CN110738872A 用于空中交通工具的飞行控制系统和相关方法 （极光飞行科学公司）

用于空中交通工具的飞行控制系统和相关本申请公开用于空中交通工具的飞行控制的系统自动启动一个或更多个应急机动飞行以向和/或海拔)以避免与周围空域中的潜在冲突飞行修改，其可以独立于任何操作员输入而发21.一种使空中交通工具(12)执行应急机动飞行的方法(200)，其中所述空中交通工具通过在所述空中交通工具(12)处于飞行的同时经由机载在所述空中交通工具(12)上的传感器(34)接收传感器数据来识别(202)所述空中交通工具(12)的第一情境数据集，其中识别(202)所述第一情境数据集由机载在所述空中交通工具(12)上的至少一个处理单元元(40)；经由所述至少一个处理单元(40)比较(204)所述第一情由于所述比较(204)所述第一情境数据集与所述第二情境数据集而检测(206)偏离状述偏离状况的标准被存储在所述空中交通工具(12)的非暂时性计算机可读存储器(48)上；和2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中3.根据权利要求1所述的方法(200)，其据集(74)，其中所述方法(200)还包括通过经由所述导航系统(38)从所述潜在冲突(74)接收空中交通信号(32)来识别(210)所述潜在冲突(74)的所述第二情境数据集，并且其中所述应急机动飞行阻止所述空中交通工具(12)与所述潜在冲4.根据权利要求3所述的方法(200)，其中，所述第5.根据权利要求1所述的方法(200)，的最小距离以及距离所述空中交通工具(12)的基地的最大距离组成的组中选择的至少一6.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所3在向所述操作员通信和触发(208)所述应急机动飞行的激活之间等待预定的时间量；和在所述预定的时间量期间监视所述偏离状况，其中进电池馈送(59)、中断到机载在所述空中交通工具(12)上的飞行控制计算机(62)的电力、创建所述空中交通工具(12)和所述空中交通工具(12)的预定半径内的任何潜在冲突导航系统(38)，其包括机载在所述空中交通工航系统(38)被配置为接收空中交通信号(32)；至少一个处理单元(40)，其被机载定位在所述空中交个处理单元(40)配置为从机载在所述空中交通工具(12)上的所述传感器(34)接收所述传同时通过经由所述传感器(34)接收所述传感器数据来识别所述空中交通工具(12)的第一45飞行器的现有飞行终止(termination)系统可以操作用于终止无人驾驶空中交通工具的飞感器可能是昂贵的和/或太大或太重而不能理单元自动启动应急机动飞行以改变空中交通工具的飞行以避免与周围空域中的第二飞行器发生碰撞。还可以实施这样的系统以阻止空中交通工具进入受限制的空域和/或阻止单元通过接收来自传感器(例如，GPS接收器)的传感器数据(例如GPS数据)和/或来自其他6信号来确定第二情境数据集(其中可以包括附近飞行器的速度、海拔和/或行进方向)。如另一个示例中，第二情境数据集可以包括存储在空中交通工具上的存储器上的预定数据系统(其中导航系统被配置为接收空中交通信号)、存储非暂时性计算机可读指令的存储至少一个处理单元被配置为从传感器接收传感器数据并基于传感器数据识别空中交通工[0010]图4是空中交通工具周围空域的示意性横截面图，其可包含一个或更多个潜在冲[0013]图7是使空中交通工具执行应急机动飞行以缓解检测到的偏离状况的方法的示意与另一空中交通工具或其他物体或障碍物之间的空中碰撞，而不需要来自操作员的输入。710可以包括卫星14、来自其他飞行器18的自动相关监视广播(ADS-B)消息16(例如，ADS-B自位于地面控制站24的操作员的用户命令信号22和/或(例如来自空中交通管制站28的)交制站28和/或多个不同的空中交通控制站28的范围内移动时将空中交通工具12的定位发送[0016]空中交通工具12可装备成从全球导航卫星系统(GNSS)卫星(例如通过GPS、被配置为将ADS-BOut消息30发送到其他飞行器18和/或将信号32发送到地面控制站24处目标的距离和/或海拔)到被装备成接收信号的任何其他飞行器或地面站。