BR112019026429A2 - método de formação de feixe adaptativa para auxiliar o voo autônomo de um veículo aéreo não tripulado, e, sistema de radiofarol configurado para auxiliar o voo autônomo de um ou mais veículos aéreos não tripulados. - Google Patents

Abstract

É descrito um sistema de radiofarol configurado para auxiliar o voo autônomo de um ou mais veículos aéreos não tripulados (UAVs), em que o sistema de radiofarol compreende: - um dispositivo tipo drone (200), configurado para ser instalado em um UAV e incluindo um transceptor de rádio, e - um dispositivo de radiofarol (100), configurado para ser instalado no solo e incluindo N arranjos de antena (110, 120) com N = 2, um ou mais transceptores de rádio configurados para comunicar com o transceptor de rádio do dispositivo tipo drone (200), e pelo menos uma unidade de processamento (130), em que cada arranjo de antena (110, 120) tem M elementos de antena (115, 125) com M = 2 associado a respectivos pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m), com N variando de 1 a N e M variando de 1 a M, em que a dita pelo menos uma unidade de processamento (130) é configurada para realizar um método de formação de feixe adaptativa para auxiliar o voo autônomo do UAV.

Description

MÉTODO DE FORMAÇÃO DE FEIXE ADAPTATIVA PARA AUXILIAR O VOO AUTÔNOMO DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO, E, SISTEMA DE RADIOFAROL CONFIGURADO PARA AUXILIAR O VOO AUTÔNOMO DE UM OU MAIS VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de radiofarol e a um método relacionado que permitem, de uma maneira eficiente, confiável, versátil, extremamente precisa e econômica, auxiliar o voo autônomo de veículos aéreos não tripulados (UAVs), também conhecidos como drones, o sistema acarretando um baixo impacto ambiental e visual, já que o equipamento necessário exige baixo nível de energia, envolve transmissões em radiofrequência de baixa potência, tem tamanho limitado facilmente adaptável ao (e sendo capaz de ser oculto no) ambiente.

[002] É conhecido que, embora originalmente desenvolvidos para aplicações militares, nas últimas décadas, os drones foram crescentemente usados para aplicações civis, tals como monitoramento, inspeção, entrega de pacotes, treinamento para pilotos, jogos e hobbies. Em particular, as aplicações na infraestrutura são monitoramento de investimento, inspeção, manutenção e inventário de ativos e, neste contexto, as aplicações para inspeção de ativos dos operadores do sistema de transmissão (TSOs) e dos operadores do sistema de distribuição (DSOs), tais como linhas elétricas, gás natural e outras usinas de energia renovável, são particularmente interessantes.

[003] Os operadores no campo da tecnologia de UAV desenvolveram os sistemas para localização e pouso do UAV (drone), e a estimativa da distância e do ângulo de chegada, em particular, pelo uso de arranjos de antena, tal como o equipamento de rastreamento por antenas adaptativo eletromecânico a bordo em um UAV descrito no documento US2017059688, o sistemas de pouso descrito nos documentos

WO2015160230A1 e US5716032, e os sistemas para estimativa de distância descritos em US7580378, WO2001094974A2 e WO1996025673A1.

[004] Também, os sistemas de posicionamento com base em técnicas de processamento de sinal para derivar as coordenadas relativas ou absolutas de alvos móveis ou fixos, em que o uso de arranjos de antena é usualmente associado à estimativa do ângulo de chegadas dos sinais recebidos pelo alvo, foram descritos da forma mostrada, por exemplo, por D. Macagnano et al. em “A comprehensive tutorial on localization: Algorithms and performance analysis tools”, International Journal of Wireless Information Networks, vol. 19, no. 4, pp. 290-314, 2012.

[005] Além do mais, os sistemas para localização de UAV referenciado por terreno, em que a posição do UAV é derivada pela comparação das imagens ou sinais medidos com padrões conhecidos, foram descritos da forma mencionada, por exemplo, por S. Carreno et al. em “A Survey on Terrain Based Navigation for UAVs”, OCEANS 2010 MTS/IEEE, pp. 1-7, 2010.

[006] Além do mais, os sistemas com base em interferometria de fase foram adotados para aplicações de UAV, em que a localização de uma fonte de sinal é derivada ou processada de acordo com as diferenças de fase medidas no receptor da forma descrita por R. F. Hanssen em “Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis”, The Netherlands Kluwer, 2001, e por A. Moreira et al. em “A tutorial on synthetic aperture radar”, in IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine, vol. 1, no. 1, pp. 6-43, March 2013.

[007] Entretanto, tais soluções da tecnologia anterior sofrem de algumas desvantagens, principalmente devido ao fato de que as aplicações de UAV exigem especificamente resolução espacial superior àquelas alcançados pelas técnicas da tecnologia anterior e a capacidade de, também, delimitar regiões, em vez de pontos individuais. Também, as soluções da tecnologia anterior envolvem estruturas e técnicas de processamento complexas, que são, consequentemente, onerosas, e, frequentemente, exigem níveis de energia transmitida extremamente altos, fazendo com que tais soluções sejam inviáveis para as aplicações de UAV de ampla distribuição.

[008] Portanto, é um objetivo da presente invenção auxiliar o voo autônomo de UAVs de uma maneira eficiente, confiável, versátil, extremamente precisa e econômica.

[009] É um objetivo adicional da presente invenção prover tal assistência com baixas exigências de energia, transmissões em radiofrequência de baixa potência e equipamento de tamanho limitado.

[0010] É um assunto em questão específico da presente invenção um método de formação de feixe adaptativa para auxiliar o voo autônomo de um UAV , da forma definida na reivindicação 1.

[0011] As modalidades adicionais do método de formação de feixe adaptativa são definidas nas reivindicações dependentes.

[0012] Também é um assunto em questão específico da presente invenção um sistema de radiofarol configurado para auxiliar o voo autônomo de um ou mais veículos aéreos não tripulados (UAVs) da forma definida na reivindicação 10.

[0013] A presente invenção é um sistema de radiofarol configurado para auxiliar o voo autônomo de UAVs com base em um método para suportar o preciso posicionamento de veículos voadores, por exemplo, UAVs, por meio da identificação das regiões nas quais o veículo está voando e das zonas, a seguir chamadas de “zonas delimitadas”, onde permite-se que o veículo voe ou não. Em vez de um único ponto, como nos sistemas de posicionamento da tecnologia anterior, tais zonas delimitadas podem ser zonas 3D (isto é, volumes do espaço), zonas 2D (isto é, superfícies) e zonas 1D (isto é, linhas), bem como pontos individuais.

[0014] O sistema é composto por dois dispositivos principais: um dispositivo tipo drone que é instalado no UAV, e um dispositivo de radiofarol instalado no solo. O dispositivo tipo drone é um simples transceptor de radiofrequência (a seguir, também simplesmente indicado como transceptor de rádio), ao mesmo tempo em que o dispositivo de radiofarol contém os componentes que permitem que o sistema opere apropriadamente: dois ou mais arranjos de antena, um ou mais transceptores de radiofrequência (a seguir, também simplesmente indicado como transceptores de rádio), (pelo menos) uma unidade de processamento (por exemplo, um microprocessador) para realizar o método de acordo com a invenção e, opcionalmente, (pelo menos) um bloco de pouso. A interação entre o dispositivo tipo drone e o dispositivo de radiofarol, alcançada pela troca de pacotes de rádio em um protocolo predefinido (embora tal protocolo não seja um recurso essencial da invenção), provê a informação útil para o posicionamento do UAV em relação ao local do dispositivo de radiofarol no solo e, portanto, a mesma permite que o dispositivo de radiofarol envie comandos apropriados para o quadro de voo do UAV através do dispositivo tipo drone a fim de fazer o UAV seguir de forma extremamente precisa a rota de voo que, possivelmente, inclui ou consiste de uma linha de descida para o pouso.

