用于無人飛行器運載工具的跟隨系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)。具體而言，本發(fā)明涉及用于導(dǎo)航飛行器的系統(tǒng)和用于導(dǎo)航飛行器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，從地面站遠程控制無人飛行器系統(tǒng)(UAS)。因此，地面上的遠程向?qū)Э刂茻o人飛行器系統(tǒng)的飛行操縱。可能還存在地面上的遠程向?qū)Ш涂罩薪煌ü苤?ATC)之間的通信，但是這種通信往往取決于數(shù)據(jù)鏈路可用性。由于這方面以及其它某些要求，不容許無人飛行器系統(tǒng)在某些空域內(nèi)飛行，比如民用空域。因此，容許無人飛行器飛行的空域在許多情況下是受限的。容許無人飛行器飛行的空域受限于軍事隔離空域或其他沒有民用飛行器操作的空域。因此，無人飛行器的使用(尤其是在歐洲)是極為困難且不靈活的。在大多數(shù)情況下，政府法規(guī)限制無人飛行器系統(tǒng)在某些空域內(nèi)使用。
[0003]CA 2836870 (A1)描述了用于操縱無人飛行器(UAV)的方法和系統(tǒng)。無人飛行器的飛行計劃基于它必須跟蹤的目標的軌跡。因此，不同的傳感器集成在無人飛行器內(nèi)，所述傳感器適于計算無人飛行器的軌跡。
[0004]US 2009/030566 (A1)描述了編隊中的無人飛行器的導(dǎo)航。描述了用于控制無人飛行器的編隊飛行的導(dǎo)航算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于為飛行器提供增強的導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0006]該目的通過獨立權(quán)利要求的主題實現(xiàn)。進一步的示例性實施例從從屬權(quán)利要求和以下描述是顯而易見的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，描述了用于導(dǎo)航飛行器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有第一通信單元的第一飛行器和具有第二通信單元的第二飛行器。第一飛行器適于確定航點的位置的坐標?？杉稍诘谝伙w行器中的第一通信單元適于將航點的位置的坐標傳送給第二通信單元。第二飛行器適于導(dǎo)航到航點的位置。
[0008]借助于第一通信單元和第二通信單元，可建立第一飛行器和第二飛行器之間的聯(lián)系。航點的位置的坐標可描述空域內(nèi)的不同點。因此，可相對于不同的參考系統(tǒng)由第一計算元件(其也可集成在第一飛行器中)確定空間坐標。第一飛行器還可包括在主動模式或被動模式下工作的雷達以及向?qū)э@示器。向?qū)э@示器可提供用于向?qū)У男畔?，例如像第一飛行器和第二飛行器的操作上的飛行數(shù)據(jù)。參考系統(tǒng)(在其中限定航點的位置的坐標)可為世界測地系統(tǒng)1984(WGS 84)，該系統(tǒng)是地球中心固定系統(tǒng)、慣性系統(tǒng)和/或飛行器坐標系統(tǒng)。第一通信單元和第二通信單元可為雙向通信系統(tǒng)。利用雙向通信系統(tǒng)可能同時接收和傳送或發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，第一飛行器的第一計算元件確定航點(其為空域中的不同點)的位置的坐標并且經(jīng)由第一通信單元將航點的位置的這些坐標傳送給第二通信單元，并因此傳送給第二飛行器。航點的位置的坐標由第二通信單元接收后，第二飛行器中的第二計算元件可處理航點的位置的坐標。處理航點的位置的坐標之后，第二飛行器可自動地導(dǎo)航到該航點的位置?？赡艿氖?，航點是空域中第一飛行器在某個時間點飛過的一個點。換句話說，第一飛行器飛過空域中的不同點，確定不同點的位置的坐標(其被稱為航點)，并且然后傳送該航點的坐標，使得第二飛行器可導(dǎo)航到該航點以便如第一飛行器在較早的時間點飛過的那樣飛過該航點。因此，這種飛行操縱可稱為跟隨過程。在這種飛行操縱中，第一飛行器可包括引導(dǎo)段且第二飛行器可包括跟隨段。第一飛行器可在物理上相對于飛行方向位于第二飛行器的前方。在跟隨過程期間第一飛行器還可高于、低于第二飛行器或在第二飛行器后方或者在任何其他地方。換言之，可能并不一定第二飛行器導(dǎo)航到第一飛行器飛過的航點。因此，第二飛行器導(dǎo)航到的航點可由第一飛行器飛過的另一確定的航點的空間變換來確定。然而，當?shù)诙w行器跟隨第一飛行器時，第一飛行器和第二飛行器可彼此之間相距預(yù)定的距離飛行?？赡艿氖?，除了航點的位置的坐標，用于航點的時間值由第一飛行器的第一計算元件確定。例如，該時間值可為第一飛行器飛過航點時的時間點。由于航點可包括描述航點的位置的三個空間坐標以及時間值，該航點也可表征為4-D航點(四維航點)。