BR112019000108B1

BR112019000108B1 - Sistema de dados de ar ópticos para um veículo aéreo e método para determinar parâmetros de dados de ar para um veículo aéreo

Info

Publication number: BR112019000108B1
Application number: BR112019000108-5A
Authority: BR
Inventors: Loren M. Caldwell; Phillip E. Acott; Martin O'Brien
Original assignee: Ophir Corporation
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2023-02-23
Also published as: CA3029626A1; JP7122978B2; US20190302141A1; JP2022176937A; EP3482216A1; WO2018009599A1; JP2019521035A; EP3482216A4; BR112019000108A2; US11300584B2

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema de dados de ar ópticos para um veículo aéreo, que inclui um módulo LIDAR e um módulo de processamento de dados. O módulo LIDAR é configurado para emitir pelo menos três feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, e realizar medições LIDAR de um componente retrodispersado de cada um dos feixes de laser. O módulo de processamento de dados inclui um processador e instruções legíveis à máquina que, quando executadas pelo processador, processam as medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica. A sobreposição entre os feixes de laser e um ou mais campos de visão do módulo LIDAR pode estar dentro de dois metros a partir do módulo LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica em curto alcance a partir do veículo aéreo.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício de prioridade do Pedido de Patente Provisório Norte-americano de Série No. 62/358.924, depositado em 6 de julho de 2016, que é aqui incorporado para referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] Um Sistema de Dados de Ar ("ADS") provê telemetria detectada que informa aos pilotos, navegadores ou computadores do Sistema de Gerenciamento de Veículos qual(quais) parâmetro(s) aéreo(s) que afeta(m) a estabilidade da aeronave. Estes parâmetros de ar incluem, por exemplo, a velocidade do ar, a temperatura do ar e a pressão do ar, cada qual sendo útil para navegação e controle de voo. O ADS existe em muitas formas, por exemplo, como dispositivos mecânicos, optomecânicos e optoeletrônicos.

[0003] Um ADS mecânico inclui um tubo de Pitot, que é afixado no exterior da aeronave. Um sistema estático de Pitot é um instrumento de medição pneumático que recebe ar externo na aeronave e que determina a velocidade do ar com base na pressão do ar. Um sistema estático de Pitot típico usa um transdutor de pressão para medir a pressão do ar recebido através de uma pluralidade de orifícios. A pressão determinada do ar é combinada com medições de densidade do ar e medições de temperatura do ar usando a equação de Bernoulli bem conhecida para calcular a velocidade do ar. Os pilotos e Sistemas de Gerenciamento de Veículo usam esta informação para decisões em relação à estabilidade da aeronave, ao controle de voo e à navegação. SUMÁRIO

[0004] Em uma concretização, um sistema de dados de ar ópticos para um veículo aéreo inclui um módulo LIDAR e um módulo de processamento de dados. O módulo LIDAR é configurado para emitir pelo menos três feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, e para executar medições LIDAR de um componente retrodispersado de cada um dos feixes de laser. O módulo de processamento de dados inclui um processador e instruções legíveis à máquina que, quando executadas pelo processador, processam as medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica. A sobreposição entre os feixes de laser e um ou mais campos de visão do módulo LIDAR pode estar dentro de dois metros a partir do módulo LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica em curto alcance a partir do veículo aéreo.

[0005] Em uma concretização, um método para determinar parâmetros de dados de ar para um veículo aéreo inclui obter medições LIDAR de pelo menos três feixes de laser não localizados em um plano comum, e processar as medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] A Figura 1 ilustra um sistema de dados de ar ópticos implementado a bordo de um veículo aéreo, de acordo com uma concretização.

[0007] A Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático do sistema de dados de ar ópticos da Figura 1, de acordo com uma concretização.

[0008] A Figura 3 mostra uma configuração exemplificativa de um módulo LIDAR, do sistema de dados de ar ópticos da Figura 1, implementado a bordo do veículo aéreo, de acordo com uma concretização.

[0009] A Figura 4 ilustra um transceptor de laser, de acordo com uma concretização.

[0010] A Figura 5 ilustra um transceptor de laser com percursos ópticos separados para emitir luz de laser e detectar luz retrodispersada, de acordo com uma concretização.

[0011] As Figuras 6 e 7 ilustram a configuração óptica de um transceptor de laser, de acordo com uma concretização.

[0012] A Figura 8 mostra uma função de sobreposição exemplificativa para o transceptor de laser das Figuras 6 e 7.

[0013] A Figura 9 ilustra um método para determinar parâmetros de dados de ar com base em medições ópticas, de acordo com uma concretização.

[0014] As Figuras 10A e 10B ilustram um método para determinar os parâmetros de dados de ar das medições LIDAR enquanto avaliam a qualidade do sinal LIDAR e executam verificações de consistência para assegurar que os parâmetros de dados de ar de base óptica resultantes sejam confiáveis, de acordo com uma concretização.

[0015] A Figura 11 ilustra um método para aumentar um sistema de dados de ar convencionais com um sistema de dados de ar ópticos, de acordo com uma concretização.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES

[0016] O ADS da técnica anterior tem limitações. Com relação ao sistema estático de Pitot, por exemplo, se a velocidade da aeronave for extremamente baixa, o transdutor de pressão poderá não ter a sensibilidade necessária para prover dados de telemetria significativos, de tal modo que o ruído ou erro de sinal de transdutor possa ser maior do que as diferenças significativas na medição de pressão. Alternativamente, se a velocidade for muito alta (por exemplo, supersônica), certas suposições, tais como aquelas com relação à incompressibilidade do fluxo de ar na equação de Bernoulli, serão violadas e a medição será incorreta. Desse modo, tais sistemas têm um limite inferior de pressão para a detecção precisa da velocidade. Por conseguinte, a equação de Bernoulli tem que ser alterada para compensar as várias suposições violadas. Este processo de compensação tem que continuar em condições de mudança rápida de altitude e densidade do ar. Finalmente, o ADS da técnica anterior não pode medir diretamente as velocidades vertical e lateral da aeronave em relação ao ar, mas depende de sensores de ângulo de ataque ou sensores de pressão estática distribuídos pela aeronave. Este método é altamente impreciso em altos ângulos de ataque ou glissagem.

[0017] Além disso, existem vulnerabilidades nos sistemas estáticos de Pitot convencionais da técnica anterior, particularmente em condições meteorológicas de risco e de formação de gelo. Por exemplo, os tubos de Pitot podem ficar congelados em algumas condições meteorológicas de risco causando leituras errôneas da velocidade em relação ao ar. Isto resulta na perda de compreensão dos pilotos sobre a velocidade da aeronave e a operação segura da aeronave. Também, estes sistemas estáticos de Pitot ficam comprometidos por eventos, tal como a tripulação de terra que se esquece de remover a cobertura de proteção antes do voo, e insetos que constroem ninhos no tubo, tornando assim inútil o sistema estático de Pitot. Consequentemente, há a necessidade de aumentar ou substituir os sistemas de dados de ar convencionais (mecânicos) por um sistema, tal como um Sistema de Dados de Ar Ópticos a fim de aumentar a confiabilidade e a disponibilidade de parâmetros de dados de ar medidos.

[0018] Um aperfeiçoamento é um Sistema de Dados de Ar Ópticos ("OADS"), que usa luz para determinar parâmetros de velocidade do ar. O sistema de dados de ar ópticos transmite luz para a atmosfera e recebe luz de volta que é refletida, ou "retrodispersada", a partir de aerossóis e moléculas de ar na direção da aeronave. Os aerossóis são sólidos finos e/ou partículas líquidas suspensas no ar e as moléculas incluem nitrogênio e oxigênio e outros componentes atmosféricos. Os sistemas de dados de ar ópticos podem também medir o efeito Doppler, recebendo a luz retrodispersada e medindo a frequência de retorno para determinar a velocidade.

[0019] Entretanto, um sistema de dados de ar ópticos que depende exclusivamente de uma dispersão de aerossol não é confiável devido a diferentes distribuições de aerossol. Por exemplo, a distribuição de aerossol varia significativamente com a altitude e o conteúdo da nuvem. Além disso, algumas regiões da atmosfera contêm poucos aerossóis para permitir medições confiáveis de dados de ar. Desse modo, o OADS baseado em aerossol não pode determinar a velocidade do ar em todas as altitudes frequentadas pelas aeronaves modernas. Finalmente, um OADS que depende exclusivamente da dispersão de aerossol não pode determinar a temperatura do ar ou a pressão do ar. A temperatura e a pressão do ar são parâmetros de dados de ar críticos para determinar a densidade do ar e o número de Mach. Consequentemente, há necessidade de aperfeiçoar os sistemas e métodos de dados de ar ópticos que dependem exclusivamente da dispersão de aerossol.

[0020] Aqui são descritos sistemas de dados de ar ópticos que pelo menos parcialmente superam os problemas acima discutidos. Cada um dos sistemas de dados de ar ópticos utiliza um módulo de detecção e alcance de luz (LIDAR) de feixes múltiplos para obter medições de dados de ar e provê uma solução de dados de ar que não compartilha fundamentos de medição dos sistemas estáticos de Pitot. O módulo LIDAR não compartilha fundamentos dos sistemas estáticos de Pitot e provê, dessa forma, medições de dados de ar que são redundantes ao sistema de dados de ar convencionais e não apresentam nenhum modo de falha comum ao sistema de dados de ar convencionais.