[0015] O método de acordo com a invenção, executado pelo dispositivo de radiofarol, é com base em uma formação de feixe adaptativa para delimitar a zona ao redor do dispositivo de radiofarol e aumentar a precisão da identificação da mesma através de uma otimização da resolução da medida; em particular, o método de acordo com a invenção explora uma ou mais medidas da quantidade do sinal obtidas pela camada física de um sistema de rádio e, de acordo com as mesmas, adapta os pesos da formação de feixe dos arranjos de antena para melhorar a precisão da identificação de uma ou mais zonas delimitadas ao redor do dispositivo de radiofarol. De fato, a formação de feixe adaptativa realizada pelo método de acordo com a invenção é adaptada para a altitude e a posição do UAV e, então, para a faixa de medida da quantidade de sinal a fim de aumentar a resolução à medida que a distância do UAV a partir da baliza muda. Isto é diferente dos sistemas da tecnologia anterior, em que a formação de feixe é tipicamente associada à busca ou à estimativa do ângulo de chegada de um veículo voador. Em outras palavras, o método de acordo com a invenção permite interpretar os sinais de rádio do dispositivo tipo drone e retornar os comandos apropriados para o quadro de voo do UAV através do dispositivo tipo drone alcançando dois resultados principais: (1) delimitação de zonas sem voo e (ii) delimitação de zonas de voo, até a identificação de um ponto específico ou sequências de pontos específicos (trajetória), incluindo o pouso no solo (tipicamente, no mesmo pad do dispositivo de radiofarol).

[0016] As principais vantagens do sistema de radiofarol, e do método relacionado, de acordo com a invenção, são a precisão da localização em um custo acessível em relação às soluções da tecnologia anterior.

[0017] De fato, o sistema de radiofarol de acordo com a invenção é configurado para identificar uma ou mais regiões genéricas no espaço (que podem ser zonas 3D, zonas 2D, zonas ID ou pontos individuais) com alta precisão.

[0018] O sistema de radiofarol de acordo com a invenção pode ser usado para inspeções autônomas, acarretando uma redução de pessoal especializado no solo e, consequentemente, reduzindo os custos e evitando os riscos para os operadores que inspecionam instalações perigosas. Também, o sistema de radiofarol de acordo com a invenção pode ser usado para entrega de pacotes autônoma, minimizando drasticamente o risco de entrega de pacotes em locais errados e eliminando a necessidade de transporte por veículo no solo, assim, reduzindo os custos de combustível e da frota de veículos.

[0019] Vantajosamente, o sistema de radiofarol de acordo com a invenção pode ser aplicado em qualquer serviço possível provido pelas frotas de UAVs, tais como monitoramento, inspeção, entrega de pacotes, treinamento para pilotos, jogos e hobbies.

[0020] A presente invenção será agora descrita, a título de ilustração e não a título de limitação, de acordo com suas modalidades preferidas, particularmente, pela referência às figuras dos desenhos anexos, em que: a figura 1 mostra esquematicamente uma vista plana de topo do dispositivo de radiofarol de uma primeira modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção; a figura 2 mostra esquematicamente uma vista em perspectiva de parte do sistema de radiofarol da figura 1; a figura 3 mostra um exemplo das funções de diretividade do arranjo do dispositivo de radiofarol da figura 1; a figura 4 mostra um exemplo de um gráfico de um sinal processado pelo sistema de radiofarol da figura 2; a figura 5 mostra esquematicamente um diagrama de blocos do dispositivo de radiofarol da figura 1; a figura 6 mostra esquematicamente o sistema de radiofarol da figura 2 de acordo com um modo de operação; a figura 7 mostra esquematicamente um diagrama de blocos da modalidade preferida do método de formação de feixe adaptativa de acordo com a invenção; a figura 8a mostra esquematicamente uma vista plana de topo de parte do dispositivo de radiofarol de uma segunda modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, e a figura 8b mostra esquematicamente uma vista plana de topo de uma zona delimitada identificada pelo dispositivo de radiofarol da figura 8a; a figura 9a mostra esquematicamente uma vista plana de topo de parte do dispositivo de radiofarol de uma terceira modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, e a figura 9b mostra esquematicamente uma vista plana de topo de uma zona delimitada identificada pelo dispositivo de radiofarol da figura 9a; a figura 10a mostra esquematicamente uma vista plana de topo de parte do dispositivo de radiofarol de uma quarta modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, e a figura 10b mostra esquematicamente uma vista plana de topo de duas zonas delimitadas identificadas pelo dispositivo de radiofarol da figura 10a; a figura 11a mostra esquematicamente uma vista plana de topo da disposição de arranjos de antena linear do dispositivo de radiofarol do primeira modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, e a figura 11b representa graficamente as diferenças de fase entre os sinais na saída dos dois arranjos “Arranjo 1” e “Arranjo 2”, para três conjuntos diferentes de pesos eletrônicos da formação de feixe em função da distância d do UAV que se move a partir do local (x, y) = (0,0) na altitude h de 10 metros ao longo da direção diagonal identificada pelas setas na figura 11a; e a figura 12a mostra esquematicamente uma vista plana de topo da disposição de arranjos de antena linear do dispositivo de radiofarol da figura 11a, em que a zona delimitada é o plano em y = O, e a figura 12b representa graficamente a diferença de RSSI entre os sinais na saída dos dois arranjos “Arranjo 1” e “Arranjo 2” em função da distância d do UAV a partir do local (x, y) = (0,0) na altitude h de 10 metros acima do solo (h = 10 m) para dois conjuntos diferentes de pesos eletrônicos da formação de feixe.

[0021] Nas figuras, números de referência idênticos serão usados para elementos semelhantes.

[0022] A seguir na descrição, a referência será feita principalmente a uma primeira modalidade do sistema de radiofarol, e ao método relacionado, de acordo com a invenção que inclui um dispositivo de radiofarol com dois arranjos de antena linear paralelos e um dispositivo tipo drone. Entretanto, deve-se entender que o sistema de radiofarol e o método relacionado de acordo com a invenção podem ter uma pluralidade de dispositivos tipo drone e/ou uma pluralidade de dispositivos de radiofarol, e o(s) dispositivo(s) de radiofarol pode(m) ter qualquer configuração de arranjos de antena configurados para realizar a formação de feixe, por exemplo, arranjos bidimensional ou circular, e mais do que dois arranjos de antena, ainda ficando no escopo de proteção da presente invenção, da forma definida pelas reivindicações anexas.

[0023] Fazendo referência às figuras 1 e 2, uma primeira modalidade do sistema de radiofarol inclui um dispositivo de radiofarol 100, instalado no solo, e um dispositivo tipo drone 200, instalado em um UAV (não mostrado), que é provido com um transceptor de rádio.

[0024] O dispositivo de radiofarol 100 tem dois arranjos de antena linear paralelos 110 e 120, cada qual com quatro elementos de antena 115 e 125, respectivamente, que são representados por quadrados (da forma vista a partir do topo) nas figuras. Entretanto, percebe-se que o dispositivo de radiofarol 100 pode ter qualquer número N de arranjos de antena, com N > 2, e/ou cada arranjo de antena pode ter qualquer número M de elementos de antena, com M > 2. Também, o dispositivo de radiofarol 100 é provido com uma unidade de processamento 130 (por exemplo, incluindo um ou mais processadores, da forma mostrada na figura 5), configurada para realizar uma formação de feixe nos N arranjos de antena 110 e 120 pela modificação do conjunto de pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m) associados a cada um dos M elementos de arranjo 115 e 125, com N variando de 1 a N=2 (índice N indica o n-ésimo arranjo de antena ao qual o peso eletrônico pertence) e M variando de 1 a M = 4 (índice M indica o m-ésimo elemento de antena do n-ésimo arranjo de antena em consideração com o qual o peso eletrônico é associado).

[0025] Considerando que o sistema de referência é um sistema de coordenadas Cartesianas com o eixo geométrico x que é paralelo às, bem como equidistante das, linhas ao longo das quais os dois arranjos de antena 110 e 120 se estendem, os espaçamentos do elemento de antena Ax são, usualmente, todos iguais a uma fração do comprimento de onda », tipicamente, 1/2, e o espaçamento do arranjo de antena Ay pode ser selecionado de acordo com os limites de tamanho do dispositivo de radiofarol 100 e as considerações de alcance sobre as zonas delimitadas. A altitude h do UAV acima do solo e, consequentemente, a altitude h do dispositivo tipo drone 200 são medidas em relação ao plano (x,y) ou z = O (isto é, em relação ao solo), ao mesmo tempo em que as distâncias do dispositivo tipo drone 200 a partir dos centros dos arranjos de antena 110 e 120 são indicadas com d, e dx. Deve-se notar que, nas figuras, as medidas e o tamanho não estão em escala: h, dr, e dz são usualmente muito maiores do que o tamanho do dispositivo de radiofarol 100, Ax e Ay.

