飛行數據的輸入與控制方法和設備的製作方法
2023-06-04 07:28:26 2
專利名稱：飛行數據的輸入與控制方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於輔助空中航行的方法與設備。
通常，現代設計的重航空器(飛機、直升飛機等)內的駕駛員必須與飛行管理系統進行對話，這種飛行管理系統是裝在重航空器(以後稱之為飛機)上的用於幫助駕駛員進行一系列操作的計算機。這些操作主要是用於在起飛前制定飛行計劃的操作、在起飛和降落過程中的導航(人工或自動導航)操作、空中航行操作(航道計算等)、飛行期間或當接近一機場時的系統監視操作。
飛行管理系統根據駕駛員輸入的數據、分布在整個飛機上的傳感器所提供的數據以及或許用無線電從地面或其它飛機甚至衛星(正在推廣的「數據鏈」系統)上發送來的數字數據進行操作。駕駛員與飛行管理系統之間的對話主要是靠至少三個接口進行的，即*航行顯示器，它上面顯示了飛機的預定航線圖，即，飛機的飛行計劃曲線圖和在這個計劃內飛機的狀況；*主飛行顯示器，它示出了一個隨飛機的擺動而擺動的指示飛機軸向姿態的模擬水平以及其它有用的飛行指示信息，特別是飛機的導航方式；*具有人工控制裝置的飛行控制單元，它用於選擇諸如飛機所需的方向之類的設置；*被稱之為MCDU(「多用途控制顯示單元」)的鍵盤/顯示控制臺，它是數據顯示與輸入控制臺，它允許駕駛員向飛行管理系統輸入數據以及閱讀由飛行管理系統根據輸入的數據傳送出來的信息。
數據顯示與輸入控制臺包括顯示屏、功能鍵和字符鍵盤。
正如大家所知，在各種不同的飛行階段駕駛員(一名或兩名駕駛員)要執行的操作有很多；這些操作必須有序地進行使得飛行管理系統可以獲得所需的飛行程序和監督數據。
特別是在起飛之前和快要著陸之前駕駛員必須完成一系列的監督與數據輸入操作。在飛行途中還必須完成其它操作。
執行操作的駕駛員必須留意設置在操作程序內的操作都要得到正確執行。此外，在雙人控制的情況下，這些操作必須與副駕駛員共同完成，一名駕駛員的操作必須得到另一名駕駛員的驗證。兩名駕駛員之間的通信是口頭進行的，飛機座艙包括並排放置的兩套相同的飛行控制裝置，每套飛行裝置包含與單個飛行管理系統(或者是與同步機構合在一起的雙系統)通信的相同接口。
本發明的目的是提出一種用於輔助空中航行的方法與裝置，該方法與裝置能使駕駛員在各種不同的飛行階段更容易地執行他所擔負的與飛行管理系統相關的任務。
該方法使用了飛行管理系統及其數據顯示與輸入控制臺；控制臺尤其能夠選擇預定顯示區以便觸發對應於所選區域的操作。該方法包括*在控制臺的顯示屏上同時顯示一系列從上到下一個接一個的主區，每個區域對應於航行操作程序中的一個步驟，*當使用者選擇了一個對應於一個特定操作步驟的主區時，在控制臺上顯示用於執行該步驟所需信息的要素，*當用於確認對應於所選主區的操作步驟的數據項被輸入到控制臺上時，重新顯示該一系列主區，其中，操作步驟已經得到確認的主區至少有一部分是以不同於操作步驟還沒有被確認的主區的顏色顯示的。
在設置兩個控制面板並且兩個顯示與數據輸入控制臺與同一飛行管理系統通信的情況下，最好準備另一個對應於同樣的與每個主區有關的操作步驟的主區，使一個區域位於屏幕的右側，另一個區域位於屏幕的左側。左側控制面板執行的操作確認使兩個控制臺上的左側區域顯示不同的顏色，而右側控制面板執行的操作確認則使兩個控制臺上的右側區域顯示不同的顏色。這樣一方面便於在顯示屏上觀看是否所有操作步驟都已得到執行，另一方面便於觀看是誰執行的。
