CN110662697B - 在从无人飞行载具传送的无线电帧中广播地理定位信息 - Google Patents

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Abstract

通过与地理定位服务通信并利用地理定位服务对无人飞行载具（UAV）进行地理定位，来确定UAV的当前地理定位，从而从UAV广播UAV的地理定位信息。然后，UAV使用第三代合作伙伴项目（3GPP）无线电协议、WiFi无线电协议、无线个域网协议和低功率广域网协议之一的无线电协议来准备包括标识UAV的当前地理定位的地理定位信息以及与UAV相关联的其它信息的无线电帧，并传送无线电帧以便广播UAV的当前地理定位。

Description

在从无人飞行载具传送的无线电帧中广播地理定位信息
相关申请的交叉引用
本申请主张2017年3月31日提交的美国临时申请号为62/480347的权益，该美国临时申请由此以引用的方式并入到本文。
技术领域
本公开涉及管理无人航空器系统的领域，并且更特别地，涉及广播来自空中无人飞行载具的地理定位（geolocation）信息以便将无人飞行载具的当前地理定位告知其它人。
背景技术
无人飞行载具（UAV）有时又称为无人机（Drone），它是无线电控制或自动化的航空器。通常，由用户在模拟无线电控制（RC）的信道上控制UAV，但是如今，可在航空器中利用自动驾驶软件（SW）来令所述航空器飞行到人类操作员的视线之外。自主UAV仍然需要到网络的连接性，以便对操作员而言召回或改变UAV正在执行的任务。通常，对于此类通信而言，UAV将配备有移动互联网接口（例如，3GPP无线电或WiFi）。当UAV自主飞行时，它们可能需要碰撞躲避SW来探测和躲避其它UAV，因为UAV无法依靠来自人类操作员的视觉援助。当前，在刚刚完成的NASA-FAA联合技术能力等级3（TCL3）下，仍不存在为感应和躲避研究组（thesense and avoid study group）所提出的解决方案。
此外，美国联邦航空管理局（FAA）和美国国家航空航天局（NASA）正在定义无人航空器系统交通管理（UTM）框架。这种系统为无人航空器系统（UAS）交通寻求有效率的管理结构。在这方面，UTM力求充当促进UAS在商业和娱乐环境两者的广泛使用的促成者，同时将对有人空中交通和部分周边设施的危险最小化。
为了满足上述目标，在UTM内操作的UAS服务供应商（USS）可会收到指示和约束的集合。指令和约束可能会布局受管理的空域的当前状态，并且可包括受限制的飞行区域或对UAS的其它限制。一旦接收到提出的UAS任务，USS便将协助确定任务是否得到授权以便继续进行，并且如果得到授权，那么可将飞行路径信息连同其它相关信息一起传送给UAS操作员以用于操作无人飞行载具（UAV）。
在航空中使用广播式自动相关监视（ADS-B）用来利用特高频（VHF）向其它航空器和空中交通管制地面站广播航空器位置。使用ADS-B的航空器首先从卫星导航系统确定它的位置，并且然后广播该信息。为了关于其它航空器的信息，航空器还侦听“ADS-B In”服务。
目前，UAV没有关于周围UAV的位置、高度、速度和航向（heading）的动态信息。尽管可对UAV采用ADS-B，但是对将UTM集成到用于商业航空的ADS-B系统仍存在安全性担忧。在大多数情况下，传统的航空器正占用与计划执行低高度任务的UAV不同的空域。UAV可配备有不同的无线电接口以进行通信，但是这些技术目前还没有提供方法来广播地理定位信息。任何集中式或应用程序接口（API）驱动的框架都是缓慢的，并且最有可能的是，将无法满足用于允许安全操作的严格的时延要求。任何集中式系统可能太缓慢，并且当在该集中式系统覆盖范围内存在许多UAV时将会具有放缩（scaling）的问题。
基于这些问题，不仅用于提供碰撞躲避，而且还用于为UAV操作提供可认知的空域，存在对于知道其它UAV所在的位置的需要。用于实现这一点的一种方式是：提供当UAV在飞行中时用于所述UAV广播它们的相应地理定位以及其它信息的方法。
发明内容
根据描述的实施例的第一方面，一种用于无人飞行载具（UAV）通过以下方法来广播UAV的地理定位信息的方法：由所述UAV通过与地理定位服务通信并利用所述地理定位服务对所述UAV进行地理定位来确定所述UAV的当前地理定位。UAV准备无线电帧，所述无线电帧包括标识所述UAV的所述当前地理定位的地理定位信息，其中准备的无线电帧针对第三代合作伙伴项目（3GPP）无线电协议、WiFi无线电协议、无线个域网协议和低功率广域网协议之一的无线电协议。然后，UAV准备与UAV相关联的其它信息以用于包括在无线电帧中，并传送包括地理定位信息和其它信息的无线电帧，以便广播UAV的当前地理定位。
在描述的实施例的另一个方面中，一种供UAV上使用的设备，包括：用于传送和接收无线电通信的无线电收发器、处理器和存储器，其中存储器含有指令，所述指令当由处理器执行所述指令时，使得该设备执行用于UAV通过以下方式来广播UAV的地理定位信息的方法：由所述UAV通过与地理定位服务通信并利用所述地理定位服务对所述UAV进行地理定位来确定所述UAV的当前地理定位。该设备还准备无线电帧，所述无线电帧包括标识UAV的当前地理定位的地理定位信息，其中准备的无线电帧针对3GPP无线电协议、WiFi无线电协议、无线个域网协议和低功率广域网协议之一的无线电协议。然后，该设备准备与UAV相关联的其它信息以用于包括在无线电帧中，并传送包括地理定位信息和其它信息的无线电帧，以便广播UAV的当前地理定位。
在描述的实施例的另一个方面中，一种计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时，使得UAV执行如上所述的那样广播UAV的地理定位信息和其它信息的方法。
在描述的实施例的另一个方面中，一种计算机程序包括指令，所述指令在由处理器执行时，使得UAV执行如上所述的那样广播UAV的地理定位信息和其它信息的方法。
