CN111196369A - 防撞装置和航空电子保护系统、防撞方法以及计算机程序 - Google Patents

防撞装置和航空电子保护系统、防撞方法以及计算机程序 Download PDF

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Abstract

一种飞行器的防撞装置(10、38)，所述防撞装置(10、38)包括多个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)，所述多个传感器包括至少两个单独的传感器(Si、Sj)，每个传感器被配置成根据至少一个障碍物的接近度分别传送各自捕获的数据集合，所述防撞装置(10、38)包括：至少一个数据均质化模块(12)，所述至少一个数据均质化模块(12)被配置成将至少一个捕获数据的集合(Eci)转换成相应的未标记数据的集合(Ebi)，分别与至少一个传感器(Ci)相关联的每个未标记数据的集合(Ebi)由从一个未标记数据的集合到另一个未标记数据的集合的多个相同数据类型构成，数据处理模块(14)，所述数据处理模块(14)被配置成根据所述未标记数据的集合(Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN)生成代表障碍物存在或不存在的至少一条信息。

Description

防撞装置和航空电子保护系统、防撞方法以及计算机程序
技术领域
本发明涉及一种飞行器的防撞装置，所述防撞装置包括多个传感器，所述多个传感器包括至少两个单独的传感器，每个传感器被配置成根据至少一个障碍物的接近度分别传送各自捕获的数据集合。
本发明还涉及用于保护飞行器的航空电子系统。
本发明还涉及防撞方法和相关联的计算机程序产品。
背景技术
在下文中，障碍物指被配置成阻碍飞行器移动的任何要素，所述要素可能在地面(或陆地)上，可能是救济区的天然要素、人造结构(诸如，建筑物、桥梁、电力电缆)、临时要素和/或被配置成移动的要素(诸如，植物或动物要素、人类、运载工具等)。
飞行器是指被配置成相对于地面可升至非零海拔的任何运输工具，诸如飞机、飞行器、无人机等。
本发明涉及飞行器领航辅助领域，特别是为了向机组人员或至少飞行员提示与飞越区域的要素的碰撞风险。
由于要执行多种艰巨的任务(在难以到达的区域和/或无准备区域着陆和起飞、低海拔飞行、在救济区附近盘旋(例如，山地救援、观察))，飞行器成为了极有可能与当时环境中的一个或多个障碍物发生碰撞风险的运载工具。
就目前飞行器的综合监视系统(ISS)来说，特别是包括地形感知和警告系统或直升机地形感知和警告系统(TAWS或HTAWS)的综合监视系统来说，该系统执行如FR 2,773,609中所述的关于地形的主要防撞监视功能，并且可在发生救济区危险救援时发出声音警报，从而让机组人员及时反应，快速采取避让操纵。
虽然这种系统可在全球范围内依托预定义的数字地形和障碍物模型在巡航期间保护飞行器，但是在起飞和着陆阶段(发生碰撞事故最频繁的时段)，所述系统的功能受到限制(即使没有被抑制)。
此外，这种系统未被配置成检测所有方向上的障碍物，尤其是诸如陆地运载工具等可移动障碍物，或者诸如植被或起重机等临时障碍物。
最后，这种系统生成的警报仅代表超过预定警报阈值，而不代表飞行器的实时状况与该预定义阈值之间的相对偏差。
还已知主动激光、雷达检测系统，特别是短距离雷达系统。然而，这种系统安装在飞行器上复杂且昂贵，对环境条件(例如，灰尘、雾气)敏感，仅能部分覆盖飞行器(也就是说，例如仅保护飞行器的前部而不保护侧面部分和后尾翼)，和/或与接收到的大量回波相关联，而所述回波是干扰飞行器的其它仪器运行的周围噪音的源头。
还已知增强视力类型的系统，所述系统被配置成通过为机组人员提供对飞行器实时状况的更详细描述来执行防撞功能；然而，这种系统的视野覆盖不了整个飞行器表面。
发明内容
因此，本发明的目标是提出一种航空电子装置和方法，所述航空电子装置和方法能够提高整个飞行器(即，前部、后部、侧部、顶部、底部)以及其乘员的安全性，而不考虑飞行阶段，障碍物的类型和飞行海拔。
为此，本发明涉及一种飞行器的防撞装置，所述防撞装置包括多个传感器，所述多个传感器包括至少两个单独的传感器，每个传感器被配置成根据至少一个障碍物的接近度分别传送各自捕获的数据集合，所述防撞装置包括：
-至少一个数据均质化模块，所述至少一个数据均质化模块被配置成将至少一个检测的数据的集合转换成相应的未标记数据的集合，分别与至少一个传感器相关联的每个未标记数据的集合由从一个未标记数据的集合到另一个未标记数据的集合的多个相同数据类型构成，
-数据处理模块，所述数据处理模块被配置成根据所述未标记数据的集合生成代表障碍物存在或不存在的至少一条信息。
“分开”是指这些传感器在物理上是分开的，因此与飞行器内的分开的位置相关联。作为可选补充，一些传感器也使用不同的技术。
在根据本发明的防撞装置中，利用了每个传感器的技术优点，同时借助于实现的均质化模块消除了所使用的传感器的技术和/或技术演化。这种均质化模块[用作]传感器之间的界面和防撞装置的功能核心，即，针对任何类型的障碍物，处理模块利用获得的多个未标记数据的集合增加所完成的障碍物检测的相关性和覆盖范围。
这种系统是可持续的，因为它不依赖于技术升级或被配置成在飞行器的整个使用过程中被添加/替换的传感器的本源。
根据本发明的其它有利方面，防撞装置包括以下特征中的一个或多个，所述特征被单独考虑或根据所有技术上可能的组合考虑：
-在检测的障碍物存在的情况下，多个相同的数据类型包括至少以下三个数据类型：
-代表障碍物位置的至少一个数据；
-代表检测到障碍物的可能性的至少一个数据；
-代表障碍物大小的至少一个数据；
-防撞装置还包括完善模块，所述完善模块被配置成在与传感器中的一个相关联的未标记数据的集合中完善与来自飞行器的多个传感器中的另一传感器的未标记数据的集合的多个相同数据类型的一种类型相关联的至少一个缺失值；
-防撞装置还包括：
-数据预处理模块，所述数据预处理模块至少被配置成根据与每个传感器相关联的检测区域合并来自所有未标记数据的集合的数据，并将它们发送给数据处理模块，和/或
-监视模块，所述监视模块被配置成根据属于包括至少以下的组的至少一个输入参数来命令所述多个传感器：
-传感器配置参数；
-飞行器的飞行参数；
-代表飞行器的至少一项任务的参数；
-代表由飞行员输入的领航命令的参数；
-代表飞行器的当前飞行阶段的信息；
-代表操作领航模式的参数；
-预处理模块还被配置成对未标记数据的每个集合应用暂时过滤，以消除与障碍物相关联的数据，所述障碍物在飞行器附近的存在持续时间低于预确定阈值；
预处理模块还被配置成将所有未标记数据的集合的数据的合并与先前存储的合并数据的历史记录进行比较；
-当飞行器的传感器中的至少一个被配置成确定障碍物的相对速度时，数据处理模块还被配置成生成代表在盘旋期间飞行器存在或不存在漂移的信息。
本发明还涉及一种用于保护飞行器的航空电子系统，所述航空电子系统包括如上所述的地形感知和警告装置以及防撞装置，所述地形感知和警告装置以及防撞装置各自被配置成根据来自相同类型的至少一个输入数据的预确定启用/停用程度而启用/停用。
根据本发明，在有航空电子保护系统的情况下，先前定义的防撞装置完善了例如现有的地形感知和警告系统(TAWS或HTAWS，地形感知和警告系统或直升机感知和警告系统)，可有效覆盖所有飞行阶段，并且可以提供持续或几乎持续的保护。
例如，先前定义的防撞装置实现了低速保护，并且例如在专利FR 2,773,609中描述的TAWS类型的装置也可以覆盖飞行器的其余飞行阶段。
换句话说，根据本发明，在航空电子保护系统中，地形感知和警告系统以及防撞装置彼此完善，相互弥补弱点，并且彼此团结协作以提高飞行器和机组人员的整体安全性。
根据本发明的其它有利方面，航空电子保护系统包括以下特征中的一个或多个，所述特征被单独考虑或根据所有技术上可能的组合考虑：
