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CN101111809B - 构造用来由飞机遵循的低空飞行路线的方法和装置 - Google Patents

构造用来由飞机遵循的低空飞行路线的方法和装置 Download PDF

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CN101111809B CN2006800035080A CN200680003508A CN101111809B CN 101111809 B CN101111809 B CN 101111809B CN 2006800035080 A CN2006800035080 A CN 2006800035080A CN 200680003508 A CN200680003508 A CN 200680003508A CN 101111809 B CN101111809 B CN 101111809B
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Abstract

本发明涉及一种构造一飞机(A)的低空飞行路线的装置和方法。该装置包括该飞机在其上空飞行的地面的地面轮廓的一数据库(3)、一组(5)数据源、确定该飞行路线的横向路线的第一装置(6)以及确定该飞行路线的垂直路线的第二装置(7)，所述第二装置(7)构造成能在飞机飞行过程中逐段确定该垂直路线，包括一从该数据库(3)检索一轮廓段的部件(14)以及一使用所检索的轮廓段根据从所述数据源组(5)得出的飞机的爬升和下降性能确定一段(TRi)垂直路线的部件(15)。

Description

构造用来由飞机遵循的低空飞行路线的方法和装置
本发明涉及一种构造用来由飞机遵循的低空飞行路线的方法和装置。
在本发明范围内，低空飞行路线一词指这样的飞行路线，其允许飞机尽可能近地沿着所飞越的地形前进，同时避免与地形的一部分发生碰撞的任何风险。这样的飞行路线因此位于预定最小地形高度上、例如500英尺(约150m)上。
本发明特别但不限于适合于推力/重量比小、惯性大、机动飞行时间特别相对于较轻较快的飞机如战斗机来说慢的战术军用运输机。此外，一般要求军用运输机不易被发现。
大家知道，上述类型的低空飞行路线的计算要求非常大的用于为此而使用的机上电脑的计算资源。
然而，在某些作战飞行情况下，例如在意外威胁的情况下飞机向地形下降以获得地形的掩护或在需要自动导航的VMC(目视气象条件)条件下出现低空飞行时无法预料的IMC(仪表气象条件)条件时，飞机特别是上述类型的军用运输机的机组人员需要使用低空飞行路线。
由于飞机上的计算资源显然是有限的，因此一般无法如上述作战飞行情况下要求的那样在约几秒的很短时间内构造很长的低空飞行路线。
这一缺点对前述那类战术军用运输机来说更为突出，因为这类飞机的惯性大，使得需要借助机上性能模型(特别是飞机的爬升性能)计算低空飞行路线。使用性能模型的计算方式特别相对于例如其高的推力/重量比使得爬升性能的影响较不重要的战斗机极大地延长了计算时间。
本发明的目的是克服这些缺点。本发明涉及一种用于特别是又快又精确地构造由飞机、特别是军用运输机遵循的低空飞行路线的方法，所述飞行路线包括横向路线和垂直路线并且借助与飞机在其上空飞行的地形有关的地形轮廓(从地形数据库得出)被构造，使得允许所述飞机(尽可能近地)沿所述飞越的地形飞行。
按照本发明，所述方法的特别之处在于，在飞机飞行时，随着飞行连续且逐段地确定飞行路线的所述垂直路线；对每段垂直路线来说：
-从含有所述地形轮廓的地形数据库中得出与将按照对应的横向路线飞越的地形有关的一段轮廓；以及
-借助所得出的所述轮廓段根据飞机的爬升和下降性能确定所述垂直路线段。
因此，按照本发明，飞行路线的垂直路线不是整个一次确定之后在飞行中使用，而是在飞行中逐段确定，这允许非常迅速地安排由飞机随后遵循的最初一段或数段，而在遵循这些最初的段期间确定后续的段。这一逐步计算方式不仅用来确定各垂直路线段，还用来得出地形轮廓(以地形轮廓段的形式)，以标准方式得出地形轮廓也需要大量计算资源。
