CN107064985A - 在gps着陆系统中利用雷达导出位置数据 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及在GPS着陆系统中利用雷达导出位置数据。具体地，就多个方面而言，如果被用作输入而进入GPS着陆系统的GPS信号不可靠，则飞行器代替地使用从雷达数据导出的信号来操作该GPS着陆系统。一般来说，如果GPS信号无法接收或者如果该信号被破坏，那它们就不可靠。代替利用GPS信号，着陆系统使用雷达导出位置数据作为输入。在一个示例中，利用位于希望着陆地点，例如，机场或航空母舰处的雷达系统生成雷达导出位置数据。该着陆地点向飞行器发送这个数据，飞行器利用其GPS着陆系统处理该数据，该GPS着陆系统输出用于使飞行器着陆的控制信号。由此，即使GPS信号不可靠，飞行器也可以使用该GPS着陆系统来着陆。

Description

在GPS着陆系统中利用雷达导出位置数据
技术领域
本发明涉及在GPS着陆系统中利用雷达导出位置数据。
背景技术
当在航空母舰上着陆时，可以使用仪表着舰系统(ICLS：Instrument carrierlanding systems)来帮助飞行员。向飞行员显示指示针，指示与希望滑翔道和最终支承部(bearing)有关的飞行器位置。自动着舰系统(ACLS：automatic carrier landing system)也可以显示指示器，其例示了与希望滑翔道和最终支承部有关的飞行器位置。另外，考虑到不干预方式，ACLS可以从船舶经由数据链路而联接至飞行器中的自动领航系统，其中，来自ACLS的命令信号直接控制飞行器的路径。
发明内容
在此描述的一个方面是，提供一种方法，该方法包括以下步骤：利用全球定位卫星(GPS)信号作为输入来操作GPS着陆系统，以生成用于使飞行器飞行的控制信号；并且接收指示所述飞行器针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据。该方法包括以下步骤：代替所述GPS信号，利用所述雷达导出位置数据作为所述输入来操作所述GPS着陆系统，以生成用于使所述飞行器飞行的控制信号。
在一个方面，结合上面的示例方法，利用所述GPS信号作为所述输入来操作所述GPS着陆系统是正常操作状态，而利用所述雷达导出位置数据作为所述输入来操作所述GPS着陆系统是在确定所述GPS信号不可靠时执行的备份操作状态。
在一个方面，结合上面的示例方法中的任一个，在所述备份操作状态期间不使用所述GPS信号，而在所述正常操作状态期间不使用所述雷达导出位置数据。
在一个方面，结合上面的示例方法中的任一个，该方法包括以下步骤：基于所述飞行器的GPS位置和所述着陆地点的GPS位置，利用相对位置计算器来确定在所述正常操作状态期间所述飞行器针对所述着陆地点的相对位置，其中，在所述GPS着陆系统按所述备份操作状态操作时不使用所述相对位置计算器。
在一个方面，结合上面的示例方法中的任一个，当按所述正常操作状态操作时在所述GPS着陆系统中使用的至少一个组件也在按所述备份操作状态操作时使用。
在一个方面，结合上面的示例方法中的任一个，所述雷达导出位置数据指示从所述飞行器至所述着陆地点上的触地点(touchdown point)的距离，其中，所述着陆地点是船舶。
在一个方面，结合上面的示例方法中的任一个，利用安装在所述船舶上的雷达天线生成所述雷达导出位置数据。
在一个方面，结合上面的示例方法中的任一个，该方法包括以下步骤：接收指示所述船舶的移动的惯性数据；并且在GPS信号不可靠时，利用所述惯性数据和所述雷达导出位置数据两者作为输入来操作所述GPS着陆系统，以使所述飞行器飞行。
而且，在此的多个方面包括上面陈述的防御系统方法的前述布置或配置的任何另选例、变型例，以及修改例。
在此描述的另一方面是，提供了一种系统，该系统包括：处理器，和存储器，该存储器存储GPS着陆应用，其中，可通过所述处理器执行所述GPS着陆应用，以执行操作。所述操作包括：利用GPS信号作为输入来生成用于使飞行器飞行的控制信号；并且接收指示所述飞行器针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据。该系统包括：代替所述GPS信号，利用所述雷达导出位置数据作为所述输入，来生成用于使所述飞行器飞行的控制信号。
在一个方面，结合上面的示例系统，利用所述GPS信号作为所述输入来生成控制信号是所述GPS着陆应用的正常操作状态，而利用所述雷达导出位置数据0作为所述输入来生成控制信号是在确定所述GPS信号不可靠时执行的所述GPS着陆应用的备份操作状态。
在一个方面，结合上面的示例系统中的任一个，在所述备份操作状态期间不使用所述GPS信号，而在所述正常操作状态期间不使用所述雷达导出位置数据。
在一个方面，结合上面的示例系统中的任一个，所述操作包括：基于所述飞行器的GPS位置和所述着陆地点的GPS位置，利用相对位置计算器来确定在所述正常操作状态期间，所述飞行器针对所述着陆地点的相对位置，其中，在所述GPS着陆系统按所述备份操作状态操作时不使用所述相对位置计算器。
在一个方面，结合上面的示例系统中的任一个，当按所述正常操作状态操作时在所述GPS着陆应用中使用的至少一个组件也在按所述备份操作状态操作时使用。
在一个方面，结合上面的示例系统中的任一个，所述雷达导出位置数据指示从所述飞行器至所述着陆地点上的触地点的距离，其中，所述着陆地点是船舶。
在一个方面，结合上面的示例系统中的任一个，所述操作包括：接收指示所述船舶的移动的惯性数据；并且在GPS信号不可靠时，利用所述惯性数据和所述雷达导出位置数据两者作为输入，来生成用于使所述飞行器飞行的控制信号。
而且，在此的多个方面包括上面陈述的系统的前述布置或配置的任何另选例、变型例以及修改例。