[0021] Em uma implementação dos sistemas de dados de ar ópticos atualmente descritos, o sistema de dados de ar ópticos pode aumentar ou substituir os sensores de dados de ar convencionais em provendo todos os parâmetros de dados de ar, temperatura atmosférica, pressão atmosférica, e velocidade vetorial total (real velocidade em relação ao ar), em todas as condições meteorológicas e em todas as altitudes. Em implementações configuradas para aumentar um sistema de dados de ar convencionais, o sistema de dados de ar ópticos pode (a) ser comunicativamente acoplado com o sistema de dados de ar convencionais, (b) incluir o sistema de dados de ar convencionais, ou (c) ser comunicativamente acoplado com um sistema de controle de voo que é também comunicativamente acoplado com o sistema de dados de ar convencionais. Em certas concretizações, os sistemas de dados de ar ópticos aqui descritos oferecem uma maior disponibilidade das medições de dados, conforme comparados aos sistemas de dados de ar da técnica anterior. Opcionalmente, o módulo LIDAR dos sistemas de dados de ar ópticos atualmente descritos é capaz de obter medições em um curto alcance, tal como dentro de um ou alguns metros a partir da aeronave, aperfeiçoando assim a disponibilidade dos dados em condições meteorológicas adversas.

[0022] As Figuras 1 e 2 ilustram um sistema de dados de ar ópticos (OADS) exemplificativo 100 implementado a bordo de um veículo aéreo 190. O veículo aéreo 190 pode ser uma aeronave, um helicóptero, ou outro veículo aerotransportado. A Figura 1 mostra o OADS 100 em um cenário de uso exemplificativo, conforme implementado a bordo de uma aeronave. A Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático do OADS 100. As Figuras 1 e 2 são mais bem vistas juntas.

[0023] O OADS 100 inclui um módulo LIDAR 110 e um módulo de processamento de dados 120. O módulo LIDAR 100 inclui (a) três ou mais transceptores de laser 210 que emitem três ou mais feixes de laser e detectam componentes dos feixes de laser retrorrefletidos pela atmosfera. Os componentes retrorrefletidos podem ser produzidos por dispersão Mie de aerossóis (dispersão de aerossol) e/ou dispersão Rayleigh de moléculas (dispersão molecular). Em uma concretização, cada transceptor de laser 210 é sensível tanto à dispersão de aerossol quanto à dispersão molecular. Nesta concretização, o módulo LIDAR 110 opera eficientemente em todas as condições de carga de aerossol a partir de ambientes de alta carga de aerossol, tal como encontrado na camada limítrofe atmosférica, nas nuvens e em eventos de formação de gelo, e em ambientes onde há pouco ou nenhum aerossol, tal como em altitudes operacionais de aeronaves comuns de 9.144 m (30.000 pés) ou mais. Em altitudes superiores, comumente há apenas dispersão molecular presente, e sistemas LIDAR sensíveis à dispersão de aerossol podem falhar. O uso de um módulo LIDAR Rayleigh/Mie garante a medição de todos os parâmetros de dados de ar, em todas as altitudes operacionais da aeronave do nível do solo para altitudes de cruzeiro de aeronaves de transporte e mais altas, geralmente com alta disponibilidade de dados e sem perdas de dados ou falhas de sensor.

[0024] O módulo de processamento de dados 120 processa as medições dos componentes retrorrefletidos para gerar parâmetros de dados de ar, tais como velocidade em relação ao ar, pressão atmosférica e temperatura atmosférica, orientação da aeronave, tal como ângulo de ataque e ângulo de glissagem, e/ou dispersão fracionária de aerossol. O módulo LIDAR 110 é configurado com três ou mais transceptores de laser 210 que emitem feixes de laser ao longo de três ou mais direções de propagação diferentes, respectivamente, que não são todas coplanares. Em virtude desta geometria, o OADS 110 é capaz de determinar a velocidade vetorial total do veículo aéreo 190 no quadro de coordenadas do veículo aéreo 190, por exemplo, resolvida em termos da velocidade axial (também conhecida como velocidade da linha d'água), velocidade lateral, e velocidade vertical.

[0025] Os três ou mais transceptores de laser 210 podem incluir três ou mais respectivos lasers para gerar os feixes de laser individualmente ou, alternativamente, incluir óptica apropriada para gerar os três ou mais feixes de laser de um número menor de lasers, tal como um laser. Similarmente, três ou mais transceptores de laser 210 podem incluir um fotodetector para cada feixe de laser ou, alternativamente, três ou mais transceptores de laser 210 podem compartilhar um menor número de fotodetectores. Embora a Figura 2 mostre apenas um transceptor de laser opcional 210 além de três, o módulo LIDAR 110 pode incluir diversos transceptores de laser 210 além de três, sem se afastar do escopo da presente invenção.

[0026] O módulo de processamento de dados 120 inclui um processador 240 e uma memória não transitória 250 contendo instruções legíveis à máquina 260. A memória 250 é, por exemplo, uma memória não volátil. O módulo de processamento de dados 120 pode ser implementado na forma de um computador ou um microprocessador. As instruções 260 incluem instruções LIDAR 262 que, com a execução pelo processador 240, processam as medições recebidas do módulo LIDAR 110 para determinar um ou mais parâmetros de ar, tais como a velocidade em relação ao ar, a pressão e/ou temperatura atmosférica. Para esta finalidade, as instruções LIDAR 262 podem incluir algoritmos, tais como aqueles descritos na Patente Norte-Americana No. 8.072.584, que é aqui incorporada para referência em sua totalidade. O módulo de processamento de dados 120 pode ser comunicativamente acoplado com um sistema de controle de voo 280 a bordo do veículo aéreo 190, em cujo caso o sistema de controle de voo 280 pode utilizar parâmetros de ar gerados pelo módulo de processamento de dados 120.

[0027] Em certas implementações, o veículo aéreo 190 é adicionalmente equipado com um sistema de sensor convencional 130, por exemplo, um sistema estático de Pitot. Nestas implementações, o veículo aéreo 190 pode utilizar os dados de ar recebidos tanto do OADS 100 quanto do sistema de sensor convencional 130. Em uma concretização, o OADS 100 inclui o sistema de sensor convencional 130. Nesta concretização, as instruções 260 podem incluir instruções convencionais 264 que, com a execução pelo processador 240, processam medições recebidas do sistema de sensor convencional 130 para determinar um ou mais parâmetros de ar, tais como a velocidade em relação ao ar, a pressão e/ou temperatura atmosférica. Em outra concretização, o OADS 100 e o sistema de sensor convencional 130 são comunicativamente acoplados com o sistema de controle de voo 280. O sistema de controle de voo 280 pode incluir um módulo de votação 282 que coletivamente considera tanto os dados de ar de base óptica do módulo de processamento de dados 120 quanto os dados de ar convencionais do sistema de sensor convencional 130, para selecionar os dados de ar esperados como sendo de melhor qualidade e precisão. O módulo de votação 282 pode incluir instruções legíveis à máquina codificadas em uma memória não transitória dentro do sistema de controle de voo 280, que, quando executadas por um processador dentro do sistema de controle de voo 280, aplicam um algoritmo de votação aos dados de ar para selecionar os dados de ar mais precisos e/ou conferir mais peso aos parâmetros de ar esperados como sendo mais precisos.

[0028] A Figura 3 mostra uma configuração exemplificativa do módulo LIDAR 110 implementado a bordo do veículo aéreo 190. Os transceptores de laser 210 são posicionados atrás de uma janela 392. A janela 392 pode ser conformada à linha de molde externo da superfície local 390 do veículo aéreo 190. Os transceptores de laser 210 emitem pelo menos três feixes de laser 310. Pelo menos estes três feixes de laser 310 não são coplanares. Esta configuração garante a determinação da velocidade lateral e vertical, bem como a velocidade da linha de voo axial (velocidade da linha d'água) que produz uma real medição da velocidade em relação ao ar. A provisão das velocidades da linha d'água da aeronave, vertical da aeronave e lateral da aeronave, juntamente com a métrica baseada nestas medições, provê dados de controle da aeronave não previamente disponíveis a partir dos sistemas de dados de ar convencionais. O módulo de processamento de dados 120 pode contar com esta informação para o sistema de controle de voo 280 para um controle aperfeiçoado da aeronave e, portanto, uma maior segurança de voo e conforto de viagem.

[0029] Em um exemplo da configuração mostrada na Figura 3, cada feixe de laser 310 se propaga em uma direção que está aproximadamente em um ângulo de 30-60 graus, tal como aproximadamente de 45 graus, longe do vetor normal do módulo LIDAR 110. O vetor normal do módulo LIDAR 110 pode ser orientado ao longo do eixo longitudinal do veículo aéreo 190.

[0030] A faixa a partir da qual são obtidas as medições, que é a distância do módulo LIDAR 110 até as fontes de dispersão que produzem a luz de laser retrorrefletida processada pelo OADS 100, é determinada pela sobreposição entre os feixes de laser 310 e o campo de visão dos transceptores de laser 210. Em uma concretização, o módulo LIDAR 110 é configurado de tal forma que esta sobreposição seja de cerca de um a alguns metros longe do módulo LIDAR 110. Em tal exemplo, a sobreposição é ótima em cerca de um metro a partir do módulo LIDAR 110 e pode se estender aproximadamente na faixa de 0,5-2 metros a partir do módulo LIDAR 110. Esta configuração permite obter parâmetros de ar de base óptica da proximidade imediata do veículo aéreo 190, o que reduz o risco de falha induzida por condições meteorológicas. Por exemplo, esta configuração de curto alcance garante que o OADS 100 possa prover dados de ar válidos mesmo em condições onde as medições de longo alcance falhariam, tal como quando o veículo aéreo 190 estiver em chuva torrencial, nevoeiro, ou nuvem, e sinais de longo alcance seriam extintos. Além disso, o OADS 100 não é suscetível à formação de gelo, como são os sistemas convencionais, porque o módulo LIDAR 110 é montado interno ao veículo aéreo, atrás da janela 392 que é adaptada à linha de molde externo do veículo aéreo 190. O módulo LIDAR 110 não precisa ser montado em uma borda dianteira do veículo aéreo 190, que é comumente considerada uma zona formação de gelo. Desse modo, o OADS 100 é muito mais suscetível a problemas de formação de gelo da aeronave do que os sensores de dados de ar convencionais e, pelo menos nesta configuração de curto alcance, o OADS 100 provê dados de ar válidos em condições de outro modo associadas com formação de gelo.

