CN111316129A - 用于感测和避开飞机外部物体的系统和方法 - Google Patents

用于感测和避开飞机外部物体的系统和方法 Download PDF

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Abstract

用于飞机(10)的监测系统(5)具有传感器(20、30)，该传感器用于感测飞机(10)周围物体(15)的存在以用于避免碰撞、导航或其他目的。传感器(20)中的至少一个可被配置为感测飞机(10)周围的物体并且提供指示感测到的物体(15)的数据。监测系统(5)可使用来自传感器(20)的信息和关于飞机(10)的信息来确定逃生包线(25)，包括飞机(10)可遵循以避免与物体(15)碰撞的可能路线。监测系统(5)可基于逃生包线(25)来选择逃生路径(25)并且控制飞机(10)遵循逃生路径(25)以避免与一个或多个物体碰撞。

Description

用于感测和避开飞机外部物体的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年5月8日提交的题为“用于感测和避开飞机外部物体的系统和方法”的第62/503,311号美国临时申请的优先权，该美国临时申请通过引用合并于此。
技术领域
背景技术
飞机在飞行过程中可能会遇到各种各样的碰撞风险，例如碎片、其他飞机、设备、建筑物、鸟类、地形和其他物体。与任何此类物体的碰撞可能会对飞机造成严重损坏，并在某些情况下伤害其乘客。传感器可用于检测构成碰撞风险的物体，并警告飞行员所检测到的碰撞风险。如果飞机是自动驾驶的，则控制器可以使用指示飞机周围物体的传感器数据来避免与检测到的物体碰撞。在其他示例中，物体可以被感测和分类，以帮助以其他方式导航或控制飞机。
为了确保飞机的安全和高效运行，期望飞机检测飞机周围空间内的物体。然而，检测飞机周围的物体并确定飞机遵循的合适路径以避免与物体碰撞可能是具有挑战性的。例如，对于飞机而言，在其附近可能存在大量物体，并且这些物体可能位于飞机的任何方向上并在各个方向上以不同的速度移动。此外，任何未能准确检测和避开物体的失败都可能是灾难性的。能够执行可靠地检测和避开飞机外部物体所需的评估的系统的设计或实施可能是昂贵或繁重的。
通常需要用于可靠地检测和避开飞机附近的物体的改进技术。
附图说明
可参考以下附图更好地理解本公开。附图的元件不必相对于彼此成比例，而是着重于清楚地示出本公开的原理。
图1示出了根据本公开的一些实施例的具有飞机监测系统的飞机的三维立体图。
图2示出了根据本公开的一些实施例的如图1所示的飞机的顶部透视图。
图3是示出根据本公开的一些实施例的飞机监测系统的各个部件的框图。
图4是示出根据本公开的一些实施例的感测和避开元件的框图。
图5是示出根据本公开的一些实施例的任务处理元件的框图。
图6是根据本公开的一些实施例的如图1所示的飞机的顶部透视图。
图7是根据本公开的一些实施例的如图1所示的飞机的三维立体图。
图8是示出根据本公开的一些实施例的用于感测和避开外部物体的方法的流程图。
图9是示出根据本公开的一些实施例的机队控制器的框图。
图10是说明根据本发明的一些实施例的感测和避开元件的框图。
具体实施方式
本公开总地涉及用于感测和避开飞机的外部物体的机载系统和方法。在一些实施例中，飞机包括飞机监测系统，该飞机监测系统具有传感器，该传感器用于感测飞机周围物体的存在，以用于避免碰撞、导航或其他目的。传感器中的至少一个可被配置为感测传感器视场内的物体，并提供指示感测到的物体的传感器数据。然后，可基于传感器数据来控制飞机。例如，可以控制飞机的速度或方向，以便避免与感测到的物体碰撞，将飞机导航到相对于感测到的物体的期望位置或者为了其他目的控制飞机。
当飞机监测系统感测到是碰撞威胁的物体时，飞机监测系统可以为飞机生成逃生包线。逃生包线可以基于各种信息，并且限定飞机可遵循的可能路径的范围。该系统可以利用关于感测到的物体、飞机、飞机的路线或其他信息的信息生成逃生包线。利用传感器数据，系统可以确定物体的位置和速度，并对感测到的物体进行分类。该系统可以基于识别的物体类型来确定物体与飞机之间的距离以及对于物体的操纵能力。该系统还可以利用关于飞机的信息，例如其能力(例如，可操纵性)、能量预算或运行状态，创建逃生包线。该系统还可以利用关于飞机正在行进的路线的信息，例如已知的物体位置、空域限制或天气状况。
一旦系统生成逃生包线，其可以识别并验证包线内的逃生路径。逃生路径可以表示飞机可遵循以安全地避免与物体碰撞的路线。系统可以通过考虑例如操纵安全裕度或对乘客舒适度或货物完整性的影响的各种信息来选择逃生路径。例如，选择的逃生路径可以允许飞机避免碰撞而无需机动，而机动会给乘客造成过度不适。系统可以例如基于关于飞机当前能力或操作的信息来验证逃生路径，并且在系统确定该路径有效时提供飞机控制器遵循的逃生路径。否则，飞机监测系统可以利用新信息来更新逃生包线并选择新的逃生路径。
图1示出了根据本公开的一些实施例的具有飞机监测系统5的飞机10的三维立体图。系统5被配置为利用传感器20、30来检测在飞机10的附近特定区域内(例如在飞机10的飞行路径附近)的物体15。系统5还被配置为确定关于飞机10及其路线的信息。系统5可以确定飞机10要遵循的安全逃生路径，以避免与物体15碰撞。
应注意，物体15可以是飞机10在飞行期间可能遇到的各种类型。例如，物体15可以是另一飞机，例如无人机、飞机或直升机。物体15也可以是靠近飞机10的路径的鸟类、碎片或地形。在一些实施例中，物体15可以是在飞机10和物体15碰撞时可能会损坏飞机10的各种类型的物体。在这方面，飞机监测系统5被配置为如本文所述感测构成碰撞风险的任何物体15并且对其进行分类。
图1的物体15被示出为具有特定尺寸和形状的单个物体，但应当理解，物体15可以具有各种特性。另外，尽管图1示出了单个物体15，但在其他实施例中，在飞机10附近可存在任何数量的物体15。当物体15是建筑物时，物体15可以是静止的，但在一些实施例中，物体15可能能够运动。例如，物体15可以是沿可能构成与飞机10碰撞的风险的路径运动的另一飞机。在其他实施例中，物体15可以是对飞机10的安全运行构成风险的其他障碍物(例如，地形或建筑物)。
飞机10可以是各种类型的，但在图1的实施例中，飞机10被示出为自主式垂直起降(VTOL)飞机10。飞机10可以被配置用于承载各种类型的有效载荷(例如，乘客、货物等)。尽管本文公开的实施例总地涉及飞机中实现的飞机监测系统5所属的功能，但在其他实施例中，具有类似功能的系统可以与其他类型的载具10例如汽车或船舶一起使用。飞机10可以是有人驾驶或无人驾驶的，并且可以被配置为在各种源的控制下运行。在图1的实施例中，飞机10被配置用于自动驾驶(例如，自主)飞行。例如，飞机10可以被配置为通过遵循到其目的地的预定路线来执行自主飞行。飞机监测系统5被配置为与飞机10上的飞行控制器(图1中未示出)通信，以如本文所述控制飞机10。在其他实施例中，飞机10可以被配置为在远程控制下运行，例如通过与远程飞行员的无线(例如，无线电)通信。各种其他类型的技术和系统可以用于控制飞机10的运行。
在图1的实施例中，飞机10具有用于监测飞机10周围的空间的一个或多个第一类型的传感器20(例如，照相机)，以及用于提供对同一空间或其他空间的冗余感测的一个或多个第二类型的传感器30(例如，雷达或LIDAR)。在一些实施例中，传感器20、30可以感测视野内物体15的存在，并且提供指示物体15的位置的传感器数据。然后，可以对该传感器数据进行处理以确定物体15是否对载具10呈现出碰撞威胁。此外，传感器20、30中的任何一个可以包括用于检测物体的存在的任何光学或非光学传感器，例如照相机、电光或红外(EO/IR)传感器、光检测和测距(LIDAR)传感器、射频检测和测距(雷达)传感器或其他传感器类型。利用传感器20、30来感测物体的示例性技术在第PCT/US2017/25592号PCT申请和第PCT/US2017/25520号PCT申请号中进行了描述，这些申请中的每一个的全部内容通过引用并入本文。