在此描述的另一方面是，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有随其具体实施的计算机可读程序代码。该计算机可读程序代码可通过一个或更多个计算机处理器执行，以利用GPS信号作为输入来操作GPS着陆系统，以生成用于使飞行器飞行的控制信号，并且接收指示所述飞行器针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据。该计算机可读程序代码可执行，以代替所述GPS信号，利用所述雷达导出位置数据作为所述输入来操作所述GPS着陆系统，以生成用于使所述飞行器飞行的控制信号。
附图说明
图1例示了用于使飞行器在船舶上着陆的ACLS；
图2是GPS着陆系统和雷达着陆系统的框图；
图3是雷达着陆系统的框图；
图4是GPS着陆系统的正常操作状态的框图；
图5是GPS着陆系统的备份操作状态的框图；以及
图6是用于利用雷达导出位置数据来操作GPS着陆系统的流程图。
为了易于理解，在可能的情况下，使用了相同标号来指定图中共用的相同部件。设想的是，在一个方面公开的部件可以在没有具体讲述的情况下有益地利用在其它方面。
具体实施方式
可以使用不同技术来实现自动着舰系统(ACLS)。在一个方面，使用雷达来导出飞行器相对于着陆地点(例如，航空母舰)的位置数据。这些类型的系统在此被称为雷达着陆系统。在另一方面，使用(全球定位卫星)GPS信号来确定飞行器相对于一着陆地点的位置。这些类型的系统在此被称为GPS着陆系统。
万一发生故障，飞行器可以配置有GPS着陆系统和雷达着陆系统两者。例如，如果雷达天线故障，则该飞行器也可以启用GPS着陆系统，反之亦然。然而，关于无人驾驶飞机(UAV或无人机)，当前雷达着陆系统可能导致不可预测结果。例如，SPN-46算法(一种类型的雷达着陆系统)在某些情况(就像在飞行器放弃降落(wave off)期间或者在中止接近时)下可能使用人监督(human oversite)。在缺少人监督的UAV中，在接近期间利用雷达着陆系统可能不是优选的。同样地，万一UAV上的GPS着陆系统变得不可靠，雷达着陆系统也不能提供可行的另选方案。
在这里描述的这些方面中，如果被用作输入而进入GPS着陆系统的GPS信号变得不可靠，则飞行器代替地使用从雷达数据导出的信号来操作该GPS着陆系统。一般来说，如果GPS信号无法接收或者如果该信号被破坏，那它们就不可靠。例如，如果GPS接收器故障、GPS信号被干扰、GPS信号经历多径，或者GPS接收器被GPS卫星发送遮挡，那么，GPS信号可能不可靠。响应地，代替利用GPS信号，飞行器使用由雷达着陆系统作为输入提供给GPS着陆系统的雷达导出位置数据。在一个示例中，该雷达导出位置数据可以利用位于希望着陆地点(例如，机场或航空母舰)处的雷达系统生成。例如，该着陆地点包括雷达天线，其跟踪飞行器的位置，以确定该飞机针对着陆地点的相对位置。在一个方面，该着陆地点向飞行器发送这个数据，该飞行器利用GPS着陆系统处理该数据，并且输出用于使该飞行器着陆的控制信号。由此，如果GPS信号不可靠，那么，飞行器可以代替地使用雷达导出位置数据来操作该GPS着陆系统以着陆。
在一个方面，飞行器仅利用GPS着陆系统中的功能或模块的一部分来处理雷达导出位置数据。例如，GPS着陆系统可以包括用于利用GPS信号来确定飞行器针对着陆地点的相对位置的模块。因为该雷达导出位置数据包括该信息，所以当该雷达导出数据是GPS着陆系统的输入时，可以不使用该模块。与此相反，GPS着陆系统可以包括根据飞行器的状态生成控制命令的飞行定义模块。可以与输入无关地使用该模块。同样地，GPS着陆系统的操作和功能可以根据GPS信号或雷达导出位置数据是否被用作针对着陆系统的输入来修改。
图1例示了在船舶110上着陆飞行器105。飞行器105可以是UAV或有人驾驶飞行器。而且，飞行器105可以是飞机或直升飞机。飞行器105包括用于在船舶110上自动着陆该飞行器105的至少一个ACLS。在一个方面，飞行器105包括使用利用GPS接收器115接收的信号的GPS着陆系统。只要所接收GPS信号可靠，GPS着陆系统就向领航系统提供用于在船舶110上着陆飞行器105的控制信号。当然，如果飞行器105是有人驾驶飞行器，则飞行员能够无视GPS着陆系统并且手动着陆飞行器105。
由于一组件故障、干扰，或者多径，因而，GPS信号可能不可靠，其致使通过GPS着陆系统生成的控制信号不可靠。代替切换至不同类型的ACLS(例如，基于雷达的着陆系统)，飞行器使用从位于船舶110上的雷达系统导出的信号来操作该GPS着陆系统。飞行器105包括在该飞行器与船舶110之间提供数据链接的天线120。利用该数据链接，飞行器105接收该雷达导出位置数据。
船舶110包括用于检测飞行器105的雷达天线125。尽管下面的示例利用船舶(例如，航空母舰或者有直升机停机坪的游轮)作为着陆地点来描述，但下面的技术同样也与固定着陆地点一起工作。例如，当在移动着陆地点上着陆时，着陆系统可以考虑与在着陆地点固定时不考虑的地点取向、旋转、加速度等相对应的惯性数据。
在一个方面，雷达天线125包括被整形成包括飞行器105在其接近船舶110时跟随的滑翔道的波束方向图。例如，该波束方向图可以是从船舶110后部起延伸的圆锥形。只要飞行器105处于波束方向图内，雷达天线125就生成可以被处理以导出飞行器105相对于船舶110的位置的数据。利用发送器130，船舶110向飞行器105上的天线120发送雷达导出位置数据。
