CN102637038B - 无人飞行器和无人航空系统及无人飞行器飞行时避免碰撞方法 - Google Patents

Abstract

具有嵌入式的碰撞警告系统的无人飞行器。本发明涉及无人飞行器、无人航空系统以及在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法。为了提供经改进的碰撞避免，设置无人飞行器，其具有：提升和推进系统以及飞行监控系统，飞行监控系统具有飞行监控单元、导航系统和执行机构系统。飞行监控单元具有自动驾驶设备。飞行监控单元被设置为根据来自导航系统和/或自动驾驶设备的数据计算出控制命令，控制命令能够被输送给执行机构系统以用于控制提升和推进系统。此外设置有碰撞警告系统，其与飞行监控系统连接，其中碰撞警告系统检测碰撞情况并且提供碰撞避免数据。此外设置有碰撞警告系统与自动驾驶设备之间的连接，以便由自动驾驶系统根据碰撞避免数据促使回避绕行。

Description

无人飞行器和无人航空系统及无人飞行器飞行时避免碰撞 方法

技术领域

本发明涉及一种无人飞行器、一种无人航空系统以及一种在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法。

背景技术

无人飞行器在军事领域中以及在民用应用中（例如用于研究目的）都获得越来越多的重要性。在无人飞行器中在机上如名称所述的那样不存在驾驶员来驾驶飞行器。更确切而言，空中运行以计算机控制的方式例如根据预先给定的路线进行。此外，可以设置到调度站的连接，以便实现无人飞行器的远程引导。DE 19849857 C2例如描述了一种用于无人飞行器的远程引导方法，其中可以从调度站远程引导与预编程的安全路线偏离的航迹上的飞行器。对于存在有威胁的碰撞的情况，可以从调度站通过相应的操作员人工地执行回避绕行（Ausweichmanöver）。但是已经显示，人工实施回避绕行例如由于输入错误而不能够总是避免碰撞。

发明内容

因此存在的需求是，提供一种具有经改进的碰撞避免的无人飞行器。

这通过根据独立权利要求之一所述的一种无人飞行器、一种无人航空系统以及一种在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法来实现。示例性的实施方式在从属权利要求中示出。

根据本发明的示例性实施方式，设置一种无人飞行器，其具有提升和推进系统以及飞行监控系统。飞行监控系统具有飞行监控单元、导航系统和执行机构系统。飞行监控单元具有自动驾驶设备。飞行监控单元被设置为根据来自导航系统和/或自动驾驶设备的数据计算出控制命令，所述控制命令可以被输送给执行机构系统以用于控制提升和推进系统。此外设置有碰撞警告系统，其与飞行监控系统连接，其中碰撞警告系统检测碰撞情况并且提供碰撞避免数据。设置有碰撞警告系统与自动驾驶设备之间的连接，以便由自动驾驶设备根据碰撞避免数据促使回避绕行。

根据本发明的一个示例性实施方式，设置数据连接设备以与用于引导和监视无人飞行器的飞行的监控站连接。该数据连接设备配备有抑制装置，利用所述抑制装置可以至少暂时地抑制回避绕行的实施。

例如，碰撞警告系统与自动驾驶设备之间的连接可以暂时被阻塞。碰撞警告系统与自动驾驶设备之间的连接的阻塞可以借助于监控站来触发。根据本发明的另一示例，可以借助于抑制装置来停用碰撞警告系统。

回避绕行的中断也可以通过将专门的中断信号输送给自动驾驶来进行，也就是说，数据连接保留并且不被断开，而是更确切地说由自动驾驶设备来传送中断信号，其中由此可以中断所设置的回避绕行。

因此，可以针对具有数据连接设备和抑制装置的无人飞行器的实施例确定：可以从外部、例如通过数据连接设备给无人飞行器输送信号，其中该数据连接设备也可以是在其他情况下已经使用的数据连接设备，以便使自动驾驶设备中断或至少暂时抑制回避绕行。

对于完全未发起回避绕行的情况，将信号输送给抑制装置将导致：自动驾驶被启用或调节为使得在检测到碰撞情况时抑制回避绕行。这例如可以如下方式进行：碰撞警告设备或碰撞警告系统不对自动驾驶提供相应的、表示所需回避绕行的信号。但是还可能的是，碰撞警告系统将回避绕行所需的相应信号传导给自动驾驶，但是在那里该到达的信号不具有作用，也就是说，至少在不存在抑制回避绕行的实施的相应信号或相应指令以前，同样不发起回避绕行。

在航空中，对于碰撞避免的责任可以划分成两个范围，为此可以使用术语“到多壳层（Schale）上的分布”：外部的壳层用于飞机的上级隔离，而内部的价格用于碰撞避免、即用于不能通过隔离壳层来解决的情况。所述隔离根据当前空域和航空条例来进行，按照所述航空条例由航空监控实体（空中交通管制，ATC）或者在有人飞机的情况下由驾驶员来运行飞机。内部壳层在有人飞行器的情况下总是由驾驶员来形成。针对无人飞行器，根据本发明提供内部碰撞避免壳层的技术方案。

根据本发明的一个示例性实施方式，碰撞警告系统具有至少两个运行模式，其中所述运行模式可自动启用。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述运行模式可以根据飞行器的运行参数和/或根据飞行数据自动启用。

