BRPI0914028B1 - Processo de controle automático de aterrissagem/decolagem de um veículo aéreo não tripulado sobre ou de uma grade circular de aterrissagem de uma plataforma naval e sistema de controle automático de aterrissagem/decolagem de um veículo aéreo não tripulado - Google Patents
Processo de controle automático de aterrissagem/decolagem de um veículo aéreo não tripulado sobre ou de uma grade circular de aterrissagem de uma plataforma naval e sistema de controle automático de aterrissagem/decolagem de um veículo aéreo não tripulado Download PDFInfo
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Abstract
processo de controle automático de aterrissagem/decolagem de um veículo aéreo não tripulado sobre ou de uma grade circular de aterrissagem de uma plataforma naval e sistema de controle automático de aterrissagem/decolagem de um veículo aéreo não tripulado o processo compreende uma etapa de aquisição dos movimentos da grade (5); uma etapa de cálculo da posição média da grade (5); uma etapa de cálculo de previsões de posição da grade (5); uma etapa de cálculo das velocidades mínimas de deslocamento da grade (5); e uma etapa de aquisição da posição do veículo aéreo não tripulado (4) para: se o veículo aéreo não tripulado (4) não puder acompanhar os movimentos da grade (5) e se os movimentos da grade (5) forem fracos, ou seja, inferiores ao raio delada grade (5), aplicar uma estratégia de pouso por acompanhamento da posição média da grade (5), ao passo que se os movimentos da grade (5) forem amplos, ou seja, superiores ao raio da grade (5), aplicar uma estratégia de pouso por posicionamento nas velocidades mínimas da grade (5); e se o veículo aéreo não tripulado (4) puder acompanhar os movimentos da grade e se os movimentos da grade (5) forem fracos, ou seja, inferiores ao raio da grade (5), aplicar uma estratégia de pouso de acordo com a posição média da grade (5), e se os movimentos da grade (5) forem amplos, ou seja, superiores ao raio da grade (5), aplicar uma estratégia de pouso por acompanhamento da posição de grade (5) prevista no momento de aterrissagem.
Description
“PROCESSO DE CONTROLE AUTOMÁTICO DE ATERRISSAGEM/DECOLAGEM DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO SOBRE OU DE UMA GRADE CIRCULAR DE ATERRISSAGEM DE UMA PLATAFORMA NAVAL E SISTEMA DE CONTROLE AUTOMÁTICO DE ATERRISSAGEM/DECOLAGEM DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO”
Campo da Invenção [001] A presente invenção trata de um processo e de um sistema de controle de aterrissagem/decolagem automático de um veículo aéreo não tripulado sobre ou de uma grade circular de aterrissagem, em particular de uma plataforma naval.
Antecedentes da Invenção [002] Sabe-se que o problema do controle de aterrissagem/decolagem de um veículo aéreo não tripulado (ou drone), em particular, sobre uma plataforma naval, existe há já alguns anos.
[003] Em particular, tal controle deve ser realizado, por exemplo, com um mar agitado sobre uma plataforma naval de tamanho reduzido do tipo corveta, por exemplo, e qualquer que seja o tamanho do veículo aéreo não tripulado, que pode também ser de tamanho reduzido e cujos movimentos são então de alta frequência.
[004] Já foram propostos no estado da técnica processos de controle automático desse tipo que utilizam, por exemplo, meios a laser, GPS, óticos, ou outros.
[005] Esses diferentes meios permitem então desencadear uma aterrissagem do veículo aéreo não tripulado segundo estratégias de pouso que variam igualmente de acordo com diferentes propostas no estado da técnica.
[006] Assim, por exemplo, uma estratégia de pouso já proposto consiste em controlar permanentemente a posição do veículo aéreo não
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2/11 tripulado em relação ao convés da plataforma.
[007] Outras estratégias de pouso consistem em predizer uma posição específica do convés como, por exemplo, uma alta de onda, para desencadear a aterrissagem.
