РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ |
(19)
RU
(11)
2 712 716
(13)
C2 | |||||||
| ||||||||
| Статус: | может прекратить свое действие (последнее изменение статуса: 29.09.2022) |
| Пошлина: | учтена за 6 год с 29.09.2021 по 28.09.2022. Установленный срок для уплаты пошлины за 7 год: с 29.09.2021 по 28.09.2022. При уплате пошлины за 7 год в дополнительный 6-месячный срок с 29.09.2022 по 28.03.2023 размер пошлины увеличивается на 50%. |
|
(21)(22) Заявка: 2016138408, 28.09.2016 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: Дата регистрации: Приоритет(ы): (30) Конвенционный приоритет:; (43) Дата публикации заявки: 02.04.2018 Бюл. № 10 (45) Опубликовано: 30.01.2020 Бюл. № 4 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 6377875 B1, 23.04.2002. EP 1657611 B1, 23.09.2009. US 8521340 B2, 27.08.2013. US 20140142785 A1, 22.05.2014. RU 2523613 C2, 20.07.2014. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы): (73) Патентообладатель(и): |
(54) Беспилотный летательный аппарат и способ безопасной посадки беспилотного летательного аппарата
(57) Реферат:
Группа изобретений относится к беспилотному летательному аппарату, способу его безопасной посадки, наземной станции управления. Беспилотный летательный аппарат содержит подъемно-движительную систему, систему управления полетом, содержащую блок управления полетом, навигационную систему, систему связи и исполнительную систему. Для осуществления способа определяют факт прерывания всех каналов связи с наземной станцией управления, производят посадку летательного аппарата на подходящую посадочную площадку. Наземная станция управления содержит систему связи для управления беспилотным летательным аппаратом, устройство текущего контроля используемого набора каналов связи. Обеспечивается возможность безопасной посадки беспилотного летательного аппарата при отсутствии связи с наземной станцией управления. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
Различные варианты выполнения относятся в целом к беспилотному летательному аппарату, к способу безопасной посадки беспилотного летательного аппарата и к наземной станции управления, предназначенной для управления по меньшей мере одним беспилотным летательным аппаратом и/или его текущего контроля.
При выходе из строя канала передачи данных доступность и управляемость беспилотного летательного аппарата может быть частично или полностью потеряна. В этом состоянии полета летательный аппарат находится в так называемом «автономном» режиме, в котором он полностью предоставлен самому себе. Для пилотируемого самолета известны способы автоматической посадки, согласно которым после того, как пилот самолета инициировал процедуру автоматического захода на посадку, необходимость в его дальнейшем вмешательстве в процесс захода на посадку отсутствует. В данном случае у пилота самолета обычно имеется радиотелефонная связь с системой управления воздушным движением, с которой пилот взаимодействует. Если, в противоположность этому, радиотелефонная связь выходит из строя, то самолет, находящийся в зоне контроля, тем не менее, все еще виден на экранах радара, и пилот может обратить внимание на свое местоположение с помощью визуальных знаков (качания из стороны в сторону относительно оси крена) или с помощью подачи световых сигналов диспетчерской вышке. Пилотируемый самолет осуществляет взаимодействие в такой степени, что он может сообщить о своем намерении выполнить безопасную посадку, в результате чего диспетчеры управления воздушным движением могут предоставить ему право приоритетной посадки. Однако беспилотный летательный аппарат, в котором в какой-то момент при выполнении его задачи выходит из строя канал передачи данных, лишь косвенно обозначает, что он больше не может быть управляемым, поскольку больше не реагирует на команды, но при этом не может сообщить станции управления воздушным движением о своих намерениях в отношении того, когда и где он планирует совершить посадку. Таким образом, ему становится присуще классическое невзаимодействующее поведение.
Если принять вышеизложенное за отправную точку, целью данного изобретения является создание усовершенствованного беспилотного летательного аппарата.
Данная цель достигается с помощью устройства, обладающего признаками, изложенными в п. 1 формулы изобретения. Иллюстративные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует отметить, что признаки иллюстративных вариантов выполнения устройств также применимы к вариантам выполнения способа и наоборот.
Предложен беспилотный летательный аппарат, содержащий подъемно-движительную систему и систему управления полетом. Система управления полетом содержит блок управления полетом, навигационную систему, систему связи и исполнительную систему. Система управления полетом предназначена для вычисления на основании данных, полученных от навигационной системы, и/или данных, полученных от наземной станции управления, управляющих команд, которые могут быть поданы к исполнительной системе для приведения в действие подъемно-движительной системы. Наземная станция управления предназначена для управления летательным аппаратом и/или его текущего контроля. Кроме того, летательный аппарат содержит блок текущего контроля. Блок текущего контроля выполнен с возможностью осуществления текущего контроля системы связи для определения факта прерывания всех каналов связи из набора каналов связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления. Блок текущего контроля также предназначен для воздействия на блок управления полетом в случае, если зарегистрировано прерывание связи летательного аппарата с наземной станцией управления, с обеспечением безопасной посадки летательного аппарата на подходящую посадочную площадку на основании сохраненных данных, относящихся к текущим условиям полета и близлежащим посадочным площадкам.
Под беспилотным летательным аппаратом также можно понимать классический пилотируемый самолет, который в случае неудачных действий пилота по меньшей мере временно является «непилотируемым» или оставшимся без управления человеком.
Канал связи может представлять собой, например, командно-контрольный канал передачи данных между беспилотным летательным аппаратом (ДПАС - дистанционно-пилотируемой авиационной системой) и наземной станцией управления (оператором ДПАС).
