专利名称：在显示器上呈现气象灾害信息的方法和系统的制作方法
技术领域：
有效的海洋操作通常需要飞行高度改变。上升或下降提供了优化性能以利用顺风 或避免涡流。
背景技术：
目前的海洋操作限制飞行高度改变的机会，有许多原因 飞行在大约同一时间沿相同的路线操作(局部密集交通)；
降低的监视性能(与雷达相比)导致安全过程间隔的大间隔最低限度。自动相关监视-广播(ADS-B)高度层更改程序(ITP) (in trail procedure)是 通过另外阻止的飞行高度的机载ADS-B使能的上升和下降。ITP基于被认可的国际民用航 空组织(ICAO)程序，由此控制器基于从机组人员中继的驾驶舱源导出的信息分开飞机。ITP 允许同一航道上的前机(leading aircraft)或后机(following aircraft) 通过由其它飞机占用的飞行高度而上升或下降到期望的飞行高度。ITP显示器使机组人员 能够确定在干预飞行高度(intervening flight level)相对一个或两个参考飞机是否满 足ITP的特定标准。这些标准确保了 ITP飞机与参考飞机的估计位置之间的间距总是超 过IONM的ITP间隔最低限度，而在上升或下降期间垂直间隔不存在。一旦机组人员已经确 定满足ITP标准，他们就请求ITP上升或下降，在许可(clearance)请求中标识任何参考飞 机。空中交通管制(ATC)必须确定对于在请求的飞行高度——并且在初始飞行高度与请求 的飞行高度之间的所有飞行高度的所有飞机是否都将满足标准间隔。如果满足，则可能准 许标准(非ITP)飞行高度改变许可。否则，如果参考飞机是唯一阻止飞机，则控制器评估 ITP请求。ATC确定参考飞机是否已经被许可改变速度或改变飞行高度，或将要达到航道显 著改变将发生的那点。控制器还确保请求飞机在另一个程序中不被参考。ATC还确保与参 考飞机的正马赫差不大于0.06马赫。如果满足这些标准中的每一个，则ATC可发出ITP飞 行高度改变许可。图1和2中示出了 ITP上升的示例。ITP飞机在处于更高干预飞行高度(FL350) 的参考飞机后面。标准空中交通管制(ATC)程序应用于其它飞机(两个飞机处于FL360，一 个处于FL350)。ITP需要新机载设备来提供有关附近交通的改进信息。来自这些飞机的ADS-B数 据广播提供了比目前可用于海洋控制器的位置数据更准确的位置数据。更准确的机载监视 数据便于通过干预飞行高度促进安全飞行高度改变。机载ITP系统接收包含飞行标识、高 度、飞机位置、对地速度和数据质量信息的ADS-B数据。ITP系统在交通显示器诸如交通信 息驾驶舱显示器(CDTI)上显示从接收的ADS-B数据导出的信息。平面视图和垂直情景意 识显示器(VSAD)都是可能的，见图3。

发明内容
本发明提供了用于改进高度层更改程序显示器上的情景意识的系统和方法。雷达系统发射雷达信号，并接收气象雷达反射率值并将它们存储在三维缓冲器中。示例处理器 确定任一个存储的气象反射率值是否指示存在气象灾害，并基于存储的气象反射率值生成 一个或多个气象灾害图标。高度层更改程序显示装置显示生成的气象反射率和气象灾害图 标。生成其它飞机的尾流信息并输出在高度层更改程序显示器上。再者，当基于规划的变 换、任何现有气象灾害、邻近飞机的尾流和高度层更改程序确定不许可该飞机变换到请求 的高度时，处理器接收对高度改变的请求并生成警报。


下面参考如下附图详细描述本发明的优选和备选实施例。图1和2例证了在海洋飞行操作期间执行高度改变的飞机的侧视图； 图3例证了根据现有技术形成的高度层更改处理(ITP)显示器；
图4例证了根据本发明实施例形成的系统的示意图； 图5和6例证示出根据本发明实施例功能性的ITP显示器； 图7-1例证了示出尾流功能性的部分ITP显示器； 图7-2例证了根据本发明实施例生成的尾流图标；以及 图8例证了各种高空风图标。