另外，船舶110包括用于标识船舶110的GPS位置的GPS接收器135。利用发送器130，船舶110向飞行器105发送其GPS位置。按这种方式，飞行器105可以利用其GPS位置和船舶110的GPS位置来执行GPS着陆系统以着陆。尽管在此的示例描述了在GPS数据变得不可靠时，利用雷达导出位置数据来操作GPS着陆系统，但在一个方面，船舶110包括用于输出用于控制飞行器105的自动领航系统的命令的雷达着陆系统。如果飞行器105上的GPS着陆系统误操作(即，GPS信号和雷达导出位置数据都不提供用于使飞行器105飞行的可靠控制信号)，则可以将通过在船舶110上执行的雷达着陆系统提供的命令发送至飞行器105。换句话说，船舶110上的雷达着陆系统可以备份飞行器105上的GPS着陆系统。
图2是雷达着陆系统205和GPS着陆系统215的框图。雷达着陆系统205(例如，SPN-46着陆系统)可以通过设置在船舶110上的一个或更多个计算系统来执行。该雷达着陆系统205可以包括用于执行在此陈述的功能的硬件和/或软件组件。如所示，雷达着陆系统205包括天线阵列125，其输出通过该系统205处理以生成雷达导出位置数据210的数据。如稍后所述，雷达着陆系统205使用雷达导出位置数据210，来生成可以被领航系统用于使飞行器105飞行的命令。
尽管被示出为设置在船舶110上，但在其它示例中，雷达着陆系统205被设置在飞行器105上。在这种情形下，将通过天线阵列125捕获的数据经由发送器130发送至飞行器105，其处理该数据以生成雷达导出位置数据210。在另一方面，船舶110和飞行器105都不包括雷达着陆系统205，而相反，可以单独依靠GPS着陆系统215来使飞行器着陆。在这个示例中，船舶110仍可以包括天线阵列125，和用于导出飞行器105相对于船舶110的位置的必需逻辑，但不包括用于确定用于使飞行器105飞行的特定命令的剩余逻辑。
飞行器105包括GPS着陆系统215(例如，联合精确接近和着陆系统(JPALS))，其使用船舶GPS数据220、飞行器GPS数据225、船舶惯性数据230、飞行器惯性数据225，以及雷达导出位置数据210，作为输入。船舶GPS数据220限定船舶110的GPS位置，并且经由发送器130发送至飞行器105。飞行器GPS数据225限定飞行器105的GPS位置，并且利用飞行器105上的GPS接收器确定。
船舶惯性数据230可以利用船舶110上的一个或更多个传感器来测量，其捕获和船舶110的摇摆、颠簸，以及/或者偏航相对应的线性和旋转位置、速率，以及加速度。该数据230还可以从船舶110经由发送器130发送至飞行器105。该飞行器惯性数据235可以利用飞行器105上的一个或更多个传感器来测量，其以通信方式联接至惯性测量单元(IMU)。飞行器惯性数据235可以测量飞行器105的线性和旋转加速度的变化、飞行器105的取向等。如下更详细描述的，船舶GPS数据220、飞行器GPS数据225、船舶惯性数据230，以及飞行器惯性数据235可以被GPS着陆系统215用于生成用于使飞行器105在船舶110上着陆的飞行控制信号。然而，如果船舶GPS数据220和/或飞行器GPS数据225变得不可靠，则GPS着陆系统215代替地使用与船舶惯性数据230和飞行器惯性数据235组合的雷达导出位置数据210，来生成飞行控制信号。
GPS着陆系统205可以通过设置在飞行器105上的一个或更多个计算系统来执行。例如，该GPS着陆系统215可以包括在飞行器105上执行的硬件或软件组件。尽管未示出，但飞行器105可以包括一个或更多个处理器，和存储执行该GPS着陆系统215的应用(即，GPS着陆应用)的存储器。而且，飞行器105包括用于与船舶110通信的通信模块245和天线120。利用该通信模块，飞行器105可以接收雷达导出位置数据、来自雷达着陆系统205的命令信号、船舶惯性数据230等。
图3是雷达着陆系统205的框图，其包括相对位置计算器305和命令生成器310。相对位置计算器305使用通过安装在着陆地点处的天线阵列捕获的雷达数据，来确定着陆地点(例如，船舶)与飞行器之间的位置。
该相对位置计算器305输出雷达导出位置数据210，其包括高度测量(ZALT)、范围测量(XRANGE)以及位置测量(YPOS)。该高度测量ZALT是飞机相对于跑道(例如，跑道上的希望触地点(touchdown point))的当前高度。该范围测量XRANGE是从跑道上的触地点至飞行器的距离，假定触地点和飞行器两者都投影到同一平面上(例如，与跑道平行的平面)。该位置测量YPOS是飞行器相对于跑道中心线的偏移量。例如，负位置测量可以指示飞行器是在中心线左侧(从跑道起相对于飞行器的视角)，而正位置测量指示飞行器是在中心线右侧。
在此的多个方面不限于用于测量雷达导出位置数据210的任何特殊技术或算法。一般来说，相对位置计算器305使用雷达数据来标识飞行器的位置，并接着比较该位置与着陆地点的位置。根据高度、范围，以及位置测量来限定这种相对偏移。
该命令生成器310使用位置数据210来导出用于沿着滑翔道控制飞行器的命令，滑翔道导致飞行器着陆在跑道上。在这个示例中，命令生成器310输出控制飞行器高度的垂直速率命令320，和使飞行器转向的倾斜角(bank angle)命令325。在此的多个方面不限于用于导出这些命令的任何技术。一旦生成，雷达着陆系统205将垂直速率命令320和倾斜角命令325转发至发送器130，其将该命令输出至飞行器。
在一个方面，飞行器使用该命令320和325来使该飞行器飞行。例如，在UAV中，将该命令320和325直接馈送到领航系统中，其接着控制飞机中的致动器，直至导致希望滑翔道。如果该飞行器是人工驾驶的，则命令320和325可以被自动领航系统用于使飞行器自由(hands free)飞行。然而，在另一方面，来自命令生成器310的垂直和横向误差信号被可视地显示给飞行员，其接着可以使用该命令作为指南来控制该飞行器，即，手动(hands-on)模式。
