[發(fā)明專利]自主且自動的著陸方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410349014.4
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104340371A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吉揚·皮約;維克托·吉貝爾;法比安·佩林
• 申請（專利權(quán)）人: 空中客車營運有限公司
• 主分類號: B64D45/04
• 分類號: B64D45/04
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;李春暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及航空領(lǐng)域，并且更具體地涉及自動著陸系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

著陸階段是飛行器的飛行中的關(guān)鍵階段，這是因為大多數(shù)事件和事故均在該階段期間發(fā)生。為方便飛行員的任務(wù)，已經(jīng)提出許多自動著陸系統(tǒng)。特別地，裝配到大容量客機(jī)的ILS(儀表著陸系統(tǒng))是公知的，并且其地面基礎(chǔ)設(shè)施存在于國際機(jī)場。在一些歐洲機(jī)場中，MLS(微波著陸系統(tǒng))也是可用的。這些系統(tǒng)在飛行器進(jìn)場階段使用無線電或微波信號不僅沿相對于跑道軸線的橫向方向而且沿相對于下滑道的垂直方向來導(dǎo)引飛行器。然而，這些系統(tǒng)特別是由于其高成本和其具有顯著使用約束的事實而具有并非在所有機(jī)場中都可用的缺點。此外，地面基礎(chǔ)設(shè)施具有10^-3/小時的數(shù)量級的故障概率。因此飛行器不能肯定其將能夠以自動模式著陸。最近，已經(jīng)生產(chǎn)了使用被稱為GLS(GPS著陸系統(tǒng))的衛(wèi)星定位系統(tǒng)或者可替代地使用SLS(基于衛(wèi)星的著陸系統(tǒng))的自動著陸系統(tǒng)。由于目前的衛(wèi)星定位系統(tǒng)不能獲得實現(xiàn)著陸所需的精度，所以這些系統(tǒng)必須通過地面參考站例如WAAS(廣域增強系統(tǒng))或EGNOS(歐洲地球同步導(dǎo)航覆蓋服務(wù))網(wǎng)絡(luò)的地面參考站來增強。上述系統(tǒng)至今尚未普及，并且具有相對較低的可用率(99.5％的數(shù)量級)，這又使得不能永久地保證以自動模式著陸。

由于這樣的地面基礎(chǔ)設(shè)施的與空間和時間相關(guān)的不可用性，所以已將注意力轉(zhuǎn)向利用由機(jī)載攝像機(jī)拍攝的地面的視頻圖像的自主著陸系統(tǒng)。

這些自主系統(tǒng)通常使用由攝像機(jī)拍攝的視頻圖像和關(guān)于跑道的數(shù)據(jù)來判斷攝像機(jī)的位姿(位姿估計)，并且根據(jù)攝像機(jī)的位姿來推導(dǎo)飛行器相對于跑道的姿態(tài)和位置。然后，根據(jù)以此方式確定的位置和姿態(tài)來計算飛行器的制導(dǎo)命令。然而，位姿估計是復(fù)雜的運算，其通常需要機(jī)場的地形的機(jī)載數(shù)字模型是可用的，或者需要與著陸跑道相關(guān)的至少幾何數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)。此外，當(dāng)含有數(shù)字模型的數(shù)據(jù)庫不可用時，或者在隨機(jī)地形上緊急著陸的情況下，上述自主系統(tǒng)不起作用。

由本申請人提交的申請F(tuán)R-A-2835314提出了不需要獲知著陸跑道的特征的著陸輔助系統(tǒng)。然而，這種系統(tǒng)僅在飛行器距離地面數(shù)米時工作，并且使得不能在整個最后進(jìn)場階段即在最后約10千米期間導(dǎo)引飛行器。

本發(fā)明的目的為提出用于飛行器的自動著陸系統(tǒng)，該自動著陸系統(tǒng)特別穩(wěn)健，以及能夠在與著陸跑道相關(guān)的數(shù)據(jù)全部或部分缺失的情況下工作并且能夠在整個最后進(jìn)場階段自主地導(dǎo)引飛行器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明限定了一種用于使飛行器在著陸跑道上自動著陸的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

在所述飛行器上的至少一個機(jī)載攝像機(jī)，其意在拍攝一系列連續(xù)的地面圖像；

圖像處理裝置，其能夠從所述圖像提取著陸跑道的視覺特征；以及

制導(dǎo)裝置，其能夠根據(jù)在所述圖像中的至少一個圖像中著陸跑道的視覺特征的相應(yīng)位置來確定用于飛行器的制導(dǎo)命令，以將飛行器帶入標(biāo)稱進(jìn)場平面并且將飛行器與著陸跑道的軸線對準(zhǔn)。

在進(jìn)場階段期間飛行器的制導(dǎo)命令因而僅基于圖像中跑道的視覺特征的位置來確定，而不需要獲知跑道的幾何和/或地形數(shù)據(jù)。

在第一實施方式中，制導(dǎo)命令是通過對圖像中跑道的視覺特征進(jìn)行基于圖像的視覺伺服而獲得的。

在該第一實施方式中，制導(dǎo)裝置包括基于圖像的視覺伺服裝置，該基于圖像的視覺伺服裝置能夠估計圖像中在視覺特征的位置與這些特征的要求位置之間的距離，并且根據(jù)所述距離來推導(dǎo)用于飛行器的制導(dǎo)命令以將視覺特征帶至其在圖像中的相應(yīng)要求位置。

圖像中著陸跑道的視覺特征有利地為跑道的軸線和跑道上的觸地點。

如果不存在側(cè)風(fēng)，則跑道的軸線的要求位置為圖像的中間垂直軸線，并且觸地點的要求位置為所述中間垂直軸線與如下線之間的交點：該線平行于水平線并且以與水平線相距要求距離位于水平線下方。

跑道的軸線與圖像的中間垂直軸線之間的距離是通過距離d_Ω和角度θ_r來估計的，該距離d_Ω將消失點Ω和在圖像的中間垂直軸線與水平線之間的交點H分隔，并且角度θ_r為跑道的軸線與圖像的水平軸線之間的角度。

要求距離優(yōu)選地等于d_P,c＝f.(tan(θ+δ₀)-tan(θ))，其中f為攝像機(jī)的焦距，θ為飛行器的俯仰角，以及δ₀為標(biāo)稱進(jìn)場平面與水平面之間的角度。

在此情況下，用于飛行器的制導(dǎo)命令由下式確定：