在採用這種對各操作步驟雙重區域的情況下，既可以採取並排設置兩個獨立區域並在這兩個區域中重複寫入指示信息的方法，也可以採取設置一個被分成兩部分的雙重區域並在雙重區域中寫入一個延伸到雙重區域的兩個部分的指示信息的方法。一半區域靠作出確認的控制臺來改變顏色。
本發明不僅涉及剛才已被概括的方法，而且還涉及用於輔助空中航行的設備。
按照本發明的設備使用了藉助於幾個接口與駕駛員對話的飛行管理系統，其中，所述幾個接口至少包括一個數據顯示與輸入控制臺，本發明設備的特徵在於它包括用於在控制臺的顯示屏上同時顯示一系列從上到下一個接一個的主區的裝置，其中，每一個區域對應於一個航行操作步驟；用於選擇特定的主區的使用者操作裝置；用於當主區被選出之後將執行與該主區的相應的操作步驟所需的顯示信息顯示在控制臺上的裝置；用於向控制臺輸入一個操作步驟確認項並又重新顯示該一系列主區的裝置，其中，操作步驟已經被確認的主區是以不同於操作步驟還設有被確認的主區的顏色顯示的。
在本發明的優點中尤其值得一提的是該系統的耐中斷性駕駛員在檢查操作程序時經常被中斷，特別是在起飛之前的階段。通過本發明，駕駛員可以得到已經執行的操作步驟的提要並可以迅速返回到操作程序檢查過程中；他們不必為回想已經執行的步驟而按順序匆匆處理完工作。
此外，本發明方法將支持在地面與控制面板之間用無線電傳送信息的新的「數據鏈」對話方式在操作步驟中可以用特定的吸引駕駛員注意力的形式顯示地面發給飛行管理系統的信息。駕駛員可以用好象他自己輸入信息一樣的方式來確認和接受這個信息。
在閱讀以下參照附圖給出的詳細說明的過程中可以明顯看出本發明的其它特徵和優點。附圖中
圖1示出了按照本發明的整個輔助航行設備；圖2示出了航行過程開始時的控制臺的屏幕顯示；圖3到6顯示了對應於不同操作步驟的屏幕顯示；圖7示出了就本發明功能而論的飛行管理系統的操作流程圖。
圖2到圖6包括可以在班機上實際顯示的文字指示，因此它們以文字或縮寫字或助記符形式顯示。
按照本發明的航行輔助設備構成了整個飛機監控系統的一部分。該整個系統主要包括*飛行管理系統或FMS，它是一臺可以接收各種信息、可以計算其它信息以及可以通過對話接口向駕駛員傳遞信息的計算機10；*分布在整個飛機上的傳感器12，例如它包括航行儀器(IRS慣性組件等)、各種用於提供有關飛機狀態的傳感器和用於與外界聯絡的儀器，所有這些傳感器都連接到飛行管理系統上；*用於與駕駛員進行對話的接口，它們連接到計算機10上，主要包括*飛行控制單元或FCU，例如，藉助於按鈕它可以選擇飛機的方向或其它已經提供給管理系統的設置；*用於顯示航行信息的顯示屏ND(「航行顯示器」)，它用於顯示地圖、飛行計劃等，*主飛行顯示器PFD(「飛行方式指示裝置」)，它用於顯示模擬水平、飛機的高度、姿態、速度矢量和導航方式指示等。
*數據顯示與輸入控制臺或MCDU(「多用途控制顯示單元」)；就本發明來說，該控制臺是主要對話工具，它在FMS計算機軟體的直接控制下工作。當然，控制臺本身也可以包含自身操作所需的合適軟體，一般情況下該控制臺包括微處理器和受這個微處理器控制的電路。例如，用於在屏幕上顯示標繪圖的子程序和用於管理數據輸入鍵盤的子程序等適合於控制臺，相應軟體被裝入到控制臺中，而要顯示的信息一般則由FMS計算機中的軟體產生。