[0026] Da forma mostrada nas figuras 3 e 6, os dois arranjos de antena 110 e 120 (se estendendo ao longo das linhas paralelas ao eixo geométrico x) são configurados para dirigir os feixes principais 1150 e 1250 de suas próprias funções de diretividade do arranjo 1100 e 1200 com ângulos opostos iguais a +8 e -9, respectivamente, em relação aos eixos geométricos paralelos ao eixo geométrico z que passa através dos respectivos centros dos mesmos arranjos de antena 110 e 120. Neste particular, embora a figura 6 represente esquematicamente tal modo de operação, a figura 3 mostra um exemplo das funções de diretividade do arranjo precisa 1100 e 1200 dos dois arranjos de antena 110 e 120, respectivamente. Como uma consequência, a intensidade da força do sinal recebido, também conhecida como RSSI (isto é, a potência do sinal recebido), nos dois arranjos de antena 110 e 120 será diferente em virtude das diferentes direções do feixe em relação à posição do dispositivo tipo drone 200 ao longo do eixo geométrico x. Ao mesmo tempo, a diferença ARSSI da RSSI nos dois arranjos de antena 110 e 120 será exatamente igual a O (zero), isto é, ARSSI = O, apenas na primeira zona

(plana) delimitada DZI,, definida pelo plano (y,27) em que x = O, da forma mostrada na figura 2. Obviamente, realmente, este plano não é infinito, já que, na prática, o mesmo é limitado pelo alcance de transmissão do sinal; ao mesmo tempo, a condição ARSSI = O identifica de forma inequívoca a DZI, em uma vizinhança de x = O (onde a radiofarol está localizada), isto é, até que os lóbulos laterais dos arranjos gerem outras zonas no espaço caracterizado pela ARSSI = O. Neste particular, a figura 4 mostra um exemplo da diferença ARSSI em função da posição do dispositivo tipo drone 200 ao longo do eixo geométrico x quando o dispositivo tipo drone 200 se mover ao longo da linha entre os pontos (-Xo, -Yo, h = 10 m) e (+Xo, -JYo, h = 10 m). Em outras palavras, quando a medida da quantidade do sinal processada pelo dispositivo de radiofarol 100 for a RSSI, os dois feixes principais 1150 e 1250 dos dois arranjos de antena 110 e 120 são rotados em ângulos opostos em relação ao plano (y,z), em que x = O, a fim de identificar a primeira zona delimitada DZI, por meio da medida ARSSI = O.

[0027] Considerações similares são válidas quando a medida da quantidade do sinal for uma medida de fase, desde que as direções ortogonais sejam consideradas. De fato, a fase do sinal a em cada saída do arranjo de antena depende do comprimento do caminho de propagação e de um termo dado pelo arranjo de antena. Portanto, quando um sinal senoidal do dispositivo tipo drone 200 for recebido pelos dois arranjos de antena 110 e 120, a diferença de fase Aa entre as saídas dos dois arranjos de antena 110 e 120 é igual a O (zero), isto é, Aa = O, apenas na segunda zona (plana) delimitada DZI, (mostrada no plano (x,y) da figura 1) definida pelo plano (x,z) em que y = O, de acordo com o que, a segunda zona delimitada DZL, é ortogonal à primeira zona delimitada DZ”. Novamente, a condição Aa = O identifica de forma inequívoca a DZI, em uma vizinhança de y = O, já que é bem conhecido que a fase associada a um caminho de propagação é caracterizada por uma periodicidade igual ao comprimento de onda, que corresponde a uma rotação de 360º; esta ambiguidade não está presente quando o receptor usar, como a medida da quantidade de sinal, o tempo de propagação em vez da fase.

[0028] Da forma mostrada na figura 5 com mais detalhes, cada um dos dois arranjos de antena 110 e 120 do dispositivo de radiofarol 100 é provido com um multiplicador 116 e 126 para cada elemento de antena 115 e 125, em que cada multiplicador 116 ou 126 é configurado para multiplicar o sinal recebido nos respectivos elementos de antena 115 ou 125 pelos respectivos pesos eletrônicos w(n, m) da formação de feixe. Os quatro multiplicadores 116 e 126 de cada arranjo de antena 110 e 120 são seguidos por correspondente adicionadores 117 e 127 que determinam as características das funções de diretividade do arranjo 1100 e 1200 dos arranjos de antena 110 e 120. Uma unidade de processamento 130 é configurada para estimar a medida da quantidade do sinal a partir dos sinais de saída dos adicionadores 117 e 127, por exemplo, neste caso, a RSSI e/ou a fase do sinal a (da forma representada pelos blocos 131 e 132 na figura 5) e suas diferenças ARSSI e/ou Aa (da forma representada pelo bloco 133 na figura 5). Também, a unidade de processamento 130 é configurada para realizar (possivelmente, por meio de pelo menos um microprocessador específico representado com o número de referência 134 da figura 5) o método de formação de feixe adaptativa de acordo com a invenção que será descrita com detalhes a seguir.

[0029] No geral, a(s) medida(s) da quantidade do sinal processada(s) pelo dispositivo de radiofarol 100 pode(m) ser qualquer(s) parâmetro(s) físico(s) relacionado(s) à distância entre o dispositivo tipo drone 200 e o dispositivo de radiofarol 100. Em particular, o dispositivo de radiofarol 100 é opcionalmente configurado para processar pelo menos uma medida da quantidade de sinal selecionada a partir do grupo de parâmetros físicos que compreendem ou consistem da RSSI, da rotação de fase e do tempo de propagação.

[0030] O dispositivo de radiofarol tem a capacidade de explorar os graus de liberdade oferecidos pelos conjuntos de pesos da formação de feixe para melhorar a resolução e, consequentemente, a precisão, dos comandos enviados para o UAV para respeitar as zonas delimitadas.

[0031] No caso em que a quantidade do sinal for a RSSI, a resolução da medida pode aumentar pelo uso dos pesos eletrônicos da formação de feixe com a mesma amplitude e diferentes fases que dirigem os feixes a fim de melhorar a variação da intensidade do sinal local em relação a uma variação da distância do UAV a partir da zona delimitada (esta peculiaridade da invenção será explicada com detalhes adicionais na etapa E do método inventado).

[0032] No caso em que a medida da quantidade do sinal for a rotação de fase, a resolução angular pode aumentar pelo uso de pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m) que não têm a mesma amplitude, diferentemente do caso em que a medida da quantidade do sinal for RSSI, em que todos os pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m), usualmente, mesmo se não necessariamente, têm uma amplitude normalizada igual a 1. O processamento executado pelo método de acordo com a invenção intensifica a contribuição do sinal dos pares de elementos de antena que acumulam uma diferença de fase superior em relação a uma trajetória específica que o UAV está seguindo. A título de exemplo, e não a título de limitação, isto é útil quando o tipo de comandos permissíveis que serão enviados para o drone forem “retornar” ou “avançar” em uma trajetória específica que é independente do esquema geométrico em particular dos arranjos e/ou da orientação do drone, e que não pode ser controlada ou mudada pelo sistema de acordo com a invenção. Neste caso, o sistema de acordo com a invenção é capaz de intensificar a resposta dos elementos de antena que garante uma melhor resposta para a variação de fase.

[0033] A figura 11a mostra uma vista plana de topo da disposição de arranjos de antena linear do dispositivo de radiofarol da primeira modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção (em que o ponto de vista é rotacionado no sentido horário, de acordo com o que, o eixo geométrico x e o eixo geométrico y são trocados um com o outro em relação à figura 1), que inclui dois arranjos de antena linear indicados como “Arranjo 1” e “Arranjo 2”, cada qual com quatro elementos de antena, respectivamente (que são representados por quadrado, da forma vista a partir do topo); o sistema de acordo com a invenção é capaz de adaptar localmente os pesos, por exemplo, de acordo com a orientação e/ou a trajetória do UAV no qual o dispositivo tipo drone é instalado e para aumentar a precisão em relação à rotação de fase.

A zona delimitada é o plano em x = O (mostrado como uma linha na figura 11a) que é identificado por fases iguais recebidas nos dois arranjos “Arranjo 1” e “Arranjo 2” que são paralelos ao eixo geométrico y.