[0031] Em certas concretizações, os transceptores de laser 210 emitem quatro ou mais feixes de laser 310 que se propagam ao longo de quatro diferentes direções, respectivamente, que proveem redundância adicional além daquela de um sistema de três feixes. Em um exemplo, o OADS 100 inclui quatro feixes de laser 310, onde cada feixe de laser 310 se propaga em uma direção que está a 30-60 graus, tal como aproximadamente de 45 graus, com relação ao vetor normal do módulo LIDAR 110. Os feixes de laser 310 podem ser direcionados para pontos localizados em cada 90 graus em um círculo centralizado em torno do vetor normal do módulo LIDAR 110 em frente do módulo LIDAR 110. Isto é, os feixes de laser 310 são substancialmente equidistantes neste círculo. Esta configuração provê distância adequada entre os campos de sensor de referência (zonas de sobreposição entre os feixes de laser 310 e o campo de visão dos transceptores de laser 212) para assegurar que a saturação solar, o brilho especular da água ou superfícies metálicas, etc., não possam simultaneamente proibir medições de múltiplos transceptores de laser 210. Desse modo, os feixes de laser adicionais 310 além de três aperfeiçoa a confiabilidade do OADS 100 e a disponibilidade dos parâmetros de ar produzidos a partir dos mesmos. Além disso, os feixes de laser adicionais 310 além de três proveem medições adicionais que proveem dados adicionais e, por sua vez, a precisão adicional sobre as medições obtidas dos primeiros três feixes de laser 310. Isto aumenta toda a precisão de medição e provê alguma redundância.

[0032] Com referência novamente à Figura 2, quando do processamento de medições de três ou mais do que três transceptores de laser 210, o módulo de processamento de dados 120 pode ajustar os parâmetros de ar às medições. As instruções LIDAR 262 podem incluir instruções de ajuste para esta finalidade.

[0033] Além disso, as instruções LIDAR 262 podem utilizar a geometria conhecida de cada feixe de laser 310 entre si e o veículo aéreo 190 para gerar parâmetros de ar válidos e úteis (por exemplo, velocidade em relação ao ar, temperatura e/ou pressão), mesmo quando apenas um ou dois transceptores de laser 210 produzirem medições válidas. Estes parâmetros de ar podem ser um tanto degradados, conforme comparados àqueles obtidos com três ou mais transceptores de laser de funcionamento total 210. Contudo, o OADS 100 pode obter, por exemplo, a velocidade de linha d'água (ou uma estimativa dessa), a temperatura e a pressão com base em um único transceptor de laser 210. A determinação da velocidade da linha d'água pode utilizar uma direção predeterminada de movimento do veículo aéreo 190. Em um exemplo, o OADS 100 determina a velocidade da linha d'água de um único transceptor de laser 210 com base na suposição de que o veículo aéreo 190 está se movendo predominantemente em sua direção axial. Esta resiliência à falha do transceptor significativamente aumenta a disponibilidade de dados críticos do OADS, aperfeiçoando assim a segurança do sistema e a disponibilidade de dados.

[0034] Sem se afastar do escopo da presente invenção, o módulo de processamento de dados 120 pode ser um sistema autônomo configurado para receber as medições LIDAR de um módulo LIDAR de terceiros que gera pelo menos três feixes de laser 310. Além disso, as instruções LIDAR 262 podem ser codificadas em uma memória não transitória e suprida como um produto de software autônomo configurado para instalação no sistema de computador de terceiros.

[0035] A Figura 4 ilustra um transceptor de laser exemplificativo 400 que inclui uma fonte de laser 410 e um detector 420. A fonte de laser 410 é, por exemplo, um laser ou a extremidade de saída de uma fibra óptica que recebe luz de laser em sua extremidade de entrada. O transceptor de laser 400 adicionalmente inclui a óptica 430. A óptica 430 pode incluir diversos elementos ópticos. O transceptor de laser 400 é uma concretização do transceptor de laser 210.

[0036] Em operação, a óptica 430 recebe luz de laser da fonte de laser 410 para formar o feixe de laser 412 que é um exemplo do feixe de laser 310. A óptica 430 adicionalmente coleta a luz de um campo de visão 422 (esquematicamente indicado como um cone entre as linhas 424 e 426) e direciona esta luz coletada para o detector 420. O campo de visão 422 coincide com o feixe de laser 412 dentro de uma região de sobreposição 440 que se estende entre as distâncias 450 e 452 da óptica 430, de tal modo que pelo menos parte da luz detectada pelo detector 420 seja um componente de feixe de laser 412 retrodispersado dentro da região de sobreposição 440. Embora a Figura 4 mostre a região de sobreposição 440 como tendo limites distintos nas distâncias 450 e 452, é entendido que a região de sobreposição 440 possa ter mais fronteiras graduais, por exemplo, conforme associado com as propriedades de feixe Gaussiano. Em uma concretização, a região de sobreposição 440 está cerca de um a alguns metros longe da óptica 430. Por exemplo, o transceptor 400 pode ser implementado no módulo LIDAR 110 atrás da janela 392 de tal modo que a região de sobreposição 440 se estenda aproximadamente na faixa de 0,5-2 metros da janela 392.

[0037] A Figura 5 ilustra um transceptor de laser exemplificativo 500 com percursos ópticos separados para emitir luz de laser e detectar luz retrodispersada. O transceptor de laser 500 é uma concretização de transceptor de laser 400. O transceptor de laser 500 inclui a fonte de laser 410 e o detector 420. O transceptor de laser 500 adicionalmente inclui óptica de laser 530 e óptica de detecção 540. A óptica de laser 530 inclui uma lente 532, e a óptica de detecção 540 inclui uma lente 542. Uma ou ambas as ópticas de laser 530 e a óptica de detecção 540 podem incluir elementos ópticos adicionais, tal como um ou mais espelhos e/ou filtros. Juntas, a óptica de laser 530 e a óptica de detecção 540 formam uma concretização da óptica 430.

[0038] Em operação, a óptica de laser 530 recebe a luz de laser da fonte de laser 410 e forma o feixe de laser 512. O feixe de laser 512 é um exemplo de feixe de laser 412. A lente 532 coleta luz de laser emitida pela fonte de laser 10 e colima, ou quase colima, esta luz de laser para formar o feixe de laser 512. A óptica de detecção 540, pelo menos em virtude da lente 542, apresenta um campo de visão 522 (um exemplo do campo de visão 422). A óptica de laser 530 e a óptica de detecção 540 são cooperativamente configuradas de tal modo que o campo de visão 522 se sobreponha ao feixe de laser 512 dentro da região de sobreposição 440. Para fins de clareza de ilustração, a região de sobreposição 440 não é mostrada na Figura 5. A lente 542 coleta a luz do campo de visão 522, e a óptica de detecção 540 direciona esta luz coletada para o detector 420. Quando implementadas no módulo LIDAR 110, a óptica de laser 530 e a óptica de detecção 540 são posicionadas atrás da janela 392.

[0039] As Figuras 6 e 7 ilustram a configuração óptica de um transceptor de laser exemplificativo 600. As Figuras 6 e 7 mostram respectivas vistas mutuamente ortogonais da configuração óptica do transceptor de laser 600, conforme indicado pelo sistema de coordenadas 690. As Figuras 6 e 7 adicionalmente mostram resultados de uma simulação de traçado de raios para o transceptor de laser 600. As Figuras 6 e 7 são mais bem vistas juntas na seguinte descrição. O transceptor de laser 600 apresenta percursos ópticos separados para a geração de feixe de laser e detecção de luz retrodispersada. O transceptor de laser 600 é uma concretização do transceptor de laser 500.

[0040] No percurso de geração de feixe de laser, o transceptor de laser 600 inclui uma fonte de laser 410, um espelho 650 e uma lente de colimação 632. A fonte de laser 610 é, por exemplo, um laser ou a extremidade de saída de uma fibra óptica que transmite luz de laser acoplada na fibra óptica em sua extremidade de entrada, onde a extremidade de saída da fibra óptica pode ser equipada com uma lente de acoplamento. Em operação, o espelho 610 direciona a luz de laser 614 emitida pela fonte de laser 610 para a lente de colimação 632, e a lente de colimação 632 colima (ou quase colima) a luz de laser 614 para formar um feixe de laser 612. O feixe de laser 612 é um exemplo de feixe de laser 512.

[0041] No percurso de detecção de luz retrodispersada, o transceptor de laser 600 inclui um espelho 660, uma lente de coleta 642, e um detector que apresenta uma extremidade receptora 620. Em uma concretização, a extremidade receptora 620 é uma extremidade de uma fibra óptica (opcionalmente equipada com uma lente de acoplamento), e a outra extremidade da fibra óptica é acoplada direta ou indiretamente a um fotodetector. Em outra concretização, a extremidade receptora 620 é uma porção fotossensível de um fotodetector. A lente de coleta 642 define o tamanho do campo de visão 422 (vide Figura 4) da extremidade receptora 620. A lente de coleta 642 e o espelho 660 são configurados para coincidir o campo de visão 422 da extremidade receptora 620 com feixe de laser 612 dentro da região de sobreposição 440 (vide Figura 4). Em operação, o espelho 660 redireciona a luz 622 na direção da lente de coleta 642, e a lente de coleta 642 focaliza a luz 622 sobre a extremidade receptora 620. A luz 622 inclui a luz retrodispersada do feixe de laser 612 dentro da região de sobreposição 440.