图4是GPS着陆系统215的正常操作状态的框图。在该操作状态下，GPS着陆系统215利用从着陆地点(例如，船舶)接收的GPS数据和飞行器自身的GPS数据来控制该飞行器。为了在正常操作状态与备份操作状态(其在图5中进行描述)之间切换，GPS着陆系统包括交换器410、425，以及440(还称为交换器逻辑)。通过改变这些交换器410、425，以及440的状态，GPS着陆系统215在其正常操作状态与备份操作状态之间切换。而且，尽管图4将该交换器例示为硬件交换器，但这些可以是采用软件或固件的条件逻辑，其控制执行GPS着陆系统215的应用怎样起作用。
如图4的左下侧所示，飞行器GPS数据225被输入到GPS滤波器405中，其使用一个或更多个数字滤波器来处理该数据。一旦被滤波，该GPS数据就将该数据传递至交换器410。因为GPS着陆系统215当前处于正常操作状态(即，GPS数据225可靠)，所以交换器410将GPS数据转发至飞行器状态生成器415。即，在图4中，ZALT、XRANGE以及YPOS测量值(即，雷达导出位置数据210)在GPS着陆系统215中未被用于生成用于使飞行器飞行的飞行器控制信号。
该飞行器状态生成器415接收飞行器GPS数据和飞行器惯性数据235，作为输入。一般来说，飞行器状态生成器415使用惯性数据235，以根据GPS数据225来外推飞行器的多个位置。GPS系统每秒钟提供两次位置信号(例如，2Hz信号)。同样地，利用GPS电话，GPS着陆系统215可以按一秒钟两次的速率标识飞行器在自由空间中的位置。因为可能希望更多逼真度，所以该飞行器状态生成器415利用飞行器惯性数据235来外推该飞行器的附加位置。换句话说，飞行器状态生成器415使用通过IMU测量的飞行器的颠簸、偏航等，来按更快速率(例如，一秒钟100次(100Hz))确定该飞行器的位置。当然，这种上采样可以被修改成，每单位时间生成任何希望数量的位置。如在此使用的，这些外推位置被称为飞行器的状态，并且限定飞行器在自由空间中的位置。
如所示，飞行器状态生成器415的输出被转发至相对位置计算器420，其确定飞行器针对船舶的相对位置。为此，该相对位置计算器420使用船舶GPS数据220和飞行器GPS数据235，作为输入。在一个实施方式中，船舶GPS数据220和飞行器GPS 225利用相同GPS卫星来导出。相对位置计算器420包括用于标识飞行器相对于船舶的位置的差分GPS计算器。尽管图4中未示出，但相对位置计算器420还可以接收船舶的惯性数据。因为船舶GPS数据还一秒钟仅两次地更新，所以相对位置计算器420可以使用船舶的惯性数据，按飞行器状态生成器415输出该飞行器的状态的等同速率(例如，100Hz)来外推船舶的位置。由此，在这方面，飞行器和船舶的位置按同一速率更新。
利用船舶和飞行器的位置，相对位置计算器420确定飞行器针对船舶上的、该飞行器应当着陆的点的相对位置。例如，计算器420可在雷达着陆系统中执行如上所述的类似测量，以生成用于在船舶上的触地点处着陆的高度、范围以及位置测量值。相对位置计算器420将飞行器的相对对位置转发至完整性检查器430和交换器425。该完整性检查器430使用该位置来确保通过计算器420导出的相对位置准确。例如，可以给完整性检查器430派任务，来确定船舶或飞行器GPS是否可靠。如果任一个被破坏，则完整性检查器430可以将正常操作状态切换至下面讨论的备份状态。然而，在另一方面，GPS着陆系统215可以包括用于确定飞行器GPS数据225或船舶GPS数据220是否不可靠的其它传感器或逻辑。例如，GPS着陆系统215可以包括：用于确定GPS接收器是否故障或者确定GPS信号是否已经干扰或者变得破坏的系统或装置。
假定通过计算器420导出的相对位置准确，交换器425将该位置转发至飞行路径生成器435，其处理该位置，以导出用于控制飞行器的领航系统的命令信号。像雷达着陆系统一样，该飞行路径生成器435可以生成飞行器控制信号，其沿着一希望滑翔道操纵该飞行器，以便在船舶上着陆。例如，该飞行路径生成器435可以将垂直速率和倾斜命令输出至领航系统，其控制该飞行器的滑翔道和排列。
图5是GPS着陆系统的备份操作状态的框图。一旦GPS着陆系统(或某一其它监测系统)确定该船舶GPS数据、飞行器GPS数据或者GPS船舶相对解决方案不可靠，该GPS着陆系统215就切换成备份操作状态。这种状态改变在图5中通过改变交换器410、425以及440中的每一个的状态而进行了例示。此外，这可以利用硬件交换器或者利用软件内的条件逻辑来进行。
图5中“X's”例示了GPS着陆系统215中的组件或数据，其在按备份操作状态操作时未使用或脱离。如所示，飞行器GPS数据225和船舶GPS数据220不再被用于导出飞行器控制信号。结果，GPS滤波器405和相对位置计算器420或者不使用，或者输出被忽略的数据。代替将飞行器GPS数据225转发至飞行器状态生成器415，交换器410向该生成器415转发雷达导出位置数据。在一个方面，船舶可以恒定地向该飞行器转发其生成的雷达导出位置数据。另选的是，船舶仅响应于确定GPS数据不可靠而开始转发位置数据。除了发送从雷达导出的ZALT、XRANGE以及YPOS测量以外，该GPS着陆系统215还接收船舶惯性数据，例如，船舶的移动或加速度。当然，如果着陆地点固定，则船舶惯性数据将表示与固定惯性跑道触地点相对应的飞行器精确位置。
该飞行器状态生成器415使用飞行器惯性数据235、雷达导出位置数据，以及船舶惯性数据来计算该飞行器的状态。例如，飞行器状态生成器415可以根据从雷达着陆系统接收的测量来外推附加位置，以增加计算飞行器的状态的速率。例如，该雷达导出位置数据可以按20Hz的速率生成，但GPS着陆系统可能想要按100Hz的速率来计算飞行器的状态，并由此，使用惯性数据来生成附加飞行器状态。而且，虽然船舶和飞行器GPS数据通常包含噪声，但船舶和飞行器惯性数据相对平滑且无噪声。利用惯性数据平滑来计算飞行器状态平滑了噪声数据，并且提供了准确的着陆解决方案。