A figura 11b representa graficamente as diferenças de fase entre os sinais na saída dos dois arranjos “Arranjo 1” e “Arranjo 2”, para três diferente conjuntos Sw, Sw2 e Sw; de pesos eletrônicos da formação de feixe w, = w(1I, m) e wz = w(1, m) (com M variando de 1 a 4), em função da distância d do UAV no qual o dispositivo tipo drone é instalado a partir do local (x, y) = (0,0) na altitude h de 10 metros acima do solo (h = 10 m) e está se movendo ao longo da direção diagonal identificada pelas setas na figura l1la (cuja direção diagonal é devida, por exemplo, aos comandos e/ou trajetória prévios). Pode ser observado que qualquer conjunto Sw, ou Sw, é preferido para estabilizar o UAV no local (x, y) = (0,0) em relação ao conjunto inicial Sw3 de pesos eletrônicos da formação de feixe, já que o primeiro derivado da diferença de fase em relação à distância da zona delimitada é superior, assim, provendo uma sensibilidade superior às variações de posição do local do UAV no qual o dispositivo tipo drone está instalado em relação à zona delimitada e uma melhor precisão.

Similarmente, o conjunto de pesos eletrônicos da formação de feixe pode ser otimizado, levando em conta, também, a SNR, para melhor responder às variações de posição do local do UAV ao longo de qualquer direção.

[0034] No caso em que a medida da quantidade do sinal for a propagação tempo 7, fica claro que a mesma é estritamente relacionada à rotação de fase q por meio da seguinte relação: 2md PEITO —2nfixT em que ff, é a frequência dos sinais transmitidos (e recebidos) pelos transceptores de radiofrequência do dispositivo tipo drone e do dispositivo de radiofarol do sistema de acordo com a invenção. Portanto, usar o tempo de propagação como uma medida da quantidade de sinal é equivalente a usar a rotação de fase em relação a pequenas variações de escala ao redor da zona delimitada (já que a exploração de fase é claramente limitada pelo ciclo de 360º). De acordo com estas limitações, a RSSI pode ser usada como a medida da quantidade de sinal para determinação em larga escala (ou grosseira) da zona delimitada, ao mesmo tempo em que a rotação de fase (ou a tempo de propagação) pode ser vantajosamente usada para determinações em pequena escala (ou finas) da zona delimitada e, consequentemente, com precisão superior.

[0035] Em outras palavras, o método de acordo com a invenção permite usar diferentes parâmetros físicos para definir a(s) zona(s) delimitada(s) e atualizar os pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m): por exemplo, primeiro a RSSI para uma definição grosseira da(s) zona(s) delimitada(s) e, então, a rotação de fase ou o tempo de propagação para uma validação mais fina da posição em relação à(s) zona(s) delimitada(s).

[0036] Também, no geral, o dispositivo de radiofarol 100 tem um número N de arranjos de antena, com N > 2.

[0037] Além do mais, o dispositivo de radiofarol 100 é provido com um transceptor de rádio por arranjo de antena, a saber, com dois transceptores de rádio (não mostrados nas figuras), configurados para comunicar com o transceptor de rádio do dispositivo tipo drone 200.

[0038] Deve-se notar que, em outras modalidades do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, o dispositivo de radiofarol pode ser provido com apenas um transceptor de rádio. Neste caso, as comunicações de sinal entre o único transceptor de rádio do dispositivo de radiofarol e o transceptor de rádio do dispositivo tipo drone necessárias para obter a medida da quantidade de sinal para cada arranjo de antena ocorrem sequencialmente (isto é, uma sequência de comunicações de sinal para cada arranjo de antena) pelo uso do mesmo único transceptor de rádio do dispositivo de radiofarol, e isto é factível já que os tempos de movimento do UAV no qual o dispositivo tipo drone é instalado são diversas ordens de magnitude mais longos do que os tempos de resposta do processamento eletrônico. Isto implica que o único transceptor de rádio do dispositivo de radiofarol pode ser sequencialmente usado até mesmo mais vezes para todos os arranjos de antena antes de o UAV sensivelmente mudar sua posição (isto é, suas coordenadas) em relação ao dispositivo de radiofarol. Similarmente, deve-se notar que, em outras modalidades do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, o dispositivo de radiofarol pode ser provido com um número par de arranjos de antena, cujos sinais são tratados em pares, e com apenas um par de transceptores de rádio: neste caso, as comunicações de sinal entre o par de transceptores de rádio do dispositivo de radiofarol e o transceptor de rádio do dispositivo tipo drone necessárias para obter a medida da quantidade de sinal para cada par de arranjos de antena ocorrem sequencialmente pelo uso de tal par de transceptores de rádio do dispositivo de radiofarol.

[0039] Considerando que o dispositivo de radiofarol 100 opera de acordo com um período de amostragem TS, a medida da quantidade do sinal M,x(d,) no tempo de amostragem t, = kTs processado pelo n-ésimo arranjo de antena, em que N varia de | a N (em que N = 2 para a primeira modalidade mostrada nas figuras), depende da distância d, do (centro do) n-ésimo arranjo de antena do dispositivo de radiofarol 100 a partir do dispositivo tipo drone

200.

[0040] Com base nas N medidas da quantidade de sinal M,r(d,) de todos os N arranjos de antena, a modalidade preferida do método de formação de feixe adaptativa de acordo com a invenção executado pelo dispositivo de radiofarol transmite: - um conjunto de um ou mais comandos C; para voo autônomo ou correções de voo do UAV no qual o dispositivo tipo drone 200 está instalado no tempo de comando t; = jTc, em que Tc é o período do comando, em que tal conjunto de um ou mais comandos C; é enviado para o quadro de voo do UAV através do dispositivo tipo drone 200, a fim de manter o UAV no interior ou no exterior de uma ou mais zonas delimitadas identificadas pelas N medidas da quantidade de sinal M, (dr), e - atualizações do conjunto de pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m) associados a cada um dos M elementos de arranjo de cada um dos N arranjos de antena.

[0041] No geral, o período do comando Tc é um múltiplo do período de amostragem Ts, usualmente, muito mais longo do que o período de amostragem Ts. Típicos comandos C; podem ser: uma rotação em 360º na mesma posição do dispositivo tipo drone 200 para medições de fase intensificadas; um avanço mantendo a mesma direção; um retorno na direção oposta; e uma rotação em um ângulo [] em relação à atual direção do voo, em que & pode ser vantajosamente igual a 90º ou -90º.

[0042] Com mais detalhes, em relação à figura 7, a modalidade preferida do método de formação de feixe adaptativa de acordo com a invenção compreende as etapas descritas a seguir.

[0043] A Etapa A (700) é uma etapa preliminar que define os pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m) em valores iniciais wo(n, m) (n= 1, ..., NM=1,...,M), em que o arranjo de valores iniciais wo(n, m) depende do tipo de medida da quantidade de sinal selecionada M,,-(d,.) a ser usada (por exemplo, RSSI, rotação de fase ou tempo de propagação) e das uma ou mais zonas delimitadas que serão identificadas.

[0044] Na etapa B (710), o método computa um vetor de diferença AM, com um número P de elementos igual ao número de combinações em 2 de N elementos Nº Nº

TES ENTE em que cada elemento é a diferença de uma dentre todas as possíveis combinações de dois arranjos de antena dentre os N arranjos de antena do dispositivo de radiofarol 100. Por exemplo, no caso em que N = 2, o mesmo é P = 1, isto é, AM, tem um único elemento AMx« = AMx(p) = (Mi x(d)) - Mox(do)), em que p= P =|; no caso em que N = 3, o mesmo é P = 3, isto é, AM, tem três elementos AM“ = AMx(p) = ([Mix(di) - Mox(do)], [IMix(di) - M3x(d3)], [M>x(d2) - M3x(d3)]), em que p varia de 1 a P = 3; no caso em que N = 4, o mesmo é P=6, isto é, AM, tem seis elementos AM“ = AMx(p) = ([Mix(di) - Mox(do)], [IMix(di) - M3x(d3)], Mix(di) - Max(do)], [M2x(do) - M3x(d3)], IMox(do) - Max(do)], [M3x(d3) - Max(da)]), em que p varia de 1 aP=6.

