用于圖形顯示空域速度數據的系統和方法
【專利摘要】提供了一種用于在飛機顯示器上圖形顯示包括速度限制的空域數據的系統和方法。該系統包括耦合到處理器的航空電子顯示系統，其被配置為從數據庫檢索空域數據，在顯示器上顯示飛行器數據，并顯示空域的視覺表示。然后，如果空域數據滿足預定標準，則處理器可將空域的視覺表示的格式變更為第二視覺表示。
【專利說明】用于圖形顯示空域速度數據的系統和方法

【技術領域】
[0001] 本文所描述的主題的實施例一般涉及航空電子顯示系統。更具體而言，本文所描 述的主題的實施例涉及用于在駕駛艙顯示器上圖形顯示基于空域的速度數據警戒符號的 系統和方法。

【背景技術】
[0002] 可由飛行器航行的空域被劃分成不同類型(例如種類和/或類別)的三維部分。大 多數國家具有與國際民用航空組織（ICA0)所劃定的那些空域部分一致的空域部分的特點。 一些國家(包括美國）包括另外的空域類型，通常被稱為特殊用途空域，可對此應用另外的 規則和限制。
[0003] 在美國，存在兩個總的空域類別：監管和非監管。監管空域被劃分成八個不同的空 域類型，被稱為A、B、C、D、E和G類空域區、限制空域區和禁止空域區。非監管空域被劃分 成四個不同的空域類型，這四個不同的空域類型被稱為軍事行動區（Μ0Α)、警報區、警戒區 和受控發射區。監管和非監管的空域類別可另外包括空域子類別。這些空域子類別被稱為 受控空域、不受控空域、特殊用途空域和其他空域。
[0004] 分配給特定空域的類別和子類別由幾個因素(例如飛行器運動的密度、運營的性 質以及國家或公共利益）所規定，并且每個空域具有自己的一套相關聯的法規。例如，B類 空域是受控空域，其通常從地球表面延伸到離國家最繁忙的機場(在機場運營或旅客登機 方面)周圍的平均海平面一萬英尺。進入B類空域的飛行器必須由空中交通控制給予許可， 并且必須遵守速度、間隔和其他法規。
[0005] 由于關于各種類的空域和與之相關聯的限制的警戒信息對于飛行員的不可用性， 發生了空域侵犯。當前顯示系統確實圖形表示與特定種類的空域相關聯的海拔高度信息； 然而，它們并不顯示相關聯的速度限制，因為飛行員可能由于甚多的置換信息而被淹沒。
[0006] 為了幫助飛行員識別空域及其相關聯的限制，許多飛行器配備有圖形呈遞移動地 圖的航空電子顯示系統，該移動地圖包括飛行器周圍空域的描繪。關于每個空域(例如種 類、海拔高度范圍等）的數據可被顯示為覆蓋在移動地圖上的文本。然而，這樣的系統并不 顯示與空域種類的類型相關聯的速度限制。
[0007] 鑒于前述內容，將期望的是，以易于理解的方式提供導航顯示系統來圖形顯示空 域及其相關聯的速度數據。這將在飛行期間減少飛行員的工作量，并提供更好的位置和態 勢感知。


【發明內容】

[0008] 提供本概要來介紹以下在詳細描述中進一步描述的以簡化形式的概念的選擇。本 概要并不旨在識別所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在被用作在確定所要 求保護的主題的范圍方面的幫助。
[0009] 提供了一種用于在飛行器顯示器上圖形顯示空域的方法。該方法包括：從數據庫 檢索空域數據，以及如果所述空域數據滿足預定標準，則將空域的視覺表示的格式變更為 第二視覺表示。
[0010] 還提供了一種用于在顯示器上圖形顯示空域的系統。該系統包括耦合到處理器的 航空電子顯示系統，其被配置為：（1)從數據庫檢索空域數據；以及（2)如果空域數據滿足 預定標準，則將空域的視覺表示的格式變更為第二視覺表示。