在描述的实施例的另一个方面中，一种通过以下方法来提供用于重新广播在无线通信网络的网络节点处接收到的UAV的地理定位信息的方法：在来自UAV的上行链路传输中发送的无线电帧中接收与UAV相关联的地理定位信息和其它信息，其中地理定位信息包括标识UAV的当前地理定位的信息。使用第三代合作伙伴项目（3GPP）无线电协议、WiFi无线电协议、无线个域网协议和低功率广域网协议之一的无线电协议来发送无线电帧。网络节点处理接收到的无线电帧以便向一个或多个其它UAV广播，并在下行链路传输中将标识UAV的当前地理定位的信息作为重新广播传送给所述一个或多个其它UAV。
在描述的实施例的另一个方面中，一种无线通信网络的网络节点接收并重新广播UAV的地理定位信息。该网络节点包括处理器以及耦合到处理器的存储器，其中存储器含有指令，所述指令当由处理器执行指令时，使得网络节点在来自UAV的上行链路传输中发送的无线电帧中接收与UAV相关联的地理定位信息和其它信息，其中地理定位信息包括标识UAV的当前地理定位的信息。使用第三代合作伙伴项目（3GPP）无线电协议、WiFi无线电协议、无线个域网协议和低功率广域网协议之一的无线电协议来发送无线电帧。网络节点处理接收到的无线电帧以便向一个或多个其它UAV广播，并在下行链路传输中将标识UAV的当前地理定位的信息作为重新广播传送给所述一个或多个其它UAV。
在描述的实施例的另一个方面中，一种计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时，使得网络节点如上所述的那样接收并重新广播UAV的地理定位信息和其它信息。
在描述的实施例的另一个方面中，一种计算机程序包括指令，所述指令在由处理器执行时，使得网络节点如上所述的那样接收并重新广播UAV的地理定位信息和其它信息。
可从描述的实施例的实践中得到优势。目前，行业正在争论是否允许在UAV中有ADS-B设备，因为它可能会对商业航空器和空中交通管制塔带来问题（例如，噪音和信息爆炸）。描述的实施例可提供更安全的方法来将从ADS-B信令中学习的关于已占用空域的信息并入到无线电信令中。用于在较低高度中通信的无线电设备将不会对不利用这些射频的空中交通造成干扰（distraction）。另外，空中交通管制塔可运行算法以便阻止（keep out）UAV进入到机场区域，并在必要时将关于附近UAV活动通知商业航空器。此外，UAV可实现分布式局部决策逻辑以便基于新的地理定位信息选项来进行碰撞躲避。UAV可广播内部状态信息、警告和错误，这些信息可警示操作员将载具安全着陆或在问题区域周围变更交通路线（reroute traffic）。典型的危险示例是沿飞行路径上频繁发生的气象事件。并且，定期采集这类信息允许官员或UTM管理员查看各个UAV的历史内部状态和路线。广播的信息的日志可提供次要用途——在碰撞情况下的保险仲裁数据（insurance arbitrage data）、在给定高度处的天气信息、区域周围的交通和拥塞信息、为安全性应用而停放的载具的移动、空域适应性（conformance）/依从性（compliance）信息等。
附图说明
可通过参考以下描述和用于说明各种实施例的附图来最好地理解本公开。在图中：
图1示出根据一个实施例的空中交通系统、无线通信网络以及在所述系统和所述网络内操作的无人飞行载具（UAV）；
图2示出根据一个实施例用于通过UAV确定当前地理定位信息的示例技术；
图3示出根据一个实施例准备到用于广播的无线电帧中的UAV的示例地理定位信息；
图4示出根据一个实施例准备到用于广播的无线电帧中的航点的示例地理定位信息；
图5示出根据一个实施例准备到用于广播的无线电帧中的示例电池状态信息；
图6示出根据一个实施例准备到用于广播的无线电帧中的示例状态信息；
图7示出根据一个实施例准备到用于广播的无线电帧中的示例预警和警告信息；
图8示出根据一个实施例准备到用于广播的无线电帧中的针对UAV的示例操作模式信息；
图9示出根据一个实施例准备到用于广播的无线电帧中的针对UAV的示例可选信息；
图10示出根据一个实施例用于准备从UAV广播的信息的方法；
图11示出根据一个实施例用于使用从另一个UAV接收到的地理定位信息广播来对碰撞躲避进行评估的方法；
图12示出根据一个实施例通过使用广播的地理定位信息进行的碰撞躲避；
图13示出根据一个实施例的UAV的组件；
图14示出根据一个实施例用于在网络节点处重新广播在上行链路帧中从UAV接收到的地理定位信息并在下行链路帧中传送地理定位信息的方法；
图15示出根据一个实施例用于网络节点的组件；以及
图16示出根据一个实施例用于具有虚拟网络元件的网络节点的组件的备选实现。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了众多具体细节。但是，要了解，在没有这些具体细节的情况下也可实践公开的实施例。在其它情况下，未曾详细示出公知的电路、结构和技术，以免混淆对本说明的理解。利用包括的描述，本领域技术人员将能够在没有过多试验的情况下实现合适的功能性。
本文中使用的带括号的文本和带虚线边框的方框来说明描述的实施例的操作和特征。但是，在某些实施例中，这种表示法以及具有实线边框的方框不一定是必需的，或者可以是可选的。
本说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等，指示描述的实施例可包括特定特征、结构或特性，但每个实施例不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，要认为在本领域技术人员的认知内结合其它实施例来对该特征、结构或特性产生作用，而不管是否有明确描述。
此外，本文中使用术语“广播”来描述将无线电帧传输给多个目标。但是，针对“广播”描述的技术也可适用于作为“多播”传输或还指向一个目标实体的“单播”传输。
