[發(fā)明專利]基于軌跡的感測(cè)與規(guī)避

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110461573.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN102566581B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·R·杜爾林;H·W·小湯林森;N·維斯內(nèi)夫斯基;C·A·霍弗;G·A·富爾曼;T·B·塞巴斯蒂安;M·卡斯蒂洛-埃芬;S·R·漢森;D·S·阿伯納蒂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 柯廣華,朱海煜

背景技術(shù)

本文公開的本發(fā)明主題涉及飛行器(aircraft)方面的碰撞預(yù)測(cè)和規(guī)避，例如無人駕駛航空系統(tǒng)或精簡(jiǎn)機(jī)組人員隨機(jī)飛行的有人駕駛飛行器。

無人駕駛航空系統(tǒng)(UAS)是包括可以從地面(即以遙控方式)導(dǎo)航和/或或多或少自主地(即，無直接的人控制或監(jiān)控)飛行的航空運(yùn)輸工具(aerial vehicle)的系統(tǒng)。UAS還可以由地面控制站和與該地面控制站通信并受其控制的一個(gè)或若干此類飛行器組成。此類系統(tǒng)的空中組成部分的大小可以在從幾克到數(shù)噸的范圍內(nèi)，并且開始在航空航天領(lǐng)域中變得更為盛行。民用可以包括諸如農(nóng)作物噴灑農(nóng)藥、電力線路檢查、大氣研究、數(shù)據(jù)鏈路中繼和交通/安全監(jiān)控的作用。

取消飛行員較之有人駕駛飛行器在機(jī)動(dòng)性能、尺寸、有效負(fù)載和續(xù)航力制約等方面為UAS平臺(tái)設(shè)計(jì)人員提供額外的自由。再有，一般認(rèn)為，UAS在生存性和消耗性方面以及成本效率上提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因此，UAS為自主地或以實(shí)質(zhì)性縮減的人力來執(zhí)行高風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)及單調(diào)的任務(wù)提供了機(jī)會(huì)。

盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但是仍存在有關(guān)UAS的操作以及將UAS集成到管制的或商用空域中的若干難題，這些難題包括安全性和可靠性以及成本和規(guī)范。面對(duì)UAS的一個(gè)安全性難題是，要能夠感測(cè)和檢測(cè)其他空中的飛行器從而規(guī)避空中碰撞。概念上來說，可以將碰撞規(guī)避分成間隔保障和碰撞規(guī)避。間隔管理常常通過程序性規(guī)則和空中交通控制指令來實(shí)現(xiàn)。在沒有足夠的間隔的情況下需要碰撞規(guī)避。碰撞規(guī)避在傳統(tǒng)上可以依賴于飛行員的“觀察和規(guī)避”能力，并且還可以依賴于如交通防撞系統(tǒng)(TCAS)和非獨(dú)立自動(dòng)監(jiān)視廣播(ADS-B)的協(xié)同技術(shù)。但是，UAS無法單純依賴于TCAS和ADS-B系統(tǒng)，因?yàn)闀?huì)有未配備這些系統(tǒng)(即，非協(xié)同的)的空域用戶。因此，存在允許UAS與其他空中的飛行器保持足夠的間隔并在足夠的間隔喪失時(shí)實(shí)施規(guī)避措施的系統(tǒng)和/或措施的需要。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)。感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)包括沖突檢測(cè)模塊，該沖突檢測(cè)模塊配置成接收飛行器的四維(4-D，即三個(gè)空間維加一個(gè)時(shí)間維)軌跡和表示其他飛行器的軌跡的4-D構(gòu)造或該飛行器要與之保持間隔的區(qū)域。沖突檢測(cè)模塊確定該飛行器的4-D軌跡與該4-D構(gòu)造之間是否存在沖突。感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)還包括沖突解決模塊，該沖突解決模塊配置成從沖突檢測(cè)模塊接收信息。沖突解決模塊生成對(duì)該飛行器的4-D軌跡的更改以規(guī)避沖突。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種安裝在飛行器上的感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)。感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)包括一個(gè)或更多通信鏈路，該一個(gè)或更多通信鏈路配置成與地面控制站、空中交通控制系統(tǒng)或其他飛行器的一個(gè)或更多通信。感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)還包括：傳感器組；軌跡預(yù)測(cè)器模塊，其配置成基于從一個(gè)或更多通信鏈路或傳感器組接收的數(shù)據(jù)生成四維(4-D)構(gòu)造；以及飛行管理系統(tǒng)，其包括軌跡規(guī)劃模塊和軌跡預(yù)測(cè)模塊。軌跡預(yù)測(cè)模塊生成該飛行器的4-D軌跡。感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)還包括：飛行控制系統(tǒng)，其與飛行管理系統(tǒng)通信并配置成執(zhí)行來自飛行管理系統(tǒng)的指令以使飛行器沿著4-D軌跡飛行；沖突檢測(cè)模塊，其配置成評(píng)估飛行器的4-D軌跡和由軌跡預(yù)測(cè)器模塊生成的或者由地面控制站或空中交通控制系統(tǒng)的一個(gè)或更多提供的4-D構(gòu)造以確定該4-D軌跡與一個(gè)或更多4-D構(gòu)造之間是否存在沖突；以及沖突解決模塊，其配置成在沖突的事件中生成對(duì)4-D軌跡的更改，并將此更改傳送到飛行管理系統(tǒng)以更新4-D軌跡來緩解沖突。

在一個(gè)附加實(shí)施例中，提供一種飛行器。該飛行器包括基于軌跡的感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)，該感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)配置成基于4-D軌跡或構(gòu)造來檢測(cè)潛在的沖突或碰撞。使用由該飛行器的飛行管理系統(tǒng)生成的飛行器的4-D軌跡和飛行器外部的源提供的4-D構(gòu)造來識(shí)別被評(píng)估為在戰(zhàn)略時(shí)間范圍(time frame)內(nèi)發(fā)生的潛在沖突或碰撞。使用由該飛行器的飛行管理系統(tǒng)生成的飛行器的4-D軌跡和其中一些至少部分地由該飛行器的機(jī)載預(yù)測(cè)器模塊提供的4-D構(gòu)造來識(shí)別被評(píng)估為在戰(zhàn)術(shù)時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生的潛在沖突或碰撞。至少部分地基于由機(jī)載傳感器組生成的數(shù)據(jù)來識(shí)別被評(píng)估為在關(guān)鍵時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生的潛在的沖突或碰撞。

附圖說明

當(dāng)參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，貫穿附圖中，相似的符號(hào)表示相似部件，其中：

圖1示出根據(jù)本公開的多個(gè)方面的、在飛行器與其他飛行器或地基實(shí)體之間可能存在的通信鏈路；

圖2示出根據(jù)本公開的多個(gè)方面的基于軌跡的感測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)；