例如，回避绕行的实施在启用所确定的运行模式的情况下可至少暂时抑制。根据另一示例，可以在第一模式下在所确定的碰撞情况的情况下生成和输出碰撞警告和回避推荐；在第二模式下，可以在所确定的碰撞情况的情况下仅仅生成和输出碰撞警告；在第三模式下，可以在所确定的碰撞情况的情况下不输出碰撞警告或回避推荐。

例如，可以在放下起落架时启用其中抑制回避绕行的运行模式。例如，可以在放下起落架时仅仅生成和输出碰撞警告。根据本发明的另一示例，可以在执行机构系统和/或提升和推进系统中出现故障时、例如在发动机故障的情况下启用其中抑制回避绕行的运行模式、或其中仅仅生成和输出碰撞警告的运行模式。

根据本发明的另一方面，碰撞避免数据包括对于回避绕行的指令，所述指令涉及飞行器的爬升率/下沉率。根据本发明的另一方面，碰撞避免数据还可以包括涉及飞行器的线路改变的指令。根据本发明的另一方面，所述指令可以既涉及飞行器的爬升率/下沉率、又涉及飞行器的线路改变。

根据本发明的一个示例性实施方式，在数据连接失灵的情况下，可以将碰撞警告系统自动与自动驾驶设备相连接，并且在检测到碰撞情况和生成碰撞避免数据的情况下，可以借助于自动驾驶设备来自动执行回避绕行。

根据本发明，这保证了在运行无人飞行器时、例如在数据链路断裂或者在传输延迟的情况下改善的安全性。

本发明的任务还通过一种无人航空系统来实现，该无人航空系统具有至少一个无人飞行器、至少一个监控站和数据连接。该飞行器被构造成根据前述实施例、方面或示例之一的飞行器。该监控站用于引导和监视无人飞行器的飞行。数据连接设置在监控站与无人飞行器之间。监控站具有输入设备，利用该输入设备可以生成可借助于数据连接输送给无人飞行器的信号，以便导致至少暂时地抑制回避绕行。

在根据本发明的航空系统中，可以通过监控站控制一个或多个无人飞行器。但是在根据本发明的航空系统中，也可以分别为无人飞行器设置监控站。下面为简单起见，描述具有监控站和无人飞行器的变型方案，但是这在合适的情况下也适用于其他的组合可能性。

例如，可以通过监控站通过数据连接来干涉——例如控制、纠正以及中断——由自动驾驶设备控制的回避绕行。

根据本发明的一个示例性实施方式，监控站具有人/机界面，该人/机界面配备有显示器，其中可以在该显示器上显示碰撞避免数据。

根据本发明的一个示例性实施方式，碰撞避免数据具有用于回避绕行的控制命令，所述控制命令可以作为文本显示。

所述控制命令可以具有关于爬升率/下沉率和/或线路改变的预先给定。针对控制命令可以显示所允许的区域。碰撞避免数据可以具有不同的提示等级和/或警告等级，其中所述提示等级和/或警告等级可以通过图形化地保存控制命令来显示。

本发明的任务还可以通过一种用于在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法来实现，该方法包括下列步骤:

a）利用无人飞行器的碰撞警告系统来检测碰撞情况；

b）通过该碰撞警告系统来生成碰撞避免数据；

c）将碰撞避免数据输送给无人飞行器的自动驾驶设备；以及

d）通过自动驾驶设备促使回避绕行。

根据本发明的一个示例性实施方式，将抑制信号输送给抑制装置，并且至少暂时抑制至少一个回避绕行。

例如，抑制信号导致：碰撞警告系统与自动驾驶设备的连接可以暂时中断或阻塞。

回避绕行执行的中断可以以不同方式来执行。例如，可以在用于启用抑制装置的信号通过数据连接设备到达的情况下立即结束回避绕行并且控制飞行方向，该方向飞行可以导致逐渐引回到原来的航迹上或预先给定的航路段上。根据另一示例，引回到原来的预先给定的航迹上也可以在尽可能短的时间段内进行，其中所述时间段面向可能的飞行动作，其中可以以足够的安全性避免失速（Strömungsabriss）。根据另一示例，引回到原来的航迹上也可以在显著稍后的时刻进行，以便尽可能小地延长飞行时长。促使回避绕行的中断可以如已经表明的那样由于数据连接的中断而造成，其中这可以通过在物理上保留数据连接的情况下中断数据流来进行，或者也可以通过实际在物理上中断数据连接、例如通过中断电缆连接来进行。

抑制信号例如造成：无人飞行器再次被引导到预先给定的路径引导和/或目的地。例如可以将无人飞行器再次引回到原来计划的轨道上。

根据本发明的一个示例性实施方式，抑制信号由用于引导和监视无人飞行器的飞行的监控站来生成，并且通过数据连接被输送给无人飞行器。

根据本发明的一个示例性实施方式，在数据连接发生失灵时碰撞警告系统自动与自动驾驶设备连接，并且在检测到碰撞情况并生成碰撞避免数据的情况下，该自动驾驶设备自动执行回避绕行。