为了接收和/或ADS-B单元36可以是导航系统38的一部分。虽然导航系统38在本文中被描述为通常包括至系统38可以包括一个或更多个其他类型的接收器以用于检测空中交通工具12附近的其他安装在空中交通工具12上的其他类似主动交通系统，其询问具有非ADS-B应答器的其他空通工具12附近的其他飞行器接收空中交通信号的任何合适的单元(例如，接收器、发送器单元40执行计算机可读指令41(存储在处理单元40的存储器48上)以监视和评估从空中环8作员可以通过用户界面44(图2)和/或无线电发送器46(图2)发送用户命令信号，以控制空具12的尺寸、速度和/或定位来确定物体是否被视为潜在冲突。潜在冲突可以包括任何物[0020]空中交通工具12通常是无人驾驶空中交通工具(UAV)，但是所公开的系统和处理[0021]如图2所示，空中交通工具12的系统42通常包括导航系统38和至少一个处理单元9可包括GPS接收器(或其他卫星导航接收器)以接收关于空中交通工具12的当前定位信息、围的潜在冲突的信息(例如，传感器数据)，其可包括空中交通工具12和/或潜在冲突的海[0022]所公开的空中交通工具12的导航系统38还被配置为从空中交通工具12附近的其储来自其他空中交通工具的自动相关监视广播信号(例如，ADS-BIn消息)和/或被配置为向其他空中交通工具广播(例如，发送)自动相关监视广播信号(例如，ADS-BOut消息)。过其自己的导航系统获得飞行器的定位，并定期广播该信息。ADS-B单元36被配置为接收[0023]导航系统38(例如，ADS-B单元36)可以被配置为与处理单元40通信这样的空中交产生关于空中交通工具12的预定半径内的任何潜在冲突的空中交通工具12的虚拟情境感[0024]在一些示例中，传感器34被配置为检测和/或接收关于来自空中交通工具12的预定阈值距离内的任何潜在冲突(或者空中交通工具12进入其预定阈值距离内的任何潜在冲加地或替代地，传感器34可以配置为测量和/或检测空中交通工具12与所述另一架飞行器产生关于空中交通工具12的预定距离内的任何潜在冲突的情境感知(也称为情境数据集)。这种对其他飞行器或其他潜在冲突的情境感知可以使处理单元40能够确定空中交通工具关于潜在冲突和偏离状况的数据通信到远程定位的操作员(例如，经由地面控制站24处的自毁协议、触发空中交通工具12的紧急着陆和/或激活会破坏空中交通工具的部分推力的40可以响应于给定的偏离状况选择启动所存储的应急例如，多个开关50中的每个相应开关50可以被配置为修改和/或终止空中交通工具12的不同相应部分或组件。开关50可以是任何合适的开关，包括但不限于电子开关、机电开关、过阻止推进马达(或空中交通工具12的其他马达)从主推进电池58(或来自空中交通工具12的其他电池)接收电力来触发应急机动飞行。或者，处理单元40可以通过减小主推进马达元40可以被配置为确定可以执行哪种应急机动飞行或哪些应急机动飞行以避免和/或缓解在第二配置中，控制表面52被定位和/或定向成对空中交通工具12的飞行路径具有最大影比较空中交通工具12的第一情境数据集与潜在冲突的第二情境数据集(其可包括例如潜在和/或来自传感器34的其他传感器数据由处理单元40所识别的)，以确定是否存在偏离状交通工具12相对于物体/障碍物的定位和/或改变空中交通工具12的飞行路径以确保其保一些示例中，系统42允许的空中交通工具12的最大海拔可以根据位置和/或周围建筑物或具12与任何潜在冲突之间的最小距离、超过与潜在冲突的最大接近速度和/或超过距空中[0036]在一些示例中，指令41使处理单元40将关于任何潜在冲突和/或偏离状况的信息检测到偏离状况之后和/或在将偏离状况通信到地面控制站24之后等待预定时间量之后，站24处的用户发送试图增加空中交通工具12的速度和/或海拔的用户命令信号，则处理单括动力关闭或者以其他方式可能导致海拔突然下降或与地面或其下方的其他物体发生碰在动力减小或终止的情况下稳定和/或减慢空中交通工具12的下降。