[發明專利]在發生飛行偶然事件的情況下無人飛行器飛行路徑的確定

有效

• 申請號: 201380059917.2
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN104797995B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: B·J·蒂洛森;C·B·斯皮訥利;R·P·勒特
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 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

本公開總體涉及用于選擇飛行器的飛行路徑的系統的方法。特別地，本公開涉及如果發生飛行偶然事件為無人駕駛飛機(UAV)選擇飛行路徑的系統和方法。

背景技術

小型UAV必須可以利用通信和導航信號以便它們進行某些任務，這些任務包括降落。為按計劃進行的任務(nominal mission)制定計劃一般包括要考慮到在哪和何時這些信號是可用的并且在哪和何時它們被阻擋。許多已知的軟件包支持這種計劃。

當一些其他的偶然事件強迫UAV離開按計劃進行的任務路徑時，有時通信或導航信號被意外地阻擋(比如，被干擾)或被僅相關的已知因素(比如，地形)阻擋。這些其他的偶然事件的示例包括引擎故障或為了追蹤嫌疑目標而飛行臨時航線。

為了說明前述內容，考慮一個方案，其中UAV處在山區內，且可以在操作者的視線內。其在軌道內飛行以監視目標并且停留在先前任務計劃所限定的“良好通信和導航”區域內。然后操作者使UAV進入未計劃的方向以便支持搜索和營救。這將使UAV處于山脈之后，進而切斷了按計劃進行的高度處的通信信號。在這種情形下，不期望丟失UAV或放棄該任務。

較大的UAV和有人駕駛飛行器經常具有針對通信(比如，SATCOM)和導航(比如，慣性導航)的冗余的系統，該系統可使其對干擾和其他偶然事件做出響應而不失去通信和導航。即它們具有許多的光譜自由度。另一方面，小型UAV一般不能容下這些冗余系統所需的重量、動力以及體積；因此，小型UAV依靠單一無線電和全球定位系統(GPS)接收器。為了處理飛行偶然事件的通信/導航方面，這種UAV具有少量或沒有光譜自由度；代替地，它們必須依靠飛行控制使能的自由度。

一種解決方案是交通工具操作者響應于飛行偶然事件實時地人工選擇路徑。當偶然事件要求強行降落時，交通工具操作者(經由UAV攝像機或在地圖上)查看周圍從而尋找潛在的降落點，根據通信的需要將他的或她的最好的猜測作為飛行器能夠安全地到達的地點，從這些地點中拾取一個地點，并且嘗試駕駛UAV到達那個地點。同樣地對于從飛行計劃的其他偏離，操作者拾取他或她猜測將會是安全的并且有充分通信的路徑，同時完成任務目標。

另一種解決方案是對UAV期望的行為進行預編程。當UAV丟失通信或者丟失其與GPS信號的連接時，其執行它的操作者在飛行前預編的路徑。

進一步的解決方案，對于要求強行降落的偶然事件而言，其提供計算機程序，該計算機程序檢查所存儲的信息，該信息關于地形、天氣、飛行器性能特性以及諸如機場、公路、電線或森林的地形特征；選擇在飛行器的性能限制下能夠到達的潛在降落點；以及使飛行器飛到這些地點之一或者顯示信息以引導交通工具操作者到達這些地點之一。對于包括特設的重新計劃的飛行計劃而言，這種已知的解決方案提供了路徑，從該路徑UAV總能夠在UAV的運動極限內到達安全降落點。這種已知的解決方案不考慮通信或GPS連接約束。

在此需要一種系統和方法，其能夠幫助UAV選擇在偶然事件情形中維持使用通信和導航信號的飛行路徑。

發明內容

改進的UAV控制系統在此被描述，其將約束添加到在發生飛行偶然事件，諸如引擎故障或者遇到干擾(其強迫改道或未計劃的降落)的情況下選擇飛行路徑的過程中。約束為：(1)確保在偶然事件操作期間當需要時通信是可用的；以及(2)確保在偶然事件操作期間當需要時來自GPS(或其他導航系統)的信號是可用的。

根據本文公開的不同實施例，增強UAV控制系統幫助UAV選擇飛行路徑，該飛行路徑可在偶然事件情形中維持使用通信和導航信號。根據一個實施例，UAV控制系統包括計算機系統，其被編程以便(a)檢測飛行偶然事件，(b)選擇符合通信和導航信號可用的要求同時滿足其他約束的路徑，以及(c)飛行所選路徑。UAV控制系統進一步包括RF環境的數字模型，所述RF環境包含操作者的發射機的位置、如雷達站或已知干擾機的其他發射機的特性、UAV上每個天線的方位和取向，RF信號極化，可導致多路衰減的地形特征等等。控制系統進一步包括幾何引擎，其包含數據和函數以便分析UAV方位和取向的改變如何影響相對于操作者的RF信號的每個天線的方位和取向。控制系統可進一步包括何時以及如何使用RF環境模型和幾何引擎的邏輯。