CN104843192B - 提供着陆超标报警和避免的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供倾斜的着陆超标报警和避免的系统和方法。一种系统，其包括表面坡度测定系统，其被配置为测量飞行器和表面之间的多个距离。该系统也包括惯性导航系统，其被配置为感测飞行器位置信息。飞行控制系统被通信地连接至表面坡度测定系统和惯性导航系统。该飞行控制系统被配置为估计表面的倾斜角。该飞行控制系统也被配置为基于倾斜角和飞行器位置信息测定一个或多个趋近特征。该飞行器控制系统被另外配置为当一个或多个亲近特征超过预定的阈值时，识别报警条件并执行一种或多种避免措施。当识别报警条件时，飞行员提示设备也生成通知。

Description

提供着陆超标报警和避免的系统和方法
技术领域本公开一般涉及当接近着陆的表面时用于帮助飞行员的报警系统。
背景技术
在没有改善的、倾斜的或移动的地形上着陆飞行器需要有经验的驾驶技能。例如，固定翼飞行器通常着陆在可能倾斜的草地跑道上。相似地，旋翼式飞行器通常试图着陆在可能倾斜的和/或移动的着陆表面上。例如，直升机通常着陆在海承载(sea-bearing)船只上，比如船和航空母舰。着陆表面的坡度可能超过可容许的交通工具的限制，从而阻止着陆。例如，过度倾斜或不均匀的着陆表面可使得飞行器在着陆后失去平衡，这可能导致飞行器翻转。另外地，可能难以从驾驶舱的制高点或观察位置辨别着陆表面的坡度。例如，环境条件，比如天气，可损害着陆表面的可见度，使得飞行员不能正确地观察着陆表面的坡度以确定该表面是否是适合于着陆。
常规系统因将关于不同的飞行条件的警告提供给飞行员而众所周知。然而，当在没有改善的、倾斜的或移动的表面或地形上着陆飞行器时，这些已知的系统可能不能令人满意地执行以帮助飞行员。另外地，在飞行员试图着陆在过度倾斜的地形上之前，这些已知的系统不提供该地形的事前报警或避免帮助。这些已知的系统也不给飞行员提供指示，以避免在倾斜的地形上着陆。
发明内容
依照实施方式，提供了在着陆期间用于帮助飞行员的系统。该系统包括表面坡度测定系统，其被配置为测量飞行器和表面之间的多个距离。该系统也包括惯性导航系统，其被配置为感测飞行器位置信息。该系统进一步包括通信地连接至表面坡度测定系统和惯性导航系统的飞行控制系统。该飞行控制系统被配置为基于距离估计表面的倾斜角。该飞行控制系统进一步被配置为基于倾斜角和飞行器位置信息测定一个或多个趋近特征(approach characteristics)。该飞行控制系统也可被配置为当一个或多个趋近特征超过预定的阈值时，识别报警条件和执行一种或多种避免措施。该系统还包括通信地连接至飞行控制系统的飞行员提示设备。飞行员提示设备被配置为当识别报警条件时，生成通知。
依照另一个实施方式，提供了当接近表面时帮助飞行员的方法。该方法包括测量飞行器和表面的多个距离。该方法还包括基于该距离感测飞行器位置信息和估计与表面相关的倾斜角。该方法进一步包括基于倾斜角和飞行器位置信息来测定一个或多个趋近特征。该方法另外地包括当一个或多个该趋近特征超过预定的阈值时，识别报警条件，并根据报警条件的识别生成报警通知。该方法也包括响应该报警条件执行一种或多种避免措施。
依照另一个实施方式，提供了空中平台，其包括固定翼或旋翼式飞行器的一种，固定翼或旋翼式飞行器具有报警系统。该报警系统包括表面坡度测定系统，其被配置为测量飞行器和表面之间的多个距离。该报警系统也包括惯性导航系统和飞行控制系统，所述惯性导航系统被配置为感测飞行器的飞行器位置信息，所述飞行控制系统被通信地连接至表面坡度测定系统和惯性导航系统。该飞行控制系统被配置为基于距离估计表面的倾斜角和基于倾斜角和飞行器位置信息测定一个或多个趋近特征。另外地，该飞行控制系统被配置为当一个或多个趋近特征超过预定的阈值时，识别报警条件并执行一种或多种避免措施。该报警系统进一步包括通信地连接至飞行控制系统的飞行员提示设备，其中该飞行员提示设备被配置为当识别报警条件时生成通知。
已经讨论的特征和功能可在各种实施方式中独立地或可在其它实施方式中结合实现，其进一步的细节可参见关于下面的描述和附图。
附图说明
参考下面的附图和描述，可更好的理解本公开内容。附图中的部件不一定按比例绘制，相反强调将重点放在阐明本公开的原则。在附图中，同样的数字表示同样的部分。
图1是依照实施方式具有报警系统的飞行器的示意图。
图2是依照实施方式准备在表面上着陆的图1的飞行器的图解。
图3是依照实施方式显示固定传感器的操作的图1的飞行器的图解。
图4是依照实施方式显示万向传感器的操作的图1的飞行器的图解。
图5是依照实施方式显示报警系统的部件的系统方框图。
图6是依照实施方式当接近表面时用于帮助飞行员的操作的图解。
具体实施方式
当连同附图阅读时，将更好理解某些实施方式的以下详细描述。应当理解，各种实施方式不限于附图中显示的布置和手段。就附图图解各种实施方式的功能块的图而言，功能块不一定表明硬件电路之间的分割。因此，例如，一个或多个功能块(例如，处理器、控制器或存储器)可在单块硬件(例如，通用的信号处理器或随机存取存储器、硬盘等)或多块硬件中执行。同样地，任何程序可以是独立的程序，可在操作系统中作为子程序被合并，可在安装的软件包等中具有功能等等。应当理解，各种实施方式不限于附图中显示的布置和手段。
