CN110825103A - 用于沿着行进路径引导运载工具的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种运载工具引导系统。运载工具引导系统包括运载工具轨迹管理系统，定位参考系统和运载工具。运载工具轨迹管理系统被构造为生成包括多个路点的运载工具行进路径，多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于其间的至少一个运载工具再激励位置。定位参考系统包括发射器，该发射器被构造为发射包括与相对于发射器的坐标系相关联的位置信息的传输信号。该运载工具包括：接收器，被构造为接收传输信号；能量存储装置，包括用于沿着运载工具行进路径推进运载工具的第一量的能量；以及控制装置，包括与定位参考系统和运载工具轨迹管理系统通信的控制系统。控制装置构造成沿着运载工具行进路径控制运载工具。

Description

用于沿着行进路径引导运载工具的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请是2016年3月31日提交的美国专利申请No.15/087,015的部分继续申请，并且要求2018年8月7日提交的题为“用于定位无人驾驶飞行器的系统和方法(System andMethod for Positioning an Unmanned Aerial Vehicle)”的美国申请No.16/057,455的权益，上述申请均通过引用而整体并入本文。
技术领域
本公开涉及一种运载工具引导系统，并且更具体地，涉及一种被构造为生成多个路点的轨迹管理系统。
背景技术
本公开的领域总体上涉及运载工具引导系统，并且更具体地，涉及用于生成多维运载工具行进路径并使用至少一个运载工具再激励位置沿着运载工具行进路径引导运载工具的系统和方法。
运载工具可包括有人驾驶，无人驾驶，自主和非自主运载工具。例如，运载工具可以是基于空中的，基于水的和/或基于陆地的运载工具。许多运载工具包括机载导航系统。这些系统可以使用惯性导航传感器，例如加速度计和陀螺仪，用于飞行定位和操纵，以及使用基于卫星的导航，用于一般定位和寻路。基于卫星的导航系统补偿由加速度计和陀螺仪偏差，漂移和其他误差引起的位置误差。然而，人造结构和自然特征可能干扰基于卫星的导航系统，从而在运载工具行进通过给定介质时干扰运载工具的精确定位和控制。此外，例如，还没有建立的基础设施和系统来管理低海拔自主运载工具交通的操作，以及安排和排队自主和非自动运载工具在低海拔(低于地面以上4000英尺)空域中在其整个行进路径上的的再激励。
发明内容
在一个方面，提供了一种运载工具引导系统。运载工具引导系统包括运载工具轨迹管理系统，定位参考系统和运载工具。运载工具轨迹管理系统被构造为生成包括多个路点(waypoints)的运载工具行进路径，多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于出发位置和目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置。定位参考系统包括发射器，发射器被构造为发射包括与坐标系相关联的位置信息的传输信号。运载工具包括构造成接收传输信号的接收器，能量存储装置和控制装置。能量存储装置构造成存储用于沿着运载工具行进路径推进运载工具的能量，其中至少一个运载工具再激励位置被构造为向能量存储装置添加一定量的能量。控制装置包括与定位参考系统和运载工具轨迹管理系统通信的控制系统。控制装置构造成基于从定位参考系统接收的位置信息沿着运载工具行进路径控制运载工具。
在另一方面，提供了一种运载工具引导系统。运载工具引导系统包括运载工具轨迹管理系统，定位参考系统和运载工具。运载工具轨迹管理系统被构造为生成包括多个路点的运载工具行进路径，多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于出发位置和目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置。定位参考系统包括扫描电磁辐射发射器，其被构造为调制传输信号以编码与坐标系相关联的位置信息。运载工具包括构造成接收传输信号的电磁辐射接收器，控制装置和能量存储装置。控制装置包括与定位参考系统和运载工具轨迹管理系统通信的控制系统。控制装置被构造为基于从定位参考系统接收的位置信息沿着运载工具行进路径控制运载工具，其中运载工具轨迹管理系统和控制系统中的至少一个至少基于电磁辐射接收器接收的位置信息确定至少一个运载工具再激励位置。能量存储装置构造成存储用于沿着运载工具行进路径推进运载工具的能量，其中至少一个运载工具再激励位置被构造为向能量存储装置添加能量。
在又一方面，提供了一种用于引导运载工具的方法。该方法包括使用运载工具轨迹管理系统生成运载工具行进路径，该运载工具行进路径包括多个路点，多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于出发位置和目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置。该方法还包括使用包括发射器的定位参考系统发送包括与坐标系相关联的位置信息的传输信号。该方法还包括使用运载工具的接收器接收传输信号。最后，该方法包括使用运载工具的控制装置基于从定位参考系统接收的位置信息沿着运载工具行进路径控制运载工具。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部分，其中：
图1是示例性运载工具引导系统的示意图，该示例性运载工具引导系统包括基于空中的运载工具，运载工具轨迹管理系统和定位参考系统；
图2是由运载工具轨迹管理系统产生的示例性运载工具行进路径的示意图，该示例性运载工具行进路径包括多个路点和运载工具再激励位置；
图3是用位置信息编码并由图1所示的定位参考系统传输的示例性传输信号的图形视图；
图4是通过图1所示的定位参考系统被传输和投射到空间中的示例性传输信号的示意图；
图5是示出图1中所示的运载工具引导系统的运载工具和定位参考系统的框图；
图6是示出用于图1中所示的运载工具引导系统的再激励位置的框图；
图7是图1中所示的定位参考系统和运载工具的示意图，其中运载工具定位成与图6中所示的再激励位置进行视线通信；
图8是图1中所示的运载工具的示意图，该运载工具定位成用于进行无线再激励；
图9是定位图1中所示的运载工具的示例性方法的流程图；
图10是改变图1中所示的运载工具的位置的示例性方法的流程图；和
图11是用于沿着运载工具行进路径引导图1中示出的运载工具的示例性方法的流程图。
除非另外指出，否则本文提供的附图旨在示出本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的用于实践本文公开的实施例的所有传统特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将参考许多术语，其应被定义为具有以下含义。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指代。
“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以用于修改任何可以允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(例如“约”，“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里和整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，这样的范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。
如本文所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语(例如，“处理装置”，“计算装置”和“控制器”)不仅限于本领域中称为计算机的那些集成电路，而广泛地指微控制器，微计算机，可编程逻辑控制器(PLC)，专用集成电路和其他可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。在本文描述的实施例中，存储器可以包括但不限于计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)，以及计算机可读非易失性介质，诸如闪存。或者，也可以使用软盘，光盘-只读存储器(CD-ROM)，磁光盘(MOD)和/或数字通用盘(DVD)。而且，在本文描述的实施例中，附加输入通道可以是但不限于与诸如鼠标和键盘的操作员接口相关联的计算机外围装置。或者，也可以使用其他计算机外围装置，其可以包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，附加输出通道可以包括但不限于操作员接口监视器。
此外，如本文所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中以供个人计算机，工作站，客户端和服务器执行的任何计算机程序。