-地形感知和警告系统以及防撞装置被配置成相互作用；
-航空电子保护系统包括监视装置，所述监视装置被配置成使用所述相同类型的输入数据命令启用/停用地形感知和警告系统以及防撞装置和启用/停用防撞装置；
-地形感知和警告系统以及防撞装置被配置成使用相同类型的至少一个输入数据作为启用/停用数据来进行独立操作。
本发明还涉及一种飞行器的防撞方法，所述防撞方法包括多个传感器，所述多个传感器包括至少两个技术上单独的传感器，每个传感器被配置成根据至少一个障碍物的接近度分别传送各自捕获的数据集合，
所述方法通过防撞装置实现并且至少包括：
-对相应的未标记数据的集合中的每个捕获数据的集合进行数据均质化，分别与每个传感器(Ci)相关联的每个未标记数据的集合由从一个未标记数据的集合到另一个未标记数据的集合的多个相同数据类型构成，
-进行数据处理，从而从所述未标记数据的集合中生成代表障碍物存在或不存在的至少一条信息。
本发明还涉及一种包括软件指令的计算机程序，当所述软件指令由计算机执行时，实现如上面所定义的防撞方法。
附图说明
通过阅读仅作为非限制性示例提供的以下描述并参考附图，本发明的这些特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
-图1是根据本发明的防撞装置的示意图；
-图2示意性地示出两个分开的传感器的共有障碍物视野，所述两个传感器中的一个相对于另一个以90°定向；
-图3和图4示出以偏置方式布置的三个传感器所应用的三角测量原理；
-图5到图7示出通过合并由分开的传感器提供的未标记数据的集合而得到的预处理的三个连续的时间样本；
-图8和图9示出用于警告/通知飞行员的阈值原理；
-图10到图12分别示出在飞行器以直线或转弯移动的情况下飞行器和可移动障碍物的移动区域，以及相关联的警报等级确定；
-图13示出在避让操纵期间应用的垂直控制；
-图14到图17示出根据本发明的被配置成呈现由防撞装置的处理模块生成的信息的不同显示器示例；
-图18到图21示出根据本发明的航空电子保护系统的不同架构示例；
-图22是图21的架构示例的详细示意图；
-图23是根据本发明的防撞方法的流程图。
具体实施方式
在本说明书的其余部分中，表述“基本上等于”或“近似于”指的是在正负10％内的平等关系，即变化不超过10％，优选地也指的是在正负5％内的平等关系，即变化不超过5％。
在图1中，电子防撞装置10，特别是放置在飞行器上的电子防撞装置，对于每个传感器S1到SN，包括：N多个传感器；数据均质化模块12，所述数据均质化模块12被配置成将至少一个捕获数据的集合Eci转换成分别与每个传感器Si相关联的相应的未标记数据的集合Ebi，所述相应的未标记数据的集合Ebi由从一个未标记数据的集合到另一个未标记数据的集合的多个相同数据类型构成。
此外，电子防撞装置10包括数据处理模块14，所述数据处理模块14被配置成根据所述未标记数据的集合Eb1、Eb2、...、Ebi、...、EbN生成代表障碍物存在或不存在的至少一条信息。这种数据处理模块14是通用的，因为它仅能够处理从均质化模块12获得的通用数据类型。换句话说，处理模块14独立于在飞行器上实现的传感器技术。
另外，如图1中所示，电子防撞装置10还可选地包括完善模块16，所述完善模块16被配置成在与传感器Si中的一个相关联的未标记数据的集合Ebi中完善与来自飞行器的多个传感器S1、S2、…、Si、…SN中的另一传感器Sj的未标记数据的集合Ebj的多个相同数据类型的一种类型相关联的至少一个缺失值。
如图1中所示，根据一种变型，完善模块16仅适用于获得的未标记数据的集合的一部分(即，不适用于所有获得的未标记数据的集合，也就是说不适用于所有获得未标记数据的集合，例如由应用于传感器SN的均质化模块12N提供的未标记数据的集合EbN)，并且根据另一种变型，完善模块16适用于所有所获得的未标记数据的集合。
电子防撞装置10还可选地包括数据预处理模块18，所述数据预处理模块18至少被配置成根据与每个传感器S1、S2、…、Si、…SN相关联的检测区域来合并来自所有未标记数据的集合Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN的数据，并将它们发送到数据处理模块14，和/或可选地包括监视模块20，所述监视模块20被配置成根据属于包括至少以下的组的至少一个输入参数来命令所述N多个传感器S1、S2、…、Si、…SN：
-传感器配置参数D1；
-飞行器的飞行参数D2；
-代表飞行器的至少一项任务的参数D3；
-代表由飞行员输入的领航命令的参数D4；
-代表飞行器的当前飞行阶段的信息22；
-代表操作领航模式的参数24。
配置参数D1特别是指传感器的数量N；传感器在飞行器上的位置；传感器的视野(角度覆盖范围、最小和最大检测范围)；传感器的技术(光学、雷达、摄像头等)；飞行器的尺寸(长度、宽度、转子大小)；传感器的工作范围(速度和高度)；用于触发感知类型信息的余量(特别是与障碍物距离相对应)；用于警报信令的余量；各种传感器的飞行阶段/使用操作模式(取决于该位置的技术)，包含每个传感器的抑制和最大传输功率信息；飞行阶段改变的阈值和确认时间；能够产生的用于通知机组人员的不同声音；以及取决于架构，由防撞装置产生的警报与由TAWS以外的监视装置提供的警报之间的优先顺序。
飞行器的飞行参数D2至少是指：数据三元组，所述数据三元组包括飞行器的高度(也就是海拔)、速度矢量和姿态(俯仰、滚转、偏航)，以及可选地代表以下的一条或多条信息：飞行阶段、速度矢量的变化、飞行器的位置、限制或禁止使用传感器的地理区域、TAWS警报区域和类型：供应在过程中由TAWS/ISS类型的装置传送的地形或障碍物警报类型，这些警报基于飞行器的预期轨迹与数字地形模型之间的比较，而不是基于获取的飞行器的实际环境。
代表飞行器的至少一项任务的参数D3指由任务数据库32提供的数据，包含各种传感器的使用排除区域(取决于技术)。
代表由飞行员输入的领航命令的参数D4是指每个传感器的总起动/停止类型的领航命令，以及可选地与例如功能模式(“盘旋”类型)和“悬降”模式相关联的命令，用于完全或暂时抑制传感器排放功率阈值的调整等。
例如，如图1所示，由领航模式管理模块26提供代表飞行器的当前飞行阶段22的信息和代表操作领航模式24的参数。
输入参数D1到D4由模块28生成，用于管理特别是由领航命令输入界面30(或MMI，人机界面)和由集中与飞行器的多个潜在任务相关联的数据的数据库32提供的输入参数。
在飞行器为无人机的情况下，飞行员输入的输入参数D1到D4经由未示出的在地面站与飞行器之间的数据链路传输。
此外，根据图1的示例，电子防撞装置还包括显示模块34和/或声音检索模块36，所述显示模块34和/或声音检索模块36被配置成针对至少一个机组人员或飞行员检索由数据处理模块14确定的代表障碍物存在或不存在的信息。
例如，这种显示模块34包含俯视或平视(或头戴式)显示器，或者连接到在电子飞行包(EFB)或诸如额外平板电脑中卸载的屏幕。
领航模式管理模块26被配置成根据机组人员在界面30中的输入和飞行器的飞行参数D2来计算不同的操作模式。从一种模式到另一种模式的切换要么是直接的，例如通过飞行员对掩护模式的手动选择，要么是通过领航模式管理模块26基于飞行参数D2组合自动强制的的；例如，在位于某一地面高度的稳定位置的情况下，将自动启用静止模式。
不同的模式以及其选择标准被整合到配置参数D1中，并且特别包括：飞行模式，诸如“低空飞行”、“盘旋”、“悬降”、“搜索和救援”、“战术飞行”；或用于发送作用在传送输出上的领航辅助信息的模式，诸如抑制声音检索模块36输出的“专属显示模式”，仅产生警报类型信息的“警报”模式和将仅产生警告而不是警报的“感知”模式，以及被配置成在有限的时间段内抑制信息生成的“抑制/暂时抑制”模式。