类似于紧急着陆系统急机动飞行之前不久、在触发应急机动飞行之后不久或者基本上与触发应急机动飞行同[0039]一些空中交通工具12可以包括专用电池66，以给处理单元40和/或系统42的其他工具12上的为空中交通工具12的一个或更多个其他组件(例如主推进电池58)供电的现有或包含根据本公开的指令41的计算机可读介质可以作为附加组件与空中交通工具12被分围绕空中交通工具12(例如，在空中交通工具12的前面、侧面和/或后面延伸)的圆圈70所[0042]处理单元40(图2)可以被配置为记录关于位于期望半径内的任何圆圈70内的任何潜在冲突，诸如图3中所示的潜在冲突74)的定位的相应第二情境数据集，并且从而基于传感器数据和来自潜在冲突的自动相关监视广播信号确定空中交通工具12仅检测在距空中交通工具12给定半径内的潜在冲突。也可以在空中交通工具12的前面和/或后面的周围区域内和/或在空中交通工具12的上方和下方的周围区域内(例如图4所示)，特性、性质等，如参考在图1和图2的示意性表示中和/或图5和图6的实施例中示出和讨论的示例一起使用。[0044]图6示意性地示出了空中环境10的另一示例，包括地面控制站24和空中交通工具或更多个传感器34和飞行控制计算机62(这里也称为飞行控制器62)对接。在一些示例中，导航系统38可以包括GPS单元94(其是传感器34的示例)、惯性导航系统(INS)96和/或惯性测量单元(IMU)98。飞行控制器62可以配置为与一个或更多个致动器100和/或一个或更多系统42和网络106之间对接。网络106还可以与一个或更多个其他空中交通工具(例如潜在[0045]图7示意性地提供了表示根据本公开使得空中交通工具(例如，空中交通工具12)[0046]方法200通常包括在202处识别空中交通工具的第一情境数据集并且在204处将第来自第一和第二情境数据集的批准(warrant)，则基于存储在空中交通工具的处理单元的从而确保空中交通工具避免潜在冲突和/或以其他方式下面的情况下，即在处理单元确定(通过比较第一情境数据集中的空中交通工具的当前定[0048]附加地或替代地，在204处比较第一和第二情境数据集可以包括将第一情境数据集与潜在冲突的第二情境数据集进行比较，其中所述第二情境数据集在210处由处理单元其被配置为从空中交通工具附近的其他空中交通工具接收和/或自动相关的监视广播信对空中交通工具的预定半径内的任何相应潜在冲突识别这样的第二情境数据集和/或可以周期性地更新这种第二情境数据集(第一情境数据集也可以在202处周期性地更新)。在一具的位置、空中交通工具相对于相应的潜在冲突的相对位置和/或空中交通工具的行进方在208处触发应急机动飞行包括关闭空中交通工具的动力和/或使空中交通工具飞行到预自速度控制器60的信号)、通过将控制表面从第一配置转换到第二配置来激活耦合到空中包括阻止空中交通工具上的马达(例如，推进马达)从机载电池或其他电源接收电力和/或减小从马达接收的动力的量。在208触发应急机动飞行可以包括使空中交通工具与任何检地或替代地，在208处触发应急机动飞行可以包括响应于在206处检测到的特定偏离状况，[0051]在202处识别第一情境数据集通常包括当空中交通工具在飞行中时从空中交通工传感器接收GPS数据来识别第一情境数据集，该传感器被配置为将这样的传感器数据传送[0052]在204处比较情境数据集可以包括创建空中交通工具的虚拟情境感知以及由所公交通工具的预定半径内的任何潜在冲突的虚拟情境感知，并且周期性地更新虚拟情境感[0053]考虑到存储在处理单元的存储器上的至少一个标准，通常通过在204处将第一情任何潜在冲突之间的最小距离、超过潜在冲突朝向空中交通工具航行的最大接近速度和/[0054]在一些方法200中，空中交通工具可以被配置为由远程定位的地面控制站24)产生的用户命令信号控制，所述远程定位的地面控制站由远离空中交通工解偏离状况的推荐动作、在偏离状况下作用的计划时间段和/或在空中交通工具和相应的或者在预定的时间量内没有采取足够的动作来缓解偏离状况时)系统将自动触发应急机动[0056]在一些示例中，在208处触发应急机动飞行包括在206处检测到偏离状况之后中偏离状况之后接收的)用户命令信号(比将在其他情况下呈现的用户信号)更弱和/或更低不同程度，例如与空中交通工具和相应的潜在冲突之间的距离成比例和/或与空中交通工[0058]A1.