在优化飞行器的运行成本方面辅助飞行器的飞行管理的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及在优化飞行器的运行成本方面辅助飞行器的飞行管理的方法和系统。该方法计算在点P的离散集合上，沿着计划的参考飞行轨迹，在各个高度处的局部运行成本函数CF，点P形成二维网格，在二维网格中计划的竖直参考飞行轨迹发生变化，根据在局部点P处预测的飞行器数据和环境数据，在每个点P处局部地计算局部成本函数。对于网格的每个点P，确定包括点P的邻域，并将颜色K与该邻域相关联，利用预定的双射查找变换，颜色K取决于局部成本函数的值。显示由彩色邻域形成的彩色网格。该方法在机载飞行管理航空电子系统中、在EFB类型的机载平板电脑中、在与机载飞行管理系统交互的操作员的地面工具中，或通过分布在这三种类型的系统上实现。

The Method and System of Flight Management Assistant to Aircraft in Optimizing the Operating Cost of Aircraft

The invention relates to a method and system for assisting the flight management of an aircraft in optimizing the operation cost of the aircraft. This method calculates the discrete set of point P, along the planned reference flight trajectory, the local running cost function CF at each altitude, points P forms a two-dimensional grid, the planned vertical reference flight trajectory changes in the two-dimensional grid, and calculates the local cost function locally at each point P according to the aircraft data and environmental data predicted at the local point P. For each point P in the grid, the neighborhood including the point P is determined, and the color K is associated with the neighborhood. The color K depends on the value of the local cost function by using the predetermined bijective search transformation. Display the color grid formed by the color neighborhood. This method is implemented in the airborne flight management avionics system, in the EFB type airborne tablet computer, in the ground tools of the operators interacting with the airborne flight management system, or through the distribution of these three types of systems.

【技术实现步骤摘要】
在优化飞行器的运行成本方面辅助飞行器的飞行管理的方法和系统
本专利技术涉及一种在优化飞行器的运行成本方面辅助飞行器的飞行管理的方法和系统。本专利技术特别涉及一种显示器，该显示器用于在预测运行成本方面帮助飞行器的机组人员作出与飞行器的飞行管理有关的决定。本专利技术的领域是位于飞行器上或位于地面上的机载航空电子系统中的飞行管理(诸如飞行管理系统FMS)和/或“非航空电子”或“开放”管理系统(诸如电子飞行包或其他平板电脑或计算机)的领域，更具体地，是与这些计算机进行的人机交互的领域。