飞行器状态生成器415将飞行器的状态转发至交换器425，其旁路了相对位置计算器420。换句话说，因为飞行器针对船舶的相对位置通过船舶上的雷达来计算，所以在按备份状态操作时不需要通过相对位置计算器420执行的计算。相反的是，飞行器的状态被直接转发至飞行路径生成器435，其可以使用飞行器针对船舶的相对位置来生成飞行器控制信号。
而且，交换器440将船舶雷达几何数据445转发至飞行路径生成器435(而非船舶GPS几何数据450)，其使用该数据来解释船舶上的、飞行器应当着陆的特定位置，例如，船舶上的触地点。例如，GPS着陆系统215可以相对于触地点的位置而偏置。然而，船舶几何形状在生成ZALT、XRANGE以及YPOS测量时，可能已经通过雷达系统解释。由此，启用交换器440确定船舶几何形状调到零处，而非通过雷达着陆系统和GPS着陆系统215解释两次。不管怎样，船舶雷达几何数据445和船舶GPS几何数据450提供杠杆臂修正，其在应用至该解决方案时，导致飞行器着陆在着陆地点上的希望触地点处。
而且，如果出于某些理由，飞行器必需放弃其着陆，并且再绕一圈，则GPS着陆系统215可以继续使该飞行器飞行，而不接收更新的雷达位置数据或者更新GPS数据(即，该GPS信号被干扰或者GPS接收器故障)。即，一旦飞行器放弃并转向远离希望着陆滑翔道，该飞行器就可以最后留下该雷达的射束方向图。结果，船舶可以不再提供该飞行器针对该船舶的相对位置，因为该飞行器在该雷达的射束方向图之外。然而，该GPS着陆系统随着飞行器惯性数据235和船舶惯性数据230的更新而继续处理该数据，并且外推其相对于船舶的当前位置。即，GPS着陆系统可以监测惯性数据235和230中指示的加速度的变化，并且利用通过雷达导出位置数据提供的最后已知位置，来确定飞行器相对于船舶的当前位置。最后，通过GPS着陆系统利用飞行器惯性数据35和230计算的位置，将与飞行器和船舶的实际位置分歧，但所计算的位置典型地可靠达几分钟(例如，直至10或12分钟)，其对于飞行器盘旋并且重试接近来说时间上更加足够。一旦飞行器已经盘旋并且再次处于雷达的射束方向图内，该船舶就可以开始发送飞行器可以用于解答其当前相对位置的更新雷达导出位置数据。飞行器接着可以再次尝试利用通过GPS着陆系统215利用雷达导出位置数据作为输入而生成的命令来着陆。
比较图4与图5，例示了第一操作状态(例如，正常操作状态)与第二操作状态(例如，备份操作状态)之间的切换。当这样做时，GPS着陆系统215中的一些组件或模块不再使用。例如，GPS滤波器405、相对位置计算器420以及完整性检查器430或者不使用，或者生成被忽略的数据。在第二操作状态，GPS着陆系统215中的至少一个模块或组件(即，飞行器状态生成器415和飞行路径生成器435)仍被用于生成控制信号。在这个示例中，可以使用GPS着陆系统215中的相同算法和技术，来处理GPS位置和雷达导出位置数据。然而，即使飞行器状态生成器415和飞行路径生成器435在GPS着陆系统215处于备份状态的同时操作，其也不一定暗示这些组件按和在以第一操作状态操作时精确相同的方式起作用。例如，因为通过飞行器状态生成器415在第二操作状态期间接收的数据的结构和类型(即，雷达导出位置数据)不同于在第一操作状态接收的数据(例如，GPS数据)，所以通过生成器415执行的算法或处理可以被修改或改变成适应这些差异。
在一个方面，图3所示的雷达着陆系统205是针对GPS着陆系统215的备份系统。例如，GPS着陆系统215可能因硬件或软件故障而变得无法操作。换句话说，GPS着陆系统可能不能够准确地使飞行器飞行，而不管GPS信号或雷达导出位置数据是否被用作输入。例如，执行GPS着陆系统的应用可能崩溃，或者执行GPS着陆系统的计算系统可能具有故障硬件组件。响应地，飞行器可以使用通过图3所示的雷达着陆系统205生成的垂直速率命令320和倾斜角命令325来使飞行器着陆，即使这些信号与利用通过GPS着陆系统215生成的命令相比不太可预测。
在另一方面，通过雷达着陆系统205生成的命令不被用作针对GPS着陆系统215的备份。相反的是，如果GPS信号变得不可靠，那么，雷达导出位置数据210被GPS着陆系统使用，但不使用垂直速率命令320和倾斜角命令325。例如，这些命令在某些情况下可能不适于使UAV安全飞行。由此，船舶上的雷达着陆系统205可以仅包括雷达着陆系统205的相对位置计算器305，因为不需要命令生成器310。换句话说，如果飞行器从未使用通过命令生成器310提供的命令，则该组件可以从雷达着陆系统205中除去。
图6是用于利用雷达导出位置数据来操作GPS着陆系统的方法600的流程图。当正常操作时，GPS着陆系统利用GPS信号作为输入来生成用于使飞行器飞行的控制信号。在框605，飞行器确定GPS信号不可靠。如上所述，GPS信号可可能被干扰，或者GPS位置可能误操作并且停止发送信号。在另一示例中，飞行器或者船舶上的GPS接收器可能误操作。在一个方面，因为GPS着陆系统使用船舶和飞行器两者的GPS位置来使飞行器飞行，所以如果这些GPS位置中的任一个不再可用，那么GPS着陆系统可能不能够适当地起作用。
在框610，飞行器接收限定飞行器针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据。在一个方面，雷达导出位置数据包括从飞行器至着陆地点上的触地点的距离。在框615，代替利用GPS数据，GPS着陆系统使用雷达导出位置数据作为输入。例如，通过GPS着陆系统执行的算法和处理可以被修改成处理雷达导出位置数据，但GPS着陆系统可以使用相同模块和组件中的至少一个来处理该数据。