图1还示出了由飞机监测系统5响应于物体15的检测而生成的逃生包线(escapeenvelope)25。逃生包线25限定可通过其选择逃生路径的区域的边界。逃生包线可以基于各种因素，例如飞机的当前运行状况(例如，空速、高度、方向(例如，俯仰、侧倾或偏航)、油门设置、可用电池功率、已知系统故障等)、飞机在当前运行状况下的能力(例如，机动性)、天气、对空域的限制等。通常，逃生包线25限定飞机在其当前运行状况下能够飞行的路径范围。逃生包线25通常在距飞机10较远的点处变宽，这表明飞机10能够在其行进时远离其当前路径。在图1所示的实施例中，逃生包线为漏斗形，但在其他实施例中其他形状也是可能的。
此外，当在由传感器20、30感测到的数据中识别出物体15时，飞机监测系统5可以利用关于飞机10的信息来确定逃生包线25，逃生包线25表示飞机10可以安全地遵循的可能路径范围(例如，在预定的安全范围内或其他)。然后，基于逃生包线25，系统5在包线25内选择飞机10遵循的逃生路径，以便避开检测到的物体15。就此，图2示出了由系统5识别和验证的示例性逃生路径35。在识别逃生路径35时，系统5可以使用来自传感器20、30的关于感测到的物体15的信息，例如其位置、速度和可能的分类(例如，该物体是鸟类、飞机、碎片、建筑物等)。逃生路径35还可以被限定为使得飞机在执行机动避开之前返回到飞机遵循的大致航向。
应注意，尽管逃生路径35是基于逃生包线25所指示的信息生成的，但其可以由系统5进行验证，以基于最新的可用数据来确保其安全。例如，在通过传感器20、30检测物体15、对物体15进行分类、确定逃生包线25以及选择建议的逃生路径25之间的时间内，初始逃生包线25所基于的状况(例如飞机10的系统(例如，电池)的运行状态)的信息可能已经改变。在这方面，系统5可以执行验证检查以确保没有发生这样的改变，这样的改变可能会使建议的逃生路径35不安全或者在其他方面不如飞机10遵循的另一潜在可用路径更优选。系统5可以基于其对飞机10的变化状况的检测来更新逃生包线25，并确定潜在的逃生路径35，直到用于飞机10的逃生路径35被验证。
另外，还应注意，在任何给定时间可能存在任何数量的对飞机10构成碰撞威胁的物体15。这些物体15中的一些可能是“合作的”，因为它们与飞机10通信以传达关于物体15的信息，例如其路线、位置、航向、速度、尺寸或其他信息，而一些物体可能是“不合作的”，因为它们不传送有助于飞机10避免碰撞的感测和避开元件207或其他设备或系统可以使用的信息。对于每个感测到的物体，感测和避开元件207可以根据本文所述的技术确定威胁包线(threat envelope)并选择避开所有物体15的逃生路径35。
图3是示出根据本公开的一些实施例的飞机监测系统205的各个部件的框图。如图3所示，飞机监测系统205可以包括感测和避开元件207、任务处理元件210、多个传感器20、30以及飞机控制系统225。尽管飞机监测系统的各个部件可具有特定的功能，但应当理解，在一些实施例中，这种功能可以由系统205的一个或多个部件来执行。另外，在一些实施例中，系统205的部件可以驻留在飞机10上或其他位置，并且可以通过包括有线(例如，导电)、光学或无线通信的各种技术(例如，利用无线网络或短距离无线协议，例如蓝牙)与系统205的其他部件进行通信。此外，系统205可以包括在图3中未具体示出的用于实现本文描述的功能并且通常执行威胁感测操作和飞机控制的各种部件。
飞机监测系统205的感测和避开元件207可以对从飞机控制系统225接收的传感器数据和包线数据(例如，逃生包线数据)进行处理，以确定逃生路径35。在一些实施例中，如图3所示，感测和避开元件207可以耦合到每个传感器20、30，处理来自传感器20、30的传感器数据，并且向飞机控制系统225的任务处理元件210提供信号。感测和避开元件207可以是能够接收和处理来自传感器20、30的传感器数据以及来自任务处理元件210的包线数据的各种类型的装置。感测和避开元件207可以以硬件或硬件和软件/固件的组合来实现。例如，感测和避开元件207可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、具有软件或固件编程的微处理器，或用于执行所描述功能的其他类型的电路。下面将参照图4更详细地描述感测和避开元件207的示例性配置。
在一些实施例中，飞机控制系统225可以包括任务处理元件210、飞机控制器220、推进系统230、致动器222和飞机传感器224。任务处理元件210可以耦合到感测和避开元件207和飞机控制器220，并且可以是能够从感测和避开元件207和飞机控制器220接收和处理数据的各种类型，并且可以以硬件或硬件和软件的组合来实现。例如，任务处理元件210可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用软件或固件编程的微处理器，或用于执行所描述功能的其他类型的电路。下面将参考图5更详细地描述任务处理元件210的示例性配置。
飞机控制器220可以耦合到任务处理元件210、致动器222、飞机传感器224和推进系统230中的每一个，以控制飞机10的各种操作。在一些实施例中，飞机控制器220可以通过以下对飞机10执行适当的控制操作：提供信号或控制可分别耦合到一个或多个飞行控制面223(例如，副翼、襟翼、升降舵或方向舵)的多个致动器222。尽管为了简化图示在图3中示出了单个致动器222和飞行控制面223，但各种数量的致动器222和飞行控制面223也可以实现飞机10的飞行操作。
一个或多个飞机传感器224可以监测飞机10的各个部件的操作和性能，并且可以将指示这种操作和性能的反馈发送到控制器220。尽管为了简化图示，在图3中使出了单个传感器224，但在一些实施例中，各种数量的飞机传感器224也是可行的。例如，飞机传感器224可以耦合到致动器222，用于监测致动器的操作并将其报告给飞机控制器220以进行处理。传感器224还可以被耦合以感测推进系统230的部件的操作并且将感测到的数据提供给飞机控制器220。响应于由飞机传感器224提供的关于飞机10的系统性能的信息，飞机控制器220可以控制飞机10执行飞行操作。
此外，推进系统230可以包括用于向飞机10提供推进或推力的各种部件，例如发动机和螺旋桨。如将在下文中更详细描述的，当感测和避开元件207感测到物体15时(图1、2)，任务处理元件210可以被配置为向载具控制器220提供信号以控制飞机控制系统225的源(例如，致动器222和推进系统230)以改变飞机10的速度(速率和/或方向)。例如，飞机控制器220可以控制飞机10的速度以遵循逃生路径35，从而避开感测到的物体15。可选地，飞机控制器220可以基于感测到的物体15导航到期望的目的地或其他位置。
图4示出了根据本公开的一些实施例的感测和避开元件207。如图4所示，感测和避开元件207可以包括一个或多个处理器310、存储器320、数据接口330和本地接口340。处理器310可以被配置为执行存储在存储器中的指令以便执行各种功能，例如处理来自传感器20、30的传感器数据(图1、2)和来自任务处理元件310的包线数据(图3)。处理器310可以包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)、FPGA、其他类型的处理硬件，或其任意组合。此外，处理器310可以包括任何数量的处理单元以提供更快的处理速度和冗余，如将在下面更详细描述的。处理器310可以经由本地接口340与感测和避开元件207内的其他元件通信并驱动所述其他元件，本地接口340可以包括至少一条总线。此外，数据接口330(例如，端口或引脚)可以将感测和避开元件207的部件与系统5的其他部件(例如，传感器20、30和任务处理元件210)接合。