因此，本发明考虑到以下事实：如需要计算长距离上的飞行路线，不必飞行一开始就安排整个路线，而是只须得出飞机能马上遵循的一定长度，且此允许得出合适的响应时间和最小程度的安全性和预测性。
本发明特别适用于下述类型的路线：
-由在给定预设速度下飞行的具有恒定斜度的一些段构成的垂直路线；
-各爬升或下降段的斜度受根据机上性能模型确定的飞机的最大爬升或下降性能的限制；
-各段的斜度然后根据地形轮廓最佳化；以及
-进行计算，使得该路线为可越过在所考虑的段上的最高点的最低路线。
最好是，为确定所述垂直路线，另外每次确定在两个相继垂直路线段之间的一过渡路线，所述过渡路线可用来从一段垂直路线飞行到另一段垂直路线。最好通过延长段来确定所述过渡路线，该过渡路线最高位于两个相继的垂直路线段的过渡平面上，朝向另一段垂直路线直到与之相交。
此外，最好是，事先证实从所述数据库得出的各轮廓段是否与飞机的最大爬升性能相符，如发现不符，矫正相应轮廓段而除去该不符，然后用矫正后的该轮廓段确定相应垂直路线段。
从而在大多数作战情况下可预测在各路线段的计算结束时可能遇到的危急的地形的外形。更确切地说，在确定每个段前根据对应轮廓段安排与在下一段上飞行的可能性有关的信息；在需要预测爬升的情况下，由经矫正的轮廓段计算这一情况。
此外，最好是，所述横向路线：
-或与飞机飞行员提供的飞行计划相符；
-或由飞机的自动导航器(自动)确定。
本发明还涉及一种特别快而精确地构造由飞机、特别是军用运输机遵循的低空飞行路线的装置，所述飞行路线包括横向路线和垂直路线。
按照本发明，该类所述装置包括：
-包含与由飞机飞越的地形相关的地形轮廓的数据库；
-能至少生成关于该飞机的信息的信息源组；
-用于确定该飞行路线的所述横向路线的第一装置；以及
-用于确定该飞行路线的所述垂直路线的第二装置，
其特别之处在于，所述第二装置构造成用于在飞机飞行过程中随着飞行连续且逐段确定所述垂直路线；所述第二装置至少包括：
-用于从所述数据库得出与按照对应的横向路线将要飞越的地形有关的至少一个轮廓段的第一部件；以及
-用于借助由所述第一部件得出的所述轮廓段根据从所述信息源组得出的飞机的爬升和下降性能确定一段垂直路线的第二部件。
本发明的装置从而使得在构造低空飞行路线时使用的各计算装置、特别是用来确定垂直路线的第二装置的计算性能最佳化。
在一特别实施例中，所述第二装置还包括用来确定相继的两个垂直路线段之间的过渡路线的第三部件，所述过渡路线允许从一段飞行到另一段。
此外，最好是，所述第二装置还包括：
-用于检查所述第一部件得出的各轮廓段是否与飞机的最大爬升性能相符的第四部件；以及
-用于所述第四部件检测到不相符时矫正各轮廓段的第五部件，从而所述第二部件使用矫正后的各轮廓段确定对应的垂直路线段。
此外，最好是，所述信息源组包括含有关于飞机爬升和下降性能信息的至少一个数据库。
下面的附图示出本发明实施方式。在这些附图中，相同部件用同一标号表示。
图1为根据本发明的装置的示意图；以及
图2-6是说明如何按照本发明构造低空飞行路线的垂直路线的图形。
装置1根据本发明并在图1中示意性地示出，其用来构造由飞机A、特别是军用运输机遵循的低空飞行路线TO。所述飞行路线TO包括限定在水平面中的横向路线TL(未示出)和限定在示出在图2-6中的垂直面中的垂直路线。
所述飞行路线TO为使飞机A尽可能接近所飞越的地形2的低空飞行路线。
为此，设置在飞机A上的所述装置1为包括部件的类型：
-包含与飞机A将要飞越的、其地貌4局部示出在图2-6中的地形2有关的地形轮廓PT的数据库3。在图2-6所示各例中，地形轮廓PT位于所述地貌4上方预定最小安全高度H上。所述数据库3可为：
●飞行前装入飞机A中并含有所述地形轮廓PT的数字数据库，或
●飞行中由如雷达的装置以例如绘图模式测绘的、在飞机A上确定所述地形轮廓PT的数据库；