本说明书中提到处理器或处理装置可以是微处理器、控制器、微控制器、中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何其它类型的电子电路、或上述一个或多个的任意组合。处理器可包括一个或多个处理器核。在一些实施例中，本文中描述的一些或所有功能性可由执行计算机程序的指令的处理器来实现，所述指令可存储在存储器、计算机可读存储介质或其它装置中。
本说明书中提到的存储器可使用诸如机器可读存储介质（例如，磁盘、光盘、固态驱动器、只读存储器（ROM）、闪速存储器装置、相变存储器）和机器可读传输介质（例如，电、光、无线电、声或其它形式的传播信号——诸如载波、红外信号）的非暂态性机器可读（例如，计算机可读）介质来存储代码（所述代码由软件指令组成，并且所述代码有时被称为计算机程序代码或计算机程序）和/或数据。例如，存储器可包括含有将由处理器执行的代码的非易失性存储器。在存储器是非易失性的情况下，存储在其中的代码和/或数据甚至在断开网络装置时（当去掉电源时）仍可存留。在一些情况下，当接通网络装置时，可将由（一个或多个）处理器执行的部分代码从网络装置的非易失性存储器复制到易失性存储器（例如，动态随机存取存储器（DRAM）、静态随机存取存储器（SRAM））。
本说明书中描述的接口可用于向或从网络装置有线和/或无线地传递信令和/或数据。例如，接口可执行任何格式化、编码或转译，以便允许网络装置发送和接收数据，而不管是通过有线和/或通过无线连接。在一些实施例中，接口可包括能够通过无线连接从网络中的其它装置接收数据和/或经由无线连接向其它装置向外发送数据的无线电电路。该无线电电路可包括适于射频通信的（一个或多个）传送器、（一个或多个）接收器和/或（一个或多个）收发器。无线电电路可将数字数据转换成具有合适参数（例如，频率、定时（timing）、信道、带宽等）的无线电信号。然后，可经由天线将无线电信号传送给合适的（一个或多个）接收方。在一些实施例中，接口可包括网络接口控制器（NIC）（又称为网络接口卡）、网络适配器、局域网（LAN）适配器或物理网络接口。（一个或多个）NIC可促进将网络装置连接到其它装置，以便允许它们通过将线缆插入到连接至NIC的物理端口中而经由线进行通信。在一些实施例中，处理器可表示接口的部分，并且作为由接口提供的而加以描述的一些或所有功能性可更特别地由处理器提供。
出于简单描述网络装置的某些方面和特征的原因，将图中描绘的网络装置的组件各自描绘为位于单个较大方框内的独立方框。实际上，示出的一个或多个组件可包括多个不同的物理元件（例如，接口可包括用于有线连接的耦合线的端子和用于无线连接的无线电收发器）。
尽管将描述的模块可示出为存储在存储器中的软件实现，但是其它实施例可在硬件中实现这些模块中的每个模块的部分或全部。
以下描述描述UAV使用一个或多个控制帧或控制信道来广播UAV的地理定位信息。但是，要理解，数据也可放置在帧的有效负载部分中，并且针对传送地理定位信息和/或其它信息不限于控制帧。此外，本描述叙述了在帧中广播地理定位信息和/或其它信息，但是此类广播可使用多于一个帧来发生。
图1示出根据一个实施例的空中交通系统100。空中交通系统100包括无人航空器系统（UAS）交通管理（UTM）系统110，所述系统110具有政府组件111和行业组件112。政府组件111由诸如联邦航空局（FAA）的一个或多个政府机构开发和部署，并且包括飞行信息管理系统（FIMS）122。FIMS 122与国家空域系统（NAS）的空中交通管理（ATM）124通信，所述空中交通管理（ATM）124可从NAS数据源126获得信息。
行业组件112主要由行业中的一个或多个参与者开发和部署，并且包括与UAS操作员104通信的一个或多个UAS服务供应商（USS）120。USS 120可具有对一个或多个补充数据服务提供商128的访问。USS 120还可具有对一个或多个公共实体132和/或公共安全性实体130的访问，以及由一个或多个公共实体132和/或公共安全性实体130实体进行访问。
UTM 110的目的是针对管理一个或多个UAS 102的飞行，这些UAS 102由对应的UAS操作员104控制/操作/驾驶。UAS 102可以是小型或微型UAS，它们是足够小以至于认为可由一般人便携并且通常比较大型有人的航空器更低的高度处操作/巡航的无人航空器。例如，小型UAV可以是小型和/或设计成在特定高度（例如，1000英尺或甚至低于500英尺）下操作的任何无人航空器。尽管本文中描述的实施例可应用于小型UAV，但是这些系统和方法不限于这些大小的航空器或设计成在特定高度操作的航空器。代替地，本文中描述的方法和系统可类似地应用于任何大小或设计的航空器。贯穿本描述，UAS 102可互换地称为UAV或无人机。特别地，图1中示出一个在飞行中的（airborne）UAV 150。
UAS 102是没有机载人控制器（onboard human controller）的航空器。代替地，UAS 102可使用各种自主程度（degree of autonomy）来操作/驾驶。例如，UAS 102可由位于地面上或以其它方式移动并且独立于UAS 102位置的人（即，UAS操作员104）来操作。例如，UAS操作员104可位于地面上，并采取行动以便通过无线电控制接口（例如，命令和控制（C2）接口）直接控制UAS 102或UAS 102的群组中的每个移动。出于遵循飞行计划或目标的另一集合的目的，UAS操作员104可经由无线电接口传送命令，以使得特定UAS 102调整/移动特定飞行仪器（即，襟翼、叶片、马达等）。在其它场景中，UAS操作员104可将由USS 120批准的飞行计划提供给UAS 102，以便由特定UAS 102自主操作。人操作员可在不驾驶UAS 102的情况下监视飞行计划的进展，并根据需要或根据由USS 120的指示进行干预。