В основе данного изобретения лежит идея, заключающаяся в том, что беспилотный летательный аппарат может быть безопасно посажен, поскольку в случае выхода из строя канала связи с наземной станцией управления, управляющей летательным аппаратом, указанный аппарат способен независимо выбирать подходящую близлежащую посадочную площадку из перечня доступных площадок на основании ряда доступных единиц информации в зависимости от текущего ветрового режима и метеорологических условий и выполнять посадку в соответствии с местными нормами на выбранной посадочной площадке. В данном случае подходящая посадочная площадка выбирается в соответствии с заданными правилами, в результате чего ответственный центр управления воздушным движением закрывает воздушное пространство, через которое необходимо пройти для посадки, и закрывает указанную подходящую площадку. Поскольку правила, в соответствии с которыми летательный аппарат выбирает подходящую посадочную площадку, известны центру управления воздушным движением ввиду наличия одинаковых исходных данных, центр находит ту же подходящую посадочную площадку и может избирательно закрывать, без обмена данными с беспилотным летательным аппаратом, соответствующие воздушное пространство и площадку для обеспечения прохождения или посадки беспилотного летательного аппарата. Таким образом, в случае необратимого прерывания канала передачи данных имеет место согласованная совместная процедура посадки между производителем беспилотного летательного аппарата или оператором беспилотного летательного аппарата и службами безопасности полетов.
Благодаря летательному аппарату, описанному в данном документе, в случае необратимого выхода из строя канала передачи данных можно действовать максимально быстро и обеспечить незамедлительный полет к другому аэродрому. В случае необратимого выхода из строя канала передачи данных важна каждая дополнительная минута, проводимая летательным аппаратом в воздухе, так как возрастает его непредсказуемость и, соответственно, службы, ответственные за безопасность полетов, могут сталкиваться со все более серьезными критическими ситуациями.
В случае выхода из строя канала передачи данных могут быть заключены предварительные юридические соглашения, касающиеся ожидаемого поведения в полете, между производителем и законодательными органами, так что последние будут избавлены от неожиданностей с точки зрения безопасности движения воздушного судна, и может быть обеспечено юридически согласованное взаимодействие между воздушным транспортным средством и регулирующими органами.
Летательный аппарат, описанный в данном документе, образует систему, способную к взаимодействию, с точки зрения удостоверения пригодности к полету.
Термин «близлежащий» означает территорию, которая окружает текущее местоположение летательного аппарата и еще может быть достигнута при имеющихся энергоресурсах летательного аппарата, но которая при этом предпочтительно расположена максимально близко.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения навигационная система содержит запоминающее устройство. В указанном устройстве сохранены по меньшей мере данные о близлежащих посадочных площадках и данные о текущем ветровом режиме и метеорологических условиях, относящиеся к непосредственному окружению летательного аппарата и близлежащим посадочным площадкам. Для обновления навигационной системы и сохраненных данных о посадочных площадках, например, может быть загружена выборка из полной базы данных о доступных посадочных площадках, например, перед взлетом летательного аппарата, или же данные могут быть загружены позднее во время полета для по меньшей мере участка траектории полета с помощью, например, канала связи с наземной станцией управления. В дополнение к текущим географическим координатам посадочной площадки также может быть внесена дополнительная информация о посадочной площадке, такая как, например, местные зоны, запрещенные для полетов, ключевые географические пункты схем воздушного движения в зоне аэродрома, входные кромки взлетно-посадочной полосы, местные навигационные средства или другие данные. База данных, в которой сохранены другие аэродромы с точной географической информацией о выходных и входных кромках взлетно-посадочной полосы и подходящие навигационные средства в сегменте полета.
Преимущество этого заключается в том, что перечень указанных по меньшей мере близлежащих посадочных площадок доступен для беспилотного летательного аппарата в любое время. Дополнительное преимущество заключается в том, что в результате имеется возможность совершения безопасной посадки против ветра и выполнения безопасных маневров уклонения в случае особых погодных явлений.
Выражение «запоминающее устройство» относится в данном документе к любому типу запоминающего устройства, которое может принимать и хранить данные. Запоминающее устройство в целом соответствует запоминающему устройству, которое может использоваться, например, процессором вычислительной машины или в вычислительной системе. В частности, в данном документе запоминающее устройство по определению относится к любому типу запоминающего устройства, на которое данные могут быть записаны и с которого они могут быть считаны во время работы вычислительной системы, использующей указанное устройство. Запоминающее устройство может представлять собой, например, запоминающее устройство с прямым доступом (оперативное запоминающее устройство, или ОЗУ). ОЗУ может представлять собой, например, статическое ОЗУ (СОЗУ). Другими типами запоминающего устройства являются, без ограничения этим, динамические запоминающие устройства с прямым доступом (динамические оперативные запоминающие устройства, или ДОЗУ) и различные конфигурации запоминающих устройств на основе защелок, триггеров и других бистабильных конструкций (например, мемристоров).