在這整個系統中，實現本發明所需要的部件是FMS計算機(因為設想對話是在駕駛員與計算機之間進行的)及MCDU控制臺。MDCU數據顯示與輸入控制臺包括鍵盤、顯示屏、功能鍵和用於選擇屏幕上的顯示區域並激活所選區域以便觸發與顯示內容有關的操作的裝置。這些選擇與激活裝置與用在微機領域的「滑鼠」類似，也就是說，它們是能夠完成下列工作的裝置*為了選擇屏幕上顯示菜單給出的區域，可以在菜單上移動光標(可視的或不可視的)，當光標經過某個區域時，該區域變為高亮區域；*激活被選擇的區域(滑鼠的「咔嗒」鍵)。
在航空上通常不用滑鼠而用移動鍵，要不然採用觸控螢幕，通過手指觸摸某個區域來選擇該區域，或者可以用挨著屏幕的觸摸板來選擇區域。所有這些用於選擇屏幕區域的裝置都是等同物。
控制臺上的功能鍵可以布置在屏幕周圍，但應當注意它們也可以顯示在屏幕上，比如顯示在屏幕中心區域的四周；在這種情況下，功能鍵的激活正是以上述原理由區域選擇裝置進行的；顯示在屏幕上的鍵是可以用「咔嗒」按鈕選定的特殊可選擇區域。這是用圖形表示的特殊情況，所述圖形說明了被稱為「信息顯示區」的中心區周圍的功能鍵。功能鍵被顯示在屏幕上的這種情況使得在按要求修改這些鍵的相關功能時可以更方便地將這些鍵重新設置。
現在將對本發明提供的導航功能進行說明。這些功能是用特別編程的FMS計算機執行的，FMS計算機用於執行各種需要的顯示操作。
為了幫助對本發明的理解，將說明實際航行情況，在航行過程中駕駛員(或兩個駕駛員，分別稱為當班駕駛員PF和不當班駕駛員PNF)使用本發明的航行輔助裝置。
具體例子是從巴黎查爾斯戴高樂機場(CDG)到法蘭克福機場(FAR)的無事故飛行。在這個例子中，飛行方案包括7個主要階段起飛前、滑向起飛跑道、起飛、爬升、飛行、降落、著陸。
在任何時刻，飛行管理系統都知道它處於哪個階段，因為駕駛員的操作受該系統的不斷監視且飛機的狀況受到連在該系統上的傳感器的連續檢測。
1、起飛前這是駕駛員制定飛行計劃以及使飛機的所有參數(尤其是重量)初始化的階段。
在MCDU控制臺上的功能鍵中有一個用於本發明的特殊鍵，即DO LIST鍵。正如所述的那樣，這個鍵可以是硬體鍵，也可以是屏幕上顯示的可用區域選擇裝置選擇的軟體鍵。
當DO LIST鍵被激活後，FMS計算機便將圖2所示的圖像顯示在信息顯示區中；在這幅圖像中，中心信息顯示區的周圍仍顯示了諸如DO LIST鍵之類的功能鍵20。
顯示在屏幕中心區域內的圖像主要包括信息標題30和可選擇並可激活的主區40。
每個主區包含與駕駛員在起飛前執行的操作步驟有關的信息；當使用者選擇了這些區域時，這些區域便變成高亮度的區域(或改變顏色等)，因而這種選擇是看得見的。
在圖2中有兩個相同的主區欄；左側欄中的區域40和右側欄中的區域50。一開始將只考慮左側欄中的區域40。
通常，當一個特定主區被選出並激活以後，它便使計算機顯示信息並請求執行與該區域相應操作步驟所需的數據。主區的排列順序與駕駛員執行的操作順序相同。
當飛機在地面起飛之前，FMS計算機知道它處於這個階段，這就是按下DO LIST鍵後會顯示圖2所示信息的原因。如果計算機檢測到飛機處於其它某個階段，那麼按下DO_LIST鍵後將會列出具其它操作指示的某些其它主區，激活這些不同區域然後觸發不同於圖2所示的步驟操作。