[0045] Outras modalidades do método de acordo com a invenção podem ser que, na etapa B, o método compute cada um do(s) P elemento(s) do vetor de diferença AM, como uma média, possivelmente, uma média ponderada, EJAM,(p)] de um conjunto contínuo de diferenças entre a medida da quantidade de sinal selecionada M,,-(d,) de dois arranjos de antena dentre os N arranjos de antena durante o tempo, a saber, ao longo de uma série de Q tempos de amostragem t,q = qTs, com q variando de (k-Q+1) a k, de acordo com o que, os Q tempos de amostragem incluem o atual tempo de amostragem k e (Q-1) tempos de amostragem precedentes; vantajosamente, QTs < Tr, em que Trr é o período de atualização do peso da formação de feixe. Desta maneira, o método é capaz de compensar as possíveis variações temporárias da rota de voo (por exemplo, devido a qualquer evento temporário repentino, como vento).

[0046] Percebe-se que, em outras modalidades do método de acordo com a invenção, na etapa B, o método computa um vetor de diferença AM', com um número P' de elementos (com P' > 1) menor do que o número de combinações em 2 de N elementos, em que o vetor de diferença AM ', inclui um subconjunto de todas as possíveis diferenças de todas as possíveis combinações de dois arranjos de antena dentre os N arranjos de antena do dispositivo de radiofarol, de acordo com o que, 1 <P' <P.

[0047] Na etapa C (720), o método compara o(s) P elemento(s) do vetor de diferença AM; com o(s) P elemento(s) de um vetor alvo AMrrG de valores alvos específicos que definem uma zona delimitada no espaço e que, no geral, podem depender da altitude h do dispositivo tipo drone 200 (por exemplo, provida por um sensor GPS ou outro equipamento apropriado incluído no dispositivo tipo drone 200 e/ou no dispositivo de radiofarol 100). Em outras palavras, a zona delimitada (que pode ser uma zona 3D, isto é, um volume do espaço, uma zona 2D, isto é, uma superfície, uma zona ID, isto é, uma linha, ou um único ponto) que é definida pelo vetor alvo AMrrg É o local (3D ou 2D ou ID ou único ponto) dos pontos que satisfazem a(s) condição(ões) que pode(m) ser gravada(s) como: AM (p) = AMTRG(P), ou AM: (p) > AMrrG(D), ou

AM: (p) > AMrRG(P), ou

AM: (p) < AM rrG(P), ou

AM: (p) € AM TtRG(P),

para cada p variando de 1 a P.

Em particular, a comparação pode incluir a computação da(s) diferença(s) entre o(s) P elemento(s) do vetor AM, e o(s) P valor(es) alvo(s) específico(s) do vetor alvo AMrrc, isto é, computar (AMrro - AM“). Também, qualquer uma das condições anteriores em AMx(p) pode ser escrita em relação aos valores absolutos (por exemplo, IAMx(p)! = IAM rrG(p))). Para a modalidade do sistema de radiofarol mostrado nas figuras 1, 2 e 6, em que N=2e P=1,0 (único) valor alvo específico do vetor alvo AMrrG pode ser nulo AMrrG = [0], de acordo com o que, à zona delimitada é o plano (y-z) DZI, em que x = O (isto é, perpendicular ao eixo geométrico x) quando a medida da quantidade do sinal M,x(d,) for a RSSI, ou o plano (x-z) DZI; em que y = O (isto é, perpendicular ao eixo geométrico y) quando a medida da quantidade do sinal M,x(d,n) for a rotação de fase a.

Da forma declarada anteriormente, a zona delimitada que é definida pelo vetor alvo AMrrG pode ser:

- um plano que identifica uma linha reta no solo (da forma mostrada nas figuras | e 2) e, portanto, pode ser usado para proporcionar uma trajetória de voo ou delimitar uma zona proibida;

- dois planos, tipicamente perpendiculares um ao outro, que identificam um ponto no solo (da forma mostrada na figura 1) e, possivelmente, uma ou mais linhas de descida de referência para o pouso;

- combinações gerais de planos e, portanto, de linhas e pontos no solo, que podem identificar regiões proibidas mais complexas ou corredores e trajetórias de voo para voo autônomo ou auxiliado do UAV; em particular, estas combinações gerais de regiões podem ser geradas e gerenciadas, também, com um plano de tempo específico, a fim de auxiliar o voo do UAV em uma trajetória específica progressivamente variável.

[0048] Entretanto, é imediato para os versados na técnica também obter outras configurações de zonas delimitadas definidas por vetores alvos AMrrG, possivelmente, por meio de diferentes configurações do arranjo de antena.

[0049] Na etapa D (730), o método transmite um conjunto de um ou mais comandos C; para o voo autônomo ou as correções de voo do UAV no qual o dispositivo tipo drone 200 está instalado no tempo de comando t; = jTc a fim de manter o UAV no interior (ou no exterior) da zona delimitada definida pelo vetor alvo AMrrg de acordo com a(s) condição(ões) que será(ão) satisfeita(s) pelas N medidas da quantidade de sinal M,x(d,) na etapa C, e tal conjunto de um ou mais comandos C; é enviado para o quadro de voo do UAV através do dispositivo tipo drone 200. Para a modalidade do sistema de radiofarol mostrada nas figuras 1, 2 e 6, considerando que AMrrG = [0], o sinal do atual AM, determina se o UAV no qual o dispositivo tipo drone 200 está instalado está mais próximo de um arranjo de antena ou do outro, isto é, qual lado o UAV ocupa em relação ao plano (y-z) DZ, quando a medida da quantidade do sinal M,x(d.) for a RSSI, ou ao plano (x-z) DZI7 quando a medida da quantidade do sinal M,,-(d,) for a rotação de fase a.

[0050] Na etapa E (740), o método atualiza o conjunto de pesos eletrônicos da formação de feixe w,(n, m) associado a cada um dos M elementos de arranjo de cada um dos N arranjos de antena no tempo t, = rTgr, em que Tgrr é Oo período de atualização do peso da formação de feixe. O período de atualização do peso da formação de feixe Tgr é, tipicamente, um múltiplo do período de amostragem Ts, usualmente, muito mais longo do que Ts; a atualização dos pesos, no geral, depende de um ou mais da altitude h do dispositivo tipo drone 200, da sua atual posição, da sua configuração (tais como orientação e tipo de comandos permissíveis), da medida atual, da forma da zona delimitada, da configuração do arranjo de antena, e das proporcionalidades de complexidade no método de acordo com a invenção.

[0051] Neste particular, percebe-se que, quando o período do comando Tec e/ou o período de atualização do peso da formação de feixe Tgr forem múltiplos do período de amostragem Ts, o método de acordo com a invenção é configurado para produzir um conjunto de um ou mais comandos C,; e/ou para atualizar o conjunto dos pesos eletrônicos da formação de feixe wr(n, m) levando em conta não apenas as medidas da quantidade de sinal no tempo t; = jTc e/ou no tempo t, = rTBF, mas, também, a tendência de tais medidas da quantidade de sinal durante o tempo pela computação das médias da medida durante as seções de tempo a fim de reduzir o ruído da medida; desta maneira, também é possível adquirir informação adicional, por exemplo, certificando se o UAV está se aproximando ou se afastando do dispositivo de radiofarol.

[0052] Os pesos eletrônicos da formação de feixe w.(n, m) têm um papel duplo no sistema e no método relacionado de acordo com a invenção: primeiro, juntamente com o esquema do arranjo de antena e o vetor alvo AMrrG, OS mesmos identificam a(s) zona(s) delimitada(s) (tais como DZI, e DZI; mostrado nas figuras | e 2); em segundo lugar, os mesmos podem ser atualizados e refinados (durante a execução do método de acordo com a invenção) a fim de minimizar o erro na identificação da(s) zona(s) delimitada(s), em que tal refinamento pode ser feito de acordo com um ou mais da altitude h do dispositivo tipo drone 200 (por exemplo, provida por um sensor GPS ou outro equipamento apropriado incluído no dispositivo tipo drone 200 e/ou dispositivo de radiofarol 100), sua posição (por exemplo, provida por um sensor GPS ou pelas mesmas computações e/ou medidas feitas pelas etapas do método), sua configuração (por exemplo, a orientação ou o tipo de comandos disponíveis), os valores atuais dos elementos do vetor de diferença AMx(p). Em relação a este refinamento, o método de acordo com a invenção maximiza o vetor de diferença AM, do dispositivo tipo drone 200 dada(s) a(s) zona(s) delimitada(s): ampliar a faixa de variação das medidas da quantidade de sinal (isto é, o sinal usado para estimar a posição do dispositivo tipo drone 200 em relação ao dispositivo de radiofarol), ao mesmo tempo em que a distância espacial Ad a partir da linha alvo é mantida fixa (isto é, constante), melhora a resolução à = Ad / AM“. Em particular, os pesos eletrônicos da formação de feixe w.(n, m) podem ser computados de acordo com: a) uma tabela pré-computada fixa (controle de peso em laço aberto) armazenada em uma memória como uma tabela de busca; e/ou b) uma técnica recursiva que opera para a otimização de uma função de custo objetiva (controle de peso em laço fechado).