技术介绍
航空电子系统，诸如飞行管理系统FMS，已经能够计算飞行器位置和消耗量的预测。其他机载系统，诸如EFB，尽管不太可靠，但是能够以更大的容量和更少的安全性和认证限制进行类似的计算。飞行器的机组人员的工作需要对燃料管理策略作出明智的决定，以满足安全需求，例如采取遵守法定燃料裕度以及降低飞行成本和污染物排放的形式。一般而言，旨在辅助飞行器机组人员作出与选择竖直轨迹有关的决定，以便允许优化飞行器的飞行运行成本。如今，在巡航时，诸如飞行管理系统FMS的机载系统具有这样的功能，其允许在降低飞行成本和污染物排放方面与法定裕度一致的优化形式。这些功能涉及确定最优飞行马赫数以及计算最优高度，所述最优飞行马赫数取决于飞行器状态和机组人员输入的成本指数。当前使用的功能的局限性主要在于它们是对局部范围的优化。因此，在给定的时间，这些功能在于向机组人员提供飞行器应该飞行的高度以使其飞行成本最小，以及使飞行器保持最优巡航速度。然而，这些现有的功能并没有考虑到这样的事实：导致该结果的计算条件(具体地，气象条件)是可变的，并且由于与这些条件有关的参数随时间变化，也由于飞行器的运动，导致该结果的计算条件在飞行过程中变化。因此一旦作出决定，在使新高度最优的条件下，有必要飞行最短时间以吸收爬升所需的过度消耗。例如，如果当前的飞行高度层是“FL310”并且如果飞行管理系统指示最优飞行高度层是“FL340”，则飞行员没有关于该信息有效的时间长度的信息。如果机组人员决定遵循这一指示，但在十分钟后遇到最终不利的有害条件，那么在飞行器爬升期间就会白白地过度消耗燃料。因此，根据当前的现有技术，作出决定遵循还是不遵循这一指示是对在所指示的最优高度飞行的预期收益和爬升到这个高度所需燃料的过度消耗之间的权衡结果的博弈。此外，尽管目前存在已知的方法，例如专利US9290262B2中描述的方法，其使得可以在预测气象环境中计算较低成本的轨迹，但它们被设计为用于飞行计划阶段。这些方法的问题主要在于这一计划阶段无法预见的突发事件(例如封闭的空域或干扰的交通)可能突然发生，并阻止飞行器按照计划的最优轨迹飞行。技术问题在于，降低机组人员为了优化飞行器的飞行运行成本而在作出决定改变飞行高度层时进行的博弈的风险，相对于气象条件或其他环境条件突然变化所固有的变化，损失或者增加决定的相关性和利益。因此，技术问题在于提供一种用于辅助飞行器的飞行管理的方法和系统，其改进了为优化飞行器的飞行运行成本(特别是其燃料消耗)而作出的决定的相关性。
技术实现思路
为此，本专利技术的一个目的是用于辅助飞行器的飞行管理的方法，该方法由机载或地面飞行管理辅助系统实施。飞行管理辅助方法包括第一步骤，其根据由机组人员事先输入并验证的飞行计划，计算并传递计划的竖直参考轨迹。飞行管理辅助方法的特点是其包括以下步骤：-在第二步骤，计算局部成本函数CF(xi，hj)，所述局部成本函数CF(xi，hj)代表在点P(xi，hj)的离散集合上，沿着计划的参考飞行轨迹，在各个高度hj处的预定飞行运行成本，点P(xi，hj)分别由横坐标xi和纵坐标hj定义，并分别由第一整数横坐标索引i和第二整数索引j参数化，以形成参考系的二维网格的节点，计划的竖直参考飞行轨迹在所述参考系中变化，所述计算根据在所述点P(xi，hj)处预测的飞行器数据和环境数据而在每个点P(xi，hj)处局部地执行；以及-在第三步骤，针对每个点P(xi，hj)确定具有预定形状的紧凑邻域，所述紧凑邻域包括所述点P(xi，hj)，并且将颜色K(xi，hj)与所述点P(xi，hj)相关联，利用预定的双射查找变换T或表格，所述颜色K(xi，hj)取决于成本函数的值。根据具体的实施方案，用于辅助飞行器的飞行管理的方法包括一个或更多个以下特征：-飞行管理辅助方法进一步包括第四步骤，第四步骤与第三步骤相接续，其在于通过竖直轨迹显示器来显示由二维网格的所有点P(xi，hj)的彩色邻域形成的彩色地图K(xi，hj)。-代表“中性”成本的颜色，其不需要修改竖直轨迹，对应于计划的参考轨迹上的当前计算的成本，或者代表“中性”成本的颜色，其不需要修改轨迹，对应于在由第一最小成本值Cmin和第二最大成本值Cmax限定的运行成本的变化范围内的平均成本(Cmax+Cmin)/2。