如图1所示，将一个UAS 102示出为在具有通过无线通信网络140的无线电通信覆盖的空域内操作的UAV 150。无线通信网络140可以是提供与UAV的无线通信链路的各种（一个或多个）通信网络中的任何一种通信网络。在一些实施例中，网络140可以是或者可包括无线电接入网络（RAN）。网络140可利用一个或多个通信协议进行操作。因此，网络140可利用以下无线电通信协议进行操作：基于第三代合作伙伴项目（3GPP）的无线电通信协议，诸如第三代（3G）、第四代（4G）、4G长期演进（LTE）、第五代（5G）、5G新空口（例如，NR和NX）；WiFi（例如，电气和电子工程师协会（IEEE）802.11协议）；无线个域网（例如，IEEE 802.15.4协议）；物联网（IoT）；以及低功率广域网无线电通信。其它通信协议和标准可用于实现网络140。
无线通信网络140通常包括多个无线电网络接入装置141（两个作为141a和141b而示出），取决于采用的通信协议和/或标准，通过不同名称来命名这些装置。因此，（一个或多个）无线电网络接入装置141可以是基站（BS）、接入点（AP）、3G中的NodeB（NB）、LTE中的演进NodeB（eNB）、基站控制器（BSC）或无线电网络控制器（RNC）。其它命名法可以适用。一般来说，无线电网络接入装置141允许移动装置在它的覆盖区域上与无线通信网络进行通信。图1中示出的示例是4G LTE系统，其中eNB通过S1接口与网络140的演进分组核心（EPC）通信，并通过X2接口进行eNB到eNB通信。
在图1的所示示例中，UAV 150在无线电网络接入装置141a的覆盖区域内操作。在典型场景中，一旦进入到无线电网络接入装置141a的覆盖区域142，则UAV 150类似于UE进行操作，并与无线电网络接入装置141a建立通信链路。与通信网络140的链路允许通信链路返回到UTM 110，即返回到UAS操作员104或USS 120或者两者。但是，在诸如覆盖区域142的区域中的其它UAV不知道UAV 150的物理地理定位。
图2示出UAV 150可如何在飞行期间获取UAV 150的地理定位信息。UAV 150使用地理定位服务152来确定UAV 150的地理定位信息。在一些实施例中，地理定位服务152可包括在UAV 150上。在其它实施例中，地理定位服务152包括在UAV 150上的客户端组件以及位于远离UAV 150的装置上的服务器组件。地理定位服务152可包括在UAV 150上，并且可通过利用由卫星服务提供的全球定位系统（GPS）来获得地理定位信息。例如，UAV 150可包括从GPS卫星200接收信息的GPS接收器，并且可基于该信息计算UAV 150的地理定位信息。
地理定位服务152可具有位于UAV 150上的客户端组件以及位于远离UAV 150的装置上的服务器组件，并且可通过与通信网络140通信以便确定UAV 150相对于在通信网络140上与UAV通信的无线电网络接入装置的位置来获得地理定位信息。例如，可基于UAV 150的无线电信号测量并基于那些无线电信号测量（例如，基于无线电信号测量的三角测量）来估计地理定位信息（诸如位置）而确定UAV 150的地理定位信息。与由UAV 150自己直接确定相反，在这种情况下，地理定位信息是网络确定的并由UAV 150接收。在这种情况下，地理定位服务152的客户端组件可经由无线电网络接入装置141从远离UAV 150的装置（例如，服务器，所述服务器作为通信网络140的部分）请求和/或接收地理定位信息。因此，通过与地理定位服务152通信，UAV 150使用该服务来确定它的地理定位。
在确定当前的地理定位时，UAV 150要么从地理定位服务获得，要么映射它的当前位置的纬度和经度（x-y方向）。由于UAV 150能够具有高度（z-方向），所以它还通过服务或由它自己确定当前高度。例如，可使用气压传感或其它技术来确定高度。此外，UAV 150还可确定它的速度。这可从每单位时间从一个读数到下一个读数的地理定位的变化来确定，或者可从存在于UAV 150上的传感器获得。另外，UAV 150还可确定它的飞行方向（仅x-y方向或x-y-z方向）。
一旦UAV 150确定了它的地理定位以及其它信息，然后UAV 150处理地理定位信息以进行广播，从而告知其它人它的当前地理定位。针对广播的一个预期目标是用于在UAV150附近的一个或多个其它UAV。为了提供广播，UAV 150采用无线电帧格式来准备标识当前地理定位的地理定位信息。在一个实施例中，作为来自UAV 150的一个或多个通信控制帧的部分而发送地理定位信息，以便广播UAV 150的当前地理定位。
来自UAV 150的无线电帧的广播将取决于被利用的通信协议。在实施例中，无线电通信协议可以是3GPP无线电（例如，3G、4G、5G、窄带IoT（NB-IoT））、WiFi、无线个域网（例如，IEEE 802.15.4 Xbee/Zigbee、LoRa、Sigfox、蓝牙）和低功率广域网（LPWAN）之一。因此，可将地理定位信息插入或附加到现有的无线电帧或无线电帧的序列中。备选地，可在单独的（一个或多个）无线电帧中发送地理定位信息。仍然，在协议利用控制信道（诸如LTE）的情况下，可作为控制信道的部分发送地理定位信息。仍然，在实现专用控制信道以便提供位置信息的情况下，可在专用控制信道中发送地理定位信息以用于提供此类广播。
此外，取决于被使用的协议，可在与基站或接入点通信的控制信道中在报头、信标或探针中发送地理定位信息。例如，当与诸如基站或接入点之类的无线电网络接入装置通信时，可在分组广播控制信道（PBCCH）中发送地理定位信息。
图3-9示出将信息准备到无线电帧格式中的各种示例，所述无线电帧格式包括地理定位信息以及用于包括在无线电帧中的其它信息。这些格式示出可用于含有信息的32位字字段，并且其中使用一个或多个32位字来含有将传送的信息。这些示例是出于说明性目的，并且其它实施例可具有其它格式。图3示出具有8个字的长度的格式300，其中各条目为UAV的地理定位提供有以下信息：
类型 用于指示被提供的信息的类型的8位字段
长度 用于指示被提供的信息的长度的8位字段
方向 用于指示移动方向（例如，0..360度）的16位字段
标识符 作为UAV或无线电网络设备的标识符的32位字段
纬度 用于指示UAV的当前纬度的64位字段
经度 用于指示UAV的当前经度的64位字段