[0053] Como um exemplo relevante deste processo, na etapa E (740), o método atualiza os pesos eletrônicos da formação de feixe para aumentar a atual ARSSI mantendo fixa a posição do dispositivo tipo drone 200 pela direção dos feixes principais 1150 e 1250 (isto é, pela mudança dos ângulos) das funções de diretividade do arranjo 1100 e 1200 dos arranjos de antena 110 e 120 em relação aos eixos geométricos paralelos ao eixo geométrico z que passa através dos respectivos centros dos mesmos arranjos de antena 110 e

120. Em relação às figuras 3 e 6, isto corresponde a um ligeiro aumento dos ângulos opostos +8 e - 8 das funções de diretividade do arranjo 1100 e 1200 dos arranjos de antena 110 e 120, para aumentar a razão AM, / Ad, isto é, para diminuir 3 = Ad / AM, em uma dada altitude h do dispositivo tipo drone 200. Portanto, antes da atualização do peso da formação de feixe, a resolução é dada por Siniciaa = Ix2al / ARSSL inicial, ao mesmo tempo em que, depois da atualização do peso da formação de feixe, a resolução é dada por Satualizado = IX21 / ARSSI> atualizado < Sinicial-

[0054] Isto significa que a mesma distância Ix>| é examinada com uma maior margem de ARSSI, resultando em uma vantagem de desempenho e maior precisão. Em algumas modalidades do método de acordo com a invenção, os pesos eletrônicos da formação de feixe w.(n, m) podem ser atualizados para aumentar a resolução ô, ao mesmo tempo em que mantém a posição do UAV fixa (isto é, constante), por exemplo, em um período sem transmissão dos comandos de voo.

[0055] Como um exemplo em relação às medições de fase, o método atualiza os pesos eletrônicos da formação de feixe w,(n, m) de acordo com o seguinte princípio: as contribuições de sinal provenientes dos pares dos elementos de antena que acumulam uma diferença de fase superior em relação a uma trajetória específica que o UAV está seguindo são intensificadas pelo uso de pesos não necessariamente com amplitude um (isto é útil, por exemplo, quando os tipos de comandos permissíveis a ser enviados para o drone forem “retornar” ou “avançar” em uma trajetória específica que é independente do esquema geométrico dos arranjos e/ou da orientação do drone em particular que não podem ser controlados nem mudados pelo sistema de acordo com a invenção). Portanto, o sistema de acordo com a invenção pode intensificar a resposta dos elementos de antena que garante uma melhor resposta para a variação de fase (veja, também, a explicação prévia das figuras 11a e 11b).

[0056] No final da etapa E (740), o método pode retornar para executar: - etapa B (710), até que um evento de término ocorra, tais como um pouso do UAV (por exemplo, no bloco de pouso do dispositivo de radiofarol 100) ou o alcance de um equilíbrio estável do(s) P elemento(s) do vetor de diferença AM; com os P valores alvos do vetor alvo AMrrg (de forma que a comparação do vetor de diferença AM; com o vetor alvo AMrrG satisfaça uma ou mais condição(ões), exceto para um valor de tolerância, por um tempo mais longo do que um tempo limite da estabilidade; por exemplo, se a condição for AM; (p) = AMrrc(p), tal equilíbrio estável é alcançado quando (AMrrG - AMy) for igual a O, exceto para um valor de tolerância, para um tempo limite da estabilidade (por exemplo, de poucos segundos) ou um término da missão de drone ou uma saída do dispositivo tipo drone 200 do alcance de transmissão do sinal dos arranjos de antena 110 e 120 do dispositivo de radiofarol 100; ou - etapa B (710), com uma mudança da medida da quantidade de sinal a ser usada (por exemplo, passando da RSSI para a rotação de fase a fim de aumentar a precisão na definição da(s) zona(s) delimitada(s)), até que um evento de término ocorra, tais como um pouso do UAV ou o alcance de um equilíbrio estável em relação aos valores alvos do vetor alvo AMrrG Ou um término da missão de drone ou uma saída do dispositivo tipo drone 200 do alcance de transmissão do sinal dos arranjos de antena 110 e 120 do dispositivo de radiofarol 100; ou - etapa C (720), com uma mudança da(s) zona(s) delimitada(s) de acordo com um plano de voo ou uma trajetória do UAV agendados.

[0057] De acordo com a invenção, cada zona delimitada ou parte de zona delimitada (que podem ser qualquer um de: uma zona 3D, isto é, um volume; uma zona 2D, isto é, um plano; uma zona 1D, isto é, uma linha; um único ponto) é identificada e a precisão é otimizada por meio de um mecanismo de duas fases, com base nas etapas A e E, a saber: definição da(s) zona(s) delimitada(s) e otimização da precisão.

[0058] Quanto à definição da(s) zona(s) delimitada(s), as mesmas são definidas pelas seleções apropriadas dos respectivos vetores alvos AMrrG, que correspondem às diferenças de uma ou mais medidas da quantidade do sinal (por exemplo, RSSI e/ou rotação de fase e/ou tempo de propagação) na saída da unidade de processamento 130 mostrada na figura 5. Neste particular, a mesma zona delimitada pode ser definida por um número de combinações de vetores de pesos equivalentes maior do que 1 (se não infinito, na maior parte dos casos).

[0059] Quanto à otimização da precisão, a atualização do método de acordo com a invenção aumenta progressivamente a precisão pela atualização dos pesos eletrônicos da formação de feixe. Um conjunto redundante dos vetores de pesos eletrônicos da formação de feixe é explorado para selecionar aquelas combinações que, na atual configuração em particular do UAV (em relação, por exemplo, à altitude, à posição, à orientação, ao tipo de comandos aceitos), garante o melhor desempenho, isto é, inclinação superior do vetor de diferença AM, em função do deslocamento de posição Ad, que é uma razão inferior Ad / AM,.

[0060] A figura 12a mostra a vista plana de topo da disposição de arranjos de antena linear do dispositivo de radiofarol da figura 11a, em que a zona delimitada é o plano em y = O (mostrado como uma linha na figura 12a), que é identificado pela RSSI igual recebida nos dois arranjos “Arranjo 1” e “Arranjo 2”, de acordo com o que, ARSSI = O. A figura 12b representa graficamente a diferença de RSSI entre os sinais na saída dos dois arranjos “Arranjo 1” e “Arranjo 2” em função da distância d do UAV no qual o dispositivo tipo drone está instalado a partir do local (x, y) = (0,0) na altitude h de 10 metros acima do solo (h = 10 m) para dois conjuntos diferentes Sw, e Sws de pesos eletrônicos da formação de feixe wa = w(1, m) e ws = w(1, m) (com M variando de 1 a 4), em que o conjunto Sw, direciona o feixe principal da função de diretividade do arranjo com o ângulo em +/- 36º, ao mesmo tempo em que o conjunto Sws direciona o feixe principal da função de diretividade do arranjo com o ângulo em +/- 20º. Ambos os conjuntos Swa e Sws definem a zona delimitada como o plano em y = O, mas Swa é preferido quando o UAV no qual o dispositivo tipo drone é instalado estiver próximo de tal zona delimitada, já que isto garante uma melhor inclinação da resposta do sistema, isto é, da diferença de RSSI ARSSI, em função do deslocamento da posição d do UAV, assim, provendo uma sensibilidade superior e uma melhor precisão. O método de acordo com a invenção pode usar, na etapa A, o conjunto Sws como os valores iniciais dos pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m), já que os mesmos garantem uma maior zona onde o sinal do UAV provê o comando efetivo na direção da zona delimitada (indicada na figura 12b como “região de Atratividade”).