如图4所示，感测和避开元件207可以包括感测和避开逻辑350，其可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实现。在图4中，感测和避开逻辑350被以软件实现并且被存储在存储器320中以由处理器310执行。然而，在其他实施例中，感测和避开逻辑350的其他配置也是可行的。
应注意，当以软件实现时，感测和避开逻辑350可以被存储在任何计算机可读介质上并在其上传输，以由可提取和执行指令的指令执行设备使用或与其结合使用。在本文的上下文中，“计算机可读介质”可以是可包含或存储供指令执行设备使用或与其结合使用的代码的任何装置。
感测和避开逻辑350被配置为接收由传感器20和30感测到的数据，基于该数据对物体15进行分类，并评估在物体15和飞机10之间是否存在碰撞风险。感测和避开逻辑350被配置为基于各种信息(例如物体的位置和速度)来识别碰撞威胁。例如，感测和避开逻辑350可以基于其感测到的位置和速度来估计物体15的路径，并且将飞机10的当前路径与估计的物体15的路径进行比较以确定飞机距物体15有多近。如果两个路径之间的距离低于阈值，则感测和避开逻辑350可以将物体15识别为碰撞威胁。应注意，确定物体15是否是碰撞威胁可以基于其他因素，例如物体的尺寸、速度和可操纵性。例如，相对于较慢、较小或较不易操纵的物体15，较大、快速且高可操纵性的物体15在距飞机10更大的距离处可能是碰撞威胁。
在一些实施例中，感测和避开逻辑350被配置为对物体15进行分类，以便更好地评估其可能的飞行性能(例如速度和可操纵性)以及威胁风险。在这方面，感测和避开元件207可以存储物体数据344，该物体数据344指示飞机10在飞行期间可能遇到的各种类型的物体，例如鸟类或其他飞机。对于每种物体类型，物体数据344限定签名，可将所述签名与传感器数据343进行比较以确定感测到的物体何时对应于物体类型。例如，物体344可以指示物体的预期尺寸和形状，物体的预期尺寸和形状可以与物体的实际尺寸和形状进行比较以确定物体15是否与物体类型匹配。不仅可以识别物体的类别(例如，鸟类、无人机、飞机、直升机等)，而且可以识别类别内的特定物体类型。例如，可以将物体识别为特定类型的飞机(例如，塞斯纳172)。在一些实施例中，感测和避开元件207可以采用机器学习算法对物体类型进行分类。
对于每种物体类型，物体数据344限定指示物体的性能和威胁风险的信息。例如，物体数据344可以指示物体类型的可能的或正常的速度范围和可操纵性(或其他飞行性能特性)，并且该信息可以用于预测在飞机10接近物体15时物体的运动。在这方面，感测和避开逻辑350可以确定威胁包线，类似于以上针对飞机10所描述的逃生包线25，威胁包线限定物体基于针对其物体类型指示的性能特性可能通过的区域的边界。逃生路径35可以通过感测和避开逻辑350来选择，使得逃生路径35不通过被检测物体15的威胁包线和/或与被检测物体15的威胁包线保持至少特定距离。在其他实施例中，用于基于识别的物体的分类的飞行性能特性来选择路径以避开识别的物体的其他技术是可行的。
在任何情况下，一旦感测和避开逻辑350对物体15进行了识别和分类，则逻辑350可以确定指示与物体相关联的风险程度的值，该值在本文中被称为“风险分数”。风险分数可以基于与物体相关联的各种因素，例如其尺寸和性能特性。例如，能够具有更高速度和可操纵性并且具有更大尺寸的物体可以与指示它们对飞机10构成更大风险的更高的风险分数相关联。该风险分数可以用于确定要选择的逃生路径35的期望安全裕度。例如，对于与较高风险分数相关联的物体，感测和避开逻辑350可要求在逃生路径35与物体15的预期路径或威胁包线之间具有较大的间隔距离。
例如，假设感测和避开逻辑350基于来自传感器20、30的数据在飞机路线附近的特定位置处检测到物体15。如果物体被分类为鸟类(例如，鹅)，则感测和避开逻辑350可以基于物体数据所指示的物体分类的能力来评估针出对物体15的相对较低的风险分数，并确定针对物体15的相对较小的威胁包线。在这种情况下，感测和避开逻辑350可以选择引起与飞机的当前路线相对较小的偏离的逃生路径35，从而使飞机10在经过物体15时相对靠近所识别的物体15。
然而，反过来，假定物体15被归类为高可操作性的物体，例如通过物体数据344与高性能特性相关联的飞机类型。在这种情况下，由于较高的性能特性，感测和避开逻辑350针对物体15确定的威胁包线可能比上述针对鸟类的威胁包线大得多。另外，感测和避开逻辑350可能评估相对于上述针对鸟类的示例较高的风险分数，该较高的风险分数指示物体与较大风险概况相关联。在这样的示例中，感测和避开逻辑350可以选择相对于上述针对鸟类的逃生路径引起与飞机的当前路线较大偏差的逃生路径。此外，由于物体15与较大的风险分数相关联，因此可以选择逃生路径，使得飞机10与威胁包线之间的距离较大，以便提供更高的安全裕度来避开物体15。在两个示例中，所选择的实际逃生路径可以基于其他因素，例如剩余电量或本文所述的任何其他因素。
应注意，在一些实施例中，感测和避开逻辑350可以被配置为利用来自其他飞机10的信息来检测物体15的存在或位置。例如，在一些实施例中，飞机10可以是可被类似地配置用于检测飞机附近的物体的飞机机队的一个单元。此外，飞机可以被配置为彼此通信以便共享关于感测到的物体的信息。例如，如图3所示，感测和避开元件207可以耦合到收发器399，用于与其他飞机通信。当感测和避开元件207感测到物体15时，其可以将关于物体15的信息(例如，物体的类型、位置、速度、性能特性或其他信息)传送到其他飞机，从而另一飞机上的感测和避开元件能够根据本文描述的技术监测并避开物体15。此外，感测和避开元件207可以接收由其他飞机检测到的关于物体15的类似信息，并且利用该信息来监测和避开所述物体15。在一些实施例中，载具之间的调解可以通过各种类型的协议例如ADS-B信标发生。
如上所述，感测和避开元件207被配置为从任务处理元件210接收指示逃生包线25的数据345(在本文中称为“包线数据”)，并且感测和避开逻辑350被配置为利用逃生包线25向任务处理元件210提供逃生路径35。应注意，感测和避开逻辑350可基于各种信息来识别待提供的逃生路线，所述信息包括物体15的风险分数、物体的位置和速度以及物体的性能特性，以及与为飞机10选择安全逃生路径35有关的其他信息。此外，感测和避开逻辑350可以提供如下的逃生路径：一旦感测和避开逻辑350确定物体15不再是碰撞威胁，该逃生路径会将飞机10引导至其先前路线以到达其目的地。
感测和避开逻辑350被配置为随着新数据变得可用而动态地处理传感器数据343和包线数据345。例如，当感测和避开元件207从传感器20、30或任务处理元件210接收新数据时，感测和避开逻辑350处理新数据并根据可能的需要更新先前做出的任何确定。因此，感测和避开逻辑350可以在其从传感器20、30接收到新信息时更新物体的位置、速度、威胁包线等。此外，感测和避开逻辑350可以从任务处理元件210接收更新的逃生包线25，并且可以利用更新的信息在逃生包线内选择新的逃生路径以提供给任务处理元件210。因此，随着状况的改变，传感器数据343和包线数据345被反复地更新。
