CN88101955A - 没有着落襟翼输入的近地进场警报系统 - Google Patents

Abstract

一种近地警报系统可以在不提供着落襟翼输入信号情况下判明飞机向机场作最后着落。用简单的几何图形模拟机场及周围的地形地貌，如用一个倒置的截头圆锥体来模拟。系统利用导航数据从几何模型测到飞机的距离。当确定飞机是在几何模型定义的区域内时，该系统提供一个启动各种警报系统的启动包络面，指示飞机正在向机场作最后着落。此外，一种用来改变启动包络面的系统使启动包络面随着飞机与特定跑道之间的对准度的变化而改变。

Description

本发明概述了一种系统，它可以用在飞机最后进场着落时来启动飞机的近地进场警报系统，更具体地说，本发明是涉及到飞机最后进入机场着落时，该系统不需要用襟翼位置输入信号就可提供一种启动包络面。

众所周知，一旦出现危险飞行条件，就会有各种系统发出警报或咨询性指示。而在这类系统中，那些用来监视飞机飞行条件和一旦出现同地面有意外碰撞的危急飞行条件时会发出警报的系统都称为近地警报系统。属于这类系统所监视的飞行条件有：无线电高度和定值、气压高度和定值、气流速度以及襟翼和起落架的位置等。对上述这些参数都要予以监视，并且一旦上述条件或参数之间的关系指示飞机处于可能与地面相撞时，系统会发出警报和咨询性指示。这类系统的典型样品已在美国有关专利中公开过，其专利号分别为：3，715，718;3，936，796;3，958，218;3，944，968;3，947，808;3，947，810;3，934，221;3，958，219;3，925，751;3，934，222;4，060，793;4，030，065;4，215，334;4，319，218;所有这些专利与本发明一样都转让给同一受让人。

万一在危险飞行条件时，上述系统就会发出咨询性警报。然而，在警报标准的最佳设计中，难于达到使警报标准适合于飞行的所有阶段。尤其是在某些情况下，例如在飞机最后进入机场阶段，希望变更警报标准以减少使人麻烦的警报。若干种现有技术系统在飞机最后进场着落时，利用代表飞机构造型式的信号来控制警报标准的变更。

在这类构造型式的应答系统中，如襟翼和起落架位置的信号是用来代表飞机向机场作最后着落。在这类系统中用40°的襟翼位置来指示飞机正在向机场作最后着落。之所以用40°襟翼定位，是因为它是一种单一的襟翼定位，只是在飞机作最后进场着落时才使用。然而现今某种新型飞机，在最后进场着落期间使用20°襟翼定位。这样，定位便可用于飞行的各个阶段，而不仅仅使用在最后着落阶段。这就使得用襟翼位置信号作为飞机正在作最后进场着落的指示成为不可能，因为这时无法把最后进场着落所用的20°襟翼定位与飞行不同阶段所用的20°襟翼定位区分开来。

因此，本发明的目的是提供一种警报系统，克服了现有技术系统的许多缺点。

本发明另一个目的是提供一种装置，该装置不需要用襟翼位置信号就能测定飞机是否正在向机场作最后着落。

本发明另一个目的是提供一种检测飞机接近特定机场的装置，同时可省去飞机操作板上相当数量的存储器。

本发明再一个目的是提供一种启动包络面，该包络面根据飞机相对机场的位置启动各种警报系统。

根据本发明的最佳实施方案公开的一个系统，可以在飞机向机场作最后着落时，产生一个启动各种警报系统的启动包络面。具体地说，各个机场以及邻近地形地貌可由一个简单几何图形予以模拟，例如可由一个倒置的截头圆锥体来模拟，它是由其中心点的纬度和经度坐标来确定的，即由半径R₁-圆锥体最小圆截面半径和半径R₂-圆锥体最大圆截面半径来确定。飞机的各个瞬时坐标同每一个机场坐标相比较，都可通过锥体来模拟，该系统放在最近机场上，然后决定飞机和机场之间距离。当飞机进入锥体所模拟的区域时，系统就发出一个启动包络面，指示飞机正在向机场作最后进场着落。该系统还可测出飞机相对特定跑道之间的对准度，并能相应变更启动包络面。

通过下列详细说明和附图可对本发明的上述各个目的及其优点更加明确。

图1是一个典型机场的垂直剖面图，表示周围的地形地貌;

图2是一个倒置的截头圆锥体的投影图，是按照本发明模拟的机场和周围的地形地貌;

