在顯示器上呈現氣象災害信息的方法和系統的制作方法

專利名稱：在顯示器上呈現氣象災害信息的方法和系統的制作方法
技術領域：
有效的海洋操作通常需要飛行高度改變。上升或下降提供了優化性能以利用順風 或避免渦流。
背景技術：
目前的海洋操作限制飛行高度改變的機會，有許多原因 飛行在大約同一時間沿相同的路線操作(局部密集交通)；
降低的監視性能(與雷達相比)導致安全過程間隔的大間隔最低限度。自動相關監視-廣播(ADS-B)高度層更改程序(ITP) (in trail procedure)是 通過另外阻止的飛行高度的機載ADS-B使能的上升和下降。ITP基于被認可的國際民用航 空組織(ICAO)程序，由此控制器基于從機組人員中繼的駕駛艙源導出的信息分開飛機。ITP 允許同一航道上的前機(leading aircraft)或后機(following aircraft) 通過由其它飛機占用的飛行高度而上升或下降到期望的飛行高度。ITP顯示器使機組人員 能夠確定在干預飛行高度(intervening flight level)相對一個或兩個參考飛機是否滿 足ITP的特定標準。這些標準確保了 ITP飛機與參考飛機的估計位置之間的間距總是超 過IONM的ITP間隔最低限度，而在上升或下降期間垂直間隔不存在。一旦機組人員已經確 定滿足ITP標準，他們就請求ITP上升或下降，在許可(clearance)請求中標識任何參考飛 機。空中交通管制(ATC)必須確定對于在請求的飛行高度——并且在初始飛行高度與請求 的飛行高度之間的所有飛行高度的所有飛機是否都將滿足標準間隔。如果滿足，則可能準 許標準(非ITP)飛行高度改變許可。否則，如果參考飛機是唯一阻止飛機，則控制器評估 ITP請求。ATC確定參考飛機是否已經被許可改變速度或改變飛行高度，或將要達到航道顯 著改變將發生的那點。控制器還確保請求飛機在另一個程序中不被參考。ATC還確保與參 考飛機的正馬赫差不大于0.06馬赫。如果滿足這些標準中的每一個，則ATC可發出ITP飛 行高度改變許可。圖1和2中示出了 ITP上升的示例。ITP飛機在處于更高干預飛行高度(FL350) 的參考飛機后面。標準空中交通管制(ATC)程序應用于其它飛機(兩個飛機處于FL360，一 個處于FL350)。ITP需要新機載設備來提供有關附近交通的改進信息。來自這些飛機的ADS-B數 據廣播提供了比目前可用于海洋控制器的位置數據更準確的位置數據。更準確的機載監視 數據便于通過干預飛行高度促進安全飛行高度改變。機載ITP系統接收包含飛行標識、高 度、飛機位置、對地速度和數據質量信息的ADS-B數據。ITP系統在交通顯示器諸如交通信 息駕駛艙顯示器(CDTI)上顯示從接收的ADS-B數據導出的信息。平面視圖和垂直情景意 識顯示器(VSAD)都是可能的，見圖3。

發明內容
本發明提供了用于改進高度層更改程序顯示器上的情景意識的系統和方法。雷達系統發射雷達信號，并接收氣象雷達反射率值并將它們存儲在三維緩沖器中。示例處理器 確定任一個存儲的氣象反射率值是否指示存在氣象災害，并基于存儲的氣象反射率值生成 一個或多個氣象災害圖標。高度層更改程序顯示裝置顯示生成的氣象反射率和氣象災害圖 標。生成其它飛機的尾流信息并輸出在高度層更改程序顯示器上。再者，當基于規劃的變 換、任何現有氣象災害、鄰近飛機的尾流和高度層更改程序確定不許可該飛機變換到請求 的高度時，處理器接收對高度改變的請求并生成警報。


下面參考如下附圖詳細描述本發明的優選和備選實施例。圖1和2例證了在海洋飛行操作期間執行高度改變的飛機的側視圖； 圖3例證了根據現有技術形成的高度層更改處理(ITP)顯示器；
圖4例證了根據本發明實施例形成的系統的示意圖； 圖5和6例證示出根據本發明實施例功能性的ITP顯示器； 圖7-1例證了示出尾流功能性的部分ITP顯示器； 圖7-2例證了根據本發明實施例生成的尾流圖標；以及 圖8例證了各種高空風圖標。