高度 用于指示UAV的高度的32位字段
速度 用于指示UAV的速度的32位字段
要注意，在一些实施例中，可将速度提供为地理定位信息的部分，但是在其它实施例中，可不包括速度。类似地，一些实施例可包括方向信息，而其它实施例可不包括方向信息。
图4示出具有5个字的长度的格式310，其中条目提供以下信息：
类型 用于指示被提供的信息的类型的8位字段
长度 用于指示被提供的信息的长度的8位字段
航点编号 用于提供路径航点的索引编号的16位字段
纬度 用于指示预期路径航点纬度的64位字段
经度 用于指示预期路径航点经度的64位字段
航点信息提供UAV 150的飞行中的特定的（一个或多个）航点，使得接收该信息的其它人可利用（一个或多个）航点来确定UAV 150的飞行路径。可提供多个航点，其中给予每个航点沿预期飞行路径具有对应纬度和经度坐标的不同索引编号。格式310可作为其它信息与格式300中示出的地理定位信息一起被发送，或者可单独被发送。
图5示出具有一个字的长度的格式320，其中条目提供以下信息：
类型 用于指示被提供的信息的类型的8位字段
长度 用于指示被提供的信息的长度的8位字段
电池状态 用于指示电池水平的16位字段
格式320可作为其它信息与格式300中示出的地理定位信息一起被发送，或者可单独被发送。
图6示出具有四个字的长度的格式330，其中条目提供以下信息：
类型 用于指示被提供的信息的类型的8位字段
长度 用于指示被提供的信息的长度的8位字段
载具类型 用于指示UAV的类型的16位字段
能力 用于指示UAV的能力的16位字段
航空器供应商 用于指示UAV或飞行控制器的供应商的16位字段
FW版本 用于指示被使用的固件版本的32位字段
SW版本 用于指示被使用的软件版本的32位字段
格式330可作为其它信息与格式300中示出的地理定位信息一起被发送，或者可单独被发送。
图7示出具有两个字的长度的格式340，其中条目提供以下信息：
类型 用于指示被提供的信息的类型的8位字段
长度 用于指示被提供的信息的长度的8位字段
预留 用于其它用途的16位
警告和预警 用于编码预警和警告的可变长度字段
格式340可作为其它信息与格式300中示出的地理定位信息一起被发送，或者可单独被发送。
图8示出具有三个字的长度的格式350，其中条目提供以下信息：
类型 用于指示被提供的信息的类型的8位字段
长度 用于指示被提供的信息的长度的8位字段
序列号 用于指示序列号的16位字段
标识符 作为UAV或无线电网络设备的标识符的32位字段
操作模式 用于提供关于当前飞行模式的信息的32位字段
操作模式可提供关于UAV的当前飞行模式的信息，所述信息可以是例如：人工驾驶、自主操作。格式350还可携带关于飞行序列（序列号）的更多特定信息，例如着陆、起飞、中转（transit）、盘旋（loiter）。
格式350可作为其它信息与格式300中示出的地理定位信息一起被发送，或者可单独被发送。
图9示出具有N个字的长度的格式360，其中条目提供以下信息：
类型 用于指示被提供的信息的类型的8位字段
长度 用于指示被提供的信息的长度的8位字段
序列号 用于指示序列号的16位字段
可选信息 将发送的各种可选信息
可选信息格式允许从UAV发送各种其它信息。将使用的字的数量可基于将发送的信息的长度进行调整。格式360可作为其它信息与格式300中示出的地理定位信息一起被发送，或者可单独被发送。
将注意，所呈现的各种格式作为示例被提供。其它实施例可利用不同格式。如上所述的那样，在格式310、320、330、340、350和360中提供的信息可作为其它信息与格式300的地理定位信息一起在无线电帧中发送，或者它们可在来自UAV 150的单独广播中发送。并且，图中示出的标识符或其它等同信息通常与无线电帧一起被发送（或与无线电帧相关联），以便将UAV标识为传输来源。在一些情况下，可使标识符是强制性的，以用于标识由UAV发起的消息。
图10示出用于UAV利用一个或多个无线电帧进行传输来广播UAV的地理定位信息以便广播各种上述信息的方法的一个实施例。在流程图400中示出该方法。
UAV通过与地理定位服务通信并利用地理定位服务对UAV进行地理定位来确定UAV的当前地理定位（方框401）。例如，在UAV包括GPS接收器的情况下，UAV可通过使用GPS接收器来确定它的当前地理定位。备选地或另外地，UAV可通过如前所述的那样从通信网络接收地理定位信息来确定它的当前地理定位。
UAV准备无线电帧，所述无线电帧包括标识UAV的当前地理定位的地理定位信息（方框402）。可基于被利用的协议选择（一个或多个）无线电帧和格式（方框402）。
如果要发送其它信息（例如，速度、方向）和/或要发送可选信息，那么还准备合适的信息以进行广播（方框403）。然后，如果注意到预警或警告（方框404），那么准备预警和警告信息（方框405）。如果探测到其它载具（例如，UAV）（方框406），那么准备航点信息（方框407）。如果电池充电水平低（方框408），那么准备电池状态信息（方框409）。最后，一旦收集了所有信息并将它们放入（put into）相应格式，则在无线电帧或基于选择的协议的帧中传送信息（方框410）。如上所述的那样，在一些实施例中，无线电帧是控制帧或控制信道的帧。其它实施例可将帧作为有效负载（例如，数据）进行发送。在一些实施例中，方框404、406和408的功能特征可以是可选的，或者甚至可以不采用。
当UAV 150广播它的地理定位时，UAV 150对于附近（诸如无线电网络接入装置的覆盖区域）的其它人广播它的地理定位。为了广播信息，UAV 150可经由无线电网络接入装置或在对等传输中直接向其它载具广播信息。
在一个实施例中，UAV 150将无线电帧传送给无线电网络接入装置，并且无线电网络接入装置将UAV的信息广播给它的覆盖区域中的其它载具。在一些实施例中，本文中描述的无线电网络接入装置是RAN。由无线电网络接入装置进行的传输可以是中继传输，或者无线电网络接入装置可生成它自己的关于UAV 150或覆盖区域中的多个UAV的信息包。无论哪种方式，然后在广播中将从UAV 150发送给无线电网络接入装置的信息传送给与无线电网络接入装置和/或网络通信的其它飞行载具。