如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”旨在表示以用于短期和长期存储信息(例如，计算机可读指令，数据结构，程序模块和子模块，或任何装置中的其他数据)的任何方法或技术实现的任何有形的基于计算机的装置。因此，本文描述的方法可以被编码为体现在有形的，非暂时性的计算机可读介质(包括但不限于存储装置和存储器装置)中的可执行指令。当由处理器执行时，这些指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。此外，如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”包括所有有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移除的和不可移动的介质，如固件，物理和虚拟存储，CD-ROM，DVD，以及任何其他数字源，如网络或互联网，以及尚未开发的数字手段，唯一的例外是短暂的，传播的信号。
如本文所使用的，术语“实时命令”旨在表示被格式化成控制接收并随后按顺序执行的控制系统和相关部件的指令。这些活动基本上是瞬间发生的。不存储实时命令以便在基本上较晚的时间执行，或者以不同于接收命令的顺序的顺序执行。
本文描述的运载工具引导系统和方法提供增强的运载工具行进路径规划，运载工具行进安排，运载工具定位，运载工具引导，运载工具再激励安排和预订，以及沿着运载工具行进路径用于多个运载工具的运载工具再激励。此外，本文描述的系统和方法允许增强的在途实时运载工具行进路径更新，包括基于运载工具的改变的激励状态和沿着类似的运载工具行进路径的在途运载工具的再激励优先级被引导到运载工具再激励位置。另外，本文描述的系统和方法通过将运载工具保持在静止位置并且更精确和有效地将运载工具引导到特定的再激励位置来促进运载工具的快速和有效的再激励。通过相对于固定或移动定位参考系统精确地建立运载工具的位置并响应于运载工具的当前激励状态和运载工具行进路径实时安排再激励位置，运载工具能够实现增强的操作能力，可用性和更有效的操作。
图1是示例性运载工具引导系统100的示意图，其包括运载工具102，运载工具轨迹管理系统103和定位参考系统104。图2是由运载工具轨迹管理系统103产生的运载工具行进路径101的示意图，其包括多个路点111和两个运载工具再激励位置107。在示例性实施例中，运载工具102是无人驾驶飞行器(UAV)，其被构造为在空中操作并且能够在没有机载飞行员的情况下飞行(自主地或基本上自主地)。例如但不限于，运载工具102是固定翼飞行器，倾转旋翼飞行器，直升机，诸如四轴飞行器的多旋翼无人机，飞艇，飞船或其他飞行器。在替代实施例中，运载工具引导系统100包括陆基运载工具(未示出)和/或水基运载工具(未示出)。例如但不限于，陆基运载工具是轮式车辆，例如汽车或卡车型车辆，履带式车辆或任何尺寸的其他地面车辆。在另外的替代实施例中，运载工具引导系统100包括水基运载工具。例如但不限于，水基运载工具是诸如船的表面运载工具或诸如潜水艇的潜水运载工具。在另外的替代实施例中，运载工具102可以由运载工具102上的操作员或远离运载工具102定位的操作员操作。
运载工具102包括至少一个控制装置105。控制装置105产生受控力并保持或改变运载工具102的定位，取向或位置。控制装置105是推力装置或控制表面。推力装置是向运载工具102提供推进力或推力的装置。例如但不限于，推力装置是马达驱动的螺旋桨，喷气发动机或其他推进源。控制表面是可控表面或其他装置，其提供由于通过控制表面的气流的偏转而产生的力。例如但不限于，控制表面是升降舵，方向舵，副翼，扰流器，襟翼，缝翼，空气制动器或配平装置。控制装置105还可以是构造成改变螺旋桨或转子叶片的桨距角的机构、或构造成改变转子叶片的倾斜角的机构。
运载工具102由本文描述的系统控制，该系统包括但不限于机载控制系统(图5中示出)，再激励位置(图1中未示出)，至少一个控制装置105，运载工具轨迹管理系统103和定位参考系统104。运载工具102可以通过，例如但不限于，由运载工具102从运载工具再激励位置107接收的实时命令，由运载工具102从再激励位置接收的一组预编程指令，存储在机载控制系统中的一组指令和/或程序，或这些控制方案的组合来控制。
实时命令控制至少一个控制装置105。例如但不限于，实时命令包括指令，当该指令由机载控制系统执行时，引起节流阀调节，襟翼调节，副翼调节，方向舵调节或其他控制表面或推力装置调节。在一些实施例中，实时命令还控制运载工具102的附加部件。例如但不限于，实时命令包括当由机载控制系统执行时使无线充电接收器(图5中所示)改变电源(图5中所示)的指令。
从定位参考系统104，运载工具轨迹管理系统103和/或运载工具再充电位置107接收的一组预定指令在由机载控制系统执行时被格式化成控制运载工具102。例如但不限于，一组指令是被格式化成控制至少一个控制装置105的两个或更多个指令的序列，被格式化成控制至少一个控制装置105以减少运载工具102远离预定点的移动的两个或更多个指令，被格式化成控制至少一个控制装置105以将运载工具102移动到预定定位的两个或更多个指令的序列，被格式化成控制至少一个控制装置105以将运载工具102移动到预定位置的两个或更多个指令的序列，或被格式化成控制至少一个控制装置105以执行操纵来改变运载工具102的定位的两个或更多个指令的序列。操纵是例如但不限于滚动，偏航，爬升，俯冲，滑动转弯，倾斜转弯，标准速率转弯或其他操纵。在一些实施例中，从再激励位置接收的一组指令还控制运载工具102的附加部件。例如但不限于，当由机载控制系统执行时，该组指令使无线充电接收器改变电源。
存储在机载控制系统中并由机载控制系统执行的一组指令和/或程序可以控制运载工具102。该组指令或程序存储在运载工具102的存储器中并提供给存储器。例如但不限于，该组指令或程序通过无线或有线连接传输到机载控制系统，并存储在存储器中。该组指令或程序可以是通用的或任务特定的。一般指令或程序，例如但不限于，格式化成控制至少一个控制装置105执行特定操纵，控制至少一个控制装置105执行特定的一组操纵，控制至少一个控制装置105以特定模式(例如站点保持模式)操作运载工具102，以减少运载工具102相对于特定定位、或无线充电接收器的移动，而改变电源。
在一些实施例中，运载工具102由实时命令、从运载工具再激励位置107接收的一组指令以及存储在机载控制系统中的一组指令和/或程序的组合来控制。例如但不限于，实时命令用于启动特定任务，例如将运载工具102定位用于在运载工具再激励位置107处进行再激励。运载工具102从再激励位置接收的一组指令使运载工具102行进到一系列路点111并最终到达目的地位置119。执行存储在机载控制系统中的一组指令和/或程序，以使用控制装置105执行操纵，从而使运载工具102行进到每个路点111和运载工具再激励位置107。
运载工具引导系统100包括运载工具轨迹管理系统103，其构造成生成运载工具行进路径101。为特定运载工具102生成每个运载工具行进路径101，并且特定行程包括多个路点111。运载工具引导系统100以四维绘制每个运载工具行进路径101，包括参考坐标系117，Z方向，X方向，Y方向和时间维度，使得每个运载工具102的计算位置可以在每个运载工具行进路径101期间的任何给定时间确定。多个路点111包括出发位置113，目的地位置119，以及沿着每个运载工具行进路径101定位在出发位置113和目的地位置119之间的路点111处的至少一个运载工具再激励位置107。在示例性实施例中，例如，运载工具轨迹管理系统103被构造成基于运载工具行进路径101的长度、多个运载工具再激励位置107中的至少一个运载工具再激励位置107的操作可用性、沿着运载工具行进路径101的天气状况、由能量存储装置420存储的第一量的能量、以及具有多个优先级的多个运载工具102中的运载工具102的优先级中的至少一个来从多个运载工具再激励位置107确定至少一个运载工具再激励位置107。
在示例性实施例中，例如，每个运载工具再激励位置107的操作可用性可以根据多个因素来确定，多个因素包括每个运载工具再激励位置107处可用的存储能量的量、每个运载工具再激励位置107对一个或多个运载工具102再激励的能力、以及运载工具102已经通过运载工具轨迹管理系统103被安排利用每个再激励位置107。例如，运载工具102的优先级可以由多个因素确定，该多个因素包括运载工具102的激励水平、运载工具行进路径101的长度、运载工具102的区域中的天气状况、运载工具102上的货物的关键性(例如，器官移植)。基于上述因素，沿着每个运载工具行进路径101为每个运载工具102安排和/或预留特定的再激励位置107和/或多个再激励位置107。