[0011] 此外，提供了一種用于在飛行器駕駛艙顯示器上圖形顯示空域的方法。該方法包 括：從數據庫檢索飛行器數據，在顯示器上顯示所述飛行器數據，以及顯示空域的視覺表 示。然后，如果飛行器超過空域中允許的最大速度，變更所述視覺表示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是根據實施例的適于在飛行器中使用的信息顯示系統的框圖； 圖2和圖3是包括導航地圖和空域覆蓋圖的圖形顯示器的示例性說明。
[0013] 圖4是根據示例性實施例的圖示出速度警告生成的導航地圖和空域覆蓋圖的圖 形表示；以及 圖5是根據示例性實施例的用于圖形顯示空域符號的流程圖。

【具體實施方式】
[0014] 下列詳細描述本質上僅僅是示例性的，并且不旨在限制本申請的主題及其用途。 此外，不旨在受到前述【背景技術】或下列詳細描述中所提出的任何理論的限制。本文中為了 闡述的目的所提出的是如何將空域覆蓋圖以易于理解的方式用于圖形顯示空域數據的某 個示例性實施例。應當理解的是，闡述的此示例性實施例僅僅是用于實現用于圖形顯示基 于空域的速度警報的新穎的顯示系統和方法的示例和指導。同樣地，本文所提出的示例旨 在是非限制性的。
[0015] 本文可在功能和/或邏輯塊部件方面并參照可由各種計算部件或設備執行的操 作、處理任務和功能的符號表示來描述工藝和技術。應當理解的是，被配置為執行指定功能 的任何數量的硬件、軟件和/或固件部件可實現附圖中所示的各種塊部件。例如，系統或部 件的實施例可采用各種集成電路部件，例如存儲器元件、數字信號處理元件、邏輯元件、查 找表等，其可在一個或多個微處理器或其他控制設備的控制下執行各種功能。
[0016] 下列描述可以指的是"耦合"在一起的元件或節點或特征。如本文所使用，除非另 有明確聲明，否則"耦合"意思是一個元件/節點/特征直接或間接地連接到另一個元件/ 節點/特征(或直接或間接地與另一個元件/節點/特征通信)，并不一定是機械地連接。因 此，雖然附圖可描繪元件的一個示例性布置，但另外的介入元件、設備、特征或部件可存在 于所描繪主題的實施例中。此外，某些術語也可以被用在以下描述中，僅用于參考的目的， 并因此不旨在是限制性的。
[0017] 為了簡潔起見，本文可能未詳細描述與圖形和圖像處理、導航、飛行計劃、飛行器 控制以及系統的其他功能方面（以及系統的各個操作部件）有關的常規技術。此外，本文包 含的各種附圖中所示的連接線旨在表示各種元件之間的示例性功能關系和/或物理耦合。 應當注意的是，許多替代或附加的功能關系或物理連接可以存在于本主題的實施例中。
[0018] 圖1描繪了飛行器顯示系統100的示例性實施例。在示例性實施例中，顯示系統 100包括但不限于，用于顯示圖形的飛行計劃圖像103的顯示設備102、導航系統104、通信 系統106、飛行管理系統（FMS) 108、控制器112、圖形模塊114、用戶接口 110和數據庫116， 該數據庫116被適當配置為支持圖形模塊114和顯示設備102的操作，如以下更詳細地描 述的。導航系統104可包括慣性參考系統118、導航數據庫120和用于以熟知的方式從外部 源接收導航數據的一個或多個無線接收器122。
[0019] 應當理解的是，為了解釋和易于描述的目的，圖1是顯示系統100的簡化表示，并 且不旨在以任何方式限制主題的應用或范圍。實際上，顯示系統100和/或飛行器將包括 用于提供附加功能和特征的許多其他的設備和部件，如將在本領域中理解的。例如，顯示系 統100和/或飛行器可包括耦合到飛行管理系統108和/或控制器112的一個或多個航空 電子系統(例如天氣系統、空中交通管理系統、雷達系統、交通防撞系統)，以用于獲得和/或 提供可在顯示設備102上顯示的實時的飛行相關信息。