如本文所使用，以单数列举的或词语“一”或“一个”在其之前的元件或步骤应该被理解为不将复数的所述元件或步骤排除在外，除非此类排除被明确地说明。而且，提及“一个实施方式”不旨在被理解为排除存在的也合并所列举特性的另外的实施方式。而且，除非明确地指出相反，“包括”或“具有”元件或多个元件——其具有特定性能——的实施方式可包括额外的不具有那种性能的此类元件。
如本文所使用，术语“系统”、“单元”或“模块”可包括操作以执行一种或多种功能的硬件和/或软件系统。例如，模块、单元或系统可包括计算机处理器、控制器或其它基于逻辑的设备——其基于储存在有形的和非临时性的计算机可读存储介质比如计算机内存中的指令执行操作。可选地，模块、单元或系统可包括基于设备的硬连接逻辑执行操作的硬连接设备。附图中显示的该模块、系统或单元可表示基于软件或硬连接指令操作的硬件、指导硬件以执行操作的软件或其组合。
本文描述了当飞行器正接近着陆的表面时，用于帮助飞行器飞行员的方法和系统。例如，在各种实施方式中，在具有直观的触觉提示(例如，提供作为通信地连接至飞行控制系统的飞行员提示设备的一部分)的着陆期间提供了用于帮助飞行员的系统，其用于报警飞行员并避免在其角度超过飞行器允许的角度的斜坡上着陆。该系统也可执行一种或多种避免措施。在各种实施方式中，该飞行器可由在飞行器上的飞行员导向，或可被无人操纵，这样飞行器由在远距离操纵站的远距离操纵者驾驶。因此，该提示系统可在飞行器上或可在远距离操纵站处。例如，远距离操纵站可包括垂直轴控制器和平移控制器(例如，驾驶杆)。
在操作中，报警系统可提供不同类型的着陆超标(exceedance)报警和/或避免机构，比如振动警报、反向驱动和/或软停止等，其可应用至例如远距离操纵站处的飞行器上的一个或多个控制器(例如，远距离操纵站的垂直轴控制器和/或平移控制器)。在各种实施方式中，该表面是飞行器试图着陆在其上的着陆表面，比如，例如，跑道、直升机停机坪、舰载移动表面、未改善的表面等。各种实施方式的系统和方法通过在一个或多个趋近特征超过允许的限度之前提供通知例如一种或多种不同类型的提示或执行避免措施来帮助飞行员。
各种实施方式中的趋近特征基于表面的坡度。例如，允许的限度可基于几何结构、运行特性和/或飞行器的结构限制。应当注意，尽管给飞行员的通知可描述为包括听觉提示、视觉提示或触觉提示的至少一种，但其它提示可按照期望或需要被提供。
一般而言，各种实施方式的一个或多个报警系统可包括通信地连接至一个或多个传感器或探测器，比如在一个实施方式中被配置为表面坡度测定系统的一个或多个飞行控制计算机。该表面坡度测定系统可包括飞行器上和/或飞行器外的多个传感器，其被配置为测量飞行器和表面之间的距离。飞行控制计算机(一个或多个)也可包括被配置为利用该距离确定一种或多种报警条件的飞行控制系统。例如，在各种实施方式中，当趋近特征超过阈值，比如预定的或预先确定的阈值时，飞行控制系统可引发报警条件。然而，比如基于用户输入、飞行条件或着陆条件等可改变该阈值。在各种实施方式中，例如，该趋近特征可以是着陆表面的允许坡度的限度(例如，当着陆表面过度倾斜使得在该表面上着陆可能是不安全的时)。
应当注意，在各种实施方式中，当飞行控制系统引发报警条件(其也可包括执行避免措施)时，报警系统与飞行员提示设备结合操作以提供报警给飞行员。因此，当在倾斜的地形上着陆时，该系统可利用不同的提示(和避免措施)帮助飞行员。
通过实践各种实施方式，可提供着陆期间飞行的提高的安全性和/或减小的风险。例如，通过估计着陆表面的坡度，报警系统可确定可能不适合着陆的部分表面，以及更适合着陆的部分表面。任选地或另外地，当确定该表面是否为适当的着陆表面时，报警系统可提供培训助手来帮助。作为另一个实例，报警系统可允许飞行员在恶劣天气下在表面上着陆，其中该表面的能见度可能受损。
各种实施方式的技术效果改进了飞行器的着陆，比如在不均匀的地形上或舰载运动表面上。各种实施方式的技术效果为减少依赖飞行员判断或飞行员技能，以避免当在不同表面比如倾斜或移动表面上着陆时的事故。各种实施方式的技术效果为减少飞行器的翻转事故。
如本文所使用，当提及“表面”时，这一般指飞行器在其上可接近着陆的部分地形或物体(比如，船)。因此，表面可包括人工或天然地形。例如，表面可以是跑道、直升机停机坪、公路和/或类似物。作为另一个实例，表面可以是没有改善的表面比如草地、砾石表面和/或类似物。表面可以是固定的表面使得该表面不移动(例如，改变位置或高度)。可选地，表面可以是移动表面。例如，表面可以是海承载船只——比如例如船或航空母舰——上的直升机停机坪。因此，术语表面不限于飞行器试图在其上着陆的特定类型种类的表面。
相似地，如本文所使用，术语“飞行器”通常指任何航空器。在各种实施方式中，飞行器可以是能够垂直或短距离起飞和着陆(VSTOL)的垂直升降式飞行器。在一些实施方式中，飞行器可以是固定翼飞行器或旋翼式飞行器。在各种实施方式中，旋翼式飞行器可包括旋翼式飞机比如，例如，直升飞机。因此，术语飞行器不限于特定的固定翼或旋翼式飞行器。
现在参考图1，应当注意该附图实际上是示意性的并且仅旨在示例性的。在各种实施方式中，可省略、修改或增加各个方面(例如，尺寸和相对位置)或系统。进一步，可结合各种模块、系统或其它方面。仍进一步，各种模块或系统可被分离为子模块或子系统和/或给定的模块或系统的功能可在不同模块或系统之间共享或有差别地分配给不同的模块或系统。
图1依照实施方式图解了报警系统100。在所示的实施方式中，报警系统100作为空中平台比如飞行器102的一部分或与其结合被提供，所述报警系统包括表面坡度测定系统104、惯性导航系统106、飞行控制系统108和飞行员提示设备110。例如，报警系统100可提供帮助飞行员146操作飞行器102，尤其是，着陆飞行器102的飞行器102内的环境，这可与本文更详细描述的一个或多个系统或部件接合或相互作用。