圖2所示的與起飛前的階段相對應操作步驟的包括*提示性標題，它提示所顯示的菜單是駕駛員在起飛前要執行的操作步驟清單。
*在各個按從上到下、從右到左順序排列的主區內的有關每個操作步驟內容的文字指示信息。
這方面的專家將會很快看出屏幕指示信息的含義，這些指示信息是用航空英語表達的。給出的指示信息僅僅是實際指示信息的例子，應當理解對於同樣的操作可以給出其它指示信息，對於指定的飛行階段可以選擇其它其它操作步驟。
圖2列出了以下操作步驟*飛行管理系統狀態的檢查*有關起飛(機場跑道等)、在航線上、到達的數據，*飛行高度，*使慣性系統與飛機的經度、緯度一致，*駕駛員選定的無線電導航裝置的強迫顯示，*燃油數據重量和重心*飛行參數*第二飛行方案
*其它飛行方案*精確模型的顯示某些步驟可能是在操作過程中必須做的，而其它的步驟則是任選的，例如，此處最後三項是任選的。任選步驟的顯示形式可以與其它步驟的顯示形式略微不同(例如，前者用灰色背景，後者用黑色背景)。
如果使用者選擇並激活一個特定的主區，那麼計算機便顯示一個主要由信息和請求信息構成的新屏。
這樣，當駕駛員選擇並激活顯示「檢驗FMS狀態」操作步驟的指示信息的第一主區時，屏幕上便示出圖3所示的顯示信息，它包括*提示性標題(「FMS狀態)，它提示這是檢查步驟，*信息(主要是信息和請求信息)，*供輸入被請求信息用的區域*「確認」按鈕，如果駕駛員想在不執行當前操作步驟便返回到菜單或者想刪除最後輸入的數據時，最好還有「取消」鍵。
在這個例子中，FMS計算機在屏幕上顯示飛機型號和發動機型號並請求諸如指定的航班號之類的信息。駕駛員在選出相應的輸入區域之後(或在計算機自動指向這個區域之後)在鍵盤上輸入這個航班號，此處為「AFR1448」。駕駛員可類似地輸入這個屏幕頁請求的其它數據。
當使用者這樣接收到這個操作步驟的相應信息並且鍵入了被請求數據之後，用戶便對操作加以確認(選擇並激活「確認」區)，從他的觀點來看這意味著操作步驟已經得到執行。
還可以通過按下確認按鈕或選擇「OK」區並按下咔嗒鍵或其它任何常規的確認辦法進行確認，例如，計算機可以將有關屏幕頁上的請求數據的全部輸入解釋為這一頁的確認操作。
使用者執行的關於特定操作步驟的操作可以包含幾個屏幕頁的連續滾動，然後在顯示在控制臺最後一頁上用FMS計算機完成對執行操作步驟的最後確認。
當完成對一特定主區域的確認以後，計算機又重新顯示圖2所示的屏幕頁，但與現在已被確認的操作步驟相對應的主區以不同於其它還沒被確認的區域的相應主區的顏色出現。
圖4示出了這個階段的屏幕，不同的顏色用散布的點表示。
於是駕駛員將執行「FMS」起飛前DO_LIST屏幕建議的後續操作步驟，與被確認的步驟相對應的區域將顯示與確認相對應的顏色。
因此，屏幕上以不同顏色顯示的清單包括已經執行的操作步驟和待執行的步驟，這樣當在任一時刻都將向駕駛員提供他應完成的任務的情況的非常顯著的提示。
應當注意在確認有關步驟之後可以對主區中的指示信息進行修改圖5表示第二步驟「FROM/TO or CO-ROUTE」(見圖2)被選定後已經得到執行的情況，已經出現在相應區域內的指示信息「CDGFRA1」向駕駛員說明被輸入的航線是查爾斯戴高樂/法蘭克福航線。