[0042] Para fins de clareza, as Figuras 6 e 7 não mostram explicitamente o campo de visão 422. Em vez disso, o campo de visão 422 é indicado pelo feixe de raios que formam a luz 622. A região de sobreposição 440 está fora da visão das Figuras 6 e 7. Entretanto, o feixe de laser 612 se propaga de algum modo na direção y positiva (mais claramente visto na Figura 7) e, portanto, não intersecta o campo de visão 422, conforme indicado pela luz 622, fora da vista das Figuras 6 e 7.

[0043] Em uma concretização, a lente de colimação 632 apresenta um diâmetro de 25 milímetros (mm) e um comprimento focal efetivo de 60 mm, e a lente de coleta 642 apresenta um diâmetro de 6,5 mm e um comprimento focal efetivo de 18,4 mm. Uma ou ambas as lentes de colimação 632 e lente de coleta 642 podem ser uma lente asférica.

[0044] A Figura 8 mostra uma função de sobreposição exemplificativa para transceptor de laser 600. A Figura 8 traça a fração da potência do feixe de laser 612 retrodispersado e detectado pelo transceptor 600, como a luz 622, como uma função da distância do transceptor de laser 600. A faixa de distâncias onde em que a função de sobreposição provê qualidade de sinal satisfatória para a luz detectada 622 define a região de sobreposição 440. A função de sobreposição da Figura 8 tem seu pico em uma distância de aproximadamente 0,95 metro a partir do transceptor de laser 600. Em um exemplo, a função de sobreposição da Figura 8 define uma região de sobreposição 440 que se estende na faixa de cerca de 0,8 metro a 1,2 metro do transceptor de laser 600.

[0045] A Figura 9 ilustra um método exemplificativo 900 para determinar os parâmetros de dados de ar das medições ópticas providas por um módulo LIDAR apresentando pelo menos três diferentes feixes de laser que não estão todos em um plano comum. O método 900 pode ser executado pelo OADS 100, por exemplo, para determinar os parâmetros de dados de ar para o veículo aéreo 190.

[0046] Na etapa 910, o método 900 obtém as medições LIFDAR de três ou mais feixes de laser. Em um exemplo da etapa 910, o OADS usa três ou mais transceptores de laser 210 para executar as medições LIDAR. Em uma concretização, a etapa 910 inclui uma etapa 912 de obter medições de dispersão de aerossol. Em um exemplo da etapa 912, os transceptores de laser 210 são sensíveis à dispersão Mie, e medições de dispersão de aerossol são obtidas, por exemplo, conforme discutido na Patente Norte-Americana No. 8.072.584. Em outra concretização, a etapa 910 inclui uma etapa 914 de obter medições de dispersão molecular. Em um exemplo da etapa 914, os transceptores de laser 210 são sensíveis à dispersão Rayleigh, e medições de dispersão molecular são obtidas, por exemplo, conforme discutido na Patente Norte-Americana No. 8.072.584. Em ainda outra concretização, a etapa 910 inclui tanto a etapa 912 quanto a etapa 914. Em um exemplo desta concretização, os transceptores de laser 210 são sensíveis tanto à dispersão Mie quanto à dispersão Rayleigh, e as medições de dispersão de aerossol e molecular são obtidas, por exemplo, conforme discutido na Patente Norte-americana No. 8.072.584.

[0047] Em uma ótima etapa 920, o método 900 descarta medições LIDAR inválidas. Em um exemplo da etapa 920, o módulo de processamento de dados 120 descarta as medições de um ou mais transceptores de laser 210 devido ao mau funcionamento do transceptor ou às condições que estão fora da faixa de operação adequada do transceptor. Por exemplo, o módulo de processamento de dados 120 pode processar medições recebidas de um transceptor de laser 210 e determinar que este transceptor de laser seja saturado pela luz solar, em consequência do que o módulo de processamento de dados 120 ignora as medições recebidas deste transceptor de laser. As instruções LIDAR 262 podem incluir instruções para determinar se um transceptor de laser 210 é saturado ou de outro modo avariado.

[0048] Na etapa 930, o método 900 determina os parâmetros de dados de ar das medições LIDAR. Em um exemplo da etapa 930, o módulo de processamento de dados 120 processa as medições LIDAR recebidas do módulo LIDAR 110 para determinar os parâmetros de dados de ar. A etapa 930 pode incluir uma etapa 931 de ajustar os parâmetros de dados de ar às medições LIDAR, por exemplo, usando uma técnica de ajuste conhecida na técnica. A etapa 931 pode, embora não precise, utilizar medições LIDAR de mais de três transceptores de laser 210. A etapa 930 pode incluir uma etapa 932 de determinar os parâmetros de dados de ar de menos de três transceptores de laser.

[0049] A etapa 930 pode incluir uma, mais ou todas as etapas 933, 934 e 935. A etapa 933 determina a velocidade vetorial total (real velocidade em relação ao ar) do veículo aéreo 190. A etapa 934 determina a temperatura atmosférica no veículo aéreo 190. A etapa 935 determina a pressão atmosférica no veículo aéreo 190. A etapa 933 pode contar com medições de dispersão de aerossol e/ou medições de dispersão molecular, e a etapa 933 pode ser executada conforme discutido na Patente Norte-americana NO. 8.07.584. Cada uma das etapas 934 e 935 pode contar com medições de dispersão molecular e pode ser executada conforme discutido na Patente Norte-americana No.8.072.584. Opcionalmente, a etapa 930 inclui uma etapa 936 de determinar a densidade, tipo e/ou tamanho da massa de aerossol. A etapa 936 baseia-se nas medições de dispersão de aerossol. Esta informação de caracterização de aerossol pode ser usada em arquiteturas de votação federadas entre medições de sensor convencional e OADS. Além disso, estes dados podem ser usados para prover informação acerca de condições atmosféricas não mensuráveis por sistemas de dados de ar convencionais. A densidade de massa de aerossol, em combinação com a temperatura atmosférica (por exemplo, determinada na etapa 934), permite a determinação de condições de formação de gelo ou indicação de zonas formação de gelo potenciais, bem como cinza vulcânica, nuvens e camadas de formação de gelo.

[0050] Em certas concretizações, a etapa 930 inclui uma etapa 937 de usar medições de dispersão molecular para determinar os parâmetros de dados de ar em altitudes com concentração de aerossol insuficiente para parâmetros de dados de ar baseados em dispersão de aerossol, por exemplo, em altitudes maiores do que 4.572 m (15.000 pés), onde a concentração de aerossol é geralmente baixa demais para gerar medições de dispersão de aerossol adequadas. Opcionalmente, a etapa 930 inclui uma etapa 938 de gerar duas estimativas independentes do mesmo parâmetro de dados de ar, para um ou mais dos parâmetros de dados de ar. Para tal parâmetro de dados de ar, a etapa 938 gera uma estimativa baseada em medições de aerossol e outra estimativa baseada em medições de dispersão molecular.

[0051] O método 900 pode adicionalmente incluir uma etapa 940 de executar verificação(ões) de erro nos parâmetros de dados de ar. A etapa 940 pode usar tal(is) verificação(ões) de erro para refinar os parâmetros de dados de ar emitidos pelo método 900. Por exemplo, a etapa 940 pode comparar duas estimativas diferentes de um parâmetro de dados de ar, gerado na etapa 938, para determinar qual destes dois parâmetros de dados de ar é mais preciso. Além disso, a etapa 940 pode utilizar esta comparação para obter informação acerca das condições atmosféricas e aplicar esta informação para refinar, descartar, ou selecionar outros parâmetros de dados de ar. Por exemplo, a etapa 940 pode determinar que as medições de aerossol são imprecisas, por exemplo, devido à concentração de aerossol insuficiente, e com base nisso, descartar todas as medições de aerossol ou descartar todos os parâmetros de dados de ar baseados nas medições de aerossol. A etapa 940 pode ser executada pelo módulo de processamento de dados 120. A capacidade de medir a velocidade em relação ao ar via a dispersão molecular e a dispersão de aerossol e a capacidade de distinguir entre as duas proveem uma capacidade adicional para verificação de erro no caso de intempéries, tal como chuva pesada. Em outro exemplo, a etapa 940 usa um parâmetro de dados de ar para avaliar a validade de outro parâmetro de dados de ar. Por exemplo, um parâmetro de dados de ar pode indicar condições atmosféricas sob as quais outro parâmetro de dados de ar é esperado como sendo impreciso.

[0052] As etapas 920 e 930, e, opcionalmente, 940, podem ser implementadas no OADS 100 como instruções de medições LIDAR 262.

[0053] Sem se afastar do escopo da presente invenção, a etapa 910 pode ser substituída por uma etapa de recebimento das medições LIDAR de um módulo LIDAR. Neste caso, o método 900 pode ser executado pelo módulo de processamento de dados 120 sozinho, e o método 900 pode ser codificado na memória 250 como pelo menos uma porção de instruções LIDAR 262.

[0054] Embora não mostrado na Figura 9, o método 900 pode incluir uma etapa de comunicação dos parâmetros de dados de ar a um sistema de controle de voo, tal como o sistema de controle de voo 280.

[0055] As Figuras 10A e 10B ilustram um método exemplificativo 1000 para determinar os parâmetros de dados de ar das medições LIDAR enquanto avaliam a qualidade do sinal LIDAR e executam as verificações de consistência para assegurar que os parâmetros de dados de ar de base óptica gerados pelo método 100 sejam confiáveis. O método 1000 é uma concretização do método 900, e pode ser executado pelo OADS 100, por exemplo, para determinar os parâmetros de dados de ar para o veículo aéreo 190. A Figura 10A mostra uma primeira porção do método 1000, e a Figura 10B mostra uma segunda porção do método 1000. As Figuras 10A e 10B são mais bem vistas juntas na seguinte descrição.

