[發(fā)明專利]用于自動(dòng)繞圈飛行的控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580045405.6
• 申請(qǐng)日: 2005-11-15
• 公開（公告）號(hào): CN101095090A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肯尼思·E·比爾塔;詹姆斯·E·哈里斯;比利·K·戈?duì)?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貝爾直升機(jī)泰克斯特龍公司
• 主分類號(hào): G05D1/00
• 分類號(hào): G05D1/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 周少杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般來說涉及用于飛行器的飛行控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及用于在選擇的固定或運(yùn)動(dòng)點(diǎn)周圍，實(shí)現(xiàn)和保持圓圈(circular)飛行路徑的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

經(jīng)常期望使飛行器在感興趣的指定的區(qū)域(如事故現(xiàn)場(chǎng)或正在搜索的區(qū)域)周圍，以描述閉環(huán)的地面軌跡(ground?track)的路徑飛行。一個(gè)好處是飛行器與該區(qū)域保持距離，從飛行器朝向感興趣的區(qū)域提供連續(xù)的視線。

當(dāng)飛行器在手動(dòng)控制下飛行時(shí)，不管由飛行器上的飛行員或由遙控地操作飛行器的飛行員，通過觀察感興趣的區(qū)域、以及響應(yīng)該觀察控制飛行器的飛行，飛行員可以保持在該區(qū)域周圍期望的路徑。這可被實(shí)現(xiàn)的一種方法是飛行員使飛行器以傾斜轉(zhuǎn)彎姿態(tài)(banked?attitude)飛行，保持通常恒定的旋轉(zhuǎn)(turn)以在感興趣的區(qū)域繞圈。飛行員可以嘗試在特定點(diǎn)的周圍，使飛行器以圓圈路徑飛行，該特定點(diǎn)可以由傳統(tǒng)的導(dǎo)航手段如無線電信號(hào)，或通過使用全球定位系統(tǒng)來定位。為保持圓圈路徑，飛行員必須與選擇的點(diǎn)保持恒定的半徑距離。

用于飛行閉環(huán)的可替換的方法是，通過飛往航路點(diǎn)(waypoint)并且按環(huán)形序列，將飛行器轉(zhuǎn)向下一個(gè)航路點(diǎn)。在圖1中圖示了該方法，該圖描述了在感興趣的區(qū)域11周圍的通常的圓圈路徑13。路徑13由多個(gè)航路點(diǎn)和連接相鄰各航路點(diǎn)的飛行區(qū)段(segment)定義。如所示，路徑13包括8個(gè)航路點(diǎn)，標(biāo)為A至H，盡管路徑13可能包括更多或更少的航路點(diǎn)。飛行員使飛行器從每個(gè)航路點(diǎn)飛行到相鄰的航路點(diǎn)，并且可以以任一方向飛行該路徑。例如，飛行器可以在航路點(diǎn)A開始路徑13，并且沿區(qū)段15直接飛向航路點(diǎn)B。在航路點(diǎn)B，飛行員將飛行器轉(zhuǎn)向直接朝向航路點(diǎn)C，沿區(qū)段17飛行飛行器。飛行員沿筆直的各段繼續(xù)飛往后來的各航路點(diǎn)，并且通過沿區(qū)段19從航路點(diǎn)H飛向航路點(diǎn)A，完成路徑13。飛行員然后可以通過再一次飛往航路點(diǎn)B，繼續(xù)路徑13。

機(jī)上或遠(yuǎn)處的飛行員手動(dòng)地使飛行器按期望的路徑飛行的要求，增加了飛行員的工作負(fù)荷，并且降低了飛行員觀察感興趣區(qū)域的能力。而且，在繞圈的同時(shí)，特別是在有風(fēng)的狀況下，飛行員也可能難以與該地點(diǎn)(location)保持期望的距離。對(duì)于用以描述圓圈路徑的航路點(diǎn)方法，該路徑必須具有大的半徑和/或許多航路點(diǎn)。選擇這樣一組航路點(diǎn)可能是困難并且耗費(fèi)時(shí)間的。

許多現(xiàn)代飛行器，包括有人駕駛和無人駕駛的飛行器，都具有用來保持選擇的各飛行參數(shù)在或接近各選擇值的飛行控制系統(tǒng)。這些參數(shù)可以包括高度、航向(heading)、地面軌跡、姿態(tài)、和/或速度，并且控制系統(tǒng)通過發(fā)送到飛行器的飛行控制系統(tǒng)的命令，保持每個(gè)參數(shù)。速度可以被控制為飛行器的空速(airspeed)或慣性速度。空速被定義為飛行器相對(duì)于該飛行器在其中飛行的氣團(tuán)的向前的速度，而慣性速度被定義為飛行器相對(duì)于該飛行器在其上飛行的地面的速度。

現(xiàn)有的飛行控制系統(tǒng)提供通過飛向各航路點(diǎn)來沿閉環(huán)路徑的自動(dòng)飛行。或者，飛行器可能被命令徘徊在周圍或附近區(qū)域，在該區(qū)域中，飛行控制系統(tǒng)使飛行器以復(fù)雜的圖案或地面軌跡飛行。例如，有些系統(tǒng)將控制飛行器在地面上選擇的點(diǎn)(該點(diǎn)可以GPS坐標(biāo)或由其它坐標(biāo)系給出)上方飛行，然后使飛行器轉(zhuǎn)向，以再次飛越該相同的點(diǎn)。這些路徑的地面軌跡可以是規(guī)則的圖案，如“8字形”圖案，或這些路徑可以是不規(guī)則的形狀。這些系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，它們可能不提供連續(xù)的視線，或可能需要重新定位飛行器上的觀察器或設(shè)備，以連續(xù)觀察感興趣的區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容

需要一種飛行控制系統(tǒng)，其提供以命令的高度和速度環(huán)繞命令的中心和半徑的圓圈的自動(dòng)飛行。

因此，本發(fā)明的目的是提供一種飛行控制系統(tǒng)，其提供以命令的高度和速度環(huán)繞命令的中心和半徑的圓圈的自動(dòng)飛行。

一種飛行器的飛行控制系統(tǒng)被配置來接收命令信號(hào)，該命令信號(hào)表示地球空間點(diǎn)的地點(diǎn)和關(guān)于地球空間點(diǎn)的半徑的命令值，以便定義圓圈的地面軌跡。傳感器確定飛行器的地球空間地點(diǎn)，并且提供表示飛行器地點(diǎn)的地點(diǎn)信息。用于命令飛行器上的各飛行控制設(shè)備的控制器控制所述飛行器的飛行，并且被配置來接收各命令信號(hào)和地點(diǎn)信號(hào)。控制器利用各命令信號(hào)和地點(diǎn)信號(hào)來操作各飛行控制設(shè)備，以便控制飛行器的飛行，從而指導(dǎo)飛行器通常朝向圓圈的地面軌跡的切點(diǎn)，然后保持沿該圓圈的地面軌跡的飛行路徑。

本發(fā)明提供幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括：(1)系統(tǒng)自動(dòng)操作飛行器以便繞具有選擇的中心和半徑的圓圈飛行的能力；以及(2)從位于圓圈內(nèi)部的或外部的初始點(diǎn)，與圓圈相交并繞圈飛行的能力。

附圖說明