作为在UAV和诸如用于LTE操作的eNB之类的无线电网络接入装置之间传送无线电帧中的地理定位信息的示例，信息可包括在分组广播控制信道（PBCCH）中。
在另一个实施例中，广播可在UAV之间进行，其中使用对等通信。无线电网络接入装置设置了用于两个或更多个UAV经由侧链路通信信道建立彼此通信的框架，这类似于UE如何利用侧链路通信。例如，UAV 150可使用物理侧链路广播信道（PSBCH）来将信息广播到覆盖区域中的一个或多个UAV。
UAV 150不仅具有广播地理定位和其它信息的能力，而且它还具有直接经由对等通信和/或经由无线电网络接入装置接收其它UAV的广播的能力。因此，另一个UAV的地理定位信息可在接收到时由UAV 150使用。例如，UAV 150可通过重新传送其它UAV的信息来中继接收到的广播。在一个实施例中，在准备无线电帧时，可将其它UAV的信息作为可选信息部分进行发送。该技术允许UAV 150在物理距离中扩展针对广播UAV的操作区域。在另一个技术中，UAV 150可具有使用多个协议进行操作的能力。在该实施例中，UAV 150可使用一个通信协议来接收其它UAV的广播，并使用另一个协议来重新传送该广播。在一个实施例中，信息的重新传输可作为可选信息进行发送。当使用不同协议的UAV在相同区域中操作时，该场景允许一个UAV使用第二通信协议来重新广播它的地理定位信息，使得通过使用与由原始广播的UAV所使用的协议不同的协议的UAV来捕获该广播。在另一个示例中，UAV可从另一个实体接收信息，例如从ADS-B接收位置信息（如果它具有这种能力的话）。然后，它可使用诸如LTE或WiFi的另一个协议来广播它的地理定位，以便告知不具有ADS-B能力的其它UAV。
将当前的地理定位信息传送给附近的其它UAV的一个优点是，其它UAV可处理这些信息以用于碰撞躲避。因此，当UAV 150接收到来自另一个UAV的地理定位广播时，UAV 150可处理该信息以便确定是否即将发生潜在碰撞。由UAV 150可利用从其它UAV接收到的与高度、速度和行进方向广播有关的信息来确定与其它UAV潜在碰撞的过程。这里，接收到的航点信息可提供关于其它UAV的预期飞行路径的额外信息。
参考图11和图12，图11在流程图500中示出用于提供碰撞躲避的方法的一个实施例。图12示出碰撞躲避。UAV 150在它的飞行路径160上接收来自另一个UAV 151的广播（方框501），并从接收到的广播确定另一个UAV 151的飞行路径161（方框502）。然后，利用确定的潜在飞行路径，进行与其它UAV 151的潜在碰撞的确定（方框503）。如果即将发生碰撞，那么UAV 150实现碰撞躲避并将飞行路径更改（方框504）为飞行路径162，并且接着，UAV 150继续其飞行至预期目的地（方框505）。如果UAV 150确定碰撞不是即将发生的（方框503），那么UAV 150在原始飞行路径160上继续其飞行至预期目的地（方框505）。
图13示出根据一个示例实施例的UAV 150的框图。如图13所示，UAV 150的设备600可包括具有控制马达的旋转速度的相应马达控制器的马达610的一个或多个集合。例如，（一个或多个）马达610可以是以电池612为动力来操作（operate off）的电动机。UAV 150可包括任意数量的马达610，它们相对于UAV的机身和/或预期航向按任何配置放置。例如，马达610可被配置使得UAV 150是多旋翼直升机（例如，四旋翼直升机）。在其它实施例中，马达610可被配置使得UAV是固定翼航空器（例如，单引擎或双引擎飞机）。在这些实施例中，（一个或多个）马达610与飞行系统611一起使UAV 150以期望的方向保持飞行和/或推进UAV。还包括电池612和一个或多个输入/输出（I/O）装置613，诸如传感器（例如，气压传感器）、音频和/或视频传感器和记录装置（例如，照相机、麦克风、扬声器）以及用于各种输入和/或输出的其它外围装置。还包括地理定位服务614，并且所述地理定位服务614执行如同图2的地理定位服务152论述的功能。
UAV 150包括计算装置601，所述计算装置601包括处理器602。存储器603作为计算装置601的部分而包括在内，但是在其它实施例中，存储器603可与计算装置601分离。存储器603存储指令，所述指令在由处理器602执行时，使得UAV 150取决于被执行的特定软件而执行各种操作。在一个实施例中，存储器603含有：用于控制UAV飞行的飞行操作指令604的集合、用于确定UAV 150的地理定位的地理定位指令605、用于准备将广播的信息的无线电帧格式的无线电帧指令606、以及用于在接收到来自其它UAV的广播时确定与其它UAV的潜在碰撞的碰撞躲避指令607。各种指令执行如之前关于图3-11描述的操作。
各种指令（例如，604、605、606、607）可以是包括指令的计算机程序，所述指令在由处理器602执行时，使得UAV 150执行如上所述的那样广播UAV的地理定位信息和其它信息的方法。存储器603可以是存储指令的计算机可读存储介质，所述指令在由处理器602执行时，使得UAV 150执行如上所述的那样广播UAV的地理定位信息和其它信息的方法。
UAV 150还包括无线电620，所述无线电620包括用于提供相应的接收和传送功能以用于无线通信的接收器621和传送器622（或组合的收发器）。无线电620可具有多于一个接收器或传送器，或者备选地，单个接收器和传送器可作为虚拟无线电进行操作，以便提供多于一个无线电操作。在一个实施例中，无线电620可使用以下协议或标准中的一个或多个进行操作：
第三代（3G）无线电通信，
第四代（4G）无线电通信，
4G长期演进（LTE），
第五代（5G）无线电通信
5G新空口（NR或NX）无线电通信，
802.11无线电通信（WiFi），
802.15.4无线电通信，
无线个域网无线电通信，
物联网（IoT）无线电通信，以及