第一飛行器可適于確定若干航點的位置的坐標。然后其中每個航點由三個空間坐標和一個時間值限定。這樣，第一飛行器的速度信息可從由第一飛行器飛過的至少兩個不同航點獲取。第一飛行器的該速度信息可傳送到第二飛行器，該第二飛行器然后可使其速度適配第一飛行器的速度。然而，可能的是，第一飛行器使其速度適配第二飛行器的速度并且因此也適配第二飛行器的能力。這是由于第二飛行器的速度取決于其飛行能力(例如飛行包線)。換言之，第二飛行器可由4-D飛行計劃(其由若干4-D航點限定)驅(qū)動。第一飛行器可為具有固定翼或旋轉(zhuǎn)翼的飛行器。第一飛行器還可為民用飛行器或軍用飛行器，例如像戰(zhàn)術(shù)飛行器、運輸機或戰(zhàn)斗機。第二飛行器可為無人飛行器(UAV)、無人飛行器系統(tǒng)(UAS)或遠程向?qū)эw行器系統(tǒng)(RPAS)。還可能的是，第二飛行器為有人駕駛飛行器。不管怎樣，第一飛行器適于確定一個航點的位置的坐標或若干航點的位置的坐標并將這些坐標傳送給第二飛行器。第一飛行器還可適于從第二飛行器接收信息，例如像關(guān)于第二飛行器的位置、定向和/或速度的信息。不管怎樣，第二飛行器可適于導(dǎo)航到該航點的位置或到該多個航點的位置以便跟隨第一飛行器。
[0009]這提供了滿足無人飛行器系統(tǒng)可超出隔離的軍事空域操作的要求的機會。這是由于從地面控制的無人飛行器系統(tǒng)可在緊急情況下恢復(fù)。緊急情況可能是無人飛行器系統(tǒng)和地面上的遠程向?qū)еg的數(shù)據(jù)鏈路的丟失或者導(dǎo)致無人飛行器系統(tǒng)的不受控飛行的導(dǎo)航失效。由于無人飛行器系統(tǒng)可借助于確定的航點自動跟隨有人駕駛飛行器，有人駕駛飛行器有可能操作為導(dǎo)引無人飛行器的引導(dǎo)機，以便使無人飛行器離開不允許其飛進的空域或在需要緊急降落的緊急情況下離開空域。所描述的用于飛行器的導(dǎo)航系統(tǒng)可應(yīng)用到不允許在某些空域內(nèi)飛行的所有飛行器，例如，沒有導(dǎo)航和監(jiān)視系統(tǒng)(比如S模式應(yīng)答器或交通警戒和防撞系統(tǒng))的飛行器。于是，無人飛行器系統(tǒng)可在所有空域中集成，例如像民用空域，且因此并不限于隔離軍事空域。這還可提供讓無人飛行器系統(tǒng)在具有非合作飛行器的非受控空域(例如像E、F和G空域)內(nèi)飛行的機會。另一個優(yōu)點是，有效負載的主要部分裝在第一飛行器上，而不需要現(xiàn)有的無人飛行器系統(tǒng)的改變或僅需要微小的改變。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，描述了用于導(dǎo)航飛行器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有第一通信單元的第一飛行器和具有第二通信單元的第二飛行器。第一飛行器適于將識別信號傳送給第二飛行器。第二飛行器適于在接收識別信號后跟隨第一飛行器。該識別信號可為航標信號。
[0011]因此，第二飛行器可包括雷達系統(tǒng)，該雷達系統(tǒng)適于接收由第一飛行器發(fā)送或發(fā)射的識別信號以便驗證第一飛行器的身份。識別信號可由第一飛行器的第一通信單元發(fā)送或發(fā)射。驗證第一飛行器的身份后，第二飛行器跟隨第一飛行器(例如在緊急情況下)。雷達系統(tǒng)可為第二通信單元的一部分，但它也可與第二通信單元物理地分離并連接至第二通信單元使得第二通信單元和雷達系統(tǒng)都集成在第二飛行器內(nèi)。然而，第二飛行器可基于其自身的雷達系統(tǒng)跟隨第一飛行器，因此通過第一飛行器對航點的確定不是將第二飛行器導(dǎo)航到預(yù)定位置所必需的。第二飛行器可包括借助于識別信息確定第一飛行器的當前位置的跟蹤功能。第二飛行器的雷達系統(tǒng)可例如在被動模式下通過跟蹤識別信號確定第一飛行器的角位置或定位。雷達系統(tǒng)還可適于借助于蒙皮回波引導(dǎo)第一飛行器的角位置，該蒙皮回波在第一飛行器處反射并且然后可由第二飛行器的雷達系統(tǒng)在主動模式下接收該蒙皮回波。然而，可應(yīng)用雷達的主動模式(例如使用蒙皮回波)來確定第一飛行器和第二飛行器之間的范圍或距離。第一飛行器的位置的確定以及第二飛行器的未來飛行路線或飛行軌跡可由第二飛行器的計算元件來確定。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一飛行器為有人駕駛飛行器。因此，第一飛行器可由導(dǎo)航第一飛行器的向?qū)聿僮?，以便設(shè)置由第一計算元件確定的航點。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第二飛行器為無人飛行器。第二飛行器可為無人飛行器運載工具、無人飛行器系統(tǒng)或遠程向?qū)эw行器系統(tǒng)。第二飛行器可為適于由地面上的遠程向?qū)нM