[0056] O método 1000 primeiramente executa um submétodo 1002 para cada de pelo menos três feixes de laser que não se propagam em um plano comum. Em um exemplo, o método 1000 executa o submétodo 1002 para cada de dois ou mais feixes de laser gerados pelos transceptores de laser 210 do OADS 100, tais como os feixes de laser 310 mostrados na Figura 3.

[0057] O submétodo 1002 inclui uma etapa 1010 de adquirir dados de transceptor para o feixe de laser. Em um exemplo da etapa 1010, o transceptor de laser 420 detecta luz do campo de visão 422. O submétodo 1002 adicionalmente inclui uma etapa 1020 de processar os dados de transceptor adquiridos na etapa 1010 para avaliar a qualidade de sinal LIDAR. A etapa 1020 pode avaliar uma ou mais métricas indicativas da qualidade de sinal, tal como uma ou mais da relação de sinal-ruído, duração e/ou a frequência das perdas de sinal, e saturação do transceptor. Em um exemplo da etapa 1020, o processador 240 executa uma porção das instruções LIDAR 262 para avaliar a qualidade de sinal LIDAR dos dados de transceptor. Em seguida, o submétodo 1002 executa uma etapa 1030. A etapa 1030 decide se a qualidade de sinal LIDAR é aceitável. Em um exemplo da etapa 1030, o processador 240 executa uma porção das instruções LIDAR 262 para comparar uma ou mais métricas de qualidade de sinal LIDAR determinadas na etapa 1020 para os respectivos valores limite. Por exemplo, a etapa 1030 pode requerer que a relação de sinal-ruído para o sinal LIDAR seja maior do que dois (ou outro limiar adequado).

[0058] Em uma concretização, a etapa 1030 avalia separadamente a qualidade de sinal LIDAR para a dispersão de aerossol e a dispersão molecular. A etapa 1030 pode achar que ambos ou apenas um dos sinais, o sinal LIDAR baseado na dispersão de aerossol ou o sinal LIDAR baseado na dispersão molecular, é aceitável.

[0059] Se for decidido, na etapa 1030, que a qualidade de sinal LIDAR não é aceitável, o submétodo 1002 procederá para uma etapa 1040 de descartar os dados de transceptor para este feixe de laser específico. Se a etapa 1030 decidir que a qualidade de sinal LIDAR é aceitável, o submétodo 1002 procederá para uma etapa 1050 de calcular os parâmetros de dados de ar específicos de transceptor do sinal LIDAR. A etapa 1050 pode ser executada apelo processador 240 através da execução de uma porção de instruções LIDAR 262.

[0060] A etapa 1050 pode incluir uma, duas ou todas as etapas 1052, 1054 e 1056. Em certas concretizações, a etapa 1050 inclui pelo menos a etapa 1052. A etapa 1052 calcula a velocidade do veículo aéreo 190 ao longo da direção do feixe de laser, por exemplo, conforme descrito na Patente Norte-americana No. 8.072.584. A etapa 1054 calcula a temperatura atmosférica na região de sobreposição 440, por exemplo, conforme descrito na Patente Norte-americana No. 8.072.584. A etapa 1056 calcula a pressão atmosférica na região de sobreposição 440, por exemplo, conforme descrito na Patente Norte-americana No. 8.072.584. A etapa 1050 pode obter os parâmetros de dados de ar específicos de transceptor com base na dispersão de aerossol e/ou dispersão molecular. Quando os dados tanto da dispersão de aerossol quanto da dispersão molecular estiverem disponíveis, a etapa 1050 poderá gerar valores de transceptor separados com base na dispersão de aerossol e na dispersão molecular, respectivamente. Alternativamente, a etapa 1050 pode basear qualquer parâmetro de dados de ar específico de transceptor determinado (por exemplo, velocidade em relação ao ar, temperatura ou pressão) na dispersão de aerossol ou na dispersão molecular ou em uma combinação dos mesmos.

[0061] Depois de executar o submétodo 1002 para cada de pelo menos três feixes de laser, o método 1000 procede para uma etapa 1060 de verificar a consistência dos parâmetros de dados de ar específicos de transceptor. A etapa 1060 descarta qualquer parâmetro de dados de ar específico de transceptor que seja um valor discrepante. A etapa 1060 pode incluir uma ou ambas as etapas 1062 e 1064. A etapa 1062 verifica a consistência de parâmetros de dados de ar específicos de transceptor obtidos de diferentes transceptores. Em um exemplo da etapa 1062, o processador 240 executa uma porção das instruções LIDAR 262 para (a) recuperar, da memória 250, os parâmetros de dados de ar específicos do transceptor associados com diferentes transceptores, conforme determinado na etapa 1050, (b) comparar estes parâmetros de dados de ar específicos de transceptor entre si, e (c) descartar quaisquer parâmetros de dados de ar específicos de transceptor determinados como sendo um valor discrepante. A etapa 1064 verifica a consistência ao longo do tempo dos parâmetros de dados de ar específicos de transceptor obtidos do mesmo transceptor. Em um exemplo da etapa 1064, o processador 240 executa uma porção das instruções LIDAR 262 para (a) recuperar, da memória 250, uma série de tempo dos parâmetros de dados de ar específicos de transceptor obtidos na etapa 1050 do mesmo transceptor, (b) comparar estes parâmetros de dados de ar específicos de transceptor entre si, e (c) descartar quaisquer parâmetros de dados de ar específicos de transceptor determinados como sendo um valor discrepante. A etapa 1604 pode repetir este processo para cada um dos feixes de laser processados na etapa 1050.

[0062] Depois de descartar quaisquer valores discrepantes na etapa 1060, o método 1000 procede para a etapa 1070 de calcular os parâmetros de dados de ar de base óptica com base nos parâmetros de dados de ar específicos de transceptor determinados na etapa 1050 e não descartados na etapa 1060. Nas concretizações do método 1000 que incluem a etapa 1056, a etapa 1070 pode incluir uma etapa 1076. Nas concretizações do método 1000 que incluem a etapa 1052, a etapa 1070 pode incluir uma etapa 1080. Cada uma das etapas 1072, 1076 e 1080 pode ser executada pelo processador 240 com a recuperação dos parâmetros de dados de ar específicos de transceptor correspondentes da memória 250 e com a execução de uma respectiva porção das instruções LIDAR 262.

[0063] A etapa 1072 determina a temperatura atmosférica. Se mais de uma medida específica de transceptor da temperatura atmosférica for obtida na etapa 1054 e retida na etapa 1060, a etapa 1074 incluirá uma etapa 1074 de determinar a temperatura atmosférica de múltiplas temperaturas atmosféricas específicas de transceptor. Em uma concretização, a etapa 1074 calcula a temperatura atmosférica como a média das temperaturas atmosféricas específicas de transceptor. Esta média pode ser uma média ponderada, por exemplo, com pesos de acordo com qualidade de sinal LIDAR determinada na etapa 1020, de tal modo que aos transceptores que geram dados de qualidade superior seja atribuído um peso maior. A etapa 1074 pode determinar uma única estimativa da temperatura atmosférica com base em (a) uma ou mais temperaturas atmosféricas específicas de transceptor com base na dispersão de aerossol e (b) uma ou mais temperaturas atmosféricas específicas de transceptor com base na dispersão molecular.

[0064] A etapa 1076 determina a pressão atmosférica. Se mais de uma medida específica de transceptor da temperatura atmosférica for obtida na etapa 1056 e retida na etapa 1060, a etapa 1076 incluirá uma etapa 1078 de determinar a pressão atmosférica de múltiplas pressões atmosféricas específicas de transceptor. A etapa 1076 pode calcular a pressão atmosférica como a média das pressões atmosféricas específicas de transceptor. Esta média pode ser uma média ponderada, por exemplo, com pesos de acordo com a qualidade de sinal LIDAR determinada na etapa 1020, de tal modo que aos transceptores que geram aos dados de maior qualidade seja atribuído um peso maior. A etapa 1078 pode determinar uma única estimativa da temperatura atmosférica com base em (a) uma ou mais temperaturas atmosféricas específicas de transceptor com base na dispersão de aerossol e (b) uma ou mais temperaturas atmosféricas específicas de transceptor com base na dispersão molecular.

[0065] A etapa 1080 determina a velocidade em relação ao ar. A etapa 1080 inclui uma etapa 1082 de determinar se os dados de velocidade estão disponíveis para mais de três transceptores não em um plano comum. Caso positivo, a etapa 1080 procederá para a etapa 1084. De outro modo, a etapa 1080 procede para a etapa 1088. A etapa 1080 calcula a velocidade vetorial total utilizando a geometria conhecida dos feixes de laser. Em um exemplo, a etapa 1080 calcula a velocidade vetorial total do veículo aéreo 190 que utiliza a geometria conhecida de feixes de laser 310. Se os dados de velocidade forem disponíveis de mais de três transceptores, a etapa 1084 poderá incluir uma etapa 1086 de ajustar a velocidade vetorial total às velocidades específicas de transceptores da etapa 1052. A etapa 1088 estima que a velocidade da linha d'água usa a geometria de feixe de laser conhecida associada com cada feixe de laser considerado na etapa 1088. A etapa 1088 pode incluir a etapa 1089 de assumir que a velocidade vetorial total é predominantemente axial. Em um exemplo da etapa 1088 que implementa a etapa 1089, a etapa 1088 assume que a velocidade medida ao longo de cada feixe de laser é a projeção da velocidade axial na direção de propagação do feixe de laser. A etapa 1088 inverte então esta projeção assumida para gerar uma estimativa da velocidade da linha d'água. Se os dados de velocidade estiverem disponíveis a partir de dois transceptores, a etapa 1088 poderá estimar a velocidade da linha d'água como uma média das velocidades específicos de transceptor. Esta média pode ser ponderada de acordo com a qualidade de sinal LIDAR determinada na etapa 1020. Alternativamente, se os dados de velocidade estiverem disponíveis a partir de dois transceptores, a etapa 1088 poderá assumir que a velocidade vetorial total está em uma direção que está no plano estendido pelos dois feixes de laser correspondentes, de modo a estimar um vetor de velocidade bidimensional. Isto pode permitir uma estimativa da velocidade da linha d'água bem como uma velocidade em uma direção ortogonal à linha d'água.