在框620，领航系统利用通过GPS着陆系统生成的命令来控制飞行器，以使该飞行器着陆。例如，该领航系统可以在有人驾驶飞行器(例如，飞机或直升飞机)中或者在无人驾驶飞行器(例如，UAV)中使用。在一个方面，GPS着陆系统在利用GPS位置作为输入时，生成和在利用雷达导出位置数据时相同的、用于控制飞行器的命令。例如，GPS着陆系统可以输出垂直速率命令和倾斜角命令，而不管GPS信号或雷达导出位置数据是否被用作输入。
在前述段落中，对本公开中呈现的多个方面进行说明。然而，本公开的范围不限于具体描述的方面。相反的是，前述特征和部件的任何组合无论是否涉及不同方面都被设想成实现并实践所设想的方面。而且，尽管在此公开的多个方面可以实现超过其它可能解决方案或者超过现有技术的优点，但特定优点无论是否通过指定方面来实现都不限制本公开的范围。由此，前述方面、特征以及优点仅仅是例示性的，而不被视为所附权利要求书的要素或限制，除非权利要求书中明确陈述。
多个方面可以采取全部硬件方面、全部软件方面(包括固件、常驻软件、微代码等)，或者组合硬件和软件方面的方面(在此通常都可以称为“电路”、“模块”或“系统”)。
这些方面可以是系统、方法以及/或者计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质(或媒体)，其上具有用于使包括硬件和软件的处理器执行在此描述的多个方面的计算机可读程序指令。
该计算机可读存储介质可以是有形装置，其可以保持并存储供指令执行装置使用的指令。该计算机可读存储介质例如可以是但不限于，光学存储装置、磁存储装置、光学存储装置、电磁存储装置、半导体存储装置，或者前述的任何合适组合。该计算机可读存储介质的更具体示例的非排它列表包括以下各项：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字万用盘(DVD)、存储棒、软盘、诸如穿孔卡片或采用其上记录有指令的凹槽的凸起结构的机械编码装置，以及前述的任何合适组合。如在此使用的计算机可读存储介质本身不应被视为暂时信号，如无线电波或其它自由传播电磁波、经由波导管或其它传输介质传播的电磁波(例如，穿过光纤线缆的光脉冲)，或者经由导线传送的电信号。
在此描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载至包括硬件和软件的相应计算/处理装置，或者经由网络(例如，因特网、局域网、广域网以及/或者无线网络)下载至外部计算机或外部存储装置。网络可以包括：铜传输线缆、光学传输纤维、无线传输、路由器、防火墙、交换器、网关计算机以及/或边缘服务器。每一个计算/处理装置中的网络适配器卡或网络接口都从网络接收计算机可读程序指令，并且转发该计算机可读程序指令，以供存储在相应计算/处理装置内的计算机可读存储介质中。
用于执行本方面的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态-设置数据，或者采用一种或更多种编程语言的任何组合编写的源代码或对象代码，包括诸如Smalltalk、C++等这样的面向对象编程语言，和诸如“C”编程语言或类似编程语言这样的常规过程化编程语言。该计算机可读程序指令可以全部在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为独立软件包、一部分在用户的计算机上而一部分在远程计算机上或者全部在远程计算机或服务器上执行。在后一情况下，该远程计算机可以经由任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接至用户的计算机，或者可以针对外部计算机进行该连接(例如，经由利用因特网服务提供商的因特网)。在一些方面，电子电路(例如，包括可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)，或者可编程逻辑阵列(PLA))可以通过利用计算机可读程序指令的、用于个人化该电子电路的状态信息来执行该计算机可读程序指令，以便执行本公开的多个方面。
这些方面在此参照方法、装置(系统)以及计算机程序产品的流程图例示和/或框图进行描述。应当明白，这些流程图例示和/或框图中的每一个框，以及这些流程图例示和/或框图中的框的组合可以通过计算机可读程序指令来实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机的处理器、专用计算机，或者用于生成机器的其它可编程数据处理装置，使得经由该计算机的处理器或其它可编程数据处理装置执行的这些指令创建用于实现在该流程图或框图框或多个框中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，其可以指导计算机、可编程数据处理装置以及/或其它装置按特定方式起作用，以使其中存储有指令的计算机可读存储介质包括这样的制造品，即，该制造品包括实现在该流程图和/或框图框或多个框中指定的功能/动作的多个方面的指令。
该计算机可读程序指令还可以加载到计算机、其它可编程数据处理装置或者其它装置上，以使在该计算机、其它可编程装置或其它装置上执行一系列可操作步骤，来生成一计算机实现处理，使得在该计算机、其它可编程装置，或其它装置上执行的这些指令实现在该流程图或框图框或多个框中指定的功能/动作。
附图中的流程图和框图例示了根据在此公开的各个方面的系统、方法以及计算机程序产品的可能实现的架构、功能以及操作。在这点上，该流程图或框图中的每一个框都可以表示模块、区段、或指令的一部分，其包括用于实现所指定逻辑功能的一个或更多个可执行指令。在一些另选实现中，该框中提到的功能可以出现在图中所提到的次序之外。例如，根据所涉及功能，接连示出的两个框事实上可以大致同时执行，或者这些框有时可以按逆序执行。还应注意到，这些框图和/或流程图例示中的每一个框，和这些框图和/或流程图例示中的框的组合，可以通过执行该指定功能或行为或者执行专用硬件与计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。