在图解的实施方式中，飞行器102体现为直升飞机。然而，飞行器102可以是上面所讨论的任何航空器。飞行器102也可包括其它系统和部件以支持本文所描述的各种部件(例如，全球定位系统(GPS)、通信系统、天线、仪器、飞行员-交通工具接口、操纵杆、横舵柄和/或类似物)的运行。飞行器102也可包括配线以通信地将各个部件彼此连接。例如，表面坡度测定系统104可通过配线112通信地连接至飞行控制系统108。如本文所使用，配线可包括通信地将一个部件连接至另一个的任何电或光通信手段。配线可直接连接各个部件，或可以是电网络的一部分。例如，在各种实施方式中，配线112可以是多路传输总线系统的部件，所述多路传输总线系统比如，例如，军用标准(MIL-STD)1553总线、航空无线电公司(ARINC)429总线、光纤通道网络和/或类似物。在一些实施方式中，一些(或所有)部件的通信连接可无线地提供。
惯性导航系统106被配置为感测与飞行器102相关联的位置信息。例如，在各种实施方式中，该位置信息可包括与飞行器102定向相关联的欧拉角。例如，欧拉角可包括体轴倾斜角θh(显示在图3和图4中)、体轴滚动角(没有显示)和体轴偏航角ψh(没有显示)。该欧拉角可限定关于理想水平面120(显示在图2中)飞行器102的位置，如本领域所公知的。惯性导航系统106也可被配置为感测与飞行器102相关联的地理定位信息，比如纬度、经度和高度。例如，在各种实施方式中，可配置惯性导航系统106利用全球定位系统感测地理定位信息。惯性导航系统106可通过配线116被通信地连接至飞行控制系统108使得惯性导航系统106可将位置信息提供给飞行控制系统108和/或其它部件。如上面所讨论，配线116可体现为电网络。
参考图2，并且继续参考图1，该附图图解了依照实施方式准备在表面118上着陆的飞行器102。表面118可以是上面讨论的任何着陆表面。表面118可以以相对于水平面120的一个或多个方向倾斜。水平面120可表示没有坡度的虚构平面(例如，水平面，使得重力加速度垂直于水平面120的面)。基于在纵向X中由表面118和水平面120的交叉形成的角度θ，表面118可以是倾斜的。同样地，基于如上面讨论的在横向Y中由表面118和水平面120的交叉形成的角度，表面118可以是倾斜的。当飞行器102着陆在表面118上时，由角度θ和引起的表面118的坡度可影响飞行器102的位置(例如，飞行器的轮上或着陆部分上的飞行器102的重量，比如滑撬)。
在一些实施方式中，如本文所描述，在表面118上着陆飞行器102可使飞行器102变得不稳定和/或可产生对飞行器102的损害。例如，表面118可具有大坡度(例如，具有大约7°到12°之间或更大的值的角θ)，使得当飞行器102停留在表面118上时，部分表面可能与部分飞行器102相抵触或冲撞。可选地，可配置飞行器102使得如果飞行器102在表面118上着陆，飞行器102的重心(C.G.)可使得飞行器102变得不平衡或不稳定(例如，滚动或翻转)。
当表面118可能不适合着陆时，报警系统100(显示在图1中)的各种实施方式提供包括各种实施方式中的一种或多种不同提示的通知。飞行控制系统108(显示在图1中)被通信地连接至表面坡度测定系统104和惯性导航系统106(显示在图1中)。飞行控制系统108可被配置为基于从表面坡度测定系统104接收的距离信息估计表面118的坡度。
表面坡度测定系统104被配置为测定或测量飞行器102和表面118之间的多个距离。该测量可包括测定或估计在地平面之上的位置和/或在地形之上的高度。该距离可以是如下面所讨论的距离H(显示在图3和图4中)。该表面坡度测定系统104可包括一个或多个传感器以感测该距离。另外地，传感器可以是不同类型的。例如，表面坡度测定系统104可基于从超声传感器、RADAR传感器或激光传感器等其它传感器的至少一个接收的信息测量该距离。另外地或任选地，表面坡度测定系统104可使用高程数据库来测量该距离。例如，表面坡度测定系统104可被通信地连接至惯性导航系统106(图1)。惯性导航系统106可将定位信息(例如，纬度、经度和海拔)提供给表面坡度测定系统104。基于例如在高程数据库中储存的预先录制的或预定的高程信息，表面坡度测定系统104可然后使用定位信息来估计该距离。在各种实施方式中，其它传感器类型可连同本文所描述的传感器或代替其使用。在各种实施方式中，可使用不只一个传感器使得可进行多个距离测量。
例如，各种实施方式中的传感器可以是万向传感器或固定传感器。如本文所使用，固定传感器通常包括与飞行器102的垂直轴130成一直线的传感器。如本文所使用，万向传感器通常包括不依赖飞行器102的任何移动能够移动或旋转的传感器，使得传感器与重力成一直线(例如，对齐以指向地球，不论飞行器102如何定向)。
图3是依照实施方式配置有固定传感器124和126的飞行器102的图解。固定传感器124和126可以是上面所讨论的任何类型的传感器，并且可以是相同的或不同的类型。固定传感器124和126可被固定至飞行器102的机体，使得固定传感器124和126不是万向的。固定传感器124和126与飞行器102的机体一起旋转，使得固定传感器124和126由飞行器102的体轴倾斜角θh偏离(例如，旋转)。相似地，固定传感器124和126可由体轴滚动角(未显示)和体轴偏航角ψh偏离。因此，固定传感器124和126分别感测沿着飞行器102的垂直轴130的方向延伸的距离H1和H2。可在飞行器102和表面118之间限定距离H1和H2。固定传感器124和126可被分离沿着纵轴128(例如，垂直于飞行器104的垂直轴130的轴)延伸的距离L，其可按照期望或需要变化。