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения блок управления полетом также предназначен для выбора подходящей посадочной площадки на основании сохраненных данных о ветровом режиме и метеорологических условиях на близлежащих посадочных площадках в ожидаемое время прибытия на площадку. Выбор подходящей посадочной площадки выполняется в соответствии с заданными правилами. Для того, чтобы выбор подходящей посадочной площадки мог быть выполнен параллельно с наземной станцией управления, правила, в соответствии с которыми летательный аппарат выбирает подходящую площадку, задаются заранее. Более конкретно, критерии, в соответствии с которыми осуществляется выбор подходящей посадочной площадки, известны как летательному аппарату, так и ответственному центру управления воздушным движением, в результате чего летательный аппарат и центр управления воздушным движением определяют одинаковую посадочную площадку как подходящую в зависимости, например, от последнего местоположения летательного аппарата в случае прерванных каналов связи и в зависимости, например, от заданных метеорологических условий на ближайших посадочных площадках. В результате центр управления воздушным движением может дать указание выполнить все необходимые измерения на месте, т.е. на выбранной посадочной площадке, или провести их самостоятельно, в результате чего может быть обеспечена возможность безопасной посадки летательного аппарата. Для этого может быть необходимо, например, чтобы наземная станция управления по меньшей мере временно закрыла воздушное пространство в зоне подходящей выбранной посадочной площадки или выбранной посадочной полосы для посадки летательного аппарата.
В результате выполняется по существу независимое бортовое планирование маршрута, что предотвращает посадку при неблагоприятных (особых) метеоусловиях и обеспечивает направление летательного аппарата к другому альтернативному аэродрому.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения блок управления полетом также предназначен для определения маршрута полета к выбранной посадочной площадке, причем определение маршрута полета выполняется в соответствии с заданными правилами. Маршрут полета к выбранной посадочной площадке предпочтительно выбирается или определяется на возможно кратчайшем расстоянии, т.е. блок управления полетом по мере возможности направляет самолет к ближайшей посадочной площадке, подходящей для посадки, в зависимости от метеорологических условий, преобладающих в данном местоположении. Преимуществом этого является то, что определение маршрута полета выполняется в соответствии с четкими правилами, и в соответствии с этими правилами наземная служба управления полетами может по меньшей мере временно закрыть воздушное пространство или посадочную площадку для посадки самолета.
Термин «правила» в данном документе относится по существу к командам, которые подаются системой управления воздушным движением и блоком управления полетом и в соответствии с которыми принимается решение о выборе подходящей посадочной площадки. Например, к правилам может относиться факт направления самолета, например, от его текущего местоположения непосредственно к схеме воздушного движения в зоне аэродрома на выбранной посадочной площадке, например, с использованием данных из базы данных с информацией, например, о запрещенных областях в непосредственном окружении самолета и о доступных посадочных площадках, а также доступных данных о ветровом режиме и метеорологических условиях на выбранной посадочной площадке.
В соответствии с определением маршрута полета определяется входная кромка подходящей взлетно-посадочной полосы исходя из направления ветра, и во время захода на посадку определяется соответствующий угол упреждения так, что на основании этих данных может быть рассчитано ожидаемое время прибытия на посадочную площадку.
В момент определения блоком текущего контроля необратимого выхода из строя канала передачи данных между летательным аппаратом и наземной станцией управления данные о текущем положении и данные о скорости сохраняются и кинематические переменные движения предпочтительно фиксируются, при этом курс летательного аппарата относительно земли и скорость его полета временно поддерживаются.
Для того, чтобы беспилотный летательный аппарат мог определять маршрут полета до подходящей посадочной площадки, на его борту имеется выборка из действительной базы данных, например, для области, в которой он выполняет свою задачу, причем в указанной выборке сохранены другие близлежащие аэродромы или посадочные площадки с информацией о географических координатах аэродрома, входной и выходной кромках взлетно-посадочной полосы и отдельных объектах для ориентирования на территории аэродрома или на местности, окружающей эту территорию.
Беспилотный летательный аппарат может иметь доступ к данным о текущих метеорологических условиях, относящихся к области, в которой он выполняет свою задачу, и сохраненных, например, в запоминающем устройстве с возможностью перезаписи, в частности, к входящим в них данным о метеорологических условиях для другого аэродрома, и может извлечь из них данные не только об особых явлениях погоды, но также, в частности, о направлении и силе ветра на посадочной площадке в ожидаемое время прибытия.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения определение маршрута полета выполняется с помощью комплексной навигации. Как вариант, определение маршрута полета также может быть выполнено с помощью допплеровской навигации или инерциальной навигации. В случае комплексной навигации беспилотный летательный аппарат может осуществлять навигацию от последнего известного местоположения до выбранной подходящей посадочной площадки. Преимуществом этого является то, что за короткие периоды времени, в течение которых летательный аппарат по существу должен совершить посадку, возможна наиболее точная вероятная навигация.
Реакция летательного аппарата, ожидаемая от него в соответствии с законодательством о воздушном движении (система, способная к взаимодействию), в частности, выбор другого подходящего аэродрома, может быть предварительно оговорена, например, в юридически обязывающей форме производителем самолета и системой управления воздушным движением, так что указанная система также знает о реакциях самолета и может подготовиться к ним.
После этого, например, в соответствии с процедурами, согласованными в юридически обязывающей форме производителем летательного аппарата и службами управления воздушным движением в Германии и т.п., беспилотный летательный аппарат должен перейти, например, в рабочий режим «комплексной навигации» и автономно определить маршрут полета на основании его последних зафиксированных полетных данных, также включив при этом в намеченную траекторию полета местоположение станции управления воздушным движением.
Преимуществом этого является то, что реакции беспилотного летательного аппарата, таким образом, однозначно определены на основании конкретных соглашений или правовых норм и представлены в отслеживаемом виде.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения определенный маршрут полета может непрерывно корректироваться путем осуществления регулярного перекрестного пеленгования относительно сохраненных локальных пунктов назначения. Перекрестное пеленгование предпочтительно осуществляется с помощью тригонометрического расчета с использованием положений, определенных системой глобального позиционирования (GPS). В случае выполнения какой-либо триангуляции измерение преимущественно выполняется как можно раньше для повышения точности. Предпочтительно это следует учитывать при выборе подходящих целей для пеленгования. Преимуществом этого является возможность сведения к минимуму погрешностей способа измерения путем последующего активного корректирования переменных навигационных параметров.