根据对应于组合件38的变型，传感器S1、S2、…、Si、…SN和/或显示模块34和/或声音检索模块36未整合在防撞装置10内而是在防撞装置10外，并且连接到连接装置，所述连接装置可有线或无线连接该防撞装置10。
换句话说，根据该变型，传感器S1、S2、…、Si、…SN和/或显示模块34和/或声音检索模块36例如被并入飞行器内并被其它装置使用，例如以用于互补的领航辅助功能。
根据另一变型，特别是当飞行器是其乘客舱中没有人类飞行员的无人机时，位于地面控制平台内的显示模块34和/或声音检索模块36以及由数据处理模块14确定的代表障碍物存在或不存在的信息经由无人机的收发器模块(未示出)传达，这种收发器模块被配置成根据一个方面整合在防撞装置10内或在防撞装置10外。
在图1的示例中，防撞装置10、38包括未示出的信息处理单元，例如由存储器和与该存储器相关联的处理器构成。
在图1的示例中，均质化模块12、处理模块14、完善模块16、预处理模块18和监视模块20各自以可由处理器执行的软件或软件砖的形式制成。这些模块12、14、16、18、20中的每一个被配置成自动地(也就是说，无人工干预)实现下文中描述的专用处理操作。
然后，电子防撞装置10的存储器被配置成存储：数据均质化软件，所述数据均质化软件被配置成将至少一个捕获数据的集合Eci转换成相应的未标记数据的集合Ebi，分别与每个传感器Si相关联每个未标记数据的集合Ebi由从一个未标记数据的集合到另一个未标记数据的集合的多个相同的数据类型构成；数据处理软件，所述数据处理软件被配置成根据所述未标记数据的集合Eb1、Eb2、...、Ebi、...、EbN生成代表障碍物存在或不存在的至少一条信息；完善软件，所述完善软件被配置成在与传感器Si中的一个相关联的未标记数据的集合Ebi中完善与来自飞行器的多个传感器S1、S2、…、Si、…SN中的另一传感器Sj的未标记数据类型的集合Ebj的多个相同数据类型的一种类型相关联的至少一个缺失值；预处理软件，所述预处理软件被配置成根据与每个传感器S1、S2、…、Si、…SN相关联的检测区域合并来自所有未标记数据的集合Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN的数据，并将它们发送给数据处理软件模块14；以及监视软件，所述监视软件被配置成根据属于包括至少以下的组的至少一个输入参数来命令所述多个传感器S1、S2、…、Si、…SN：至少一个传感器配置参数、飞行器的飞行参数、代表飞行器的当前飞行阶段的信息、代表操作领航模式的参数、代表飞行器的至少一项任务的参数。
然后，处理器被配置成执行来自均质化软件、处理软件、完善软件、预处理软件和监视软件的软件应用中的每个应用。
在未示出的变型中，均质化模块12、处理模块14、完善模块16、预处理模块18和监视模块20各自以呈诸如FPGA(现场可编程门阵列)等可编程逻辑部件的形式制成，或者以呈诸如ASIC(应用特定集成电路)等专用集成电路的形式制成。
当防撞装置10以呈一个或几个软件程序的形式(即，呈计算机程序的形式)制成时，它还能够被存储在计算机可读的未示出的介质上。例如，计算机可读介质是适合于存储电子指令并且能够与计算机系统的总线联接的介质。举例来说，可读介质可以是光盘、磁光盘、ROM存储器、RAM存储器、任何类型的非易失性存储器(例如，EPROM、EEPROM、FLASH、NVRAM)、磁卡或光卡。然后将包括软件指令的计算机程序存储在可读介质上。
多个传感器S1、S2、…、Si、…SN例如包括：定位在飞行器下方的传感器，特别是当涉及底部是暴露部分的直升机时；和/或安装在机身侧面的传感器，因为横向轴线也暴露于障碍物；和/或安装在飞行器尾部的传感器，特别对应于飞行器的最暴露部分中的并且机组人员看不到的一个部分，这种传感器允许同时检测飞行器的横向轴线、垂直轴线和后部轴线处的障碍物。
N个传感器的集合S1、S2、…、Si、…SN能够包括具有相同技术的传感器，例如在不同位置的雷达或者具有不同技术和/或来自不同制造商的传感器，从而能够混合雷达、光电传感器(诸如，相机、红外传感器或可见域内的传感器)、激光雷达、3D激光闪光或超声波传感器。
安装在飞行器上的活跃传感器的数量和类型限定了被保护的轴数和相关联的覆盖范围。
有利地，一个或几个传感器的检测区域之间的重叠被实现以在数据分组期间执行关联性，以便减少错误检测(妨害)率。
取决于防撞装置10的目标应用，这种重叠直接且自然地起因于传感器的视野和覆盖期望的保护区域所必需的传感器数量，或者被优化以使某些区域(例如，在飞行器的前方)中的妨害最小化。
例如，使用系统的传感器安装位置以便加速飞行器认证。例如，对于固定翼飞行器，传感器被安装在机翼的末端和飞行器机头下方，并且可能与固定翼飞行器的照明元件位于同一位置。
例如，对于旋翼飞行器，传感器被安装在飞行器的机体上或在其机头下方作为最后的绝招(以便限制空气动力阻力)。优选地，如果有起落橇，则将传感器安装在飞行器的起落橇上。传感器的这种安装构造能够限制对旋翼飞行器结构的影响，并且简化了向传感器供应电力所需的电缆通道。
对于固定翼飞行器以及旋翼飞行器，例如，还实现了将传感器安装在飞行器下方，这时传感器就相当于把两个相机组合在一起的组合件，以便拍摄3D救济(相机设备)。
从COTS(商用现货)供应商处购买的，特别是由于适中的价格而使用的某些传感器(诸如汽车雷达，其中雷达的接收天线纵向排列)无法升级方位角数据、距离类型，但平面(例如水平)除外。
为了解决这个问题，两个相同传感器(例如两个雷达)被组合在一起，它们各自的视野相对于彼此偏移了90°，这一组合形成了第一类型的虚拟“宏传感器”，“宏传感器”的实际视野对应于形成它的两个传感器的两个视野的交集。
该宏传感器的第一雷达检测潜在的障碍物，并提供它们的水平方位角、障碍物与飞行器之间的距离、估计大小以及相关联的速度矢量。该宏传感器的第二雷达也检测到相同的障碍物，提供它们的垂直方位角、障碍物与飞行器之间的距离、估计大小以及相关联的速度矢量。
图2示意性地示出了由这两个不同的雷达看到的障碍物O1、O2、O3的共有视觉，在例如由第一雷达传送的水平平面38中，以及在例如由相对于第一雷达以90°定向的第二雷达传送的垂直平面40中。
形成宏传感器的雷达中的每个雷达所传送的障碍物参数优先关联在水平平面38和垂直平面40二者中的相同障碍物(例如O1)。例如，首先使用由两个雷达传送的绝对障碍物速度值，然后是障碍物到飞行器的距离，然后是大小(所述大小是较低的优先级，并且对于在水平平面38中看到的大小与在垂直平面40中看到的大小之间的相同障碍物有所不同)。
换句话说，分别由雷达中的每个检测到的并且首先在方向(也就是说，代表接近、分离、静止位置)和法向上具有类似的相对纵向速度矢量的两个障碍物被视为能够潜在地与同一个障碍物相关联，所述障碍物然后当飞行器到障碍物距离相同或实际上相同时得到确认，并且可选地由检测的大小来重新确认。实际上，具有相同移动速度、位于相同距离处且具有相同大小的两个障碍物是相同障碍物的可能性大于90％。
被配置成在垂直平面40中传送信息的第二雷达介入以完成来自第一雷达(而不是相反的情况)的信息，因为根据本发明的一个特定方面，障碍物的水平位置的信息被认为比高度信息更重要。
基于取向相对于彼此偏移达90°的两个雷达的第一宏传感器解决方案被配置成以较低的成本贡献高度信息。
所述信息被带回飞机，因为二者都具有相同的高度(也就是说，较高的高度)，具有不同高度并且距离飞行器相等距离处的两个固定障碍物被宏传感器暂时错误地感知，但是由于飞行器的飞行动力学，无法无限地维持两个平面38和40中的相等距离，所以在没有这种维持的情况下，可以看到两个障碍物的实际各自高度。
