[发明专利]飞行器避让方法以及提供有用于实现所述方法的系统的无人机

说明书

本发明涉及飞行器之间的防撞，并且更具体地，涉及与被安装到民用飞行器的机载防撞系统(ACAS)相兼容的确定飞行器避让路径的方法。

本发明还涉及提供有用于执行确定避让所驾驶的飞行器的路径的方法的系统的无人机。

本领域的状态

航空无人机是一种在机上没有人类驾驶员的飞行器。该飞行器可提供有用于按自主方式执行其飞行的自动化系统，并且它还可提供有传感器，并且由地面上的驾驶员来进行远程控制。航空无人机在军事领域(尤其对于战场监视、侦察或实际的地面攻击)有不断增长的用途。

已提议在民用领域使用这样的无人机来执行监视或侦察任务。由于它们很好的飞行续航能力，这样的无人机是有利的，但它们也受到很差的机动性(maneuverability)的困扰，尤其是在其上升或下降能力方面。缺少机上驾驶员意味着无人机无法满足在民用空域中生效的飞行规则，这些规则特别要求飞行器必须能够执行“看见并避让”功能来防撞。结果，无人机没有被授权在未被隔离的空域中(即在与机上有人类驾驶员的民用飞行器相同的位置和相同的时间)飞行。

防撞系统已知用于供安装到被授权进行仪表飞行的特定驾驶飞行器。那个系统被称为空中交通防撞系统(TCAS)，并且它符合依据国际民用航空公约定义的ACAS标准。在欧洲，要求具有十九个以上旅客席的所有商用飞机都安装有那个系统的第II版本，该第II版本包含S模式应答器。该系统被安排成收集关于位于处于2.5英里(4公里(km))到30英里(48km)的范围内的距离处的所有飞行器的航向和位置的信息。该信息主要包括距这样的飞行器的距离、它们的压力高度和近似的方位角信息。被检测到的飞行器被称为“入侵飞行器”。该信息通过询问入侵飞行器的应答器来找回，该应答器可是S模式或S模式型应答器，并且该信息被TCAS II系统用来确定与“入侵飞行器”的碰撞是否可能发生。术语“碰撞”应该被理解为意指飞行器将在比具有先前输入到该系统中的值的标准更近的距离处彼此交叉相遇。优先权被给予第一飞行器的TCAS II系统(此后被称为“主”TCAS系统)，以进入与其他飞行器的TCAS II系统(此后被称为“从”TCAS系统)的联系。在TCAS系统检测到潜在碰撞的情况下，通过驾驶舱中发出的可听警报来通知每一飞行器的驾驶员。这样的警报被称为“空中交通忠告”。在这样的警报后，如果碰撞的风险没有被降低，并且碰撞看起来即将发生，则主TCAS确定将由安装有该主TCAS的飞行器来执行的避让飞行动作，并且它将包含该信息的解决忠告传送给从TCAS，该从TCAS进而确定协调一致的避让飞行动作。每一解决忠告(RA)还经由导航仪表中包括的显示器被传送给相关的驾驶员，并且它被可听警报备份。该忠告指定与该警报对应的入侵飞行器并且还将控制命令给予驾驶员：维持当前路径、上升、下降或监视垂直速度。当从TCAS从主TCAS接收到了RA时，它将协调一致的控制(maneuver)命令发送给其自己的驾驶员。在大多数场景中，TCAS II系统推荐这些飞行器之一上升，并推荐其他飞行器下降，由此具有非常快速地增加这两架飞行器之间的间隔距离的效果。为了很好的工作，TCAS II系统要求安装有它的飞行器在上升或下降速度方面具有某一最小性能水平。

无人机在上升和下降方面的差机动性以及能够解释TCAS II系统的指令的驾驶员的缺席意味着不可能允许各航空无人机在未被隔离的空域中行进，并因此减缓了无人机用途到诸如民用侦察、火灾预防或道路安全性之类的范围的扩展。通过将无人机的机动性改善为符合执行TCAS系统所指定的避让控制所需的水平将增加这样的飞行器的重量和成本，并将使这样的飞行器的本质性能特征(尤其在续航能力、最小飞行速度、噪声和燃油消耗方面)降级。

发明目的

本发明的目的是向无人机提供“看见和避让”功能，即给予它避免与入侵飞行器碰撞的能力。

发明概述

为此，本发明提供一种使得不具有TCAS系统的航空无人机能够避让入侵飞行器的方法，该方法包括以下步骤：

获得入侵飞行器的位置，以便确定航空无人机和入侵飞行器之间的距离；

测量入侵飞行器在水平面中的角速度；以及

确定入侵飞行器是否安装有TCAS系统，并且如果是，则接收由入侵飞行器的TCAS传送的解决忠告，并确定避让路径。

该方法因此使得航空无人机能够检测并避让入侵飞行器。