[发明专利]在发生飞行偶然事件的情况下无人飞行器飞行路径的确定

说明书

技术领域

本公开总体涉及用于选择飞行器的飞行路径的系统的方法。特别地，本公开涉及如果发生飞行偶然事件为无人驾驶飞机(UAV)选择飞行路径的系统和方法。

背景技术

小型UAV必须可以利用通信和导航信号以便它们进行某些任务，这些任务包括降落。为按计划进行的任务(nominal mission)制定计划一般包括要考虑到在哪和何时这些信号是可用的并且在哪和何时它们被阻挡。许多已知的软件包支持这种计划。

当一些其他的偶然事件强迫UAV离开按计划进行的任务路径时，有时通信或导航信号被意外地阻挡(比如，被干扰)或被仅相关的已知因素(比如，地形)阻挡。这些其他的偶然事件的示例包括引擎故障或为了追踪嫌疑目标而飞行临时航线。

为了说明前述内容，考虑一个方案，其中UAV处在山区内，且可以在操作者的视线内。其在轨道内飞行以监视目标并且停留在先前任务计划所限定的“良好通信和导航”区域内。然后操作者使UAV进入未计划的方向以便支持搜索和营救。这将使UAV处于山脉之后，进而切断了按计划进行的高度处的通信信号。在这种情形下，不期望丢失UAV或放弃该任务。

较大的UAV和有人驾驶飞行器经常具有针对通信(比如，SATCOM)和导航(比如，惯性导航)的冗余的系统，该系统可使其对干扰和其他偶然事件做出响应而不失去通信和导航。即它们具有许多的光谱自由度。另一方面，小型UAV一般不能容下这些冗余系统所需的重量、动力以及体积；因此，小型UAV依靠单一无线电和全球定位系统(GPS)接收器。为了处理飞行偶然事件的通信/导航方面，这种UAV具有少量或没有光谱自由度；代替地，它们必须依靠飞行控制使能的自由度。

一种解决方案是交通工具操作者响应于飞行偶然事件实时地人工选择路径。当偶然事件要求强行降落时，交通工具操作者(经由UAV摄像机或在地图上)查看周围从而寻找潜在的降落点，根据通信的需要将他的或她的最好的猜测作为飞行器能够安全地到达的地点，从这些地点中拾取一个地点，并且尝试驾驶UAV到达那个地点。同样地对于从飞行计划的其他偏离，操作者拾取他或她猜测将会是安全的并且有充分通信的路径，同时完成任务目标。

另一种解决方案是对UAV期望的行为进行预编程。当UAV丢失通信或者丢失其与GPS信号的连接时，其执行它的操作者在飞行前预编的路径。

进一步的解决方案，对于要求强行降落的偶然事件而言，其提供计算机程序，该计算机程序检查所存储的信息，该信息关于地形、天气、飞行器性能特性以及诸如机场、公路、电线或森林的地形特征；选择在飞行器的性能限制下能够到达的潜在降落点；以及使飞行器飞到这些地点之一或者显示信息以引导交通工具操作者到达这些地点之一。对于包括特设的重新计划的飞行计划而言，这种已知的解决方案提供了路径，从该路径UAV总能够在UAV的运动极限内到达安全降落点。这种已知的解决方案不考虑通信或GPS连接约束。

在此需要一种系统和方法，其能够帮助UAV选择在偶然事件情形中维持使用通信和导航信号的飞行路径。

发明内容

改进的UAV控制系统在此被描述，其将约束添加到在发生飞行偶然事件，诸如引擎故障或者遇到干扰(其强迫改道或未计划的降落)的情况下选择飞行路径的过程中。约束为：(1)确保在偶然事件操作期间当需要时通信是可用的；以及(2)确保在偶然事件操作期间当需要时来自GPS(或其他导航系统)的信号是可用的。

根据本文公开的不同实施例，增强UAV控制系统帮助UAV选择飞行路径，该飞行路径可在偶然事件情形中维持使用通信和导航信号。根据一个实施例，UAV控制系统包括计算机系统，其被编程以便(a)检测飞行偶然事件，(b)选择符合通信和导航信号可用的要求同时满足其他约束的路径，以及(c)飞行所选路径。UAV控制系统进一步包括RF环境的数字模型，所述RF环境包含操作者的发射机的位置、如雷达站或已知干扰机的其他发射机的特性、UAV上每个天线的方位和取向，RF信号极化，可导致多路衰减的地形特征等等。控制系统进一步包括几何引擎，其包含数据和函数以便分析UAV方位和取向的改变如何影响相对于操作者的RF信号的每个天线的方位和取向。控制系统可进一步包括何时以及如何使用RF环境模型和几何引擎的逻辑。