根据本发明的另一方面，在连接中断时切换自动驾驶保证了：位于机上的碰撞警告系统察觉到安全网任务（“Safety Net（安全网）”功能），并且对于无人飞行器的飞行运行而言不是例行的工具。尽管为了保证飞行器之间的所需距离可以预先由监控站影响飞行，但是数据链路、即连接中的可能的延时是一个问题。在数据链路断裂时，根据本发明保证了回避绕行的执行，因为这与操作员的人工干预无关地进行。自动回避也因此是有利的，因为发起回避绕行可用的时间预算是非常有限的，这也与不必要的回避绕行是不期望的有关。

例如，无人飞行器具有飞行监控系统，该飞行监控系统具有飞行监控单元、执行机构系统和导航系统。此外，可以设置飞行数据系统。飞行监控单元此外包括自动驾驶设备。飞行监控单元根据来自导航系统和自动驾驶设备的数据、以及必要时从来自飞行数据系统的数据中计算出控制命令，所述控制命令被输送给执行机构系统以用于控制提升和推进系统，以便飞行无人飞行器。

例如，自动驾驶设备可以在排除回避绕行时以及必要时也在回避绕行中断时将无人飞行器再次引导到预先给定的航迹——即路径引导或轨道——和/或目标。

应当指出，装置的实施例、实施方式以及各方面的特征也适用于方法的实施方式和各方面以及示例。此外，也可以把未明确提到可组合的特征彼此自由组合。

附图说明

下面根据附图进一步探讨本发明的实施例。

图1示出了根据本发明的第一实施例的无人飞行器；

图2示出了根据本发明的无人飞行器的另一实施例；

图3示出了根据本发明的实施例的无人航空系统；

图4示出了用在例如根据图3的无人航空系统中的输入设备；

图5示出了用在根据本发明、例如根据图3中所示的航空系统的无人航空系统中的监控站；

图6示出了用在根据本发明的无人飞行器中的根据本发明的碰撞警告系统；

图7示出了根据本发明实施例的用于在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法；

图8示出了根据本发明的用于在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法的另一实施例；

图9示出了根据本发明的用于在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法的实施例的另一方面；

图10示出了根据本发明的用于在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法的另一方面；

图11示出了用于在无人飞行器飞行时避免碰撞的根据本发明的系统和方法的示意性概况图；

图12示出了用在根据本发明无人航空系统中的根据本发明的监控站的另一实施例；

图13示出了图12中所示监控站的另一方面；

图14示出了图12和13中所示监控站的另一方面；以及

图15示出了根据本发明的监控站的另一方面。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明的第一实施例的无人飞行器10。飞行器10具有提升和推进系统12。例如，作为提升系统的基本特征示出了两个侧翼形式的机翼结构14。此外示出了两个被设置用于所需推进的涡轮喷气发动机16；此外，在后部区域中示出了水平尾翼18以及垂直尾翼20。飞行器10例如可以具有飞行器常见的机身结构，但是未给其配备附图标记。

在此应当指出，根据所示实施例的无人飞行器10是无人飞机。但是本发明还涉及其他类型的飞行器，其中除了飞机以外还有尤其是直升机或其他所谓的转翼式飞行器。此外，本发明还涉及航空飞船，其中提升不是通过机翼构造、至少主要部分不是通过机翼构造引起的，而是通过提升体引起的。关于推进可能性，在附图中示例性地示出了涡轮喷气发动机或涡轮喷气发动机对，其中应当明确指出，当然也可以使用其他的推进可能性、尤其是螺旋桨驱动器以及不同组合和不同数目的所使用单元。同样可以考虑其他飞机结构，比如所谓的无尾飞机，其中未设置分离的机身构造；以及具有多个机翼元件或其他驱动系统（比如舵机旋翼及其改进）的飞机。

对于根据本发明的无人飞行器及其不同实施方式重要的是，飞行器10具有一种装置，该装置负责：飞行器能够在空中飞行并且在其飞行方向方面可控。术语“飞行方向”包括：垂直的方向改变、即爬升和下沉率；以及水平的方向改变、即航向改变。飞机的术语也应适用于例如气球的前进运动，这通常与术语“驾驶”相联系。因此，本发明还适用于如下的气球构造：其中设置有相应的可调推进部件并且其中还设置有用于提升的调节可能性以便保证所述的控制能力。

回到图1，无人飞行器10此外具有飞行监控系统22。该飞行监控系统22具有飞行监控单元24、导航系统26、以及执行机构系统28。所述特征示意性地用框或箱形框形框来表示，其中应当明确指出，导航系统26以及飞行监控单元24也可以集成地构造。此外，执行机构系统28被示意性地示出并且包括未示出的致动器或执行器以及控制线路或信号线路。无论如何，执行机构系统所负责的是，可以借助于提升和推进系统12来控制无人飞行器10。因此，除了到未进一步示出的副翼或机翼14处的其余调节元件以及到水平尾翼18或升降舵以及垂直尾翼20等的连接以外，执行机构系统还包括到发动机16的连接。所述控制元件的启用符号化地用箭头结构29表示。执行机构系统例如使舵面（Steuerfläche）到达所命令的位置。

此外，飞行监控单元24具有自动驾驶设备30。飞行监控单元24被设置为根据来自导航系统26和/或自动驾驶设备30的数据计算出控制命令，所述控制命令可以被输送给执行机构系统以用于控制提升和推进系统12。在图1中符号化地用各个框之间的连接示意性地示出了飞行监控单元24、导航系统26和执行机构系统28之间的连接或数据连接以及数据和控制命令从自动驾驶设备30的提供。当然，该连接例如可以通过总线系统或者通过其余连接、例如通过中央控制单元来实施。

