用于飞机导航的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于飞机导航的方法和系统。该系统包括：机载导航系统(4)，其提供符合期望位置精度性能水平的、在相对于航线飞行期间的飞机的定位完整性；和在飞机上的至少一个机载无线电接收机(24)，其适于与适于提供飞机相对于所述无线电信标的距离的至少一个陆基无线电信标通信。该系统包括：配置成根据飞机的当前位置从存储数据(20、28)获得要使用的无线电信标元组的模块(18)；配置成获取飞机相对于所述元组的N个无线电信标中的每一个的距离测量值的模块(22)；配置成通过预定计算方法根据获得的距离测量值来计算完整性位置的模块(26)；以及配置成将所计算的完整性位置用作当前完整性位置的模块(30)。

Methods and systems for aircraft navigation

【技术实现步骤摘要】
用于飞机导航的方法和系统
本专利技术涉及一种用于飞机导航的方法和相关的导航系统。本专利技术属于安全航空导航领域。
技术介绍
参与标准化国际航空运输标准制定的国际民用航空组织(ICAO)定义了基于性能的导航(PBN)。PBN包括根据安装在飞机上的传感器确定飞机的空间位置，并使用该位置，来沿航路点定义的航线(airway)引导飞机。民航中可使用的航路点由ICAO定义。为了确保精度，这种类型的导航需要使用相关的位置不确定性估计(EPU)来计算飞机的位置。通过采用不存在可能影响位置计算的测量值的潜在失效的假设来计算EPU。然后可以施加位置精度性能水平，例如95％+/-10Nm(海里)的精度。在所需的导航性能或RNP导航中，还建议实施机载监视和告警功能，从而有可能以离开保护半径的给定的概率(例如等于10-5/小时)保证计算位置周围的概率保护半径。这种概率考虑了存在影响位置计算所使用的测量值的潜在失效的假设。计算位置周围的保护半径称为HIL(水平完整性极限)。总而言之，RNP导航强加了两个位置精度性能水平指标，与EPU关联的第一指标和与HIL关联的第二指标。可以符合这两个指标的位置计算将被称为具有完整性的位置计算，而计算出的飞机的位置将被称为完整性位置(integrityposition)。以已知的方式，通过使用卫星定位系统或GNSS(全球导航卫星系统)来实现RNP导航。飞机携带用于接收来自多个卫星的信号的接收机，从而能够在飞机上计算飞机在给定三维坐标系中的位置，例如，ECEF坐标系(以地球为中心，固定在地球上)。但是，存在这样的情况，其中来自卫星的信号微弱或受到干扰(无论是否有意为之)，这会干扰所执行的位置计算。此外，还存在机载GNSS接收机之一可能发生故障或失效的风险。为了提高导航安全性，有必要提供一种用于飞机的完整性位置计算的替代解决方案，其可以在根据RNP程序的导航中实现。在开发GNSS系统之前，空中航行使用无线电信标，这些信标放置在地面上并能够发射给定发射范围的无线电信号。特别地，存在能够提供相对于飞机的距离测量的无线电信标，也称为DME(距离测量设备)。在说明书的其余部分中，术语“无线电信标”将指代DME类型的无线电信标。配有适于在无线电信标的发射频带内操作的无线电传感器的飞机，当其在无线电信标的发射范围内时，可以获得相对于无线电信标的距离估计。为了获得符合第一位置精度性能指标的飞机位置，必须使用多个无线电信标。但是，此时，使用通过无线电信标获得的测量值进行的机载位置计算与RNP导航不兼容。实际上，不存在能够由具有有限计算资源的机载导航系统来实现的、能够获得符合第二位置精度性能指标的完整性位置的方法。
技术实现思路
本专利技术旨在解决这个问题。为此，根据第一方面，本专利技术提出一种用于沿预定航线进行飞机导航的方法，提供符合期望位置精度性能水平的、在相对于所述航线飞行期间的飞机的定位完整性，该飞机包括适于与至少一个陆基无线电信标进行通信的至少一个机载无线电接收机，所述无线电信标适于提供飞机相对于所述无线电信标的距离。所述方法在飞机的导航阶段实施期间包括以下步骤：a)根据飞机的当前位置，从存储的数据(20)中获得(92、112)要使用的无线电信标元组，b)获得(98-100、114)飞机相对于所述元组中的N个无线电信标中的每一个的距离测量值，c)使用预定计算方法根据获得的距离测量值来计算(104、116)完整性位置，d)使用计算出的完整性位置作为当前的完整性位置来引导飞机。