[发明专利]垂直飞行显示器的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月4日提交的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR VERTICAL FLIGHT DISPLAY”的美国临时专利申请第62/171,021号的优先权权益，该申请由本申请的受让人拥有并且通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明的领域涉及航空电子仪表，并且更具体地，涉及包括垂直飞行信息的航空电子仪表。

背景技术

飞机垂直飞行航迹的有效管理包括精确且及时地控制飞机俯仰姿态和动力。垂直飞行信息尤其如此，与存在明显更大误差空间的水平或横向情况相比，对于垂直飞行信息，是以几十英尺为单位来测量误差。以前适合手动控制这两个参数的信息已经被显示在不同的仪表上并且具有不同的动态特性，因此，如果需要某些类型的转换，例如，恒定速度上升或下降等，则需要飞行员检查多个仪表。

提供该背景是为了介绍以下的发明内容和具体实施例的简要背景。该背景不旨在帮助确定所要保护的主题的范围，也不视为将所要保护的主题局限于解决上面提出的任何或所有缺点或问题的实施方式。

发明内容

以前由于缺乏计算带宽并且对许多飞机来说缺乏足够的传感器(例如，惯性感测设备)以及集成这些传感器信息的方法等原因，所以将上面列出的所有信息集成到单个仪表中是不可行的。

另外，在基于性能的导航(PBN)可用之前，除了恒定高度的航段和最后的进场段之外，很难有动机将特定的垂直航迹并入到飞机飞行计划中。此处要注意的是，基于性能的导航(PBN)通常是利用量化的实时确定性来定义飞机在地球表面上的位置的任何方式。这种能力是在全球实现更大容量的航空交通的ICAO计划的基础。FAA将PBN的构思用作美国下一代航空交通控制系统的基础。PBN的日益增加使用使精确的垂直航迹导航(包括，例如，下降)对于管理高密度地区的交通来说很重要。

对这种垂直航迹进行可视化已经被局限于传统的偏差显示器，并且在一些飞机类型中，局限于垂直状态显示器(VSD)。这种显示器旨在提供预期航迹的“大图”概览，但是依赖于自动驾驶仪或飞行指引仪来实现所需的航迹跟踪精度。

根据本原理的系统和方法向飞行员提供了一种具有足够的航迹灵敏度和趋势信息的垂直飞行显示器(VFD)以参照显示器来直接控制飞机，同时无论飞机的速度如何都能实现所需的航迹精度。由于显示器支持精确的手动飞行，所以其还可以提供一种明显增强的监测自动飞行的方式。该系统和方法因此可以与自动驾驶仪或飞行指引仪接口连接以控制飞机或向飞行员提供命令。

根据本原理的系统和方法还提供了一种航迹定义系统，例如，可以在完全定义的航迹是规范的ICAO/FAANextGen航空交通系统中采用该航迹定义系统。

这样，根据本原理的系统和方法提供了一种垂直飞行显示器，该垂直飞行显示器将关于飞机接近度的敏感状态数据与显示当前控制动作的结果的预测数据一起合并到期望垂直航迹，将这些方面合并到单个显示器中使飞行员能够精确地协调俯仰和动力并且能够立即观察到控制变化将会对垂直飞行航迹和总能量状态产生的影响。

因为支持航迹控制所需的水平和垂直缩放与为飞行员提供发展中的垂直状态的长期概览所期望的缩放不一致，所以可以利用配套的垂直状态显示器(VSD)来增强VFD。可以采用VSD内的矩形区域来向飞行员显示在VFD内显示的区域。

根据本原理的系统和方法进一步提供了一种使飞行航迹角和飞行计划航迹在VFD上可视化的方式。这种显示器通常在大多数飞机上都不可用。在进一步实施方式中，根据本原理的系统和方法还包括使潜在飞行航迹角可视化的方式，其可以有利地将该潜在飞行航迹角用作能量管理工具。可以采用潜在飞行航迹角内的数据来帮助飞行员理解总能量情况，并且相应地采取措施。例如，如果通过显示为给飞行航迹角加上括号的加速度符号来体现潜在飞行航迹角，那么飞行员具有适量的推力来保持当前的飞机速度和当前的飞行航迹角。如果在当前的飞行航迹角上方显示加速度符号，那么飞行员知道正在添加能量并且飞机将会爬升或加速或执行两者的混合。同样，如果加速度符号在飞行航迹角下方，那么没有足够的能量来维持当前的状态，并且飞机将会减速、下降、或者两者都会。