此外，根据本发明设置有碰撞警告系统32，该碰撞警告系统与飞行监控系统22连接，但是这未进一步示出。碰撞警告系统32检测碰撞情况并且提供碰撞避免数据，这用箭头34表明。

此外，设置有碰撞警告系统32与自动驾驶设备30之间的连接，以便由自动驾驶设备30根据碰撞避免数据促使回避绕行。连接36是示例性示出的，并且当然也可以以间接方式、例如通过碰撞警告系统32与飞行监控单元24的连接进行，这通过附图标记36a示意性表明。此外可以设置，飞行监控系统22具有飞行数据系统，但是这未进一步示出，该飞行数据系统向飞行监控单元传送数据以便计算出控制命令。

例如如果设置有用于将碰撞警告系统与飞行监控单元（也称为飞行监控计算机）相连接的总线系统，则可以在该总线系统上传输相应的消息，其中碰撞警告系统利用所述消息向飞行监控计算机通知其当前状态。这可以是识别出与另一飞行器的碰撞、不存在碰撞，也可以是碰撞已被成功解除的信息，或者也可以是碰撞警告系统自身的状态信息。根据本发明的另一方面，碰撞警告系统可以与飞行监控系统作为整体连接。根据本发明的另一方面，碰撞警告系统可以与飞行监控系统作为整体连接。

碰撞警告系统例如可以被实施成TCAS系统。在TCAS系统的情况下，无人飞行器的碰撞警告系统与空域中的其他飞机的应答机通讯，并且从所传输的数据中确定其所处的交通情况，以便由此确定可能的碰撞情况。由飞行器的TCAS系统周期性地计算出的相对于其他飞行器的参数——如距离、方向、接近速度、飞行高度和爬升或下沉率——使得该系统能够预测碰撞危险。

基于这些参数，TCAS确定最靠近的接近CPA（Closest Point of Approach，最近的接近点）和为了到达空域中的该位置所需的时长（TAU）。这根据图11进一步阐述。

根据图2中示出的另一实施例，设置数据连接设备38，该数据连接设备在图2中示意性表明并且与未示出的监控站连接以用于引导和监视无人飞行器的飞行。数据连接设备38配备有抑制装置40，该抑制装置同样位于无人飞行器12的机上，其中利用抑制装置40可以至少暂时抑制回避绕行的实施。

例如，回避绕行的执行可以被抑制或中断。根据另一示例，可以暂时阻塞碰撞警告系统与自动驾驶设备之间的连接、至少暂时阻塞数据传输。碰撞警告系统与自动驾驶设备之间的连接的阻塞例如可以借助于监控站（未示出）来触发。例如，可以借助于抑制装置40来停用碰撞警告系统32。

根据本发明，还设置一种在图3中在第一实施例中示出的无人航空系统。无人航空系统42具有根据前述实施例和方面的至少一个无人飞行器12。此外设置有用于引导和监视无人飞行器12的飞行的至少一个监控站44、以及监控站与无人飞行器之间的数据连接38。监控站44具有输入设备46，该输入设备可用于生成可以借助于数据连接38输送给无人飞行器12的信号，以便引起至少暂时抑制回避绕行的实施。该信号用箭头48示意性地示出。

通过数据连接38，监控站44、例如地面站处的操作员例如可以通知碰撞警告系统、例如TCAS系统的状态，并且通过数据连接具有的可能性是，通过所定义的由地面监控站中的操作员定义并经由数据链路被发送给无人飞行器的机上系统的命令对通过无人飞行器机上的碰撞警告设备所促使的回避绕行实施造成影响。

对碰撞警告系统和回避推荐的原则上设置的自动启用导致提高无人飞行器的安全性，其中所述回避推荐可以在自动驾驶中转换成相应的控制命令。借助于回避绕行的上述抑制或中断，操作员例如可以通过上面定义的命令来停用自动实施。

例如，输入设备46是可视显示装置52上的可启用表面50，这在图4中示意性示出。例如，可启用表面50可以通过移动未进一步示出的光标和鼠标点击来实施。此外可能的是，将可启用表面50构造成屏幕上、例如触摸屏上的触敏表面。

根据本发明规定：提供一种无人航空系统42，其中监控站44可以通过数据连接38来干预（例如控制或调节）由自动驾驶设备控制的回避绕行，或者可以抑制回避绕行。

根据本发明的另一方面，碰撞警告系统的结果、即碰撞避免数据或关于碰撞情况的信息可以被传送给监控站、例如地面监控站并且在那里例如作为符号或文本信息显示在显示器上。

在图5中在另一实施例中示出，监控站44可以具有配备有显示器56的人/机界面54，其中在显示器56上可以显示碰撞避免数据58，其中碰撞避免数据58还具有可作为文本显示的用于回避绕行的控制命令60。

