用于无人飞行器运载工具的跟随系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及飞行器导航系统。具体而言，本发明涉及用于导航飞行器的系统和用于导航飞行器的方法。
【背景技术】
[0002]目前，从地面站远程控制无人飞行器系统(UAS)。因此，地面上的远程向导控制无人飞行器系统的飞行操纵。可能还存在地面上的远程向导和空中交通管制(ATC)之间的通信，但是这种通信往往取决于数据链路可用性。由于这方面以及其它某些要求，不容许无人飞行器系统在某些空域内飞行，比如民用空域。因此，容许无人飞行器飞行的空域在许多情况下是受限的。容许无人飞行器飞行的空域受限于军事隔离空域或其他没有民用飞行器操作的空域。因此，无人飞行器的使用(尤其是在欧洲)是极为困难且不灵活的。在大多数情况下，政府法规限制无人飞行器系统在某些空域内使用。
[0003]CA 2836870 (A1)描述了用于操纵无人飞行器(UAV)的方法和系统。无人飞行器的飞行计划基于它必须跟踪的目标的轨迹。因此，不同的传感器集成在无人飞行器内，所述传感器适于计算无人飞行器的轨迹。
[0004]US 2009/030566 (A1)描述了编队中的无人飞行器的导航。描述了用于控制无人飞行器的编队飞行的导航算法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于为飞行器提供增强的导航系统。
[0006]该目的通过独立权利要求的主题实现。进一步的示例性实施例从从属权利要求和以下描述是显而易见的。
[0007]根据本发明的第一方面，描述了用于导航飞行器的系统。该系统包括具有第一通信单元的第一飞行器和具有第二通信单元的第二飞行器。第一飞行器适于确定航点的位置的坐标。可集成在第一飞行器中的第一通信单元适于将航点的位置的坐标传送给第二通信单元。第二飞行器适于导航到航点的位置。
[0008]借助于第一通信单元和第二通信单元，可建立第一飞行器和第二飞行器之间的联系。航点的位置的坐标可描述空域内的不同点。因此，可相对于不同的参考系统由第一计算元件(其也可集成在第一飞行器中)确定空间坐标。第一飞行器还可包括在主动模式或被动模式下工作的雷达以及向导显示器。向导显示器可提供用于向导的信息，例如像第一飞行器和第二飞行器的操作上的飞行数据。参考系统(在其中限定航点的位置的坐标)可为世界测地系统1984(WGS 84)，该系统是地球中心固定系统、惯性系统和/或飞行器坐标系统。第一通信单元和第二通信单元可为双向通信系统。利用双向通信系统可能同时接收和传送或发送数据。例如，第一飞行器的第一计算元件确定航点(其为空域中的不同点)的位置的坐标并且经由第一通信单元将航点的位置的这些坐标传送给第二通信单元，并因此传送给第二飞行器。航点的位置的坐标由第二通信单元接收后，第二飞行器中的第二计算元件可处理航点的位置的坐标。处理航点的位置的坐标之后，第二飞行器可自动地导航到该航点的位置。可能的是，航点是空域中第一飞行器在某个时间点飞过的一个点。换句话说，第一飞行器飞过空域中的不同点，确定不同点的位置的坐标(其被称为航点)，并且然后传送该航点的坐标，使得第二飞行器可导航到该航点以便如第一飞行器在较早的时间点飞过的那样飞过该航点。因此，这种飞行操纵可称为跟随过程。在这种飞行操纵中，第一飞行器可包括引导段且第二飞行器可包括跟随段。第一飞行器可在物理上相对于飞行方向位于第二飞行器的前方。在跟随过程期间第一飞行器还可高于、低于第二飞行器或在第二飞行器后方或者在任何其他地方。换言之，可能并不一定第二飞行器导航到第一飞行器飞过的航点。因此，第二飞行器导航到的航点可由第一飞行器飞过的另一确定的航点的空间变换来确定。然而，当第二飞行器跟随第一飞行器时，第一飞行器和第二飞行器可彼此之间相距预定的距离飞行。可能的是，除了航点的位置的坐标，用于航点的时间值由第一飞行器的第一计算元件确定。例如，该时间值可为第一飞行器飞过航点时的时间点。由于航点可包括描述航点的位置的三个空间坐标以及时间值，该航点也可表征为4-D航点(四维航点)。