Определение мгновенной высоты полета летательного аппарата над землей может быть выполнено, например, с помощью лазерного высотомера или радарного высотомера. Указанные данные по высоте могут быть сделаны доступными для блока управления полетом для обеспечения возможности передачи поправок по высоте подъемно-движительной системе.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения изменения в направлении и/или в курсе выполняются с использованием заданных стандартных кривых в местоположениях, определенных схемой воздушного движения в зоне аэродрома на выбранной посадочной площадке. Если беспилотный летательный аппарат совершает полет, например, по схеме воздушного движения в зоне аэродрома, то является предпочтительным его прохождение по пеленгующему лучу без приближения к так называемой кривой погони. Пеленгующий луч представляет собой прямую линию, проведенную через две ключевые точки на схеме воздушного движения в зоне аэродрома. Для обеспечения встречи беспилотного летательного аппарата с пеленгующим лучом перекрестное пеленгование предпочтительно должно сходиться к нулю по азимуту. Боковое уклонение впоследствии предпочтительно должно быть сведено к минимуму с помощью автоматического управления полетом. Предпочтительно это является преимущественным при заходе на посадку на взлетно-посадочную полосу «вслепую» для обеспечения возможности центрального соприкосновения с землей в случае наклонного захода на посадку, зависящего от ветра. Наземные координаты входной кромки взлетно-посадочной полосы предпочтительно представляют интерес при вертикальном снижении. Если наземные координаты входной кромки взлетно-посадочной полосы не известны, то беспилотный летательный аппарат может совершить посадку, однако при определенных условиях во время его посадки приземление будет несколько более жестким.
В дополнение к азимутальному перекрестному пеленгованию, важным для захода на посадку и сведения к минимуму бокового сноса под действием ветра является пеленгование с выравниванием по вертикали. Пеленг более удаленной ключевой точки схемы воздушного движения в зоне аэродрома в данном случае определяется с помощью более близкой точки (путем вычислений). Путем минимизации данного выравнивающего пеленга заходящий на посадку БПЛА движется точно к конкретной заданной высоте схемы воздушного движения в зоне аэродрома и может начинать от нее безопасное снижение.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения блок управления полетом также предназначен для определения подходящей входной кромки взлетно-посадочной полосы из по меньшей мере двух возможных входных кромок взлетно-посадочной полосы выбранной посадочной площадки. Входная кромка обычно характеризует начало взлетно-посадочной полосы на аэродроме. Она отмечена поперечной линией белого цвета. Преимуществом этого является то, что посадка беспилотного летательного аппарата может происходить в области взлетно-посадочной полосы, которая предусмотрена для этого, при этом летательному аппарату все еще остается доступной достаточно длинная посадочная полоса для выполнения руления до стоянки.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения система управления полетом также содержит дальномерное устройство. Дальномерное устройство предназначено для регулярного определения расстояния до взлетно-посадочной полосы во время захода на посадку для корректирования определенного маршрута полета в случае возникновения отклонений. Измерение расстояния может осуществляться, например, на основании важных объектов, расположенных в области взлетно-посадочной полосы или непосредственного окружения посадочной площадки. Такие важные объекты могут быть сделаны доступными для навигационной системы беспилотного летательного аппарата, например, с помощью предоставления их географических координат. Измерение фактического расстояния может быть выполнено, например, с помощью лазерного устройства и т.п. Преимуществом этого является возможность повышения точности посадки беспилотного летательного аппарата.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения блок управления полетом также предназначен для безопасной посадки летательного аппарата путем осуществления регулярного перекрестного пеленгования с помощью измерений глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) относительно сохраненных объектов на выбранной посадочной площадке. В данном контексте предполагается, что GNSS система самолета остается работоспособной. Летательный аппарат предпочтительно содержит многократно дублирующие GNSS системы, в результате чего даже в случае выхода GNSS системы из строя остаются доступными одна или даже две дублирующие GNSS системы. Преимуществом этого является возможность повышения точности посадки беспилотного летательного аппарата.
Летательный аппарат может непрерывно корректировать свой маршрут, определенный в начале пути с помощью комплексной навигации, путем регулярных измерений расстояния до взлетно-посадочной полосы и отклонений от курса с помощью перекрестного пеленгования относительно известных целей, также сохраненных в базе данных, до момента, когда произойдет точное касание земли на выбранной входной кромке и летательный аппарат сможет безопасно вырулить до стоянки. Изменения в направлении и курсе могут иметь место, например, в местоположениях, назначенных схемой воздушного движения, при этом они могут определяться стандартными кривыми, например, согласованными в обязывающем порядке в рабочем режиме «комплексной навигации».
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения блок управления полетом также предназначен для направления летательного аппарата к месту безопасной стоянки после приземления на выбранной посадочной площадке на основании сохраненной информации о местных условиях. Данные, относящиеся к местным условиям, таким как, например, взлетные полосы/посадочные полосы, пути руления, площадки для опробования двигателей и другие установки в воздушной зоне выбранной посадочной площадки, предпочтительно сохранены в запоминающем устройстве, к которому имеет доступ блок управления полетом беспилотного летательного аппарата. На основании этой информации беспилотный летательный аппарат может вырулить к месту безопасной стоянки в той степени, в какой это возможно без посторонней помощи. Как вариант, беспилотный летательный аппарат может быть доставлен в безопасное место хранения с посторонней помощью. Преимуществом этого является то, что посадочная площадка может быть вновь освобождена для обычных воздушных перевозок, как только беспилотный летательный аппарат достигнет безопасного места хранения или как только он покинет взлетно-посадочную полосу.