图3是一个按照本发明的包络面，用于模式2型的警报;

图4是一个系统功能方框图，按照本发明，对近地警报系统提供一个启动包络面;以及

图5是一个系统功能方框图，按照本发明，用来测定飞机与特定跑道之间的对准度。

参阅附图，特别是图1，表示一个典型机场的垂直剖面图，并把周围的地形地貌显示出来。对于世界上各种机场来说，环境机场地形的地貌将会有很大不同，然而如下面详细说明那样，每个机场及其周围的地貌可以用一个简单几何图形来模拟，例如可用一个倒置的截头圆锥体来模拟。根据本发明，此系统可从几何形状中测出飞机的距离，以作为飞机在作最后进场着落时的指示。

该圆锥体是由其中心点的纬度和经度坐标以及半径R₁和R₂来确定。参阅图2，半径R₁对应于此圆锥体最小圆锥面半径，它用来表示机场周围的地形。半径R₂对应于此圆锥体最大圆截面的半径，它用来表示机场周围可能存在的危险障碍物的地形。在图2所示的同心圆说明了本发明的一个重要特点。即半径R₁和R₂是可选的。一般说来，通过改变半径R₁和R₂比例，启动包络面的等高线就会变更。下面将对本发明的这种情况予以更详细说明。应理解为本发明不局限用于倒置的截头圆锥体。其它几何形状也可运用。

图3表示模式2型（包围的地形）警报系统的启动包络面。在现有技术中，模式2型警报系统是众所周知的，一旦地形和飞机之间的距离以相当高速率下降时，这种系统能向飞机的驾驶员提供指示，该指示是飞机离开地面高度的函数。传统的模式2型警报系统实例已由Bateman等人在美国专利3，958，219中公开过，该专利与本发明转让给同一个受让人。

在传统的警报系统中，警报标准在某些飞行阶段（例如最后进场着落阶段）可以变更，以便减少或取消使人麻烦的警报。某些现有技术的警报系统，利用襟翼位置信号来指示飞机向机场作最后进场着落落。然而，由于对某些较新型飞机来说，襟翼位置已不是在飞行的特定阶段才用。根据本发明，当飞机处在最后进场飞行阶段，该系统能提供一个启动各种警报系统的包络面，而不再需要用襟翼或起落架位置的信号。每当飞机是在包络面范围内时，各种近地警报系统，例如模式2型和模式4型警报系统就被启动。

这里以模式2型警报包落面只作为一个实例便于说明。根据本发明的系统还可以用来启动其它各种警报模式，甚至可用在控制系统中。参阅图3，线6代表启动包络面的下限。此处包络面的下限为400英尺;当然也可用其它的下限。当飞机是在半径R₁所确定的圆内时就使用下限。线2代表警报包络面的上限，例如，此处的上限标为1650英尺。当飞机与机场距离等于或大于半径R₂时可使用上限。当飞机与机场距离等于或小于R₂时，便产生一个启动包络面，以指示飞机作最后进场着落。当飞机是在R₂和R₁之间的圆区域内时，此启动包络面的倾斜情况如图3所示，并且其倾斜度随着与R₁之间距离的变化而改变，可由线4予以说明。通过改变半径R₁和R₂的比例，斜率就可变更。

图4是按照本发明系统的功能方块图，用来测定飞机是否向机场作最后进场着落，而不需要用襟翼位置信号。该系统测定飞机与机场之间的距离，如用几何形状（例如倒置的截头圆锥体）来模拟，用来指示飞机正向机场作最后进场着落，并且没有使用襟翼、位置信号。为了说明清楚，现通过一系列功能方框图来说明本发明的系统。应该理解到：此系统的实际实施可以用各种方法。代表飞机此刻的纬度和经度信号称为第二信号源，可以从飞机操作板上的导航系统（未示出）得到。这些信号通过线12和14被加到当地机场上的定期搜索方框16内，并相应加到加法接点18和20上。当地机场上的定时搜索方框16的功能是向飞机提供最近机场的坐标，并产生一个代表该机场半径为R₁和R₂的两个圆的信号。一般说来，是这样进行的：即此刻飞机的纬度和经度与贮存在飞机操作板上的各个机场坐标相比较。此系统在美国专利申请序号为06/560，073中作了更详细说明。该申请是在1983年12月9日提交的，并且与本发明转让给同一受让人，因此一并作为参考。