而且，本公开包括根据下列条款的实施方式：
条款1、一种方法，该方法包括以下步骤：
利用全球定位卫星(GPS)信号作为输入来操作GPS着陆系统，以生成用于使飞行器飞行的控制信号；
接收指示所述飞行器针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据；以及
代替所述GPS信号，利用所述雷达导出位置数据作为所述输入，来操作所述GPS着陆系统，以生成用于使所述飞行器飞行的控制信号。
条款2、根据条款1所述的方法，其中，利用所述GPS信号作为所述输入来操作所述GPS着陆系统是正常操作状态，而利用所述雷达导出位置数据作为所述输入来操作所述GPS着陆系统是在确定所述GPS信号不可靠时执行的备份操作状态。
条款3、根据条款2所述的方法，其中，在所述备份操作状态期间不使用所述GPS信号，而在所述正常操作状态期间不使用所述雷达导出位置数据。
条款4、根据条款2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
基于所述飞行器的GPS位置和所述着陆地点的GPS位置，利用相对位置计算器，来确定在所述正常操作状态期间所述飞行器针对所述着陆地点的相对位置，其中，在所述GPS着陆系统按所述备份操作状态操作时不使用所述相对位置计算器。
条款5、根据条款2所述的方法，其中，当按所述正常操作状态操作时，在所述GPS着陆系统中使用的至少一个组件也在按所述备份操作状态操作时使用。
条款6、根据条款1所述的方法，其中，所述雷达导出位置数据指示从所述飞行器至所述着陆地点上的触地点的距离，其中，所述着陆地点是船舶。
条款7、根据条款6所述的方法，其中，利用安装在所述船舶上的雷达天线生成所述雷达导出位置数据。
条款8、根据条款6所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
接收指示所述船舶的移动的惯性数据；以及
在GPS信号不可靠时，利用所述惯性数据和所述雷达导出位置数据两者作为输入来操作所述GPS着陆系统，以使所述飞行器飞行。
条款9、一种系统，该系统包括：
处理器；以及
存储器，该存储器存储GPS着陆应用，所述GPS着陆应用可通过所述处理器执行以执行操作，所述操作包括：
利用GPS信号作为输入来生成用于使飞行器飞行的控制信号；
接收指示所述飞行器针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据；以及
代替所述GPS信号，利用所述雷达导出位置数据作为所述输入，来生成用于使所述飞行器飞行的控制信号。
条款10、根据条款9所述的系统，其中，利用所述GPS信号作为所述输入来生成控制信号是所述GPS着陆应用的正常操作状态，而利用所述雷达导出位置数据0作为所述输入来生成控制信号是在确定所述GPS信号不可靠时执行的所述GPS着陆应用的备份操作状态。
条款11、根据条款10所述的系统，其中，在所述备份操作状态期间不使用所述GPS信号，而在所述正常操作状态期间不使用所述雷达导出位置数据。
条款12、根据条款10所述的系统，其中，所述操作还包括：
基于所述飞行器的GPS位置和所述着陆地点的GPS位置，利用相对位置计算器，来确定在所述正常操作状态期间所述飞行器针对所述着陆地点的相对位置，其中，在所述GPS着陆系统按所述备份操作状态操作时不使用所述相对位置计算器。
条款13、根据条款10所述的系统，其中，在按所述正常操作状态操作时在所述GPS着陆应用中使用的至少一个组件也在按所述备份操作状态操作时使用。
条款14、根据条款9所述的系统，其中，所述雷达导出位置数据指示从所述飞行器至所述着陆地点上的触地点的距离，其中，所述着陆地点是船舶。
条款15、根据条款14所述的系统，其中，所述操作还包括：
接收指示所述船舶的移动的惯性数据；以及
在GPS信号不可靠时，利用所述惯性数据和所述雷达导出位置数据两者作为输入，来生成用于使所述飞行器飞行的控制信号。
条款16、一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有随其具体实施的计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码可通过一个或更多个计算机处理器执行，以进行如下操作：
利用GPS信号作为输入来操作GPS着陆系统，以生成用于使飞行器飞行的控制信号；
接收指示所述飞行器针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据；以及
代替所述GPS信号，利用所述雷达导出位置数据作为所述输入来操作所述GPS着陆系统，以生成用于使所述飞行器飞行的控制信号。
条款17、根据条款16所述的计算机可读存储介质，其中，利用所述GPS信号作为所述输入来操作所述GPS着陆系统是正常操作状态，而利用所述雷达导出位置数据作为所述输入来操作所述GPS着陆系统是在确定所述GPS信号不可靠时执行的备份操作状态。
条款18、根据条款17所述的计算机可读存储介质，其中，所述GPS信号在所述备份操作状态期间不使用，而所述雷达导出位置数据在所述正常操作状态期间不使用。
条款19、根据条款17所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读程序代码可执行以：