为了使用两个雷达来抵消第一类型的宏传感器的这种错误的临时感知，根据本发明，另一种传感器布置可以成为一种变型，所述布置基于由至少三个COTS传感器形成的第二类型的虚拟宏传感器，所述至少三个COTS传感器被设置成至少垂直地偏移，并且被配置成应用由下文所述的图3和图4示出的三角测量。第二类型的宏传感器中的每个传感器被配置成获取由其它传感器发射的脉冲，同时清楚地识别它们的本源。此外，不同的传感器共享相同的时间参照，并且在相同的频率范围内操作。
通常而言，均质化模块12被配置成通过均衡该信号来处理由传感器中的一个提供的信号，以便接下来向处理模块14提供与所使用的传感器技术无关的统一数据。
根据一个特定方面，均质化模块12还被配置成合并由每个传感器(或宏传感器)获取的信息，以便消除所使用的传感器技术固有的周围噪声(例如，错误的雷达回波、光污染等)。可选地，均质化模块12还提供障碍物监测功能。
换句话说，均质化模块12用作传感器或宏传感器与处理模块14之间的界面，以便向其呈现具有相同性质的数据，而与所使用的传感器技术或其制造本源无关。
根据如图1中示出的第一变型，防撞装置10(或38)包括与传感器一样多的均质化模块12，即整数N。
根据该第一变型的一个特定方面，均质化模块12还负责对与之相关联的传感器传送的(即检测到的)数据执行第一过滤，以使每个均质化模块12提供相同性质的M个未标记数据的集合作为输出。
这种均质化模块12仅限于与之相关联的传感器技术和制造商，因为它被配置成分析由这种传感器供应的数据14，以将其从一个传感器转换为另一传感器的相同类型的数据。
换句话说，与对应于雷达的传感器Si相关联的均质化模块12i和与对应于超声波传感器的传感器Sj相关联的均质化模块12j被配置成在由与之相关联的传感器Si和Sj中的每个传感器检测到的障碍物存在的情况下，传送分别与每个传感器Si和Sj相关联的具有相同类型和不同值的数据Ebi和Ebj的集合。进而简化了由防撞装置10的功能核心(即接收未标记的输入数据的这种集合的处理模块14)实现的处理，由此消除了对所使用的传感器的性质或本源的全部依赖，并且可专注于对代表由飞行器的任何区域招致的碰撞风险的信息的可靠传送。
就物理架构而言，均质化模块12i尽可能靠近与其关联的传感器Si，或者甚至集成在传感器Si内(未示出)。
特别地，在检测的障碍物存在的情况下，多个相同的数据类型包括至少以下三种功能数据类型：
-代表障碍物位置的至少一个数据；
-代表检测到障碍物的可能性的至少一个数据；
-代表障碍物大小的至少一个数据(例如，如果其具有小于第一预确定大小阈值的尺寸，则为小型类别；如果其具有在所述第一预确定大小阈值与第二预确定大小阈值之间的尺寸，则为中型类别；如果其具有大于第二预确定大小阈值的尺寸，则为大型类别；或者如果相关联的传感器技术允许，则直接是障碍物的尺寸)。
可选地，特别是为了提供障碍物监测，这三种类型的数据由以下额外功能数据类型完成：
-障碍物的标识符；
-代表检测的障碍物的速度矢量的数据。
在这里，可参考绝对速度矢量，其独立于飞行器的移动(在2D或3D方向和标准值的方向上)；
-代表检测的障碍物的速度矢量的变化(减少/增加/无变化等)的数据；
-代表障碍物与飞行器之间的距离变化(例如，不变，距离增加/减小)的数据，通常对应于相对速度矢量(考虑飞行器的移动)；
-代表障碍物高度(也就是说，标高)的数据(当相关联的传感器的技术允许时，所述高度是指飞行器的相对高度)；
-代表对应于障碍物的方向与飞行器的纵向轴线之间的角度的相对方位的数据；
-代表飞行器的速度矢量的数据(如果相关联的传感器的技术允许，则所述数据包括2D或3D方向以及矢量法向)；
-代表飞行器的速度矢量的变化的数据(如果相关联的传感器技术允许)。
此外，可选地，对于有关的代表性数据中的每个数据，不确定性的百分比可选地与由所考虑的传感器所测量的值相关联。
根据未示出的第二变型，基于两个COTS传感器或三个COTS传感器的组合而实现一个或几个虚拟宏传感器，与每个宏传感器相关联的均质化模块12具有未示出的分布式架构，所述分布式架构一方面包括用于宏传感器中的每个传感器的第一元件(或软件扩展)，所述第一元件被配置成接收、获取和处理组成虚拟宏传感器的传感器传输的信号，这种第一元件特定于所考虑的传感器类型。
此外，根据该第二变型，均质化模块12包括第二元件(或软件扩展)，所述第二元件被配置成处理由与宏传感器中的每个传感器相关联的第一元件传送的数据，以便每个宏传感器都产生完整的三维(3D)未标记(也就是说，通用)功能数据作为输出。
例如，对于由至少三个传感器R1、R2、R3形成的宏传感器，分辨率与传感器的数量直接相关，如图3所示，以提供代表障碍物O1、O2的高度h的数据，均质化模块12被配置成基于四元组数据，所述四元组数据包括例如传感器R1到Ri的位置、仅从其传输和/或传输的集合检测到障碍物的传感器的标识和看到障碍物的距离。
通过将这些数据与飞行器的飞行参数，诸如，飞行器的高度(也就是说，飞行海拔)相组合，均质化模块12被配置成通过几何形状确定障碍物O4或O3或O6所处的近似高度，如图3和图4所示，分别示出了在平面中的著名的三角测量和方位角确定原理。
特别地，在图4中，雷达包括发射天线A和各自间隔距离为I的四个接收天线B1到B4。对应于法向42与传感器Ri之间的角度的角度α与由障碍物O6的顶点反射的传输的关系为α＝arcsin(p/I)，其中
Figure BDA0002254160720000092
是每个接收天线的水平方位角，而λ是波长。
因此，障碍物的高度通过以下公式确定：
Figure BDA0002254160720000091
其中hmax是h'max的函数，对应于视野高度和飞行器的(无线电海拔)高度，∑jh′max对应于未与障碍物(如果有一个)交叉的半区的总高度，d对应于感知到障碍物的距离。
根据基于微传感器使用的该第二变型，考虑到使用均质化模块12的第二元件，未实现被配置成用一个传感器的未标记数据来完善另一传感器的未标记数据的集合的光学完善模块16。
数据预处理模块18至少被配置成根据与每个传感器S1、S2、…、Si、…SN相关联的检测区域合并来自所有未标记数据的集合Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN的数据并将它们发送给数据处理模块14，并且将它们发送给数据处理模块14被实现以或多或少地完善载体的外围设备的完整保护。
更具体地，这种预处理模块18首先被配置成向均质化模块12的输出或可选的完善模块16的输出增加一定程度的短暂过滤，以便消除在比预确定持续时间短的持续时间内存在的障碍物，这种预确定持续时间的值可根据飞行器的绝对速度而变化。
此外，预处理模块18还被配置成将所有未标记数据的集合Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN的数据合并与先前存储在防撞装置10的存储器内的合并数据的历史记录进行比较。
为了在时刻t合并来自所有未标记数据的集合的数据，预处理模块18将依次实现：通过每个障碍物的位置对当前合并的障碍物进行排序，然后指派障碍物标识符，然后合并由各种传感器检测的障碍物，将检测区域相邻且无重叠的障碍物串联，并且当检测区域重叠时根据障碍物的位置、障碍物的大小和它们的速度来合并障碍物；位于相邻区域且具有相似速度矢量(航向和法向)的两个相似大小的障碍物如前所述被认为是相同的。
可配置的余量应用于每个合并参数(检测区域的不确定性，大小余量(例如，差异大小类别))，并且应用于速度矢量(例如，方向上的+/-10°和+/-15kts的值)。
根据一个具体方面，如果在能够由预处理模块18实现的合并处理期间，没有标识符的障碍物被认为与已经具有标识符的障碍物相当，则保留具有最低值的现有标识符。如果两个障碍物被认为是不相同的，则它们各自保留其标识符。
根据一个特定方面，当预处理模块18不具有给定速度时(由于传感器技术)，可以在障碍物的位置上应用更大的余量。因此，如果由来自多个传感器S1、S2、…、Si、…SN中的单个传感器检测到障碍物，则预处理模块18能够根据对应于存在可能性的相关联的不确定性重视如此检测到的障碍物，在当前情况下，如果存在可能性低于预确定的可能性阈值，则消除障碍物。