[0020] 在示例性實施例中，顯示設備102被耦合到圖形模塊114。圖形模塊114被耦合到 處理架構112,并且處理架構112和圖形模塊114被協同配置為在顯示設備102上顯示、呈 遞或以其他方式傳達VRP的圖形表示或圖像。如先前所述，導航系統104包括慣性參考系統 118、導航數據庫120和至少一個無線接收器122。慣性參考系統118和無線接收器122分別 為控制器112提供從主飛行器（host aircraft)的機載源和外部源得到的導航信息。更具 體而言，慣性參考系統118為控制器112提供信息，該信息描述了如由機載部署于飛行器的 多個運動傳感器(例如加速度計、陀螺儀等）所監視的主飛行器的各種飛行參數(例如位置、 方位、速度等)。通過比較，且如圖1所示，無線接收器122從飛行器外部的各種源接收導航 信息。這些源可包括各種類型的助航設備(例如全球定位系統、無方向性的無線電信標、甚 高頻全向無線電范圍設備（V0R)等)、基于地面的導航設施(例如空中交通控制中心、終端雷 達進場控制設施、飛行服務站和控制塔)和基于地面的導航系統(例如儀表著陸系統)。在某 些情況下，無線接收器122還可定期從鄰近的飛行器接收自動相關監視-廣播（ADS-B)數 據。在【具體實施方式】中，無線接收器122采用了具有全球導航衛星系統能力的多模式接收 機(MMR)的形式。
[0021] 在示例性實施例中，導航數據庫120包括其中所存儲的各種類型的導航相關的數 據。在優選實施例中，導航數據庫120是由飛行器所攜帶的機載數據庫。導航相關數據包 括各種飛行計劃相關數據，例如但不限于，用于地理航點的位置數據；航點之間的距離；航 點之間的軌跡；與不同機場相關的數據；助航設備；障礙物；特殊用途空域；政治邊界；通 信頻率；以及飛行器進場信息。在實施例中，導航數據庫120存儲空域數據，該空域數據包 括地理位置、大小、海拔高度、每個種類的空域的周圍地形及其相關聯的速度限制。
[0022] 控制器112被耦合到導航系統104,用于獲得實時的導航數據和/或關于飛行器 操作的信息以支持顯示系統100的操作。在示例性實施例中，通信系統106被耦合到控制 器112,并被配置為支持去往和/或來自飛行器的通信，如本領域中所理解的。控制器112 還被耦合到飛行管理系統108,飛行管理系統108進而還可被耦合到導航系統104和通信 系統106,以用于向控制器112提供實時數據和/或關于飛行器操作的信息以支持飛行器 的操作。在示例性實施例中，用戶接口 110被耦合到控制器112,以及用戶接口 110和控制 器112被協同配置為允許用戶與顯示設備102和顯示系統100的其他元件進行交互，如在 下面更詳細地描述的。
[0023] 顯示設備102被實現為電子顯示器，該電子顯示器被配置為在圖形模塊114的控 制下圖形顯示飛行信息或與飛行器操作相關聯的其他數據。在示例性實施例中，顯示設備 102位于飛行器的駕駛艙內。將理解的是，雖然圖1示出了單個顯示設備102,但實際上，可 機載于飛行器存在附加的顯示設備。在示例性實施例中，用戶接口 110也位于飛行器的駕 駛艙內，并適于允許用戶（例如飛行員、副飛行員或機組人員)與顯示系統100的其余部分進 行交互，并使得用戶能夠選擇顯示設備102上所顯示的內容，如下面更詳細地描述的。在各 種實施例中，用戶接口 110可被實現為小鍵盤、觸摸板、鍵盤、鼠標、觸摸屏、操縱桿、旋鈕、 麥克風或適于從用戶接收輸入的另一個合適的設備。在優選實施例中，用戶接口 110可以 是觸摸屏、光標控制設備、操縱桿等。