各种实施方式中的飞行控制系统108(显示在图1中)被配置为基于由固定传感器124和126感测的距离H1和H2，和由惯性导航系统106感测的位置信息估计表面118的倾斜角θ。例如，在各种实施方式中，飞行控制系统108可使用下式估计倾斜角θ：
式1
在式1中，体轴倾斜角θh可通过惯性导航系统106(显示在图1中)感测。如下面所讨论，飞行控制系统108可使用倾斜角θ来识别报警条件。
在各种实施方式中，可进一步配置表面坡度测定系统104具有沿着飞行器102的横轴(没有显示)延伸的第三固定传感器。横轴可垂直于纵轴128和垂直轴130。飞行控制系统108可基于由第三固定传感器和固定传感器124和126感测的距离信息估计横向方向上的倾斜角(显示在图2中)。
图4是依照实施方式配置有万向传感器132和134的飞行器102的图解。万向传感器132和134可以是上面所讨论的任何类型的传感器，并且可以是相同的或不同的类型。万向传感器132和134可不被飞行器102的机体约束(例如，自由地绕着枢轴转动或旋转)，使得万向传感器132和134不由飞行器102的旋转偏离或影响。例如，体轴倾斜角θh的改变不影响各种实施方式中万向传感器132和134的定向。同样地，体轴滚动角(没有显示)和体轴偏航角ψh的改变不影响万向传感器132和134的定向。因此，万向传感器132和134基本上指向“地面”。万向传感器132和134分别感测沿着重力的方向延伸的距离H3和H4。换句话说，距离H3和H4可垂直于水平面120。可在飞行器102和表面118之间限定距离H3和H4。万向传感器132和134可被分离与纵轴128平行延伸的距离M，其可按照期望和需要变化。在各种实施方式中，距离M可与图3中显示的距离L基本相似。
类似于上面关于式1的讨论，飞行控制系统108(显示在图1中)可基于由万向传感器132和134感测的距离H3和H4，和由惯性导航系统106感测的位置信息估计表面118的倾斜角θ。例如，飞行控制系统108可使用下式估计倾斜角θ：
(式2)
如上面所讨论，体轴倾斜角θh可由惯性导航系统106(显示在图1中)感测。飞行控制系统108可使用倾斜角θ来识别报警条件。
在各种实施方式中，可以进一步配置表面坡度测定系统104具有沿着飞行器102的横轴(没有显示)延伸的第三万向传感器(没有显示)。横轴可垂直于纵轴128和垂直轴130。飞行控制系统108可基于由第三万向传感器和万向传感器132和134感测的距离信息估计横向方向上的倾斜角(显示在图2中)。另外地或任选地，表面坡度测定系统104可包括一个或多个万向传感器和固定传感器。
回到图1的讨论，飞行控制系统108可基于倾斜角θ和(显示在图2中)，和/或由惯性导航系统106感测的飞行器102的位置信息测定一个或多个趋近特征。各种实施方式中的趋近特征可包括飞行器102和倾斜角θ或(显示在图2中)的至少一个之间的相对位置差、或倾斜角θ或的变化率的至少一个。飞行控制系统108也可估计飞行器和倾斜角θ或的至少一个之间的相对位置差。例如，飞行控制系统108可测定倾斜角θ和体轴倾斜角θh(显示在图3和图4中)之间的差。
在各种实施方式中，表面118(显示在图2、3和4中)可以是移动的表面。例如，表面118可体现为海承载船只——比如航空母舰——上的直升机停机坪。作为移动的表面，倾斜角θ和可随着船并且因此直升机停机坪穿越海上的浪涛和波浪而改变。飞行控制系统108可估计倾斜角θ和的变化率。例如，飞行控制系统108可监控倾斜角θ和随时间的变化。
在各种实施方式中，当一个或多个趋近特征超过预定的(或限定的)阈值时，飞行控制系统108是可识别报警条件。该报警条件可提供事先通知使得当在表面118上着陆时，飞行器102可变得不稳定，并且/或可导致飞行器102的不适当的平衡。该预定的阈值可基于飞行器102和表面坡度θ或的至少一个之间的相对位置差、表面坡度θ或的变化率、飞行器地面速度、重心或飞行器结构限制等其它因素的至少一个。
在一个实施方式中，该预定的阈值可基于相对位置差。例如，该相对位置差可表示飞行器102体轴倾斜角θh和表面倾斜角θ之间的差。作为另一个实例，该相对位置差可表示飞行器102体轴倾斜角和地面倾斜角之间的差。当该相对位置差超过预定的阈值时，可识别报警条件。例如，对于体轴倾斜角和表面倾斜角θ之间的相对的位置差而言，预定的阈值可以是大约7°至12°或更大。然而，可使用其它角度，比如基于飞行器的类型或着陆要求。
在一个实施方式中，该预定的阈值可基于飞行器102的重心。因此，飞行器102的重心可限制相对位置差，使得持当着陆时可维适当的平衡。例如，当配置飞行器102具有前向负载的重心时，允许的表面坡度角θ可限于5°(其限定预定的阈值)。作为另一个实例，当配置飞行器102具有后向负载的重心时，允许的表面坡度角θ可限于10°。
在一个实施方式中，预定的阈值可基于结构限制。该结构限制可基于飞行器102可接受的允许的力。该结构限制可基于性能特性比如，例如，风速、下降速度、加速度和/或类似物。例如，可配置飞行器102具有带有许可载荷的起落架，其可基于下降速度。作为另一个实例，该起落架可评定许可的风速。另外地，结构限制可基于飞行器的许可的标准载荷(例如，可接受的“g”载荷)。作为另一个实例，结构限制可基于飞行器和/或由飞行器携带的货物的重量。这些限制的一种或多种可用于限定预定的阈值。