运载工具引导系统100包括与运载工具轨迹管理系统103通信的定位参考系统104，以改善运载工具102的定位。例如但不限于，基于卫星的导航系统和其他系统可能不如定位参考系统104精确和/或受结构或自然特征引起的干扰的负面影响。定位参考系统104传输一传输信号106。传输信号106用位置信息编码。位置信息与定位参考系统104相关联并且与定位参考系统104有关。定位参考系统104使用电磁辐射发射器109在传输领域108内传输该传输信号106。电磁辐射发射器109被构造为以图案传输该传输信号106。该图案在上边界110和下边界112内产生第一网格114和第二网格116。例如，电磁辐射发射器109以光栅图案扫描由电磁辐射发射器109发射的射束，并且当射束扫描光栅图案内的特定点时，使用调制将传输信号106编码到射束上。这在第一网格114和第二网格116中的每一个的交叉线处产生点。包括在传输信号106中的位置数据信息对应于由电磁辐射发射器109传输的光栅图案内的射束的位置。
第一网格114和第二网格116是传输信号106以基本上在坐标系117的Y方向上投射交叉线的图案传输的结果。在Z-X平面中在距离定位参考系统104一定距离R2处观察的交叉线的投影表现为第一网格114。在Z-X平面中在大于第一距离R2的距离R3处观察的交叉线的相同投影表现为第二网格116，其看起来比第一网格114相对更大。
远离定位参考系统104距离R2处的第一网格114在水平方向上在空间上被第一竖直线120和最后的竖直线122界定。在第一竖直线120和最后的竖直线122之间在空间上和时间上产生的多条竖直线是当电磁辐射发射器109在光栅图案内移动时由定位参考系统104传输该传输信号106的定时的结果。远离定位参考系统104距离R2处的第一网格114在竖直方向上通过第一水平线118和最后的水平线124在空间上界定。在第一水平线118和最后的水平线124之间在空间上和时间上产生的多条水平线是当电磁辐射发射器109在光栅图案内移动时由定位参考系统104传输该传输信号106的定时的结果。
距离R2可以是第一网格114和定位参考系统104之间的任何距离。为方便起见，在第一网格114上的点126和定位参考系统104之间确定距离，如图所示。
可以通过定位参考系统104以任何合适的方式形成竖直和水平线。在示例性实施例中，竖直和水平线由于电磁辐射发射器109电子地或机械地行进的光栅图案以及当电磁辐射发射器109沿光栅图案行进时传输信号106的传输的定时而形成。在其他实施例中，竖直和水平线由其他传输方案产生。例如，所有线可以顺序地形成或者一次形成。竖直线或水平线之一可以在另一个之前形成。定位参考系统104可以通过传输信号106的传输在形成竖直和水平线之间交替。定位参考系统104可以使用扫描激光器来形成竖直和水平线，激光器顺序地形成竖直和水平线中的一种的所有，然后顺序形成竖直和水平线中的另一种。线顺序形成的速率可能很快，以至于出于实际目的，就好像所有线都同时形成一样。
远离定位参考系统104距离R3处的第二网格116在水平和竖直线的数量以及传输信号106的数量方面与第一网格114相同，但是比第一网格114距离定位参考系统104更远。第二网格116在水平方向上通过第二网格116的第一竖直线130和第二网格116的最后的竖直线132在空间上界定。在第二网格116的第一竖直线130和第二网格116的最后的竖直线132之间在空间上和时间上产生的多条竖直线是在电磁辐射发射器109在光栅图案内移动时由定位参考系统104传输该传输信号106的定时所产生。远离定位参考系统104距离R3处的第二网格116在竖直方向上通过第二网格116的第一水平线128和第二网格116的最后的水平线134在空间上界定。
在空间上和时间上在第二网格116的第一水平线128与第二网格116的最后的水平线134之间的多条水平线是在电磁辐射发射器109在光栅图案内移动时由定位参考系统104传输该传输信号106的定时所产生。距离R3可以是第二网格116和定位参考系统104之间的任何距离，距离R3大于距离R2。为方便起见，如图所示，在第二网格116上的点136和定位参考系统104之间确定距离R3。
在投影网格线的情况下，第一网格114和第二网格116的相似性变得明显，其中第二网格116由形成第一网格114的相同线形成，除了在距离定位参考系统104更远的距离处观察第二网格116，使得第二网格116看起来比第一网格114大。第二网格116是由定位参考系统104在距离R3处产生的网格线的外观，并且第一网格114是在距离R2处的网格线的外观。每条水平线之间的间隔和每条竖直线之间的间隔随着距定位参考系统104的距离的增加而增加。点126和点136分别位于第一网格114和第二网格116内的相应位置。在通过点126和136的传输信号106上编码的位置信息的空间部分是相同的。传输信号还用时间位置信息编码，例如传输该传输信号106时的时间戳。
当运载工具102的电磁辐射接收器115接收到传输信号106时，时间戳允许确定距定位参考系统104的距离。传输和接收传输信号106的时间上的差异用于计算运载工具102和定位参考系统104之间的距离。这允许在Y方向上确定定位运载工具102。时间差还允许确定运载工具102接收传输信号106的距定位参考系统104一定距离处的每条水平线之间的间隔和每条竖直线之间的间隔。在传输信号106上编码的空间位置信息连同每条水平线之间的已知距离和每条竖直线之间的间隔允许确定运载工具102在Z-X平面内的定位。这些确定由运载工具102的控制系统(如图5所示)进行。
第一网格114和第二网格116可包括任何数量的竖直线和任何数量的水平线。竖直线的数量和水平线的数量是电磁辐射发射器109穿过光栅图案的速度和传输该传输信号106的频率的函数。如图所示，它们各自包括十条竖直线和十条水平线。与较少数量的交叉线相比，更多数量的交叉线可以改善固定的传输领域108以及与定位参考系统104的距离的检测和角度分辨率。第一网格114和第二网格116被描绘为具有正方形形状，但是在替代实施例中，第一网格114和第二网格116具有其他形状。例如但不限于，第一网格114和第二网格116是矩形，椭圆形，梯形或圆形。第一网格114和第二网格116的交叉线是正交的，但是在替代实施例中，第一网格114和第二网格116的交叉线以其他角度交叉。例如但不限于，交叉线之间的角度可以是网格的不同部分中的直角、锐角或钝角。
运载工具引导系统100和定位参考系统104使用笛卡尔坐标系。在替代实施例中，运载工具引导系统100和定位参考系统104使用其他坐标系。例如但不限于，运载工具引导系统100和定位参考系统104使用极坐标系，柱坐标系或球坐标系。当运载工具引导系统100和定位参考系统104使用除笛卡尔坐标系之外的坐标系时，定位参考系统104使用改变的光栅图案或其他传输图案来发送该传输信号106。例如但不限于，在极坐标系中形成第一网格114和第二网格116，定位参考系统104使用产生一系列同心圆和从圆的中心辐射出的线的传输图案在传输场108中投射传输信号106。传输信号106沿着一系列点投射，该一系列点沿着同心圆和从圆的中心辐射出的线。
通过光栅扫描每条线或通过投射和扫描细长的辐射束来产生交叉投影线的第一网格114和第二网格116。定位参考系统104使用电磁辐射发射器109水平光栅扫描以产生第一水平线。
然后，网格生成器进入下一水平线位置，并且光栅扫描后续的水平线。对后续水平线重复该处理，直到生成所有水平线。以类似的方式扫描竖直线，产生第一竖直线，然后进入并重复下一竖直线和所有其他后续竖直线的处理，直到生成所有竖直线。在替代实施例中，定位参考系统104仅在一个方向(例如，水平或竖直)上进行光栅扫描，并控制传输信号106的定时，使得传输信号106通过水平线和竖直线在第一网格114和第二网格116中交叉的点。在另外的替换实施例中，定位参考系统104使用其他技术来传输利用位置信息编码的传输信号106以形成坐标系。
在示例性实施例中，传输场108是有限的。传输场108由上界110和下界112界定。基于电磁发射器109的物理限制来固定上界110和下界112。定位参考系统104和/或电磁辐射发射器109被定位成使得感兴趣的对象(未示出)，飞行路径或其他导航兴趣落入传输场108内或附近。感兴趣的对象还包括，例如但不限于，运载工具再激励位置107，无线再激励装置(图8中示出)或视线收发器(图5中示出)。
在替代实施例中，传输场108不受限制或基本上不受限制。定位参考系统104和/或电磁发射器109在从定位参考系统104辐射的所有方向上传输该传输信号106。例如但不限于，电磁发射器109安装在球形安装系统中，包括多个电磁发射器109，或者以其他方式构造成在所有方向上传输该传输信号106。在一些实施例中，传输场基本上不受限制，但具有至少一些由将电磁发射器109耦合到定位参考系统104的安装系统产生的界限。
在示例性实施例中，电磁辐射发射器109传输相干的电磁辐射束。电磁发射器例如但不限于激光器，微波激射器或其他电磁辐射源。在替代实施例中，电磁发射器109传输具有不同射束图案的电磁辐射。例如但不限于，电磁辐射发射器109传输非相干电磁辐射束。在示例性实施例中，电磁辐射发射器109传输落在可见光谱之外的波长的电磁辐射。例如但不限于，电磁辐射发射器109传输落在红外或紫外光谱内的电磁辐射。在替代实施例中，电磁辐射发射器109传输可见光谱内的电磁辐射。
