[發明專利]用于遠程協作運輸工具的系統和方法

有效

• 申請號: 201080031085.X
• 申請日: 2010-06-15
• 公開（公告）號: CN102695993A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: W·C·彼文
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G05D1/00
• 分類號: G05D1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本公開涉及遠程協作運輸工具，更具體地涉及用于遠程協作運輸工具的系統和方法。

背景技術

遠程協作運輸工具系統由于它們能夠參與從偵察和情報收集到攻擊任務的任務中而正逐漸變得有價值。一種常用于控制遠程運輸工具系統的體系結構包括使來自運輸工具的直播視頻流到操作器(operator)平臺。操作員/操作器觀察視頻供給并基于所觀察的視頻供給將命令送回運輸工具。雖然這種體系結構理想上允許遠程操作器觀察運輸工具正在實時操作的實際環境，但是這種體系結構通常具有難處理的延遲/等待時間問題并需要相當數量的帶寬，因此顯著地妨礙實時操作。

延遲/等待時間(latency)是時間滯后，例如運輸工具獲取、編碼和從其發送視頻流到遠程操作器所花費的時間，加上操作員/操作器提供控制輸入所花費的時間以及運輸工具接收并響應來自遠程操作器的控制輸入所花費的時間。延遲可能產生不希望的效應，例如使運輸工具從希望的軌道轉向。例如，在監視任務期間，如果運輸工具發送具有五秒延遲的視頻供給，當遠離希望的監視點兩秒時，對操作員/操作器來說觀察潛在的視頻并提供在運輸工具通過監視點時執行的控制輸入將會太遲。結果，操作員/操作器將繼續設法補償延遲而不是實時操作運輸工具。

延遲的影響的另一個示例是當運輸工具例如通過用慣性導航單元(INU)增強的全球定位系統(GPS)測量其定位和方向時。運動學狀態數據例如運輸工具的定位、方向、速度和加速度對它們被獲得時的精確移動是有效的，但是經過數據被發送并被操作員/操作器觀察的時間，運輸工具的動量已經使其超過報告的位置。所以，操作員/操作器將基于舊的運動學數據提供控制輸入，而不一定基于在產生控制輸入的精確時刻的運輸工具的狀態。這可能引起不希望的效應，例如飛行員誘導振蕩。運動學數據延遲還能夠妨礙運輸工具之間的協作。例如，一大群運輸工具以密集隊形飛行時，運輸工具可以彼此交換運動學數據，以便它們的控制系統可以持續地調整以保持希望的隊形。然而，如果存在與運動學數據關聯的延遲，每個運輸工具的控制系統將基于舊的運動學數據進行它們的計算，而不一定基于表示在執行計算的時刻的其它運輸工具的狀態的數據。運動學數據延遲的影響可能包括需要分隔開運輸工具使它們在隊形中互相遠離以補償運動學數據延遲的影響，或者冒著運輸工具之間碰撞或與環境中的物體碰撞的危險。

除延遲之外，視頻流體系結構通常還需要相當數量的帶寬。高質量的視頻流可能需要每秒一兆或更大的帶寬。這種帶寬通常負擔著運輸工具和遠程操作器之間的通信鏈路。多個無人運輸工具系統可以協作地操作，例如以成群的方式進行操作。多個視頻流可能將所需的帶寬數量增加到難以處理的大小。

一種用于遠程控制運輸工具系統的可替換體系結構包括壓縮視頻流以減少帶寬需求。雖然壓縮視頻流有利地減少帶寬需求，但是這種體系結構的壓縮和解壓縮的開銷可能增加幾秒或更多的延遲。這種增加的延遲可能使得難以遠程控制運輸工具。

另一種用于遠程控制運輸工具系統的可替換體系結構包括將運輸工具拴系/限制(tethering)到遠程操作器。拴系/限制運輸工具有利地提供在運輸工具和操作器之間的直接通信鏈路并能夠提供具有最小延遲的足夠帶寬以使被拴系的運輸工具能夠有效地操作。然而，在這種體系結構中，被拴系的運輸工具的任務受限于系鏈(tether)的長度，其極大地限制運輸工具能夠執行的任務的類型，并且限制運輸工具和操作器與其它運輸工具和操作器協作的能力。

發明內容

本發明公開了用于控制運輸工具系統的方法和體系結構系統。在一個實施例中，一種遠程控制運輸工具的方法包括估算運輸工具的位置。位置估算算法可以估算運輸工具的位置。從運輸工具接收的位置數據包可以被用于更新運輸工具的估算位置。顯示設備可以基于運輸工具的更新的估算位置顯示運輸工具的虛擬表示。命令信號可以基于運輸工具的顯示的虛擬表示而被發送至運輸工具。

在另一個實施例中，一種傳送運輸工具的位置的方法包括估算運輸工具的位置和采集運輸工具的實際位置。如果運輸工具的估算位置和實際位置之間的差異大于閾值，則可以產生包含方向以及運動學運輸工具數據的位置數據包并將其從運輸工具上發送。