同樣，與選擇飛行高度的步驟相對應的CRZFL主區內以「FL330」的形式表示高度為33000英尺(10000米)。該主區左側的相應輔區被標上記號。
依此類推，可以執行包括可選步驟在內的所有操作步驟，在任何時刻駕駛員都知道他處在哪個操作階段，即使在執行過程中他被中斷(實際上這是經常發生的)時也是如此。
2．其它飛行階段已經對起飛前的操作步驟作了詳細解釋。只要有待執行的步驟清單或檢查清單便可將同樣的原理用於其它飛行階段。實際上，在著陸階段之前的降落階段才需要重新進行一系列的確認和數據輸入。
駕駛員重新按下DO LIST鍵後FMS計算機便知道了它處於哪個飛行階段，然後在屏幕上顯示待執行的操作清單，這個清單與圖2不同，但它同樣是以與這個階段要執行的操作步驟相對應的主區方式出現的。
按照本發明的另一個非常有益的可能性，當飛機由兩個駕駛員操縱時可以配備按照本發明的增強型系統，所述兩個駕駛員中一個叫當班駕駛員PF或飛行駕駛員，另一個叫不當班駕駛員PNF或不飛行駕駛員。
這兩名駕駛員各佔據了一個配有對話接口的座位，這些接口是相同的，並以相同的方式連接到FMS計算機上。兩個MCDU控制臺獨立地受各駕駛員的控制，計算機能夠區分這兩個控制臺上的顯示與數據輸入。
因此，本發明建議左側欄的區域40與左側駕駛員相聯繫，右側欄的區域50與右側駕駛員相聯繫。只有左側駕駛員才可以激活區域40，只有右側駕駛員才可以激活區域50。只有被激活並被確認的區域才改變顏色。這樣，在屏幕上不僅可以清楚地顯示被確認的步驟而且還可以清楚地顯示確認步驟是哪個駕駛員完成的。這些顯示以相同的方式出現在各個駕駛員的控制臺上。一個駕駛員要求另一個駕駛員執行某些操作是很平常的事；這樣，在任何時刻他都可以確信已經做了什麼而不必記住他自己操作了什麼和他的同伴操作什麼。
圖6示了出了相應的例子，其中，有一項是右側駕駛員完成的。兩個控制臺顯示同樣的圖像。
當然，本發明通過對FMS計算機進行適當編程來實施的，本發明相應的整個軟體操作流程圖示於圖7。對應於一個控制臺上的顯示，該流程圖示出了
*當「DO LIST」功能鍵被激活時，顯示操作步驟菜單，該顯示信息取決於當前的飛行階段；只有已經被執行的操作步驟的主區，特別是另一方駕駛員在另一個控制臺上執行的操作步驟的主區才用確認色顯示；*選擇並確認主區，顯示相應的新屏；*在執行操作步驟後進行確認，然後將確認信息存入到存儲器中，以便在兩個控制臺(如果有兩個控制臺的話)接著顯示；*顯示新的操作步驟菜單，其中，與已經被確認的步驟相對應的區域用確認色顯示；*如果飛行階段改變，便清除標記存儲器，假定通過激活DO_LIST鍵而顯示的操作菜單取決於飛行階段；將前一階段輸入的信息顯示在新菜單中，該輸入信息在新的階段仍有效；*通過選擇新的操作步驟繼續執行操作，或者通過激活其它某個功能鍵結束操作。
實際上，要用到DO LIST菜單的兩個主要階段是起飛前階段和著陸階段。在著陸階段的一開始顯示的操作菜單包括還沒有被確認(刪除確認存儲器)的區域，另外還包括在起飛前階段輸入的指示信息(也就是說，確認存儲器已被清除，但其它仍有效的信息不被清除)。
在較早說明的圖中，與兩個控制臺相對應的左、右兩個區域對各個操作步驟來說是完全獨立的，它們包括有關被執行操作的雙重指示信息。不過，還可以採用兩個相鄰的區域形成只記錄單個指示信息的單個矩形。在這種情況下，哪半個矩形改變顏色取決於執行確認操作步驟的控制臺。駕駛員通過在矩形中按鈕來選定這個雙重區域而不必擔心是在右半部按鈕還是在左半部按鈕。由於該矩形可以有兩倍的尺寸，因此文字操作指示信息更便於閱讀。