电磁辐射接收器115被构造为接收传输信号106。电磁辐射接收器115是被构造为测量电磁辐射的任何传感器或传感器的组合。例如但不限于，电磁辐射接收器115是一个或多个有源像素传感器，辐射热测量计，电荷耦合器件(CCD)传感器，光电二极管，互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或其他光电检测器。在一些实施例中，电磁辐射接收器115是多个传感器的阵列(如图4所示)。电磁辐射接收器115耦合到运载工具102的控制系统。
运载工具102使用控制系统来处理传输信号106，以基于传输信号106中包括的位置信息来确定运载工具102的位置。例如但不限于，控制系统基于传输信号106中包括的传输时间和接收传输信号106的时间来确定运载工具102和定位参考系统104之间的距离。控制系统基于在传输信号106上编码的位置信息，确定运载工具102在Z-X平面中的位置。例如但不限于，位置信息包括光栅图案中的传输该传输信号106的点，相对于定位参考系统104的传输角度，和/或其他信息。控制系统基于光栅图案中的传输该传输信号106的点来确定运载工具102在Z-X平面中的位置。
基于Z-X平面中的位置和在Y方向上距定位参考系统104的距离，控制系统确定运载工具102相对于定位参考系统104的位置和运载工具行进路径101。在一些实施例中，传输信号106包括关于定位参考系统104的位置和运载工具行进路径101的信息。例如但不限于，传输信号106包括与定位参考系统104的位置，地图坐标，高度和/或其他信息相对应的全球定位参考系统信息。基于定位参考系统104的绝对位置以及运载工具102与定位参考系统104的相对位置和运载工具行进路径101，控制系统确定运载工具102的绝对位置。在替代实施例中，控制系统不确定运载工具102的绝对位置，并且仅确定运载工具102相对于定位参考系统104的位置和运载工具行进路径101。
在一些替代实施例中，控制系统不确定运载工具102的位置。而是，控制系统识别接收传输信号106的时间，并使用通信系统(如图5所示)将该信息传输到远程系统，例如再激励位置107。远程系统(例如，再激励位置107)确定运载工具102的位置并将运载工具102的位置传输到运载工具102的通信系统。例如，运载工具102使用从远程系统接收的运载工具102的位置来控制，例如但不限于，至少一个控制装置105以维持或改变运载工具102的定位或位置，并且沿着运载工具行进路径101保持在路线上。
图3是利用位置信息编码并由定位参考系统104(图1中示出)传输的传输信号106(图1中示出)的图形视图200。在示例性实施例中，使用幅度调制方案利用位置信息对传输信号106进行编码。图200包括定义以秒为单位的时间的X轴202。图200包括定义归一化幅度的Y轴204。每个时间段Ts对应于一比特信息。例如，原点和点206之间的时间对应于一位。幅度为零的传输信号106对应于逻辑“0”位。例如，点206和点208之间的位212是逻辑“0”位。幅度为“A”的传输信号106对应于逻辑“1”位。例如，点208和点210之间的位214是逻辑“1”位。一些位是用于对对应于网格的第一网格114和第二网格116的位置信息进行编码的数据位(均在图1中示出)。一些位是启动或停止指示器，错误检查位，时间戳位或标头位。
电磁辐射接收器115(如图1所示)检测随时间的传输信号106的幅度，并将该信息传递给控制系统(如图5所示)。控制系统使用如本文所述的编码信息来控制运载工具102(图1中所示)。在通过电磁辐射接收器115检测到这些位并由控制系统处理后，可以确定网格内的位置。在一些实施例中，传输信号106还用于使用包括除了关于第一网格114和第二网格116内的位置的信息之外的信息的消息，在定位参考系统104和运载工具102之间进行通信。
在替代实施例中，使用其他调制方案对传输信号106进行编码。例如但不限于，使用频率调制，边带调制，相位调制，相移键控，频移键控，幅移键控或正交幅度调制来编码传输信号106。在更进一步的实施例中，使用两个或更多个调制方案来利用位置信息对传输信号106进行编码。
图4是由定位参考系统104(图1中示出)传输并投射到空间中的传输信号106(图1中示出)的示意图300。视图300示出了在坐标系117的Z-X平面中投射的第一网格114。第一网格114由第一竖直线120和最后的竖直线122界定。第一网格114也由第一水平线118和最后的水平线124界定。电磁辐射接收器115(如图1所示)接收形成第一网格114的传输信号106。电磁辐射接收器115包括多个接收器部件，包括第一接收器部件302，第二接收器部件304，第三接收器部件306和第四接收器部件308。在替代实施例中，电磁辐射接收器115包括不同数量的接收器部件。由传输信号106形成的竖直和水平线中的每一条被编码，使得可以识别网格1至100内的每个区域。四个接收器部件302,304,306,308处于由运载工具102(图1中所示)的取向产生的非共面构造。图4中的每个圆圈以不同的尺寸示出，因为检测器的非共面间隔将产生与第一网格114相交的不同区域。
当每个接收器部件302,304,306,308在第一网格114中接收传输信号106时，其产生输出信号。当接收器部件302,304,306,308穿过竖直线和水平线的交叉点时，接收器部件302,304,306,308接收利用特定于该交叉点的位置信息编码的传输信号106。使用运载工具102的控制系统，解调和处理由每个接收器部件302,304,306,308接收传输信号106而产生的输出信号，以确定每个接收器部件302,304,306,308在第一网格114内的位置、以及每个接收器部件302,304,306,308距定位参考系统104的距离。
图5是示出运载工具102和定位参考系统104的框图。定位参考系统104包括电源402和电磁辐射发射器109。电源向电磁辐射发射器109提供电力，电磁辐射发射器109使用该电力来发射传输信号106(如图1所示)。电源402例如是但不限于电池，太阳能电池，到电网的连接、发电机或其他电能源中的一个或多个。在一些实施例中，定位参考系统104包括其他部件。例如但不限于，定位参考系统104包括控制系统，通信系统或其他部件。在一些实施例中，定位参考系统104始终开启并连续传输该传输信号106。在替代实施例中，定位参考系统104按计划传输该传输信号106。
例如但不限于，定位参考系统104在白天，固定工作时间表或其他计划时间段期间传输该传输信号106。在更进一步的实施例中，定位参考系统104从再激励位置107，运载工具102，运载工具轨迹管理系统103和/或控制定位参考系统104对传输信号106的传输的任何其他系统接收通信。例如但不限于，定位参考系统104处于监听或待机模式，并且当定位参考系统104接收到来自运载工具102或运载工具再激励位置107的通信时，定位参考系统104开始传输该传输信号106。定位参考系统104便于以下中的至少一个：将运载工具102定位用于数据至运载工具再激励位置107(图6中示出)的视线通信，定位运载工具102用于无线再激励，以及将运载工具102定位用于其他再激励。
运载工具102包括电磁辐射接收器115。电磁辐射接收器115从定位参考系统104的电磁辐射发射器109接收传输信号106。电磁辐射接收器115耦合到控制系统404。电磁辐射接收器115将信号输出到控制系统404，控制系统404反映所接收的传输信号106。例如但不限于，电磁辐射接收器115输出与在传输信号106上编码的逻辑位相对应的电压。控制系统404如本文所述处理来自电磁辐射接收器115的信号以确定运载工具102的位置。
控制系统404是实时控制器，其包括任何合适的基于处理器或基于微处理器的系统，例如计算机系统，其包括微控制器，精简指令集电路(RISC)，专用集成电路(ASIC)，逻辑电路和/或能够执行本文所述功能的任何其他电路或处理器。在一个实施例中，控制系统404可以是包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)的微处理器，例如具有2MbitROM和64Kbit RAM的32位微计算机。在示例性实施例中，控制系统404还包括存储器装置(未示出)，其存储用于执行本文描述的功能的可执行指令。例如，在示例性实施例中，存储器装置存储由控制系统404的信号处理器406子系统和飞行控制系统408子系统执行的指令。
信号处理器406子系统和飞行控制系统408子系统可以是软件子系统，硬件子系统或硬件和软件的组合。控制系统404，信号处理器406和/或飞行控制系统408可包括一个或多个处理单元(未示出)，例如但不限于集成电路(IC)，专用集成电路(ASIC)，微型计算机，可编程逻辑控制器(PLC)和/或任何其他可编程电路。处理器可以包括多个处理单元(例如，以多核构造)。处理器执行对其执行本文描述的功能的指令。以上示例仅是示例性的，因此并不旨在以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。
