[发明专利]用于飞行器的自动自主着陆的方法及系统

说明书

本发明涉及用于飞行器的自动自主着陆的方法及系统。该系统包括：机载图像捕获系统；图像分析装置，在图像中检测着陆跑道且确定将跑道上的计划碰撞点与图像的灭点连接的线段的特征；测量装置，基于线段的特征来测量多个可观测量，包括飞行器相对于跑道中轴的相对航向角定义的第一可观测量、飞行器位置相对于碰撞点的横向偏离与垂直偏离之比定义的第二可观测量和飞行器位置相对于碰撞点的纵向偏离与垂直偏离之比定义的第三可观测量；估计装置，基于第一、第二和第三可观测量的测量估计惯性坐标系中表达的飞行器位置相对于碰撞点的纵向、横向和垂直位置偏离；以及引导装置，基于估计的纵向、横向和垂直位置偏离及相对航向角来计算飞行器的引导命令。

技术领域

本发明一般地涉及航空领域，并且更具体地涉及自动着陆系统领域。

背景技术

着陆阶段是飞行器的飞行的关键阶段，因为大多数事件和事故发生在该阶段期间。为了使飞行员的任务简易，已经提出了大量的自动着陆系统。特别地，已知以下仪器着陆系统或ILS：其被装配至大容量客机并且其地面基础设施存在于国际机场。在一些欧洲机场中，也能够利用MLS微波着陆系统。这些系统使用无线电或微波信号来在其进场(approach)阶段中既相对于跑道的轴横向地又相对于进场平面(下滑道)垂直地引导飞行器。然而，它们表现出以下缺点：尤其由于其高成本而不能够在所有机场利用，并且表现出严重的使用制约。此外，地面基础设施表现出10^-3/小时级的故障概率。因此，飞行器不一定能够以自动模式执行着陆。最近出现了使用卫星定位的被称为GLS(基于地面的增强系统着陆系统)或SLS(基于卫星的着陆系统)的自动着陆系统。由于当前卫星定位系统不可以获得执行着陆所需要的精度，所以它们必须增设有地面参考站，如WAAS(广域增强系统)或EGNOS(欧洲地球同步导航重叠服务)网络的地面参考站。这些系统仍然不是很普遍，并且表现出相对低的利用率(99.5％级)，这再次不可以永久保证以自动模式着陆。

由于这样的地面基础设施的空间和时间不可利用性，关注已经转向使用由机载相机捕获的地面的视频图像的自主着陆系统。

这些自主系统通常使用由机载相机捕获的视频图像以及与跑道有关的信息来估计飞行器相对于跑道的姿态和位置。之后，基于由此确定的位置和姿态来计算飞行器引导命令。然而，该估计是复杂的运算，这通常要求机场的地形的机载数字模型的可用性或至少与着陆跑道有关的几何和地形信息。此外，当包含数字模型的数据库不可用时或者在紧急着陆在任意现场的情况下，前面提到的自主系统不工作。

由本申请人提交的申请FR-A-2835314提出了不需要知道着陆跑道的特征的着陆辅助系统。然而，根据非常类似于道路交通背景下的驱动辅助的原理，该系统仅当飞行器距地面几米时进行操作。特别是，它不可以在整个最后进场期间，也就是说在最后十千米左右期间来引导飞行器。

本发明的目的是提出用于飞行器的自动着陆的系统，该系统尤其是鲁棒的，能够在全部或部分缺少关于着陆跑道的信息的情况下进行操作，并且能够在整个最后进场期间以自主方式引导飞行器。

发明内容

本发明涉及用于飞行器在着陆跑道上自动着陆的系统，其包括：

机载图像捕获系统，其由所述飞行器携带，并且意在捕获地面的一系列连续图像；

图像分析装置，用于在图像中检测着陆跑道，并且用于在该图像中确定将所述跑道上的计划碰撞点P与所述图像的灭点(vanishing point)Ω连接的线段[P，Ω]的特征。

自动着陆系统的优点在于其包括：

测量装置，用于基于线段[P，Ω]的特征来测量与跑道相关联的惯性坐标系中的多个可观测量，所述多个可观测量包括：由飞行器相对于跑道的中轴的相对航向角(ψ)定义的第一可观测量、由飞行器的位置相对于所述碰撞点的横向偏离与垂直偏离的比率定义的第二可观测量以及由飞行器的位置相对于所述碰撞点的纵向偏离与垂直偏离的比率定义的第三可观测量