具體實施例方式圖4例證了用于提供飛機20上的改進高度層更改程序(ITP)功能性的系統的實 施例。示范系統包含氣象雷達系統40、處理器42、存儲器43、ITP顯示裝置44、數據鏈路 (例如ADS-B)45、用戶接口 48和存儲器43以及其它飛機系統46。雷達系統40的示例包含 雷達控制器50、發射器52、接收器54和天線56。雷達控制器50控制用于執行通過天線56 發送和接收信號的發射器52和接收器54。氣象雷達系統40和處理器42與飛機系統46進 行信號通信。 雷達依賴于電磁能量脈沖發射，本文稱為信號。與期望的發射方向(downrange)圖 像的整個寬度相比，天線56很窄地聚焦信號脈沖的發射。像來自手電筒的光一樣，這個窄 信號照亮了其路徑上的任何對象(目標60)，并且被照亮的對象將電磁能量反射回天線。反射率數據對應于由駐留在氣象對象諸如云或暴風雨中或駐留在鄰近生成液體 和/或凍結水滴的云或暴風雨的區域中的液體(例如雨)和/或凍結水滴(例如冰雹、凍 雨和/或雪)反射回雷達的那部分雷達信號。雷達控制器50或另一個處理器基于所發射的信號脈沖在從天線56到目標60并 返回天線56的變換中所花費的時間長度計算氣象對象相對于天線56的距離。距離和時間 的關系是線性的，因為信號速度是恒定的，近似真空中的光速。存儲器43包含用于存儲反射率數據的三維體積緩沖器(volumetric buffer)。處 理器42具有基于存儲在體積緩沖器中的反射率值推斷出閃電、冰雹或渦流的能力。訪問體 積緩沖器的處理器42向ITP顯示裝置44提供氣象和尾流信息。由ITP處理器42生成的ITP上升或下降請求包含來自氣象雷達系統40的氣象信 息和尾流信息以及基于經數據鏈路45接收的信息的有關任何ITP飛機或氣象的信息。飛 行員獲得附加氣象信息，并基于附加數據進行高度改變請求，如果需要的話。在一個實施例中，海洋空中交通管制器(OATC)也獲得這個信息，即，它經ITP請求發射到0ATC。ITP平面視圖、垂直情景意識顯示器(VSAD)和/或三維顯示裝置44呈現所有相關數據。這個數據包含
機載三維氣象反射率數據；
機載氣象災害信息，諸如存在渦流、對流活動、冰雹、閃電； 預測的尾流信息；
數據鏈送的(data-linked)高空風數據； 數據鏈送的氣象(所提供的服務)；以及 來自其它飛機的數據鏈送的氣象(例如PIREPS、溫度、氣壓)。示例氣象雷達系統是霍尼韋爾的IntuVue 氣象雷達，其包含三維體積緩沖器。雷 達系統40不斷掃描飛機20前面的整個三維空間，并將所有反射率數據存儲在以地面為參 考的三維(或“體積”)存儲緩沖器(存儲器43)中。緩沖器不斷用來自新掃描的反射率數 據更新。存儲在緩沖器中的數據補償飛機移動(速度、航向、高度)。緩沖器中的數據例如 以每30秒的速率更新。三維方法采用提供總共-15到+15度傾斜控制范圍內的全覆蓋的 掃描方案。從緩沖器提取反射率數據以生成期望的顯示視圖，不用必須進行(并等待)視 圖特定的天線掃描。在一個實施例中，以一秒間隔執行這種提取和圖像生成(相比常規雷 達的四秒)。用三維體積緩沖器數據，顯示呈現不限于對常規雷達固有的單個傾斜平面。本發明提供了對ITP顯示裝置44的氣象意識增強，其包含 三維氣象反射率數據；
氣象災害信息，諸如存在渦流、對流活動、冰雹、火山灰、閃電； 尾流；
高空風數據；
數據鏈送的氣象(來自服務提供商)；以及 來自其它飛機的數據鏈送的氣象。圖5示出了集成在具有平面視圖區102和垂直情景意識(VSA)區104的ITP顯 示器100上的三維反射率數據。還示出了渦流數據。在一個實施例中，以其它飛機的圖標 當呈現在ITP顯示器100的VSA區104上時被顯示以反映ITP位置(也可使用實際范圍) 的相同方式轉換從體積氣象緩沖器中檢索的氣象反射率數據。換句話說，ITP顯示裝置44 上其它飛機的顯示位置將到自己飛機的飛行路徑的其它飛機的運動/匯聚考慮進去。本機 (ownship)目前航道上的和規定橫向距離內的所檢測氣象的運動和計算中心位置還用于調 整ITP顯示裝置44上的相關聯圖標的縱向ITP位置(或備選實施例上的范圍)。在另一個 實施例中，還可對于呈現在平面視圖區102中的圖標執行這種轉換。