保留与其获取时刻相关联的每个合并，以便形成可由预处理模块18使用的历史记录。
根据一个特定方面，确定历史记录的深度以便覆盖最慢传感器的至少三次采集。更具体地，如果一个传感器每500ms执行一次采集，而另一个传感器每50ms执行一次采集，则历史记录的最小深度将是3*500ms＝1.5s。
在旋翼飞行器的情况下，该历史记录深度还能解释图5示出的最大空白区域44的覆盖范围。用空白区域的角孔除以飞行器的最小平均旋转演化速度可以确定这一点。例如，如果空白区域度量为20°和并且最小转速为18°/s的，则将应用1.7秒的历史记录深度，因为它大于先前限定的1.5秒的最小深度。
此外，历史记录的俯仰例如对应于最快传感器的频率。
在每次合并时，预处理模块18能够将当前合并的结果与历史记录的不同要素的结果进行比较。在比较期间，根据本发明，两个合并样本之间的时间周期低于预确定的时间值，从而允许应用假设，根据所述假设，障碍物的速度矢量实际上是恒定的。根据该假设，预处理模块18被配置成通过将来自历史记录的障碍物投射到最近一次的合并中来实现对历史记录的障碍物监测。
对于来自历史记录的每个样本，被配置成由预处理模块18实现的这种投射包括：
-将障碍物沿其速度矢量移动一段持续时间，所述持续时间等于历史记录的两次考虑的合并之间的时间周期，飞行器被认为是静止的，然后
-通过考虑飞行器在两次合并之间的移动来校正障碍物的移动的到达点(例如，对于旋翼飞行器，沿三个轴线(俯仰、滚转、偏航)的任何旋转和/或平移移动)，飞行器的这些移动数据要么来自传感器S1、S2、…、Si、…SN(取决于所使用的技术)，要么由外部模块(未示出并且例如为惯性单元类型)提供，所述外部模块可以并入或可以不并入到根据本发明的防撞装置10中，并且最后
-使用与合并的原理相同的原理，分析通过与当前合并的障碍物进行比较而获得的障碍物，即位于相邻区域中且具有相似速度矢量的两个相似大小的障碍物被视为是相同的，并且可配置的余量适用于每个合并参数(检测区域的不确定性、大小余量(例如，差异类别))，并且适用于速度矢量(例如，方向(即，航向)上的+/-10°和+/-15kts的值)。在该步骤中，为每个障碍物指派唯一的标识符。如果来自历史记录的障碍物被视为与来自当前合并的障碍物相当，则来自历史记录的标识符被保留用于来自当前合并的障碍物。否则，将仅保留来自当前合并的障碍物及其所有特征，包括其标识符。
在该比较操作期间，预处理模块18被配置成推断障碍物与飞行器之间的距离变化(障碍物的相对位置与飞行器的相对位置的比较)。
因此，预处理模块18提供随着时间推移识别和监测的飞行器以及障碍物的环境与其特征的合成视觉，即：障碍物的标识符；已经检测到障碍物的传感器；障碍物的位置；障碍物的大小；存在可能性；标高(取决于传感器的类型)；障碍物的速度矢量(取决于传感器的类型或从对两个样本之间的障碍物移动的测量得出)以及障碍物与飞行器之间的距离变化。
图5到图7示出了这种历史记录的三个不同且连续的样本。在这三幅图中，显示了六个不同的障碍物a、b、c、d、e、f以及分别与安装在飞行器45上的六个传感器相关联的覆盖区域。图5示出了最旧的样本，图6示出了中间样本，而图7示出了三个示出的连续样本中的最后一个样本。
在对应于预处理模块18的预处理的实现时刻T0的图5中，与覆盖区域46相关联的传感器检测到三个障碍物a、b、c，与覆盖区域48相关联的传感器检测到三个障碍物c、d、e，并且与覆盖区域50相关联的传感器检测到一个障碍物f。与该时刻T0相关联的合并预处理导致识别用于初始化障碍物监测的六个障碍物a、b、c、d、e、f。
在对应于由预处理模块18的预处理的实现之后的时刻T1的图6中，飞行器45已移动，特别是围绕偏航轴线旋转，与覆盖区域46相关联的传感器现在仅检测到两个障碍物a、b，与覆盖区域48相关联的传感器检测到三个障碍物a、b、c，分别与覆盖区域50和52相关联的传感器检测到相同的障碍物f。与该时刻T1相关联的合并预处理导致识别四个障碍物a、b、c和f，在该时刻T1未检测到障碍物e、f，因为它们位于空白区域44中，但是障碍物监测通过参看前一时刻T0的样本解决了检测不足的问题。
在对应于由预处理模块18的预处理的实现之后的时刻T2的图7中，飞行器45已经再次移动，特别是绕偏航轴线旋转，与覆盖区域46相关联的传感器现在仅检测到一个障碍物b，与覆盖区域48相关联的传感器检测到两个障碍物a、b，与覆盖区域50相关联的传感器检测到两个障碍物e和d，而与覆盖区域54相关联的传感器检测到障碍物f。与该时刻T2相关联的合并预处理导致识别五个障碍物a、b、d、e和f，在该时刻T2未检测到障碍物c，因为它们位于空白区域44中，但是有利地，由预处理模块18实现的障碍物监测通过参看来自在先前时刻T0和T1处获得的历史记录的样本解决了检测不足的问题。
数据处理模块14被配置成(如果适用通过完善模块16完善，和/或如果适用通过预处理模块18进行预处理)从未标记数据的所述集合Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN中生成至少一条信息，所述信息代表对应于障碍物存在或不存在和警报信息的风险等级评估(如果适用)。
换句话说，数据处理模块14特别地被配置成确定情况的危险性并计算飞行器与位于飞行器附近环境中的不同障碍物中的每个之间的剩余余量，以通知机组人员危险障碍物存在/不存在并在必要时发出警报。
根据一个可选方面，当飞行器的传感器S1、S2、…、Si、…SN中的至少一个被配置成确定障碍物的相对速度时，数据处理模块14还被配置成生成代表盘旋期间飞行器存在或不存在漂移的信息。
换句话说，根据该选择，数据处理模块被配置成将被配置成实现盘旋阶段的旋翼飞行器的任何漂移通知给飞行器的机组人员或至少飞行员。
数据处理模块14是电子模块，所述电子模块被配置成在考虑飞行器的固定坐标系的同时自动地(也就是说，无需人工干预)实现所有其处理操作(因此，将障碍物视为处在相对于飞行器的相对位置)，并且警报(迫近的风险)与警告(也就是说，不涉及迫近的风险的障碍物存在)之间的区别基于如根据同心示出的两个变型(分别围绕飞行器的矩形和圆形)的图8或图9中示出的撞击之前的预定义时间阈值的集合而做出，其中障碍物O7、O9、O10的速度矢量为VO7、VO9、VO10，这表明除非飞行器45的轨迹发生变化，否则没有碰撞的风险，并且将仅会向飞行员发出警告，而障碍物O8和O11的速度矢量VO8、VO11朝向飞行器45的位置定向，并且只要它停留在仍与警告传输相关联的监视区域56中，便会向机组人员发出警告，并且一旦位于最关键的监视区域58，便会向机组人员发出警报。
通过将撞击之前的时间与预定义的时间阈值进行比较来完成由数据处理14实现的风险评估处理，这些时间阈值可选地由飞行员例如经由电位计类型的界面来配置。由数据处理装置14实现的这种风险评估处理试图通知机组人员或至少飞行员在飞行器周围的预定义体积的监视区域中存在危险物体。
因此，数据处理模块14寻求的风险评估处理的目标是将趋向于最快速地接近飞行器或飞行器趋向或可能趋向于接近的障碍物(包括救济区)视为是最危险的障碍物，并且将远离飞行器或飞行器足以快速移动离开的障碍物视为是危险最小的或没有冒犯性的障碍物。
另外，根据可选的变型，数据处理模块14被配置成使用飞行器45和障碍物或TAWS类型的间隙传感器的速度矢量的扩展或来执行风险评估，以确定风险障碍物。间隙传感器通常是指由车载计算机计算并且确定空间的探测体积的虚拟表面，将所述探测体积与如由车载地形数据库提供的相应地形的地形学进行比较。在该可选变型的两种情况下，检测原理都是相似的。不同之处在于，间隙传感器包括限定沿速度矢量定向并覆盖飞行器的可能的短期轨迹(诸如，障碍物)的区域。区域的长度取决于飞行器的移动和预定义的预期时间。在飞行器的速度数据不可用的情况下，可考虑从传感器的数据中推理出一个包容长度(直接或间接地通过测量飞行器在几次数据采集之间的移动)。