图5示出了根据本公开的一些实施例的任务处理元件210。如图5所示，任务处理元件210可以包括一个或多个处理器410、存储器420、数据接口430和本地接口440。处理器410可以被配置为执行存储在存储器中的指令以便执行各种功能，例如处理飞机数据443和路线数据445。处理器410可以包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)、FPGA、其他类型的处理硬件，或其任意组合。此外，处理器410可以包括任何数量的处理单元以提供更快的处理速度和冗余。处理器410可以经由本地接口440与任务处理元件210内的其他元件通信并驱动所述其他元件，本地接口440可以包括至少一条总线。此外，数据接口430(例如，端口或引脚)可以将任务处理元件210的部件与系统5的其他部件(例如，感测和避开元件207和飞机控制器220)接合。
如图5所示，任务处理元件210可以包括任务逻辑450，其可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实现。在图5中，任务逻辑450以软件实现并且被存储在存储器420中以由处理器410执行。然而，在其他实施例中，任务逻辑450的其他配置也是可行的。应注意，当以软件实现时，任务逻辑450可以被存储在任何计算机可读介质上并在其上传输，以由可提取和执行指令的指令执行设备使用或与其结合使用。
任务逻辑450可以被配置为处理例如飞机数据443、操作数据444、路线数据445和天气数据446的信息，以生成逃生包线25并将其提供给感测和避开逻辑207，如上所述。飞机数据443包括关于飞机10的性能特性的信息，例如其各种速度(例如，永不超过的速度、各种飞行配置的正常运行速度、失速速度等)、机动性、功率要求，以及其他有助于确定飞机能力和飞行性能的信息。飞机数据443还可指示关于飞机10的各种信息，例如至少一个乘客或货物的重量以及飞机10上是否有任何乘客，这可能限制或影响飞机10的飞行性能特性。在一个实施例中，乘客或货物的重量可以由传感器20自动感测或可以其他方式确定，例如由用户输入。应注意，飞机数据443可以指示用于不同飞行配置的不同特性。例如，当例如螺旋桨或发动机的所有部件都在运行时，在一个或多个部件(例如，螺旋桨)失效之后，飞机10的性能特性可能是不同的，并且飞机443的数据可以指示飞机10在其经历某些部件故障时的性能。可以基于制造规格或在运行之前对飞机443的测试来预限定飞机数据443。
运行数据444包括关于飞机10的当前运行状况的信息，例如飞机的当前航向、速度、高度、油门设置、俯仰、侧倾、偏航、燃料水平或电池功率以及其他运行信息。这样的信息可以由任务处理元件210从用于感测所指示的运行状况的一个或多个飞机传感器或飞机控制器220接收。运行数据444还可以包括关于由系统225检测到的当前故障的信息，例如电气(例如，电池)故障、飞行控制面223或致动器222的故障、推进系统230(例如，螺旋桨或发动机)的故障或飞机10的另一部件的故障。
路线数据445包括关于飞机10正在飞行的路线的信息。例如，路线数据445可以限定用于将飞机10导航到其期望目的地的航路点，并且路线数据445可以指示沿可能用于避免碰撞或导航的路线的各种障碍物或物体(例如，建筑物、桥梁、塔台、地形等)。路线数据445还可指示受限空域的位置(例如，不允许飞机10飞行的空域)。路线数据445可以由任务逻辑450基于与远程系统的通信来更新，用于空中交通管制或其他目的。例如，可以向飞机10分配飞机10必须留在其中的一块空域或空域走廊，从而限制飞机10为了避开物体15而可能采取的可能路线。路线数据445可以是预限定的，并且根据需要在感测到关于路线的信息(例如沿着路线的新的静止障碍物或新的空中交通管制指令)时由任务处理元件210更新。
天气数据446包括关于飞机20附近例如在飞机10的几英里内的天气的信息。天气数据446可以指示风、降水、闪电、雷暴、结冰以及可能影响飞机10的飞行性能的其他天气现象。天气数据446可以由机载天气雷达(未示出)或其他天气传感器生成，或者可以在飞机10行进时从远程位置无线地接收天气数据446。例如，飞机10可以具有接收器，该接收器被配置为接收并处理来自国家气象局或其他天气信息源的天气数据。
任务逻辑450被配置为基于存储在存储器420中的各种信息来生成逃生包线25。在这方面，任务逻辑450被配置为基于飞机10的当前运行状况和飞行性能特性来计算飞机10能够采取的路径范围。在这方面，由于飞机数据443所指示的对于由运行数据444指示的当前运行状况的性能限制，存在至少一些飞机10不能飞行或不应飞行的路径。
值得注意的是，飞机10的性能限制可能受到特定运行状况的影响。例如，如果飞机10由电池供电，则性能限制可能随着电池中可用功率的减小而改变。例如，如果可用功率下降到低于阈值，则可能期望限制一些机动，否则会消耗大量功率。在这种情况下，任务逻辑450可以限制逃生包线25，以便消除在当前运行状况下将需要过大功率的至少一些路径。在该实施例中，监测系统205可以具有用于监测电池可用或使用的功率的传感器，并且可以基于这样的传感器来确定电池中剩余电量的指示。如果该值下降到低于阈值，则任务逻辑450可以限制逃生包线，以便消除至少一些路径。
另外，如上所述，特定部件(例如，一个或多个螺旋桨)的故障可能会影响飞机的性能特性，并且任务逻辑450可以限制逃生包线25，以便消除至少一些由于部件故障飞机10而不再能够飞行的路径。此外，可能期望基于其他因素来限制逃生包线25。
例如，可以限制逃生包线25以消除包线25内可能会不期望地导致飞机10飞入由路线数据445指示的受限空域或飞得太接近由路线数据445指示的已知障碍物的路径。另外，可以基于天气数据446来限制逃生包线25，以便消除包线25内可能会导致飞机10飞入不期望的天气现象(例如结冰或雷暴)的路径。应注意，由天气数据446指示的天气也可能影响由任务逻辑450计算的性能特性。例如，强风可能会阻止飞机10飞行至少一些在没有风的情况下可行的路径。
其他因素可以类似地影响逃生包线25的边界。例如，货物的重量可以影响飞机10能够爬升或转弯的速度，并因此影响飞机能够飞行的路径范围。另外，当乘客在飞机10上时，如飞机数据443所指示的，可能期望限制逃生包线25以消除至少一些可能给乘客造成不适或焦虑的路径(例如，需要高转弯速率的路径)。
如本文中所述，任务逻辑450被配置为动态地更新逃生包线25并向感测和避开元件207提供更新的版本。在一些实施例中，当任务逻辑450确定信息已改变到将影响逃生包线25的有效性的程度时，逻辑450可以生成更新的包线25并将其提供给元件207。逻辑450可以被配置为在检测到这样的改变时或根据需要反复地执行这样的操作。
在任务逻辑450向感测和避开元件207提供逃生包线25并且随后从感测和避开元件207接收所提供的逃生路径35之后，任务逻辑450被配置为验证逃生路径35并将经验证的逃生路径提供给载具控制器220。在这方面，任务逻辑450被配置为将逃生路径35所基于的信息(例如，用于生成逃生包线25的信息)与最新的可用信息(飞机数据443、运行数据444、路线数据445和天气数据446中的更新信息)进行比较。逻辑450可以利用各种信息来验证所提供的逃生路径35，例如物体15的更新的位置和速度、飞机和物体15之间的距离以及飞机10的运行状况。例如，任务逻辑450可以处理飞机数据443，并确定飞机10遇到了影响可用于执行遵循所提供的路径35所需的机动的能量的问题(例如，电池故障或其他部件故障等)。可选地，路径可使飞机10处于相对于物体15的当前位置的一定距离内，该距离低于期望的阈值或缓冲距离。如上所述，任务逻辑450被配置为动态地生成更新的逃生包线并将更新的逃生包线提供给感测和避开元件207，并且被配置为动态地验证从元件207接收的所提供的每个逃生路径35。任务逻辑450可以接收所提供的逃生路径，并根据任务处理元件210可用的信息动态地检查可行性。