低功率广域网无线电通信。
无线电在广播地理定位信息和其它信息时与无线电网络接入装置进行无线通信，并在使用对等通信（诸如侧链路通信）时与其它UAV进行通信。同样地，当由接收器621接收到来自其它载具的地理定位广播时，由处理器602处理接收到的信息。如上所述的那样，可使用接收到的信息通过利用相同协议或不同协议来重新传送广播而中继广播；或者可使用接收到的信息来确定可能的碰撞。在一个实施例中，地理定位指令605可用于确定广播载具的位置，并且碰撞躲避指令607可用于探测和躲避可能的碰撞。在一个实施例中，在计算装置601中包括计时器608，以确定可在广播中接收到的任何陈旧信息。陈旧信息例如是关于UAV的位置的信息，这不再表示该UAV的当前位置。可删除被确定是陈旧的信息。
图14示出用于网络节点以重新广播在网络节点处接收到的UAV的地理定位信息的方法的一个实施例。在流程图700中示出该方法。网络节点可以是无线电网络接入装置（例如，无线电网络接入装置141）或网络140的另一个节点。网络节点在来自UAV 150的上行链路传输中发送的无线电帧中接收与UAV 150相关联的地理定位信息和其它信息，其中地理定位信息包括标识UAV 150的当前地理定位的信息（方框701）。网络节点处理接收到的无线电帧（方框702），并在下行链路传输中将标识UAV的当前地理定位的信息作为重新广播传送给一个或多个其它UAV（方框703）。
图15示出包括无线通信网络140的网络800，其中UAV 150在无线电网络接入装置141之一附近操作。在该实施例中，网络800是较大型的网络，无线通信网络140属于该网络800或与该网络800通过接口连接。在一个实施例中，网络800可包括图1的UTM 110。网络节点801示出为具有接口804、处理器802和存储器803。网络节点801可在功能上位于无线电网络接入装置141处以便在该位置处执行操作，或者在功能上可位于无线通信网络140内的其它位置。网络节点801可以是RAN的部分。处理器802执行处理操作，并且其中存储器803可包括可在处理器802上运行的程序指令。如果节点位于无线电网络接入装置141处，那么接口804可包括无线电组件（传送器和接收器）。如果接口804位于其它位置，那么它提供到网络140或800中的其它节点的耦合。出于简单描述网络节点801的某些方面和特征的原因，将示例节点801的组件各自描绘为位于单个较大方框中的单独方框。但是，实际上，示出的一个或多个组件可驻留在网络140上的其它节点处。
如上所述的那样，在描述来自UAV 150的地理定位信息的广播时，一种针对广播的技术是在上行链路无线电帧中将地理定位信息和其它信息传送给无线电网络接入装置141。无线电网络接入装置141处的网络节点801或网络140中的另一个网络节点确定哪些载具（例如，UAV）在无线电网络接入装置141的覆盖区域中。通常，特定无线电网络接入装置的覆盖区域中的装置与该无线电网络接入装置通信。然后，网络节点801中继接收到的广播信息或处理广播信息，并生成它自己的关于UAV 150的地理定位的信息包。然后，在下行链路通信无线电帧中将该信息传送给覆盖区域中的各种飞行载具。无论哪种方式，然后在下行链路广播中将在上行链路传输中从UAV 150发送到无线电网络接入装置141的信息传送给与无线电网络接入装置141通信的其它飞行载具。
在通信协议利用报头、信标或探针的实施例（例如，WiFi通信）中，无线电网络接入装置可在那些介质中接收并重新广播从UAV 150接收到的广播。对于3GPP（例如，3G/4G/5G）通信协议而言，控制信道可用于重新传送广播。例如，可使用前面提到的PBCCH信道。针对下行链路传输的另一个控制信道是小区广播信道（CBCH）。也可使用其它信道。
此外，与UAV类似，网络节点可使用一种通信协议来接收原始广播，并使用不同的通信协议来重新广播来自UAV 150的信息。因此，可在上行链路和下行链路通信中利用不同的通信协议。在一个实施例中，（一个或多个）通信协议模块805可驻留在含有用于运行单独协议的指令的存储器中。因此，通过让网络节点801提供从第一通信协议到第二通信协议的广播的转换，使用一种通信协议的UAV可将它的地理定位信息广播给使用不同通信协议的另一个UAV。以此方式，使用不同通信协议的UAV仍可经由网络节点801交换当前的地理定位信息。
关于重新传输，网络节点801可从除了UAV 150之外的另一个实体接收额外信息。可将该额外信息添加到下行链路传输中。例如，在一个实施例中，通过无线电网络接入装置141，网络节点801可接收ADS-B信息，并在下行链路传输中包括从ADS-B获得的信息或经过滤的信息。
图16示出包括无线通信网络140的网络900，其中UAV 150在无线电网络接入装置141之一附近操作。网络节点901与图15中的网络节点801类似。即，处理器902、存储器903、接口904和（一个或多个）通信协议模块905在功能上与图15的相应组件802-805类似，不同之处在于，网络节点901可具有虚拟网络元件。处理器902或存储器903可驻留在其它地方，并且不一定在网络节点901处。在一些情况下，元件中的一个或多个元件可驻留在云端中。
将注意，存储器803和903可使用诸如之前在本公开中描述的计算机可读存储介质的机器可读（例如，计算机可读）介质来存储代码（所述代码由软件指令组成，并且所述代码有时称为计算机程序代码或计算机程序）和/或数据。在处理器上执行的指令（例如，计算机程序）使得网络节点801、901如上所述的那样接收和重新广播UAV的地理定位信息和其它信息。存储器803、903可以是存储指令的计算机可读存储介质，所述指令在由处理器802、902执行时，使得网络节点801、901执行如上所述的那样接收和重新广播UAV的地理定位信息和其它信息的方法。
通过实现公开的方法和设备，使得地理定位能力对于在通常不用于较高高度处的商业航空器控制的频率处的低空飞行的飞行载具（诸如UAV）可用。UAV现在可实现用于基于地理定位信息进行碰撞躲避的分布式局部决策逻辑。此外，除了地理定位信息之外，UAV还可广播与载具或采取的飞行路径有关的其它信息，以及广播预警和警告。此类警告可包括沿UAV的飞行路径的当地天气状况。