-如下详述能生成与飞机A有关的信息的信息源组5；
-用于构造飞行路线TO的所述横向路线TL的装置6；以及
-用于构造飞行路线TO的所述垂直路线TV的装置7。
所述装置6(例如数据输入装置或自动导航器)使得所述横向路线TL：
-或是与飞机A的飞行员输入的飞行计划相符；
-或是由飞机A的自动导航器(自动)确定。
在图1所示特别实施例中，
-所述装置6经连线8与所述装置7连接；
-所述装置6和7聚集在经连线10和11分别与数据库3以及信息源组5连接的中央单元9中；以及
-装置1还包括经连线13A与中央单元9连接、且能向飞机A飞行员示出所述中央单元9的处理结果的显示装置12。这特别使得飞行员可用肉眼检查垂直路线TV的计算结果对于所述地形轮廓PT来说不会不合理。也可把这些结果经连线13B传给其它未示出的用户装置，特别是飞机A的常用导航系统。
按照本发明，所述装置7构造成能在飞机A飞行过程中确定所述垂直路线TV。确切说，它构造成能随着飞行相继地一段TRi(垂直路线TV)一段TRi(垂直路线TV)地确定所述垂直路线TV。为此，所述装置至少包括：
-部件14，其用于从所述数据库3得出与按照对应横向路线TL要飞越的地形2有关、且因此代表了所述数据库3中容纳的所述地形轮廓PT的一部分的的至少一个轮廓段SPi；
-部件15，其经连线16与所述部件14连接、用于借助由所述部件14得出的所述轮廓段SPi确定垂直路线TV的一段TRi，且根据来自性能数据库17(其形成例如所述信息源组5的一部分)的、经所述连线11接收的飞机A的爬升和下降性能达成此目的。
因此，根据本发明的装置1的装置7不是在用于飞行前一次性整个地确定飞行路线TO的垂直路线TV，而是在(使用该路线的)飞行过程中逐段TRi地确定垂直路线。如此确定的一组不同的段TRi构成所述垂直路线TV，i为可很大的可变整数。这使得例如飞行员或导航系统可在构造这样的低空飞行路线TO的请求(图2、3、5和6中标号18所示)后非常迅速地安排飞机可遵循的最初一个或多个段TRi，同时装置1继续逐步确定随后的段。第一段TR1在该请求后约几秒的时间段t0内可用，从而通过在段TR1上的构造，飞机A从此时起即可开始沿着低空飞行路线TO飞行。
时间段t0先验地固定成允许具有沿该路线配合的足够长度的路线的最大时间。在时间段t0结束时加入的该长度的路线规定了对机上路线绘制装置的计算能力的强制要求。
此逐步计算方式不仅用于借助装置15来确定垂直路线TV的各段TRi，而且用于由装置14得出地形轮廓PT(呈轮廓段SPi形式)，按一般的方式需要大量计算资源才能得出地形轮廓。
因此，根据本发明的装置1可特别迅速和精确地构造低空飞行路线TO。所述装置1特别可克服由飞机A上有限的计算资源造成的缺点。当然，这些计算资源必须足以用来在所述时间段t0结束时提供最小长度的段TR1。
凭借本发明，飞机A的飞行员和/或导航系统可以类似即时方式安排低空飞行路线TO，这在某些作战飞行情况下，例如前述在面临意外威胁情况下飞机向地面下降以地形2作掩护或在需要自动导航的VMC(目视气象条件)条件下低空飞行时出现意外的IMC(仪表气象条件)条件时特别有用。
本发明还特别有利于推力/重量比小、惯性大的战术军用运输机，对于该飞机而言，低空飞行路线TO的计算因为必须使用机上性能模型(性能数据库17)而需要大量计算资源。
本发明装置1还包括经连线20与所述中央单元9连接并且允许操作者启动(即请求)飞行路线TO生成的启动装置19。
在图2中，该启动周标号18表示。在该启动后时间段t0后，装置1能提供水平距离D1上限定的飞行路线的第一段TR1。飞机A然后能沿飞行路线的第一段TR1飞行，同时根据本发明的装置1确定水平距离D2上存在的第二段TR2，如此重复。
将会注意到，时间段t0在机上装置中先验地固定成与在飞行路线上必然碰到的地貌的运算要求和构型相符。
根据本发明的装置1的所述装置7还包括经连线23与部件15连接以确定垂直路线TV的相继两段TRi和TRi+1之间的过渡路线Li的部件22。如图4所示，该过渡路线Li允许从任何一段TRi飞到紧邻的下一段TRi+1，或者如图3中关于过渡路线L1以及段TR1和TR2所示。