代表最近机场纬度和经度的信号称为第一信号源，相应地被送到加法接点18和20的负输入端上。加法接点18的输出是Y信号，它代表此刻飞机纬度和靠近机场中心点纬度之间的距离。加法接点20的输出是X信号，它代表此刻飞机经度和最近机场中心点经度之间距离。可以对此距离作误差修正，该误差是由于飞机的高度接近北极或南极时由于经度的会聚引的。这可以用一个球面对平面坐标变换装置23来完成，它把经度之差转成平面距离，是纬度的函数。X和Y信号分别由功能方块22和24所代表的装置来自乘，并在加法接点26上叠加。加法接点26的输出是信号D²，它代表此刻飞机的经度和纬度与最近机场所对应的经度和纬度之间的距离平方之和。把信号D²加到一个平方根装置28内。该平方根装置28的输出是信号D，它代表此刻飞机的两个坐标和最近机场的两个坐标之间各自距离的平方和的平方根。将此信号D送到加法接点30的正输入端上。把从当地机场定时搜索功能方块16，即从代表机场和其邻接地形模拟所用到的倒置截头圆锥体的半径为R₁的圆上来的信号送到加法接点30的负输入端上。从加法接点30上来的输出信号被证明是D-R₁信号，它代表飞机与半径为R₁的圆之间的距离。把D-R₁信号加到除法器36上。同时把信号R₁加到加法接点32的负输入端上，加到该点上的还有代表半径为R₂的圆的信号，它也是从当地机场定时搜索16上取得的。加法接点32的输出是R₂-R₁信号，它代表R₂与R₁之间的距离。把R₂-R₁信号加入到除法器36上，并且去除D-R₁。因此，当飞机接近机场时，除法器36给出的信号是不断变化的，而且是飞机到机场距离的函数。除法器36输出代表下列信号：

(D－R₁)/(R₂－R₁)

D＝飞机与最近机场中心坐标之间的距离，

R₁＝紧靠着机场周围的锥体的最小圆截面的半径，

以及

R₂＝紧靠着机场周围的锥体的最大圆截面的半径。

于是，当D小于或等于R₂时，就可设想飞机正在作最后进场着落。因而此信号可用作启动各种警报标准。同样，当飞机飞在机场上空时，也可用此包络面来表示飞机正处在飞行的非着落阶段。此外，本发明系统还解决了某些传统系统中存在的问题，在传统系统所用的起落架位置信号来作为飞机正在作最后进场着落的指示，在本发明中就可省去。在某种飞机上，尤其是战斗机，在非着落绕圈飞行阶段并不改变着起落架的位置。因而对这类飞机就无法来区分最后进场着落与非着落绕圈飞行阶段。根据本发明的系统就避免了这个问题，因为按照本发明，判断飞机的最后进场着落与非着落的绕圈飞行并不依赖于襟翼或起落架位置的信号。

除法器36的输出信号也可以与各种近地警报系统一起使用，作为指示飞机正在作最后着落或处在飞行的非着落阶段。如图3和4所示，把除法器36的输出信号作为模式2型（包围的地形）和模式4型（空旷的地形）警报系统的输入端信号。当然，本发明并不局限于使用这两种模式的地形。当飞机正在作最后进场着落或非着落时，这种不需要用襟翼或起落架位置信号的也可用在需要用襟翼或起落架位置信号的任何警报或控制系统中。如图所示，当把模式2型和模式4型警报系统连接在一起使用时，把除法器36的输出信号加到数值在0与1之间范围内变化的限幅器38上。把限幅器38的输出信号加到乘法器40上，提供模式2型警报系统使用。此乘法器40把限幅器38来的信号与代表无线电高度为1250英尺的信号相乘，把乘得的信号与代表400英尺的偏置信号一起加到加法接点44的正输入端上，以产生一个启动模式2型警报系统的包络面。由于限幅器38的输出可以在0与1之间随着飞机与机场距离的变化而改变，启动包络面的范围是在400与1650英尺内变动，如图3中的线4和线6表示的。

同样，当用在模式4型警报系统时，可以把限幅器38的输出加到乘法器42上，它把限幅器38来的信号与代表无线电高度为500英尺的信号相乘。因此，很明显，这里公开了一种装置，对不需要用襟翼或起落架位置信号就能测定飞机与最近机场之间的距离并且还发出表示飞机正在作最后进场着落信号。于是就可以把襟翼或起落架位置信号输入到需要这类信号的各种警报和控制系统中去。