Claims (21)

1.一种用于无人飞行载具UAV(150)广播所述UAV的地理定位信息的方法(400)，包括：
由所述UAV通过与地理定位服务(152)通信并利用所述地理定位服务对所述UAV进行地理定位来确定(401)所述UAV的当前地理定位；
由所述UAV准备(402)无线电帧，所述无线电帧包括标识所述UAV的所述当前地理定位的地理定位信息，其中所准备的无线电帧针对无线电协议；
由所述UAV准备(403)与所述UAV相关联的其它信息以用于包括在所述无线电帧中；
确定(406)是否探测到其它UAV，其中在肯定的情况下，将航点信息添加到所述无线电帧中的所述其它信息；
由所述UAV传送(410)所述无线电帧，所述无线电帧包括所述地理定位信息和所述其它信息，以便广播所述UAV的所述当前地理定位。
2.如权利要求1所述的方法(400)，其中所述传送所述无线电帧包括在控制帧中传送所述无线电帧。
3.如权利要求1所述的方法(400)，其中所述传送所述无线电帧包括在报头、信标或探头中传送所述无线电帧。
4.如权利要求1所述的方法(400)，其中所述传送所述无线电帧包括在与基站(141)或接入点通信的控制信道中传送所述无线电帧。
5.如权利要求4所述的方法(400)，其中所述传送所述无线电帧包括在分组广播控制信道(PBCCH)中将所述无线电帧传送给所述基站(141)。
6.如权利要求1所述的方法(400)，其中所述传送所述无线电帧包括经由侧链路广播在直接对等通信中向其它UAV广播所述无线电帧。
7.如权利要求6所述的方法(400)，其中所述传送所述无线电帧包括在物理侧链路广播信道(PSBCH)中将所述无线电帧传送给所述其它UAV中的一个或多个UAV。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的方法(400)，其中所述准备所述无线电帧还包括提供与所述UAV的所述当前地理定位有关的纬度、经度、高度和速度信息(300)。
9.如权利要求8所述的方法(400)，其中所述准备所述无线电帧还包括提供与所述UAV在所述当前地理定位处的行进方向有关的方向信息(300)。
10.如权利要求1-7中的任一项所述的方法(400)，其中所述准备所述无线电帧还包括提供与以下中的一个或多个有关的信息：
所述UAV上的电池的状态；
所述UAV的身份；
所述UAV的类型；
所述UAV的长度；
所述UAV的载具类型；
所述UAV的能力；
所述UAV的载具供应商；
由所述UAV利用的固件；
由所述UAV利用的软件；
来自所述UAV的警告或预警；以及
所述UAV的操作模式。
11.如权利要求1所述的方法(400)，还包括：
接收来自第二UAV(151)的地理定位信息广播(501)；以及
利用所述第二UAV的所接收到的地理定位信息来躲避与所述第二UAV碰撞(502、503、504、505)。
12.如权利要求11所述的方法(400)，其中所述接收来自所述第二UAV(151)的所述地理定位信息广播经由基站(141)或接入点进行。
13.如权利要求11所述的方法(400)，其中所述接收来自所述第二UAV(151)的所述地理定位信息广播经由与所述第二UAV的直接对等侧链路通信。
14.如权利要求11-13中的任一项所述的方法(400)，还包括：
利用计时器(608)来标识来自所述第二UAV(151)的陈旧的地理定位信息广播。
15.如权利要求1所述的方法(400)，还包括：
接收来自另一个实体的传输；以及
通过将接收到的来自所述另一个实体的所述传输中含有的所述信息包括在所述无线电帧的所述其它信息部分中来对接收到的来自所述另一个实体的所述传输中含有的所述信息进行重新传送。
16.如权利要求1所述的方法(400)，还包括：
接收来自另一个实体的传输；以及
通过将接收到的来自所述另一个实体的所述传输中含有的所述信息包括在所述无线电帧的所述其它信息部分中来对接收到的来自所述另一个实体的所述传输中含有的所述信息进行重新传送，其中所述重新传送利用与用于接收来自所述另一个实体的所述传输的协议不同的通信协议。
17.如权利要求1-7中的任一项所述的方法(400)，其中所准备的无线电帧是针对第三代合作伙伴项目(3GPP)无线电协议、WiFi无线电协议、无线个域网协议和低功率广域网协议之一的无线电协议。
18.如权利要求17所述的方法(400)，其中所述传送所述无线电帧包括利用基于以下中的一个或多个通信协议来传送所述无线电帧：
第三代(3G)无线电通信；
第四代(4G)无线电通信；
4G长期演进(LTE)；
第五代(5G)无线电通信；
5G新空口(NR或NX)无线电通信；
802.11无线电通信；
802.15.4无线电通信；
无线个域网无线电通信；
物联网(IoT)无线电通信；以及
低功率广域网无线电通信。
19.一种供无人飞行载具UAV(150)上使用的设备(600)，包括：
用于传送和接收无线电通信的无线电收发器(620)；
处理器(602)；以及
存储器(603)，所述存储器(603)耦合到所述处理器，所述存储器含有指令(604、605、606、607)，当通过所述处理器执行所述指令时，所述指令(604、605、606、607)使得所述设备执行在权利要求1-18中的任何一个权利要求中所叙述的所述方法。
20.一种存储指令的计算机可读存储介质，所述指令在由无人飞行载具UAV(150)的处理器(602)执行时，使得所述UAV执行在权利要求1-18中的任何一个权利要求中所叙述的所述方法。
21.一种包括指令的计算机程序(604、605、606、607)，所述指令在由处理器(602)执行时，使得UAV执行在权利要求1-18中的任何一个权利要求中所叙述的所述方法。
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