用于避免地面碰撞的系统和方法技术方案

一种用于向全体机组人员显示引导辅助的系统，用于地面障碍物避开，特别是翼尖空隙。绘制表示翼尖在地面上的当前定位的视角区域，以及预测在未来指定时间或者指定距离的定位。机组人员可以使用这些显示的引导辅助以确定任何所感知的威胁与飞机的接近度。该能力解决了翼尖/飞机地面碰撞的高成本问题。所公开的图形提示系统特别针对于具有大翼展/尺寸和/或折叠翼尖的飞行器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及用于在飞行器的地面机动期间避免碰撞的系统和方法。
技术介绍
随着飞机变得越来越大，主起落架和前起落架之间的距离(即，轴距以及每一个主起落架之间的距离(轨迹))变得越大。因此，转弯操纵需要更多空间。因为大多数机场被构造为处理具有更短的轴距和轨迹的更小的、更加容易操纵的飞机，因此操纵大型飞机变得更加困难。跑道和滑行道的限制宽度以及更多的机场拥塞使得大型商业飞机的飞行员越来越更加难以进行紧密的操纵。操纵大型飞机困难是因为缺乏向飞行员反馈有关地面上的起落架的相对位置。出现反馈缺乏是因为飞机的起落架位于机身或者机翼的下方。当在拥挤的机场的紧密空间中操纵时，起落架(尤其是起落架的轮胎和车轮)的定位的精确掌握是特别重要的。在大型飞机中飞行员看见跑道和滑行道边缘、地面服务车辆以及潜在的障碍物的能力也是非常受限制的。具有长轴距和宽主起落架轨迹的大型飞机还面临其他类型的地面操纵的挑战，诸如登机口入口操纵和跑道或者转弯坪U形转弯操纵。在当今的航空工业中，由于地面碰撞损伤而损失的金钱的数量是大量的。航空公司不仅必须维修对一个或多个飞行器的损伤，而且在对损伤进行维修时他们还需要为行程中断补偿乘客，使用其他飞机飞行，并且使他们的飞机暂停服务。这些都是高成本事件。预计机场流量水平增加的速率
比预计机场增长的速率更快。此外，更大的飞行器，包括具有折叠翼尖系统的飞行器的生产，对于未来机场运行环境会呈现显著的挑战。现有的解决方案包括飞行员的自身视觉判断、安装在飞行器上的地面操纵摄像系统或者专用机翼监护员照看飞机离开登机口/航站楼。在许多实例中，当尝试遍及机场环境导航飞行器时，飞行员仅依赖于他/她的空间判断。飞行员被训练为保持滑行道的中心线，滑行道应该提供清理，但是不保证是否有其他障碍物出现。一些飞机从驾驶舱的有利位置并不能提供翼尖的可视性。低可视性情况会使该判断任务变得复杂。在其他实例中，一些机场提供称为机翼监护员的机场人员，以帮助引导飞行器，从而确保没有障碍物威胁到机翼。然而，机翼监护员并不总是可用的，并且在使用中的跑道与坡道区域之间的所有道路确实是不可用的。当今的许多飞行器具有被设计为辅助飞行员进行地面操纵操作的外部摄像系统。这种类型的系统具有两个主要功能：帮助飞行员保持飞行器的起落架在路面上以及避免障碍物碰撞。外部摄像系统可以显示出翼尖的视图，这允许飞行员监测每一个翼尖相对于很靠近的障碍物的位置，以减少在折叠位置或者在展开位置处的翼尖碰撞。然而，根据摄像机处于的位置可能有视角的问题。更具体地，如果摄像机安装在飞行器的尾翼部分上并且示出翼尖的视图，在两者之间存在显著的离轴距离，并且使得非常难以判断翼尖相对于地面或者翼尖附近的任何障碍物的位置。想要改进的装置和方法，以向飞行员提供引导辅助从而避开地面障碍物，尤其是翼尖空隙(clearance)。
技术实现思路
以下详细公开的主题包括用于向机组人员显示引导辅助以用于地面
障碍物避开、尤其是翼尖空隙的系统。这些系统利用地面操纵摄像系统来在显示的图像上扮演引导并且处于区域之外，以在事故发生之前帮助飞行员容易确定他们与潜在威胁的接近度。根据一些实施方式，绘制视角区域以表示翼尖在地面上方的当前位置，并且预测在未来指定时间或者指定距离的定位。机组人员可以使用这些显示的引导辅助以确定任何所感知的威胁与飞机的接近度。该能力解决了翼尖/飞机地面碰撞的高成本问题。本文中公开的引导辅助系统是直觉的、灵活的、容易实现和/或修改以及智能的(即自适应的)。具体地，所公开的系统保持了(preserve)飞行员对如何操作地面空隙(clearance)的理解。这些系统特别针对具有大的翼展/尺寸和/或折叠翼尖的飞行器。然而，本文中公开的图形引导辅助技术可应用于飞机的任何末端(extremity)。本文中公开的图形引导辅助技术提供自然的指示(即图形提示)并且与飞行员自身视觉能做到的相比，可以以更好的分辨率并且是在问题发展为清理难题之前更早地在视觉上辅助飞行员确定特定障碍物的清理。如本文中使用的，术语“图形提示”意味着(静态或者动态地)重叠在视频场景上的示图或者符号，以指示空间中的轨迹、路径、边界或者位置。静态或者动态图形覆盖图叠加在示出摄像机的各种视图的显示屏上。这些覆盖图可以以如下的方式帮助飞行员：(1)确定飞行器末端的相对位置；(2)确定末端的投影路径；(3)确定所有末端的停止距离；(4)判断末端与指定接近度内的物体的距离；(5)通知并且警告全体机务人员碰撞威胁迫近末端；以及(6)如果配置改变，确定末端将在哪里。本文中公开的图形引导辅助技术的一个方面是用于辅助飞机的地面操纵的系统，该系统包括：安装到飞机的第一摄像机，用于生成第一视频图像流，包括变化的视频场景和飞机的第一末端的固定图像；飞机的驾驶舱上的视频显示单元，能够显示视频图像；以及计算机系统，被编程为促使视频显示单元以第一图形提示叠加在第一视频图像流上在第一窗口中显示第一视频图像流，第一图形提示表示在飞机的移动期间第一末端在地