图6是根据本公开的一些实施例的如图1所示的飞机10的顶部透视图。图6中的飞机具有传感器20、30，传感器20、30具有重叠的范围625、635以对载具10周围的空间进行冗余感测。如图6所示，当物体15在重叠部分660内时，重叠区域660允许对重叠区域进行冗余感测以及传感器校准。在第PCT US/2017/25592号PCT申请中对用于执行传感器校准的其他技术进行了更全面的描述，该PCT申请的全部内容通过引用并入本文。在飞机监测系统5的示例性操作中，如上所述，传感器20、30中的每一个可感测物体15并将指示物体的位置和速度的数据提供给感测和避开元件207。感测和避开元件207(例如，逻辑350)可以处理来自每个传感器20、30的数据，并且可以注意到由来自每个传感器的数据指示的信息之间的差异(例如，基于传感器数据343或其他)。在其他实施例中，感测和避开逻辑350还可以基于例如可以存储为传感器数据343或其他的每个传感器20、30的校准数据的各种信息来解决来自传感器20、30的数据内存在的差异。在这方面，感测和避开逻辑350可以被配置为确保关于飞机10的传感器20感测到的物体的信息被系统5的源准确地用于生成逃生包线以及选择并验证逃生路径，如上所述。
图7是根据本公开的一些实施例的如图1所示的飞机10的三维立体图。图7提供了在VTOL飞机10基本垂直飞行运行的情况下(例如，在着陆或起飞期间)系统5的操作的示例性图示。图7的飞机10已从水平飞行模式(例如，巡航模式)转变为垂直飞行配置(例如，着陆或起飞配置)。在一些实施例中，飞机10可以被配置为例如在着陆或起飞位置和安全水平飞行高度之间的预定距离内沿基本垂直的方向运动。
当飞机10从其巡航模式转变为起飞和着陆模式时，飞机监测系统5可以处理来自沿飞机10的运动方向配置和定向的传感器的数据。在这方面，飞机10和飞机监测系统5被配置为来自传感器20的传感器数据，传感器20被配置和定向为感测在飞机10的运动方向上的空间。基于感测到的数据，系统5已生成并提供逃生包线25，并且将提供并验证将允许飞机10在着陆时避开物体15的逃生路径35。
在悬停飞行中感测和避开物体15时，飞机10可以使用与上述相同的技术，其中，逃生包线25沿运动方向(即，垂直)定向。因此，类似于上述用于向前飞行的技术，感测和避开元件207可以检测对悬停飞行中的飞机10构成碰撞风险的一个或多个物体15，对物体15进行分类，确定物体的性能特性，并且评估每个分类的物体15的威胁风险。利用本文所述的技术，感测和避开元件207可以选择逃生路径35以避开感测到的物体15或做出其他决定。值得注意的是，一个或多个物体15可以位于地面上，例如在着陆区上或附近的人、动物或载具。例如，响应于感测到的威胁，例如着陆区上的物体15，感测和避开元件207可以决定慢速或停止向下移动，从而悬停在着陆区上，同时监测物体15以确定何时继续向着陆区运动是安全的。可选地，感测和避开元件207可以选择新的着陆区和将飞机10带到新的着陆区的逃生路径25。在其他示例中，可以响应于感测到的物体15做出其他决定。
应注意，在一些实施例中，飞机监测系统5(例如，感测和避开元件207和任务处理元件210)可以被配置为执行特定的安全和预防功能，以降低在起飞和着陆时在带给飞机10暴露于风险的时间增加期间与物体碰撞的风险。飞机监测系统5(例如，感测和避开元件207和任务处理元件210)可以在执行起飞和着陆机动时执行传感器的检查，以确认没有物体15在飞机10的路径内。例如，在飞机控制器220启动推进系统230之前，飞机监测系统5可以监测由一个或多个传感器20感测到的数据，这些传感器被定向为感测在起飞期间飞机将行进的区域(例如，飞机10的上方)，并且如果物体15出现在该区域内，则防止飞机控制器220开始启动推进系统230(例如，启动螺旋桨、增加发动机功率或其他方式)。
另外，在起飞之前，感测和避开元件207可以检查来自传感器20、30的传感器数据343，以确定在飞机10附近的地面上没有可能被飞机10例如旋转的螺旋桨叶片撞击的物体。在这方面，人或动物可能徘徊到起飞区域上，并且在飞机螺旋桨开启时有被飞机螺旋桨撞击的危险。如果感测和避开元件207检测到飞机附近特别是飞机螺旋桨或发动机附近存在物体，则感测和避开元件207可以通知任务处理元件210，任务处理元件210与飞机控制器220通信以禁止螺旋桨或发动机的运行直到确认物体不再是碰撞威胁。
在一些实施例中，飞机监测系统5可以被配置为确认在着陆操作期间不存在物体。如果飞机监测系统5确定物体15在该区域内或在着陆期间对飞机10造成碰撞风险，则系统5可以采取多种动作中的任何一种来防止飞机10与物体15碰撞。例如，如果飞机监测系统5感测到物体15在运动中并且将离开该区域从而不再给飞机10带来碰撞风险，则在物体15继续离开飞机10的路径行进的同时，系统5可以使载具通过悬停等待。然而，如果物体15在载具10的路径内静止，则飞机监测系统5可以利用逃生包线25确定逃生路径35并向飞机控制器220提供信号以控制飞机10遵循逃生路径，如上所述。
在上述几个实施例中，感测和避开元件207和任务处理元件210被描述为分离的单元，每个单元具有其自身的一个处理器或一组处理器以执行这些元件所属的功能。然而，在其他实施例中，感测和避开元件207和任务处理元件210没有必要是分离的。例如，可以将感测和避开元件207和任务处理元件210集成或使它们共享处理器或其他源。在不同的硬件(例如，处理器)上分离感测和避开元件207和任务处理元件210的功能可以具有一定的优点。
具体而言，将不同的处理器或其他硬件用于感测和避开元件207和任务处理元件210有助于在硬件资源上分散与这些元件相关联的处理负担。另外，分离元件207、210有助于将一个元件与可能影响另一元件的硬件故障隔离。此外，将不同的处理器或其他硬件用于感测和避开元件207和任务处理元件210可以有助于通过使飞机类型对于感测和避开元件2017透明来减少设计和制造成本。
在这方面，感测和避开元件207的配置可以使得其能够在多种不同类型的飞机上运行，并且任务处理元件210可以针对其所在的飞机10的特定类型进行配置或编程。因此，飞机控制系统225的设计以及存储在存储器420中的飞机数据443和运行数据444可以通过调整适用于系统225所在的飞机10的类型，而感测和避开元件207不需要针对飞机类型进行独特的配置。也就是说，感测和避开元件207接收基于飞机类型(包括飞机能力)的逃生包线25，并且能够处理逃生包线25以在包线25内选择逃生路径35而无需除了由任务处理元件210提供的逃生包线25以外的特定于飞机能力或配置的任何知识。因此，感测和避开元件207可以在各种飞机中的任何一种上使用，而不必为其使用的特定飞机类型重新设计感测和避开元件207。
下面将参考图8更详细地描述系统5的用于感测和避开飞机10的路径内的物体的示例性使用和操作。出于说明性目的，将假设物体15在飞机10的路径和至少一个传感器20、30的视场内。
在步骤802，感测和避开元件207可以从一个或多个传感器20、30接收数据，并且感测和避开逻辑350可以在传感器数据内检测物体。基于由传感器20、30感测到的关于物体15的信息(例如，位置、速度、质量、尺寸等)，感测和避开元件207可以对物体15进行分类，或者换句话说，识别物体15的物体类型。然后，处理可以继续进行到步骤804，在步骤804中，感测和避开元件207可以通知任务处理元件210已检测到碰撞威胁。
在步骤806，任务处理元件210可以确定飞机10的逃生包线25。任务处理元件210可以如上所述生成逃生包线25，并在步骤808将其提供给感测和避开元件207以识别所提供的逃生路径。在感测和避开元件207已从任务处理元件210接收到逃生包线之后，感测和避开元件207可以处理逃生包线25并确定飞机10的逃生路径35。例如，包线25内的逃生路径35可以识别飞机10要遵循的路径，该路径避免与物体15碰撞的风险，然后使飞机10返回到沿原始路线的点以到达飞机目的地。在感测和避开元件207已确定逃生路径35之后，在步骤812，感测和避开元件207可以将逃生路径提供给任务处理元件210。