信号处理器406被构造为处理在控制系统404处从电磁辐射接收器115接收的信号。信号处理器406被构造为处理传输信号106。信号处理器406解调传输信号106并从传输信号106中检索位置信息。基于位置信息，信号处理器406确定运载工具102相对于定位参考系统104的位置，如本文所述。例如但不限于，信号处理器406基于在传输信号106上编码的位置信息的空间部分来确定运载工具102相对于定位参考系统104(图1中示出)在Z-X平面中的位置。位置信息的空间部分识别在第一网格114和第二网格116中的传输信号106的位置。该信息识别在Z-X平面中运载工具102的位置。信号处理器406基于在传输信号106上编码的时间位置，确定运载工具102相对于定位参考系统104(图1中示出)和运载工具轨迹管理系统103在Y方向上的位置。
传输信号106包括对应于何时传输该传输信号106的时间戳。使用时间戳和接收传输信号106的时间，信号处理器406确定定位参考系统104和运载工具102之间的距离。在第一网格114和第二网格116发散的实施例中，例如，竖直和/或水平线之间的距离在第二网格116中比在第一网格114中间隔得更远，信号处理器406组合使用传输信号106的空间部分和时间位置来确定运载工具在Z-X平面(如图1所示)中的位置。
在电磁辐射接收器115包括多个部件302,304,306,308(图4中所示)的实施例中，信号处理器406使用由每个部件302,304,306,308接收的位置信息来确定运载工具102的位置。例如但不限于，信号处理器406使用每个部件302,304,306,308之间的已知几何关系和由每个部件302,304,306,308提供的位置信息来确定运载工具102相对于定位参考系统104(图1中所示)和运载工具行进路径101在Z-X平面(如图1所示)中和Y方向上的位置。
在一些实施例中，信号处理器406从定位参考系统410接收定位信息。定位信息是关于运载工具102在特定位置的定位的信息。例如但不限于，定位信息包括侧倾角，偏航角，俯仰角，空速，高度和/或其他定位信息。控制系统404使用定位信息来控制至少一个控制装置105以控制运载工具102的飞行。在一些实施例中，控制系统404被构造为在不使用基于卫星的导航系统数据的情况下控制运载工具102沿着运载工具行进路径101。定位参考系统410包括陀螺仪，加速度计，倾斜计和/或其他传感器中的至少一个。在一些实施例中，定位参考系统410包括基于卫星的导航系统接收器，例如全球定位参考系统接收器，射频导航系统和/或其他导航系统。在一些实施例中，信号处理器406使用例如但不限于卡尔曼滤波器来将位置信息与定位信息组合。控制系统404使用组合信息来确定运载工具102的位置。
飞行控制系统408被构造为至少处理来自信号处理器406的信息并基于所接收的信息控制至少一个控制装置105。飞行控制系统408控制至少一个控制装置105以将运载工具102维持和/或稳定在由信号处理器406确定的当前位置。飞行控制系统408，例如但不限于，使用控制反馈回路将运载工具102维持在基于由信号处理器406确定的运载工具102的位置的位置。
飞行控制系统408还被构造为改变运载工具102的位置。飞行控制系统408控制至少一个控制装置105以改变运载工具102的位置。例如但不限于，飞行控制系统408控制至少一个控制装置105以执行诸如向前飞行，转换到悬停或从悬停转换，翻滚，偏航，爬升，俯冲，滑转，倾斜转弯，标准速度转弯的操纵或其他操纵。飞行控制系统408可以基于本地存储在运载工具102上的指令，将运载工具102的位置从一个位置改变到另一个位置。例如但不限于，飞行控制系统408使用来自定位参考系统410的位置信息，例如但不限于，来自全球定位参考系统的位置信息，控制至少一个控制装置105将运载工具102的位置从第一位置改变到另一位置。这允许飞行控制系统408在诸如路点111，目的地位置119和/或其他限定位置的位置之间移动运载工具102。在一些实施例中，飞行控制系统408使用定位参考系统410从一个位置行进到另一个位置，并且当运载工具102从定位参考系统104接收到传输信号106时，飞行控制系统408基于传输信号106，控制运载工具102以维持运载工具102的位置。
飞行控制系统408还可以基于在控制系统404处从通信系统414接收的信息或指令来控制至少一个控制装置105。例如，通信系统414从运载工具再激励位置107接收指令，该指令在由飞行控制系统408执行时使飞行控制系统408控制至少一个控制装置105，以改变运载工具102的位置和/或执行操纵。通信系统414还可以从运载工具再激励位置107接收与一个或多个控制装置105的手动控制相对应的指令。这允许操作者使用运载工具再激励位置107实时地手动控制运载工具102。在一些实施例中，飞行控制系统408在没有通信系统414接收的指令的情况下采用默认状态。例如但不限于，默认状态是继续朝向路点111或目的地位置119飞行，使用从定位参考系统104接收的传输信号106来维持位置，使用从定位参考系统410接收的信息来维持位置，以及/或以其他方式恢复默认状态。
通信系统414是无线通信收发器，其被构造为通过根据IEEE(电气和电子工程师协会)802.11标准(即WiFi)实现的无线局域网(WLAN)，和/或通过移动电话(即蜂窝)网络(例如，全球移动通信系统(GSM)，3G，4G)或其他移动数据网络(例如，全球微波接入互操作性)(WIMAX))或有线连接(即，用于传输电信号的一个或多个导体)，使用诸如Bluetooth TM或Z-Wave TM的无线通信标准进行通信。。
运载工具102还包括视线收发器416。视线收发器416被构造为使用视线通信技术与附加视线收发器416(图6中示出)通信。例如但不限于，视线收发器416被构造为传输和接收激光，微波，红外光和/或其他电磁能量的相干射束。视线收发器416是或包括，例如但不限于，激光器，微波激射器，红外发射器，有源像素传感器，辐射热测量计，电荷耦合器件(CCD)传感器，光电二极管或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
在该实施例中，运载工具102还包括再激励装置418。再激励装置418被构造为无线地接收电磁能量并使用所接收的电磁能量来再激励能量存储装置420。例如但不限于，再激励装置418被构造为通过电感耦合，谐振电感耦合，电容耦合，磁力耦合，微波或光传输中的至少一种无线地接收电磁能量以传输电磁能量。再激励装置418包括被构造为接收电磁能量的一个或多个天线装置。例如但不限于，再激励装置418包括线圈，调谐线圈，集总元件谐振器，电极，旋转磁体，抛物面碟，相控阵天线，激光器，光电池，透镜和/或用于接收电磁辐射的其他装置。能量存储装置420包括用于沿着运载工具行进路径101推进运载工具102的第一量的能量。在该实施例中，能量存储装置420被构造为使用电池，电容器，燃料电池和/或用于存储电能的其他装置中的至少一个来存储电能。在替代实施例中，运载工具102由液体和/或固体燃料提供动力。在另外的替代实施例中，运载工具102能量存储装置420是燃料箱或存储装置，并且包括加油口(例如，构造成从锥套或其他燃料源接收燃料的探针)。
在该实施例中，控制装置105将运载工具102控制到至少一个运载工具再激励位置107，该至少一个运载工具再激励位置107被构造为将第二量的能量添加到能量存储装置420。更具体地，控制装置105至少基于由电磁辐射接收器115接收的传输信号106中的位置信息，从多个运载工具再激励位置107确定运载工具再激励位置107，并且将运载工具102引导至该再激励位置。在一些实施例中，控制装置105基于运载工具再激励位置107的操作可用性来确定运载工具再激励位置107。运载工具再激励位置107的操作可用性可以由多个因素确定，多个因素包括在运载工具再激励位置107处被再激励的运载工具102的数量，存储在运载工具再激励位置107处的能量的量，和/或当前正被再激励或进入运载工具再激励位置107的运载工具102的优先级。
在该实施例中，定位参考系统104用于相对于加油装置和/或燃料源定位运载工具102(例如，在站保持模式下)，以通过运载工具再激励位置107加油/再激励。
图6是示出用于运载工具102和定位参考系统104(均在图1和图4中示出)的运载工具再激励位置107的框图。再激励位置107包括通信系统414。通信系统414被构造为与运载工具102的通信系统414通信。如本文所述，运载工具再激励位置107使用通信系统414将用于控制运载工具102的指令发送到运载工具102，以便于沿着运载工具行进路径101将运载工具引导至再激励位置107。来自操作员的命令通过用户接口504由运载工具再激励位置107接收。然后使用通信系统414将这些命令作为指令发送到运载工具102。在一些实施例中，通信系统414还被构造用于与诸如个人计算机，工作站，网络，移动计算装置和/或其他装置的其他装置进行无线和/或有线通信。
用户接口504被构造为接收操作员输入并向操作员提供输出。例如但不限于，用户接口包括输入装置，包括键盘，鼠标，触摸屏，操纵杆，油门，按钮，开关和/或其他输入装置。例如但不限于，用户接口包括输出装置，包括显示器(例如，液晶显示器(LCD)，或有机发光二极管(OLED)显示器)，扬声器，指示灯，飞行仪器和/或其他输出装置。