具体实施例方式图4例证了用于提供飞机20上的改进高度层更改程序(ITP)功能性的系统的实 施例。示范系统包含气象雷达系统40、处理器42、存储器43、ITP显示装置44、数据链路 (例如ADS-B)45、用户接口 48和存储器43以及其它飞机系统46。雷达系统40的示例包含 雷达控制器50、发射器52、接收器54和天线56。雷达控制器50控制用于执行通过天线56 发送和接收信号的发射器52和接收器54。气象雷达系统40和处理器42与飞机系统46进 行信号通信。 雷达依赖于电磁能量脉冲发射，本文称为信号。与期望的发射方向(downrange)图 像的整个宽度相比，天线56很窄地聚焦信号脉冲的发射。像来自手电筒的光一样，这个窄 信号照亮了其路径上的任何对象(目标60)，并且被照亮的对象将电磁能量反射回天线。反射率数据对应于由驻留在气象对象诸如云或暴风雨中或驻留在邻近生成液体 和/或冻结水滴的云或暴风雨的区域中的液体(例如雨)和/或冻结水滴(例如冰雹、冻 雨和/或雪)反射回雷达的那部分雷达信号。雷达控制器50或另一个处理器基于所发射的信号脉冲在从天线56到目标60并 返回天线56的变换中所花费的时间长度计算气象对象相对于天线56的距离。距离和时间 的关系是线性的，因为信号速度是恒定的，近似真空中的光速。存储器43包含用于存储反射率数据的三维体积缓冲器(volumetric buffer)。处 理器42具有基于存储在体积缓冲器中的反射率值推断出闪电、冰雹或涡流的能力。访问体 积缓冲器的处理器42向ITP显示装置44提供气象和尾流信息。由ITP处理器42生成的ITP上升或下降请求包含来自气象雷达系统40的气象信 息和尾流信息以及基于经数据链路45接收的信息的有关任何ITP飞机或气象的信息。飞 行员获得附加气象信息，并基于附加数据进行高度改变请求，如果需要的话。在一个实施例中，海洋空中交通管制器(OATC)也获得这个信息，即，它经ITP请求发射到0ATC。ITP平面视图、垂直情景意识显示器(VSAD)和/或三维显示装置44呈现所有相关数据。这个数据包含
机载三维气象反射率数据；
机载气象灾害信息，诸如存在涡流、对流活动、冰雹、闪电； 预测的尾流信息；
数据链送的(data-linked)高空风数据； 数据链送的气象(所提供的服务)；以及 来自其它飞机的数据链送的气象(例如PIREPS、温度、气压)。示例气象雷达系统是霍尼韦尔的IntuVue 气象雷达，其包含三维体积缓冲器。雷 达系统40不断扫描飞机20前面的整个三维空间，并将所有反射率数据存储在以地面为参 考的三维(或“体积”)存储缓冲器(存储器43)中。缓冲器不断用来自新扫描的反射率数 据更新。存储在缓冲器中的数据补偿飞机移动(速度、航向、高度)。缓冲器中的数据例如 以每30秒的速率更新。三维方法采用提供总共-15到+15度倾斜控制范围内的全覆盖的 扫描方案。从缓冲器提取反射率数据以生成期望的显示视图，不用必须进行(并等待)视 图特定的天线扫描。在一个实施例中，以一秒间隔执行这种提取和图像生成(相比常规雷 达的四秒)。用三维体积缓冲器数据，显示呈现不限于对常规雷达固有的单个倾斜平面。本发明提供了对ITP显示装置44的气象意识增强，其包含 三维气象反射率数据；
气象灾害信息，诸如存在涡流、对流活动、冰雹、火山灰、闪电； 尾流；
高空风数据；
数据链送的气象(来自服务提供商)；以及 来自其它飞机的数据链送的气象。图5示出了集成在具有平面视图区102和垂直情景意识(VSA)区104的ITP显 示器100上的三维反射率数据。还示出了涡流数据。在一个实施例中，以其它飞机的图标 当呈现在ITP显示器100的VSA区104上时被显示以反映ITP位置(也可使用实际范围) 的相同方式转换从体积气象缓冲器中检索的气象反射率数据。换句话说，ITP显示装置44 上其它飞机的显示位置将到自己飞机的飞行路径的其它飞机的运动/汇聚考虑进去。本机 (ownship)目前航道上的和规定横向距离内的所检测气象的运动和计算中心位置还用于调 整ITP显示装置44上的相关联图标的纵向ITP位置(或备选实施例上的范围)。在另一个 实施例中，还可对于呈现在平面视图区102中的图标执行这种转换。所检测的气象条件在 平面视图区102中呈现为(多个)第一图标110，并在VSA区104中呈现为(多个)第二图标 120。