所檢測的氣象條件在 平面視圖區102中呈現為(多個)第一圖標110，并在VSA區104中呈現為(多個)第二圖標 120。在另一個實施例中，當氣象反射率數據呈現在ITP顯示器100的VSA區104上時， 使用實際范圍(并因此不使用ITP距離)。由此，VSA區104上的X軸可以是ITP距離或實 際范圍。這意味著飛行員將具有三個可能的顯示(平面視圖、具有其它飛機的基于ITP的 VSA顯示以及具有氣象和具有或沒有交通的基于范圍的VSA顯示)。圖6示出了所包含的閃電和冰雹圖標，所檢測和顯示的氣象條件164、166顯示在ITP顯示器150的平面視圖和VSA區。“本機”圖標162顯示在ITP顯示器150的兩個區中。圖7-1和7-2例證了示出基于在存儲器43中存儲的和/或從目標飛機經數據鏈 路45接收的信息的相關尾流信息的ITP顯示器180的VSA區。尾流圖標188示出了來自 目標飛機圖標184的尾流煙縷(Δ航線飛行818)。示出了預測飄降路徑，拖尾距離、寬度、 旋轉速度(R 180° S=每秒向右滾動180° )。其它標識符可包含是指180度秒的順時針 滾動速率的C-ROLL 180°秒以及是指180°秒的逆時針滾動的CC-ROLL 180°秒。根據飛 機樣式/型號、速度、高度和外界條件(即ISA溫度、壓力)預測尾渦流。ADS-B消息(經數 據鏈路裝置妨)發送飛機樣式/型號、高度、速度等。處理器42將接收的信息與板上存儲 的尾渦流預測算法相關，并生成允許機組人員在上升或下降之前快速評估他們對尾流遭遇 可能性的直觀尾流圖標188。可以在ITP顯示器上呈現其它圖標。示范圖標示出了結冰、高空風等的垂直維度。 預報或報告的高空風、外部氣溫(OAT)和氣壓以及乘坐報告(即PIREPS)都可用于通知飛 行員何時接收、變換并呈現在ITP顯示裝置44上。本機頭前的飛機數據鏈送(data-link) 實際條件，而氣象服務提供商沿飛行路線發送預報條件以及實際氣象。這種氣象數據在某 些情況下將必須外推成三維模型，而在其它情況下，提供商將打包該三維數據。如圖8中所 示，高空風圖標可包含速度和信息源。信息源的示例包含預報風(FW)、來自頭前并在同一高 度的飛機的數據鏈送的風(DL)以及數據鏈送到“本機”的飛行員報告(PIREPS)風(PR)。機組人員在ITP上升或下降期間的關鍵任務之一是在檢測潛在的阻止飛機之前 選擇期望的飛行高度。在機組人員選擇了期望的高度之后，在ITP顯示器的垂直剖面區上 加亮那個飛行高度。在一個實施例中，如果期望的飛行高度通過或在來自災害區域的預定 義橫向和垂直約束內，則處理器42給機組人員提供可視、可聽和/或可觸摸警報。災害可包 含渦流、冰雹、閃電、對流活動、火山灰或尾流。其它災害可包含破壞ITP程序，如果執行了 高度改變的話。可視警報提供在ITP顯示器的VSAD區、平面視圖和/或三維顯示器上。圖 7-1示出了 ITP顯示器180上的尾流和高度變換警報。期望的飛行高度(350)通過災害區 域(尾流)，并由此可視地編碼飛行高度(例如閃現和/或不同著色(例如琥珀色))。也 可以呈現可聽和/或可視文本消息“檢查期望的飛行高度”。可以向飛行員提供(經用戶接口 48)菜單系統，使得飛行員能夠僅僅選擇或整理 那些感興趣的并與機組人員的判定相關的那些氣象對象。可以向機組人員提供警報，以使 得顯然的是期望的飛行高度或航道改變可將飛機帶到災害氣象的區域中。在另一個實施例 中，選項允許機組人員選擇基于ITP距離或實際范圍的顯示器。
權利要求
1.一種在飛機上執行的方法，所述方法包括 自動發射雷達信號并接收氣象雷達反射率值； 將接收的氣象反射率值自動存儲在三維緩沖器中； 確定任一個存儲的氣象反射率值是否指示存在氣象災害；基于存儲的氣象反射率值自動生成一個或多個氣象災害圖標；及 在高度層更改程序(ITP)顯示器上自動顯示生成的氣象災害圖標。
2.如權利要求1所述的方法，其中自動生成包括基于與各個氣象災害相關聯的ITP位 置信息自動生成所述圖標，并且顯示包括至少在所述ITP顯示器的垂直情景意識顯示器上 顯示所述圖標，其中顯示還包括在平面視圖顯示器或三維顯示器中的至少一個上顯示所述 圖標。