再激励位置107还包括再激励装置502(例如，无线电力收发器)，其被构造为将第二量的能量添加到能量存储装置420。例如但不限于，再激励装置502使用电感耦合，谐振电感耦合，电容耦合，磁力耦合，微波或光传输中的一个或多个来传输电磁能量。再激励装置502包括被构造为传输电磁能量的一个或多个天线装置。例如但不限于，再激励装置502包括线圈，调谐线圈，集总元件谐振器，电极，旋转磁体，抛物面碟，相控阵天线，激光器，光电池，透镜和/或用于传输电磁辐射的其他装置。再激励装置502从能量存储装置506汲取电力。能量存储装置506包括电池，燃料电池，到电网的连接，发电机，太阳能电池板和/或其他电能源中的一个或多个。在一些替代实施例中，再激励装置502和专用于无线电力收发器的单独的能量存储装置506与运载工具再激励位置107分离。在替代实施例中，再激励装置502是加油装置，其构造成用液体或固体燃料通过运载工具102的加油口对运载工具102加燃料。在另外的替代实施例中，再激励装置502被构造为使用机械能，电能，磁能，重力能，化学能，核能和热能中的至少一种形式的第二量的能量来再激励运载工具102。
再激励位置107还包括视线收发器416。例如但不限于，视线收发器416被构造为传输和接收激光，微波，红外光和/或其他电磁能量的相干射束。视线收发器416是或包括，例如但不限于，激光器，微波激射器，红外发射器，有源像素传感器，辐射热测量计，电荷耦合器件(CCD)传感器，光电二极管或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。在替代实施例中，视线收发器416与再激励位置分离，并且包括在具有到另外的远程计算装置的通信连接的数据集线器中。通过视线收发器416可用的高带宽允许运载工具102将大量数据传输到运载工具再激励位置107和/或其他计算机装置，以便在运载工具102外进行处理。这最小化了运载工具102的计算要求和重量，增加了范围和飞行时间。由视线收发器416提供的高带宽允许对运载工具102传输的数据进行实时的机外处理。
在一些实施例中，运载工具再激励位置107部分或全部是手持式的。在其他实施例中，运载工具再激励位置107另外是移动的，例如包括在运载工具中。此外，在一些实施例中，运载工具再激励位置107是固定的。再激励位置107还可以包括控制系统，处理器和/或存储器(未示出)，其执行一个或多个指令，程序或功能以提供本文所述的运载工具再激励位置107的功能。
图7是定位参考系统104和运载工具102的示意图，其中运载工具102定位成与运载工具再激励位置107进行视线通信。使用本文描述的技术将运载工具102保持在相对于定位参考系统104的静止位置。运载工具102使用在传输场108中的传输信号106中传输的来自定位参考系统104的位置信息来保持其位置，该传输信号106形成第一网格114和第二网格116。再激励位置107和运载工具102使用在运载工具102和运载工具再激励位置107之间传输的视线传输602进行通信。当运载工具102在相对于定位参考系统104的固定位置静止时，运载工具再激励位置107不需要主动控制运载工具再激励位置107的视线收发器416(图6中所示)以传输相干的射束到运载工具102的视线收发器416。例如但不限于，运载工具再激励位置107不包括指向和跟踪系统。而是，运载工具再激励位置107的操作者将运载工具再激励位置107对准静止运载工具102，以在运载工具102和运载工具再激励位置107之间建立视线通信。在替代实施例中，运载工具再激励位置107从运载工具102的通信系统414(图5中示出)接收运载工具102的位置，并且将视线传输602传输到运载工具102，其中视线传输602基于运载工具102的已知位置和运载工具再激励位置107的已知位置而被对准。
图8是定位用于通过再激励装置502进行无线充电的运载工具102的示意图。使用本文描述的技术将运载工具102定位在相对于定位参考系统104和/或再激励装置502的静止位置。运载工具102使用在传输场108中的传输信号106中传输的来自定位参考系统104的位置信息来保持其位置，该传输信号106形成第一网格114和第二网格116。运载工具102基于从定位参考系统104接收的位置信息来控制一个或多个控制装置105，以维持静止位置。在一些实施例中，定位参考系统104附接到或包括在再激励装置502中。在替代实施例中，定位参考系统104远离再激励装置502。在一些实施例中，再激励装置502包括在再激励位置107中(如图6所示)。在替代实施例中，再激励装置502与再激励位置107分离。运载工具102定位在空气中、在相对于再激励装置502的静止位置。在替代实施例中，运载工具102使用来自定位参考系统104的位置信息而着陆在平台(未示出)上，该平台定位运载工具102以进行无线充电。在另外的替代实施例中，运载工具102如本文所述定位，用于通过加油装置进行加油。
再激励装置502包括通过端子704耦合到能量存储装置420(图5中示出)的第一感应线圈702。交流电流流过第一感应线圈702，产生磁场708。由于运载工具102的位置，磁场708包围运载工具102的再激励装置418。再激励装置418包括第二感应线圈706。穿过第二感应线圈706的磁场708在第二感应线圈706中产生电流，为运载工具102充电。在替代实施例中，再激励装置502使用其他无线充电技术和部件来对运载工具102进行无线充电。例如但不限于，再激励装置502使用电感耦合，谐振电感耦合，电容耦合，磁力耦合，微波或光传输中的一个或多个来传输电磁能量。再激励装置502包括被构造为传输电磁能量的一个或多个天线装置。例如但不限于，再激励装置502包括线圈，调谐线圈，集总元件谐振器，电极，旋转磁体，抛物面碟，相控阵天线，激光器，光电池，透镜和/或用于传输电磁辐射的其他装置。在替代实施例中，再充电或加油装置502包括加油部件，例如但不限于，锥套，吊杆，软管或构造成通过包括在运载工具102中的加油口对运载工具102加油的其他部件。
当运载工具102在相对于再激励装置502的固定位置静止时，运载工具再激励位置107不需要主动控制再激励装置502以将无线能量传输到运载工具102的再激励装置418的线路。例如但不限于，运载工具再激励位置107不包括指向和跟踪系统。
图9是定位运载工具102(图1中示出)的示例性处理800的流程图。在802处，定位参考系统104(图1中所示)沿着光栅图案扫描电磁辐射发射器109(图1中所示)。例如但不限于，光栅图案对应于第一网格114和第二网格116(均在图1中示出)。在804处，当传输信号106被传输时，定位参考系统104传输用位置信息编码的传输信号106(图1中所示)，该位置信息与光栅图案中的电磁辐射发射器109的定位相关联。例如但不限于，使用如图3所示的幅度调制对传输信号106进行编码。在806处，运载工具102的电磁辐射接收器115(图1中示出)接收传输信号106。在808处，运载工具102的控制系统404(图5中示出)至少基于所接收的传输信号106，控制至少一个控制装置105(图1中示出)。例如但不限于，控制系统404使用信号处理器406(图5中示出)处理接收的传输信号106，并使用飞行控制系统408(图5中示出)控制该控制装置105。
信号处理器406使用在传输信号106中编码的位置信息，确定运载工具102的位置。如果定位参考系统104的位置是已知的，则该位置相对于定位参考系统104或是绝对的。在一些实施例中，信号处理器406在确定运载工具102沿着运载工具行进路径101的定位和/或位置时，使用来自定位参考系统410(图5中所示)的定位信息，例如俯仰角，侧倾角，偏航角，高度和/或其他定位信息。例如但不限于，信号处理器406使用卡尔曼滤波器组合位置信息和定位信息。
在示例性实施例中，在814处，控制系统404将运载工具102定位在相对于运载工具再激励位置107静止的位置处。例如，运载工具102定位在相对于定位参考系统104静止的位置，这允许运载工具再激励位置107位于或移动到相对于运载工具102的位置静止或基本静止，例如在手持时的位置。在替代实施例中，运载工具再激励位置107与运载工具102和/或运载工具再激励位置107通信，并提供与运载工具再激励位置107的位置相对应的信息。使用该信息和来自定位参考系统104的位置信息，控制系统404将运载工具102定位在相对于运载工具再激励位置107的特定静止位置。
当处于静止位置时，在818处，运载工具再激励位置107传输来自再激励装置502(图6中示出)的电磁能量。例如但不限于，再激励装置502使用电感耦合，谐振电感耦合，电容耦合，磁力耦合，微波或光传输中的一个或多个来传输电磁能量。在820处，运载工具102使用再激励装置418(图5中所示)接收所传输的电磁能量。使用控制系统404和定位参考系统104将运载工具102保持在静止位置有助于通过减少由于运载工具102的运动导致的再激励装置502和再激励装置418的解耦而接收电磁能量。使用控制系统404和定位参考系统104将运载工具102保持在静止位置还通过使用相干射束来实现无线充电技术，例如通过接收激光或微波进行充电，来有助于接收电磁能量。
