[发明专利]自适应感测和避让系统

说明书

本公开涉及自适应感测和避让系统。一种与环境中的航空交通工具一起使用的自适应感测和避让系统包括处理器、多个传感器、障碍物检测电路和避让轨迹电路。处理器可以与飞行控制器和存储器设备可操作地耦接，其中存储器设备包括一个或多个数据库。多个传感器产生反映环境中的障碍物的位置的传感器数据。可操作地耦接到处理器和多个传感器的障碍物检测电路可以被配置为至少部分地基于传感器数据识别障碍物并且生成反映在环境中的障碍物的位置的最佳估计的障碍物信息。障碍物检测电路被配置为根据航空交通工具的状态及其环境对传感器数据进行加权。可操作地耦接到障碍物检测电路和处理器的避让轨迹电路可以被配置为根据障碍物信息和来自一个或多个数据库的信息来计算轨迹数据。障碍物检测电路被配置为将轨迹数据传送到飞行控制器。

技术领域

本公开涉及飞行控制系统、方法和装置领域；甚至更具体地涉及用于检测并自动导航交通工具绕过障碍物(包括其他空中交通工具)的系统，方法和装置。

背景技术

近年来，无人驾驶航空交通工具(UAV)和无人驾驶航空系统(UAS)的使用不断增长。UAV和SUAS用于各种应用，包括军用和民用应用两者。因此，不断进行研究以改善UAS自主性。通常，此类研究致力于解决UAV/UAS操作的多个方面，尤其包括(1)给定交通工具的自动飞行控制以支持远程人类控制，(2)优化系统(和相关方法)以确定针对给定交通工具或一组交通工具应该如何安排和/或分配任务，以及(3)自动、实时数据处理和开发，以支持自动路径规划、着陆和其他活动。

飞行器技术(包括UAV技术)是用于涉及情报、监视、侦察和有效载荷递送的任务剖面的宝贵工具。在操作中，飞行器可能在飞行器的空域内遇到大的和小的障碍物，这些障碍物可能是固定的或移动的，并且其位置可能事先不知道。飞行器内的传统形式的障碍物检测和避让依赖于飞行员提供观察飞行器外部的关键任务，以确保飞行器不在具有诸如另一飞行器的障碍物的碰撞航线上。在没有人类飞行员从驾驶舱向外看的情况下，UAV无法保证它们将检测并避让其他空中交通工具，无论是有人驾驶、无人驾驶还是自然物体(例如树木，山脉等)。用于防止飞行器与障碍物碰撞的现有技术(包括与由全球定位系统(“GPS”)提供的位置数据配对的障碍物数据库)通常是不充分的，因为许多阻碍物可能不包括在障碍物数据库中(尤其是移动的障碍物)，并且取决于高度或地形，GPS精度性能在不同环境中差异很大。

然而，商业航空工业已采用交通防撞系统(“TCAS”)作为避让碰撞的标准，这允许协作飞行器相互定位和避开。协作飞行器是指能够与协作传感器协作的飞行器。例如，协作飞行器可以配备TCAS(TCAS II或更早的TCAS)，例如模式S或模式C转发器、自动相关监视-广播(ADS-B)，或者，可替代地，使用其他发射和断续消息诸如ADS-B等。虽然TCAS提供了解决用于UAV的阻碍检测和避让问题的解决方案，但是TCAS只能在每个UAV和障碍物都包含转发器的情况下实现这一目标。换句话说，协作目标通过无线电(例如，使用ADS-B或其他方法)将其位置和航向(例如，GPS位置和速度矢量)发送到其他飞行器，而非协作障碍物不向其他飞行器(多旋翼飞行器、通用飞行器、滑翔机、鸟类等)发送位置和航向信息。另外，被设计用于检测和避让非协作阻碍物的当前飞行控制系统利用昂贵的雷达阵列来跟踪障碍物阻碍，并且通常仅用于大型飞行器。

虽然协作系统对于检测具有转发器(例如，ADS-B)的空中交通工具是有用的，但是检测没有转发器的非协作交通要困难得多。已经并且正在尝试将小型雷达、基于摄像机的视觉系统和其他检测传感器用于非协作目标。因此，尽管取得了进步，但是可以改进具有感知和避让能力的现有自主系统。

发明内容

本公开涉及飞行控制系统、方法和装置领域；甚至更具体地涉及用于检测并自动导航绕过静止和/或移动的障碍物的系统、方法和装置。