例如，控制命令60具有关于爬升率/下沉率和/或航向改变的预先给定。此外还可能的是，显示对控制命令60允许的区域。

根据另一未示出的示例，可能的是，碰撞避免数据具有不同的指示级和/或警告级，其中所述指示级和/或警告级通过控制命令的图形化保存来显示。

根据本发明的另一方面，碰撞警告系统32具有至少两个可自动启用的运行模式。这将根据图6来阐述。碰撞警告系统32用箱形框形框来示意性示出。利用两个侧向箭头62、64表明，碰撞警告系统32可以呈现第一模式66和第二模式68。例如，在第一模式66中，在确定碰撞情况的情况下生成和输出碰撞警告70和回避推荐72，这用指向箱形框形框76的另一箭头74来示出。例如，在第二模式68中，可以在确定碰撞情况的情况下仅仅生成和输出碰撞警告70，这用汇入箱形框形框80中的第二水平箭头78来示出。碰撞警告70例如可以包含交通警告。此外，可以设置第三模式82，其中在确定碰撞情况的情况下不输出碰撞警告或回避推荐。为此设置第三箭头84。

根据本发明的同样结合图6示出、但不一定必要的另一方面，运行模式、例如三个模式66、68、82可以根据飞行器的运行参数和/或根据飞行数据被自动启用，为此在图6中示出了另一箱形框86，从该箱形框朝向碰撞警告系统32的方向有另一箭头88，由此将示出到该系统中的参数和数据输入。飞行数据例如可以包括：通过飞过特定的航路点触发信号。

例如，可以在放下起落架时启用其中中断回避绕行的运行模式，这未进一步示出。例如，还可以在放下起落架时启用其中仅仅生成和输出碰撞警告的运行模式。根据另一示例，可以在放下起落架时启用其中既不生成和输出碰撞警告也不生成和输出回避推荐的运行模式。此外可能的是，在执行机构系统和/或提升和推进系统出现故障时、例如在发动机故障时启用其中抑制回避绕行的运行模式、或者其中仅仅生成和输出碰撞警告的运行模式、或者其中既不生成和输出碰撞警告也不生成和输出回避推荐的运行模式。

如已经提到的那样，碰撞避免数据、例如回避推荐72可以包括用于回避绕行的指令，所述指令涉及无人飞机或无人飞行器的爬升率/下沉率。例如还可能的是，具有用于回避绕行的指令的碰撞避免数据涉及飞行器的航向改变。当然所述指令也可以包括两方面。

根据本发明的另一方面规定：可以在启用所确定的运行模式时暂时抑制回避绕行的实施。例如，这可以针对第三运行模式82确定。除此之外还可能的是，将所示的运行模式与另一运行模式叠加，也就是说，要么碰撞警告和回避推荐的相应输出（如在第一模式66中那样）要么碰撞警告的输出（如在第二模式68中那样），以及同时规定：自动驾驶系统或自动驾驶设备30不实施回避绕行并且在已经实施存在的回避绕行的情况下中断或取消该回避绕行。

碰撞警告系统的运行模式的改变例如以飞机自主的方式基于无人飞行器的状态信息、例如无人飞行器的飞行计划来进行。

碰撞警告系统的运行模式的自动改变例如可以由飞行监控系统通过预编程以及存储在无人飞行器的飞行计划中的触发点进行，例如通过在已经在无人飞行器的操作员的任务计划中定义的航路点特性来启用。另一可能性还在于，运行模式由于无人飞行器的飞行监控系统的飞行阶段改变、例如在起飞或着陆时引起。

如果碰撞警告系统例如向飞行监控单元报告回避推荐，则这在飞行监控系统的飞行管理中检查一致性。如果在飞行管理中启用了所要求的回避绕行的执行，则该执行可以命令碰撞警告系统向飞行引导功能所要求的爬升率/下沉率和/或航向改变连同将其切换到相应模式中以转换爬升率/下沉率和/或航向改变。

如果碰撞警告系统例如报告“冲突清除（clear of conflict）”或者无人飞行器的操作员命令中断回避绕行，则飞行引导的飞行管理再次命令启用标准模式。

如果飞行引导功能包含爬升率/下沉率命令，则经度引导功能切换到相应的模式。无人飞行器的侧向引导在此不必受影响，并且再次遵循由航路点预先给定的航迹，除非飞行引导功能还包含航向改变命令。如果启用标准引导模式，则该飞行引导遵循由航路点预先给定的航迹。如果由于以前的回避绕行而产生了预先给定与无人飞行器的实际位置之间的高度差，则将无人飞行器引导回到预先给定高度。

在图7中示意性地示出了根据本发明的用于在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法200的基本步骤。方法200包括下列步骤：在检测步骤210中，利用无人飞行器的碰撞警告系统检测碰撞情况212。接着规定：由碰撞警告系统生成214碰撞避免数据216。然后，将碰撞避免数据输送218给无人飞行器的自动驾驶设备。最后，由自动驾驶设备促使222回避绕行220。

由此，无人飞行器能够在即将碰撞的情况下检测到该碰撞情况212并且通过由无人飞行器的机上自动驾驶设备实施回避绕行220来避免碰撞。

根据本发明的另一实施例规定：如图7中所示，将抑制信号224输送给抑制装置226，这用箭头228示出。抑制装置226引起：回避绕行220至少暂时被中断，其中在图8中，抑制通过框218与框222之间的连接线232的中断230来表明。用箭头234示意性地示出至少暂时中断的造成，该箭头从抑制装置226指向连接线或虚线连接线232的方向。