3.如權利要求1所述的方法，其中自動生成包括基于與各個氣象災害相關聯的位置 信息自動生成所述圖標，并且顯示包括至少在所述ITP顯示器的垂直情景意識顯示器上顯 示所述圖標，其中顯示還包括在平面視圖顯示器或三維顯示器中的至少一個上顯示所述圖 標。
4.如權利要求1所述的方法，還包括接收多普勒信息；如果接收的多普勒信息暗示存在渦流，則自動生成渦流圖標；及 在所述ITP顯示器上自動顯示所述渦流圖標。
5.如權利要求1所述的方法，還包括從一個或多個目標飛機自動接收飛行標識信息；當基于目標和當前飛機的位置信息確定所述目標飛機在距所述當前飛機的預定窗口 內時，自動生成所述一個或多個目標飛機的尾流圖標并顯示在所述ITP顯示器上，其中自 動生成所述尾流是基于接收的飛機標識、與所述飛機標識相關聯的性能信息、周圍條件信 息和存儲在所述當前飛機的本地存儲器中的尾流算法； 從所述當前飛機的機組人員接收對高度改變的請求； 自動確定是否許可所述飛機變換到請求的高度；以及 當確定不許可所述飛機變換到請求的高度時自動輸出警報，其中如果規劃的變換與現有氣象災害、另一個飛機的尾流不沖突，并且不破壞高度層 更改程序，則確定所述請求許可變換。
6.一種飛機00)，包括 存儲裝置(43)；雷達系統GO)，配置成自動發射雷達信號，并接收氣象雷達反射率值并將它們存儲在 所述存儲裝置中的三維緩沖器中；處理器(42)，與所述存儲裝置進行信號通信，所述處理器配置成 確定任一個存儲的氣象反射率值是否指示存在氣象災害；以及 基于存儲的氣象反射率值生成一個或多個氣象災害圖標；及 高度層更改程序顯示裝置(44)，配置成顯示生成的氣象災害圖標。
7.如權利要求6所述的飛機，其中所述高度層更改程序顯示器包括基于與所述各個 氣象災害相關聯的ITP位置信息輸出生成的氣象災害圖標的垂直情景意識顯示器(104)，其中所述高度層更改程序顯示器包括平面視圖顯示器(10 或三維顯示器中的至少一個。
8.如權利要求6所述的飛機，其中所述高度層更改程序顯示器包括基于與所述各個 氣象災害相關聯的位置信息輸出生成的氣象災害圖標的垂直情景意識顯示器(104)，其中 所述高度層更改程序顯示器包括平面視圖顯示器(10 或三維顯示器中的至少一個。
9.如權利要求6所述的飛機，其中所述處理器還配置成 接收多普勒信息；如果接收的多普勒信息暗示存在渦流，則自動生成渦流圖標；及 在所述ITP顯示器上自動顯示所述渦流圖標。
10.如權利要求6所述的飛機，其中所述處理器還配置成 從一個或多個鄰近飛機接收飛行標識信息；以及當基于當前和鄰近飛機的位置信息確定所述鄰近飛機在距所述當前飛機的預定窗口 內時，生成所述一個或多個鄰近飛機的尾流，其中所述高度層更改程序顯示裝置顯示生成的尾流，其中所述處理器基于飛機標識信息、與所述飛機標識相關聯的性能信息、周圍條件信 息和存儲在所述當前飛機的本地存儲器中的尾流算法生成所述尾流； 接收對高度改變的請求；以及當基于規劃的變換、任何現有氣象災害、鄰近飛機的尾流和高度層更改程序確定不許 可所述飛機變換到請求的高度時生成警報，其中所述高度層更改程序顯示裝置輸出生成的警報。
全文摘要
本發明涉及在顯示器上呈現氣象災害信息的方法和系統。用于改進高度層更改程序顯示器上的情景意識的系統和方法。雷達系統(40)發射雷達信號，并接收氣象雷達反射率值并將它們存儲在三維緩沖器(43)中。處理器(42)確定任一個存儲的氣象反射率值是否指示存在氣象災害，并基于存儲的氣象反射率值生成一個或多個氣象災害圖標。高度層更改程序顯示裝置顯示(44)生成的氣象災害圖標。生成其它飛機的尾流信息，并輸出在高度層更改程序顯示器上。再者，當基于規劃的變換、任何現有氣象災害、鄰近飛機的尾流和高度層更改程序確定該飛機不被許可變換到請求的高度時，處理器接收對高度改變的請求并生成警報。
文檔編號G01S13/95GK102147470SQ20101057222
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年2月4日
發明者D·珀皮通, R·哈特瓦 申請人:霍尼韋爾國際公司