在各种实施方式中，飞行员提示设备110可通过配线122被通信地连接至飞行控制系统108。飞行员提示设备110可配置为当识别报警条件时生成通知。该通知可被用于警告飞行员136飞行器102的位置是否在可接受的限制内、接近不可接受的限制或超过不可接受的限制。例如，该通知可包括触觉提示、视觉提示或听觉提示的至少一种，其可随着基于警告的类型和警告的等级而变化(例如该特征与阈值有多接近)。在一些实施方式中，不同的提示可用于不同的报警或特性，和/或用于不同等级的报警。
触觉提示可以是软停止(soft stop)或振动警报的至少一种。例如，在实施方式中，飞行器102可以是具有如图1所示的垂直轴控制器138(例如，油门变距杆)和平移控制器140(例如，驾驶杆)的旋翼式飞行器。
垂直轴控制器138和/或平移控制器140可包括一个或多个软停止。如本文所使用的软停止可以是人造的刹车或增强的阻力区域，其阻止、限制、或以其它方式妨碍(或抵抗)垂直轴控制器138和/或平移控制器140在一个或多个方向上的进一步移动。例如，当识别报警条件时，软停止可限制垂直轴控制器138的移动。应当注意，各种实施方式中的软停止可通过应用足够的力来克服(例如，如果期望，飞行员136可推落(push through)触觉提示来维持下降速度)。
另外地或任选地，垂直轴控制器138和/或平移控制器140可自动地反向驱动使得垂直轴控制器138和/或平移控制器140自动地移动以避免超过坡度或相对位置限度。自动运动使飞行器102避免在不适合的地形上着陆。例如，垂直轴控制器138可反向驱动以减小或以其它方式阻止飞行器102接近或实现将允许飞行器102着陆的下降速度。可限制使得控制器138、140运动的力的量，使得飞行员136可不考虑反向驱动指令。应当注意，平移控制器140比如驾驶杆的提示可限制相对位置。例如，可使用一个或多个纵向/横向提示来限制交通工具(例如，飞行器)和局部地平面之间的相对位置。应当注意，其它避免措施可根据期望或需要执行。
另外地或任选地，垂直轴控制器138和/或平移控制器140可包括振动警报。当摇动垂直轴控制器138和/或平移控制器140时，可提供该振动警报。例如，可使用本领域已知的振杆器以引起垂直轴控制器138和/或平移控制器140振动。另外地，振动的严重程度可基于报警条件，比如报警条件的类型或等级而变化。例如，当倾斜角θ和/或超过接近预定的阈值时，垂直轴控制器138可轻微地振动，并且当倾斜角θ和/或超过预定的阈值时，垂直轴控制器138可更剧烈地振动。
另外地或任选地，由飞行员提示设备110生成的通知可包括视觉提示。例如，飞行员提示设备110可包括具有灯144的仪表板142，当识别报警条件时，灯144变亮以提供通知给飞行员136。然而，可提供其它类型的视觉提示，比如文本或图形报警指示器。
另外地或任选地，由飞行员提示设备110生成的通知可包括听觉提示。例如，飞行员提示设备110可包括头盔听觉提示系统146，其被配置为当识别报警条件时，输出一个或多个音调，比如，例如本领域已知的近地告警音。
在各种实施方式中，飞行员提示设备110可包括提示优先化系统148。应当注意，除了在飞行员提示设备110中或飞行员提示设备110的替代设备中以外，提示优先化系统148可体现，在其它系统之外。例如，在各种实施方式中，提示优先化系统148可以是飞行控制系统108的部件。该提示优先化系统148可被通信地连接至飞行员提示设备110和垂直轴控制器138、平移控制器140、灯144或听觉提示系统146的至少一个。提示优先化系统148可被配置为选择性地确定将通知呈现给飞行员138的方式和/或顺序。提示优先化系统148可解决通知引起的任何歧义。例如，除了听觉提示系统146中的听觉报警之外，提示优先化系统148可在垂直轴控制器138中提供振动警报以吸引垂直轴控制器138的注意。
在各种实施方式中，飞行控制系统108可进一步被配置为响应于报警条件采取一种或多种避免措施。该避免措施可包括位置保持或高度保持的至少一个。在各种实施方式中，当开始位置保持时，该保持使飞行器102维持或基本上保持在固定的位置(例如，欧拉角保持为几乎恒定)。在各种实施方式中，当开始高度保持时，该保持为飞行器102维持或保持(例如，盘旋)在预定的高度(例如，10英尺)的状态。
避免措施也可包括应用触觉提示。如上面所讨论，触觉提示可包括应用于垂直轴控制器138和/或平移控制器140的软停止、振动警报或反向驱动的至少一种。触觉提示和/或一种或多种避免措施的应用使得飞行器102避免着陆在具有超过飞行器102限度的坡度的表面118上。
现在参考图5，并且继续参考图1，图解了系统图，其依据实施方式显示报警系统150的部件。例如，报警系统150和所示实施方式中的各种部件可体现为与图1有关的上述报警系统100。然而，报警系统150也可作为单独的或不同的系统实施。
报警系统150通常包括处理器152。处理器152可以是飞行控制系统108(显示在图1中)的一个部件。处理器152可包括多个处理设备或协同处理器。另外地或任选地，处理器152可包括基于微处理器的系统，其包括使用微控制器的系统、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、图形处理器(GPU)、固定的可编程栅阵列(FPGA)、和/或能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。