当任务处理元件210接收逃生路径35时，任务处理元件210可以在步骤814验证逃生路径。任务处理元件210可以通过基于用于生成先前的逃生包线25的信息的改变确定所提供的逃生路径35是否在更新的逃生包线内来执行验证。如果否，则处理返回到步骤808，其中，任务处理元件210将更新的逃生包线25提供给感测和避开元件207。如果所提供的路径35在更新的逃生包线25内，则任务处理元件210被配置为确定所提供的逃生路径35是有效的，并且处理可以继续进行到步骤818，在步骤818，任务处理元件210将指示逃生路径35的信息提供给飞机控制器220以控制飞机10遵循逃生路径35。应注意，可以根据可能的需要重复图8所示的处理。例如，当飞机10在遵循逃生路径35时，可以重新评估飞机的环境和运行状况，并且可以基于变化的状况(例如，飞机10和物体15的运动)来选择新的逃生路径35。
在一些实施例中，可通过利用与控制器900(图9)的通信来促进感测和避开操作，控制器900(下文称为“机队控制器”)从多个飞机10(在本文中统称为“机队”952)接收并处理信息。该机队控制器952可以处于任何位置，例如在地面设施(例如，空中交通管制塔台)或其他位置处。机队控制器900可以是能够从飞机10接收并处理信息的各种类型的装置。机队控制器900可以以硬件或硬件和软件/固件的组合来实现。例如，机队控制器900可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用软件或固件编程的微处理器，或用于执行所描述功能的其他类型的电路。类似于上述感测和避开元件207和任务处理元件210，机队控制器900可以具有一个或多个CPU、DS、GPU、FPGA或其他类型的处理硬件。如图9所示，机队控制器900可以耦合到至少一个收发器911，以使得能够与飞机10或远离机队控制器900定位的其他系统进行通信。在这方面，机队控制器900可以与飞机10的机队952进行无线通信。
机队952的飞机10中的任何一个可以直接或通过其他装置(例如，中继器)与机队控制器900进行通信，所述其他装置可以位于机队952附近周围的各个位置。根据需要，各个飞机10中的感测和避开元件207可以彼此通信以交换关于感测到的物体15的信息，如上所述。这样的感测和避开元件207还可以用作由飞机10传送的消息的重复、路由或切换功能，使得飞机10的机队952形成无线网状网络。这样的网状网络可以用于飞机10之间的通信以及机队控制器900和飞机10之间的通信。
如图9所示，机队控制器900还具有用于存储例如环境数据920、交通数据921和物体数据922的各种信息的存储器。环境数据920指示关于机队的飞机10所运行的环境的各种信息。例如，环境数据920可以存储指示地形的信息，包括飞机10在其之上运行的地面障碍物，例如建筑物、桥梁、塔台等。环境数据920还可以指示关于飞机10飞行通过的空域的信息，例如受限空域的区域。环境数据920还可以指示与特定碰撞风险相关联的区域(在本文中称为“高风险区域”)。例如，环境数据920可以将与高交通量相关联的区域例如机场周围的区域识别为高风险区域。应注意，这样的指定可以是暂时的(例如，限于特定时间，例如一天中的特定时段或一周或一个月内的特定几天)。例如，给定区域内的交通量可能仅在一天中的特定时段较高，因此仅在此类时段才被指定为高风险区域。在另一示例中，仅在特定时间燃放烟花的区域可以在该时间段被指定为高风险区域。环境数据920可以将每个高风险区域与指示与该高风险区域相关联的风险类型(例如，高交通量或烟花)的信息相关联。此类信息可有助于评估与该区域相关联的风险程度以及在特定情况下是否应选择通过该区域的路径。
根据需要，机队控制器900可以将环境数据920传送到飞机10，飞机10可以将数据920用于感测和避开功能。例如，感测和避开元件207可以基于环境数据920选择期望的路径。此外，感测和避开元件207可以在可能的情况下限制通过高风险区域的逃生路径35的选择。另外，可以至少部分地基于环境数据920来限定或更新路线数据445(图5)。例如，可以限定逃生包线25以避开由环境数据920识别的受限空域或高风险区域。
交通数据921指示关于机队952的飞机10的信息，例如每个飞机10的位置、每个飞机10的速度、每个飞机10的路线、每个飞机的飞机类型和/或有助于跟踪飞机10并避免碰撞的其他信息。这样的信息可以从合作飞机传送到机队控制器900。关于一个飞机10的信息也可以由另一飞机10传送。例如，第一飞机10的感测和避开元件207可以感测第二飞机10的位置并将该位置报告给机队控制器952，机队控制器952可以比较关于多个飞机10中的第二飞机10的位置以提供冗余检查，从而有助于确保交通数据921的完整性和准确性。
物体数据922指示关于物体15例如其他飞机10(无论该其他飞机10是否是合作的)、鸟类和其他类型的碰撞风险的信息。机队952内的每个飞机10的感测和避开元件207可以向机队控制器952传送由感测和避开元件207指示物体15的信息，然后机队控制器952可以将该信息编译为存储在机队控制器952处的物体数据922。可以比较关于来自多个飞机10的同一物体15的信息以识别和解决差异，从而有助于确保物体数据922的完整性和准确性。此外，机队控制器900可以被配置为将物体数据922传送到机队952的飞机10以便飞机10能够更新其数据，从而使每个飞机10在由机队控制器900和机队952监测的环境内具有物体15的一致且准确的视图。
在一些实施例中，机队控制器900可以利用环境数据920、交通数据921和物体数据922来限定指示飞机10飞行通过的区域的三维(3D)地图930或其他类型的地图。这样的地图930可以指示地形和地面障碍物的位置，以及飞机10和物体15在空域内的位置。地图930还可以包括与飞机10和物体15相关联的其他信息，例如它们的速度、路线和其他信息，以使机队控制器900知道这些信息。机队控制器900可以被配置为将3D地图930传送到每个飞机10，每个飞机10可以随后利用地图930来避免碰撞。例如，地图930可以用于选择路线和逃生路径。此外，可以根据可能的需要基于地图930来更新飞机10处的数据。
通过在飞机10之间传送信息，一个飞机10可以从由另一飞机10获得的经验或知识中学习并从中受益，例如，假定竖立着新的障碍物例如建筑物或塔台，但机队的飞机10并未意识到障碍物的存在。当第一飞机10接近障碍物时，它可以利用传感器20、30感测障碍物的存在，并在必要时调整其路线以避开障碍物。如果感测和避开元件207将障碍物分类为地面障碍物，则其可以更新其路线数据445以将障碍物包括为由此类数据445限定的地形的一部分。因此，关于选择路线和限定逃生包线35的未来决策可以基于更新的路线数据445，从而在这些决策中考虑障碍物的存在。
另外，第一飞机10可以将指示新检测到的障碍物的信息传送到机队控制器900，机队控制器900可以更新环境数据920和/或地图930以包括障碍物。因此，当将更新的环境数据920或地图930分发给机队952中的另一飞机10时，该其他飞机10可以更新路线数据445以指示障碍物的存在。因此，即使在机队900的每个飞机10利用其自身的传感器20、30检测到障碍物之前，也可以将新检测到的障碍物通知给机队900的每个飞机10并且机队900的每个飞机10可以在合适时基于该新检测到的障碍物做出控制决策。例如，感测和避开元件207甚至可以在利用飞机传感器20、30感测到障碍物之前基于障碍物的存在来选择避开障碍物的路径。