根据可用的飞行器数据(姿态(滚转角、倾斜角、航向变化等)、高度、垂直速度、地面速度等)以及由传感器返回的那些数据，可以区分直线和曲线轨迹情况。如果该信息不可用，则仅考虑直线情况。
在由图10所示的直线情况下，区域60以飞行器62的速度矢量V62为中心，在这里是四倍体，而另一个区域64以障碍物O12的速度矢量VO12为中心，覆盖了飞行器60和障碍物O12的可能的移动的这些区域具有可配置成若干度(例如3°)的开口。
在由图11所示的转弯情况Vr下，以飞行器62的速度矢量V62为中心的区域60在转弯Vr的方向上延伸。在这种情况下，将转弯侧面的角度α取为等于：
例如，在固定翼飞行器的情况下，β＝(T*g*Tan(A滚转))/(2*V)。对于T，考虑的预期时间(例如，0秒与20秒之间)、重力加速度g、飞行器的当前滚转角A滚转、飞行器的当前地面速度V，以及
在旋翼飞行器45或62的情况下，β＝T*(实际航向变化+航向变化)/2，其中“实际航向”是指考虑到风的航向，而“航向”是指例如在侧风的情况下(即，飞行器的成直角飞行)，飞行器的机头能够相对于实际航向偏移的取向。应当注意的是，根据所使用的传感器，实际航向有时不是可访问的数据，在这种情况下，其变化被默认为零。
转弯Vr期间的碰撞风险的评估是通过与由图8和图9所示出的预定义阈值进行比较来完成的，所述预定义阈值是在预撞击时间内使用飞行器和障碍物的速度/间隙传感器矢量的结果确定的。
对于每种障碍物，数据处理模块14被配置成根据选定实施例变型与以下三个要素中的一个相交的最接近阈值直接产生的风险等级相关联：代表障碍物与飞行器之间的距离变化的矢量；或障碍物的速度矢量；或障碍物的间隙传感器。
根据风险评估处理，数据处理模块14被配置成一旦检测到障碍物已经超过来自结合风险评估处理描述的预定义时间阈值的警报阈值，就警告机组人员或至少飞行员有碰撞风险。这种警报阈值例如对应于图8和9中围绕飞行器45限定的监视区域56与58之间的边界。
根据先前为之前的风险评估处理指示的可选变型，并且根据应用飞行器45和障碍物或TAWS类型的间隙传感器的速度矢量的扩展，一旦飞行器的速度/间隙传感器矢量与障碍物的速度矢量交叉就会生成警报，然后将所考虑的障碍物视为具有已证明的碰撞风险。根据该警报处理，障碍物的位置和飞行器的端部被包括在能够由处理模块14自动实现的计算中。
如图12所示，当以飞行器62的速度矢量V62为中心的区域60与以障碍物O12的速度矢量VO12为中心的区域64存在重叠66时，生成碰撞风险警报，并且存储障碍物O12的标识符。
由处理模块14实现的这种警报处理基于一种假设，根据所述假设，鉴于垂直视场和各种传感器的范围，经过检测到障碍物(尤其是可移动障碍物)上方的情况不符合飞行器的正常操作。因此，必须通知机组人员(在无人机的情况下是在无人机上或是在远程)以便分析情况。
警报严重性等级Na说明预定义的警报阈值(可配置并且可选地能够由机组人员进行调制)，警报阈值取决于撞击之前的总剩余时间Ttot_i＝Ti1+Ti2，其中如图12示出的Ti1和Ti2分别对应于将载体的间隙传感器和障碍物的重叠区域66与障碍物O12的相对速度分隔的时间，并且Na＝V相对_障碍物/Ttot_i。
根据由传感器提供的最大检测距离和由用户(和/或建造者)选择的防撞装置10的复杂程度，可以依照降低的严重程度来限定一个到三个之间的警报阈值，即：如果例如Na>4.1m.s-2，则需要避让的第一最大警报阈值；如果例如2.5m.s-2≤Na≤4.1m.s-2，则对应于警告的第二警报阈值；以及对应于单纯谨慎的第三警报阈值Na<2.5m.s-2。
根据由图13示出的可选方面，处理模块14能够实现一种计算，所述计算被配置成通过使用相关联的障碍物O13的垂直廓线来考虑垂直尺寸，所述垂直廓线根据先前限定的警报等级与立即避让操纵E1或规避避让操纵E2相关联。这种廓线表明了飞行器62的当前实际性能水平。为此，机载传感器必须提供障碍物的标高并将障碍物固定在地面68上(这种计算对于可移动的障碍物没有意义)。
根据一个特定方面，当处理模块14能够确定规避操纵E2能够越过高度增加了余量Ma的障碍物O13时，则受制于警报的障碍物O13的水平自动降级。相反，当处理模块14能够确定规避操纵E2与高度增加了余量Ma的障碍物O13发生冲突时，则维持相关联的警报等级。此外，当处理模块14能够确定立即避让操纵E1与增加了余量Ma的障碍物高度冲突时，传输对应于需要避让的最大警报阈值的警报。
由警报处理所传送的信息具有比相对于风险等级评估处理的优先级更高的优先级；因此，这两条信息被认为是互斥的。
作为可选的补充，数据处理模块14能够根据所使用的传感器技术的类型来实现代表飞行器的漂移的处理供应信息。
用于供应代表飞行器的漂移的信息的这种处理对于任务特别有用，在所述任务期间，通过维护飞行器，特别是盘旋的旋翼飞行器，飞行器经历着陆/起飞区域上存在的掉电/停电，在有风的情况下，飞行器能够在飞行员无法检测的情况下移动，因为飞行员可能会由于掉电/停电而失去视觉参考点。
根据第一变型，用于供应代表飞行器的漂移的信息的这种处理包括：通过使用连接到防撞装置10的人机界面30实时地确定飞行器相对于其环境的相对移动。例如，通过图17中示出的符号，防撞装置能够向飞行器的飞行员显示情况的演变。因此，可以示出飞行器与障碍物之间的距离变化，并且向机组人员指示(通过将飞行器的位置与由各种传感器识别的静止障碍物进行比较)地面速度矢量。
根据第二变型，当飞行器处于静止模式时(由飞行器的第三方航空电子装置或飞行员自己经由MMI 30供应的信息)，所述静止模式的特征在于相对于地面的非零高度和基本为零的地面速度，数据处理模块14能够将周围场景的演变与地面的水平高度进行比较，特别是将飞行器相对于被识别为静止的障碍物的位置进行比较。如果位置变化超过一定距离(可配置并且例如对应于转子半径)，则代表飞行器的漂移的信息会自动上报给机组人员。
因此，数据处理模块14提供随时间推移识别和监测的障碍物的环境以及其特征的合成作为输出，即：障碍物的标识符；障碍物的位置；已经检测到障碍物的传感器；障碍物的大小；障碍物存在的可能性；障碍物的标高(取决于传感器的类型)；风险评估；警报等级；以及可选地代表飞行器的漂移的信息。
监视模块20被配置成根据飞行器的状况来适配传感器和防撞装置10的行为。
换句话说，监视模块20的任务是根据配置参数D1、操作模式24、当前飞行阶段D2和各种传感器的技术抑制/降低传输功率来管理各种传感器S1、S2、…、Si、…SN，并将抑制/降低有关传感器的传输功率。
通过监视模块20的管理，可以实现：
-避免在例如悬降阶段的特定飞行阶段遇到棘手情况(在这种情况下，抑制面向飞行器的前方的传感器或降低其传输功率直到停下为止是有效的，因为这种传感器可能会产生错误警报)，或例如在启用了“放下起落撬”模式、“战术飞行”模式的特定操作模式期间遇到棘手情况；
-通过调制由每个传感器发出的功率水平来保护在飞行器附近工作的人：诸如基于激光或基于雷达技术等活跃技术可能在短时间内造成严重伤害(如激光致使失明，雷达波致使癌症)，同时遵守现行法规要求的最大暴露极限值；
-通过降低某些传感器的发射水平或启用脉冲操作模式(在有限的时间段内是活跃的，然后不活跃，然后再次活跃等)，限制飞行器暴露于外部检测，特别是在“战术飞行”模式下，在这种情况下，活跃的传感器能够有助于飞行器的识别/定位；
-通过减少这些传感器在这些传感器的安装区域内的发射，防止防撞装置10破坏不同于飞行器的电子设备(例如天文台)的操作，所述电子设备的频率范围与对应于毫米雷达的传感器的频率范围相同。