[008] Outras estratégias consistem igualmente em desencadear o pouso ao mínimo de velocidade de deslocamento do convés [009] No entanto, nenhuma das soluções propostas até agora é totalmente satisfatória, principalmente em mar revolto.
[0010] O objetivo da invenção é então resolver esses problemas.
Descrição da Invenção [0011] Para tanto, a invenção tem como meta um procedimento de controle de aterrissagem/ decolagem automática de um veículo aéreo não tripulado sobre ou de uma grade circular de aterrissagem de uma plataforma naval, caracterizada naquilo que as etapas seguintes incluem:
- uma etapa de cálculo da posição média da grade,
- uma etapa de cálculo de previsões de posição da grade,
- uma etapa de cálculo das velocidades mínimas de deslocamento da grade,
- uma etapa de aquisição da posição do veículo aéreo não tripulado para:
- se o veículo aéreo não tripulado não puder acompanhar os movimentos da grade e se os movimentos da grade forem fracos, ou seja, inferiores ao seu raio, aplicar uma estratégia de pouso por acompanhamento da posição média da grade, ao passo que se os movimentos da grade forem amplos, ou seja, superiores ao raio da grade, aplicar uma estratégia de pouso por posicionamento nas velocidades mínimas da grade; e
- se o veículo aéreo não tripulado puder acompanhar os movimentos da grade e se os movimentos da grade forem fracos, ou seja,
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3/11 inferiores ao raio da grade, aplicar uma estratégia de pouso de acordo com a posição média da grade e se os movimentos da grade forem amplos, ou seja, superiores ao raio da grade, aplicar uma estratégia de pouso por acompanhamento da posição de grade prevista no momento de aterrissagem.
[0012] De acordo com outros aspectos da presente invenção o processo e o sistema de controle de aterrissagem/decolagem automático de um veículo aéreo não tripulado compreendem uma das seguintes características:
- ele compreende uma etapa de controle das condições dinâmicas de velocidade e de atitude da plataforma e do veículo aéreo não tripulado, uma etapa de verificação de que o veículo aéreo não tripulado está realmente posicionado verticalmente à grade e uma etapa de verificação de que a posição da grade prevista quando ele tiver terminado sua descida, está realmente situada sob esse veículo aéreo não tripulado, para emitir a ordem de aterrissagem ao veículo aéreo não tripulado,
- ele compreende antes da fase de aterrissagem propriamente dita uma fase de encontro entre o veículo aéreo não tripulado e a plataforma em um ponto geográfico predeterminado na parte posterior da plataforma, seguido de uma fase de aproximação durante a qual a trajetória de aproximação está orientada globalmente segundo o rumo médio de deslocamento da plataforma para realizar uma aproximação por detrás dela,
- ele compreende uma etapa de verificação de condições de atitude da plataforma, antes de dar a ordem de decolagem ao veículo aéreo não tripulado, e
- a etapa de controle das condições de atitude consiste em calcular previsões de oscilação transversal e de oscilação longitudinal da plataforma e em verificar se essas previsões de oscilação transversal e de oscilação longitudinal da plataforma, durante o tempo necessário à decolagem,
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4/11 estão dentro de intervalos limites predeterminados.
[0013] De acordo com outro aspecto, a presente invenção tem igualmente por objeto um sistema para a implementação desse processo.
Breve Descrição dos Desenhos [0014] A presente invenção será mais bem compreendida através da descrição a seguir dada exclusivamente a título de exemplo e feita em relação aos desenhos anexos nos quais:
- as figuras 1 e 2 representam vistas laterais e superiores de uma plataforma naval e a trajetória de aproximação de um veículo aéreo não tripulado,
- a figura 3 ilustra a aterrissagem desse veículo aéreo não tripulado,
- a figura 4 ilustra um diagrama de estado de um processo de aterrissagem automático de acordo com a presente invenção,
- as figuras 5 e 6 ilustram simulações de impactos de aterrissagem obtidos pela implementação de um processo de controle de acordo com a presente invenção, e
- a figura 7 ilustra um diagrama de estado de um processo de decolagem automático de acordo com a presente invenção.