權利要求
1.採用連接到至少一個數據顯示與輸入控制臺(MCDU)上的飛行管理系統(FMS)的用於輔助空中航行的方法，控制臺能選擇顯示屏上的預定區域以便執行與各個區域相對應的操作，該方法的特徵在於*在控制臺的顯示屏上同時顯示一系列從上到下一個接一個的主區(40)，每個區域對應於航行操作程序中的一個步驟，*當使用者選擇一個對應於特定操作步驟的主區時，控制臺便顯示用於執行這個步驟所需的信息，*當對應於所選主區的操作步驟的確認信息被輸入到控制臺上時，重新顯示一系列主區，其中，操作步驟已得到確認的主區至少有一部分是以不同於操作步驟還沒被確認的主區的顏色顯示的。
2.根據權利要求1所述的輔助空中航行方法，其特徵在於飛行管理系統包括一個與第一控制臺相同的第二控制臺，與同樣的操作步驟相對應的另一個主區(50)與每個主區(40)相關聯，一個主區(40)位於顯示屏的右側，另一個主區(50)位於顯示屏的左側，左側控制面板執行的操作確認使得兩個控制臺的左側區域顯示不同的顏色，而右側控制面板執行的確認操作則使兩個控制臺的右側區域(50)顯示不同的顏色。
3.一種採用飛行管理系統(FMS)的用於輔助空中航行的設備，其中，所述飛行管理系統(FMS)通過包括至少一個數據顯示與輸入控制臺(MCDU)在內的幾個接口與飛行員進行對話，該設備的特徵在於它包括用於在控制臺的顯示屏上同時顯示一系列從上到下一個接一個的主區(40)的裝置，其中每個區域對應於一個航行操作步驟；用於選擇特定的主區的使用者操作裝置；用於在一主區被選出之後將執行該主區的相應操作步驟所需的顯示信息顯示在控制臺上的裝置；用於向控制臺輸入一個操作步驟確認項並又重新顯示該一系列主區的裝置，其中，操作步驟已被確認的主區是以不同於操作步驟還沒被確認的主區的顏色顯示的。
4.根據權利要求3所述的設備，其特徵在於飛行管理系統包括一個與第一控制臺相同的第二控制臺；與同樣操作步驟相對應的另一個主區(50)與每個主區(40)相關聯，一個主區位於顯示屏的左側，另一個主區位於顯示屏的右側，位於左側的主區只能從第一控臺上激活，位於右側的區域只能從第二控制臺上激活；並設置了在執行操作步驟期間從第一控制臺上輸入的確認項使第一控制臺和第二控制臺的左側區域以不同的顏色顯示，而從第二控制臺上輸入的確認項則使第一控制臺和第二控制臺的右側區域以不同的顏色顯示的裝置。
全文摘要
本發明涉及用於輔助空中航行的方法與設備,機載計算機通過數據顯示與輸入控制臺與飛行員進行對話。該控制臺以一系列可選擇並可激活的主區形式顯示要執行的任務清單。每個區域對應一項通過控制臺執行的任務,在任務被執行之後重新顯示任務清單。在重新顯示的任務清單中,已經被執行和確認的任務區域以不同於其它區域的顏色顯示。當有副駕駛員時最好有兩組主區,這便於了解哪些任務已經完成、由誰完成,哪些任務有待執行。
文檔編號G06F3/0489GK1217076SQ9719424
公開日1999年5月19日 申請日期1997年4月22日 優先權日1996年4月30日
發明者米裡埃爾·博曼斯, 西爾維·格朗佩雷 申請人:塞克斯丹航空技術公司