处理器152被通信地连接至存储器154。存储器154可被配置为短期(例如，处理期间的传感器)或长期(例如，涉及预定的阈值或预定的值的数据，比如，预定的高度保持高度、倾斜角和滚转角限度和/或类似物)储存信息。存储器154可以是任何类型的数据存储设备，其也可储存一个或多个信息数据库155。例如，存储器154可储存具有各种地理位置的高度信息的高程数据库。然而，任何类型的信息可储存在数据库155中，比如预定的阈值和/或飞行器具体性能或操作特性等其它信息，其可在本文中更详细地描述。应当注意，存储器154可与处理器152分开或形成处理器152的一部分。
在操作中，处理器152可接收例如来自导航系统156(其可体现为图1中显示的惯性导航系统106)的位置信息和/或可接收来自一个或多个距离传感器158和160(图解显示两个距离传感器)的高度信息。例如，一个或多个距离传感器158和160可形成表面坡度测定系统104(显示在图1中)的一部分。然后，处理器152可基于高度信息和位置信息计算与着陆表面118(显示在图2和图3中)相关联的倾斜角。然后，处理器152可基于本文更详细描述的倾斜角确定报警条件，并且然后当倾斜角超过预定的阈值时，生成一个或多个通知。
处理器152发送通知至一个或多个提示部件162(其可体现为图1中显示的飞行员提示设备110或形成其一部分)。提示部件162可包括各种子部件以警告飞行员一个或多个通知已经被触发。如上面有关图1的描述，提示部件可提供视觉和/或听觉提示。
图6是方法200的实施方式的流程图，其用于当接近表面时帮助飞行员，比如提供警告作为飞行器内的提示。在各种实施方式中，例如，方法200可采用本文讨论的各种实施方式(例如，系统和/或方法)的结构或方面。在各种实施方式中，可省略或增加某些步骤，可结合某些步骤，可同时执行某些步骤，可兼顾执行某些步骤，可将某些步骤分成多个步骤，可以不同的顺序执行某些步骤，或以迭代方式预执行某些步骤或一系列步骤。在各种实施方式中，方法400的部分、方面和/或变型可能够被用作一种或多种算法来指导硬件执行本文描述的操作。
具体地，在202中，可测量飞行器和表面之间的多个距离。该测量可包括测定或估计飞行器高于地平面的高度。该距离可包括由多个传感器测量的复数距离。可基于由本文描述的超声传感器、RADAR传感器、激光传感器或地形高程数据库的至少一个接收的信息测量该距离。在各种实施方式中，超声传感器、RADAR传感器或激光传感器的至少一个可以是万向的(而在其它实施方式中一个或多个被固定)。可选地，超声传感器、RADAR传感器或激光传感器的至少一个可相对于飞行器被固定。
方法200也包括在204处感测飞行器位置信息。在各种实施方式中，飞行器可包括被配置为感测位置信息的惯性导航系统，如本文所描述。该位置信息可包括体轴倾斜角θ、体轴滚动角和/或航向角ψ(例如，欧拉角)。
方法200也包括在206处基于在202处测量的距离，估计或测定与表面相关联的一个或多个倾斜角。该估计可包括估计在横向方向上表面和水平地平面的交叉形成的横向倾斜角，或在纵向方向上表面和水平地平面的交叉形成的纵向倾斜角的至少一个。在各种实施方式中，表面可包括移动的表面，并且表面倾斜角的估计可包括表面倾斜角的变化率的估计。
方法200也包括在208处测定或识别趋近特征。该趋近特征可基于在206处测定的倾斜角和在204处感测的飞行器位置信息。在各种实施方式中，该趋近特征可包括飞行器和表面倾斜角的相对位置差、或表面倾斜角的变化率等的至少一种。
方法200也包括在210处识别报警条件。当一个或多个趋近特征超过预定的阈值时，可识别该报警条件。该预定的阈值可基于下降速度、飞行器和表面倾斜角之间的相对位置差、表面倾斜角的变化率、飞行器地面速度、重心或飞行器结构限制等的至少一个(并且其可以是飞行器专用的)。
方法200也包括在212处将一个或多个提示提供给飞行员。例如，当识别报警条件时，方法200可生成通知(例如，超过具体特征的预定阈值)。该通知可包括本文所描述的触觉反馈、视觉提示、听觉提示等的至少一种。触觉提示可以是反向驱动、软停止或振动警报的至少一种。例如，飞行器可以是具有垂直轴控制器的旋翼式飞行器，并且使用垂直轴控制器上的触觉反馈的至少一种可生成该通知。
任选地，方法200包括在214处响应报警条件采取或执行避免措施。例如，该避免措施可包括本文所描述的位置保持或高度保持的至少一种。另外地或任选地，该避免措施可提供反向驱动或软停止的至少一种。
应当注意，图解的实施方式的部件的具体布置(例如，数目、类型、布置等)在各种另外的实施方式中可被修改。在各种实施方式中，可采用不同数目的给定的模块、系统或单元，可采用不同类型或各种类型的给定的模块、系统或单元，可结合许多模块、系统或单元(或其方面)，可将给定的模块、系统或单元分成复数模块(或子模块)、系统(或子系统)或单元(或子单元)，可增加给定的模块、系统或单元，或可省略给定的模块、系统或单元。
应当注意，可在硬件、软件或其组合中实施各种实施方式。各种实施方式和/或部件，例如，模块、系统、或部件和其中的控制器，也可作为一个或多个计算机或处理器的一部分被实施。计算机或处理器可包括计算设备、输入设备、显示单元和接口。计算机或处理器可包括微处理器。该微处理器可与通信总线连接。该计算机或处理器也可包括存储器。该存储器可包括随机存储存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。该计算机或处理器可进一步包括存储设备，其可以是硬盘驱动器或移动存储驱动器比如固态驱动器、光驱等。该存储设备也可以是用于将计算机程序或其它指令载入计算机或处理器的其它类似装置。