一种使空中交通工具执行位的地面控制站由远离UAV定位的操作员操作，该方法还包括向空中交通工具的操作员通[0072]A4.根据段落A2或A3所述的方至少一个处理单元执行，并且其中如果操作员在预定的时间量内采取足够的动作以避免号衰减到与空中交通工具和相应的潜在冲突先配置的最大海拔和/或响应于空中交通工具超过预先配置的距操作员的最大距离而触发中断空中交通工具上的主推进电池馈送、中断空中交通工具上的飞行控制计算机的电力、号、通过将控制表面从第一配置转换到第二配置来激活耦合到空中交通工具的控制表面、触发空中交通工具的紧急着陆机动飞行和/或[0101]A18.根据段落A17所述的方法，其中中[0102]A19.根据段落A17所述的方法，其中[0105]A22.根据段落A21所述的方法，其中中断速度控制[0106]A23.根据段落A21所述的方法，其中中断速度[0123]当至少一个处理单元由于第一情境数据集与第二情境数据集的比较而检测到偏[0134]B3.根据段落B2所述的处理其中指令使处理器单元在等待用户命令信号(该用户命令信号由地面控制站产生以消除偏令使得处理单元在处理单元触发应急机动飞行时衰减来自地面控制站的任何用户命令信[0137]B5.根据段落B1-B4.1中任一段落所述的处理单元，其中处理单元是独立处理单交通工具的最大绝对海拔、空中交通工具与潜在冲突的最小距离和/或空中交通工具与交通工具上的本地ADS-B接收器和/或从空中交通工具上的本地GPS接收器接收关于位于空使处理单元基于从外部ADS-B发送器接收的信号(该外部ADS-B发送器定位在除该空中交通工具之外的飞行器上)确定空中交通工具相对于外交通工具上的(该)本地ADS-B接收器和/或从空中交通工具上的(该)本地GPS接收器接收关于空中交通工具的定位的输入、关于空中交通工具的速度的输入和/或关于空中交通工具令使处理单元创建空中交通工具相对于空中交通工具的预定半径内的任何潜在冲突的虚指令使处理单元通过中断空中交通工具的速度控制器、飞行控制计算机和/或马达的主推处理单元通过减小推进马达从机载电池接收[0155]B16.4.根据段落B1-B16.3中任一段落所述的处理单元，指令使处理单元通过中断和/或修改被配置为控制空中交通工具的节气门的速度控制器节气门信号而触发应急机动飞行，从而减小对空中交通工具的推力和/或使空中交通工具下令使处理单元通过激活破坏空中交通工具的一些推力的[0166]配置空中交通工具以响应于检测到的偏离状况而在没有外部输入的情况下自动[0167]C2.根据段落C1所述的方法，其中该配置[0168]C3.根据段落C1或C2所述的方法为在空中交通工具处于飞行的同时记录和/或接收传感器数据，并且其中导航系统被配置紧急着陆系统被配置为在紧急机动被触发的情况下减小或[0178]D4.根据段落D3所述的空中交通工具，其中紧急着陆系统包括降落伞和/或减震降稳定器被配置为减慢空中交通工具的下降和/或缓冲空中交通工具的下降冲击，其中下主推进电池馈送被配置为从机载电池向空中交通工具上的推进[0191]D12.根据段落D11所述的空中交通工具，其[0194]D14.根据段落D11-D13中任一段[0195]D15.根据段落D11-D14中任一段落[0196]D16.根据段落D11-D15中任一段落[0197]D17.根据段落D16所述的空中元在检测到潜在冲突之间和将关于潜在冲突的信息发送到地面控制站之间等待预定的时[0198]D18.根据段落D11-D17中任一段落所述[0199]D19.根据段落D11-D18中任一段落所[0200]D20.根据段落D11-D19中任一段落[0215]F1.使用段落B1-B24中任一段落元在等待用户命令信号(该用户命令信号由操作员产生以消除偏离状况)预定时间段