-对于每个点P(xi，hj)，第二步骤连续执行：第一子步骤，其中，基于根据飞行器的位置、速度和质量的预测轨迹、预测温度和风力信息以及飞行器性能数据库，计算最优飞行马赫数Mopt；第二子步骤，其中，基于计算出的最优马赫数Mopt和在P(xi，hj)处的预测风力，计算飞行器的地面速度GS(xi，hj)和瞬时燃料消耗量FF(xi，hj)；以及第三子步骤，其中，在P(xi，hj)处的成本函数是取决于在网格的点P(xi，hj)处的飞行器的地面速度GS(xi，hj)和瞬时燃料消耗量FF(xi，hj)的运行成本CF(xi，hj)；-在每个点P(xi，hj)处，局部运行成本CF(xi，hj)根据以下表达式计算：第一表达式CF(xi，hj)＝(FF(xi，hj)+CI*60)/GS(xi，hj)，其中，CI表示成本指数；或者第二表达式CF(xi，hj)＝FF(xi，hj)/GS(xi，hj)；-用于计算局部运行成本CF(xi，hj)的表达式可以从第一表达式和第二表达式中的任何一个选择；-用于辅助飞行器的飞行管理的方法进一步包括：第五步骤，其计算优化飞行的运行成本的总数NP个阶段的位置和幅度；第六步骤，其与第五步骤(26)相接续，利用所计算的NP个阶段的位置和幅度创建在预测的环境中的最优轨迹；以及第七步骤，其与第六步骤相接续，显示在预测的环境中的最优轨迹作为彩色地图上的叠加，以便将其与计划的参考轨迹清楚地区分开；-用于辅助飞行器的飞行管理的方法进一步包括：第八步骤，其与第七步骤相接续，当轨迹更新条件满足时，更新并重新显示在预测的环境中的最优轨迹；-所述轨迹更新条件是天气条件的更新；成本指数的变化；和/或以修改路线或插入高度、速度或时间限制，或者修改巡航高度的形式，对水平或竖直飞行计划进行修改，以考虑与预测的风力显著不同的局部测量的风力。本专利技术的另一个目的是用于辅助飞行器的飞行管理的系统，其包括：-一个或更多个电子处理计算机；-数据输入装置，其允许机组人员将数据输入一个或更多个计算机；-至少一个显示器，其用于显示一个或更多个竖直飞行轨迹；以及-气象数据库；所述一个或更多个电子处理计算机以及所述至少一个显示器中的一个显示器配置为，在第一步骤，传递基于由机组人员事先输入并验证的飞行计划的计划的竖直参考飞行轨迹；飞行管理辅助系统的特点在于，所述一个或更多个电子处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其由机载或地面飞行管理辅助系统实施，所述方法包括第一步骤(6)，其包括：根据由机组人员事先输入并验证的飞行计划，计算并传递计划的竖直参考轨迹；所述管理辅助方法的特征在于其包括以下步骤在第二步骤(8)，计算局部成本函数CF(xi，hj)，所述局部成本函数CF(xi，hj)代表在点P(xi，hj)的离散集合上，沿着计划的参考飞行轨迹，在各个高度hj处的预定的飞行运行成本，点P(xi，hj)分别由横坐标xi和纵坐标hj定义，并分别由第一整数横坐标索引i和第二整数索引j参数化，以形成计划的竖直参考飞行轨迹变化的参考系的二维网格的节点，根据在所述点P(xi，hj)处预测的飞行器数据和环境数据而在每个点P(xi，hj)处局部地执行计算；以及在第三步骤(22)，针对每个点P(xi，hj)确定具有预定形状的紧凑邻域，所述紧凑邻域包括所述点P(xi，hj)，并且将颜色K(xi，hj)与所述点P(xi，hj)相关联，利用预定的双射查找变换T或表格，所述颜色K(xi，hj)取决于成本函数的值。

【技术特征摘要】
2017.06.16 FR 17006481.一种用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其由机载或地面飞行管理辅助系统实施，所述方法包括第一步骤(6)，其包括：根据由机组人员事先输入并验证的飞行计划，计算并传递计划的竖直参考轨迹；所述管理辅助方法的特征在于其包括以下步骤在第二步骤(8)，计算局部成本函数CF(xi，hj)，所述局部成本函数CF(xi，hj)代表在点P(xi，hj)的离散集合上，沿着计划的参考飞行轨迹，在各个高度hj处的预定的飞行运行成本，点P(xi，hj)分别由横坐标xi和纵坐标hj定义，并分别由第一整数横坐标索引i和第二整数索引j参数化，以形成计划的竖直参考飞行轨迹变化的参考系的二维网格的节点，根据在所述点P(xi，hj)处预测的飞行器数据和环境数据而在每个点P(xi，hj)处局部地执行计算；以及在第三步骤(22)，针对每个点P(xi，hj)确定具有预定形状的紧凑邻域，所述紧凑邻域包括所述点P(xi，hj)，并且将颜色K(xi，hj)与所述点P(xi，hj)相关联，利用预定的双射查找变换T或表格，所述颜色K(xi，hj)取决于成本函数的值。