[0066] Em uma concretização, a etapa 1080 determina uma velocidade em relação ao ar (por exemplo, a velocidade vetorial total) de duas estimativas separadas desta velocidade em relação ao ar, onde uma das estimativas se baseia na dispersão de aerossol e a outra estimativa se baseia na dispersão molecular.

[0067] Em certas concretizações, o método 1000 adicionalmente inclui uma etapa 1090 de comunicar os parâmetros de dados de ar de base óptica a um sistema de controle de voo, tal como o sistema de controle de voo 280.

[0068] Sem se afastar do escopo da presente invenção, o método 1000 pode ser executado em paralelo para a dispersão de aerossol e a dispersão molecular para gerar duas estimativas de cada de um ou mais parâmetros de dados de ar de base óptica, onde uma estimativa se baseia na dispersão de aerossol e a outra estimativa se baseia na dispersão molecular. A etapa 1090 pode emitir os parâmetros de dados de ar tanto com base na dispersão de aerossol quanto com base na dispersão molecular.

[0069] Também sem se afastar do escopo da presente invenção, a etapa 1010 pode ser substituída por uma etapa de recebimento das medições LIDAR de um módulo LIDAR de terceiros. Neste caso, o método 1010 pode ser executado pelo módulo de processamento de dados 120 sozinho. O método 1000, sem a etapa 1010, pode ser codificado nas instruções LIDAR 262.

[0070] A Figura 11 ilustra um método exemplificativo 1100 para aumentar um sistema de dados de ar convencionais com um sistema de dados de ar ópticos, tal como o OADS 100. Na etapa 1100, o método 1100 determina os parâmetros de dados de ar das medições ópticas. A etapa 1110 pode implementar uma etapa 1112 de executar o método 900 para determinar os parâmetros de dados de ar de base óptica. Em um exemplo da etapa 1110, o OADS 100 executa o método 900.

[0071] Na etapa 1120, o método 1100 determina os parâmetros de dados de ar convencionais com base nas medições pelos sensores convencionais, tais como tubos estáticos de Pitot. Em um exemplo da etapa 1120, o sistema de sensor convencional 130 determina os parâmetros de dados de ar convencionais.

[0072] Na etapa 1130, o método 1100 processa os parâmetros de dados de ar de base óptica da etapa 1110 e os parâmetros de dados de ar convencionais da etapa 1120 para determinar os parâmetros de dados de ar finais a serem usados por um sistema de voo. Em um exemplo da etapa 1130, o módulo de votação 282 processa (a) parâmetros de dados de ar ópticos recebidos do módulo de processamento de dados 120 e (b) os parâmetros de dados de ar convencionais recebidos do sistema de sensor convencional 130 para determinar os parâmetros de dados de ar finais. A etapa 1130 pode utilizar conhecimento geral acerca da validade de diferentes tipos de dados de ar em certas condições atmosféricas e/ou avaliar a validade de diferentes tipos de dados de ar com base nos próprios dados de ar.

[0073] Em uma concretização, a etapa 1130 inclui as etapas 1132 e 1134. A etapa 1132 utiliza os parâmetros de dados de ar de base óptica para identificar pelo menos uma propriedade atmosférica. Em um exemplo da etapa 1132, o módulo de votação 282 recebe um ou mais parâmetros de dados de ar que indicam uma propriedade das condições atmosféricas. A etapa 1134 avalia a validade dos parâmetros de dados de ar de base óptica e os parâmetros de dados de ar convencionais com base em pelo menos uma propriedade atmosférica identificada na etapa 1132. Em um exemplo da etapa 1134, o módulo de votação cancela os parâmetros de dados de ar com base nas medições por um tipo de sensor conhecido como sendo não fiável em condição atmosférica determinada na etapa 1132. Em um exemplo das etapas 1132 e 1134, o módulo de votação 282 recebe, módulo de processamento de dados 120, uma alta concentração de aerossol e uma temperatura de congelamento ou abaixo desta, e determina que o veículo aéreo 190 está em um ambiente de condições de formação de gelo. Com base nesta informação, o módulo de votação 282 detecta os dados dos tubos estáticos de Pitot, uma vez que estes são propensos a falhar em condições formação de gelo. Em outro exemplo das etapas 1132 e 1134, o módulo de votação 282 recebe, do módulo de processamento de dados 120, uma alta concentração de aerossol e uma alta temperatura, e determina que há muita cinza vulcânica no ar que circunda o veículo aéreo 190. Com base nesta informação, o módulo de votação 282 cancela os dados do fluxo de ar com base nos sensores convencionais, tais como tubos estáticos de Pitot. Em ainda outro exemplo, as etapas 1132 e 1134 utilizam a relação de dispersão molecular - dispersão de aerossol para determinar uma propriedade atmosférica e selecionar os dados de ar mais precisos com base nisso.

[0074] Em outra concretização, a etapa 1130 inclui uma etapa 1136 de executar verificações consistentes internas entre os diferentes parâmetros de dados de ar para determinar quais parâmetros de dados de ar são mais precisos.

[0075] A etapa 1130 pode ser implementada como instruções legíveis à máquina codificadas em uma memória não transitória do módulo de votação 282, e o módulo de votação 282 ou o sistema de controle de voo 280 pode incluir um processador que executa tais instruções legíveis à máquina para executar a etapa 1130. Em uma concretização, estas instruções legíveis à máquina são codificadas na memória não transitória e supridas como um produto de software autônomo configurado para instalação em um sistema de computador de terceiros. Sem se afastar do escopo da presente invenção, a etapa 1130 pode ser um método autônomo que toma como entrada os parâmetros de dados de ar de base óptica e os parâmetros de dados de ar convencionais.

Combinações de Características

[0076] As características acima descritas bem como aquelas reivindicadas abaixo podem ser combinadas de diversas maneiras sem se afastar do escopo da presente invenção. Por exemplo, será apreciado que os aspectos de um sistema ou método de dados de ar ópticos aqui descrito possam incorporar ou trocar características de outro sistema ou método de dados de ar ópticos aqui descrito. Os seguintes exemplos ilustram algumas possíveis combinações não limitativas de concretizações acima descritas. Deve ficar claro que muitas outras mudanças e modificações poderão ser feitas aos sistemas sem se afastar do espírito e do escopo desta invenção.

[0077] (A1) Um OADS pode incluir (a) um módulo LIDAR configurado para emitir pelo menos três feixes de laser e medir um componente retrorrefletido de cada um dos feixes de laser, e (b) um módulo de processamento de dados incluindo um processador e instruções que, quando executadas pelo processador, ajustam pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica às medições pelo módulo LIDAR do componente retrorrefletido para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

[0078] (A2) No OADS indicado como (A1), pelo menos três feixes de laser podem incluir quatro feixes de laser, e as instruções legíveis à máquina podem incluir instruções que, quando executadas pelo processador, ajustam pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica às medições do componente retrorrefletido de todos os quatro feixes de laser para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

[0079] (A3) Em cada um dos OADSs indicados como (A1) e (A2), pelo menos três feixes de laser podem incluir quatro feixes de laser, o módulo LIDAR pode incluir quatros transceptores de laser, cada qual configurado para gerar um respectivo dos quatro feixes de laser e medir o componente retrorrefletido associado, e as instruções legíveis à máquina podem incluir instruções que, quando executadas pelo processador (i) determinam se qualquer um dos transceptores de laser é errôneo e (ii) ajustam pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica às medições do componente o retrorrefletido apenas dos feixes de laser que não são errôneos.

[0080] (B1) Um OADS pode incluir (a) um módulo LIDAR configurado para emitir pelo menos três feixes de laser e medir tanto a dispersão de aerossol quanto a dispersão molecular de cada um dos feixes de laser, e (b) um módulo de processamento de dados incluindo um processador e instruções legíveis à máquina que, quando executadas pelo processador, (i) determinam duas estimativas de pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica respectivamente baseado na dispersão de aerossol e na dispersão molecular e (ii) avaliam as duas estimativas para refinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

[0081] (C1) Um OADS para implementação em um veículo aéreo pode incluir (a) um módulo LIDAR configurado para emitir pelo menos três feixes de laser e medir tanto a dispersão de aerossol quanto a dispersão molecular de cada um dos feixes de laser, e (b) um módulo de processamento de dados incluindo um processador e as instruções legíveis à máquina que, quando executadas pelo processador, determinam (i) a velocidade vetorial total do veículo aéreo, (ii) a temperatura atmosférica no veículo aéreo com base na dispersão molecular, e (iii) a pressão atmosférica no veículo aéreo com base na dispersão molecular.

[0082] (C2) No OADS indicado como (C1), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para gerar duas estimativas da velocidade vetorial total com base na dispersão molecular e na dispersão de aerossol, respectivamente, e determinar uma velocidade vetorial total refinada com base nas duas estimativas.

[0083] (C3) Em cada um dos OADSs indicados como (C1) e (C2), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para avaliar a precisão de um parâmetro de uma pluralidade de parâmetros de dados de ar associados com a velocidade vetorial total, a temperatura atmosférica, e a pressão atmosférica com base em outro parâmetro da pluralidade de parâmetros de dados de ar.

[0084] (C4) Em qualquer um dos OADSs indicados como (C1) a (C3), o módulo LIDAR pode ter um ou mais campos de visão para detecção de componentes retrorrefletidos dos feixes de laser devido a uma ou a ambas as dispersões, a dispersão de aerossol e a dispersão molecular, onde a sobreposição entre o(s) campo(s) de visão e os feixes de laser está dentro de dois metros a partir do módulo LIDAR para medições LIDAR de curto alcance.

