[发明专利]使用LIDAR和传统空中数据传感器的混合式空中数据系统

说明书

本申请要求2016年3月22日提交的美国临时申请号62/311,805的优先权的权益，其公开通过引用被并入。

背景技术

经由各种飞行器机载仪器来收集空中数据（air data）参数。使用空中数据参数（包括空速、气温、攻角/侧滑角（AoA/AoS）和空气密度/压力（pressure）来计算实际空速（TAS）、已校准空速（CAS）、马赫数、静态气温以及密度/压力导出高度。

常规固定翼飞行器依赖于由皮托管和关联传感器、静压端口和关联传感器、温度传感器以及AoA和/或AoS叶片（vane）中的零个、一个或更多组成的传统（legacy）（也称为惯用）空中数据系统的全体来获得飞行管理系统以及座舱仪器和显示器所要求的空中数据被测变量（measurand）。替换地，零个、一个或更多的多功能探头可以提供上述功能中的全部或子集。传统空中数据传感器中的某些遭受长期稳定性问题。

皮托管探头和皮托管静态探头易遭受主要由于结冰或其它障碍物引起的故障，并且已经是多个悲剧事件中的根本原因。皮托管探头的其它缺点包括：高攻角下的准确度的降低；低速度下的空速准确度的降低；每个机身（airframe）要求的校准（静态源纠错）；尤其是在高马赫数下的空气动力阻力；随着探头磨损及其它因素（诸如油漆波纹或飞行器改装）的准确度和可重复性降低。虽然大量的研究和开发已致力于克服这些缺点，但是皮托管探头面对着不能被克服的根本限制。

发明内容

一种空中数据系统包括光学空中数据系统，其包括一个或多个光检测及测距（LiDAR）通道，所述一个或多个LiDAR通道中的每一个包括用于空中数据询问（interrogation）的至少一个视线，其中所述一个或多个LiDAR通道被配置成输出第一组空中数据信号。可选非光学空中数据系统包括一个或多个非光学空中数据传感器，所述一个或多个非光学空中数据传感器选自由一个或多个皮托管传感器（pitot sensor）、一个或多个静压传感器、一个或多个温度传感器、一个或多个攻角叶片、一个或多个侧滑角叶片、一个或多个多功能探头及其组合组成的组。所述一个或多个非光学空中数据传感器被配置成输出第二组空中数据信号。一个或多个处理器被操作耦合到一个或多个LiDAR通道和一个或多个非光学空中数据传感器（当存在时）。一个或多个处理器被配置成使用空中数据信号来进行信号分析、数据处理、数据增强（data augmentation）、表决（voting）或其组合。

附图说明

理解了附图仅仅描绘示例性实施例且因此不应被视为在范围方面是限制性的，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述示例性实施例，在所述附图中：

图1图示出用于飞行器的混合式空中数据系统的示例性实施例；以及

图2是混合式空中数据系统的框图，其描绘了用于各种可能传感器组合的空中数据信息的流。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中以图示的方式示出了特定说明性实施例。应理解的是可以利用其它实施例，并且可以进行逻辑、机械以及电气改变。因此不应以限制性意义来理解下面的详细描述。

提供了一种用于飞行器的混合式空中数据系统，其采用以不同组合的光检测和测距（也写为LIDAR、LiDAR或LADAR）空中数据传感器以及可选传统空中数据传感器（包括多功能探头），其被用来生成各种空中数据被测变量。

该混合式空中数据系统一般地包括光学空中数据系统，其包括每个包括用于空中数据询问的至少一个视线的一个或多个LiDAR通道，其中所述一个或多个LiDAR通道被配置成输出一组空中数据信号。还可以采用可选非光学空中数据系统，并且其包括选自一个或多个皮托管传感器、一个或多个静压传感器、一个或多个温度传感器、一个或多个攻角叶片、一个或多个侧滑角叶片、一个或多个多功能探头及其组合的一个或多个非光学空中数据传感器。所述一个或多个非光学空中数据传感器被配置成输出另一组空中数据信号。另外，一个或多个处理器被操作耦合到LiDAR通道和非光学空中数据传感器（当存在时）。处理器被配置成使用空中数据信号来进行信号分析、数据处理、数据增强、表决或其组合。