[发明专利]提供飞行器意向的描述

说明书

本发明涉及提供飞行器意向的描述，并公开了生成以形式语言表达的飞行器意向描述的计算机实施的方法，该飞行器意向描述提供飞行器在飞行时间段中的预期运动和配置的明确的四维描述。飞行意向描述经解析提供跨越飞行区段的飞行意向的实例，其中飞行区段一起跨越所述飞行时间段。用根据用户偏好、操作环境和飞行器性能的目标和约束丰富所解析的飞行意向。通过确保每个飞行区段关闭所有关联的自由度的飞行器运动和配置，将产生的丰富飞行意向转换成参数飞行器意向描述。至少一些飞行器意向实例包含参数范围，并且该方法进一步包括通过确定每个参数范围的参数的最优值而优化参数飞行器意向。

技术领域

本发明涉及提供一种形成使用形式语言表达的飞行器意向描述的方法。此类描述允许明确地预测飞行器的路径。

背景技术

由于若干原因，预测飞行器轨迹的能力是有用的。通过轨迹，飞行器路径的四维描述意味着例如飞行器的三维位置可及时被指定在一系列点中的每个点处。该描述可以是飞行器随时间的状态的演化，其中该状态可包括飞行器的质量中心的位置及其运动的其他方面，如速度、姿态和重量。

航空交通管理(ATM)将受益于预测飞行器的四维轨迹的改进的能力。航空交通管理负责飞行器的安全间隔、在拥挤空域如在机场周围特别艰巨的任务。基于精确四维轨迹预测的ATM决策支持工具可允许处理更大体积的飞行器，同时保持安全。

预测飞行器的四维轨迹的能力也将有益于例如在编程UAV的飞行计划中以及在命令和化解其轨迹的冲突中诸如无人驾驶航空器(UAV)的自控飞行器的管理。

为了明确地预测飞行器的四维轨迹，人们必须求解对飞行器行为和大气条件建模的一组微分方程。不同组的微分方程可供使用，其中一些将飞行器视为六自由度的运动系统，而其他将该飞行器视为具有三个运动自由度的点质量。另外，为了求解运动方程，要求关于飞行器的配置的信息，因为其将根据分析器的配置对控制命令作出不同响应。因此，进一步的配置自由度可能要求描述该飞行器的配置的限定。例如，三个配置自由度可用于限定起落装置配置、速度制动配置和提升装置配置。因此，飞行器意向会需要关闭六个自由度来限定明确的轨迹，其中三个度对应于该飞行器在三个轴线上的运动，而其他三个度对应于飞行器配置。

计算过程要求与飞行器意向对应的输入，例如使用形式语言表达的飞行器意向描述。该飞行器意向描述提供充足信息，以明确地预测飞行器将飞行的轨迹。该飞行器意向描述通常来源于飞行意向，也就是关于飞行器如何飞行的更基本信息，但其不会提供充足信息来允许飞行器轨迹的明确确定。飞行器意向可包括捕获可由飞行员和/或飞行管理系统支配的基本命令、引导模式和控制输入的信息，并且这些在飞行器意向描述中被表示为形式语言。

飞行器意向必须区别于飞行意向。飞行意向可被认为是飞行计划概念的泛化，且因此将反映操作约束和目标，如预期或要求的路线和操作员偏好，并且可使用形式语言表达。飞行器意向的实例提供充足信息，以指示如何关闭飞行器的自由度中的至少一个，而飞行意向的实例并未提供充足信息。例如，飞行意向的实例可对应于从32000英尺至38000英尺的爬升，从而未解决如何执行所述爬升，而飞行器意向的实例可对应于使用每分钟2000英尺的爬升率的从32000英尺至38000英尺的爬升。

飞行意向不会明确地限定飞行器的轨迹，因为其将仅包含关闭所有自由度所必需的一些信息。换句话说，剩余的开放自由度意味着有可能是许多可以计算的飞行器轨迹，这些飞行器轨迹将满足给定的飞行意向。因此，飞行意向可被视为飞行的基本蓝图，但缺乏明确计算轨迹所要求的具体细节。

因此，附加信息必须与飞行意向结合，以便关闭所有自由度且得到飞行器意向，该飞行器意向确实允许要飞行的四维轨迹的明确预测。不关闭所有自由度的飞行器意向描述被称为打开飞行器意向描述。