根据本发明的另一个重要特点，还公开了一个系统，它可测定飞机与特定跑道之间的对准度，并且可变更启动包络面，前面已介绍过，该包络面是随着飞机与跑道之间的对准度而变化的。这种特点可用图5来阐明。信号X、Y分别为经度和纬度，代表飞机与机场之间的距离。将这些X和Y信号加到除法器46（图5）上。信号X和Y是从加法连接点18和20（图4）的输出端上得到的。随后将除法器46输出的商信号加到一个绝对值装置47上。此绝对值装置47所产生的输出信号总是正值。把该绝对值装置47的输出加到一个反正切装置48上，它输出一个信号，该信号代表了一个此刻飞机位置和最近机场中心点坐标所成线段与参考基线所成的角度，并称为第三信号源。把反正切装置48的输出送到加法连接点50的正输入端上。把代表有关跑道与基线相交角度的信号经过线52送到加法连接点50的负输入端上。于是加法连接点50的输出信号代表此刻飞机的相对位置和跑道之间的角度差。换句话说，加法连接点50提供一个代表飞机与特定跑道之间的对准度的信号。而这信号可以用来给出半径R₁和R₂的距角，它是飞机与特定跑道之间对准度的函数。

上述距角的作用是由乘法器56、60、62、加法连接点58以及绝对值装置54完成的。当本发明的这个特点与模式2型警报系统连接使用时，例如图3所示，其效果是改变图3上所示的线4的斜率。一般说来，线4的斜率随着飞机与跑道的对准而减小，并且随着飞机与跑道的偏离而增大。

尤其是加法连接点50的输出被加到绝对值装置54上，前已介绍，该装置总是提供正的输出信号。把绝对值装置54的输出加到乘法器56上。该乘法器56的比例系数为 1/180 。当然，也可采用其它比例系数，将乘法器56的输出信号送到加法连接点58的负输入端上。将数值为1的偏置信号送到加法连接点58的正输入端上。由于在反正切装置48之前是绝对值装置47，所以从反正切装置48输出的各种信号将代表0°与90°之间的各个角度。因而，乘法器56上输出信号将是一个在0与1/2之间变化的信号。于是加法连接点58输出的信号将是一个在1/2与1数值之间的信号。随后把加法连接点58的输出信号加到乘法器60和62上，用来对半径R₁和R₂的起始值进行定标。

如果飞机与特定跑道之间是对准的或接近对准的，那么送到加法连接点58上的信号是零或接近零。在此情况下，加法连接点58的输出是数值为1的信号。于是，可不必对半径定标。相反，当飞机与跑线成90°，则乘法器装置56的输出将是一个数值为 1/2 的信号。这将导致在加法连接点58上输出一个具有数值为 1/2 的信号。因此，当飞机和跑道没有对准时，半径R₁和R₂的长度将下降，使线4（见图3）的斜率加大，而大的斜率起因于图3所示的警报曲线上的400英尺点和1650英尺点之间的距离较短。

上述系统可以使飞机上外加存储器的数量大为减少。倒置的截头圆锥体是用它的中心点的纬度和经度以及半径R₁和R₂来确定的。该圆锥体的每个经度和纬度坐标可贮存在各自的16个比特位上，总共为32个比特位。另外8个比特位可用作能够允许选取R₁和R₂上。于是每个机场就总共需要40比特位的存储器。为了贮存4300个机场的信息，对于上述系统就需要在飞机上外加容量为21.54字节的存储器。该存储器的容量既可增加也可减少，这取决于需要在飞机上希望贮存机场的数目。按照本发明的系统并不需要在机上装有累赘的和过高数量的外加存储器。

显然，根据前面叙述的具体技术，可以在本发明的基础上作出许多修改和变动。但是应理解为：在权利要求的范围内，除了上面专门说明具体情况以外还可在其他方面实施，而且都应属于本发明的范围之内。

Claims (24)

1、一种用在飞机上的警报系统，包括：

警报装置，用来发生一个警报，该警报随预定标准的变化而变化；

计算装置，用来计算飞机和参考点之间的瞬时距离；

启动装置，响应上述计算装置，随飞机和参考点之间距离的变化而改变对上述警报装置的启动。

2、一种如权利要求1所述的系统，其中上述的参考点包括一个机场。

3、一种用在飞机上的系统，包括：

测定装置，用来根据飞机相对于参考点的位置，测定飞机是否处于最后进入机场着落;