在此应当指出，抑制装置的作用也可以设置在该方法的另一位置。例如，对碰撞警告系统的作用可能已经抑制了碰撞避免数据的生成，使得也不能导致回避绕行的实施。无论如何，抑制信号都造成：根据一个示例，例如通过中断数据流以及例如通过实际上物理中断连接线路来临时中断碰撞警告系统与自动驾驶设备的连接，如这已经在上面表明的那样。

根据本发明的另一方面设置图9中所示的方法，其中由用于引导和监视无人飞行器的飞行的监控站236生成抑制信号（这通过附图标记238表明），并且将其通过数据连接240输送给在图9中通过框242示意性示出的无人飞行器。

根据本发明的方面因此可能的是，规定在图8中示出的在无人飞行器的机上生成抑制信号224。根据本发明的在图9中示意性示出的实施例规定，在无人飞行器之外、例如借助于监控站236生成抑制信号，并将其通过数据连接240输送给无人飞行器242。

监控站例如可以位于地上或位于空中的单独的飞行器内。应当指出，监控站可以被设置为固定安装的或静止的、即移动的。此外，根据本发明设置一个实施例，其中监控站位于船只（例如船舶或潜水艇）的机上或者移动或固定安装的浮动平台的机上，这同样适用于在海底抛锚或打桩的处于水面以上的平台、以及水面以下的控制站。

根据本发明的在图10中示出的另一实施例，规定一种方法，其中在监控站236与无人飞行器242之间的数据连接240失灵时将碰撞警告系统自动地与自动驾驶设备连接，并且在检测到碰撞情况和生成碰撞避免数据的情况下，自动驾驶设备自动地执行回避绕行。为此，在图10中在虚线的外部框中示出了无人飞行器242，在该外部框内第一框244表示碰撞警告系统并且第二框246表示自动驾驶设备。自动连接用碰撞警告系统244与自动驾驶设备246之间的连接线248来表示。另一框250将表示回避绕行的执行，其中回避绕行在该另一框250内由附图标记252来表示。数据连接240的中断、即失灵用附图标记254符号化地表明，其中监控站236与飞行器242之间的连接线240明显可见地中断。

当然，数据连接240的失灵254可以是例如无线电连接的完全失灵，以及也可以是发生障碍、但是继续保持的无线电连接。

根据图10中所示的示例性方法保证：无人飞行器242即使在由于数据连接断裂或中断而不再能够从监控站访问时仍然由于预先给定自动实施回避绕行而避免碰撞。因此可能的是，从监控站人工地导致回避绕行的实施，例如中断这点或人工地实施其他，而无需在数据连接断裂时承受碰撞的风险，因为在这种情况下自动执行回避绕行。

参照图10应当指出，碰撞警告系统244与自动驾驶设备246的所示连接表示如下的数据连接：该数据连接可以要么被直接设置在两个部件或单元之间要么也可以间接地借助于图1中已经示出的飞行监控系统的情形来设置。

如上面已经提到的那样，可以规定一种方法：其中自动驾驶设备在结束回避绕行时将无人飞行器再次引导到预先给定的路径引导和/或预先给定的目标。

可以从操作员或操作人员一侧通过监控站来干预回避绕行的自动执行的上述可能性可以根据本发明也作为“选择性退出逻辑（Opt-Out-Logik）”来计算。自动切换回到自动驾驶或者在所设置的回避绕行情况下促使回避绕行在数据线路中断时保证：无人飞行器根据本发明始终能够避免与其他承载有应答机的物体、例如其他飞行器的碰撞。由此例如空域类A、B和C以及D中的无人飞行器的运行可以利用专门的程序来进行。在此应当指出，选择性退出逻辑对于前一所述方面不是直接的前提条件，而仅仅是另一监控可能性。

图11中示意性地示出了根据本发明的无人飞行器110。此外示意性地示出了飞机111，该飞机向无人飞行器110的方向移动。在无人飞行器110周围定义了关于直到碰撞的时间间隔的保护区。该时间间隔在下面的区域中用距离箭头113示意性表示。

围绕无人飞行器110，第一较大的保护区115例如被示为20海里（NM）的距离，以及第二保护区117被示为3.3NM并且第三保护区119被示为2.1NM。应当指出，所述值是作为示例性阈值列举的，这些值可以通过诸如TCAS的系统来预先给定。

例如，在第二保护区117内仅仅生成和提供碰撞警告，该碰撞警告在图11中用代表“交通咨询（Traffic Advisory）”的字母TA来表示。

在第三保护区119中生成和输出由代表“解决咨询（Resolution Advisory）”的字母RA表示的回避推荐。在图11的下面的区域中以示意性的纵截面图示出了上面示出的情况，以作为上面所示的水平俯视图的补充。如可以辨认出的那样，无人飞行器110以及飞机111彼此相向移动，从而存在碰撞危险。保护区在此包括飞机的飞行高度之下和之上的区域，这些区域用水平线121来表明。

图12中示出了已经提到的输入设备46的片段，该输入设备设置在监控站中以便监视以及引导无人飞行器的飞行。示出了已经提到的人/机界面（亦称人机界面（HMI））的显示器56的实施例。图12中以屏幕110的形式示出了显示器56，在该屏幕上的相对中心处存在第一区域112，在该第一区域上在两个同心圆114和116的中心处存在代表无人飞行器的符号118。所述圆用于由驾驶员估计距离，并且亦称测距环。无人飞行器118在其飞行方向上配备有飞行方向线120以及与其横切的点状表示的线122。此外在两个同心圆的外部圆114内还设置有天空方向说明124。