[0015] As figuras 1, 2 e 3 ilustram um processo de controle de aterrissagem automático de um veículo aéreo não tripulado sobre uma grade circular de aterrissagem de uma plataforma naval.
Descrição Detalhada da Invenção [0016] Essa plataforma é, por exemplo, designada pela referência geral 1 nessas figuras e compreende, portanto, uma zona de aterrissagem designada pela referência geral 2, dotada de uma grade apropriada para receber, por exemplo, um arpão de manutenção do veículo aéreo não tripulado em posição quando ele está em pouso, de modo clássico.
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5/11 [0017] De fato, o processo de controle de acordo com a presente invenção consiste em levar o veículo aéreo não tripulado para um campo próximo da plataforma graças às informações de geolocalização dessa plataforma, e em pilotar automaticamente o veículo aéreo não tripulado em velocidade, em relação a essa plataforma, graças a um sensor de movimentos de alta frequência de tipo, por exemplo, sensor de aterrissagem ótica, a fim de fazer com que ele pouse com total segurança sobre a grade de aterrissagem da plataforma.
[0018] Para esse fim, as medidas de posição e de velocidade da plataforma são processadas para elaborar uma trajetória de aproximação do veículo aéreo não tripulado e, em seguida, as medidas de telemetria de posição plataforma/veículo aéreo não tripulado hibridados com as medidas inerciais da plataforma são processadas para elaborar uma trajetória final de aterrissagem do veículo aéreo não tripulado [0019] A trajetória calculada é semelhante à de aterrissagem de um helicóptero para estabelecer um regime estabelecido de circulação de ar em torno das superestruturas da plataforma e garantir a estabilidade do vôo, mas também para que os controles visuais de segurança sejam idênticos aos dos helicópteros para o oficial aeronáutico.
[0020] Não se trata, portanto, de fazer unicamente o controle permanente da posição do veículo aéreo não tripulado em relação ao convés da plataforma, mas de posicionar o veículo aéreo não tripulado em um local particular acima do movimento geral do convés e depois esperar que as condições de posição, de velocidade e de atitude estejam reunidas.
[0021] Não se trata também apenas de predizer uma crista de onda para pousar.
[0022] De fato, a previsão a curto prazo das posições e das atitudes do convés permite apenas verificar que as condições estarão reunidas
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6/11 ao toque, e o endurecimento do trem de aterrissagem que permite absorver as velocidades correspondentes.
[0023] Além disso, a distância relativa dos dois engenhos, ou seja, da plataforma e do veículo aéreo não tripulado, durante a fase crítica do pouso, é monitorada por uma tecnologia não GPS, por exemplo, ótica e, portanto, permanentemente disponível e confiável.
[0024] De fato, a recuperação do veículo aéreo não tripulado está dividida em três fases gerais ilustradas nessas figuras 1,2 e 3.
[0025] Essas fases são o encontro, a aproximação e o pouso.
[0026] O encontro do veículo aéreo não tripulado com a plataforma é uma fase de posicionamento do veículo aéreo não tripulado sobre um ponto, por exemplo, GPS fixo da referência geográfica NED (para North East Down).
[0027] Este ponto está situado em uma altitude de segurança em direção à parte posterior da plataforma na data do encontro estimado. Esse ponto é designado por E1 nas figuras 1 e 2.
[0028] A aproximação é uma sequência que permite que o veículo aéreo não tripulado entre sobre o convés na direção do vento relativo.
[0029] As informações de geolocalização média da plataforma permitem definir uma trajetória de aproximação de referência para o veículo aéreo não tripulado, por alinhamento dos dois engenhos a partir do ponto E1.
[0030] A trajetória de aproximação está orientada globalmente de acordo com o rumo médio da plataforma para realizar uma aproximação pela face posterior dessa plataforma diante do seu hangar de helicóptero, por exemplo.
