執行翼尖保護的系統和方法

2023-12-09 07:07:46 3

執行翼尖保護的系統和方法
【專利摘要】在一些示例中，裝置或系統被配置為創建檢測的狹窄垂直路徑，其允許強制執行固定的「禁區」，所述固定的「禁區」是狹窄的並且不隨著範圍而變寬。位於交通工具上的示例系統包括接收雷達反射信號的至少兩個垂直分開的天線、處理器和輸出裝置。所述處理器接收由天線接收的雷達反射信號，確定在雷達反射信號中標識的任何障礙物的垂直位置，以及確定所述障礙物是否在預定義的警報區域內。如果任何障礙物在預定義的警報區域內，輸出裝置可以輸出警報。所述預定義的警報區域可以與交通工具的突出部分相關。
【專利說明】執行翼尖保護的系統和方法
優先權
[0001]本申請要求2012年9月27日提交的美國臨時申請(序列號N0.61 / 706, 632)的權益。
【背景技術】
[0002]利用雷達來檢測對飛機翼尖的威脅面臨如下問題:對於具有寬翼展的大型飛機，在機場周圍常常會發現的諸如地面交通工具和人員、車道標誌和跑道排水溝的許多特徵，在機翼和傳感器靠近或經過它們時，都可能用來觸發誤威脅。防碰撞系統必須具有非常低的誤報警率以有助於操作員。由於機翼高度相對範圍的一般比例，使用非常窄的波束圖案來區分威脅是失敗的，所述比例可高達100:1，見圖1。因此，實際確定物體的高度的能力或在機庫打開幕裝置(proscenia)的情況下(上部淨空)是非常重要的。

【發明內容】

[0003]本發明提供了創建檢測的狹窄垂直路徑的系統和方法，其允許強制執行固定的「禁區」，所述禁區是狹窄的並且不隨著範圍變寬。這種方法的優點是區域或走廊不隨著範圍變寬，允許固定的禁區，所述禁區將忽略將在機翼的上方或下方經過的物品。
[0004]設置在交通工具上的示例性系統包括:接收雷達反射信號的至少兩個垂直分開的天線、處理器和輸出裝置。處理器接收由天線接收的雷達反射信號，確定由雷達反射信號區別的任何障礙物的垂直位置，並確定障礙物是否在預定義的警報區域內。如果任何障礙物在警報區域內，則輸出裝置輸出警報。預定義的警報區域與交通工具的突出部分相關。
[0005]在本發明的一個方面，處理器進一步通過如下步驟來確定垂直位置:取得對應雷達反射信號的相位差並基於相位差確定垂直位置。
[0006]在本發明的另一個方面，交通工具的突出部分包括機翼的一部分或附著到機翼的機艙的一部分中的至少一個。
[0007]在本發明的又另一個方面，該系統包括存儲器裝置，所述存儲器裝置基於相關聯的所確定的垂直位置信息，在三維緩衝器中儲存障礙物信息。
[0008]在本發明的又一個方面，預定義的警報區域包括空間體積，所述空間體積沿著交通工具結構的正向投影或交通工具結構的當前路徑中的至少一個。
[0009]在本發明的另外一個方面，預定義的警報區域具有恆定的上限、恆定的下限、第一距離界限和第二距離界限，其中預定義的警報區域的形狀基於預定義的報警區域所涉及的交通工具結構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下文參考下面的附圖詳細地描述本發明的優選和替換的實施例:
[0011]圖1是根據本發明實施例的實施翼尖防碰撞系統的飛機的側視圖；
[0012]圖2是根據本發明實施例形成的交通工具的示意圖像；[0013]圖3是具有確定的禁區的飛機的側視圖；
[0014]圖4是具有禁區的飛機的俯視圖；