第一飞行器可适于确定若干航点的位置的坐标。然后其中每个航点由三个空间坐标和一个时间值限定。这样，第一飞行器的速度信息可从由第一飞行器飞过的至少两个不同航点获取。第一飞行器的该速度信息可传送到第二飞行器，该第二飞行器然后可使其速度适配第一飞行器的速度。然而，可能的是，第一飞行器使其速度适配第二飞行器的速度并且因此也适配第二飞行器的能力。这是由于第二飞行器的速度取决于其飞行能力(例如飞行包线)。换言之，第二飞行器可由4-D飞行计划(其由若干4-D航点限定)驱动。第一飞行器可为具有固定翼或旋转翼的飞行器。第一飞行器还可为民用飞行器或军用飞行器，例如像战术飞行器、运输机或战斗机。第二飞行器可为无人飞行器(UAV)、无人飞行器系统(UAS)或远程向导飞行器系统(RPAS)。还可能的是，第二飞行器为有人驾驶飞行器。不管怎样，第一飞行器适于确定一个航点的位置的坐标或若干航点的位置的坐标并将这些坐标传送给第二飞行器。第一飞行器还可适于从第二飞行器接收信息，例如像关于第二飞行器的位置、定向和/或速度的信息。不管怎样，第二飞行器可适于导航到该航点的位置或到该多个航点的位置以便跟随第一飞行器。
[0009]这提供了满足无人飞行器系统可超出隔离的军事空域操作的要求的机会。这是由于从地面控制的无人飞行器系统可在紧急情况下恢复。紧急情况可能是无人飞行器系统和地面上的远程向导之间的数据链路的丢失或者导致无人飞行器系统的不受控飞行的导航失效。由于无人飞行器系统可借助于确定的航点自动跟随有人驾驶飞行器，有人驾驶飞行器有可能操作为导引无人飞行器的引导机，以便使无人飞行器离开不允许其飞进的空域或在需要紧急降落的紧急情况下离开空域。所描述的用于飞行器的导航系统可应用到不允许在某些空域内飞行的所有飞行器，例如，没有导航和监视系统(比如S模式应答器或交通警戒和防撞系统)的飞行器。于是，无人飞行器系统可在所有空域中集成，例如像民用空域，且因此并不限于隔离军事空域。这还可提供让无人飞行器系统在具有非合作飞行器的非受控空域(例如像E、F和G空域)内飞行的机会。另一个优点是，有效负载的主要部分装在第一飞行器上，而不需要现有的无人飞行器系统的改变或仅需要微小的改变。
[0010]根据本发明的另一方面，描述了用于导航飞行器的系统。该系统包括具有第一通信单元的第一飞行器和具有第二通信单元的第二飞行器。第一飞行器适于将识别信号传送给第二飞行器。第二飞行器适于在接收识别信号后跟随第一飞行器。该识别信号可为航标信号。
[0011]因此，第二飞行器可包括雷达系统，该雷达系统适于接收由第一飞行器发送或发射的识别信号以便验证第一飞行器的身份。识别信号可由第一飞行器的第一通信单元发送或发射。验证第一飞行器的身份后，第二飞行器跟随第一飞行器(例如在紧急情况下)。雷达系统可为第二通信单元的一部分，但它也可与第二通信单元物理地分离并连接至第二通信单元使得第二通信单元和雷达系统都集成在第二飞行器内。然而，第二飞行器可基于其自身的雷达系统跟随第一飞行器，因此通过第一飞行器对航点的确定不是将第二飞行器导航到预定位置所必需的。第二飞行器可包括借助于识别信息确定第一飞行器的当前位置的跟踪功能。第二飞行器的雷达系统可例如在被动模式下通过跟踪识别信号确定第一飞行器的角位置或定位。雷达系统还可适于借助于蒙皮回波引导第一飞行器的角位置，该蒙皮回波在第一飞行器处反射并且然后可由第二飞行器的雷达系统在主动模式下接收该蒙皮回波。然而，可应用雷达的主动模式(例如使用蒙皮回波)来确定第一飞行器和第二飞行器之间的范围或距离。第一飞行器的位置的确定以及第二飞行器的未来飞行路线或飞行轨迹可由第二飞行器的计算元件来确定。
[0012]根据本发明的一个实施例，第一飞行器为有人驾驶飞行器。因此，第一飞行器可由导航第一飞行器的向导来操作，以便设置由第一计算元件确定的航点。
[0013]根据本发明的另一实施例，第二飞行器为无人飞行器。第二飞行器可为无人飞行器运载工具、无人飞行器系统或远程向导飞行器系统。第二飞行器可为适于由地面上的远程向导进