由监视模块实现的这种管理是根据配置数据D1完成的，针对每个传感器，所述配置数据D1特别包含：传感器的标识符；传感器的技术；传感器在飞行器上的位置；视野；由功能模式24发射的功率水平；由飞行阶段D2发射的功率水平；传感器被抑制/切断的功能模式24；传感器被抑制/切断的飞行阶段D2；本地数据库32(特定于任务)；或更大的表面积(例如，全球范围)，含有未使用特定传感器技术的区域。
监视模块20能够使用该数据库以及机器的飞行阶段和其它飞行参数D2(例如，位置)，并且能够经由用于连接到传感器的物理界面将必要的命令发送到相关传感器，以便降低其功率或完全停止它们。
根据一个特定方面，监视模块20还能够根据启用的功能模式24和/或飞行阶段D2来调制显示模块34和/或声音检索模块36的输出。例如，在专属显示模式下，仅启用了显示模块34的输出；抑制了声音检索模块36的输出。
显示模块34负责飞行器的实时状况及其可能具有的操纵余量的图形描述，如果适用的话，还伴随着声音检索模块36产生的视觉警报和声音警报。
这种图形描绘可以采用由图14到图17所示出的几种形式。
图14是示例性图形说明，包括位于各种传感器S1、S2、…、Si、…SN的视野内的各种障碍物O14和O15的位置。根据一个特定方面，使用不同的颜色来突出显示最危险的障碍物(障碍物移得更近或渐远，位于相同高度或在飞行器下方的障碍物)。
图15是在监视区域72中提供传感器S1、S2、…、Si、…SN、通过障碍物的方向信息74、76以及距离信息70的示例性图形说明。
图16是用于平视系统的干净示例性图形说明，例如示出了最接近的障碍物的方向78以及将其与飞行器45隔开的距离70。根据一个可选方面，添加了第二最接近障碍物所在的方向80。
根据未示出的额外方面，还示出了提供不同风险阈值的位置以及飞行器(例如，在直升机的情况下，叶片的端部)与最接近的障碍物之间的距离。在高碰撞风险的情况下，可以调整距离信息的颜色或障碍物的颜色(例如，红色而不是琥珀色指示紧急)。例如，防撞装置“失明”的区域(也就是说，白色区域)也可以以阴影线扇区的形式描绘。
举非限制性示例来说，图17中的表格提出了符号的示例，所述符号使得能够将静止障碍物与移动障碍物分开，以示出移动障碍物的移动方向，以及障碍物与飞行器之间的中间距离的演变。
声音检索模块36反过来能够例如通过使用宣布每个阈值已经被超过的合成声音和最近的障碍物的方向来检索呈音频信号形式的碰撞风险警报，或者检索音频信号，所述音频信号的频率和/或强度反映障碍物的接近度和方向。为此，声音获取模块36直接并入音频获取元件或例如与听筒类型的外部元件连接。
图18到图21示出了根据本发明的航空电子保护系统的不同架构示例。
图18示出了第一“基本”架构，其中根据本发明的防撞装置10、38是独立装置。根据该第一基本架构，多个82传感器S1、S2、…、Si、…SN安装在飞行器上，并且能够将捕获的数据提供给防撞装置10、38，所述防撞装置10、38向机组人员84直接传送以视觉和/或音频的形式的代表障碍物存在或不存在的信息作为输出。根据该基本架构，防撞装置10、38不与诸如监视装置(例如，地形感知和警告系统TAWS)等其它数据源联接，并且例如不能够预测飞行器的姿态变化。根据该基本架构，防撞装置10、38例如对应于电子飞行包(EFB)、平视显示器(HUD)或专用计算机。
图19示出了第二“增强”架构，其中与先前结合图18所描述的基本架构相比，防撞装置10、38联接到其它航空电子仪器的集合36(也就是说，能够与之协作，接收和/或交换数据)，诸如地理定位仪器(例如，用于卫星地理定位的GPS系统)、空气数据计算机(ADC)或测定风力计算机、姿态航向参考系统(AHRS)、无线电测高度计等，其目标是提高由防撞装置10、38为全体机组人员84所生成的信息的相关性。除了根据图18的基本架构的航空电子保护系统的功能外，根据图19的增强架构的这种航空电子保护系统还能够恢复飞行器的飞行数据，即速度、位置、海拔等，以便优化信息的相关性，所述信息根据本发明生成并且代表障碍物存在或不存在。
根据图20示出的“联接”架构的第三示例，通过联接到一体地形成于(ISS，综合监视系统)中的监视系统88来增强图19的增强架构，所述监视系统88特别地包括航空电子地形感知和警告系统(TAWS或HTAWS、地形感知和警告系统或直升机感知和警告系统)，这使得除了防撞装置10、38之外，还可以恢复由监视系统直接供应的信息，诸如飞行阶段、操作模式等。根据该“联接”架构，人机界面30由两个装置共享，所述两个装置即根据本发明的防撞装置10、38和TAWS装置。
因此，根据该第三架构，地形感知和警告系统以及防撞装置被配置成相互作用(即，彼此倾听)。
在该第三架构中实现的联接“等同于”协调，以便尽可能增加飞行器的保护范围，例如地形感知和避让系统以及防撞装置能够通过使用相同类型的至少一个输入数据作为启用/停用数据来独立于彼此操作。例如，从“飞行阶段”数据出发，在巡航阶段启用地形感知和避让系统，并且在起飞/着陆阶段停用，在所述飞行阶段期间启用了根据本发明的防撞装置。
图21示出了第四架构，其中根据本发明的防撞装置10、38被直接并入到一体地形成在飞行器中的监视系统88内，所述监视系统88特别包括航空电子地形感知和避让系统。这种一体化的结构在图22中被示意性地示出，并且对应于图1的防撞装置的元件集合，所述元件集合和传统上与TAWS装置相关联的元件集合合并。
“合并”表示诸如领航模式管理模块26、用于管理输入参数的模块28、用于输入领航命令的界面30和数据库32等元件由防撞装置和TAWS装置共享。
用于管理输入参数的模块28例如利用对TAWS装置更特定的第五类数据D5增强，即预先存储的地形和障碍物的数字模型。
这种第五类别D5联接到特定于这种数字地形和障碍物模型的数据库90。
对于TAWS装置，用于管理输入参数的模块28通常供应用于管理反应模式的模块，例如预定义的反应模式M1、M2、M3、M4、M5，“倾斜角”B-A、“尾击风险”T-S、“调出”模式C-O。反应模式管理模块28能够将根据输入参数和由领航模式管理模块26传送的输出而选择的反应模式传送给警报管理模块A-M。警报管理模块AM还由以下供应：包括至少一个传感器94的模式预测模块92；预测与地形碰撞的元件96；预测与不同于地形的障碍物的碰撞的元件98；用于线性预测与不同于地形的障碍物的碰撞的元件100。警报管理模块A-M和模式预测模块92的输出能够通过显示模块102和/或通过声音检索模块104来检索。
由防撞装置以及由TAWS或HTAWS装置形成的组合件由监视装置106控制，所述监视装置106被配置成使用相同类型的输入数据命令启用/停用特定于地形感知和警告系统的模块，以及启用/停用特定于防撞装置的模块，所述输入数据例如飞行阶段、领航命令、“飞行管理系统(FMS)命令”型命令等。
为此，监视装置106特别包括用于对飞行器状况进行全局监视的模块108和警报监督器110，所述警报监督器110被配置成从根据本发明的防撞装置和/或从TAWS或HTAWS装置仲裁/选择视觉和口头信息，以便使用显示模块112和/或声音获取模块114基于飞行阶段/参与的功能模式而选择最相关的信息呈现给机组人员。
监视装置106还能够管理保护方面的任何重叠以及要上报给机组人员的不同信息之间的优先顺序。
结合图23，由防撞装置10、38升级的根据本发明的防撞方法116包括第一可选监视步骤118，所述第一可选监视步骤118用于根据先前所描述的类别D1到D4的至少一个输入参数命令(即，启用/停用、调制传输功率等)N个传感器S1、S2、…、Si、…SN，每个传感器S1、S2、…、Si、…SN分别能够根据至少一个障碍物的接近度传送各自捕获的数据的集合S1、S2、…、Si、…SN。
根据步骤120，防撞装置10对由每个传感器具体检测的数据实现均质化，以分别传送由从一个未标记数据的集合到另一个未标记数据的集合的多个相同数据类型构成的未标记(也就是说，通用)数据的集合。