[0015]圖5是示出了用於入射信號的相位檢測的具有雙信道輸入的概念性傳感器的代表性波束圖案的曲線圖；
[0016]圖6是示出了從給定目標高度起的相對相位偏移量的曲線圖；
[0017]圖7是由圖2中示出的系統產生的用戶界面圖像；
[0018]圖8和9是具有確定的機翼和機艙禁區的飛機的側視圖和俯視圖。
【具體實施方式】
[0019]在一個實施例中，如圖2所示，飛機20包括示例性的機場地面防碰撞系統(ASCAS) 18。ASCAS18包括水平和垂直區別雷達傳感器26，將所述傳感器26包括在飛機燈模塊30內或設置在飛機20周圍的其他位置(例如垂直尾翼)處。燈模塊30還包括導航/位置燈34、處理器36以及通信裝置38。傳感器26通過通信裝置38 (有線或無線)與用戶接口(UI)裝置44通信。
[0020]在一個實施例中，UI裝置44包括處理器50 (可選)、通信裝置(有線或無線)52、以及一個或多個警報裝置54。基於傳感器導出和處理的信息，UI裝置44提供聲音和/或視覺提示(例如，通過耳機、平板電腦等)。
[0021]基於來自雷達傳感器26的信息，UI裝置44提供下面功能的部分或所有:檢測和跟蹤入侵者障礙物，估計威脅並把威脅按優先順序排好，雷達控制，以及宣布並確定行動。一旦已經產生與檢測相關聯的警報，則由操作員手動地或由自動化系統(例如，自動剎車)自動地執行防碰撞行動(例如，停止飛機，繞過障礙物)的實行。
[0022]在一個實施例中，由在UI裝置44處的處理器36和/或處理器50來完成雷達信息的處理。
[0023]在一個實施例中，在其他機身區域處安裝天線，例如在每個發動機上方或在飛機的機頭處，等等。即使天線不在翼尖處，緩存(存儲)反射數據(雷達回波數據)，因此允許顯示圖像120。
[0024]來自多個雷達系統的信息可以用來獲得相對於飛機20、翼尖、機艙和/或其它飛機結構的全覆蓋。在一個實施例中，將所有的雷達反射數據存儲在以交通工具(例如，飛機)作為參考的三維緩衝器中。
[0025]在聽覺、視覺和/或觸覺上向飛行員報警。例如，呈現在電子飛行包(EFB)顯示器上的視覺警報示出飛機翼尖輪廓或任何障礙物的突出顯示。通過現有的安裝設備進行聽覺警報，諸如對講機或其他警告電子設備，或者可能是增強型近地警告系統(EGPWS)平臺。
[0026]在一個實施例中，兩個天線(或兩個天線陣列)垂直排列，並以精確的間隔(例如，λ / 2(半波長))隔開。從兩個天線或第三天線發射單雷達脈衝。由垂直分開的天線接收任何雷達脈衝回波(反射)。將回波信號發送到處理器(36，50)，基於兩個對應接收的回波信號之間確定的相位差，處理器確定障礙物的垂直位置(即執行垂直區別)。
[0027]基於在原始雷達回波信號上執行的水平和垂直區別，處理器(36，50)確定障礙物的水平和垂直信息。如果任何標識的障礙物既水平又垂直地位於前面定義的翼尖保護區域66內，則所標識的障礙物被視為可能的威脅，所述翼尖保護區域從飛機62的翼尖起垂直並橫向地向前延伸(見圖3和4)。將針對所有威脅的警報輸出給飛機62的操作員。
[0028]可以用多種方式實施天線。在一個實施例中，4x2天線元件陣列允許四輸入數字波束形成算法，以區別在水平方向上的目標，以及在垂直方向上的目標的兩輸入單脈衝區別。有很多用於實施數字波束形成和單脈衝的不同方案。通過簡單的等式將單脈衝區別實施為相位比較:
Az =尺生 2π?