[0061] Obviamente, um plano de voo ou uma trajetória do UAV agendados podem ser formados por uma sequência de alvos diferentes, cada qual definindo uma sequência de zonas delimitadas que exige-se que o UAV alcance, por exemplo, uma sequência de pontos alvos; neste caso, o método de acordo com a invenção (uma modalidade preferida do qual é mostrada na figura 7) é executado para cada alvo da sequência.

[0062] Percebe-se que, em outras modalidades do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, o número N de arranjos de antena pode ser maior do que 2 (isto é, N > 2). Quando o dispositivo de radiofarol for provido com um número par N de arranjos de antena, os sinais de tais arranjos de antena (e, consequentemente, os pesos eletrônicos da formação de feixe wr(n, m) dos mesmos) podem ser tratados em pares, de forma que as funções de diretividade do arranjo de cada par dos arranjos de antena sejam direcionadas ao longo dos ângulos opostos, em relação a um ângulo Som, out E Sou-A, com u variando de 1 a U=N/2 (nesta modalidade, os ângulos Sou determinam as zonas delimitadas); neste caso, na etapa E, o método de acordo com a invenção pode atualizar os pesos eletrônicos da formação de feixe para aumentar a atual medida da quantidade de sinal (por exemplo, ARSSI) mantendo fixa a posição do dispositivo tipo drone 200 pelo aumento ligeiramente do ângulo oposto Sow+S. e diminuição de Sor, então, aumentando a distância angular entre as funções de diretividade do arranjo de cada par de arranjos de antena em relação a Sou. Quando o dispositivo de radiofarol for provido com um número ímpar N de arranjos de antena, os sinais de tais arranjos de antena (e, consequentemente, os pesos eletrônicos da formação de feixe w.(n, m) dos mesmos) podem ser tratados em pares, exceto para um único arranjo de antena “pivotal”, de forma que a função de diretividade do arranjo do único arranjo de antena “pivotal” seja direcionada ao longo de um ângulo & (por exemplo, 8 = 0º, paralelo ao eixo geométrico z ortogonal ao solo) e as funções de diretividade do arranjo de cada par de arranjos de antena sejam direcionadas ao longo dos ângulos opostos So u+u e Sou, com u variando de 1 a U = (N-1)/2; neste caso, na etapa E, o método de acordo com a invenção atualiza os pesos eletrônicos da formação de feixe para aumentar a atual medida da quantidade de sinal (por exemplo, ARSSTI) mantendo fixa a posição do dispositivo tipo drone 200 pelo ligeiro aumento dos ângulos opostos So n+Su e Sou-u das funções de diretividade do arranjo de cada par de arranjos de antena, ao mesmo tempo em que o ângulo & da função de diretividade do arranjo do único arranjo de antena “pivotal” é mantido fixo.

[0063] Entretanto, também deve ser notado que nem o tratamento em pares dos sinais dos arranjos de antena (e, consequentemente, dos pesos eletrônicos da formação de feixe w.(n, m) dos mesmos) do dispositivo de radiofarol nem o arranjo em paralelo dos arranjos de antena linear (e nem mesmo a configuração linear dos arranjos de antena) são essenciais para a invenção.

[0064] Como um primeiro exemplo, a figura 8a mostra uma vista plana de topo da disposição de arranjos de antena linear do dispositivo de radiofarol de uma segunda modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, que inclui dois arranjos de antena linear 110A e 120A, cada qual com quatro elementos de antena 115A e 125A, respectivamente (que são representados por quadrado, da forma vista a partir do topo). Nesta segunda modalidade, os dois arranjos de antena linear 110A e 120A são arranjados ao longo de linhas que são rotadas em +45º e -45º, respectivamente, em relação ao eixo geométrico x (e ao eixo geométrico y), de acordo com o que, os dois arranjos de antena linear 110A e 120A são arranjados ao longo das linhas ortogonais uma à outra, em vez de ao longo das linhas paralelas. Neste caso,

quando a medida da quantidade do sinal M,x(d,.) for a RSSI e o (único) valor alvo específico do vetor alvo AMrrG for nulo AMrrG = [O], pelo uso dos pesos eletrônicos da formação de feixe de forma que os valores iniciais dos ângulos das funções de diretividade de arranjo dos arranjos de antena 110A e 120A sejam ambos 0º, as zonas delimitadas são o plano (y-z) DZ, e o plano (x-z) DZL, representados pelas duas linhas perpendiculares que cruzam uma à outra na origem da figura 8b. Adicionalmente, pela definição do (único) valor alvo específico do vetor alvo AMrrG igual a um valor muito pequeno (por exemplo, igual a 0,2), uma pequena área ao redor da origem (da forma mostrada na figura 8b, realmente ao redor do eixo geométrico z em altitude h = 20 m) também é identificada pela condição AM: (p) S AM rro(P) Juntamente com o plano (y-z) DZ, e o plano (x-z) DZI3; na figura 8b, os pontos indicados com os marcadores “X* são aqueles nos quais tal condição em ARSSI é satisfeita. Neste caso, os valores iniciais dos ângulos das funções de diretividade de arranjo dos arranjos de antena 110A e 120A são ambos 0º, isto é, as funções de diretividade de arranjo dos arranjos de antena 110A e 120A são paralelas ao eixo geométrico z.

[0065] Como um segundo exemplo, a figura 9a mostra uma vista plana de topo da disposição de arranjos de antena linear do dispositivo de radiofarol de uma terceira modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, que inclui dois arranjos de antena linear 110B e 120B, cada qual com quatro elementos de antena 115B e 125B, respectivamente (que são representados por quadrado, da forma vista a partir do topo). Nesta terceira modalidade, os dois arranjos de antena linear 110B e 120B são arranjados ao longo de linhas que são paralelas ao eixo geométrico x e ao eixo geométrico y, respectivamente, próximo da origem, de acordo com o que, os dois arranjos de antena linear 110B e 120B são arranjados ao longo das linhas ortogonais umas às outras, em vez de ao longo das linhas paralelas. Neste caso, quando a medida da quantidade do sinal M,.x(d,.) for a RSSI e o (único) valor alvo específico do vetor alvo AMrrG for igual a um valor muito pequeno (por exemplo, igual a 0,2), pelo uso dos pesos eletrônicos da formação de feixe de forma que os valores iniciais dos ângulos das funções de diretividade de arranjo dos arranjos de antena 110B e 120B sejam 0º e 15º, respectivamente, uma região tipo arco (por exemplo, em cerca de 4-5 metros) aproximadamente centrada na origem (da forma mostrada na figura 9b, realmente ao redor do eixo geométrico z na altitude h = 20 m) é identificada pela condição IAM«(p)! < UM rrG(p)! que pode ser usada para inspeções, por exemplo, ao redor de uma estrutura de treliça de uma linha de alimentação aérea; na figura 9b, os pontos indicados com os marcadores “X* são aqueles nos quais tal condição em IARSSI! é satisfeita.

[0066] Como um terceiro exemplo, a figura 10a mostra uma vista plana de topo da disposição de arranjos de antena linear do dispositivo de radiofarol de uma quarta modalidade do sistema de radiofarol de acordo com a invenção, que inclui três arranjos de antena linear 110C, 120C e 140C, cada qual com quatro elementos de antena 115C, 125C e 145C, respectivamente (que são representados por quadrado, da forma vista a partir do topo). Nesta quarta modalidade, os primeiro, segundo e terceiro arranjos de antena linear 110C, 120C e 140C são arranjados paralelos ao eixo geométrico x, de acordo com o que, os três arranjos de antena linear 110C, 120C e 140C são paralelos uns aos outros. Neste caso, quando a medida da quantidade do sinal M, u(d,) for a RSSI e o vetor alvo AMrrG incluir dois valores alvos específicos (portanto, um subconjunto dos três elementos constituídos por todas as possíveis combinações em 2 de 3 elementos) ambos iguais a nulo, a saber, incluindo o valor alvo da diferença de RSSI dos segundo e primeiro arranjos de antena 120C e 110C e o valor alvo da diferença de RSSI dos terceiro e segundo arranjos de antena 140C e 120C, pelo uso de pesos eletrônicos da formação de feixe assimétricos (isto é, não direção dos feixes em ângulos opostos +8, e -Su, como em outras modalidades da invenção), de forma que os valores iniciais dos ângulos das funções de diretividade de arranjo dos arranjos de antena 110C, 120C e 140C sejam 0º, 10º e 15º, respectivamente, um corredor paralelo ao eixo geométrico y na direita do dispositivo de radiofarol, isto é, em coordenadas positivas x (da forma mostrada na figura 10b, realmente paralelas ao plano (y-z) DZI, na altitude h = 20 m), é identificado pelas condições IARSSL1l = IARSSL 1 tRGl = O IARSST3.2|l = IARSSI3.2 tRGl = O que pode ser usado para inspeções de uma linha de alimentação aérea; na figura 10b, os pontos indicados com os marcadores “X' são aqueles nos quais tais condições são satisfeitas. Pela inversão dos valores iniciais dos ângulos das funções de diretividade de arranjo dos arranjos de antena 110C, 120C e 140C, um corredor similar paralelo ao eixo geométrico y na esquerda do dispositivo de radiofarol, isto é, nas coordenadas x negativas (da forma mostrada na figura 10b, realmente paralelas ao plano (y-z) DZI, na altitude h = 20 m), é identificado pelas mesmas condições.