相对于测距环、例如借助于圆126、处于顶端的方形128或经填充的方形120形式的符号示出了周围的飞机（TCAS术语“入侵者”）。该符号表示法例如可以由TCAS来履行。显示器110上所示出的另外的附加标记将不予以详细说明。

仅仅应当提到的是，例如在碰撞警告区域的右部绘制了指南针132以及位于左上角的具有人造地平仪134的区域。

此外，还存在诸如下列说明：油箱状态显示器136、液压状态显示器138、起落架状态显示器140、以及尤其是还有具有油温和油压的油状态显示器142。此外，在指南针附近的上方绘出了高度测量说明144、以及速度显示器146。最后，在右上角还存在用于调节收发机识别148的域。图示的附加内容仅仅应当被理解成示例性的。这不对碰撞警告系统的描述产生影响并且可以被列为与之无关的。

根据本发明还规定：在确定的碰撞情况的情况下，以回避推荐形式示出碰撞避免数据。为此，在具有不同保护区的中间区域112以及处于中部的无人飞行器118的下方设置有碰撞信息传输区域150，该区域例如被构造为可明显识别的横向延伸的条带区域152。如已经提到的那样，碰撞避免数据可以具有用于回避绕行的控制命令，这些控制命令可被示为文本154。

例如在图12中示出了指令“TCAS爬升1500ft/min”，以便使得位于监控站中的操作员能够首先察觉该信息或说明。

在存在到无人飞行器的数据连接的情况下，操作员现在可以通过被示为屏幕的界面的输入域输入相应的控制命令。由于根据本发明规定：除了由操作员停用自动驾驶回避绕行运行的情况以外始终自动导致由驾驶员实施回避绕行，因此操作员接收到无人飞行器机上的自动驾驶系统实施的那些说明。

根据一个方面，不设置控制命令的人工输入。TCAS警告的显示器用于向操作员通知、即向其告知情况，否则操作员可能将（不受其指挥的）其无人飞行器的提升或下沉错误理解为自动驾驶的故障。此外，操作员可以在其认为必要时中断回避绕行。

例如，可以保存具有颜色、例如红色的条带形图示，以便由此指示第二警告或指示级，其中在启用或未停用自动驾驶的情况下导致实施回避绕行。

例如如果没有危险情况逼近，也就是说，碰撞警告系统未确定碰撞情况，则可以设置的附加选项是，显示器以条带形式、例如保存为绿色的并且没有文本地或可能用表示存在警告情况的文本保存。在回避绕行执行成功、即“冲突清除”的情况下，可以将条带图示152保存为绿色的，但这未进一步示出。

在所谓的“黑暗和安静的驾驶舱（Dark and Silent Cockpit）”哲学的情形下，其中仅仅专门示出了同额定状态的偏差，可以规定：放弃表示不存在碰撞的专门的显示器；被设置用于显示警告的表面在这种情况下简单地保持为黑色/暗色，即不进行显示。

如已经提到的那样，可以在相应回避绕行的在图12以及图3中所示的文本显示的情形下还补充地显示相应允许的区域，这导致所有为了判断回避绕行所需的信息整合地以视觉和文本方式被显示。

图13中示出了图12中显示器的另一实施方式，因此未给相同图示重新配备附图标记。在这种情况下，条带152同样被保存为红色的，但是具有其他文本信息、即表示无人飞行器处于提升过程中的信息，这通过说明“TCAS爬升正在进行”来表示。

此外，监控站与无人飞行器之间存在数据连接的情况下，现在存在的可能性是，生成未进一步示出、但在上面已经多次提到的信号，该信号可以借助于数据连接被输送给无人飞行器，以便导致至少暂时抑制回避绕行的实施。

这例如可以通过配备有术语“终止”的域156来进行，该域例如可以借助于鼠标点击来启用，以便中断正在实施的回避绕行、即提升过程。中断按钮或中断域156允许显式地中断回避绕行。如果由于切换回或启用碰撞警告系统的所谓的低运行模式，使得不再生成回避推荐，则自动回避的功能由此也被停用，也就是说，这是回避绕行的隐式中断。

如已经提到的那样，根据本发明此外还规定：在中断监控站与无人飞行器之间的数据连接的情况下自动导致在无人飞行器的机上，自动驾驶在仍然需要回避绕行的情况下再次开始回避绕行。由此保证：操作员尽管可以通过监控站通过其例如中断回避绕行来超驰地干预无人飞行器机上的事件、即控制，但是操作员对无人飞行器不具有监控，即如果数据连接断裂或者中断或者仅仅允许不完整的数据传送，则无人飞行器可以再次恢复到安全模式、即通过自动驾驶自动实施回避绕行。

图14中示出了显示器110的另一方面。条带区域152例如被示为橙色色调，其与图12和13中的红色显著区分开。但是作为文本信息，指示碰撞情况的词语“交通”仅仅示出了碰撞警告，而未示出回避推荐，这在图12和13的图示中情况如此。