有利地，根据本专利技术的导航方法使得可以在飞机上执行完整性位置计算，从而可以从适于提供距离测量值的陆基无线电信标应用RNP导航。结果，相对于基于从定位卫星接收信号的方法，本专利技术的方法实现了计算完整性位置的替代方案。根据本专利技术的导航方法可以具有独立或组合考虑的一个或多个以下特征：所述方法包括由不在飞机上的计算设备来实施用于确定无线电信标元组的在先阶段，该在先阶段包括以下组成步骤：针对与所述航线相关联的至少一个航段，确定至少一个无线电信标元组，所述至少一个无线电信标元组可用于通过应用所述计算方法，根据所述期望位置精度性能水平，在飞机飞过与所述航段相关的空间区域时，计算飞机的完整性位置；并且将与所确定的无线电信标的元组有关的数据存储在数据库中。所述航线的每个航段由称为序列点的两个端点定义，所述确定包括根据定义所述航线的通行点确定所述序列点，所述航路点隔开预定前进间距，沿所述航线的两个连续航段具有不同的相关联的无线电信标元组。飞过的空间区域被显示在网格地图上，所述方法包括以下步骤：确定所述航线飞过的所述地图的一系列网格，对于每个所述网格，确定至少一个无线电信标元组，使得可以计算飞过所述地图的所述网格的飞机的完整性位置。确定无线电信标元组包括对多个无线电信标元组进行测试，每个元组包括从飞过所述空间区域的飞机的接收范围内的、数目大于N的L个无线电信标中选择的N个无线电信标，针对每个被测试的无线电信标元组，该测试包括：获取N个距离测量值，每个距离测量值由所述无线电信标之一提供，和完整性位置计算和关联的完整性半径，以及将完整性半径与根据期望位置精度性能水平确定的阈值进行比较。所述方法包括：在飞机的导航阶段中，在获得无线电信标元组的步骤a)期间，选择无线电信标元组并对所述所选无线电信标元组的每个无线电信标进行可用性验证，并且在不可用的情况下，从存储的数据库中选择另一无线电信标元组。所述方法包括：在飞机的导航阶段中，根据飞机的当前位置确定相应的地图网格，并获得与确定的相应网格相关联的无线电信标元组。所述方法包括：在飞机的导航阶段中，根据与当前序列点相关联的飞机的当前位置，确定对由沿飞机的航线的当前序列点和后续序列点定义的航段相关联地存储的无线电信标元组的选择。所述方法包括：验证飞机已经到达后续序列点，并且获得在通过所述后续序列点之后要使用的新的无线电信标元组。所述方法进一步包括，在获得距离测量值的步骤b)之后，对所获得的距离测量值进行一致性验证，并且在不一致的情况下，确定提供不一致距离测量值的无线电信标，以及在成功确定的情况下，在不可用无线电信标的数据库中存储提供不一致测量值的那个或者每个无线电信标的标识符。所述方法进一步包括：如果发现不一致，则发出告警。所述方法包括：在获得距离测量值之前，将至少一个机载无线电接收机调谐至所述元组的无线电信标的发射频率。根据另一方面，本专利技术涉及一种用于沿预定航线进行飞机导航的系统，包括机载导航系统，并且包括电子计算设备，该电子计算设备至少包括处理器和存储单元，提供符合期望位置精度性能水平的、在相对于所述航线飞行期间的飞机的定位完整性；以及飞机上的至少一个机载无线电接收机，所述至少一个机载无线电接收机适于与至少一个陆基无线电信标通信，所述陆基无线电信标适于提供飞机相对于所述无线电信标的距离。所述系统包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于沿预定航线进行飞机导航的方法，提供符合期望位置精度性能水平的、在相对于所述航线飞行期间的飞机的定位完整性，该飞机包括适于与至少一个陆基无线电信标进行通信的至少一个机载无线电接收机，所述无线电信标适于提供飞机相对于所述无线电信标的距离，/n其特征在于，所述方法在飞机的导航阶段实施期间包括以下步骤：/na)根据飞机的当前位置，从存储的数据(20)中获得(92、112)要使用的无线电信标元组，/nb)获得(98-100、114)飞机相对于所述元组中的N个无线电信标中的每一个的距离测量值，/nc)使用预定计算方法根据获得的距离测量值计算(104、116)完整性位置，/nd)使用计算出的完整性位置作为当前的完整性位置来引导飞机。/n