在任何情况下，在机队控制器900处存储的信息限定与飞机10所运行的环境相关联的风险模型和行为模型。风险模型指示与风险水平升高相关联的区域，并且还指示与每个此类区域相关联的一种或多种风险类型。行为模型指示飞机10和其他物体15在监测区域内的位置。两个模型都是暂时的，因为它们会随时间变化。给定模型可以是实时的，指示当前观察到的风险或行为的类型，并且该模型还可以限定可从中识别模式的历史，从而能够准确地进行风险预测和评估。例如，通过在一天的某个特定时间观察特定区域(例如，机场附近)的较高交通量，可以预测该区域在未来一天的同一时段内为高风险区域。通过机队控制器900确定的行为和风险模型可以与飞机10共享，以帮助它们做出更佳的感测和避开决策。因此，基于风险和行为模型，飞机10可以通过考虑预测的风险和行为做出更佳的线路选择决策，从而基于由机队控制器900或其他识别的过去的模式来避开未来可能与更大的风险相关联的特定区域。
如上所述，飞机10可以并行使用处理硬件以便执行冗余功能从而增强飞机安全性。图10示出了感测和避开元件207的示例性实施例，其中，多个处理器1001-1004用于执行本文针对感测和避开元件207描述的功能。图10示出了一个安全处理器1001和三个其他处理器1002-1004(以下称为“通用处理器”)，但在其他实施例中，感测和避开元件207可以采用任何数量的安全处理器1001和其他类型的处理器1002-1004。
安全处理器1001被专门设计用于安全操作，使其相对于通用处理器1002-1004不太可能发生错误或故障。在一些实施例中，安全处理器1001可以被设计为满足由国际标准化组织(ISO)或其他基于标准的组织所颁布的特定处理器安全标准。为了满足这些标准，安全处理器1001可以被设计为比通用处理器1002-1004的处理速度慢，通用处理器1002-1004不被设计成实现与安全处理器1001相同的安全资质或以相同的安全裕度运行。
在图10所示的实施例中，每个通用处理器1002-1004被配置为根据本文描述的技术进行逃生路径选择。因此，如上所述，当检测到物体15时，每个处理器1002-1004从任务处理元件210接收逃生包线25，并基于逃生包线25和其他因素来选择逃生路径35。根据需要，每个通用处理器1002-1004可以使用相同的算法来选择逃生路径35，或者任何通用处理器1002-1004可以相对于其他通用处理器使用不同的算法。在一些实施例中，每个处理器1002-1004利用机器学习来学习如何基于一组或多组训练数据来选择逃生路线35。这种用于感测和避开决策的非确定性方法可能会导致通用处理器1002-1004为同一输入选择的路径之间存在差异。通用处理器1002-1004中任何一个的错误操作也可能会导致差异。
每个通用处理器1002-1004被配置为将其逃生路径选择报告给安全处理器1001，然后安全处理器1001比较逃生路径选择并解决在选择之间可能存在的任何差异。例如，如果两个通用处理器1002-1003选择相同的逃生路径或相似的逃生路径，而另一处理器1004选择明显不同的逃生路径，则安全处理器1001可以被配置为使用由较高数量的处理器1002-1003选择的一个逃生路径或其中一个逃生路径。在决定要使用的逃生路径之后，安全处理器1001将所选择的逃生路径报告给任务处理元件210，任务处理元件210验证并使用所选择的逃生路径，如上所述。
应注意，通用处理器1002-1004的其他感测和避开决策可以类似地被报告给安全处理器1001并由其监测。例如，可以在每个通用处理器1002-1004中进行关于在来自传感器20、30的数据中是否检测物体15的决策、物体15的分类、风险评估以及上述感测和避开元件207的其他决策，并且安全处理器1001可以比较这些决策并根据任何期望算法解决它们之间的差异。
另外，基于从通用处理器1002-1004接收到的数据，安全处理器1001被配置为监测通用处理器1002-1004的操作以确定通用处理器何时发生故障，从而需要采取纠正措施。在这方面，安全处理器1001对通用处理器1002-1004执行看门狗功能。例如，如果给定的通用处理器1002的决策相对于其他通用处理器1003-1004的决策在时间上相差一定量，则安全处理器1001可以确定通用处理器1002已发生故障。在其他实施例中，用于检测通用处理器的故障的其他技术也是可行的。当确定通用处理器已发生故障时，安全处理器1001可被配置为采取纠正措施，例如停用发生故障的处理器或忽略其用于未来的控制决策的输出。如果安全处理器1001无法确定哪个通用处理器1002-1004正在提供有效数据并且可能已发生故障，则安全处理器1001可以采取其他类型的纠正措施，例如指示任务处理元件210执行飞机10的紧急着陆或转变为悬停飞行，以便降低飞机10撞击外部物体15的可能性。在其他示例中，其他类型的纠正措施也是可行的。
前述内容仅是用于说明本公开的原理，并且本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种修改。上述实施例是为了说明而不是限制的目的而提供的。除了本文明确描述的形式之外，本公开还可以采取多种形式。因此，要强调的是，本公开不限于明确公开的方法、系统和设备，而是旨在包括在所附权利要求书的精神之内的对其的变型和修改。
作为另一示例，可以进行设备或处理参数(例如，尺寸、配置、部件、处理步骤顺序等)的改变，以进一步优化所提供的如本文所示和所述的结构、装置和方法。在任何情况下，本文所述的结构和装置以及相关方法具有多种应用。因此，所公开的主题不应限于本文描述的任何单个实施例，而应根据所附权利要求书在广度和范围内进行解释。

Claims (38)

1.一种用于飞机(10)的监测系统(5)，包括：
多个传感器(20)，其用于感测所述飞机外部的物体(15)；
具有至少一个处理器的飞机控制系统(225)，其被配置为基于所述飞机的当前运行状况来确定所述飞机的逃生包线(25)，所述逃生包线限定所述飞机能够遵循以避开所述物体的可能路径；以及
具有至少一个处理器的感测和避开元件(207)，其被配置为从所述飞机控制系统接收指示所述逃生包线的第一数据并接收指示由所述多个传感器感测到的物体的第二数据，所述感测和避开元件的至少一个处理器被配置为基于所述逃生包线来选择用于避开所述物体的路径(35)，
其中，所述飞机控制系统被配置为基于选择的路径来控制所述飞机的方向。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其中，所述感测和避开元件的至少一个处理器被配置为从第二飞机接收关于所述物体的信息，并且基于来自所述第二飞机的信息来选择用于避开所述物体的路径。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其中，所述感测和避开元件的至少一个处理器被配置为基于所述第二数据对所述物体进行分类，从而确定所述物体的物体类型，并且其中，所述感测和避开元件的至少一个处理器被配置为基于所述物体的确定的物体类型来选择用于避免所述物体的路径。
4.根据权利要求3所述的监测系统，还包括用于存储指示所述物体类型的飞行性能特性的第三数据的存储器(320)，其中，所述感测和避开元件的至少一个处理器被配置为基于所述第三数据来选择用于避开所述物体的路径。
5.根据权利要求1所述的监测系统，还包括用于存储指示所述飞机的飞行性能特性的第三数据的存储器(420)，其中，所述飞机控制系统的至少一个处理器被配置为基于所述第三数据来确定所述逃生包线。
6.根据权利要求1所述的监测系统，还包括用于存储指示所述飞机上的至少一个乘客或货物的重量的第三数据的存储器(420)，其中，所述飞机控制系统的至少一个处理器被配置为基于所述第三数据来确定所述逃生包线。
7.根据权利要求1所述的监测系统，其中，所述飞机控制系统的至少一个处理器被配置为确定所述飞机的部件何时发生了故障并且基于所述部件的感测到的故障来确定所述逃生包线。
8.根据权利要求1所述的监测系统，其中，所述飞机控制系统的至少一个处理器被配置为确定指示用于所述飞机的电池的剩余电量的值，并且基于所述值来确定所述逃生包线。
