[发明专利]用于监测地势变化的方法和设备

说明书

本发明涉及在具有或不具有飞行员的情况下的飞行器导航领域。

本发明还涉及飞机、直升机甚或包括民用无人机的任何运载器的导航，并且特别应用于地势追踪飞行阶段。飞行器在地面之上的高度可能相当低。

在该领域中，目标之一是能够精确地预测地势的改变，以便调整飞行器的导航。地势跟踪的目标是在飞行器和飞越的地面之间保持特定高度。

主要问题之一涉及在出现固定在地面以上的元素（诸如建筑物、塔架、机库、悬崖等）的情况下对导航的调整，这需要尽可能的检测到这些元素，以精确地对其定位和特征化。根据地面上的元素的类型（精确的或宽广的），对导航的调整可以是不同的。

在低高度飞行的极端情况中，则一个问题是检测到与地面上的元素冲突的航线，以及触发警告过程并改变飞行器的方向以避免该冲突。

对于无线电高度计（RA）的操作而言，该问题尤为关键。图1示出了无线电高度计1在位置P_RA(t)的情况，所述无线电高度计受到地上元素2的存在的干扰：由于该无线电高度计和地上元素之间的距离H₁比时刻t时该RA和地面之间的距离H₀短，因此传统的无线电高度计提供值H₁而不是H₀作为时刻t时的高度。首先，RA不具有时刻t时的精确垂直高度，其次其无法预测前面的地上元素的准确位置也无法对其特征化，尤其是估计其高度和获知其是精确的还是粗略的元素。图2示意性地示出了由RA根据地上元素2的存在的时间提供的高度H。

一种来自现有技术的第一方法包括为飞机配备已知的来自综合孔径雷达的功能，更普遍地已知缩写为“SAR”，其允许通过降低照射在地面上的光点S₁来提取时刻t时的真实高度H₀（图1对应于由配备SAR功能的传感器所见的地面上的区域S₂）。然而，该技术不允许对地势的改变的预测，对冲突航线的检测或地上元素的特征化。

预测地势变化的问题对于允许无人机在民用空域中航行的发展是同等关键的。

因此一般的技术问题涉及对地势的地形变化的预测，以及对地面和地上元素和/或地面以上的特征化。在极端情况中，该问题涉及避免正面碰撞。

申请人已知的用于飞行器的防碰撞系统的现有技术包括：

-协同警报系统，诸如TCAS，“交通警报和防碰撞系统”的缩写，尤其专用于检测移动的障碍物，

-专用前向点雷达（在运载器的航行轴上照射位于飞机前方的圆锥型的雷达），通常用毫米波，

-具有数据融合的多传感系统（可见或红外雷达和照相机）

专利FR2913775描述了用于具有至少两个雷达的滑行的飞行器的障碍物检测系统。

专利US6,885,334涉及根据SAR原理进行操作的无线电高度计，已向该SAR原理添加了具有35GHz的补充前向点雷达的防碰撞功能。该专利US6,885,334描述了实现通过前向点雷达扩增的导航辅助系统PTAN（精确地势辅助导航）的方法。该PTAN包括在允许在运载器的航行轴上降低地面上所见的光点的无线电高度计（图1）上实现多普勒处理。零多普勒频率的提取使得能够提供低于飞行器的高度的更好的估计，并且不受前面的地上元素的干扰。例如在图1中，在时刻t，无线电高度计和地上元素之间的距离H₁小于无线电高度计和地面之间的距离H₀。传统的无线电高度计提供值H₁作为时刻t的高度，而配备有SAR功能的RA将提供高度H₀。专利US6,885,334借助于使用专用前向点雷达来提供防碰撞功能。

专利US5,736,957公开了一种允许追踪地面的表面R的变化和/或地上元素的存在的方法。

防碰撞系统的现有技术的缺点主要如下：

-协作系统明显地依赖于外部信息来工作，所述信息是由例如地面上的站或其它飞行器提供的；

-前向点雷达的使用使得必然实现专用于防碰撞功能的雷达，而这种雷达是昂贵的。此外，角度性能通常较低；

-光学系统的使用受限于气候条件。此外，视野较差；

-具有数据融合的多传感系统的实现是复杂且昂贵的。

总之，在现有技术中描述的系统和方法不允许使用预测地势追踪的系统和用于飞行中的飞行器的防碰撞系统，这种系统具有以下所有属性：

-自主性（不依赖于协作技术），

-使用单个传感器/无线电频率线，

-低复杂度操作模式，