所述装置22通过延伸最高位于相继的两个路线段TRi和TRi+1的过渡平面PO上的一段来确定所述过渡路线Li。因此它把该涉及到的段向另一段延伸直到与该另一段连接。因此：
-在图3的例子中，装置22延伸段TR1(上游)，因为在过渡平面PO上它的位置比下一段TR2高；以及
-在图4的例子中，所述装置22延伸段TRi+1(下游)，因为在过渡平面PO上它的位置比上一段TRi高。
此外，根据本发明的装置1的装置7还包括：
-经连线25与部件14连接并且用来检查由部件14得出的每个轮廓段SPi是否与来自所述数据库17的飞机A的最大爬升性能相符的部件24；以及
-经连线27和28与所述部件24和15连接、用来在所述部件24检测到不符时如下所述矫正每个轮廓段SPi的部件26。
然后部件15使用由部件26矫正的每个轮廓段SPi代替从部件14得出的未矫正轮廓段，从而确定对应的垂直路线TV的段TRi。
因此，根据本发明的装置1能预测垂直路线的各段TRi的计算结束时可能遇到的危急地形构形(飞机前方的悬崖除外)。更确切地说，可在确定各段TRi前，根据对应的轮廓段SPi+1得出关于在下一段TRi+1上飞行的可能性的信息，并且在必须预测爬升的情况下，用经矫正的轮廓段SPi计算这一情况。
为此，所述部件24使用代表飞机A当前最大爬升性能的安全曲线29。该性能以常用方式在飞机A的预设速度下计算，或者在如果在当前速度下计算的安全曲线检测到无法爬升而给出最大斜度的速度下计算。在这种情况下，飞机A将爬升并且放弃低空飞行(此时向飞行员发出警报)。
所述安全曲线29包括取决于所考虑的地形的轮廓的爬升段。该安全曲线29如图2和5中箭头30所示扫过各垂直路线段的地形轮廓。该扫过开始于(飞机前方)为构造垂直路线TV的第一段TR1而得出的第一轮廓段SP1的开头处。该爬升段29不得在所考虑的垂直路线段上或在下一段(如果已得出对应的地形轮廓)上与地形轮廓相交。
按照本发明，垂直路线段TRi的计算从各轮廓段的最高点开始(图5和6中分别为距离D1、D2、D3)以确保通过该最高点。
此外，按照本发明，确保能尽可能快地飞过垂直段。因此必须在计算与该段地形对应的垂直路线前就能确保这一点。由于该路线的计算为最佳计算，因此需要时间。因此在此之前，用代表最大爬升性能的安全曲线29扫过该地形轮廓。由于可预测该爬升，因此从飞机A的当前位置起开始该扫过。
在图5所示例子中，得出轮廓段SP3后安全曲线29在点31上与下一轮廓段SP3相交。此情况使得必须部分地矫正轮廓段SP2和SP3，然后如图6所示用经矫正的轮廓段SPc取代它们。然后用该经矫正的轮廓段SPc构造对应垂直路线TV。
在图6的例子中：
-时间段t1与得出轮廓段SP2的时间对应(因为飞机A已在段TR1上)；
-时间段t2与计算段TR2的时间对应；
-时间段t3与得出轮廓段SP3的时间对应；以及
-时间段t4与计算段TR3的时间对应。

Claims (12)

1.一种用于构造由飞机(A)遵循的低空飞行路线(TO)的方法，所述飞行路线(TO)包括横向路线和垂直路线(TV)，借助与飞机(A)要飞越的地形(2)相关的地形轮廓(PT)确定所述垂直路线(TV)使得所述飞机(A)沿所述地形(2)飞行，
其特征在于，在飞机(A)的飞行中，随着飞行逐段(TRi)连续地确定飞行路线(TO)的所述垂直路线(TV)；对垂直路线(TV)的每段(TRi)来说：
-从含有所述地形轮廓(PT)的地形数据库(3)中得出轮廓段(SPi)，所述轮廓段(SPi)与按照对应的横向路线要飞越的地形(2)有关；以及
-借助所得出的所述轮廓段(SPi)根据飞机(A)的爬升和下降性能确定垂直路线(TV)的所述段(TRi)，
其中，检查从所述数据库(3)得出的各轮廓段(SPi)是否与飞机(A)的最大爬升性能相符，如果发现不符，矫正相应轮廓段(SPi)以除去这一不符，然后用矫正后的轮廓段确定相应垂直路线段(TRi)，