[0024] 導航系統104被配置為獲得與飛行器的操作相關聯的一個或多個導航參數。導航 系統104可被實現為全球定位系統（GPS)、慣性參考系統（IRS)或基于無線電的導航系統 (例如，VHF全向無線電范圍（V0R)或長距離助航設備（L0RAN))，并且可包括一個或多個導 航無線電設備或被適當配置為支持導航系統104的操作的其他傳感器，如將在本領域中所 理解的。在示例性實施例中，導航系統104能夠獲得和/或確定飛行器的瞬時位置，也就是 說，飛行器的當前位置(例如緯度和經度）和針對飛行器的海拔高度或者地面以上高度。導 航系統104還可獲得和/或確定飛行器的航向（即飛行器相對于某基準正行進的方向）。
[0025] 通信系統106被適當配置為支持飛行器和另一飛行器或地面位置(例如，空中交 通控制)之間的通信。在這點上，可使用無線電通信系統或另一合適的數據鏈路系統來實現 通信系統106。在示例性實施例中，飛行管理系統108 (或替代地，飛行管理計算機)機載位 于飛行器上。雖然圖1是顯示系統100的簡化表示，但實際上，飛行管理系統108在必要時 可被耦合到一個或多個附加的模塊或部件，以便以常規方式支持導航、飛行計劃和其他飛 行器控制功能。
[0026] 控制器112和/或圖形模塊114在示例性實施例中被配置為在顯示設備102上顯 示和/或呈遞關于空域的信息，以允許用戶（例如經由用戶接口 110)檢查飛行計劃的各方 面(例如飛行器的速度、估計的飛行時間、上升/下降的速率、飛行高度和/或海拔高度等)。 控制器112通常表示硬件、軟件和/或固件部件，其被配置為促進顯示設備102上的導航地 圖的顯示和/或呈遞，并執行下面更詳細描述的附加的任務和/或功能。根據實施例，可利 用被設計為執行本文所描述的功能的通用處理器、內容可尋址存儲器、數字信號處理器、專 用集成電路、現場可編程門陣列、任何合適的可編程邏輯器件、分立門或晶體管邏輯、分立 硬件部件、或其任意組合來實施或實現控制器112。控制器112還可被實施為計算設備的組 合，例如數字信號處理器和微處理器的組合，多個微處理器，結合數字信號處理器核的一個 或多個微處理器，或者任何其他的這種配置。實際上，控制器112包括處理邏輯，該處理邏 輯可被配置為執行與顯示系統100的操作相關聯的功能、技術和處理任務，如下面更詳細 描述的。此外，結合本文公開的實施例所描述的方法或算法的步驟可被直接體現在硬件中、 固件中、由控制器112所執行的軟件模塊中、或其任何實際的組合中。
[0027] 圖形模塊114通常表示硬件、軟件和/或固件部件，其被配置為在顯示設備102上 控制導航地圖的顯示和/或呈遞，并執行下面更詳細描述的附加的任務和/或功能。在示 例性實施例中，圖形模塊114訪問被適當地配置為支持圖形模塊114的操作的一個或多個 數據庫116,如以下所描述的。在這點上，數據庫116可包括地形數據庫、天氣數據庫、飛行 計劃數據庫、障礙物數據庫、導航數據庫、地緣政治數據庫、航站樓空域數據庫、特殊用途空 域數據庫，或者用于在顯示設備102上呈遞和/或顯示內容的其他信息，如以下所描述的。 將理解的是，雖然圖1為了解釋和易于描述的目的示出單個數據庫116,但實際上，許多數 據庫將很可能存在于顯示系統100的實際實施例中。
[0028] 圖2是包括導航地圖200和空域覆蓋圖202的圖形顯示器的示例性說明。控制器 112、數據庫116和圖形模塊114 (圖1)可被配置為呈遞導航地圖200以顯示飛行器的給定 距離內的地形、地志或其他合適的關注項目或關注點。通過放大以顯示較小的地理區域或 縮小以顯示較大的地理區域，飛行員可設置可查看區域的閾值距離。區域的相對標度由范 圍環204所示，范圍環204在其上具有指示范圍是十一海里的數字" 11"。還可呈遞包括其 飛行的方向208的主飛行器206的圖形表示。控制器112可被編程以自動生成低于預定義 海拔高度的覆蓋圖202,或者飛行員可手動啟用空域覆蓋圖202的生成。空域覆蓋圖202顯 示符號，該符號表示導航地圖200的可查看區域內的所有空域。每個空域由圍繞該空域的 圖形周界209 (即實線、虛線、彩色線、加亮線等）所劃定。