响应装置，响应上述测定装置，用来发生一个表示飞机是处于上述最后着落的信号。

4、一种如权利要求3所述的系统，其中上述测定装置测定此刻飞机位置和参考点之间的距离。

5、一种如权利要求4所述的系统，其中上述参考点包括一个机场。

6、一种如权利要求4所述的系统，其中上述测定装置测定此刻飞机的纬度和经度与参考点的纬度和经度之间的差值。

7、一种如权利要求6所述的系统，其中测定装置包括用来产生一个信号的装置，该信号代表此刻飞机纬度与参考点纬度之间距离的平方与此刻飞机经度与参考点经度之间距离的平方之和的平方根。

8、一种如权利要求4所述的系统，其中上述参考点是位于由几何图形所确定区域内，上述几何图形的几何中心位于上述参考点上。

9、一种如权利要求8所述的系统，其中上述几何图形包括截头园锥体，其园截面的半径分别为R₁和R₂。

10、一种如权利要求9所述的系统，其中由上述半径为R₁的上述园截面确定机场。

11、一种如权利要求9所述的系统，其中由上述半径为R₂的上述园截面确定飞机最后着进场着落点。

12、一种机载系统，用来为警报系统提供一个启动包络面，包括：

一个第一信号源，代表上述参考点的经度和纬度;

一个第二信号源，代表此刻的上述飞机的经度和纬度;以及

响应装置，上述第一信号源，代表上述参考点的经度和纬度;

响应上述第二信号源，代表此刻飞机的经度和纬度以提供一个启动警报系统的启动包络面，该包络面随飞机相对于该参考点的相对位置的变化而改变的。

13、一种如权利要求12所述的系统，其中上述参考点包括一个机场。

14、一种如权利要求13所述的系统，还包括一个信号源，代表特定跑道相对基线形成的相应角的位置，和响应上述第一和第二信号源的装置，以提供一个代表飞机与跑道对准度的信号。

15、一种在飞机上的警报系统，包括：

一个警报装置，用来按照预定标准发出一个警报;

一个第一信号源，代表一架飞机的经度和纬度;

一个第二信号源，代表一个参考点的经度和纬度;

启动装置，响应上述第一信号源和第二信号源，以启动上述警报装置，随飞机和参考点之间距离的变化而改变启动。

16、一种如权利要求15所述的系统，其中上述参考点是一个预定的几何图形。

17、一种如权利要求16所述的系统，其中上述预定的几何图形包括一个倒置的截头园锥体，其园截面的半径分别为R₁和R₂。

18、一种如权利要求17所述的系统，其中用上述半径R₂代表一架飞机正在开始进入最终进场着落的那一点。

19、一种如权利要求16所述的系统，还包括一个第三信号源，代表在一个基准范围内的一个特定跑道的相对角位置，以及响应上述第一、第二和第三信号流的装置，以提供一个代表飞机与跑道对准度的信号。

20、一种如权利要求19所述的系统，其中上述半径R₁和R₂可以随飞机与跑道对准度的变化而改变。

21、一种飞机上的系统，包括：

警报装置，当飞机遇到危险飞行条件时发出警报;

启动装置，按照预定的标准启动上述警报装置;

一个第一信号源，代表预定跑道的航向;

一个第二信号源，代表飞机的经度和纬度;

测定装置，响应上述第一信号源和第二信号源，以测定飞机与上述预定跑道的对准度，并变更上述启动装置使用的上述标准。

22、一种如权利要求21所述的系统，还包括

警报装置，当飞机遇到危险飞行条件时，按照预定的警报标准，发出一个警报信号;

启动装置，按照预定的启动标准，启动上述警报装置;

变更装置，用来变更上述预定的启动标准，并随飞机与所定跑道的对准度的变化而改变。

23、一种用于飞机上的系统，包括：

一个第一信号源，代表飞机的经度和纬度;

一个第二信号源，代表用一个预定的几何图形模拟的预定机场;

响应装置，响应上述第一信号源和第二信号源，用来发出一个距离信号，代表飞机和用上述预定几何图形模拟的最近的机场之间的距离;

警报装置，当飞机遇到危险飞行条件时，发出警报信号;

启动装置，响应上述提升距离信号的装置，在与上述机场相隔一个预定距离时，产生一个启动信号，以启动上述警报装置;以及

第一变更装置，以变更上述启动标准，随飞机与上述最近机场间距离的变化而改变。

24、如权利要求23所述的系统，还包括：

一个第三信号源，代表在上述最近机场上一个预定跑道的航向;以及

第二变更装置，用来变更上述启动装置的上述启动标准，随飞机与上述跑道对准度的变化而改变。

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