[0031] Em seguida, a trajetória do veículo aéreo não tripulado é orientada habilmente para o vento infinito a montante da plataforma se ele estiver compreendido no gabarito de vento autorizado do par veículo aéreo não
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7/11 tripulado/plataforma. Se ele não estiver contra o vento, não é preenchido por uma plataforma de acesso do avião e a rota do navio deve mudar para observar esse gabarito de vento.
[0032] Essa trajetória de aproximação passa por um ponto E2 ilustrado nessas figuras 1 e 2, e o veículo aéreo não tripulado se aproxima da plataforma em distância e em altitude.
[0033] O veículo aéreo não tripulado ao continuar sua aproximação da plataforma, entra no campo de visão de meios de telemetria óticos implantados na plataforma, e esse campo de visão designado pela referência geral 3 nessas figuras 1 e 2.
[0034] Começa então a fase de pilotagem precisa do veículo aéreo não tripulado em vista de sua aterrissagem.
[0035] O veículo aéreo não tripulado é então levado sob o controle dos meios que formam o sensor de telemetria a coordenar referências de posição W, T1 e T2 com fases de espera previstas em cada um desses pontos, para verificar se as condições dinâmicas de aterrissagem estão reunidas e em particular as velocidades relativas e os ângulos de atitude entre o convés e o veículo aéreo não tripulado.
[0036] A estratégia de pouso implementada vai então depender dos movimentos da plataforma e da dinâmica do veículo aéreo não tripulado.
[0037] Assim, se o veículo aéreo não tripulado não puder acompanhar os movimentos da grade e se os movimentos da grade forem fracos, ou seja, inferiores ao raio dela será então aplicada uma estratégia de pouso por acompanhamento da posição média da grade, ao passo que se os movimentos da grade forem amplos, ou seja, superiores ao raio da grade, será então aplicada uma estratégia de pouso por posicionamento nas velocidades mínimas da grade.
[0038] Se o veículo aéreo não tripulado puder acompanhar os
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8/11 movimentos da grade e se os movimentos da grade forem fracos, ou seja, inferiores ao raio da grade, será aplicada uma estratégia de pouso de acordo com a posição média da grade e se os movimentos da grade forem amplos, ou seja, superiores ao raio da grade, vai ser aplicada uma estratégia de pouso por acompanhamento da posição de grade prevista no momento de aterrissagem.
[0039] A ordem de descida vertical é dada quando o veículo aéreo não tripulado estiver em T2 e as condições indicadas a seguir estiverem preenchidas simultaneamente:
1) As condições dinâmicas de velocidade e de atitude estão reunidas, sendo que elas dependem essencialmente da resistência do trem de aterrissagem e da altura do centro do veículo aéreo não tripulado.
2) O veículo aéreo não tripulado é medido verticalmente à grade pelos meios que formam um sensor de telemetria ótica.
3) A posição da grade está prevista sob o veículo aéreo não tripulado quando ele tiver terminado sua descida vertical, ou seja, por exemplo em menos de 5 segundos.
[0040] Para observar os movimentos da grade e determinar a estratégia de pouso, é utilizado o princípio de extração dos movimentos da grade na referência pseudo inercial média da plataforma e a previsão a curto prazo da posição da grade, utiliza técnicas de processamento de sinal clássicas para identificar estatisticamente o comportamento de um sistema físico utilizando uma técnica de estimativa dos coeficientes de um filtro oscilante apenas estável, para prever a posição da grade em uma referência pseudo inercial que se desloca à velocidade da plataforma.
[0041] O condicionamento digital dos coeficientes do filtro é determinante e considerando componentes aleatórios do movimento da plataforma, essas técnicas permitem uma previsão confiável em alguns segundos, o que basta para validar que a aterrissagem será efetuada
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9/11 corretamente.
[0042] Todos esses meios são já bem conhecidos no estado da técnica e não serão, portanto, descritos mais detalhadamente a seguir.