在另一个实施例中，当气象反射率数据呈现在ITP显示器100的VSA区104上时， 使用实际范围(并因此不使用ITP距离)。由此，VSA区104上的X轴可以是ITP距离或实 际范围。这意味着飞行员将具有三个可能的显示(平面视图、具有其它飞机的基于ITP的 VSA显示以及具有气象和具有或没有交通的基于范围的VSA显示)。图6示出了所包含的闪电和冰雹图标，所检测和显示的气象条件164、166显示在ITP显示器150的平面视图和VSA区。“本机”图标162显示在ITP显示器150的两个区中。图7-1和7-2例证了示出基于在存储器43中存储的和/或从目标飞机经数据链 路45接收的信息的相关尾流信息的ITP显示器180的VSA区。尾流图标188示出了来自 目标飞机图标184的尾流烟缕(Δ航线飞行818)。示出了预测飘降路径，拖尾距离、宽度、 旋转速度(R 180° S=每秒向右滚动180° )。其它标识符可包含是指180度秒的顺时针 滚动速率的C-ROLL 180°秒以及是指180°秒的逆时针滚动的CC-ROLL 180°秒。根据飞 机样式/型号、速度、高度和外界条件(即ISA温度、压力)预测尾涡流。ADS-B消息(经数 据链路装置妨)发送飞机样式/型号、高度、速度等。处理器42将接收的信息与板上存储 的尾涡流预测算法相关，并生成允许机组人员在上升或下降之前快速评估他们对尾流遭遇 可能性的直观尾流图标188。可以在ITP显示器上呈现其它图标。示范图标示出了结冰、高空风等的垂直维度。 预报或报告的高空风、外部气温(OAT)和气压以及乘坐报告(即PIREPS)都可用于通知飞 行员何时接收、变换并呈现在ITP显示装置44上。本机头前的飞机数据链送(data-link) 实际条件，而气象服务提供商沿飞行路线发送预报条件以及实际气象。这种气象数据在某 些情况下将必须外推成三维模型，而在其它情况下，提供商将打包该三维数据。如图8中所 示，高空风图标可包含速度和信息源。信息源的示例包含预报风(FW)、来自头前并在同一高 度的飞机的数据链送的风(DL)以及数据链送到“本机”的飞行员报告(PIREPS)风(PR)。机组人员在ITP上升或下降期间的关键任务之一是在检测潜在的阻止飞机之前 选择期望的飞行高度。在机组人员选择了期望的高度之后，在ITP显示器的垂直剖面区上 加亮那个飞行高度。在一个实施例中，如果期望的飞行高度通过或在来自灾害区域的预定 义横向和垂直约束内，则处理器42给机组人员提供可视、可听和/或可触摸警报。灾害可包 含涡流、冰雹、闪电、对流活动、火山灰或尾流。其它灾害可包含破坏ITP程序，如果执行了 高度改变的话。可视警报提供在ITP显示器的VSAD区、平面视图和/或三维显示器上。图 7-1示出了 ITP显示器180上的尾流和高度变换警报。期望的飞行高度(350)通过灾害区 域(尾流)，并由此可视地编码飞行高度(例如闪现和/或不同着色(例如琥珀色))。也 可以呈现可听和/或可视文本消息“检查期望的飞行高度”。可以向飞行员提供(经用户接口 48)菜单系统，使得飞行员能够仅仅选择或整理 那些感兴趣的并与机组人员的判定相关的那些气象对象。可以向机组人员提供警报，以使 得显然的是期望的飞行高度或航道改变可将飞机带到灾害气象的区域中。在另一个实施例 中，选项允许机组人员选择基于ITP距离或实际范围的显示器。
权利要求
1.一种在飞机上执行的方法，所述方法包括 自动发射雷达信号并接收气象雷达反射率值； 将接收的气象反射率值自动存储在三维缓冲器中； 确定任一个存储的气象反射率值是否指示存在气象灾害；基于存储的气象反射率值自动生成一个或多个气象灾害图标；及 在高度层更改程序(ITP)显示器上自动显示生成的气象灾害图标。
2.如权利要求1所述的方法，其中自动生成包括基于与各个气象灾害相关联的ITP位 置信息自动生成所述图标，并且显示包括至少在所述ITP显示器的垂直情景意识显示器上 显示所述图标，其中显示还包括在平面视图显示器或三维显示器中的至少一个上显示所述 图标。