[0085] (D1) Um método de dados de ar ópticos pode incluir obter medições LIDAR de pelo menos três feixes de laser e ajustar pelo menos pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica às medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

[0086] (D2) No método de dados de ar ópticos indicado como (D1), a etapa de ajuste pode incluir, quando um ou mais de pelo menos três feixes de laser não proverem medições LIDAR válidas, ajustar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica aos restantes feixes de pelo menos três feixes de laser.

[0087] (D3) No método de dados de ar ópticos indicado como (D2), a etapa de ajuste pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica aos restantes pode incluir usar a geometria conhecida dos feixes de laser para estimar a velocidade.

[0088] (D4) Em cada um dos métodos de dados de ar ópticos indicados como (D2) e (D3), os feixes restantes de pelo menos três feixes de laser podem ser um único feixe de laser, e pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica pode incluir uma velocidade, uma pressão atmosférica e uma temperatura atmosférica.

[0089] (E1) Um método de dados de ar ópticos pode incluir (a) obter medições LIDAR de dispersão molecular e medições LIDAR de dispersão de aerossol de cada de pelo menos três feixes de laser, e (b) determinar parâmetros de dados de ar de base óptica incluindo (i) pressão e temperatura atmosféricas com base nas medições LIDAR de dispersão molecular e (ii) velocidade vetorial total com base em uma ou ambas as medições, as medições LIDAR de dispersão molecular e as medições LIDAR de dispersão de aerossol.

[0090] (E2) No método de dados de ar ópticos indicado como (E1), a etapa de determinação a velocidade vetorial total pode se basear nas medições LIDAR de dispersão molecular em pelo menos altitudes com concentração de aerossol insuficiente para obter as medições LIDAR de dispersão de aerossol válida.

[0091] (E3) Cada um dos métodos de dados de ar ópticos indicados como (E1) e (E2) pode adicionalmente incluir obter parâmetros de dados de ar mecânicos e avaliar os parâmetros de dados de ar de base óptica e os parâmetros de dados de ar mecânicos para determinar os parâmetros de dados de ar finais.

[0092] (E4) No método de dados de ar ópticos indicado como (E3), a etapa de avaliação pode incluir identificar pelo menos uma propriedade atmosférica com base nos parâmetros de dados de ar de base óptica, e avaliar a validade dos parâmetros de dados de ar de base óptica e parâmetros de dados de ar mecânicos com base pelo menos uma propriedade atmosférica.

[0093] (E5) O método de dados de ar ópticos indicado com (E4) pode adicionalmente incluir o descarte de pelo menos um dos parâmetros de dados de ar mecânicos com base em pelo menos uma propriedade atmosférica.

[0094] (E6) Em cada um dos métodos de dados de ar ópticos indicados como (E4) e (E5), pelo menos uma propriedade atmosférica pode incluir uma densidade de massa de aerossol ou uma concentração de aerossol.

[0095] (E7) Em qualquer um dos métodos de dados de ar ópticos indicado como (E1) a (E6), a etapa de obtenção pode incluir medir os componentes retrorrefletidos dos feixes de laser, os componentes retrorrefletidos originários de eventos de dispersão dentro de dois metros de transceptores que geram os feixes de laser para medições LIDAR de curto alcance.

[0096] (E8) Em qualquer um dos métodos de dados de ar ópticos indicados como (E1) a (E7), a etapa de determinação pode incluir determinar a velocidade lateral e a velocidade vertical.

[0097] (F1) Um sistema de dados de ar ópticos para um veículo aéreo pode incluir (a) um módulo LIDAR configurado para emitir pelo menos três feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, e executar as medições LIDAR de um componente retrodispersado de cada um dos feixes de laser, e (b) um módulo de processamento de dados incluindo um processador e instruções legíveis à máquina que, quando executadas pelo processador, processam as medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetros de dados de ar de base óptica.

[0098] (F2) No sistema de dados de ar ópticos indicado como (F1), uma sobreposição entre os feixes de laser e o campo de visão do módulo LIDAR pode estar dentro de dois metros a partir do módulo LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica dentro de dois metros a partir do veículo aéreo.

[0099] (F3) Para cada um dos feixes de laser no sistema de dados de ar ópticos indicado como (F2), o módulo LIDAR pode incluir um fotodetector que apresenta um campo de visão que se sobrepõe ao respectivo feixe de laser dentro de dois metros a partir do módulo LIDAR.

[00100] (F4) Em qualquer um dos sistemas de dados de ar ópticos indicados como (F1) a (F3), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processar, executar as etapas de avaliar a qualidade das medições LIDAR para selecionar as medições LIDAR de qualidade aceitável, e determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica com base apenas nas medições LIDAR de qualidade aceitável.

[00101] (F5) No sistema de dados de ar ópticos indicado como (F4), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processador e na etapa de determinação, determinar a velocidade em relação ao ar do veículo aéreo, a temperatura atmosférica e a pressão atmosférica.

[00102] (F6) Em cada um dos sistemas de dados de ar ópticos indicados como (F4) e (F5), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processador e na etapa de determinação, determinar (i) quando as medições LIDAR de qualidade aceitável estão disponíveis para cada de mais de três feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, a velocidade vetorial total do veículo aéreo, e (ii) quando as medições LIDAR de qualidade aceitável estiverem disponíveis para apenas um ou dois feixes de laser, uma estimativa da velocidade da linha d'água do veículo aéreo.

[00103] (F7) Em qualquer um dos sistemas de dados de ar ópticos indicados como (F1) a (F6), pelo menos três feixes de laser podem incluir quatro feixes de laser.

[00104] (F8) No sistema de dados de ar ópticos indicado como (F7), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processador, executar as etapas de avaliar a qualidade das medições LIDAR com base nos componentes retrodispersados para selecionar medições LIDAR de qualidade aceitável e, quando as medições LIDAR forem de qualidade aceitável para cada um dos quatro feixes de laser, calcular a velocidade vetorial total do veículo aéreo com base nas medições LIDAR de todos os quatro feixes de laser.

[00105] (F9) Em qualquer um dos sistemas de dados de ar ópticos indicados como (F1) a (F8), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processador, ajustar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica às medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

[00106] (F10) Em qualquer um dos sistemas de dados de ar ópticos indicados como (F1) a (F9), o módulo LIDAR pode ser configurado para obter, para cada um dos feixes de laser, primeiras medições LIDAR baseadas na dispersão de aerossol e segundas medições LIDAR baseadas na dispersão molecular.

[00107] (F11) No sistema de dados de ar ópticos indicado como (F10), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processador, executar as etapas de determinar duas estimativas de pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica respectivamente com base nas primeiras medições LIDAR e nas segundas medições LIDAR, e avaliar as duas estimativas para refinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

[00108] (F12) No sistema de dados de ar ópticos indicado como (F11), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processador, executar as etapas de gerar duas estimativas da velocidade vetorial total respectivamente com base nas primeiras medições LIDAR e nas segundas medições LIDAR, e determinar uma velocidade vetorial total refinada com base nas duas estimativas.

[00109] (F13) Em qualquer um dos sistemas de dados de ar ópticos indicados como (F10) a (F12), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processador, determinar (i) a velocidade vetorial total do veículo aéreo, (ii) a temperatura atmosférica no veículo aéreo com base na dispersão molecular, e (ii) a pressão atmosférica no veículo aéreo com base na dispersão molecular.

[00110] (F14) Em qualquer um dos sistemas de dados de ar ópticos indicados como (F1) a (F13), as instruções legíveis à máquina podem ser configuradas para, quando executadas pelo processador e com base nas medições LIDAR, executar as etapas de (1) determinar a velocidade vetorial total do veículo aéreo, a temperatura atmosférica e a pressão atmosférica, e (2) avaliar a precisão de um destes: a velocidade vetorial total, a temperatura atmosférica e a pressão atmosférica, com base em outro parâmetro da pluralidade de parâmetros de dados de ar.

[00111] (F15) Qualquer um dos sistemas de dados de ar ópticos indicados como (F1) a (F14) pode ser implementado em um veículo aéreo que adicionalmente inclui um sistema de sensor mecânico, para gerar pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico, e um sistema de controle de voo para controlar pelo menos parcialmente a operação do veículo aéreo.

[00112] (F16) No sistema de dados de ar ópticos indicado como (F15), o sistema de controle de voo pode incluir um módulo de votação para selecionar pelo menos um parâmetro de dados de ar final de pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica e de pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico para controlar a operação do veículo aéreo.

[00113] (G1) Um método para determinar os parâmetros de dados de ar para um veículo aéreo pode incluir obter as medições LIDAR de pelo menos três feixes de laser não localizados em um plano comum, e processar as medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

[00114] (G2) No método indicado como (G1), a etapa de obtenção pode incluir obter as medições LIDAR de eventos de dispersão dentro de dois metros a partir do veículo aéreo para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica dentro de dois metros do veículo aéreo.

[00115] (G3) Em cada ou ambos os métodos indicados como (G1) e (G2), a etapa de processamento pode incluir determinar (a) a pressão e a temperatura atmosféricas das medições LIDAR baseadas na dispersão molecular e (b) a velocidade vetorial total de uma ou ambas as medições LIDAR baseadas na dispersão de aerossol e medições LIDAR baseadas na dispersão molecular.

[00116] (G4) No método indicado como (G3), a etapa de determinação pode incluir determinar a velocidade vetorial total das medições LIDAR baseadas na dispersão molecular pelo menos em altitudes com concentração de aerossol insuficiente para as medições LIDAR baseadas na dispersão molecular para prover parâmetros de dados de ar válidos.

[00117] (G5) Qualquer um dos métodos indicados como (G1) a (G4) pode adicionalmente incluir obter pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico, e avaliar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica e pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar final.