Кроме того, предложен способ безопасной посадки беспилотного летательного аппарата. Указанный способ включает этап определения факта прерывания всех каналов связи из набора каналов связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления, предназначенной для управления летательным аппаратом и/или его текущего контроля. Способ также включает этап посадки летательного аппарата на подходящую посадочную площадку на основании сохраненных данных, относящихся к текущим условиям полета и близлежащим посадочным площадкам, если зарегистрировано прерывание канала связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения способ также включает этап определения с помощью наземной станции управления факта прерывания всех каналов связи из набора каналов связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления и передачи информации о прерывании центру управления воздушным движением.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения центр управления воздушным движением закрывает по меньшей мере часть доступного воздушного пространства и подходящую посадочную площадку для безопасной посадки летательного аппарата. Летательный аппарат выбирает для посадки ту же самую подходящую посадочную площадку в соответствии с правилами, заданными центром управления воздушным движением.
Кроме того, предложена наземная станция управления, предназначенная для управления по меньшей мере одним беспилотным летательным аппаратом и/или его текущего контроля. Наземная станция управления содержит систему связи, предназначенную для сообщения с беспилотным летательным аппаратом и с системой управления воздушным движением и содержащую набор каналов связи. Наземная станция управления также содержит устройство текущего контроля, предназначенное для текущего контроля указанного набора каналов связи между наземной станцией управления и летательным аппаратом и системой управления воздушным движением. Если устройство текущего контроля определяет, что все каналы связи из указанного набора каналов связи между наземной станцией управления и летательным аппаратом прерваны, то информация о навигационных данных и технических данных летательного аппарата передается к системе управления воздушным движением.
Канал связи между наземной станцией управления и системой управления воздушным движением или станцией управления воздушным движением может представлять собой, например, цифровой канал связи или аналоговый канал связи.
Таким образом, благодаря передаче системе управления воздушным движением данных о выходе из строя каналов связи с беспилотным летательным аппаратом имеется возможность автоматической подачи, в случае возникновения необратимого выхода из строя канала передачи данных, немедленного заблаговременного предупреждения об опасности для других участников воздушного движения, которую создает летательный аппарат, не способный к взаимодействию. В момент необратимого и полного выхода из строя канала передачи данных наземная станция управления посылает системе управления воздушным движением сообщение, информирующее о выходе из строя канала передачи данных, а также о последних действительных навигационных и технических данных.
Станция управления воздушным движением затем может временно закрыть воздушное пространство в зоне контроля для других летательных аппаратов и должна предоставить право приоритетной посадки беспилотному летательному аппарату.
В соответствии с текущим состоянием норм воздушного движения инициирование захода беспилотного летательного аппарата на посадку без утверждения станцией управления воздушным движением обычно не должно выполняться автоматически. В случае необратимого выхода из строя канала передачи данных способ, описанный в данном документе, должен быть, таким образом, соответственно заблаговременно согласован со станцией управления воздушным движением по меньшей мере на текущее время. При выходе из строя канала связи (канала передачи данных) с наземной станцией, например, уже после приведения в действие системы посадки по приборам, то есть если беспилотный летательный аппарат уже получил разрешение на посадку от системы управления воздушным движением, описанная система является изначально дублирующей, главным образом, потому что это касается ожидаемой процедуры посадки, в прерывании которой больше нет необходимости. Способ, предложенный в данном изобретении, предпочтительно предназначен для посадки на альтернативные аэродромы и взлетно-посадочные полосы, не снабженные системой посадки по приборам, а также для посадки в случаях, когда система посадки по приборам еще не приведена в действие.
Случай, в котором одновременно в двух или более летательных аппаратах выходит из строя канал передачи данных, т.е. выходят из строя все каналы связи между беспилотным летательным аппаратом и наземной станцией, является весьма маловероятным. В соответствии с предложенным способом закрытие воздушного пространства происходит без задержки после подтверждения выхода из строя канала связи первого летательного аппарата, сообщившего об этом, в результате чего второй БПЛА, поврежденный, например, на секунду позже, уже не получит разрешения на посадку на этом аэродроме или, во всяком случае, не будет иметь приоритета на посадку до того, как первый БПЛА совершит посадку и будет отменено закрытие воздушного пространства. Второй беспилотный летательный аппарат может, например, отсрочить свою посадку до тех пор, пока взлетно-посадочная полоса не будет снова очищена. Поскольку в действительности выход из строя канала передачи данных не происходит точно в одно и то же время, другие беспилотные летательные аппараты в это время уже получат сообщение о закрытии воздушного пространства. Это может произойти, например, благодаря тому, что при наличии набора дублирующих каналов передачи данных информация о закрытии воздушного пространства и разрешении на посадку может быть передана и получена, когда выходит из строя предпоследний канал связи (как правило, все каналы не могут выйти из строя точно в одно и то же время) или даже раньше, то есть указанная информация все еще может быть своевременно передана другой стороне, участвующей в конфликтной ситуации. Следовательно, всегда имеется возможность обратиться, например, к данным о местоположении другой стороны, участвующей в конфликтной ситуации, путем обмена данными GPS, при этом может быть применена процедура, совместимая с правилами предотвращения столкновений. Следовательно, полный отказ многочисленных каналов передачи данных является весьма маловероятным, при этом поведение в соответствии с заранее согласованными правилами может обеспечить, например, безопасность воздушного движения в пределах требований к частоте отказов.