且其中，为验证各轮廓段是否与飞机的最大爬升性能相符：
-使用代表飞机当前最大爬升性能的安全曲线，所述安全曲线包括取决于所述地形轮廓的爬升段；
-该安全曲线扫过各垂直路线段的地形轮廓，而该扫过开始于第一轮廓段的开头处；并且
-进行检查以验证该爬升段是否与该轮廓段相交。
2.按权利要求1所述的方法，
其特征在于，为确定所述垂直路线(TV)，另外每次确定在相继的垂直路线的两段(TRi，TRi+1)之间的过渡路线(Li)，所述过渡路线(Li)允许从一段(TRi)飞行到另一段(TRi+1)。
3.按权利要求2所述的方法，
其特征在于，通过延长段来确定所述过渡路线(Li)，所述过渡路线(Li)最高位于相继的垂直路线的两段(TRi，TRi+1)的过渡平面(PO)上，朝向另一段直到与之相交。
4.按权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述横向路线与飞机(A)的飞行员提供的飞行计划相符。
5.按权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述横向路线由飞机(A)的自动导航器确定。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞机(A)是军用运输机。
7.一种用于构造飞机(A)的低空飞行路线(TO)的装置，所述飞行路线(TO)包括横向路线和垂直路线(TV)，所述装置(1)包括：
-与飞机要飞越的地形(2)有关的地形轮廓(PT)的数据库(3)；
-能至少生成关于该飞机(A)的信息的信息源组(5)；
-用于确定该飞行路线(TO)的所述横向路线的第一装置(6)；以及
-用于确定该飞行路线(TO)的所述垂直路线(TV)的第二装置(7)，
其特征在于，所述第二装置(7)构造成能在飞机(A)的飞行过程中随着飞行逐段(TRi)连续地确定所述垂直路线(TV)；所述第二装置(7)至少包括：
-第一部件(14)，其用于从所述数据库(3)得出与按照对应横向路线要飞越的地形(2)有关的至少一个轮廓段(SPi)；以及
-第二部件(15)，其用于借助由所述第一部件(14)得出的所述轮廓段(SPi)根据从所述信息源组(5)得出的飞机(A)的爬升和下降性能来确定垂直路线的段(TRi)，
其中，所述第二装置还包括：
-检查所述第一部件(14)得出的各轮廓段(SPi)是否与飞机(A)的最大爬升性能相符的第四部件(24)；以及
-所述第四部件(24)检测到任何不相符时矫正轮廓段(SPi)的第五部件(26)，从而由所述第二部件(15)使用每个矫正后的轮廓段以确定对应垂直路线的段(TRi)，
且其中，为验证各轮廓段是否与飞机的最大爬升性能相符：
-使用代表飞机当前最大爬升性能的安全曲线，所述安全曲线包括取决于所述地形轮廓的爬升段；
-该安全曲线扫过各垂直路线段的地形轮廓，而该扫过开始于第一轮廓段的开头处；并且
-进行检查以验证该爬升段是否与该轮廓段相交。
8.按权利要求7所述的装置，
其特征在于，所述第二装置(7)还包括用来确定在相继的垂直路线的两段(TRi，TRi+1)之间的过渡路线(Li)的第三部件(22)，所述过渡路线(Li)允许从一段(TRi)飞行到另一段(TRi+1)。
9.按权利要求7-8中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述信息源组(15)包括包含关于飞机(A)爬升和下降性能信息的至少一个数据库(17)。
10.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述飞机(A)是军用运输机。
11.一种飞机，
其特征在于，它包括按权利要求7-9中任一权利要求所述的装置(1)。
12.一种飞机，
其特征在于，它包括能实施按权利要求1-5中任一权利要求所述的方法的装置(1)。
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