[0067] Portanto, o uso da formação de feixe adaptativa realizada pelo método de acordo com a invenção tem um papel duplo: delimitação de zona, por um lado, e aumento da precisão por meio da atualização da resolução das medidas à medida que o UAV se aproxima da zona delimitada alvo, por outro lado.

[0068] As vantagens oferecidas pelo sistema de radiofarol, e pelo método relacionado, de acordo com a invenção em relação às soluções da tecnologia anterior são evidentes. De fato, o sistema de radiofarol, e o método relacionado, de acordo com a invenção alcança uma alta precisão de posicionamento (por exemplo, em relação aos sensores GPS ou congêneres),

sua implementação é econômica (por exemplo, quando comparada com o sistema LIDAR), o mesmo é independente da atual rotação do UAV, o mesmo é capaz de definir um ou mais limites de linha, o mesmo pode gerenciar e controlar múltiplos UAVs, e o mesmo não exige nenhum conhecimento do azimute ou da elevação absolutos do UAV.

[0069] As modalidades preferidas desta invenção foram descritas e inúmeras variações foram sugeridas anteriormente, mas entende-se que os versados na técnica podem fazer ainda outras variações e mudanças sem assim fugir do escopo de proteção da mesma, da forma definida pelas reivindicações anexas.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES

1. Método de formação de feixe adaptativa para auxiliar o voo autônomo de um veículo aéreo não tripulado (UAV) no qual um dispositivo tipo drone (200) que inclui um transceptor de rádio é instalado, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: A. definir (700) os pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m) em respectivos valores iniciais wo(n, m), com N variando de 1a Ne M variando de 1 a M, em que os pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m) são associados com N arranjos de antena (110, 120) com N > 2 de um dispositivo de radiofarol (100) instalado no solo, incluindo um ou mais transceptores de rádio configurados para comunicar com o transceptor de rádio do dispositivo tipo drone (200), em que cada arranjo de antena (110, 120) tem M elementos de antena (115, 125) com M > 2, em que os valores iniciais wo(n, m) dos pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m) direcionam os feixes principais (1150, 1250) das funções de diretividade do arranjo (1100, 1200) dos N arranjos de antena (110, 120) ao longo de respectivas N direções em ângulos em relação a um eixo geométrico ortogonal ao solo que são diferentes uns dos outros, de acordo com o que, quando os N arranjos de antena (110, 120) receberem um sinal a partir do transceptor de rádio do dispositivo tipo drone (200), pelo menos uma medida de quantidade do sinal recebido Mr. xd.) que é selecionada a partir de um grupo de parâmetros físicos do sinal recebido relacionados a uma distância (d,) entre o dispositivo tipo drone (200) e um dos N arranjos de antena (110, 120) é diferente para cada um dos N arranjos de antena (110, 120); B. computar (710) um vetor de diferença AM', com um ou mais elementos que são pelo menos um subconjunto das diferenças em pelo menos um tempo de amostragem 7, da dita pelo menos uma medida de quantidade do sinal recebido entre cada uma de todas as combinações de dois arranjos de antena dentre os N arranjos de antena (110, 120);

C. comparar (720) os ditos um ou mais elementos do vetor de diferença AM ', com os correspondentes um ou mais valores alvos de um vetor alvo AMrrc que define pelo menos uma zona delimitada (DZI,1; DZL); D. transmitir (730) um conjunto de um ou mais comandos (C;) para auxiliar o voo autônomo do dito UAV em relação à dita pelo menos uma zona delimitada (DZI1; DZL) e enviar o dito conjunto de um ou mais comandos (C;) para o dispositivo tipo drone (200); E. atualizar (740) os pesos eletrônicos da formação de feixe Ww(n, m) para maximizar os ditos um ou mais elementos do vetor de diferença AM', em uma altitude h e/ou em uma posição específica do dispositivo tipo drone (200) acima do solo, e retornar para executar a etapa B até que um evento de término ocorra.

2. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, durante o retorno a partir da etapa E para executar a etapa B, a dita pelo menos uma medida de quantidade do sinal recebido é mudada a partir de uma execução prévia da etapa B.

3. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com a reivindicação | ou 2, caracterizado pelo fato de que depois de retornar a partir da etapa E para executar a etapa B, na etapa C, os ditos um ou mais elementos do vetor de diferença AM ', são comparados com os correspondentes um ou mais valores alvos de um vetor alvo AMrrcG que define pelo menos uma zona delimitada (DZI1; DZL) que é diferente de pelo menos uma zona delimitada (DZh1; DZL) previamente definida em que, uma trajetória progressivamente variável de um plano de voo do UAV é definida.

4. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito grupo de parâmetros físicos compreende ou consiste em intensidade da força do sinal recebido, rotação de fase e tempo de propagação.

5. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os ditos um ou mais elementos do vetor de diferença A4M', são todas as diferenças da dita pelo menos uma medida de quantidade do sinal recebido entre cada uma de todas as combinações de dois arranjos de antena dentre os N arranjos de antena (110, 120) de acordo com o que, o vetor de diferença AM, tem um número de elementos igual ao número de combinações em 2 de N elementos.

6. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada um dos ditos um ou mais elementos do vetor de diferença AM ', é uma média, opcionalmente, uma média ponderada, EJAM,(p)] durante o tempo de uma sequência de tempo das diferenças da dita pelo menos uma medida de quantidade do sinal recebido entre dois arranjos de antena dentre os N arranjos de antena (110, 120).

7. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os ditos um ou mais valores alvos do vetor alvo AMrrG dependem da altitude h do dispositivo tipo drone (200) acima do solo e/ou de um tempo de acordo com um plano de voo do UAV.

8. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma zona delimitada (DZI1; DZLI) é um volume do espaço e/ou uma superfície e/ou uma linha e/ou um único ponto.

9. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma zona delimitada (DZI'; DZL) varia com a altitude h sobre o solo e/ou com o tempo.

10. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa E, os pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m) são atualizados pela computação dos mesmos de acordo com: a) recuperação a partir de uma tabela de busca; e/ou b) uma técnica recursiva que opera para otimizar uma função de custo objetiva.

11. Método de formação de feixe adaptativa de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa E, o evento de término é um pouso do UAV ou um alcance de um equilíbrio estável dos ditos um ou mais elementos do vetor de diferença AM 'x com os ditos correspondentes um ou mais valores alvos do vetor alvo AMrrG ou um término de missão de drone ou uma saída do dispositivo tipo drone (200) de um alcance de transmissão do sinal dos N arranjos de antena (110, 120).

12. Sistema de radiofarol configurado para auxiliar o voo autônomo de um ou mais veículos aéreos não tripulados (UAVs), caracterizado pelo fato de que o sistema de radiofarol compreende: - um dispositivo tipo drone (200), configurado para ser instalado em um UAV e incluindo um transceptor de rádio, e - um dispositivo de radiofarol (100), configurado para ser instalado no solo e incluindo N arranjos de antena (110, 120) com N > 2, um ou mais transceptores de rádio configurados para comunicar com o transceptor de rádio do dispositivo tipo drone (200), e pelo menos uma unidade de processamento (130), em que cada arranjo de antena (110, 120) tem M elementos de antena (115, 125) com M > 2 associado a respectivos pesos eletrônicos da formação de feixe w(n, m), com N variando de 1a Ne M variando de 1 a M, em que a dita pelo menos uma unidade de processamento (130) é configurada para realizar o método de formação de feixe adaptativa para auxiliar o voo autônomo de um UAV como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.