图10是改变运载工具102(图1中所示)的位置的示例性处理900的流程图。在902处，运载工具102的控制系统404(图5中示出)使用电磁辐射接收器115(图1中示出)从定位参考系统104(图1中示出)接收位置信息。例如但不限于，位置信息包括关于运载工具102相对于定位参考系统104的位置的信息。在一些实施例中，运载工具102还从运载工具102的定位参考系统410(图5中示出)接收附加位置信息。例如但不限于，附加位置信息是或者包括从全球定位参考系统的坐标。在904处，控制系统404(图5中所示)从惯性传感器接收定位信息。例如但不限于，控制系统404从定位参考系统410的传感器(例如陀螺仪，加速度计，倾斜计和/或其他传感器)接收定位信息，例如侧倾角，偏航角，俯仰角，空速，高度和/或其他定位信息。
在906处，运载工具102处理位置信息和定位信息。例如但不限于，运载工具102使用信号处理器406(图5中示出)和卡尔曼滤波器或其他功能来处理位置信息和定位信息。在替代实施例中，从运载工具102远程处理位置信息和定位信息，并将结果传输到运载工具102。例如但不限于，运载工具102使用通信系统414(图5中所示)将位置信息和定位信息发送到运载工具再激励位置107(图6中所示)。再激励位置107处理位置信息和定位信息，并将结果传输到运载工具102的通信系统414。
在908处，基于处理的位置信息和定位信息，控制系统404调整运载工具102的定位和/或位置，以使运载工具102稳定在特定位置。例如但不限于，控制系统404使用飞行控制系统408(图5中示出)和至少一个控制装置105(图5中示出)的控制，将运载工具102保持在其当前位置。运载工具102迭代地接收位置信息，接收定位信息，处理位置和定位信息，并调整运载工具102的定位，以将运载工具102稳定在例如，在再激励位置107处等待再激励的运载工具102的队列中的位置。
在910处，运载工具102的控制系统404执行命令以改变运载工具102的位置。例如但不限于，运载工具102使用通信系统414接收从运载工具再激励位置107改变位置的命令。控制系统404执行改变位置的命令，并且控制至少一个控制装置105以改变运载工具102的位置。改变位置的命令可以是行进到特定路点111或目的地位置119的命令，以特定方式致动特定控制装置105的命令，或另外改变运载工具102的位置的其他命令。一旦已通过执行改变位置的命令而改变了运载工具102的位置，运载工具102就从定位参考系统104接收位置信息、以及在新位置处从运载工具轨迹管理系统103接收的任何运载工具行进路径101的更新。例如但不限于，运载工具102基于来自定位参考系统104的位置数据而保持在第一位置的定位，执行改变位置的命令并行进到第二位置。在第二位置，运载工具102从相同或不同的定位参考系统104接收位置信息。使用来自定位参考系统104的位置信息，运载工具102保持其位置和/或定位。
图11是示出用于引导运载工具102的方法1000的流程图。参考图1-10，方法1000包括在1002处使用运载工具轨迹管理系统103生成运载工具行进路径101，运载工具行进路径101包括多个路点111，多个路点111包括出发位置113，目的地位置119和定位于出发位置和目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置107。方法1000还包括在1004处使用包括发射器109的定位参考系统104传输包括与坐标系相关联的位置信息的传输信号。方法1000还包括在1006处使用运载工具102的接收器115接收传输信号。最后，方法1000包括在1008处基于从定位参考系统104接收的位置信息，使用运载工具102的控制装置105，沿着运载工具行进路径101控制运载工具102。
上述方法和系统提供了增强的运载工具行进路径规划，运载工具行进安排，运载工具定位，运载工具引导以及沿着运载工具行进路径用于多个运载工具的运载工具再激励。此外，本文描述的系统和方法允许增强的在途实时运载工具行进路径更新，包括基于运载工具的改变的激励状态和沿着类似的运载工具行进路径的在途运载工具的再激励优先级，被引导到运载工具再激励位置。另外，本文描述的系统和方法通过将运载工具保持在静止位置并且更精确和有效地将运载工具引导到特定的再激励位置，来促进运载工具的快速和有效的再激励。通过相对于固定或移动定位参考系统精确地建立运载工具的定位并响应于运载工具的当前激励状态和运载工具行进路径实时安排再激励位置，运载工具能够实现增强的操作能力，可用性和更有效的操作。
这里描述的方法，系统和设备的示例性技术效果包括以下中的至少一个：(a)使用运载工具轨迹管理系统和位置参考系统生成多个多维运载工具行进路径；(b)沿多个运载工具行进路径引导多个运载工具；(c)在多个运载工具再激励位置安排多个运载工具；(d)在多个运载工具再激励位置引导和维持多个运载工具处于静止位置；(e)沿多个生成的运载工具行进路径，再激励多个运载工具再激励位置处的多个运载工具。
以上详细描述了用于沿着包括至少一个再激励位置的行进路径引导运载工具的方法和系统的示例性实施例。本文描述的方法和系统不限于本文描述的特定实施例，而是系统的部件或方法的步骤可以独立地并且与本文描述的其他部件或步骤分开使用。例如，这些方法还可以与多个运载工具和/或定位参考系统结合使用，并且不限于仅使用如本文所述的运载工具类型和定位参考系统来实践。另外，该方法还可以与装置的其他部件一起使用，并且不限于仅与这里描述的部件一起实践。而是，可以结合许多其他运载工具和定位参考系统来实现和利用示例性实施例。
尽管各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而在其他附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本文描述的系统和方法的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来引用或要求保护附图的任何特征。
一些实施例涉及使用一个或多个电子或计算装置。这样的装置通常包括处理器，处理装置或控制器，诸如通用中央处理单元(CPU)，图形处理单元(GPU)，微控制器，精简指令集计算机(RISC)处理器，特定应用集成电路(ASIC)，可编程逻辑电路(PLC)，现场可编程门阵列(FPGA)，数字信号处理(DSP)装置和/或能够执行本文所述功能的任何其他电路或处理装置。本文描述的方法可以被编码为体现在计算机可读介质中的可执行指令，计算机可读介质包括但不限于存储装置和/或存储器装置。当由处理装置执行时，这些指令使处理装置执行本文描述的方法的至少一部分。以上示例仅是示例性的，因此并不旨在以任何方式限制术语处理器和处理装置的定义和/或含义。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
1.一种运载工具引导系统，包括：
运载工具轨迹管理系统，运载工具轨迹管理系统被构造为生成包括多个路点的运载工具行进路径，多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于出发位置和目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置；
定位参考系统，定位参考系统包括发射器，发射器被构造为发射包括与坐标系相关联的位置信息的传输信号；和
运载工具，包括：
接收器，接收器被构造为接收传输信号；
能量存储装置，能量存储装置被构造为存储用于沿着运载工具行进路径推进所述运载工具的能量，其中，至少一个运载工具再激励位置被构造为向能量存储装置添加一定量的能量；和
控制装置，控制装置包括与所述定位参考系统和所述运载工具轨迹管理系统通信的控制系统，所述控制装置构造成，基于从定位参考系统接收的位置信息，沿着运载工具行进路径控制所述运载工具。
2.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述控制装置被构造为沿着运载工具行进路径控制所述运载工具，而不使用基于卫星的导航系统数据。
3.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述定位参考系统被构造为扫描用位置信息编码的、并由发射器以网格图案发射的射束，并且其中位置信息对应于网格图案内的射束的当前位置。
4.根据前述任一条项的引导系统，其中，运载工具轨迹管理系统被构造为基于以下中的至少一个来确定和预订至少一个运载工具再激励位置：
运载工具行进路径的长度；
至少一个运载工具再激励位置的操作可用性；
沿着运载工具行进路径的天气状况；
所述能量存储装置存储的能量的量；和
所述运载工具相对于至少一个另外的运载工具的优先级。
5.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述能量存储装置构造成存储机械能、电能、磁能、重力能、化学能、核能和热能中的至少一种。
6.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述运载工具是无人驾驶运载工具，并且其中，所述无人驾驶运载工具是基于空中的无人驾驶运载工具、基于陆地的无人驾驶运载工具和基于水的无人驾驶运载工具中的至少一种。
7.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述运载工具被构造为自主操作。