[00118] (G6) No método indicado como (G5), a etapa de avaliação pode incluir identificar pelo menos uma pressão atmosférica com base em pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica, e avaliar a validade de pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica e pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico com base em pelo menos uma propriedade atmosférica.

[00119] (G7) O método indicado como (G6) pode adicionalmente incluir descartar pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico com base em pelo menos uma pressão atmosférica.

[00120] (G8) Em cada um dos métodos indicados como (G6) e (G7), pelo menos uma propriedade atmosférica pode incluir pelo menos uma densidade de massa de aerossol ou uma concentração de aerossol.

[00121] (G9) Em qualquer um dos métodos indicados como (G1) a (G8), a etapa de processamento pode incluir avaliar a qualidade das medições LIDAR para selecionar as medições LIDAR de qualidade aceitável, e gerar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica com base apenas nas medições LIDAR de qualidade aceitável.

[00122] (G10) No método indicado como (G9), a etapa de determinação pode incluir, (a) quando as medições LIDAR de qualidade aceitável estiverem disponíveis para cada de mais de três feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, determinar a velocidade máxima do vetor do veículo aéreo, e (b) quando as medições LIDAR de qualidade aceitável estiverem disponíveis para apenas um dos dois feixes de laser, estimar a velocidade da linha d'água do veículo aéreo.

[00123] (G11) No método indicado como (G10), a etapa de estimativa a velocidade de linha d'água pode incluir assumir que o veículo aéreo está predominantemente percorrendo na direção axial.

[00124] (G12) Em qualquer um dos métodos indicados como (G1) a (G11), a etapa de obtenção pode incluir obter medições LIDAR de quatro feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, para redundância aperfeiçoada.

[00125] (G13) No método indicado como (G12), a etapa de determinação pode incluir avaliar a qualidade das medições LIDAR para selecionar as medições LIDAR de qualidade aceitável e, quando as medições LIDAR forem de qualidade aceitável para cada um dos quatro feixes de laser, calcular a velocidade vetorial total do veículo aéreo com base nas medições LIDAR de todos os quatro feixes de laser.

[00126] (G14) Em qualquer um dos métodos indicados como (G1) a G(13), a etapa de processamento pode incluir ajustar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica às medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

[00127] Mudanças poderão ser feitas nos sistemas e métodos acima sem se afastar do escopo da presente invenção. Deve ser assim notado que o assunto contido na descrição acima e mostrado nos desenhos anexos deve ser interpretado como ilustrativo e não em um sentido limitativo. As seguintes reivindicações se destinam a cobrir características genéricas e específicas aqui descritas, bem como todas as declarações do escopo dos presentes método e sistemas, que, como uma questão de linguagem, poderiam ser consideradas como estando entre as mesmas.

Claims

1. Sistema de dados de ar ópticos para um veículo aéreo, caracterizado pelo fato de que compreende: um módulo LIDAR configurado para emitir pelo menos três feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, e executar as medições LIDAR de um componente retrodispersado de cada um dos feixes de laser; e um módulo de processamento de dados que inclui um processador e instruções LIDAR que, quando executadas pelo processador, processam as medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica; em que, para cada um dos feixes de laser, o módulo LIDAR incluir um fotodetector que apresenta um campo de visão que se sobrepõe ao respectivo feixe de laser dentro de dois metros a partir do módulo LIDAR; em que as instruções legíveis à máquina são configuradas para, quando executadas pelo processador, executar as etapas de: avaliar a qualidade das medições LIDAR para selecionar medições LIDAR de qualidade aceitável; e determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica com base apenas com as medições LIDAR de qualidade aceitável; as instruções legíveis à máquina são serem configuradas para, quando executadas pelo processador e na etapa de determinação, determinar: quando as medições LIDAR de qualidade aceitável estiverem disponíveis para cada de mais de três feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, a velocidade vetorial total do veículo aéreo; e quando as medições LIDAR de qualidade aceitável estiverem disponíveis para apenas um ou dois feixes de laser, uma estimativa da velocidade da linha d'água do veículo aéreo, a estimativa da velocidade da linha d'água da velocidade medida por um ou dois feixes remanescentes e da geometria conhecida desses feixes.

2. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as instruções legíveis à máquina são configuradas para, quando executadas pelo processador e na etapa de determinação, determinar a velocidade em relação ao ar do veículo aéreo, a temperatura atmosférica e a pressão atmosférica.

3. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os pelo menos três feixes de laser incluem quatro feixes de laser.

4. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as instruções legíveis à máquina são configuradas para, quando executadas pelo processador, executar as etapas de: avaliar a qualidade das medições LIDAR com base nos componentes retrodispersados para selecionar as medições LIDAR de qualidade aceitável; e quando as medições LIDAR forem de qualidade aceitável para cada um dos quarto feixes de laser, calcular a velocidade vetorial total do veículo aéreo com base nas medições LIDAR de todos os quatro feixes de laser.

5. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as instruções legíveis à máquina são configuradas para, quando executadas pelo processador, ajustar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica às medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

6. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo LIDAR é configurado para obter, para cada um dos feixes de laser, primeiras medições LIDAR baseadas na dispersão de aerossol e segundas medições LIDAR baseadas na dispersão molecular.

7. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as instruções legíveis à máquina são configuradas para, quando executadas pelo processador, executar as etapas de: determinar duas estimativas de pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica respectivamente com base nas primeiras medições LIDAR e nas segundas medições LIDAR; e avaliar as duas estimativas para refinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.

8. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as instruções legíveis à máquina são configuradas para, quando executadas pelo processador, executar as etapas de: gerar duas estimativas da velocidade vetorial total respectivamente com base nas primeiras medições LIDAR e nas segundas medições LIDAR; e determinar uma velocidade vetorial total refinada com base nas duas estimativas.

9. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as instruções legíveis à máquina são configuradas para, quando executadas pelo processador, determinar (a) a velocidade vetorial total do veículo aéreo, (b) a temperatura atmosférica no veículo aéreo com base na dispersão molecular, e (c) pressão atmosférica no veículo aéreo com base na dispersão molecular.

10. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as instruções legíveis à máquina são configuradas para, quando executadas pelo processador e com base nas medições LIDAR, executar as etapas de: determinar a velocidade vetorial total do veículo aéreo, a temperatura atmosférica e a pressão atmosférica; e avaliar a precisão de uma destas: a velocidade vetorial total, a temperatura atmosférica ou a pressão atmosférica, com base em outro parâmetro da pluralidade de parâmetros de dados de ar.

11. Sistema de dados de ar ópticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é implementado em um veículo aéreo e de adicionalmente incluir: um sistema de sensor mecânico para gerar pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico; e um sistema de controle de voo para pelo menos parcialmente controlar a operação do veículo aéreo, o sistema de controle de voo incluindo um módulo de votação para selecionar pelo menos um parâmetro de dados de ar final de pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica e pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico para executar o dito controle.

12. Método para determinar parâmetros de dados de ar para um veículo aéreo, caracterizado pelo fato de que compreende: obter medições LIDAR de pelo menos três feixes de laser não localizados em um plano comum; e processar as medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica; a etapa de processar compreendendo: avaliar a qualidade as medições LIDAR para selecionar as medições LIDAR de qualidade aceitável; e gerar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica com base apenas nas medições LIDAR da qualidade aceitável; e quando as medições LIDAR de qualidade aceitável estiverem disponíveis para cada um dos pelo menos três feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, determinar uma velocidade vetorial total do veículo aéreo; e quando as medições LIDAR de qualidade aceitável estiverem disponíveis para apenas um ou dois feixes de laser, estimar a velocidade da linha d'água do veículo aéreo, a estimativa da velocidade da linha d'água da velocidade medida por um ou dois feixes remanescentes e da geometria conhecida do um ou dois feixes remanescentes.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de obtenção compreende obter as medições LIDAR de eventos de dispersão dentro de dois metros a partir do veículo aéreo para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica dentro de dois metros a partir do veículo aéreo.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de processamento compreende determinar (a) a pressão e a temperatura atmosféricas das medições LIDAR baseadas na dispersão molecular, e (b) a velocidade vetorial total de uma ou de ambas as medições LIDAR baseadas na dispersão de aerossol e medições LIDAR baseadas na dispersão molecular.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinação compreende determinar a velocidade vetorial total das medições LIDAR baseadas na dispersão molecular pelo menos em altitudes com concentração de aerossol insuficiente para as medições LIDAR baseadas na dispersão aerossol para prover parâmetros de dados de ar válidos.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende: obter pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico; e avaliar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica e pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar final.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a etapa de avaliação compreende: identificar pelo menos uma propriedade atmosférica com base em pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica; e avaliar a validade de pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica e pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico com base pelo menos em uma propriedade atmosférica.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende descartar pelo menos um parâmetro de dados de ar mecânico com base em pelo menos uma propriedade atmosférica.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma propriedade atmosférica inclui pelo menos uma densidade de massa de aerossol e uma concentração de aerossol.

20. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de estimativa da velocidade da linha d'água compreende a suposição de que o veículo aéreo está predominantemente percorrendo na direção axial.

21. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de obtenção compreende obter medições LIDAR de quatro feixes de laser, nem todos localizados em um plano comum, para redundância aperfeiçoada.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinação compreende: avaliar a qualidade das medições LIDAR para selecionar medições LIDAR de qualidade aceitável; e quando as medições LIDAR forem de qualidade aceitável para cada um dos quatro feixes de laser, calcular a velocidade vetorial total do veículo aéreo com base nas medições LIDAR de todos os quatro feixes de laser.

23. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de processamento compreende ajustar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica às medições LIDAR para determinar pelo menos um parâmetro de dados de ar de base óptica.