[0029] 飛行員可在關注的空域附近放置光標215 (在光標控制的接口的情況下)，或者敲 擊關注的空域(在觸摸屏接口的情況下）以使期望的空域在視覺上被區分；例如從虛線到 實線，從第一顏色到第二顏色，從細線到粗線等等，并且在數據框210中顯示關聯的空域數 據。相對于其他空域變更周界211的外觀(例如使周界211為實線)確保了飛行員選擇正確 的空域。還可以使控制器（112,圖1)在進入空域中時能夠自動選擇和顯示空域數據，從而 減少了飛行員的工作量。
[0030] 空域框210可圖形顯示所選擇的空域的名稱(例如NEW CENTURY AIRCENTER)212、 空域的種類(例如D類）214、空域的海拔高度范圍(例如3600MSL/GND) 216以及空域中允許 的最大速度(例如200Kts)218。空域的海拔高度范圍表示特定空域的最小和最大海拔高度。 例如，圖2中的數據框210指示所選擇的空域以地平面（GND)開始，并且垂直延伸至平均海 平面（MSL)上3600英尺的海拔高度。以節（knot)為單位顯示空域中允許的最大速度。應 當理解的是，空域框210還可包含與附加功能或與未結合圖2所描述的空域的交互相關聯 的數據。此外，可變更用于海拔高度范圍、最大速度等的測量單位以滿足設計要求或飛行員 偏好。
[0031] 位于導航地圖200以下的是垂直情況顯示（VSD)220,其進一步說明正在進入的空 域或由用戶所選擇的空域。要注意的是，以與在地圖顯示200中顯示空域一致的方式（即都 是實線）來在VSD 220中顯示所選擇的空域NEW CENTURY AIRCENTER。通過將此空域與地 圖上顯示的其他空域進行區分，這說明了此空域已由用戶所選擇。將結合圖4更詳細地描 述這一點的重要性。
[0032] 現在參考圖3,當飛行員已選擇不同的空域(例如302)時，數據框210顯示所選 擇的空域的名稱（即KANSAS CITY) 312、空域的種類（SP B類）314、空域的垂直范圍（即 8000MSL/4000MSL) 316和空域中允許的最大速度（即250Kts) 318。還應當注意的是，空域 302的邊界現在是實線，（或者，例如以某種方式加亮；例如顏色、粗細等)，而其他的空域用 虛線來劃定。
[0033] 圖4是根據實施例的圖示出速度警告生成的導航地圖200和空域覆蓋圖202的圖 形表示。控制器112和圖形模塊114 (圖1)在顯示器103 (圖1)上呈遞導航地圖200和空 域覆蓋圖202,如先前的情況那樣。空域框210顯示與NEW CENTURY AIRCENTER 212空域相 關聯的數據(例如空域種類、空域內的最大速度等)。
[0034] 導航地圖200示出飛行器206已進入空域；更具體而言是空域211。VSD 220 圖形表示飛行器206具有大約三千英尺的海拔高度，該海拔高度在地面和NEW CENTURY AIRCENTER空域212的最大高度之間。然而，不同于圖2中所示的情況，飛行器已超過空域 211中所允許的最大空速。通過由報警器105 (圖1)所生成的聽覺警報來將這一點通知機 組人員。這還由導航地圖200上空域211周圍的周界符號在顯示器103(圖1)上視覺表示； 例如表示為符號的第三種形式，諸如不同顏色、更粗的線條，或者以警告機組人員飛行器在 空域211中的超速的任何方式。例如在圖4中，用粗線來加亮空域211的周界。