尽管在内部保护区116之内已经由碰撞警告系统确定了飞行器，但是仅仅说明了碰撞警告，因为碰撞警告系统处于如下运行模式中，在该运行模式中仅仅输出碰撞警告。这用显示器110的右上部区域中的显示158来表示，其中存在信息“仅限于TA”，这指示：仅仅示出碰撞警告。与之相比，在图12和13中，显示装置158针对碰撞警告系统的运行模式被调节到模式TA/RA，也就是说，示出了碰撞警告并且必要时还示出了回避推荐。

如已经提到的那样，如果存在与无人飞行器的数据连接，则操作员可以借助于可启用的显示110通过同时还充当控制装置的显示装置来调节运行模式。

例如，自动切换到碰撞警告系统的安全运行方式、即输出碰撞警告和回避推荐以及最后耦合用于实施回避绕行的自动驾驶系统，使得所述回避绕行在数据连接中断的情况下再次被启用，以便始终保证无人飞行器的安全的飞行运行。

但是除此之外还可能的是，无人飞行器自身配备有相应的数据输入装置，以便根据飞行器、即无人飞行器的运行参数和/或根据飞行数据来自动启用运行模式。在存在数据连接的情况下，于是将该信息传送给监控站并且在那里相应地进行显示158。

根据本发明的另一方面可以规定：将碰撞警告信息与无人飞行器118的符号一起也用框图表示来保存，这在图15中示例性示出。与（拓扑式）框图表示的组合的中心方面是，与周围地带——这由于碰撞警告系统的侧向或垂直回避推荐而尤其是可能出现在山区中——的可能的冲突可以被主动识别。在根据本发明的无人飞行器的情况下，当例如数据链路的实际可用带宽不允许实时视频传输时，则这是识别和判断这样的冲突的可能性。在该图示中也使用类似的符号表示法，在这种情况下补充了处于顶端的经填充的方形160。

上述实施例可以以不同方式相组合。尤其是还可以将装置的各方面用于方法的实施方式以及装置的应用，并且反之亦然。

作为补充应当指出，“包括”不排除其他元素或步骤，“一个”或“一”不排除多个。另外应当指出，已经参照上述实施例和方面之一描述的特征或步骤也可以与上述其他实施例和方面的其他特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应看成是限制性的。

Claims (7)

1.一种无人飞行器（10），具有：

－提升和推进系统（12）；以及

－飞行监控系统（22），具有：

－飞行监控单元（24）；

－导航系统（26）；以及

－执行机构系统（28）；

其中所述飞行监控单元具有自动驾驶设备（30）；

其中所述飞行监控单元被设置为根据来自所述导航系统和/或所述自动驾驶设备的数据计算出控制命令，所述控制命令能被输送给所述执行机构系统以控制所述提升和推进系统；

其中设置有与所述飞行监控系统连接的碰撞警告系统（32）；其中所述碰撞警告系统检测碰撞情况并且提供碰撞避免数据（34）；以及

其中设置有所述碰撞警告系统与所述自动驾驶设备之间的连接（36），以便由所述自动驾驶设备根据所述碰撞避免数据促使回避绕行，

其中设置有数据连接设备（38），以与用于引导和监视所述无人飞行器的飞行的监控站连接；以及

其中所述数据连接设备配备有抑制装置（40），利用所述抑制装置（40）能至少暂时地抑制回避绕行的实施。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中所述碰撞警告系统（32）具有至少两个运行模式（66，68）；并且其中所述运行模式能够根据所述飞行器的运行参数和/或根据飞行数据（86）自动启用。

3.根据权利要求1或2所述的无人飞行器，其中在所述数据连接设备（38）失灵的情况下，所述碰撞警告系统能自动与所述自动驾驶设备连接；并且其中在检测到碰撞情况和生成碰撞避免数据的情况下，能借助于所述自动驾驶设备来自动执行回避绕行。

4.一种无人航空系统（42），具有：

－至少一个根据前述权利要求之一所述的无人飞行器（10）；

－至少一个监控站（44），用于引导和监视所述至少一个无人飞行器的飞行；以及

－所述监控站与所示至少一个无人飞行器之间的数据连接设备（38）；

其中所述监控站具有输入设备（46），利用所述输入设备能生成能借助于所述数据连接设备输送给所述无人飞行器的信号（48），以便导致至少暂时地抑制回避绕行的实施。

5.根据权利要求4所述的无人航空系统，其中所述监控站具有人机界面（54），所述人机界面配备有显示器（56）；其中能在所述显示器上显示碰撞避免数据（58）；其中所述碰撞避免数据具有用于回避绕行的控制命令（60），所述控制命令能作为文本显示。

6.一种用于在无人飞行器飞行时避免碰撞的方法，包括下列步骤：

a) 利用所述无人飞行器的碰撞警告系统来检测碰撞情况；

b）通过所述碰撞警告系统来生成碰撞避免数据；

c）将所述碰撞避免数据输送给所述无人飞行器的自动驾驶设备；

d）通过所述自动驾驶设备促使回避绕行，

其中将抑制信号输送给抑制装置，并且至少暂时抑制至少一个回避绕行，

其中所述抑制信号由用于引导和监视所述无人飞行器的飞行的监控站生成，并且通过数据连接设备输送给所述无人飞行器。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述数据连接设备失灵时将所述碰撞警告系统与所述自动驾驶设备自动连接，并且在检测到碰撞情况并生成碰撞避免数据的情况下，所述自动驾驶设备自动执行回避绕行。