tǒng)，包括-為在著陸跑道(2)上著陸，用來選擇進場的部件(16、22);-用于接收全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)中的信號的部件(30、38 );-處理單元(34)，用于至少根據(jù)從全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)中接收的所述信號，確定飛行器的位置信息；-飛行器導航部件(18)，用于從所述處理單元(34)接收所述飛行器的所述位置信息， 并且根據(jù)所述位置信息，產(chǎn)生沿與所選擇的進場對應的進場最后階段(3)的軌跡的對所述飛行器的導航信號，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括-用于在所述進場最后階段開始之前，確定對應于所述進場最后階段開始的第一時刻 tFAF，以及對應于所述飛行器在所述跑道上著陸的第二時刻tTD的部件(10)；-用于在所述進場最后階段開始之前，確定所述衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的、能夠在介于所述第一和第二時刻之間的時間間隔的至少一部分中從所述飛行器的所述位置信息的計算中被排除的一組衛(wèi)星的部件(34)；在所述進場最后階段中，所述處理單元(34)通過排除與所述一組衛(wèi)星中的所有衛(wèi)星相對應的信息，確定所述飛行器的所述位置信息。
11.按照權利要求10所述的飛行器(I)控制系統(tǒng)，其中，所述處理單元(34)還用于接收增強系統(tǒng)的信息，并且至少根據(jù)從由全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)中接收的所述信號以及從增強系統(tǒng)接收的所述信息，確定所述飛行器的所述位置信息。
12.按照權利要求10或權利要求11所述的飛行器(I)控制系統(tǒng)，包括用于接收多個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號的部件(32)，所述處理單元(34)用于至少根據(jù)從所述多個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)中接收的所述信號來確定所述飛行器的所述位置信息。
13.飛行器，包括用于實施按照權利要求1至9中任意一項所述的控制方法的系統(tǒng)。
14.飛行器，包括按照權利要求10至12中任意一項所述的控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種向著陸跑道進場時確定飛行器位置信息的方法和系統(tǒng)，飛行器在所述進場過程中的導航使用由GNSS衛(wèi)星導航系統(tǒng)獲得的飛行器位置信息，其中，在進場最后階段開始之前，確定對應于所述進場最后階段開始的第一時刻tFAF，以及對應于飛行器在所述跑道上著陸的第二時刻tTD；隨后確定可以在介于所述第一和第二時刻之間的至少一部分時間間隔中從所述飛行器位置信息的計算中被排除的所述衛(wèi)星導航系統(tǒng)的一組衛(wèi)星；并且在所述進場最后階段期間，通過排除與所述一組衛(wèi)星的所有衛(wèi)星相對應的信息，確定飛行器的所述位置信息，且通過使用至少所述位置信息，沿其進場最后階段軌跡對飛行器進行導航。本發(fā)明的目的還在于提供一種用于實施所述方法的控制系統(tǒng)。
文檔編號G01S19/50GK103018761SQ20121035324
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權日2011年9月22日
發(fā)明者皮埃爾·內里, 勞倫特·阿祖萊, 讓·穆勒, 克里斯托夫·馬卡比奧 申請人:空中客車營運有限公司, 法國國立民用航空大學Enac