8.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述运载工具进一步包括无线充电接收器，无线充电接收器被构造为从至少一个运载工具再激励位置的无线充电发射器接收电磁能量。
9.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述无线充电接收器被构造为通过磁感应、微波能量束和激光能量束中的至少一种来接收能量。
10.一种运载工具引导系统，包括：
运载工具轨迹管理系统，运载工具轨迹管理系统被构造为生成包括多个路点的运载工具行进路径，多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于出发位置和目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置；
定位参考系统，定位参考系统包括扫描电磁辐射发射器，扫描电磁辐射发射器构造成调制传输信号，以编码与坐标系相关联的位置信息；和
运载工具，包括：
电磁辐射接收器，电磁辐射接收器被构造为接收传输信号；
控制装置，控制装置包括与所述定位参考系统和所述运载工具轨迹管理系统通信的控制系统，所述控制装置构造成基于从所述定位参考系统接收的位置信息，沿着运载工具行进路径控制所述运载工具，其中所述运载工具轨迹管理系统和所述控制系统中的至少一个至少基于所述电磁辐射接收器接收的位置信息，确定至少一个运载工具再激励位置；和
能量存储装置，能量存储装置被构造为存储用于沿着运载工具行进路径推进所述运载工具的能量，其中至少一个运载工具再激励位置被构造为向能量存储装置添加能量。
11.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述扫描电磁辐射发射器包括激光发射器。
12.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述定位参考系统被构造为扫描由扫描电磁辐射发射器以光栅图案发射的射束，并且在射束上编码的位置信息对应于光栅图案内的射束的当前位置。
13.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述运载工具轨迹管理系统被构造为基于以下中的至少一个来确定和预订至少一个运载工具再激励位置：
运载工具行进路径的长度；
至少一个运载工具再激励位置的操作可用性；
沿着运载工具行进路径的天气状况；
所述能量存储装置存储的能量的量；和
所述运载工具相对于至少一个另外的运载工具的优先级。
14.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述能量存储装置构造成存储机械能、电能、磁能、重力能、化学能、核能和热能中的至少一种。
15.根据前述任一条项的引导系统，其中所述运载工具是无人驾驶运载工具，并且其中所述无人驾驶运载工具是基于空中的无人驾驶运载工具、基于陆地的无人驾驶运载工具和基于水的无人驾驶运载工具中的至少一种。
16.根据前述任一条项的引导系统，其中所述运载工具被构造为自主操作。
17.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述运载工具进一步包括无线充电接收器，无线充电接收器被构造为从至少一个运载工具再激励位置的无线充电发射器接收电磁能量。
18.根据前述任一条项的引导系统，其中，所述无线充电接收器被构造为通过磁感应、微波能量束和激光能量束中的至少一种来接收能量。
19.一种用于引导运载工具的方法，所述方法包括：
使用运载工具轨迹管理系统，生成包括多个路点的运载工具行进路径，多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于出发位置和目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置；
使用包括发射器的定位参考系统，传输包括与坐标系相关联的位置信息的传输信号；
使用运载工具的接收器，接收传输信号；和
使用运载工具的控制装置，基于从定位参考系统接收的位置信息，沿着运载工具行进路径控制运载工具。
20.根据前述任一条项的方法，进一步包括使用存储在运载工具的能量存储装置中的能量，沿着运载工具行进路径推进运载工具。
本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种运载工具引导系统，其特征在于，包括：
运载工具轨迹管理系统，所述运载工具轨迹管理系统被构造为生成包括多个路点的运载工具行进路径，所述多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于所述出发位置和所述目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置；
定位参考系统，所述定位参考系统包括发射器，所述发射器被构造为发射包括与坐标系相关联的位置信息的传输信号；和
运载工具，包括：
接收器，所述接收器被构造为接收所述传输信号；
能量存储装置，所述能量存储装置被构造为存储用于沿着所述运载工具行进路径推进所述运载工具的能量，其中，所述至少一个运载工具再激励位置被构造为向所述能量存储装置添加一定量的能量；和
控制装置，所述控制装置包括与所述定位参考系统和所述运载工具轨迹管理系统通信的控制系统，所述控制装置构造成，基于从所述定位参考系统接收的所述位置信息，沿着所述运载工具行进路径控制所述运载工具。
2.根据权利要求1所述的引导系统，其特征在于，其中，所述控制装置被构造为沿着所述运载工具行进路径控制所述运载工具，而不使用基于卫星的导航系统数据。
3.根据权利要求1所述的引导系统，其特征在于，其中，所述定位参考系统被构造为扫描用所述位置信息编码的、并由所述发射器以网格图案发射的射束，并且其中所述位置信息对应于所述网格图案内的所述射束的当前位置。
4.根据权利要求1所述的引导系统，其特征在于，其中，所述运载工具轨迹管理系统被构造为基于以下中的至少一个来确定和预订所述至少一个运载工具再激励位置：
所述运载工具行进路径的长度；
所述至少一个运载工具再激励位置的操作可用性；
沿着所述运载工具行进路径的天气状况；
所述能量存储装置存储的能量的量；和
所述运载工具相对于至少一个另外的运载工具的优先级。
5.根据权利要求4所述的引导系统，其特征在于，其中，所述能量存储装置构造成存储机械能、电能、磁能、重力能、化学能、核能和热能中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的引导系统，其特征在于，其中，所述运载工具是无人驾驶运载工具，并且其中，所述无人驾驶运载工具是基于空中的无人驾驶运载工具、基于陆地的无人驾驶运载工具和基于水的无人驾驶运载工具中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的引导系统，其特征在于，其中，所述运载工具被构造为自主操作。
8.根据权利要求1所述的引导系统，其特征在于，其中，所述运载工具进一步包括无线充电接收器，所述无线充电接收器被构造为从所述至少一个运载工具再激励位置的无线充电发射器接收电磁能量。
9.一种运载工具引导系统，其特征在于，包括：
运载工具轨迹管理系统，所述运载工具轨迹管理系统被构造为生成包括多个路点的运载工具行进路径，所述多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于所述出发位置和所述目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置；
定位参考系统，所述定位参考系统包括扫描电磁辐射发射器，所述扫描电磁辐射发射器构造成调制传输信号，以编码与坐标系相关联的位置信息；和
运载工具，包括：
电磁辐射接收器，所述电磁辐射接收器被构造为接收所述传输信号；
控制装置，所述控制装置包括与所述定位参考系统和所述运载工具轨迹管理系统通信的控制系统，所述控制装置构造成基于从所述定位参考系统接收的所述位置信息，沿着所述运载工具行进路径控制所述运载工具，其中所述运载工具轨迹管理系统和所述控制系统中的至少一个至少基于所述电磁辐射接收器接收的所述位置信息，确定所述至少一个运载工具再激励位置；和
能量存储装置，所述能量存储装置被构造为存储用于沿着所述运载工具行进路径推进所述运载工具的能量，其中所述至少一个运载工具再激励位置被构造为向所述能量存储装置添加能量。
10.一种用于引导运载工具的方法，其特征在于，所述方法包括：
使用运载工具轨迹管理系统，生成包括多个路点的运载工具行进路径，所述多个路点包括出发位置、目的地位置和定位于所述出发位置和所述目的地位置之间的至少一个运载工具再激励位置；
使用包括发射器的定位参考系统，传输包括与坐标系相关联的位置信息的传输信号；
使用所述运载工具的接收器，接收所述传输信号；和
使用所述运载工具的控制装置，基于从所述定位参考系统接收的所述位置信息，沿着所述运载工具行进路径控制所述运载工具。
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