На чертежах в целом одинаковые номера позиций на различных видах относятся к одинаковым элементам. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого особое значение по существу придается иллюстрации принципов изобретения. Ниже приведено описание различных вариантов выполнения изобретения со ссылкой на нижеследующие чертежи, на которых:
фиг. 1а и 1b изображают первый вариант выполнения беспилотного летательного аппарата и системы управления полетом,
фиг. 2 изображает блок-схему варианта выполнения способа безопасной посадки беспилотного летательного аппарата,
фиг. 3 изображает вариант выполнения наземной станции управления, предназначенной для управления по меньшей мере одним беспилотным летательным аппаратом и/или его текущего контроля, и
фиг. 4 изображает схему возможных маршрутов полета для посадки беспилотного летательного аппарата.
В нижеследующем подробном описании сделана ссылка на прилагаемые чертежи, изображающие в пояснительных целях конкретные элементы и возможные варианты осуществления изобретения.
Слово «например» используется в данном документе со значением «в качестве примера, случая или иллюстрации». Каждый вариант выполнения или конфигурация, описанные в данном документе «для примера», не обязательно должны интерпретироваться как предпочтительные и преимущественные по сравнению с другими вариантами выполнения или усовершенствованиями.
В нижеследующем подробном описании сделана ссылка на прилагаемые чертежи, которые являются частью данного описания и на которых для иллюстрации показаны конкретные варианты реализации изобретения. При этом слова, обозначающие направление, такие как «выше», «ниже», «спереди», «сзади», «передний», «задний» и т.д., используются применительно к ориентации описываемого изображения или изображений. Поскольку компоненты вариантов выполнения могут находиться в ряде различных ориентаций, слова, обозначающие направление, служат для иллюстрации и никоим образом не являются ограничивающими. Следует понимать, что возможно использование других вариантов выполнения и внесение конструктивных или логических изменений без отклонения от объема правовой охраны данного изобретения. Следует понимать, что признаки различных иллюстративных вариантов выполнения, описанных в данном документе, могут использоваться в комбинации друг с другом, если конкретно не указано иное. Таким образом, нижеследующее подробное описание не должно толковаться в ограничительном смысле, при этом объем правовой охраны данного изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
В рамках данного описания слова «соединенный» или «объединенный» используются для описания как непосредственного соединения, так и опосредованного соединения, а также непосредственного или опосредованного объединения. На чертежах одинаковым или аналогичным элементам там, где это целесообразно, присвоены одинаковые номера позиций.
В способах, описанных в данном документе, этапы могут быть выполнены фактически в любой необходимой последовательности без отклонения от принципов изобретения, если точно не указана хронологическая или функциональная последовательность. Если в пункте формулы изобретения указано, что один этап выполняют первым, а затем выполняют другие этапы, это означает, что первый этап выполняют до всех других этапов, однако другие этапы могут быть выполнены в любой желаемой походящей последовательности, если порядок их выполнения не указан. Части формулы изобретения, в которых, например, указаны «этап А, этап В, этап С, этап D, и этап Е», следует, таким образом, понимать, как означающие, что этап А выполняют первым, этап Е выполняют последним, а этапы В, С и D могут быть выполнены в любой желаемой последовательности между этапами А и Е, при этом указанная последовательность выполнения охватывается сформулированным объемом правовой охраны заявленного способа. Кроме того, описанные этапы могут быть выполнены одновременно, если в пункте формулы изобретения не указано точно, что они выполняются по отдельности.
Например, этап для выполнения X в пункте формулы изобретения и этап для выполнения Y в пункте формулы изобретения могут быть выполнены одновременно в пределах одной операции, при этом полученный в результате процесс охватывается сформулированным объемом правовой охраны заявленного способа.
На фиг. 1а и 1b изображен первый вариант выполнения беспилотного летательного аппарата 100 и системы 110 управления полетом.
На фиг. 1а изображен вариант выполнения беспилотного летательного аппарата 100 и наземной станции 102 управления. Наземная станция 102 предназначена для управления летательным аппаратом 100 и/или его текущего контроля. Для управления аппаратом 100 и/или его текущего контроля имеется набор каналов 104 связи между станцией 102 и аппаратом 100.
Беспилотный летательный аппарат 100 содержит подъемно-движительную систему 101 и систему 110 управления полетом. Система 110 содержит блок 111 управления полетом, навигационную систему 112, систему 113 связи и исполнительную систему 114. Система 110 управления полетом изображена более подробно на фиг. 1b.
Блок 111 системы 110 предназначен для вычисления на основании данных, полученных от навигационной системы 112, и/или данных, полученных от станции 102, управляющих команд, которые подаются к исполнительной системе 114. Исполнительная система 114 использует управляющие команды для приведения в действие подъемно-движительной системы 101 летательного аппарата 100.
Система 110 также содержит блок 115 текущего контроля. Блок 115 предназначен для осуществления текущего контроля системы 113 связи. В связи с этим блок 115 определяет факт прерывания всех каналов 104 из набора каналов 104 связи между аппаратом 100 и станцией 102. Блок 115 также предназначен для воздействия на блок 111 в случае, если зарегистрировано прерывание связи 104 аппарата 100 со станцией 102, с обеспечением безопасной посадки летательного аппарата 100 на подходящую посадочную площадку на основании сохраненных данных, относящихся к текущим условиям полета и близлежащим посадочным площадкам.