根据一个可选步骤122，防撞装置10、38实现完善模块，使得其能够在与传感器Si中的一个相关联的未标记数据的集合Ebi中完善与来自飞行器的多个传感器S1、S2、…、Si、…SN中的另一传感器Sj的未标记数据的集合Ebj的多个相同数据类型的一种类型相关联的至少一个缺失值。
根据另一个可选步骤124，防撞装置10、38实现预处理操作，使得能够根据与每个传感器S1、S2、…、Si、…SN相关联的检测区域合并来自所有未标记数据的集合Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN的数据，并将它们发送给数据处理模块14，并且在适用的情况下，在这期间应用以下内容：对未标记数据的每个集合Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN进行短暂过滤以便消除与在飞行器附近的存在持续时间低于预确定阈值的障碍物相关联的数据，和/或将来自所有未标记数据的集合Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN的数据的合并与预先存储的合并数据历史记录进行比较。
根据步骤126，防撞装置10、38对直接对应的或从未标记数据中获得的通用数据实现处理操作，以生成代表障碍物存在或不存在的至少一条信息。
根据步骤128，防撞装置10、38实现用于为机组人员或至少为飞行员检索代表障碍物存在或不存在的信息的步骤。
因此，根据本发明的联接或未联接到TAWS或HTAWS装置的防撞装置和防撞方法使得能够通过覆盖飞行器运行的情况来提高飞行器的安全性，所述运行的情况例如以相对于附近的静止或移动人造障碍物的具有小的侧向和垂直隔开余量的低速操作(起飞、着陆、盘旋和出租车阶段)，以及飞行器在地面附近操作的所谓的低空飞行阶段，同时消除了所使用的传感器的本源和技术，这是通过匿名化传感器与根据本发明的防撞装置10、38的功能核心14之间的界面来实现的。

Claims (10)

1.一种飞行器的防撞装置(10、38)，所述防撞装置(10、38)包括多个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)，所述多个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)包括至少两个单独的传感器(Si、Sj)，每个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)被配置成根据至少一个障碍物的接近度分别传送各自捕获的数据集合(Ec1、Ec2、…、Eci、…EcN)，
其特征在于所述防撞装置(10、38)包括：
-至少一个数据均质化模块(12)，所述至少一个数据均质化模块(12)被配置成将至少一个捕获数据的集合(Eci)转换成相应的未标记数据的集合(Ebi)，分别与至少一个传感器(Ci)相关联的每个未标记数据的集合(Ebi)由从一个未标记数据的集合到另一个未标记数据的集合的多个相同数据类型构成，
-数据处理模块(14)，所述数据处理模块(14)被配置成根据所述未标记数据的集合(Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN)生成代表障碍物存在或不存在的至少一条信息。
2.根据权利要求1所述的装置(10、38)，其中在检测的障碍物存在的情况下，所述多个相同数据类型包括至少以下三个数据类型：
-代表障碍物位置的至少一个数据；
-代表检测到障碍物的可能性的至少一个数据；
-代表所述障碍物大小的至少一个数据。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置(10、38)，所述装置(10、38)还包括完善模块(16)，所述完善模块(16)被配置成在与所述传感器中的一个(Si)相关联的未标记数据的集合(Ebi)中完善与来自所述飞行器的所述多个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)中的另一传感器(Sj)的未标记数据的集合(Ebj)的所述多个相同数据类型的一种类型相关联的至少一个缺失值。
4.根据前述权利要求1到3中的任何一项所述的装置(10、38)，所述装置(10、38)还包括：
-数据预处理模块(18)，所述数据预处理模块(18)至少被配置成根据与每个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)相关联的检测区域合并来自所有所述未标记数据的集合(Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN)的数据，并将它们发送给所述数据处理模块，和/或
-监视模块(20)，所述监视模块(20)被配置成根据属于包括至少以下的组的至少一个输入参数来命令所述多个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)：
-传感器配置参数(D1)；
-所述飞行器的飞行参数(D2)；
-代表所述飞行器的至少一项任务的参数(D3)；
-代表飞行员输入的领航命令的参数(D4)；
-代表所述飞行器的当前飞行阶段的信息(22)；
-代表操作领航模式的参数(24)。
5.根据权利要求4所述的装置(10、38)，其中所述预处理模块(18)还被配置成对未标记数据的每个集合(Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN)应用短暂过滤，从而消除与障碍物相关联的数据，所述障碍物在所述飞行器附近存在的持续时间低于预确定阈值。
6.根据权利要求4或5所述的装置(10、38)，其中所述预处理模块(18)还被配置成将所述所有所述未标记数据的集合(Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN)的数据的所述合并与先前存储的合并数据的历史记录进行比较。
7.根据前述权利要求1到6中的任何一项所述的装置(10、38)，其中当所述飞行器的所述传感器(S1、S2、…、Si、…SN)中的至少一个被配置成确定障碍物的相对速度时，所述数据处理模块(14)还被配置成生成代表在盘旋期间所述飞行器存在或不存在漂移的信息。
8.一种用于保护飞行器的航空电子系统，所述航空电子系统包括地形感知和警告装置以及根据前述权利要求中的任何一项所述的防撞装置(10、38)，所述地形感知和警告装置以及所述防撞装置(10、38)各自被配置成根据来自相同类型的至少一个输入数据的预确定启用/停用程度而启用/停用。
9.一种飞行器的防撞方法(116)，所述防撞方法(116)包括多个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)，所述多个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)包括至少两个单独的传感器(Si、Sj)，每个传感器(S1、S2、…、Si、…SN)被配置成根据至少一个障碍物的接近度分别传送各自的捕获数据的集合(Ec1、Ec2、…、Eci、…EcN)，
所述方法由防撞装置(10、38)实现并且包括至少：
-对相应的未标记数据的集合(Ebi)中的每个捕获数据的集合(Eci)进行数据均质化(120)，分别与每个传感器(Ci)相关联的每个未标记数据的集合(Ebi)由从一个未标记数据的集合到另一个未标记数据的集合的多个(PT)相同数据类型构成，
-数据处理(126)，从而根据所述未标记数据的集合(Eb1、Eb2、…、Ebi、…EbN)生成代表障碍物存在或不存在的至少一条信息。
10.一种包括软件指令的计算机程序产品，所述软件指令当由计算机执行时，实现根据权利要求9所述的方法。
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