面上的投影位置。例如，第一末端可以是翼尖或者具有折叠翼尖的机翼的远端。根据前述段落中描述的系统的一个实施方式，第一图形提示包括弧形带，并且计算机系统被编程为基于传感器数据计算弧形带的半径和扫描角。传感器数据可以包括飞机地面速度和前轮转向角。根据另一个实施方式，第一图形提示包括投影平面(如本文中使用的术语“平面”指几何平面而不是飞机)，并且计算机系统被进一步编程为基于传感器数据计算投影平面的长度。传感器数据可以包括飞机地面速度。第一图形提示可以进一步包括沿投影平面以间隔隔开的刻度线。传感器数据可以进一步包括飞机加速度/减速度，在这种情况下，第一图形提示可以进一步包括停止标记，并且计算机系统可以被进一步编程为基于飞机地面速度和加速度/减速度计算停止标记的位置。以上描述的系统可以进一步包括安装到飞机的第二摄像机，用于生成第二视频图像流，包括变化的视频场景和飞机的第二末端的固定图像，在这种情况下，计算机系统被进一步编程为促使视频显示单元以在第二视频图像流上叠加第二图形提示的方式在第二窗口中显示第二视频图像流。根据一个实施方式，第一图形提示包括第一投影平面，第二图形提示包括第二投影平面，并且第二投影平面是第一投影平面的镜像图像。根据另一个实施方式，第一图形提示包括具有第一半径的第一弧形带，并且第二图形提示包括具有大于第一半径的第二半径的第二弧形带。以下详细公开的主题的另一个方面是用于辅助飞机的地面操纵的方法，该方法包括：捕获视频图像流，包括变化的视频场景和飞机的末端的固定图像；以及以在视频图像流上叠加图形提示的方式在视频显示单元上显示第一视频图像流，图形提示表示在飞机的移动期间末端在地面上的投影位置。末端可以是翼尖或者具有折叠翼尖的机翼的远端。图形提示可以包括弧形带，在这种情况下，该方法进一步包括基于传感器数据计算弧形
带的半径和掠角，其中，传感器数据包括飞机地面速度和前轮转向角。可替换地，图形提示可以包括投影平面，在这种情况下，该方法进一步包括基于传感器数据计算投影平面的长度，其中，传感器数据包括飞机地面速度。图形提示可以进一步包括沿着投影平面以间隔隔开的刻度线。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于辅助飞机的地面操纵的系统，所述系统包括：安装到所述飞机的第一摄像机，用于生成包括变化的视频场景以及所述飞机的第一末端的固定图像的视频图像的第一流；位于所述飞机的驾驶舱上的视频显示单元，能够显示视频图像；以及计算机系统，被编程为促使所述视频显示单元在第一窗口中以第一图形提示叠加在所述第一流的视频图像上的方式显示所述第一流的所述视频图像，所述第一图形提示表示在所述飞机的移动期间所述第一末端在地面上的投影位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 US 14/200,6501.一种用于辅助飞机的地面操纵的系统，所述系统包括：安装到所述飞机的第一摄像机，用于生成包括变化的视频场景以及所述飞机的第一末端的固定图像的视频图像的第一流；位于所述飞机的驾驶舱上的视频显示单元，能够显示视频图像；以及计算机系统，被编程为促使所述视频显示单元在第一窗口中以第一图形提示叠加在所述第一流的视频图像上的方式显示所述第一流的所述视频图像，所述第一图形提示表示在所述飞机的移动期间所述第一末端在地面上的投影位置。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一末端是翼尖。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一末端是具有折叠翼尖的机翼的远端。4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述第一图形提示包括弧形带，并且所述计算机系统被编程为基于传感器数据计算所述弧形带的半径和掠角。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述传感器数据包括飞机地面速度和前轮转向角。6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述第一图形提示包括投影平面，并且所述计算机系统被进一步编程为基于传感器数据计算所述投影平面的长度。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述传感器数据包括飞机地面速度。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一图形提示进一步包括沿所述投影平面以间隔隔开的刻度线。9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述传感器数据进一步包括飞机加速度/减速度。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一图形提示进一步包括停止标记，并且所述计算机系统被进一步编程为基于飞机地面速度以及所述加速度/减速度计算所述停止标记的位置。11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括安装到所述飞机的第二摄像机，用于生成包括变化的视频场景以及所述飞机的第二末端的固定图像的视频图像的第二流，其中，所述计算机系统被进一步编程为促使所述视频显示单元在第二窗口中以第二图形提示叠加在所述第二流的所述视频图像上的方式显示所述第二流的视频图像。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一图形提示包括第一投影平面，所述第二图形提示包括第二投影平面，并且所述第二投影平面是所述第一投影平面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔舒亚·J·贝尔，亚当·M·托伦，彼得·N·威科夫，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US