3.如权利要求1所述的方法，其中自动生成包括基于与各个气象灾害相关联的位置 信息自动生成所述图标，并且显示包括至少在所述ITP显示器的垂直情景意识显示器上显 示所述图标，其中显示还包括在平面视图显示器或三维显示器中的至少一个上显示所述图 标。
4.如权利要求1所述的方法，还包括接收多普勒信息；如果接收的多普勒信息暗示存在涡流，则自动生成涡流图标；及 在所述ITP显示器上自动显示所述涡流图标。
5.如权利要求1所述的方法，还包括从一个或多个目标飞机自动接收飞行标识信息；当基于目标和当前飞机的位置信息确定所述目标飞机在距所述当前飞机的预定窗口 内时，自动生成所述一个或多个目标飞机的尾流图标并显示在所述ITP显示器上，其中自 动生成所述尾流是基于接收的飞机标识、与所述飞机标识相关联的性能信息、周围条件信 息和存储在所述当前飞机的本地存储器中的尾流算法； 从所述当前飞机的机组人员接收对高度改变的请求； 自动确定是否许可所述飞机变换到请求的高度；以及 当确定不许可所述飞机变换到请求的高度时自动输出警报，其中如果规划的变换与现有气象灾害、另一个飞机的尾流不冲突，并且不破坏高度层 更改程序，则确定所述请求许可变换。
6.一种飞机00)，包括 存储装置(43)；雷达系统GO)，配置成自动发射雷达信号，并接收气象雷达反射率值并将它们存储在 所述存储装置中的三维缓冲器中；处理器(42)，与所述存储装置进行信号通信，所述处理器配置成 确定任一个存储的气象反射率值是否指示存在气象灾害；以及 基于存储的气象反射率值生成一个或多个气象灾害图标；及 高度层更改程序显示装置(44)，配置成显示生成的气象灾害图标。
7.如权利要求6所述的飞机，其中所述高度层更改程序显示器包括基于与所述各个 气象灾害相关联的ITP位置信息输出生成的气象灾害图标的垂直情景意识显示器(104)，其中所述高度层更改程序显示器包括平面视图显示器(10 或三维显示器中的至少一个。
8.如权利要求6所述的飞机，其中所述高度层更改程序显示器包括基于与所述各个 气象灾害相关联的位置信息输出生成的气象灾害图标的垂直情景意识显示器(104)，其中 所述高度层更改程序显示器包括平面视图显示器(10 或三维显示器中的至少一个。
9.如权利要求6所述的飞机，其中所述处理器还配置成 接收多普勒信息；如果接收的多普勒信息暗示存在涡流，则自动生成涡流图标；及 在所述ITP显示器上自动显示所述涡流图标。
10.如权利要求6所述的飞机，其中所述处理器还配置成 从一个或多个邻近飞机接收飞行标识信息；以及当基于当前和邻近飞机的位置信息确定所述邻近飞机在距所述当前飞机的预定窗口 内时，生成所述一个或多个邻近飞机的尾流，其中所述高度层更改程序显示装置显示生成的尾流，其中所述处理器基于飞机标识信息、与所述飞机标识相关联的性能信息、周围条件信 息和存储在所述当前飞机的本地存储器中的尾流算法生成所述尾流； 接收对高度改变的请求；以及当基于规划的变换、任何现有气象灾害、邻近飞机的尾流和高度层更改程序确定不许 可所述飞机变换到请求的高度时生成警报，其中所述高度层更改程序显示装置输出生成的警报。
全文摘要
本发明涉及在显示器上呈现气象灾害信息的方法和系统。用于改进高度层更改程序显示器上的情景意识的系统和方法。雷达系统(40)发射雷达信号，并接收气象雷达反射率值并将它们存储在三维缓冲器(43)中。处理器(42)确定任一个存储的气象反射率值是否指示存在气象灾害，并基于存储的气象反射率值生成一个或多个气象灾害图标。高度层更改程序显示装置显示(44)生成的气象灾害图标。生成其它飞机的尾流信息，并输出在高度层更改程序显示器上。再者，当基于规划的变换、任何现有气象灾害、邻近飞机的尾流和高度层更改程序确定该飞机不被许可变换到请求的高度时，处理器接收对高度改变的请求并生成警报。
文档编号G01S13/95GK102147470SQ20101057222
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年2月4日
发明者D·珀皮通, R·哈特瓦 申请人:霍尼韦尔国际公司