[0043] Tal como ilustra a figura 3, isso permite levar o veículo aéreo não tripulado, designado pela referência geral 4 nessa figura, acima do convés da plataforma 1 e em particular acima da grade de aterrissagem 5 desse convés.
[0044] Depois de pouso, um meio para garantir a segurança do veículo aéreo não tripulado sobre convés pode ser ativado como, por exemplo, um arpão na grade de aterrissagem.
[0045] Isso está ilustrado, por exemplo, na figura 4, em que se pode constatar que as diferentes ordens enviadas ao veículo aéreo não tripulado e mais particularmente a seus meios de pilotagem automática, comandam em 10 que ele se coloque no ponto E1, em 11 que ele se coloque no ponto E2, em 12 que ele se coloque no ponto W, onde o controle de sua posição passa do sistema GPS para o sensor de telemetria ótica em 13.
[0046] O veículo aéreo não tripulado desloca-se em seguida em T1 como está ilustrado em 14 e, após uma fase de espera em 15, ele desce em T2 em 16 e após uma fase de espera em 17, pousa sobre convés em 18, antes de ativar os meios para assegurar a segurança tais como o arpão em 19.
[0047] As figuras 5 e 6 ilustram simulações de trajetórias e de impactos na aterrissagem, na forma de uma varredura de simulação de tipo Monte Carlo, de 50 aterrissagens por força do mar, 5 com onda oceânica de 165° (15 na frente).
[0048] Essas figuras mostram que em 50 simulações de aterrissagem, 39 foram bem sucedidas na primeira tentativa.
[0049] 11 aterrissagens ficaram fora da grade no primeiro pouso e, nesse caso, o veículo aéreo não tripulado teve de decolar mais uma vez e
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10/11 tentar uma nova aterrissagem.
[0050] Testes em tamanho natural foram realizados e confirmaram a confiabilidade desse processo de controle.
[0051] Da mesma forma, o processo de acordo com a presente invenção compreende igualmente uma etapa de verificação de condições de atitude da plataforma antes de dar a ordem de decolagem ao veículo aéreo não tripulado.
[0052] Essa etapa de controle consiste em calcular previsões de oscilação transversal e de oscilação longitudinal da plataforma e em verificar se essas previsões de oscilação transversal e de oscilação longitudinal, durante o tempo necessário à decolagem, estão dentro dos intervalos limites determinados como ilustra a figura 7, ou após uma etapa de arranque ilustrada em 20, o veículo aéreo não tripulado é colocado em espera em 21 antes de desencadear em 22 sua decolagem automático, e a partir disso o veículo aéreo não tripulado é considerado como estando em missão em 23.
[0053] Assim, a decolagem automática é condicionada pelas condições de atitude da plataforma no momento da decolagem, de modo a evitar que o veículo aéreo não tripulado decole muito inclinado e adquira uma velocidade horizontal inesperada.
[0054] O princípio da decolagem consiste então em ir ao encontro do ponto E1 após a ordem de decolagem sabendo que a ordem de decolagem só é lançada após uma predição contínua das atitudes da plataforma em oscilação transversal e oscilação longitudinal no interior dos intervalos autorizados durante o tempo necessário à decolagem.
[0055] O sistema de implementação desse processo compreende então um certo de meios de aquisição de dados como, por exemplo, dos movimentos da grade e de cálculo como por exemplo da posição média dessa grade ou ainda de previsões de posição da grade e dos mínimos da velocidade
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11/11 de deslocamento dessa grade.
[0056] Ele compreende igualmente meios de aquisição da posição do veículo aéreo não tripulado e meios de transmissão de ordens de comando ao veículo aéreo não tripulado e mais particularmente aos meios de pilotagem automática desse veículo aéreo não tripulado a fim de fazer com que ele aterrisse e/ou decole com toda a segurança.
[0057] Esses meios à base de centrais inerciais de aquisições de dados, de sistemas GPS, óticos ou outros que apresentam estruturas clássicas, não serão descritos com mais detalhes a seguir.