如本文所使用，术语“计算机”、“控制器”、“系统”和“模块”每一个可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，其包括使用微控制器的系统、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、GPU、FPGA和任何其它能够执行本文所描述的功能的电路或处理器。以上的实例仅是示例性的，并且因此不旨在以任何方式限制术语“模块”、“系统”、或“计算机”的定义和/或意义。
计算机、模块、系统或处理器执行储存在一个或多个储存元件中的一组指令，以便处理输入数据。该储存元件也可按照期望的或需要储存数据或其它信息。该储存元件可以以处理机内的信息源或物理存储元件的形式。
该组指令可包括各种命令，其指示计算机、模块、系统或处理器作为处理机来执行具体操作，比如本文描述的和/或图解的各种实施方式的方法和过程。该组指令可以以软件程序的形式。该软件可以是各种形式比如系统软件或应用软件，并且其可体现为有形的和非临时性计算机可读介质。进一步，该软件可以是独立的程序、系统或模块的集合、较大的程序内的程序模块或一部分程序模块的形式。该软件也可包括面向对象的程序形式的模块化程序。输入数据通过处理机的处理可以响应操作员命令，或响应先前处理的结果，或响应由另一处理机发出的请求。
如本文所使用，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括由计算机执行的储存在存储器中的任何计算机程序，包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。以上的存储器类型仅是示例性的，并且因此没有限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。例如，各种实施方式的独立部件可由云型计算环境虚拟和托管以允许计算能力的动态分配，而不需要用户关心计算机系统的位置、配置和/或具体的硬件。
可以理解，以上描述旨在是说明性的，并且不是限制的。例如，以上描述的实施方式(和/或其方面)可彼此结合使用。此外，可做出许多改进，以使具体情形或材料适应各种实施方式的教导，而没有背离其范围。本文描述的尺寸、材料的类型、各种部件的定向和各种部件的数目和位置旨在限定某些实施方式的参数，并且决不是限制性的并且仅是示例性的实施方式。本领域技术人员在回顾以上描述时，权利要求书的精神和范围内的许多其它的实施方式和改进将显而易见。因此，各种实施方式的范围应当参考所附权利要求书，连同被认定为此权利要求的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作各自术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的通俗英文等同物。而且，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标注，并且不旨在在其对象上强加数值要求。进一步，所附权利要求的限定没有以装置加功能(means-plus-function)格式书写并且不旨在基于35 U.S.C.§ 112条，第(f)段被解释，除非并且直到此权利要求限定明确使用继以缺乏进一步结构的功能陈述的短语“用于……的装置(means for)”。
本书面描述使用实例以公开各种实施方式，并且也使本领域技术人员能够实践各种实施方式，包括制造和使用任何设备或系统并且执行任何并入的方法。各种实施方式的可授权范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果实例具有不同于权利要求书的文字语言的结构要素，或实例包括具有与权利要求书的文字语言无实质差别的等同的结构要素，此类其它实例旨在落入权利要求书的范围内。
根据本公开的方面，提供了一种系统，其包括表面坡度测定系统，其被配置为测量飞行器和表面之间的多个距离；惯性导航系统，其被配置为感测飞行器的飞行器位置信息；飞行控制系统，其被通信地连接至表面坡度测定系统和惯性导航系统，该飞行控制系统被配置为基于多个测量的距离估计表面的倾斜角，该飞行控制系统进一步被配置为基于倾斜角和飞行器位置信息测定一个或多个趋近特征，该飞行控制系统另外地配制为当一个或多个趋近特征超过预定的阈值时识别报警条件并执行一种或多种避免措施；和飞行员提示设备，其被通信地连接至飞行控制系统，该飞行员提示设备被配置为当识别报警条件时，生成通知。
本文公开的系统，其中坡度由在横向方向上表面和水平地平面的交叉形成的横向倾斜角，或在纵向方向上表面和水平地平面的交叉形成的纵向倾斜角的至少一个限定。
本文公开的系统，其中由飞行员提示设备提供的通知包括触觉提示、视觉提示或听觉提示的至少一种。
本文公开的系统，其中飞行器是旋翼式飞行器，其具有垂直轴控制器或平移控制器的至少一种，并且飞行员提示设备包括触觉反馈设备，其被配置为提供软停止、反向驱动或垂直轴控制器或平移控制器上的振动警报的至少一种。
本文公开的系统，其中趋近特征包括飞行器和表面的表面倾斜角之间的相对位置差的至少一种。
本文公开的系统，其中表面包括移动表面并且飞行控制系统被进一步配置为测量移动表面的表面的倾斜角的变化率。