9.根据权利要求1所述的监测系统，还包括用于存储指示所述飞机的路线的第三数据的存储器(420)，其中，所述飞机控制系统的至少一个处理器被配置为基于所述第三数据来确定所述逃生包线。
10.根据权利要求1所述的监测系统，其中，所述飞机控制系统的至少一个处理器被配置为基于指示所述飞机附近的天气的天气数据来确定所述逃生包线。
11.根据权利要求1所述的监测系统，其中，所述飞机控制系统的至少一个处理器被配置为确定是否有乘客在所述飞机上，并且基于确定是否有乘客在所述飞机上来确定逃生包线。
12.根据权利要求1所述的监测系统，其中，所述飞机控制系统的至少一个处理器被配置为基于所述飞机的更新的运行状况来验证用于避开所述物体的路径。
13.根据权利要求1所述的监测系统，其中，所述感测和避开元件的至少一个处理器包括多个处理器，其中，所述多个处理器中的每一个被配置为基于所述逃生包线来选择用于避开所述物体的相应路径，其中，所述感测和避开元件具有安全处理器(1001)，所述安全处理器以低于所述多个处理器的处理速度的处理速度运行，并且其中，所述安全处理器被配置为基于由所述多个处理器选择的用于避开所述物体的路径来选择用于避开所述物体的路径。
14.一种用于飞机(10)的监测系统(5)，包括：
多个传感器(20)，其用于感测所述飞机外部的物体(15)并提供指示所述物体的传感器数据；
存储器(320、420)，其用于存储指示所述飞机的飞行性能特性的数据；
至少一个处理器(310、410)，其被配置为基于所述传感器数据、指示所述飞机的飞行性能特性的数据以及所述飞机的当前运行状况来选择用于避开所述物体的路径(35)；以及
飞机控制器，其被配置为基于选择的路径来控制所述飞机的方向。
15.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器包括第一处理器，其中，所述监测系统还包括第二处理器，所述第二处理器被配置为基于所述飞机的当前运行状况以及指示所述飞机的飞行性能特性的数据来确定所述飞机的逃生包线(25)，其中，所述逃生包线限定所述飞机能够遵循以避开所述物体的可能路径，并且其中，所述第一处理器被配置为基于所述逃生包线来选择用于避开所述物体的路径。
16.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器被配置为从第二飞机接收关于所述物体的信息，并且基于来自所述第二飞机的信息来选择用于避开所述物体的路径。
17.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器被配置为基于所述传感器数据对所述物体进行分类，从而确定所述物体的物体类型，并且其中，所述至少一个处理器被配置为基于所述物体的确定的物体类型来选择用于避免所述物体的路径。
18.根据权利要求17所述的监测系统，其中，所述存储器被配置为存储指示所述物体类型的飞行性能特性的数据，其中，所述至少一个处理器被配置为基于指示所述物体类型的飞行性能特性的数据来选择避开所述物体的路径。
19.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述存储器被配置为存储指示所述飞机上的至少一个乘客或货物的重量的数据，并且其中，所述至少一个处理器被配置为基于指示所述至少一个乘客或货物的重量的数据来选择所述路径。
20.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器被配置为确定所述飞机的部件何时发生故障并且基于所述部件的感测到的故障来选择所述路径。
21.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器被配置为确定指示用于所述飞机的电池的剩余电量的值，并且基于所述值来选择所述路径。
22.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述存储器被配置为存储指示所述飞机的路线的数据，并且其中，所述至少一个处理器被配置为基于指示所述路线的数据来选择所述路径。
23.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器被配置为基于指示所述飞机附近的天气的天气数据来选择用于避开所述物体的路径。
24.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器被配置为确定是否有乘客在所述飞机上，并且基于确定是否有乘客在所述飞机上来选择用于避开所述物体的路径。
25.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器被配置为基于所述飞机的更新的运行状况来验证用于避开所述物体的路径。
26.根据权利要求14所述的监测系统，其中，所述至少一个处理器包括多个处理器，其中，所述多个处理器中的每一个被配置为基于所述传感器数据来选择用于避开所述物体的相应路径，所述数据指示所述飞机的飞行性能特性以及所述飞机的当前运行状况，其中，所述监测系统还包括安全处理器(1001)，所述安全处理器以低于所述多个处理器的处理速度的处理速度运行，并且其中，所述安全处理器被配置为基于由所述多个处理器选择的用于避开所述物体的路径来选择用于避开所述物体的路径。
27.一种用于飞机(10)以感测和避开物体的方法，包括：
利用所述飞机上的传感器(20)来感测所述飞机外部的物体(15)；
在存储器(320、420)中存储指示所述飞机的飞行性能特性的数据；
利用所述飞机上的传感器来感测所述飞机的当前运行状况；
至少利用所述飞机上的第一处理器，基于感测所述物体、指示所述飞机的飞行性能特性的数据以及感测所述当前运行状况来选择用于避开所述物体的路径(35)；以及
基于选择的路径来控制所述飞机的方向。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括利用所述飞机上的至少第二处理器，基于感测所述飞机的当前运行状况和指示所述飞机的飞行性能特性的数据来确定所述飞机的逃生包线(25)，其中，所述逃生包线限定所述飞机能够遵循以避开所述物体的可能路径，并且其中，所述选择基于所述逃生包线。
29.根据权利要求27所述的方法，还包括从第二飞机接收关于所述物体的信息，其中，所述选择基于来自所述第二飞机的信息。
30.根据权利要求27所述的方法，还包括基于感测所述物体对所述物体进行分类，其中，所述选择基于所述分类。
31.根据权利要求27所述的方法，还包括在所述存储器中存储指示所述物体类型的飞行性能特性的数据，其中，所述选择基于指示所述物体类型的飞行性能特性的数据。
32.根据权利要求27所述的方法，还包括在所述存储器中存储指示所述飞机上的至少一个乘客或货物的重量的数据，其中，所述选择基于指示所述至少一个乘客或货物的重量的数据。
33.根据权利要求27所述的方法，还包括确定所述飞机的部件何时发生了故障，其中，所述选择基于确定所述飞机的部件何时发生故障。
34.根据权利要求27所述的方法，还包括确定指示所述飞机的电池中剩余电量的值，其中，所述选择基于所述值。
35.根据权利要求27所述的方法，还包括在所述存储器中存储指示所述飞机的路线的数据，其中，所述选择基于指示所述路线的数据。
36.根据权利要求27所述的方法，其中，所述选择基于指示所述飞机附近的天气的天气数据。
37.根据权利要求27所述的方法，还包括确定是否有乘客在所述飞机上，其中，所述选择基于确定是否有乘客在所述飞机上。
38.根据权利要求27所述的方法，还包括基于所述飞机的更新的运行状况来验证用于避开所述物体的路径。
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