[0035] 圖5是根據實施例的用于圖形顯示空域符號的流程圖500。在步驟502中，用戶 啟用空域覆蓋圖，并從導航數據庫120 (圖1)接收空域數據(步驟504)。在步驟506中，確 定飛行器相對于所選擇的空域的位置，并顯示與空域相關聯的數據(步驟508)。在步驟510 中將空域的周界以將其與其他空域區分的方式（即具有獨特的符號)進行顯示。如果飛行器 處于受控空域內或由飛行員啟動，則當前空域的顯示可以自動出現。
[0036] 如果選擇新的空域(步驟512)，則用將其設置得與其他空域分開的周界符號圖形 呈遞新的空域數據(步驟516)。如果確定飛行器的速度超過空域中允許的速度(步驟518)， 則可視警告被呈遞在顯示器上；例如以獨特的方式呈遞空域周界以警告機組人員（步驟 522)。也可在步驟524中生成聽覺警報。如果尚未超過允許的空速，則當前的周界符號保 持相同（520)。
[0037] 因此，已經提供了一種新穎的系統和方法，用于以易于理解的方式圖形顯示空域 數據。該實際解決方案顯示與所選擇的空域相關聯的文本數據。此外，如果飛行器以超過 針對給定空域的最大速度的速率進入該空域，則變更顯示并且給出聽覺通知以警告飛行員 飛行器的速度處于針對該空域的最大速度以上。這將減少飛行期間飛行員的工作量，并提 供更好的位置和態勢感知。
[0038] 雖然已經在本發明的前述詳細描述中提出至少一個示例性實施例，但應理解的是 存在大量的變形。還應當理解的是，該示例性實施例或多個示例性實施例僅僅是示例，并不 旨在以任何方式限制本發明的范圍、可適用性或配置。而是，前述詳細描述將為本領域技術 人員提供用于實施本發明的示例性實施例的方便路線圖。要理解的是，可在不脫離如所附 權利要求中闡述的發明的范圍的情況下，在示例性實施例中所描述的元件的功能和布置方 面做出各種改變。
【權利要求】
1. 一種用于在飛行器顯示器上圖形顯示空域的方法，所述方法包括： 從數據庫檢索空域數據；以及 如果所述空域數據滿足預定標準，則將所述空域的視覺表示的格式變更為第三視覺表 /_J、i 〇
2. 如權利要求1的方法，其中所述空域數據包括所述空域中允許的速度，以及所述預 定標準是超過所述允許的速度。
3. 如權利要求2的方法，其中變更所述格式包括改變劃定所述空域的線的視覺特性。
4. 如權利要求3的方法，其中變更所述格式包括改變所述線的顏色。
5. 如權利要求1的方法，還包括確定所述飛行器是否處于所述空域內。
6. 如權利要求1的方法，還包括，當所述空域由用戶所選擇時，將所述視覺表示的格式 變更為第二視覺表示。
7. 如權利要求2的方法，還包括，當所述飛行器超過所述允許的速度時，生成聽覺警 報。
8. -種用于在飛行器駕駛艙顯示器上圖形顯示空域的方法，所述方法包括： 從數據庫檢索飛行器數據； 在所述顯示器上顯示所述飛行器數據； 顯示所述空域的視覺表示；以及 如果所述飛行器超過所述空域中允許的最大速度，則將所述視覺表示變更為第三視覺 表不。
9. 如權利要求8的方法，其中變更所述視覺表示包括改變劃定所述空域的線的外觀。
10. 如權利要求8的方法，其中變更所述視覺表示包括改變顏色。
【文檔編號】B64D43/00GK104058098SQ201410099123
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2013年3月18日
【發明者】D.K.貝哈拉, N.V.P.納馬, A.加農, M.L.拉熱內斯 申請人:霍尼韋爾國際公司