本文公开的系统，其中表面坡度测定系统被配置为基于由超声传感器、RADAR传感器、激光传感器或地形高程数据库的至少一个接收的信息测量多个距离。
本文公开的系统，其中超声传感器、RADAR传感器或激光传感器的至少一个为万向传感器或固定传感器中的一个。
本文公开的系统，其中预定的阈值基于飞行器和表面倾斜角之间的相对位置差、表面倾斜角的变化率、飞行器地面速度、重心或飞行器结构限制的至少一种。
本文公开的系统，其中一种或多种避免措施包括位置保持或高度保持的至少一种。
本文公开的系统，其中飞行控制系统被进一步配置为响应于报警条件执行一种或多种避免措施，该避免措施包括软停止、振动警报或反向驱动的至少一种。
根据本公开的进一步方面，提供了一种方法，其包括测量飞行器和表面之间的多个距离；感测飞行器位置信息；基于多个测量的距离估计与表面相关的倾斜角；基于倾斜角和飞行器位置信息测定一个或多个趋近特征；当一个或多个趋近特征超过预定的阈值时识别报警条件；根据报警条件的识别生成通知；和响应于报警条件执行一种或多种避免措施。
本文公开的方法，其中估计倾斜角包括估计由在横向方向上表面和水平地平面的交叉形成的横向倾斜角，或在纵向方向上表面和水平地平面的交叉形成的纵向倾斜角的至少一种。
本文公开的方法，其中生成通知包括生成触觉提示、视觉提示或听觉提示的至少一种。
本文公开的方法，其中飞行器是旋翼式飞行器，其具有垂直轴控制器或平移控制器的至少一种，并且生成通知包括使用触觉反馈设备，其提供软停止、反向驱动、或垂直轴控制器或平移控制器上的振动警报的至少一种。
本文公开的方法，其中趋近特征包括飞行器和表面的表面倾斜角之间的相对位置差的至少一种。
本文公开的方法，其中表面包括移动表面，并且其中估计表面的倾斜角进一步包括估计移动表面的倾斜角的变化率。
本文公开的方法，其中测量多个距离包括基于由超声传感器、RADAR传感器、激光传感器或地形高程数据库的至少一种接收的信息测量多个距离。
本文公开的方法，其中预定的阈值基于飞行器和表面倾斜角之间的相对位置差、飞行器地面速度、重心或飞行器结构限制的至少一种。本文公开的方法，其中响应于报警条件执行一种或多种避免措施包括执行位置保持和高度保持的至少一种。本文公开的方法，其中响应于报警条件执行一种或多种避免措施包括将软停止、振动警报或反向驱动的至少一种应用至一个或多个控制器。根据本公开的进一步方面，提供了空中平台，其包括固定翼或旋翼式飞行器中的一种，该固定翼或旋翼式飞行器具有报警系统，该报警系统包括表面坡度测定系统，其被配置为测量飞行器和表面之间的多个距离；惯性导航系统，其被配置为感测飞行器的飞行器位置信息；飞行控制系统，其被通信地连接至表面坡度测定系统和惯性导航系统，该飞行控制系统被配置为基于多个距离估计表面的倾斜角，该飞行控制系统被进一步配置为基于倾斜角和飞行器位置信息测定一个或多个趋近特征，该飞行控制系统另外地被配置为当一个或多个趋近特征超过预定的阈值时识别报警条件并执行一种或多种避免措施；和飞行员提示设备，其被通信地连接至飞行控制系统，该飞行员提示设备被配置为当识别报警条件时，生成通知。

Claims (9)

1.用于着陆超标报警和避免的系统，所述系统包括：
表面坡度测定系统，其被配置为测量飞行器和表面之间的多个距离；
惯性导航系统，其被配置为感测所述飞行器的飞行器位置信息；
飞行控制系统，其被通信地连接至所述表面坡度测定系统和所述惯性导航系统，所述飞行控制系统被配置为基于所述多个测量的距离估计所述表面的倾斜角，所述飞行控制系统被进一步配置为基于所述倾斜角和所述飞行器位置信息测定一个或多个趋近特征，所述飞行控制系统另外被配置为当一个或多个所述趋近特征超过预定的阈值时，识别报警条件并执行一种或多种避免措施；和
飞行员提示设备，其被通信地连接至所述飞行控制系统，所述飞行员提示设备被配置为当识别所述报警条件时生成通知，
其中所述飞行器为旋翼式飞行器，其具有垂直轴控制器或平移控制器的至少一种，并且所述飞行员提示设备包括触觉反馈设备，其被配置为提供软停止、反向驱动或所述垂直轴控制器或平移控制器上的振动警报的至少一种。
2.权利要求1所述的系统，其中所述坡度由在横向方向上所述表面和水平地平面的交叉形成的横向倾斜角，或在纵向方向上所述表面和所述水平地平面的交叉形成的纵向倾斜角的至少一个限定。
3.权利要求1或2所述的系统，其中由所述飞行员提示设备提供的所述通知包括触觉提示、视觉提示或听觉提示的至少一种。
4.权利要求1或2所述的系统，其中所述趋近特征包括所述飞行器和所述表面的所述表面倾斜角之间的相对位置差的至少一个。
5.权利要求1或2所述的系统，其中所述表面包括移动表面，并且所述飞行控制系统被进一步被配置为测量所述移动表面的所述表面的所述倾斜角的变化率。
6.权利要求1或2所述的系统，其中所述表面坡度测定系统被配置为基于由超声传感器、RADAR传感器、激光传感器或地形高程数据库的至少一种接收的信息测量所述多个距离。
7.权利要求6所述的系统，其中所述超声传感器、所述RADAR传感器或所述激光传感器的至少一种是万向传感器或固定传感器之一。
8.权利要求1或2所述的系统，其中所述预定的阈值基于所述飞行器和所述表面倾斜角之间的相对位置差、所述表面倾斜角的变化率、飞行器地面速度、重心或飞行器结构限制的至少一种。
9.权利要求1或2所述的系统，其中所述一种或多种避免措施包括位置保持或高度保持的至少一种。
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