На фиг. 1b изображен вариант выполнения системы 110 управления полетом. Система 110 содержит блок 111 управления полетом, навигационную систему 112, систему 113 связи, исполнительную систему 114 и блок 115 текущего контроля. Блок 111 управления полетом, навигационная система 112, система 113 связи, исполнительная система 114 и блок 115 текущего контроля присоединены друг к другу с помощью электрических проводов или с помощью системы шин (не показана). Блок 111 предназначен для вычисления на основании данных, полученных от системы 112, и/или данных, полученных от станции 102, управляющих команд, которые подаются к исполнительной системе 114. Система 114 использует управляющие команды для приведения в действие подъемно-движительной системы 101 летательного аппарата 100. Навигационная система 112 принимает, например, GNSS данные для определения местоположения аппарата 100. С помощью системы 113 связи аппарат 100 связывается с наземной станцией 102 управления по каналам 104 связи.
Несмотря на то что система управления полетом показана на фиг. 1а и фиг. 1b лишь в простом варианте выполнения, части системы управления полетом или вся система управления полетом также могут быть продублированы в летательном аппарате. В этом случае может иметься блок принятия решений (не показан), который принимает решения в соответствии с заданными правилами на основании продублированных результатов, полученных от набора имеющихся блоков. Такие блоки принятия решений известны в авиации.
На фиг. 2 изображена блок-схема 200 варианта выполнения способа безопасной посадки беспилотного летательного аппарата.
На этапе 201 способа определяют факт прерывания всех каналов из набора каналов связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления, предназначенной для управления летательным аппаратом и/или его текущего контроля. На этапе 202, когда зарегистрировано прерывание канала связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления, производят посадку летательного аппарата на подходящую посадочную площадку на основании сохраненных данных, относящихся к текущим условиям полета и близлежащим посадочным площадкам.
На фиг. 3 изображена наземная станция 300 управления, предназначенная для управления по меньшей мере одним беспилотным летательным аппаратом 301 и/или его текущего контроля. Станция 300 содержит систему 310 связи. Система 310 выполнена с возможностью сообщения с аппаратом 301 и с системой 302 управления воздушным движением. Для этого связь осуществляется через набор каналов 304 связи по меньшей мере между станцией 300 и аппаратом 301. Станция 304 также содержит устройство 311 текущего контроля. Устройство 311 предназначено для текущего контроля набора каналов 304 связи станции 300 с аппаратом 301 и с системой 302 управления воздушным движением. Если устройство 311 определяет, что все каналы 304 из набора каналов 304 связи между наземной станцией 300 и летательным аппаратом 301 прерваны, то информация о текущих навигационных данных и технических данных аппарата 301 передается к системе 302 управления воздушным движением.
На фиг. 4 изображена схема 400 возможных маршрутов полета для безопасной посадки беспилотного летательного аппарата 402 на посадочную площадку 410. В зависимости от направления 403 ветра аппарат 402 определяет маршрут 404, 405 захода на посадку, соответствующий локально заданной схеме воздушного движения в зоне аэродрома. В зависимости от направления ветра система управления полетом беспилотного летательного аппарата определяет, в случае выхода из строя всех каналов связи, соответствующую входную кромку взлетно-посадочной полосы на основании имеющейся географической и метеорологической информации. Например, в случае северного направления 403 ветра летательный аппарат 402 выбирает маршрут 404 полета, обеспечивающий возможность приземления летательного аппарата на входной кромке 411 взлетно-посадочной полосы 410 под правильным углом захода на посадку по двум стандартным кривым 406. При южном направлении 403 ветра выбирается, например, маршрут 405 полета, который обеспечивает возможность приземления летательного аппарата 402 на противоположной входной кромке 411 полосы 410 по стандартной кривой 406. Место и время выхода из строя всех каналов связи между летательным аппаратом 402 и наземной станцией управления (не показана) могут соответствовать, например, местоположению номера позиции, которым обозначен летательный аппарат в варианте выполнения, изображенном на фиг. 4. Если выход из строя происходит в местоположении или в момент времени, при котором летательный аппарат 402 все еще находится далеко от ближайшей подходящей посадочной площадки, траекторию летательного аппарата соответственно приближают к схеме воздушного движения в зоне аэродрома для указанной площадки в соответствии с планированием маршрута полета.
Несмотря на то что изобретение представлено и описано, в частности, со ссылкой на конкретные варианты выполнения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в него могут быть внесены многочисленные изменения с точки зрения конфигурации и элементов без отклонения от сущности и объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения, и при этом предполагается, что он покрывает все такие изменения, охватываемые дословным текстом формулы изобретения или эквивалентные им.
ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ
100 беспилотный летательный аппарат
101 подъемно-движительная система
102 наземная станция управления
110 система управления полетом
111 блок управления полетом
112 навигационная система
113 система связи
114 исполнительная система
115 блок текущего контроля
116 запоминающее устройство
200 способ
201-202 этапы способа
300 наземная станция управления
301 летательный аппарат
302 система управления воздушным движением
304 канал связи
310 система связи
311 устройство текущего контроля
Формула изобретения
1. Беспилотный летательный аппарат (100), содержащий
подъемно-движительную систему (101) и
систему (110) управления полетом, содержащую:
блок (111) управления полетом,
навигационную систему (112),
систему (113) связи и
исполнительную систему (114),
причем блок (111) управления полетом предназначен для вычисления на основании данных, полученных от навигационной системы (112), и/или данных, полученных от наземной станции (102) управления, предназначенной для управления летательным аппаратом (110) и/или его текущего контроля, управляющих команд, которые могут быть поданы к исполнительной системе (114) для приведения в действие подъемно-движительной системы (101),
при этом имеется блок (115) текущего контроля, предназначенный для осуществления текущего контроля системы (113) связи для определения факта прерывания всех каналов (104) из набора каналов (104) связи между летательным аппаратом (100) и наземной станцией (102) контроля,
причем блок (115) текущего контроля также предназначен для воздействия на блок (111) управления полетом в случае, если зарегистрировано прерывание связи (104) летательного аппарата (100) с наземной станцией (102) управления, с обеспечением безопасной посадки летательного аппарата (100) на подходящую посадочную площадку на основании сохраненных данных, относящихся к текущим условиям полета и близлежащим посадочным площадкам.
2. Беспилотный летательный аппарат (100) по п. 1, в котором навигационная система (112) содержит запоминающее устройство (116), в котором сохранены по меньшей мере данные о близлежащих посадочных площадках и данные о текущем ветровом режиме и метеорологических условиях, относящиеся к непосредственному окружению летательного аппарата (100) и близлежащим посадочным площадкам.
3. Беспилотный летательный аппарат (100) по п. 2, в котором блок (111) управления полетом также предназначен для выбора подходящей посадочной площадки на основании сохраненных данных о ветровом режиме и метеорологических условиях на близлежащих посадочных площадках в ожидаемое время прибытия на площадку, причем выбор подходящей посадочной площадки выполняется в соответствии с заданными правилами.
4. Беспилотный летательный аппарат (100) по п. 3, в котором блок (111) управления полетом также предназначен для определения маршрута полета к выбранной посадочной площадке, причем определение маршрута полета выполняется в соответствии с заданными правилами.
5. Беспилотный летательный аппарат (100) по п. 4, в котором определение маршрута полета выполняется с помощью комплексной навигации.
6. Беспилотный летательный аппарат (100) по п. 5, в котором определенный маршрут полета может непрерывно корректироваться путем осуществления регулярного перекрестного пеленгования относительно сохраненных локальных пунктов назначения.
7. Беспилотный летательный аппарат (100) по п. 5 или 6, в котором изменения в направлении и/или курсе выполняются с использованием заданных стандартных кривых в местоположениях, определенных схемой воздушного движения в зоне аэродрома на выбранной посадочной площадке.
8. Беспилотный летательный аппарат (100) по одному из пп. 3-7, в котором блок (111) управления полетом также предназначен для определения подходящей входной кромки взлетно-посадочной полосы из по меньшей мере двух возможных входных кромок взлетно-посадочной полосы выбранной посадочной площадки.
9. Беспилотный летательный аппарат (100) по одному из пп. 3-8, в котором система (110) управления полетом также содержит дальномерное устройство (116), предназначенное для регулярного определения расстояния до взлетно-посадочной полосы во время захода на посадку для корректирования определенного маршрута полета в случае возникновения отклонений.
10. Беспилотный летательный аппарат (100) по одному из пп. 3-9, в котором блок (111) управления полетом также предназначен для безопасной посадки летательного аппарата путем осуществления регулярного перекрестного пеленгования с помощью измерений глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) относительно сохраненных объектов на выбранной посадочной площадке.
11. Беспилотный летательный аппарат (100) по одному из пп. 3-10, в котором блок (111) управления полетом также предназначен для направления летательного аппарата (100) к месту безопасной стоянки после приземления на выбранной посадочной площадке на основании сохраненной информации о местных условиях.
12. Способ (200) безопасной посадки беспилотного летательного аппарата, включающий:
определение (201) факта прерывания всех каналов связи из набора каналов связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления, предназначенной для управления летательным аппаратом и/или его текущего контроля, и
посадку (202) летательного аппарата на подходящую посадочную площадку на основании сохраненных данных, относящихся к текущим условиям полета и близлежащим посадочным площадкам, если зарегистрировано прерывание канала связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления.
13. Способ по п. 12, в котором с помощью наземной станции управления определяют факт прерывания всех каналов связи из набора каналов связи между летательным аппаратом и наземной станцией управления и передают информацию о прерывании к центру управления воздушным движением.
14. Способ по п. 13, в котором центр управления воздушным движением также закрывает по меньшей мере часть доступного воздушного пространства и подходящую посадочную площадку для безопасной посадки летательного аппарата, при этом летательный аппарат выбирает для посадки ту же самую подходящую посадочную площадку в соответствии с правилами, заданными центром управления воздушным движением.
15. Наземная станция (300) управления, предназначенная для управления по меньшей мере одним беспилотным летательным аппаратом (301) и/или его текущего контроля и содержащая:
систему (310) связи, предназначенную для сообщения с беспилотным летательным аппаратом (301) и с системой (302) управления воздушным движением и содержащую набор каналов (304) связи,
устройство (311) текущего контроля, предназначенное для текущего контроля указанного набора каналов (304) связи наземной станции (300) управления с летательным аппаратом (301) и с системой (302) управления воздушным движением,
причем, если устройство (311) текущего контроля определяет, что все каналы (304) из набора каналов (304) связи между наземной станцией (300) управления и летательным аппаратом (301) прерваны, то информация о навигационных данных и технических данных летательного аппарата (301) передается к системе (302) управления воздушным движением.