基于所述飞行器的GPS位置和所述着陆地点的GPS位置，利用相对位置计算器来确定在所述正常操作状态期间，所述飞行器针对所述着陆地点的相对位置，其中，在所述GPS着陆系统按所述备份操作状态操作时不使用所述相对位置计算器。
条款20、根据条款16所述的计算机可读存储介质，其中，所述雷达导出位置数据指示从所述飞行器至所述着陆地点上的触地点的距离，其中，所述着陆地点是船舶。
虽然前述致力于多个方面，但可以在不脱离其基本范围的情况下，设想其它和进一步的方面，并且其范围通过所附的权利要求书来确定。

Claims (15)

1.一种方法，该方法包括以下步骤：
利用全球定位卫星GPS信号作为输入来操作GPS着陆系统(215)，以生成用于使飞行器飞行的控制信号；
接收指示所述飞行器(105)针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据(210)；以及
代替所述GPS信号，利用所述雷达导出位置数据(210)作为所述输入，来操作所述GPS着陆系统(215)，以生成用于使所述飞行器(105)飞行的控制信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用所述GPS信号作为所述输入来操作所述GPS着陆系统(215)是正常操作状态，而利用所述雷达导出位置数据(210)作为所述输入来操作所述GPS着陆系统(215)是在确定所述GPS信号不可靠时执行的备份操作状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述备份操作状态期间不使用所述GPS信号，而在所述正常操作状态期间不使用所述雷达导出位置数据(210)。
4.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
基于所述飞行器(105)的GPS位置和所述着陆地点的GPS位置，利用相对位置计算器，来确定在所述正常操作状态期间所述飞行器(105)针对所述着陆地点的相对位置，其中，在所述GPS着陆系统(215)按所述备份操作状态操作时不使用所述相对位置计算器。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，在按所述正常操作状态操作时在所述GPS着陆系统(215)中使用的至少一个组件也在按所述备份操作状态操作时使用。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述雷达导出位置数据(210)指示从所述飞行器(105)至所述着陆地点上的触地点的距离，其中，所述着陆地点是船舶(110)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，利用安装在所述船舶(110)上的雷达天线生成所述雷达导出位置数据(210)。
8.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
接收指示所述船舶(110)的移动的惯性数据；以及
在GPS信号不可靠时，利用所述惯性数据和所述雷达导出位置数据(210)两者作为输入，来操作所述GPS着陆系统(215)，以使所述飞行器(105)飞行。
9.一种系统，该系统包括：
处理器；以及
存储器，该存储器存储GPS着陆应用，能够通过所述处理器执行所述GPS着陆应用以执行操作，所述操作包括：
利用GPS信号作为输入来生成用于使飞行器(105)飞行的控制信号；
接收指示所述飞行器(105)针对着陆地点的相对位置的雷达导出位置数据(210)；以及
代替所述GPS信号，利用所述雷达导出位置数据(210)作为所述输入，来生成用于使所述飞行器(105)飞行的控制信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，利用所述GPS信号作为所述输入来生成控制信号是所述GPS着陆应用的正常操作状态，而利用所述雷达导出位置数据(210)作为所述输入来生成控制信号是在确定所述GPS信号不可靠时执行的所述GPS着陆应用的备份操作状态。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，在所述备份操作状态期间不使用所述GPS信号，而在所述正常操作状态期间不使用所述雷达导出位置数据(210)。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述操作还包括：
基于所述飞行器(105)的GPS位置和所述着陆地点的GPS位置，利用相对位置计算器，来确定在所述正常操作状态期间所述飞行器(105)针对所述着陆地点的相对位置，其中，在所述GPS着陆系统(215)按所述备份操作状态操作时不使用所述相对位置计算器。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，在按所述正常操作状态操作时在所述GPS着陆应用中使用的至少一个组件也在按所述备份操作状态操作时使用。
14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述雷达导出位置数据(210)指示从所述飞行器(105)至所述着陆地点上的触地点的距离，其中，所述着陆地点是船舶(110)。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述操作还包括：
接收指示所述船舶(110)的移动的惯性数据；以及
在GPS信号不可靠时，利用所述惯性数据和所述雷达导出位置数据(210)两者作为输入，来生成用于使所述飞行器(105)飞行的控制信号。
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