【技术特征摘要】
20181113 FR 18715481.一种用于沿预定航线进行飞机导航的方法，提供符合期望位置精度性能水平的、在相对于所述航线飞行期间的飞机的定位完整性，该飞机包括适于与至少一个陆基无线电信标进行通信的至少一个机载无线电接收机，所述无线电信标适于提供飞机相对于所述无线电信标的距离，
其特征在于，所述方法在飞机的导航阶段实施期间包括以下步骤：
a)根据飞机的当前位置，从存储的数据(20)中获得(92、112)要使用的无线电信标元组，
b)获得(98-100、114)飞机相对于所述元组中的N个无线电信标中的每一个的距离测量值，
c)使用预定计算方法根据获得的距离测量值计算(104、116)完整性位置，
d)使用计算出的完整性位置作为当前的完整性位置来引导飞机。


2.根据权利要求1所述的方法，包括由不在飞机上的计算设备来实施用于确定无线电信标元组的在先阶段，该在先阶段包括以下组成步骤：
针对与所述航线相关联的至少一个航段，确定(60-68；70-84)至少一个无线电信标元组，所述至少一个无线电信标元组能用于通过应用所述计算方法，根据所述期望位置精度性能水平，在飞机飞过与所述航段相关的空间区域时，计算飞机的完整性位置；并且将与所确定的无线电信标的元组有关的数据存储在数据库中。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述航线的每个航段由被称为序列点的两个端点定义，所述确定包括根据定义所述航线的通行点确定所述序列点，航路点由预定前进间距隔开，沿所述航线的两个连续航段具有不同的相关联的无线电信标元组。


4.根据权利要求2所述的方法，其中，飞过的空间区域被显示在网格地图上，所述方法包括以下步骤：
确定(56)所述航线飞过的所述地图的一系列网格(50)，
对于每个所述网格(50)，确定(60、62、64)至少一个无线电信标元组，使得可以计算飞过所述地图的所述网格(50)的飞机的完整性位置。


5.根据权利要求2至4中的一项所述的方法，其中，确定无线电信标元组包括对多个无线电信标元组进行测试，每个元组包括从飞过所述空间区域的飞机的接收范围内的、数目大于N的L个无线电信标中选择的N个无线电信标，针对每个被测试的无线电信标元组，该测试包括：获取N个距离测量值，每个距离测量值由所述无线电信标之一提供，和完整性位置计算和关联的完整性半径，以及将完整性半径与根据期望位置精度性能水平确定的阈值进行比较。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括在飞机的导航阶段中，在获得无线电信标元组的步骤a)期间，选择(92)无线电信标元组并对所选无线电信标元组的每个无线电信标进行可用性验证(94)，并且在不可用的情况下，从存储的数据库中选择另一无线电信标元组。


7.根据权利要求4或5之一所述的方法，包括：在飞机的导航阶段中，根据飞机的当前位置确定(90)相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·雷丁格尔，让·皮埃尔·阿瑞森斯，菲利浦·谢，
申请(专利权)人：泰雷兹公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR