在接近着陆跑道期间垂直引导飞行器的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在接近(进场)(approach)期间垂直引导飞行器尤其是运输机的方法和设备。
[0002]更确切地说，本发明适用于沿着横向接近轨迹对机场着陆跑道的接近。
【背景技术】
[0003]在为了在机场的着陆跑道上着陆的接近期间，有多种常规系统协助飞行器尤其是民用运输机的引导。尤其是，ILS(仪器着陆系统)类型的系统已公知。这样的ILS要求地面设施为每条着陆跑道都提供横向(定位信标)和垂直(滑行)引导轴，将沿着它们引导飞行器。
[0004]不过，这样的ILS并非安装在全部机场，以及用于全部着陆跑道。因此，为了在任何机场都能够使用，垂直引导设备必须能够不依赖地面设施而仅仅使用机载传感器进行垂直引导。
[0005]不仅如此，公知飞行器装备了导航系统，一般使用来自GPS(全球定位系统)类型的卫星定位系统的数据。这样的系统具有良好的横向准确度，对许多应用是足够的。不过，其垂直分量对于用于接近期间不够准确，正如本发明中所考虑，尤其是对于民用运输机。
[0006]因此，仅仅使用机载装置，即不使用地面设施，现有设备在接近期间将不能提供准确的垂直引导(与使用ILS的常规垂直引导相同量级的准确度)。
【发明内容】
[0007]本发明的目标是消除这种缺点，它涉及在沿着横向接近轨迹接近着陆跑道期间垂直引导飞行器的方法。
[0008]根据本发明，所述方法包括多个相继的步骤，在于自动地和重复地:
[0009]a)确定在飞行器的当前位置与着陆跑道的起点之间的对应于沿着横向接近轨迹的横向平面内的距离的当前距离；
[0010]b)从沿着横向接近轨迹定义的线性地面轮廓提取当前距离的地面高度，该地面高度相对于着陆跑道的起点的水平面被定义；
[0011]c)使用由至少一个机载雷达高度计在此当前位置取得的至少一个测量结果，确定飞行器关于地面的当前高度；
[0012]d)使用飞行器的当前高度和地面高度，计算飞行器关于着陆跑道起点的水平面的第一当前高程；
[0013]e)计算飞行器相对于着陆跑道起点的水平面的、与接近剖面上所述当前距离的高程对应的第二当前高程；
[0014]f)计算所述第一当前高程与所述第二当前高程之间的差；以及
[0015]g)使用此差来垂直地引导飞行器。
[0016]因此，使用了本发明，仅仅使用以下指定的常规机载装置(雷达高度计等)确定飞行器的理论垂直位置与当前垂直位置之间的差对应的高程差变为可能，它准确到足以能够用在飞行器由常规引导单元尤其是自动驾驶系统或飞行指挥仪的装置实施的垂直引导中。
[0017]在本发明的语境中，术语“高程”被理解为指关于着陆跑道的起点的高度，该起点用作基准点(即高程在起点被视为零)。
[0018]优选情况下，步骤a)包括子步骤，在于:
[0019]-使用由形成卫星定位系统一部分的机载接收机取得的若干测量结果来确定飞行器的当前位置；以及
[0020]-使用此当前位置和着陆跑道起点的存储的预定位置来计算当前距离。
[0021]不仅如此，在第一个简化的实施例中，步骤c)在于确定当前高度为由雷达高度计测出的高度。不仅如此，在第二个优选实施例中，步骤c)包括由实施以下相继子步骤来确定当前高度为混合高度，子步骤在于:
[0022]Cl)使用低通滤波器，过滤由雷达高度计取得的测量结果，以获得第一值；
[0023]c2)测量飞行器的垂直速度，对此垂直速度积分并使用高通滤波器对其进行过滤，以获得第二值；以及
[0024]c3)对第一值和第二值求和以获得所述混合高度。
[0025]不仅如此，优选情况下，步骤e)包括子步骤，在于:
[0026]el)计算接近剖面，该接近剖面对应于具有关于地平线的预定角度的半线并包括位于所述着陆跑道上关于所述着陆跑道起点预定距离处的端点；以及
[0027]e2)计算在距离着陆跑道的起点对应于所述当前距离的横向距离处此接近剖面的高程作为第二当前高程。
[0028]所述垂直引导方法能够也包括分别地或结合地采取的一个或多个以下特征:
[0029]-步骤d)在于对当前高度与地面高度求和以计算第一当前高程；
[0030]-在形成卫星定位系统一部分的机载接收机与机载雷达高度计之间关于飞行器位置的校正通过重复地使用飞行器的当前倾斜角、关于位于飞行器上的同一参考点参考由接收机取得的测量结果和由雷达高度计取得的测量结果来实施；
[0031]-当飞行器当前位置的准确度低于预定的准确度阈值时，在飞行器的驾驶舱中发出警报信号，所述当前位置和所述准确度使用形成卫星定位系统一部分的机载接收机确定;
[0032]-第一与第二当前高程之间的差以两条半线之间角偏离的形式表示；以及
[0033]-所述差在飞行器驾驶舱的屏幕上显示，优选情况下在主导航屏幕上。
[0034]不仅如此，优选情况下，垂直引导方法包括附加步骤，在于估计飞行器的当前距离中的偏差以及按此偏差校正当前距离。优选情况下，这个附加步骤在接近期间包括子步骤，在于:
[0035]α )使用所取得的测量结果估计所飞越地面的轮廓；以及
[0036]β )使所飞越地面的这个轮廓与存储器中存储的地面轮廓相关，以从中推导出偏差，所述步骤a)和b)迭代地重复，在每次迭代时考虑上次迭代时推导出的偏差。
[0037]本发明还涉及在沿着横向接近轨迹接近着陆跑道期间垂直引导飞行器的设备，所述垂直引导设备包括至少以下机载单元:使确定飞行器的当前位置成为可能的跟踪单元、至少一个雷达高度计和至少一个引导单元。
[0038]根据本发明，所述垂直引导设备另外包括以下机载单元:
[0039]-数据库，存储沿着横向接近轨迹定义的线性地面轮廓；
[0040]-第一计算单元，被配置为确定在飞行器的当前位置与着陆跑道的起点之间的、对应于沿着横向接近轨迹的横向平面内的距离的当前距离；
[0041]-第二计算单元，被配置为从数据库中存储的线性地面轮廓提取由第一计算单元确定的当前距离的地面高度，该地面高度相对于着陆跑道的起点的水平面被定义；
[0042]-第三计算单元，被配置为使用由雷达高度计在此当前位置取得的至少一个测量结果来确定飞行器关于地面的当前高度；
[0043]-第四计算单元，被配置为使用分别从所述第二和第三计算单元收到的地面高度和飞行器的当前高度，来计算飞行器关于着陆跑道起点的水平面的第一当前高程；
[0044]-第五计算单元，被配置为计算飞行器相对于着陆跑道起点的水平面的、与接近剖面上此当前位置的高程对应的第二当前高程；以及
[0045]-第六计算单元，被配置为计算分别从所述第四和第五计算单元收到的所述第一与第二当前高程之间的差，此差被传送到引导单元，该引导单元使用此差来垂直地引导飞行器。
【附图说明】
[0046]若干附图将给出如何能够产生本发明的清楚理解。在这些图示中，一致的引用号指明类似的要素。
[0047]图1是展示本发明实施例的垂直引导设备的框图；
[0048]图2以平面图示意地显示了横向接近轨迹；
[0049]图3是垂直引导设备的中心单元的具体实施例；
[0050]图4和图5讲解了对于本发明的具体实施例确定地面轮廓；
[0051]图6显示了实施本发明所用的传感器在飞行器上的位置；
[0052]图7是垂直引导设备的一个元件的具体实施例；
[0053]图8解释了跟踪误差的后果。
【具体实施方式】
[0054]在图1中示意地表示的并展示了本发明的设备I意在沿着横向接近轨迹TA接近着陆跑道2期间(图2)至少垂直地引导飞行器AC，尤其是民用运输机。尽管在图2中接近轨迹TA被表示为直线，但是本发明适用于任何类型的接近轨迹，包括一条或多条直线和/或弯曲段的结合。
[0055]为此，飞行器AC中嵌入的这种垂直引导设备I包括:
[0056]-常规跟踪单元3