[0058] De fato, esses meios podem apresentar quaisquer estruturas apropriadas que integram programas de computadores para a implementação das diferentes etapas descritas acima.
Claims (6)
- Reivindicações1. PROCESSO DE CONTROLE AUTOMÁTICO DE ATERRISSAGEM/DECOLAGEM DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO (4) SOBRE OU DE UMA GRADE CIRCULAR DE ATERRISSAGEM (5) DE UMA PLATAFORMA NAVAL (1), o processo compreendendo uma etapa de aquisição dos movimentos da grade (5), caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:uma etapa de cálculo da posição média da grade (5);uma etapa de cálculo de previsões de posição da grade (5);uma etapa de cálculo das velocidades mínimas de deslocamento da grade (5); e uma etapa de aquisição da posição do veículo aéreo não tripulado (4) para:se o veículo aéreo não tripulado (4) não puder acompanhar os movimentos da grade (5) e se os movimentos da grade (5) forem fracos, ou seja, inferiores ao raio da grade (5), aplicar uma estratégia de pouso por acompanhamento da posição média da grade (5), ao passo que se os movimentos da grade (5) forem amplos, ou seja, superiores ao raio da grade (5) , aplicar uma estratégia de pouso por posicionamento nas velocidades mínimas da grade (5); e se o veículo aéreo não tripulado (4) puder acompanhar os movimentos da grade e se os movimentos da grade (5) forem fracos, ou seja, inferiores ao raio da grade (5), aplicar uma estratégia de pouso de acordo com a posição média da grade (5), e se os movimentos da grade (5) forem amplos, ou seja, superiores ao raio da grade (5), aplicar uma estratégia de pouso por acompanhamento da posição de grade prevista no momento de aterrissagem.
- 2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de controle dasPetição 870190025678, de 18/03/2019, pág. 23/652/3 condições dinâmicas em velocidade e em atitude da plataforma (1) e do veículo aéreo não tripulado (4); uma etapa de verificação de que o veículo aéreo não tripulado (4) está vertical à grade (5); e uma etapa de verificação que a posição da grade (5) prevista quando ele tiver terminado sua descida está situada sob esse veículo aéreo não tripulado, para emitir a ordem de aterrissagem ao veículo aéreo não tripulado (4).
- 3. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que compreende antes da fase de aterrissagem propriamente dita uma fase de encontro entre o veículo aéreo não tripulado (4) e a plataforma (1) em um ponto geográfico predeterminado em uma parte posterior da plataforma (1), seguida de uma fase de aproximação durante a qual a trajetória de aproximação está orientada segundo o rumo médio de deslocamento da plataforma (1) para realizar uma aproximação pela parte posterior da plataforma (1).
- 4. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de verificação de condições de atitude da plataforma (1), antes de dar a ordem de decolagem ao veículo aéreo não tripulado (4).
- 5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de controle das condições de atitude consiste em calcular previsões de oscilação transversal e de oscilação longitudinal da plataforma (1) e em verificar se essas previsões de oscilação transversal e de oscilação longitudinal da plataforma (1), durante o tempo necessário à decolagem do veículo aéreo não tripulado (4), estão dentro de intervalos limites predeterminados.
- 6. SISTEMA DE CONTROLE AUTOMÁTICO DE ATERRISSAGEM/DECOLAGEM DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO (4) sobre ou de uma grade circular de aterrissagem (5) de uma plataformaPetição 870190025678, de 18/03/2019, pág. 24/653/3 naval (1), compreendendo meios de aquisição dos movimentos da grade (5), caracterizado pelo fato de que compreende:meios de cálculo da posição média da grade (5);meios de cálculo de previsões de posição da grade (5);meios de cálculo das velocidades mínimas de deslocamento da grade (5);meios de aquisição da posição do veículo aéreo não tripulado (4); e meios de verificação de condições de atitude da plataforma (1), para implementar o processo conforme definido por qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
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