其中λ是雷達頻率的波長， d是天線元件之間的距離，
Δ Φ是兩個元件的接收信號的相位差，以弧度為單位，
R是由雷達確定的到目標的範圍，以及 Λz是從天線視軸起的目標的垂直偏移量。
[0029]偏移量的符號指示目標是在視軸的上方還是在視軸的下方。
[0030]在一個實施例中，處理器(36，50)在三維緩衝器中存儲障礙物信息，其中，翼尖保護區域66包括來自三維緩衝器的信息子集(例如，單元，體元)。相位差用來確定在機翼將行進通過的「禁區」中是否有任何檢測到的障礙物。可以忽略在這個禁區上方或下方的物體。在這個示例中，在飛機62的前方示出了跑道符號68和服務車70。由於在翼尖保護區域66的下方，所以跑道符號68和服務車70不被當作對飛機62的機翼/翼尖的威脅。
[0031]圖5示出了用於入射信號的相位檢測的具有雙信道輸入的概念性傳感器的代表性波束圖案。寬視場傳感器的`使用獨自地提供僅對給定目標的範圍能力，所述傳感器具有給定的寬圖案特性。雙信道的使用以及通過使用上述的相位比較，允許簡單的傳感器執行對目標的角度定位，以及允許確定高度，或在前部符號或閾值的情況下確定向下投影和目標的寬度。
[0032]圖6示出了雙信道(在每個平面中，但這裡示出了海拔)接收器可以如何通過相位比較確定目標的垂直放置，並示出了容易測量所產生的相位差，以提供達如此精確度的高度，所述精確度允許為機翼和/或機艙的通道建立需要的「安全區域」。
[0033]圖7示出了在顯示器上呈現的自上而下的圖像120，所述顯示器是警報裝置54的一部分。圖像120包括本機飛機圖標126，所述圖標具有兩個雷達波束覆蓋區域124，所述覆蓋區域124從圖標126的翼尖起正向投影。覆蓋區域124僅僅示出了什麼被標識為在區域66內。當在導航顯示器上示出時，在圖像120上在機翼的前面以固定距離示出了在最大範圍以及半程範圍處隨意放置的兩個距離圈132、134，並可以使用飛機上的EFB或iPad或光標控制裝置(CXD)上的任意一個接口來按比例尺繪製兩個距離圈132、134。
[0034]如圖8和9所示，另一架飛機80具有擴大的保護區域84。擴大的保護區域84包括在飛機的機翼和發動機機艙的部分前面的保護體積。區域84沿著機翼發動機機艙下方的投射路徑在垂直方向上是更厚的。可以修改區域84，以提供在機翼的上方或下方延伸的任何結構周圍的保護區域。在這個示例中，由於跑道符號68和服務車70的對應雷達反射信號出現在擴大的保護區域84內，所以跑道符號68和服務車70被當作對飛機62的機翼/翼尖的威脅。
【權利要求】
1.一種位於交通工具上的系統，所述系統包括: 至少兩個垂直分開的天線，被配置為接收雷達反射信號； 處理器，被配置為: 接收由所述至少兩個垂直分開的天線接收的所述雷達反射信號， 確定在所述雷達反射信號中標識的任何障礙物的垂直位置，以及 確定所述障礙物是否在預定義的警報區域內；以及 輸出裝置，被配置為如果任何障礙物在所述預定義的警報區域內，則輸出警報，其中所述預定義的警報區域與所述交通工具的突出部分相關並且由所述交通工具的運動是否將導致與位於其中的物體碰撞來定義。
2.權利要求1所述的系統，其中處理器被進一步配置為通過如下步驟確定所述垂直位置:至少取得對應雷達反射信號的相位差並基於所述相位差確定垂直位置。
3.一種方法，包括: 在至少兩個垂直分開的天線處接收雷達反射信號； 在處理器處: 接收由所述至少兩個垂直分開的天線接收的所述雷達反射信號， 確定在所述雷達反射信號中標識的任何障礙物的垂直位置，以及 確定所述障礙物是否在預定義的警報區域內；以及 在輸出裝置處，如果任何障礙物在所述預定義的警報區域內，則輸出警報，其中所述預定義的警報區域與所述交通工具的突出部分相關並且由所述交通工具的運動是否將導致與位於其中的物體碰撞來定義。
【文檔編號】G08G5/04GK103700288SQ201310590522
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2012年9月27日
【發明者】J·C·柯克, L·布伊, D·C·瓦肯蒂, C·L·弗裡曼 申請人:霍尼韋爾國際公司