2.根据权利要求1所述的用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其进一步包括：第四步骤(24)，其与第三步骤(22)相接续，第四步骤(24)在于通过竖直轨迹显示器来显示由二维网格的所有点P(xi，hj)的彩色邻域形成的彩色地图K(xi，hj)。3.根据权利要求1和2中的任一项所述的用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其中，代表“中性”成本的颜色，其不需要修改竖直轨迹，对应于计划的参考轨迹上的当前计算的成本，或者代表“中性”成本的颜色，其不需要修改轨迹，对应于在由第一最小成本值Cmin和第二最大成本值Cmax限定的运行成本的变化范围内的平均成本(Cmax+Cmin)/2。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其中，对于每个点P(xi，hj)，第二步骤(8)连续执行第一子步骤(12)，其中，基于根据飞行器的位置、速度和质量的预测轨迹、预测温度和风力信息以及飞行器性能数据库，计算最优飞行马赫数Mopt；第二子步骤(14)，其中，基于计算出的最优马赫数Mopt和在P(xi，hj)处的预测风力，计算飞行器的地面速度GS(xi，hj)和瞬时燃料消耗量FF(xi，hj)；以及第三子步骤(16)，其中，在P(xi，hj)处的局部成本函数是取决于在网格的点P(xi，hj)处的飞行器的地面速度GS(xi，hj)和瞬时燃料消耗量FF(xi，hj)的运行成本CF(xi，hj)。5.根据权利要求4所述的用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其中，在每个点P(xi，hj)处，局部运行成本CF(xi，hj)根据以下表达式计算：-第一表达式CF(xi，hj)＝(FF(xi，hj)+CI*60)/GS(xi，hj)，其中，CI表示成本指数；或者-第二表达式CF(xi，hj)＝FF(xi，hj)/GS(xi，hj)。6.根据权利要求5所述的用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其中，用于计算局部运行成本CF(xi，hj)的表达式能够从第一表达式和第二表达式中选择。7.根据权利要求2至6中的任一项所述的用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其进一步包括：第五步骤(26)，其计算优化飞行的运行成本的总数NP个阶段的位置和幅度；以及第六步骤(28)，其与第五步骤(26)相接续，利用所计算的NP个阶段的位置和幅度来创建在预测的环境中的最优轨迹；以及第七步骤(30)，其与第六步骤(28)相接续，显示在预测的环境中的最优轨迹作为彩色地图上的叠加，以便将其与计划的参考轨迹清楚地区分开。8.根据权利要求7所述的用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其进一步包括：第八步骤(32)，其与第七步骤(30)相接续，当轨迹更新条件满足时，更新并重新显示在预测的环境中的最优轨迹。9.根据权利要求8所述的用于辅助飞行器的飞行管理的方法，其中，所述轨迹更新条件是-天气条件的更新；和/或-成本指数的变化；和/或-以修改路线或插入高度、速度或时间限制，或者修改巡航高度的形式，对水平或竖直飞行计划进行修改，以考虑与预测的风力显著不同的局部测量的风力。10.一种用于辅助飞行器的飞行管理的系统，其包括-一个或更多个电子处理计算机(104；164，168；186，188)；-数据输入装置，其允许机组人员将数据输入一个或更多个计算机；-至少一个显示器(108；166，168)，其用于显示一个或更多个竖直飞行轨迹；以及-气象数据库(106；156；184)；所述一个或更多个电子处理计算机(104；164，168；186，188)以及所述至少一个显示器(108；168)中的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·布朗雄，G·布瓦耶，G·默勒，S·沃捷，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR