CN113739799A - 全球定位拒止的导航 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称是全球定位拒止的导航。本发明公开了用于导航航空器(202)的方法、装置、系统和计算机程序产品。由计算机系统(206)接收指示扫描航空器(202)周围的环境(220)以寻找陆标(222)的结果的信息。由计算机系统(206)确定陆标(222)的方位角(230)和陆标(222)的位置。由计算机系统(206)使用陆标(222)的方位角(230)和陆标(222)的位置估计航空器(202)的当前定位(214)。基于航空器(202)的当前定位(214)，由计算机系统(206)执行确定被执行以引导航空器(202)的一组动作(216)。

Description

全球定位拒止的导航
技术领域：
本公开内容一般地涉及航空器，并且具体地涉及用于导航航空器的方法、装置、系统和计算机程序产品。
背景技术：
航空器的导航涉及确定航空器的定位并执行将航空器飞行到位置的操作。在许多航空器中，导航是由飞行管理系统执行的。飞行管理系统可以确定航空器的定位并计算到航路点或目的地的航向(course)。在其他情况下，飞行员可以使用为航空器确定的当前定位来确定航空器的航向。其他信息(例如航空器行进的速度和方向)用于对航空器进行导航。
通常使用航空器中的全球定位系统(GPS)接收器确定航空器的定位。当全球定位系统接收器未提供以所期望的精确度水平确定航空器的定位所需的信息时，导航将变得更具挑战性。例如，环境因素或人为因素可降低或消除全球定位系统接收器接收精确地确定航空器的定位所需信号的能力。
在这种情况下，航空器的飞行员可以使用视觉导航来大致地确定航空器的定位。这个过程需要飞行员投入大量注意力来确定航空器的位置，并且不如使用全球定位系统接收器那么精确。
发明内容
在一些实例中，本公开内容提供了航空器导航系统。航空器导航系统包括传感器系统、陆标检测器、定位计算器、定位估计器和引导(guidance)系统。传感器系统与航空器相关联。传感器系统被配置为生成关于航空器周围的环境的图像。陆标检测器被配置为接收图像，使用图像来识别航空器周围的环境中的陆标，并确定陆标的方位角(bearing)和陆标的位置。定位计算器被配置为使用陆标的方位角和陆标的位置来确定航空器的计算的定位。定位估计器被配置为使用由定位计算器确定的计算的定位和航空器状态信息来估计航空器的当前定位。引导系统被配置为使用航空器的当前定位提供至目标位置的引导。
在一些实例中，本公开内容提供了装置。该装置包括计算机系统和计算机系统中的导航器。导航器被配置为促进对航空器周围的环境的扫描以寻找陆标。导航器被配置为确定陆标的方位角和陆标的位置。导航器被配置为使用陆标的方位角和陆标的位置来估计航空器的当前定位。导航器被配置为基于航空器的当前定位，启动被选择以引导航空器的一组动作的执行。
在一些实例中，本公开内容提供了用于导航航空器的方法。计算机系统接收指示扫描航空器周围的环境以寻找陆标的结果的信息。由计算机系统确定陆标的方位角和陆标的位置。计算机系统使用陆标的方位角和陆标的位置估计航空器的当前定位。基于航空器的当前定位，由计算机系统执行确定待被执行以引导航空器的一组动作。
在一些实例中，本公开内容提供了用于导航航空器的计算机程序产品。该计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机可读存储介质第一程序代码、第二程序代码、第三程序代码和第四程序代码。执行第一程序代码以使计算机系统接收信息，该信息指示扫描航空器周围的环境以寻找陆标的结果。由计算机系统执行第二程序代码，以使计算机系统确定陆标的方位角和陆标的位置。执行第三程序代码以使计算机系统使用陆标的方位角和陆标的位置来估计航空器的当前定位。执行第四程序代码以使计算机系统基于航空器的当前定位来确定待被执行以引导航空器的一组动作。
可以在本公开内容的多种实例中独立地实现特征和功能，或者可以在其他实例中组合特征和功能，其中可以参考以下描述和附图来了解进一步细节。
附图说明
在所附权利要求中阐述了被认为是说明性实施方式的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下对本公开内容的说明性实施方式的详细描述，将最好地理解说明性实施方式及其优选的使用方式、其进一步的目的和特征，其中：
图1是根据说明性实例的导航环境的绘画图示；
图2是根据说明性实例的导航环境的框图的图示；
图3是根据说明性实例的导航器的框图的图示；
图4是根据说明性实例的航空器的框图的图示；
图5是根据说明性实例的来自航空器的陆标的方位角的图示；
图6是根据说明性实例的可能航空器位置的分布的图示；
图7是根据说明性实例的用于导航航空器的方法的流程图的图示；
图8是根据说明性实例的用于扫描环境以寻找路标的方法的流程图的图示；
图9是根据说明性实例的用于估计航空器的当前定位的方法的流程图的图示；
图10是根据说明性实例的用于导航航空器的方法的更详细流程图的图示；
图11是根据说明性实例的数据处理系统的框图的图示；
图12是根据说明性实例的航空器制造和维修方法的图示；和
图13是航空器的框图的图示，其中可以实现说明性实例。
具体实施方式
说明性实例承认并考虑了一个或多个不同的考虑因素。说明性实例认识并考虑到，响应于被动或主动干扰，可能会发生无法获取信息(例如全球定位系统信号)的情况。说明性实例认识并考虑到被动干扰可能是由于环境因素而发生的，这些环境因素可能会阻止或降低到达全球定位系统接收器的全球定位信号的强度。说明性实例认识并考虑到主动干扰可能包括操作以阻塞或堵塞信号的设备。另外地，说明性实例认识并考虑到主动干扰还可能包括用于向全球定位系统接收器发送信号中的虚假信息的电子欺骗(spoofing)。
说明性实例认识并考虑到无人机(UAV)——也称为无人机系统(UAS)，采用使用全球定位系统信号进行操作的导航系统。说明性实例认识并考虑到这些无人机系统使用与控制站几乎连续接触。
说明性实例认识并考虑到：存在无人机系统失去全球定位系统信号或失去与控制站的接触中的至少一个的事件——正常操作程序之外的应急情况。因此，说明性实例认识并考虑到可以采取动作来确保无人机系统的安全操作。
如本文所用，短语“至少一个”在与项目列表一起使用时，意味着可以使用一个或多个所列项目的不同组合，并且可能只需要列表中每个项目中的一个。换句话说，“至少一个”是指可以从列表中使用项目和项目数量的任何组合，但是并非列表中的所有项目都是必需的。项目可以是具体的对象、事物或分类。
例如但不限于，“项目A、项目B或项目C中的至少一个”可以包括项目A、项目A和项目B或项目B。该实例还可以包括项目A、项目B和项目C或项目B和项目C。当然，这些项目的任何组合都可以存在。在一些说明性实例中，“至少一个”可以是例如但不限于项目A的两个；项目B的一个；项目C的十个；项目B的四个和项目C的七个；或其他合适的组合。
说明性实例认识并考虑到这些动作可以包括在先前已知的位置上方以路线或模式飞行。说明性实例认识到并考虑到，根据纠正问题所需的时间，航空器可能无法恢复并且可能着陆或终止飞行。
因此，说明性实例提供了用于导航航空器的方法、装置、系统和计算机程序产品。在一个说明性实例中，计算机系统扫描航空器周围的环境以寻找陆标。计算机系统确定陆标的方位角和陆标的位置。计算机系统使用陆标的方位角和陆标的位置估计航空器的当前定位。基于航空器的当前定位，计算机系统执行被选择以引导航空器的一组动作。
如本文所用，“一组”在参考项目使用时表示一个或多个项目。例如，“一组动作”是一个或多个动作。
现在参照附图，具体是参照图1，根据说明性实例描绘了导航环境的绘画图示。如图所描绘的，导航环境100是飞机102在飞行中的环境。在此说明性图中，航空器102不能以所期望的精确度水平使用飞机102中的全球定位系统接收器(未显示)确定其定位。
例如，飞机102可能无法检测到来自卫星的全球定位系统信号，该信号已经被诸如冰覆盖全球定位系统接收器的天线的情况所衰减。作为另一个实例，太阳风暴或太阳耀斑也可干扰全球定位系统接收器。在其他说明性实例中，主动干扰可导致飞机102不能使用全球定位系统接收器确定其定位。
在这种情况下，飞机102可以使用可选的机制确定其当前定位并执行导航活动。在该说明性实例中，当飞机102中的全球定位系统接收器不以所期望的精确度水平提供当前定位时，飞机102中的导航系统104可以确定飞机102的当前定位。
在该说明性实例中，导航系统104可以生成关于飞机102周围的环境的图像。导航系统104可以使用这些图像来识别飞机102周围的环境中的陆标。
陆标可以采用多种不同的形式。在该描绘的实例中，导航系统104识别的陆标包括飞机场106、山脉108、建筑物110、湖泊112和水坝114。
在该说明性实例中，导航系统104确定这些陆标中每一个的方位角。进一步的，导航系统104还可以估计到每个陆标的距离。
导航系统104可以使用陆标的方位角和陆标的位置来估计飞机102的当前定位。在该实例中，导航系统104测量到陆标的方位角，并从与陆标数据存储设备(storage)中存储的陆标有关的信息中识别陆标的陆标位置。如所描绘的，陆标由导航系统104识别，并且陆标的识别被用于从陆标数据存储设备确定陆标的位置。
在该说明性实例中，导航系统104可以基于为飞机102确定的当前定位来确定被选择以引导飞机102的一组动作。这些动作可以包括创建路线、设置航路点、设置航向、更改高度和/或关于飞机102的一些其他动作。
现在参考图2，根据说明性实例描绘了导航环境的框图的图示。图1中的导航环境100是图2中导航环境200中组成部分的一种实施的实例。
如所描绘的，航空器202在导航环境200中操作。在该说明性实例中，航空器202选自飞机、旋翼飞机、无人机、无人机系统、载人飞行器、商用航空器、军用航空器以及其他合适类型的航空器中的一种。
航空器202包括航空器导航系统204。航空器导航系统204被配置为执行一组动作216，以帮助导航航空器202。在该说明性实例中，航空器导航系统204包括计算机系统206、导航器208和传感器系统210。如所描绘的，导航器208位于计算机系统206中。
导航器208可以以软件、硬件、固件或其组合来实施。当使用软件时，由导航器208执行的操作可以用被配置为在诸如处理器单元的硬件上运行的程序代码来实施。当使用固件时，由导航器208执行的操作可以用程序代码和数据来实施，并存储在永久性存储器中以在处理器单元上运行。当采用硬件时，硬件可以包括用于操作以执行导航器208中的操作的电路。
在说明性实例中，硬件可以采取选自电路系统、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备或配置为执行许多操作的一些其他合适类型的硬件中的至少一种。使用可编程逻辑设备，可以将该设备配置为执行许多操作。可以在以后重新配置设备，或者可以将其永久配置为执行许多操作。可编程逻辑设备包括例如可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列以及其他合适的硬件设备。另外地，该方法可以在与无机部件集成的有机部件中实施，并且可以完全由除人类以外的有机部件组成。例如，该方法可以被实施为有机半导体中的电路。
计算机系统206是一种物理硬件系统，并且包括一个或多个数据处理系统。当计算机系统206中存在多于一个数据处理系统时，这些数据处理系统使用通信介质相互通信。通信介质可以是网络。数据处理系统可以选自计算机、服务器计算机、平板计算机或一些其他合适的数据处理系统中的至少一种。
在该说明性实例中，传感器系统210生成传感器信息212，导航器208可以使用该传感器信息212来确定航空器202的当前定位214并执行一组动作216。传感器系统210可以采用许多不同的形式。例如，传感器系统210可以包括一组传感器218，其生成确定当前定位214所需的传感器信息212。
如本文所用，航空器202的定位是航空器在三维中的位置。例如，位置可以是纬度、经度和海拔。进一步地，定位还可以包括航空器202的方位。该方位被可以描述为航向(heading)。航向也可以称为航空器202的偏航(yaw)。因此，当前定位214至少包括航空器202的位置，并且还可以包括航空器202的航向。
一组传感器218可以选自照相机、可见光照相机、高光谱传感器、光检测和测距(LiDAR)系统、合成孔径雷达(SAR)系统、激光扫描仪系统或其他合适类型的传感器的至少一种。另外地，传感器系统210中的一组传感器218还可以包括其他类型的传感器，例如气压高度计、加速度计、迎角传感器(angled attack sensor)或可以在航空器202中使用的其他合适的传感器。
在该说明性实例中，导航器208被配置为执行许多不同的操作。如所描绘的，导航器208可以扫描航空器202周围的环境220以寻找陆标222。在扫描环境220中，导航器208可以查看航空器202周围的环境220的所有部分。
例如，导航器208可以接收由传感器系统210生成的关于航空器202周围的环境220的传感器信息212，来扫描环境220以寻找陆标222。传感器信息212可以用于识别环境220中的陆标222。进一步地，导航器208可以控制传感器系统210以直接扫描环境220。
陆标222中的陆标是可识别的自然或人工特征，其可用于导航。在该说明性实例中，为陆标的特征是在环境中突出的特征，并且通常可以从远距离处看到。例如，陆标222可以选自自然特征、人工特征、山脉、高原、树木、湖泊、池塘、河流、海洋、田野、建筑物、天线、飞机场、跑道、道路、采石场、桥梁、制造设施、水坝、无线电塔、纪念碑或环境220中的一些其他合适的特征的至少一种。
在该说明性实例中，可以以许多不同方式从传感器信息212中识别陆标222。例如，导航器208可以使用传感器信息212和存储在陆标数据存储设备224中的陆标信息来识别陆标222。陆标数据存储设备224包括基于具体陆标的具体属性或其他信息来识别陆标222的陆标信息的集合。这些属性可以位于图像、测量值、描述或其他形式的数据结构中。在一些说明性实例中，信息的集合可以包括航海图。
导航器208也可以访问或包括人工智能系统226。人工智能系统226可以包括机器学习模型228，该模型已被训练为从传感器信息212识别陆标222。这些陆标的数据集可以选自多种来源，例如航空图、地理地图、图像以及其他可识别陆标及其位置的信息来源。
如所描绘的，人工智能系统226是具有智能行为并且可以基于人脑功能的系统。人工智能系统226包括人工神经网络、认知系统、贝叶斯网络、模糊逻辑、专家系统、自然语言系统或一些其他合适的系统中的至少一种。机器学习用于训练人工智能系统226。机器学习包括向方法输入数据，并允许方法调整和改善人工智能系统226的功能。
在该说明性实例中，机器学习模型228是一种无需进行明确编程即可学习的人工智能模型。机器学习模型228可以基于输入到机器学习模型228中的训练数据进行学习。该数据可以采用数据集的形式。如所描绘的，机器学习模型228可以使用多种类型的机器学习算法进行学习。
机器学习算法包括监督学习、无监督学习、特征学习、稀疏词典学习(sparsedictionary learning)、异常检测、关联规则或其他类型的学习算法中的至少一种。机器学习模型的实例包括人工神经网络、决策树、支持向量机、贝叶斯网络、遗传算法和其他类型的模型。这些机器学习模型可以使用数据进行训练，并处理另外的数据以提供所期望的输出。
例如，在航空器202周围的扫描环境220中，导航器208可以从航空器202的传感器系统210中的照相机系统接收图像。导航器208可以使用机器学习模型228和人工智能系统226识别图像中的陆标222。在一些说明性实例中，可以训练机器学习模型来检测具体类型的陆标。例如，可以训练一个机器学习模型来检测山脉，而可以训练另一个机器学习模型来检测城市。机器学习模型228可以检测图像中的陆标，并确定陆标222的方位角230和位置234。
在该说明性实例中，导航器208可以确定陆标222的方位角230和陆标222的位置234。方位角230可以是绝对的或相对的。绝对方位角是指磁北或真北与对象(例如陆标)之间的角度。相对方位角是指航空器202的航向与另一个对象(例如陆标)的位置之间的角度。航向也可以称为航空器的偏航。在该说明性实例中，可以使用方位角230、陆标222和陆标222的位置234确定距陆标222的距离232。可以从陆标数据存储设备224确定位置234。在该说明性实例中，距离232是任选的测量值，并且可以从传感器218的传感器信息212中获得。
在该说明性实例中，导航器208可以使用陆标222的方位角230和陆标222的位置234估计航空器202的当前定位214。进一步地，导航器208还可以使用方位角230和位置234来估计偏航236。可以使用方位角230和距离232作为霍夫变换、极大似然估计、概率卷积、贝叶斯估计、机器学习模型或一些其他方法或系统中的至少一个的输入来形成这些估计。
在说明性实例中，可以在估计中间接执行使用陆标222的方位角230和陆标222的位置234估计当前定位214。例如，导航器208可以使用陆标222的方位角230和陆标222的位置234确定航空器202的计算的定位238。导航器208然后可以使用计算的定位238和来自传感器系统210的航空器状态信息240来估计航空器202的当前定位214。
在该说明性实例中，航空器状态信息240是传感器信息212的一种类型。航空器状态信息240是描述飞行期间航空器202的状态的信息。航空器状态信息240可以用于航空器202的当前状态或航空器202的先前状态中的至少一种。
航空器状态信息240可以包括空速、气压高度、加速率、磁航向、俯仰、侧倾(roll)、垂直速度、俯仰角速率(pitch rate)、迎角(angle of attack)、VOR衍生定位或其他可以描述航空器202状态的合适信息中的至少一种。航空器状态信息240可以包括航空器202的定位和航向。进一步地，当前定位214或计算的定位238中的至少一个可以是航空器状态信息240。
进一步地，导航器208可以基于航空器202的当前定位214执行被选择以引导航空器202的一组动作216。在该说明性实例中，该组动作216可以包括为航空器202选择目标位置、生成改变航空器202的航向以到达目标位置的航路点命令、生成改变航空器202海拔的海拔命令、生成到目达标位置的飞行计划、在显示系统的图形用户界面上显示航空器202的航向、或其他合适的操作中的至少一种。
当用于确定当前定位214的当前系统不能以限定的精确度水平执行时，可以启动这些不同的操作。例如，当使用航空器202中的全球定位系统接收器不能以所期望的精确度水平确定航空器202的当前定位214时，导航器208可以启动对航空器202周围的环境220的扫描以寻找陆标222；确定陆标222的方位角230和陆标222的位置234；使用陆标222的方位角230和陆标222的位置234估计航空器202的当前定位214；和基于航空器202的当前定位214执行被选择以引导航空器202的一组动作216。
在一个说明性实例中，存在一种或多种技术方案，该技术方案克服了在通常用于进行这些确定的导航系统不能操作或不能以所期望的精确度水平提供当前定位时确定航空器当前定位的技术问题。因此，一种或多种技术方案可以提供基于传感器信息(例如，陆标的图像)提供航空器的当前定位的技术效果。计算机系统206可以被配置为使用软件、硬件、固件或其组合来执行在不同说明性实例中描述的步骤、操作或动作中的至少一种。因此，计算机系统206作为专用计算机系统操作，其中当通常使用的导航系统不能按期望的方式操作时，计算机系统206中的导航器208能够导航航空器202。具体地，与没有导航器208的当前可用的通用计算机系统相比，导航器208将计算机系统206转换为专用计算机系统。
在说明性实例中，计算机系统206中导航器208的使用将过程集成到了用于导航航空器的方法的实际应用中，其提高了计算机系统206的性能。换句话说，计算机系统206中的导航器208涉及集成到计算机系统206的导航器208中的过程的实际应用，当正常依赖的导航系统未如所期望的操作时，该过程使得能够导航航空器202。在该说明性实例中，计算机系统206中的导航器208扫描航空器202周围的环境以寻找陆标222；确定陆标222的方位角230和陆标222的位置234；使用陆标222的方位角230和陆标222的位置234估计航空器202的当前定位214；并基于航空器202的当前定位214执行被选择以引导航空器202的一组动作216。计算机系统206的操作用于当正常使用的传感器218例如全球定位系统接收器不能提供当前定位214时，确定航空器202的当前定位214。
接下来参照图3，根据说明性实例描述了导航器的框图的图示。在说明性实例中，可以在多个附图中使用相同的附图标记。在不同附图中对附图标记的这种重复使用在不同附图中表示相同的元件。
图3中描绘了图2中的导航器208的实例实施。在该说明性实例中，导航器208包括陆标检测器300、定位计算器302、定位估计器304和引导系统306。
如所描绘的，陆标检测器300从传感器系统210接收传感器信息212中的图像308。陆标检测器300可操作以识别图2中的航空器202周围的环境220中的陆标222。进一步地，陆标检测器300可以从航空器202确定陆标222的方位角230和陆标222的位置234。
利用识别陆标222，定位计算器302可以使用从陆标检测器300接收到的方位角230和位置234来确定航空器202的计算的定位238。定位估计器304可以使用如由定位计算器302确定的计算的定位238和从传感器系统210接收的航空器状态信息240估计航空器202的当前定位214。
例如，可以基于航空器状态信息240对计算的定位238进行调整。例如，来自惯性测量单元的航空器的惯性定位、推理速度、海拔和其他航空器状态信息240可以用于调整计算的定位238以形成图2中航空器202的当前定位214的估计。
例如，定位计算器302可以使用航空器202的一组先前定位303来计算所计算的定位238。这些命题可以是例如由全球定位系统接收器所生成的定位、先前计算的定位、先前的当前定位或定位估计器304可访问的一些其他先前定位。在此实例中，该组先前定位303是先前航空器状态信息305。
当航空器状态信息240是先前定位303形式的先前航空器状态信息305时，该航空器状态信息可以存储在数据结构中，例如平面文件、数据库、链表、表格、电子表格或由导航器208可访问的存储器或其他硬件存储设备中的一些其他数据结构。在该实例中，可以将计算的定位238或当前定位214中的至少一个存储为先前航空器状态信息305的先前定位303。
当定位估计器304使用航空器状态信息240中的一组先前定位303以从计算的定位238估计当前定位214时，定位估计器304可以使用诸如卡尔曼滤波器的方法或滤波器，其中计算的定位238和该组先前定位303输入到卡尔曼滤波器中以估计当前定位214。当该组先前定位303是根据先前计算的定位估计出的先前的当前定位时，该组先前定位303被反馈到定位估计器304中的卡尔曼滤波器中作为反馈回路的一部分。
例如，定位计算器302可以使用从甚高频(VHF)全向范围(全向信标，Omni-Directional Range)(VOR)发射机接收的航空器状态信息240中的无线电信号和从磁力计接收的航空器状态信息240中的航空器202的磁航向，来确定计算的定位238。从传感器系统210实时接收到的该和/或其他航空器状态信息是当前航空器状态信息301。
还可以使用卡尔曼滤波器来执行由定位估计器304使用计算的定位238和当前航空器状态信息301确定当前定位214。可以使用多种估计算法来校正从VOR信号和磁航向确定的定位，这些算法考虑了定位之间的误差量。
在仍其他说明性实例中，定位估计器304使用的当前航空器状态信息301还可以包括来自惯性测量单元、加速度计和其他合适传感器的信息，这些其他合适传感器可以提供调整计算的定位238以估计当前定位214所需的信息。
在还其他说明性实例中，定位估计器304可以使用当前航空器状态信息301和先前航空器状态信息305两者来从计算的定位238估计当前定位214。
利用当前定位214，引导系统306可以执行一组动作216，以使用图2中的航空器202的当前定位214提供至目标位置的引导。以此方式，当其他系统不能在确定当前定位214时提供所期望的精确度水平使得航空器202可以飞往所期望的位置或沿所期望的航路点飞行时，导航器208可以使航空器202的飞行员或其他操作员能够飞行航空器202，而不必在视觉上确定要向哪个方向飞行、以什么海拔飞行或继续导航航空器202的一些其他参数。
在该说明性实例中，当引导系统306提供用于引导的航路点时，与当前使用的航路点引导相比，该航路点的引导可能会在更长的时间段内进行更新，以每秒多至多次迭代的速率执行。利用确定当前定位214的方式，引导系统306可以考虑到误差量与当前系统相比更大，并且可以具有更大的定位误差。因此，引导系统306可以基于同时使用的较大误差来提供用于航向改变的航路点。
引导系统306可以以考虑到与使用全球定位系统接收器时相比，当前定位214的更新速率更慢的方式操作。例如，可能会发生0.1Hz的更新速率。
在该实例中，可以实施向量场方法以会聚到航路点路径。可以使用利用路线规划器到达所期望位置的航路点路径或手动生成的航路点来确定航空器的路径。在这种情况下，航路点路径是三维的。二维飞行计划也可以手动或自动生成。来自空中交通管理实体的高度许可(海拔许可，altitude clearances)可用于在飞行期间发出海拔命令。
进一步地，可以在航向或定位误差中实施诸如阈值的更新标准，以使得周期性地执行更新。因此，引导系统306可以执行动作216，以基于更新率和航向或定位误差来提供更新和引导。
当其他系统不能以所期望的精确度水平提供当前定位214时，导航器208可以自动识别当前定位214。导航器208可以以所期望的精确度水平提供当前定位214，该精确度水平大于飞行员或其他人类操作员以所期望的精确度水平操作航空器202所需的时间段范围内可能的精确度水平。进一步地，导航器208通过自动执行动作216(例如建议方位角、自动更改航空器202的方位角、设置航路点、建议海拔变化、自动启动海拔变化或一些其他合适的动作或动作组合)，使航空器202的飞行员或人类操作员能够专注于其他动作。
图4是根据说明性实例描绘的航空器的框图的图示。该图示出了图2中的航空器202的组成部分的实例。
在该说明性实例中，航空器202包括机体400、电子设备402、推进系统404和转向机构406。机体400是航空器202的机械结构。机体400可以包括例如机身、底架、机翼、起落架和其他物理结构。在该说明性实例中，机体400携带电子设备402、推进系统404和转向机构406。
电子设备402具有许多不同的部件。如所描绘的，电子设备402包括传感器系统210、通信系统410和飞行控制系统412。
在该说明性实例中，传感器系统210包括全球定位系统(GPS)接收器414、陀螺仪418、加速度计420和其他合适的传感器。在该实例中，全球定位系统接收器414是物理系统，并且可以确定航空器202的定位。全球定位系统接收器414可以包括任何当前使用的全球定位系统硬件，其包括常规的基于卫星的系统以及其他使用信标、定位信号或其他定位信息源的系统。
如所描绘的，陀螺仪418是被配置为检测航空器202的旋转的物理设备。陀螺仪418可以与飞行控制系统412中的其他部件通信以控制航空器202的操作并沿着飞行路径导航航空器202。陀螺仪418可以生成识别航空器202的方位的信息。
在说明性实例中，加速度计420是被配置为检测航空器202的线性运动的物理设备。加速度计420可以包括当前使用的加速度计，并且可以与飞行控制系统412中的部件通信以控制航空器202的操作并沿着飞行路径导航航空器202。
如所描绘的，推进系统404是生成使航空器202移动的力的物理系统。在说明性实例中，该力采取推力的形式。推进系统404可以包括喷气发动机、涡轮风扇、涡轮螺旋桨发动机、冲压喷气发动机、旋翼系统或可以移动航空器202的一些其他合适的发动机或设备中的至少一种。
在该说明性实例中，转向机构406可以被配置为在飞行路径上操纵(转向，steer)航空器202以达到目标。转向机构406可以自主地或在有人控制下操作。在该说明性实例中，操纵机构406响应来自飞行控制系统412中的控制器424的信号，该控制器424可以采用反馈或其他控制系统以沿飞行路径指导航空器202。
如所描绘的，通信系统410是物理设备，并且可以是例如无线收发器和天线。通信系统410可以与远程计算机系统交换信息。通信系统410可以操作以向诸如另一个航空器或地面站的远程位置发送信息和接收信息。
如所描绘的，飞行控制系统412可以基于从导航系统的部件接收的信号来确定航空器202到达期望位置的一条或多条飞行路径。飞行控制系统412可以计算、生成导航命令，例如数据信号，并将其发送到转向机构406，以沿着飞行路径指导航空器202。
在该说明性实例中，飞行控制系统412包括多个部件。如所描绘的，飞行控制系统412包括地图系统422、控制器424、处理器单元416、导航器208和存储器426。
如所描绘的，地图系统422可以是基于地图的飞行控制系统的一部分，该飞行控制系统提供有关区域内自然特征和人造特征的定位信息。地图系统422可以与飞行控制系统412中的其他部件通信以支持航空器202的导航。尽管该功能可以包括提供用于计算路线的地图信息，但是该功能还可以包括独立的导航能力。
例如，地图系统422可以提供基于地图的导航系统，其存储包括一个或多个对象的操作环境的地图。基于地图的导航系统可以耦接到照相机并且被配置为通过将存储的对象与可见环境进行比较来确定交通工具的定位，其可以在不存在全球定位系统数据或其他定位信息的情况下提供定位数据。
在该说明性实例中，处理器单元416是物理设备，并且可以与控制器424、飞行控制系统412中的其他部件、转向机构406、传感器系统210、导航器208以及可能存在于航空器202中的其他多种其他部件、系统和子系统进行通信。处理器单元416可以是计算机系统(例如，图2中的计算机系统206)中的内部处理器，以支持多种功能，例如导航功能或图像处理功能。处理器单元416可以被配置为控制航空器202、飞行控制系统412、传感器系统210和导航器208中的至少一种的操作。
如所描绘的，处理器单元416可执行处理和计算功能以支持导航、生成图像、在无特征表面上显示图案或处理图像以生成模型中的至少一种。处理器单元416可以包括许多不同的处理器，该许多不同的处理器协作以执行本文所述的图2中的导航器208的操作。例如，当全球定位系统接收器414不能以所期望的精确度水平确定当前定位214时，航空器202中的内部处理器控制航空器202的操作，同时分配给导航器208的另一个处理器控制估计航空器202的当前定位214。
控制器424可以操作以控制航空器202中的部件，例如飞行控制系统412、传感器系统210、推进系统404或转向机构406。控制器424与处理器单元416、航空器202、飞行控制系统412、传感器系统210、转向机构406以及本文所述的设备和系统的其他多种部件通信。
如所描绘的，控制器424可以包括用于控制本文所述的航空器202和飞行控制系统412中的多个部件的任何硬件、软件或其一些组合，所述部件包括但不限于微处理器、微控制器、专用集成电路、可编程门阵列、以及任何其他数字和/或模拟部件及其组合，以及用于与控制信号、驱动信号、电源信号、传感器信号和其他合适类型的信号通信的输入和输出。
在该说明性实例中，存储器426是物理设备，并且可以包括本地存储器或远程存储设备，该存储器存储用于飞行控制系统412的数据日志，其包括但不限于传感器信息212，该传感器信息212包括传感器系统210生成的图2的航空器状态信息240。可以存储在存储器426中的其他信息包括方位、速度、飞行路径、转向规范、全球定位系统坐标、传感器读数以及其他合适的信息中的至少一种。在该实例中，存储在存储器426中的信息可以由处理器单元416或控制器424中的至少一个访问。
尽管在图4中说明了部件的具体布置，但是在其他说明性实例中，部件的布置可能会有所不同。例如，传感器系统210可以位于航空器202之中或之上。进一步地，传感器系统210、飞行控制系统412或通信系统410中的至少一种可以共享部件，例如存储器、传感器、处理器或控制器。另外地，传感器系统210中的一个或多个传感器218可以可移除地耦接到航空器202，或者该模块中的部件可以以任何期望的方式集成到用于航空器202的机体400中。
飞行控制系统412还可以包括上述作为电子设备402的一部分的部件，以及传感器系统210中的其他传感器。作为另一个实例，其他传感器还可以包括其他飞行仪表、传感器、处理电路、通信电路、包括照相机的光学系统和操作无人机系统或其他自主地或手动驾驶的航空器所必需或有用的其他传感器。因此，多种部件的布置可以根据设计者或操作员的期望进行配置，并因此不应限于本文描述或示出的具体实例。
导航环境200和图2-4中的不同部件的图解并不意味着暗含对可以实施说明性实例的方式的物理或架构限制。可以使用除了所示出的部件之外的其他部件或代替所示出的部件的其他部件。一些部件可能是不必要的。此外，提供了框以说明一些功能部件。当在说明性实例中实施时，可以将这些框中的一个或多个组合、划分或组合并划分为不同的框。
例如，计算机系统206被描绘为位于航空器202中。在一些说明性实例中，计算机系统206可以位于航空器202的远程位置。在仍其他说明性实例中，计算机系统206可以是分散式的(distributed)和可以位于航空器202和在一个或多个远程位置中。
在仍另一个实例中，传感器系统210可以被认为是与航空器导航系统204分离的部件。作为另一个实例，传感器系统210中的其他传感器还可以包括惯性测量单元、磁力计、气压高度传感器、VHS全向范围接收器或一些其他合适类型的传感器。
接下来参照图5，根据说明性实例描绘了来自航空器的陆标的方位角的图示。在该说明性实例中，航空器500正沿箭头502的方向行进。如所描绘的，航空器500的传感器系统中的照相机生成了识别陆标的图像。在该说明性实例中，所识别的陆标是陆标1 504、陆标2506、陆标3 508和陆标4 510。在该说明性实例中，确定这些陆标的方位角(例如，通过图2中的导航器208)。方位角是来自航空器500的陆标的方位角的估计。在该说明性实例中，方位角可以相对于磁北或相对于航空器500的箭头502指示的行进方向以度数进行测量。
在该说明性实例中，可以相对于航空器的航向基于生成陆标图像的照相机的定位来确定方位角。基于照相机在航空器中的定位，可以确定陆标相对于航空器的方位角。
该图所图解的陆标周围的部分基于传感器系统中照相机测量的方位角估计和误差。换句话说，这些部分指示航空器500相对于陆标的方位角和方位角误差。例如，部分(section)512指示陆标1 504的方位角的具有误差的方位角。部分514指示陆标2 506的方位角的具有误差的方位角。部分516指示陆标3 508的方位角具有误差的方位角。部分518指示陆标4 510的方位角的具有误差的方位角。
在该说明性实例中，每个部分都识别估计的具有误差的方位角。方位角是从航空器的机头或尖端到陆标。
在另一个说明性实例中，可以测量到陆标的距离以进行更好的航空器的定位估计(例如，通过图2中的导航器208)。当使用距离时，可以通过多种方式测量距离。例如，可以通过运动或图像中陆标的大小随时间的变化中的至少一项来测量距离。除了使用图像之外或代替使用图像，还可以使用图像、激光测距仪、其他合适的传感器或通过一些其他用于测量距离的技术来进行这些测量。在该实例中，误差分布可以基于照相机分辨率、清晰度、视野或用于找到陆标的算法或方法的精确度中的至少一种。
如所描绘的，在该实例中估计了多个方位角和距离。这些估计可以用于使用技术诸如最小二乘法、霍夫变换或一些其他合适的估计技术来确定航空器的定位。在该说明性实例中，定位除了其在三维空间中的位置外，还可以包括航空器的方位或航向。
现在参照图6，根据说明性实例描绘了可能的航空器位置的分布的图示。在该图中，使用图5中识别的方位角，从陆标的角度来看，部分612、部分614、部分616和部分618是航空器500的方位角。这些方位角由图5中的方位角确定。例如，部分612是部分512的反演(inversion)；部分614是部分514的反演；部分616是部分516的反演；部分618是部分518的反演。相对于航空器500放置以指示航空器500的可能相对位置。这些位置的部分可用于计算航空器500的计算的定位。可使用霍夫变换执行此计算，其为航空器500提供了最可能的定位作为计算的定位以及可能的偏航。在此实例中，可以通过将向陆标的测量的方位角增加180度来执行方位角的反演。在此实例中，围绕角度的分布是相同的。测量的原点将移至陆标测量位置。
在图5和图6的说明性实例中，基于相对于检测到的陆标的几何形状，使用霍夫变换来估计航空器的定位。该几何形状由陆标的位置和与对于那些陆标的方位角限定。在实例中，这些图中的部分描绘了几何形状。这种几何形状减小了其中可以放置航空器的可能区域。
接下来转到图7，根据说明性实例描绘了用于导航航空器的方法的流程图的图示。图7中的方法可以用硬件、软件或两者实施。当以软件实施时，方法可以采用由位于一个或多个计算机系统中的一个或多个硬件设备中的多个处理器单元之一运行的程序代码的形式。例如，方法可以在图2中的计算机系统206中的导航器208中实施。
方法开始于扫描航空器周围的环境以寻找陆标(操作700)。方法确定陆标的方位角(操作702)。
方法使用陆标的方位角来估计航空器的当前定位(操作704)。方法基于航空器的当前定位执行被选择以引导航空器的一组动作(操作706)。此后方法结束。
当用于确定航空器定位的系统没有以所期望的精确度水平提供预定位(prepositions)时，可以启动图7中的方法。只要需要航空器的当前定位来执行操作航空器的动作，该方法就可以重复任意多次。
在另一个说明性实例中，可以在操作702中确定到陆标的距离。可以使用数据诸如图像或从传感器接收的传感器信息中的信息测量值来测量该距离。传感器可以包括例如照相机、光检测和测距(LiDAR)系统、激光扫描仪或一些其他合适的传感器。当测量距离时，可以在操作706中使用该距离来确定航空器的当前定位。除了方位角之外，该距离的使用还可以提供所确定距离的提高的精确度。
转到图8，根据说明性实例描绘了用于扫描环境以寻找陆标的方法的流程图的图示。图8所示的方法是图7中的操作700的一种实施的实例。
方法开始于从传感器系统接收关于航空器周围的环境的传感器信息(操作800)。在操作800中，传感器信息可以是例如来自照相机系统、激光扫描仪或一些其他合适的传感器系统的图像。
方法使用传感器信息识别陆标(操作802)。此后该方法结束。在操作802中，可以使用多种技术执行来从传感器信息中识别陆标。例如，一种机器学习模型或多种机器学习模型可以分析传感器数据(例如图像)来识别陆标。在另一个说明性实例中，可以使用其他方法(例如用于计算机视觉和图像处理的那些方法)来检测图像中的陆标。
现在参照图9，根据说明性实例描绘了用于估计航空器的当前定位的方法的流程图的图示。图9所示的方法是图7中的操作704的一种实施的实例。
方法开始于使用陆标的方位角和陆标的位置确定航空器的计算的定位(操作900)。在操作900中，可以使用霍夫变换方法来确定计算的定位。
方法使用由定位计算器确定的计算的定位和从传感器系统接收的航空器状态信息来估计航空器的当前定位(操作902)。此后该方法结束。
转到图10，根据说明性实例描绘了用于导航航空器的方法的更详细流程图的图示。
图10中的方法可以用硬件、软件或两者来实施。当以软件实施时，方法可以采用由位于一个或多个计算机系统中的一个或多个硬件设备中的一个或多个处理器单元运行的程序代码的形式。例如，方法可以在图2中的计算机系统206中的导航器208中实施。
方法开始于接收航空器周围的环境的图像(操作1000)。方法在图像中识别一组陆标(操作1002)。在操作1002中，该组陆标的识别可以包括标识符诸如名称或其他合适的标识符以及图像中该组陆标中的每个陆标的像素位置。
然后，方法测量所识别的每个陆标的方位角(操作1004)。在该实例中，方位角相对于航空器的当前航向。可以基于图像中的像素位置、在航空器上照相机的定位、航空器控制(control)和航空器俯仰确定方位角。例如，照相机的视野和图像中陆标的像素位置可用于确定相对于照相机视野的方位角。使用相对于照相机的定位和其他信息，相对于照相机的方位角可以被转换为相对于航空器的方位角。进一步地，还可以使用航空器的侧倾和俯仰来确定相对于航空器的方位角。
在该实例中，照相机的定位除了照相机相对于航空器上的锚点的三维位置之外，还包括照相机的方位。在操作1004中，陆标的标识符与为陆标确定的方位角相关联。
确定陆标的方位角是否满足已经确定了方位角的陆标的阈值数量(操作1006)。陆标的阈值数量可以采用许多不同形式。例如，阈值可以是两个陆标、三个陆标、四个陆标、17个陆标或一些其他数量的陆标。陆标的方位角的数量可以基于所需的精确度、具体区域中陆标的密度或一些其他因素。
如果陆标的数量不满足陆标的阈值数量，则方法返回操作1000以从另一组图像中识别陆标。
否则，方法执行测量反演(操作1008)。然后，方法使用从陆标到航空器的方位角执行霍夫变换，以识别航空器的计算的定位和航向(操作1010)。然后，方法使用计算的定位和来自航空器中的传感器系统的状态信息来确定航空器的当前定位(操作1012)。此后该方法结束。
在所描绘的不同实例中的流程图和框图示出了说明性实例中的装置和方法的一些可能实施的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示模块、段、功能或操作或步骤的一部分中的至少一个。例如，一个或多个框可以实现为程序代码、硬件或程序代码与硬件的组合。当以硬件实施时，硬件可以例如采用集成电路的形式，该集成电路被制造或配置为执行流程图或框图中的一个或多个操作。当实施为程序代码和硬件的组合时，该实施可以采用固件的形式。流程图或框图中的每个框都可以使用专用硬件系统来实施，这些系统执行不同的操作或专用硬件和由专用硬件运行的程序代码的组合。
在说明性实例的一些可选的实施中，框中标注的一个或多个功能可以不按图中标注的顺序发生。例如，在一些情况下，取决于所涉及的功能，可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序来执行框。另外，除了流程图或框图中的所图解的框之外，还可以添加其他框。
现在转向图11，根据说明性实例描绘了数据处理系统的框图的图示。数据处理系统1100可用于实施计算机系统206中的一个或多个数据处理系统。在该说明性实例中，数据处理系统1100包括通信框架1102，该框架在处理器单元1104、存储器1106、永久性存储设备1108、通信单元1110、输入/输出(I/O)单元1112和显示器1114之间提供通信。在该实例中，通信框架1102采用总线系统的形式。
处理器单元1104用于执行可被加载到存储器1106中的软件的指令。处理器单元1104包括一个或多个处理器。例如，处理器单元1104可以选自多核处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器或一些其他合适类型的处理器中的至少一种。进一步地，可以使用一个或多个异构处理器系统来实施处理器单元1104，其中在单个芯片上主处理器与辅助处理器一起存在。作为另一个说明性实例，处理器单元1104可以是在单个芯片上包含相同类型的多个处理器的对称多处理器系统。
存储器1106和永久性存储设备1108是存储设备1116的实例。存储设备是能够存储信息的任何一件硬件，该信息例如但不限于数据、功能形式的程序代码或其他合适的信息(临时的、永久的、或者临时的和永久的二者)的至少一种。在这些说明性实例中，存储设备1116也可以称为计算机可读存储设备。在这些实例中，存储器1106可以是例如随机存取存储器或任何其他合适的易失性或非易失性存储设备。永久性存储设备1108可以采用多种形式，这取决于具体的实施。
例如，永久性存储设备1108可以含有一个或多个部件或设备。例如，永久性存储设备1108可以是硬盘驱动器、固态驱动器(SSD)、闪存存储器、可重写光盘、可重写磁带或以上的一些组合。永久性存储设备1108使用的介质也可以是可移动的。例如，可移动硬盘驱动器可用于永久性存储设备1108。
在这些说明性实例中，通信单元1110提供与其他数据处理系统或设备的通信。在这些说明性实例中，通信单元1110是网络接口卡。
输入/输出单元1112允许利用可以连接到数据处理系统1100的其他设备输入和输出数据。例如，输入/输出单元1112可以通过键盘、鼠标或其他合适的输入设备中的至少一种为用户输入提供连接。进一步地，输入/输出单元1112可以将输出发送到打印机。显示器1114提供了向用户显示信息的机构。
操作系统、应用或程序中的至少一个的指令可以位于存储设备1116中，其通过通信框架1102与处理器单元1104通信。不同实例的处理可以由处理器单元1104使用计算机执行的指令执行，该指令可以位于存储器诸如存储器1106中。
这些指令被称为程序代码、计算机可用程序代码或计算机可读程序代码，其可由处理器单元1104中的处理器读取和执行。不同实例中的程序代码可以体现在不同的物理或计算机可读存储介质上，例如存储器1106或永久性存储设备1108。
程序代码1118以功能形式位于计算机可读介质1120上，该计算机可读介质1120选择性地是可移动的，并且可以被加载到数据处理系统1100上或转移到数据处理系统1100上，由处理器单元1104执行。在这些说明性实例中，程序代码1118和计算机可读介质1120形成计算机程序产品1122。在说明性实例中，计算机可读介质1120是计算机可读存储介质1124。
在这些说明性实例中，计算机可读存储介质1124是用于存储程序代码1118的物理或有形的存储设备，而不是传播或传输程序代码1118的介质。如本文所用，计算机可读存储介质1124不应解释为本身是瞬时信号，例如无线电波或其他自由传播的电磁波，通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，穿过光缆的光脉冲)或通过电线传输的电信号，如本文所用，计算机可读存储介质1124不应解释为本身是瞬时信号，例如无线电波或其他自由传播的电磁波，通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，穿过光缆的光脉冲)或通过电线传输的电信号。
可选地，可以使用计算机可读信号介质将程序代码1118传送到数据处理系统1100。计算机可读信号介质可以是例如含有程序代码1118的传播的数据信号。例如，计算机可读信号介质可以是电磁信号、光信号或任何其他合适类型的信号中的至少一种。这些信号可以通过连接诸如无线连接、光缆、同轴电缆、电线或任何其他合适类型的连接进行传输。
进一步地，如本文所用，“计算机可读介质1120”可以是单数或复数。例如，程序1118可以位于单个存储设备或系统形式的计算机可读介质1120中。在另一个实例中，程序代码1118可以位于分布在多个数据处理系统中的计算机可读介质1120中。换句话说，程序1118中的一些指令可以位于一个数据处理系统中，而程序1118中的其他指令可以位于一个数据处理系统中。例如，程序1118的一部分可以位于服务器计算机中的计算机可读介质1120中，而程序1118的另一部分可以位于处于一组客户端计算机中的计算机可读介质1120中。
针对数据处理系统1100图解的不同部件并不意味着对可以实施不同实例的方式提供架构限制。在一些说明性实例中，一个或多个部件可以并入在另一个部件中或以其他方式形成另一部件的一部分。例如，在一些说明性实例中，可以将存储器1106或其部分并入处理器单元1104中。可以在数据处理系统中实施不同的说明性实例，该数据处理系统包括除了针对数据处理系统1100所图解的部件之外或代替其的部件。图11中所示的其他部件可以与所示的说明性实例不同。可以使用能够运行程序代码1118的任何硬件设备或系统来实施不同的实例。
可以在如图12所示的航空器制造和维修方法1200和如图13所示的航空器1300的上下文中描述本公开内容的说明性实例。首先转向图12，根据说明性实例描绘了航空器制造和维修方法的图示。在预生产期间，航空器制造和维修方法1200可以包括图13中的航空器1300的规格和设计1202和材料采购1204。
在生产期间，进行图13中的航空器1300的部件和子组件制造1206和系统集成1208。此后，图13中的航空器1300可以通过认证和交付1210以便投入使用1212。在由客户使用1212的同时，图13中的航空器1300计划进行例行维修和服务1214，其中可能包括修改、重新配置、翻新和其他维护或服务。
航空器制造和维修方法1200的每个过程可以由系统集成商、第三方、运营商或其一些组合来执行或进行。在这些实例中，运营商可以是客户。为了便于说明，系统集成商可以包括但不限于任何数量的航空器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商；运营商可以是航空公司、租赁公司、军用实体、服务组织等。
现在参照图13，描绘了其中可以实施说明性实例的航空器的图示。在该实例中，航空器1300由图12中的航空器制造和维修方法1200生产，并且可以包括具有多个系统1304的机体1302和内部1306。系统1304的实例包括推进系统1308、电气系统1310、液压系统1312和环境系统1314中的一个或多个。可以包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空实例，但是不同的说明性实例可以应用于其他行业，例如汽车行业。
可以在图12中的航空器制造和维修方法1200的至少一个阶段期间采用本文体现的装置和方法。
在一个说明性实例中，可以以类似于图12中的航空器1300在使用中1212时生产的部件或子组件的方式来制造或加工在图12的部件和子组件制造1206中生产的部件或子组件。作为还另一个实例，可以在生产阶段期间，例如图12中的部件和子组件制造1206和系统集成1208期间，利用一个或多个装置实例、方法实例或其组合。当航空器1300在使用中1212时，在图12中的维修和服务1214期间或在这两者中，可以利用一个或多个装置实例、方法实例或其组合。使用许多不同的说明性实例可以实质上加快航空器1300的组装、降低航空器1300的成本、或者加快航空器1300的组装并降低航空器1300的成本二者。
例如，图2的航空器导航系统204可以在系统集成1208期间实施航空器1300。进一步地，航空器导航系统204可以在使用中1212期间进行操作。作为另一个实例，航空器导航系统204可以在维修和服务1214期间添加到航空器1300中。航空器导航系统204的添加可能仅涉及一些部件，此时其他部件已经存在于航空器1300中。例如，可以添加图2-4的导航器208，此时其他部件(例如传感器系统)已经存在于航空器1300中。这些部件的添加可以作为在维修和服务1214期间执行的操作类型的一部分发生。这些操作包括，例如，航空器1300的修改、重新配置、翻新和其他维修或服务。
因此，说明性实例提供了用于导航航空器的方法、装置、系统和计算机程序产品。计算机系统扫描航空器周围的环境以寻找陆标。由计算机系统确定陆标的方位角和陆标的位置。计算机系统使用陆标的方位角和陆标的位置估计航空器的当前定位。由计算机系统基于航空器当前定位执行被选择以引导航空器的一组动作。
在说明性实例中，可以在其他系统不能以所期望的精确度水平提供航空器的当前定位时启动方法。在说明性实例中，诸如霍夫变换的估计系统方法可以相对于检测到的陆标基于几何形状来估计航空器的定位。陆标的估计的位置可以转换为对于航空器的估计的位置。使用霍夫变换计算的定位可以使用来自航空器中传感器系统的描述航空器状态的其他信息来修改或改善。
因此，当其他系统不能以期望的可靠性水平提供航空器的当前定位时，说明性实例可以提供航空器的当前定位。说明性实例可以通过允许飞行员专注于方位角、通信、规划和执行其他操作来而不是确定航空器的定位，从而减少工作量。进一步地，除了产生工作量之外，还可以提高安全性。
进一步地，本公开内容包括根据以下条款的实例：
条款1.一种航空器导航系统，其包括：
与航空器相关联的传感器系统，其中所述传感器系统被配置为生成关于所述航空器周围的环境的图像；
陆标检测器，其被配置为接收所述图像，使用所述图像识别所述航空器周围的环境中的陆标，并确定所述陆标的方位角和所述陆标的位置；
定位计算器，其被配置为使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置来确定所述航空器的计算的定位；
定位估计器，其被配置为使用由所述定位计算器确定的所述计算的定位和航空器状态信息来估计所述航空器的当前定位；和
引导系统，其被配置为使用所述航空器的所述当前定位提供至目标位置的引导。
条款2.根据权利要求1所述的航空器导航系统，其中当使用所述航空器中的全球定位系统接收器不能以限定的精确度水平确定所述航空器的所述当前定位时，所述定位计算器使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置来确定所述航空器的所述计算的定位；所述定位估计器使用由所述定位计算器确定的所述计算的定位和从所述传感器系统接收的所述航空器状态信息来估计所述航空器的所述当前定位；和所述引导系统使用所述航空器的所述当前定位提供至所述目标位置的引导。
条款3.根据条款1或2中任一项所述的航空器导航系统，其中所述陆标检测器包括机器学习模型，所述机器学习模型经训练以使用所述图像来检测所述陆标、确定所述陆标的所述方位角和所述位置。
条款4.根据条款1-3中任一项所述的航空器导航系统，其中所述航空器状态信息从所述传感器系统中接收。
条款5.根据条款1-4中任一项所述的航空器导航系统，其中所述传感器系统包括选自以下至少一种的传感器：照相机、可见光照相机、高光谱传感器、光检测和测距(LiDAR)系统、合成孔径雷达(SAR)系统、激光扫描仪系统、惯性测量单元、磁力计、气压高度传感器或VHS全向范围接收器。
条款6.根据条款1-5中任一项所述的航空器导航系统，其中所述陆标选自以下至少一种：自然特征、人工特征、山脉、高原、树木、湖泊、池塘、河流、海洋、田野、建筑物、天线、飞机场、跑道、道路、采石场、桥梁、制造设施、水坝、无线电塔或纪念碑。
条款7.根据条款1-6中任一项所述的航空器导航系统，其中所述航空器选自飞机、旋翼飞机、无人机、无人机系统、载人飞行器、商用航空器和军用航空器。
条款8.一种装置，其包括：
计算机系统；和
所述计算机系统中的导航器，其中所述导航器被配置为：
促进航空器周围的环境的扫描以寻找陆标；
确定所述陆标的方位角和所述陆标的位置；
使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置估计所述航空器的当前定位；和
基于所述航空器的所述当前定位，启动被选择以引导航空器的一组动作的执行。
条款9.根据条款8所述的装置，其中所述导航器被配置为：
当使用所述航空器内的全球定位系统接收器不能以限定的精确度水平确定所述航空器的所述当前定位时，启动扫描所述航空器周围的环境以寻找所述陆标；确定所述陆标的方位角和所述陆标的位置；使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置估计所述航空器的所述当前定位；和基于所述航空器的所述当前定位，启动被选择以引导航空器的所述一组动作的执行。
条款10.根据条款8-9中任一项所述的装置，其中所述导航器被配置为：
使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置确定所述航空器的计算的定位；和
使用所述计算的定位和来自传感器系统的航空器状态信息，估计所述航空器的所述当前定位。
条款11.根据条款8-10中任一项所述的装置，其中在使用所述方位角估计所述航空器的所述当前定位时，所述导航器被配置为：
使用所述陆标的方位角、所述陆标的位置以及以下的至少一种来估计所述航空器的所述当前定位：霍夫变换、极大似然估计、概率卷积、贝叶斯估计或机器学习模型。
条款12.根据条款8-11中任一项所述的装置，其中在使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置估计所述航空器的所述当前定位时，所述导航器被配置为：
使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置估计所述航空器的所述当前定位和所述航空器的偏航。
条款13.根据条款12所述的装置，其中在使用所述方位角估计所述航空器的所述当前定位和所述航空器的所述偏航时，所述导航器被配置为：
使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置以及霍夫变换来估计所述航空器的所述当前定位和所述航空器的所述偏航。
条款14.根据条款8-13中任一项所述的装置，其中，在促进所述航空器周围的环境的扫描以寻找所述陆标时，所述导航器被配置为：
从所述航空器的照相机系统接收图像；和
使用所述计算机系统中的机器学习模型识别所述图像中的所述陆标。
条款15.根据条款8-14中任一项所述的装置，其中，在促进所述航空器周围的环境的扫描以寻找所述陆标时，所述导航器被配置为：
从传感器系统接收关于所述航空器周围的环境的传感器信息；和
使用所述传感器信息识别所述陆标。
条款16.根据条款15所述的装置，其中所述传感器系统包括一组传感器，其选自以下至少一种：照相机、可见光照相机、高光谱传感器、光检测和测距(LiDAR)系统、合成孔径雷达(SAR)系统、激光扫描仪系统、惯性测量单元、磁力计、气压高度传感器或VHS全向范围接收器。
条款17.根据条款15所述的装置，其中在使用所述传感器信息识别所述陆标时，所述导航器被配置为：
使用所述传感器信息和存储在陆标数据存储设备中的陆标信息来识别所述陆标。
条款18.根据条款8-17中任一项所述的装置，其中所述一组动作选自以下至少一种：为所述航空器选择目标位置、生成改变所述航空器的航向以到达所述目标位置的航路点命令、生成改变所述航空器海拔的海拔命令、生成到达所述目标位置的飞行计划或在显示系统中的图形用户界面上显示用于所述航空器的航向。
条款19.根据条款8-17中任一项所述的装置，其中所述陆标选自以下至少一种：自然特征、人造特征、山脉、高原、树木、湖泊、池塘、河流、海洋、田野、建筑物、天线、飞机场、跑道、道路、采石场、桥梁、制造设施、水坝、无线电塔或纪念碑。
条款20.根据条款8-19中任一项所述的装置，其中所述航空器选自飞机、旋翼飞机、无人机、无人机系统、载人飞行器、商用航空器和军用航空器的一种。
条款21.一种用于导航航空器的方法，所述方法包括：
由计算机系统接收指示扫描所述航空器周围的环境以寻找陆标的结果的信息；
由所述计算机系统确定所述陆标的方位角和所述陆标的位置；
由所述计算机系统使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置估计所述航空器的当前定位；和
由所述计算机系统基于所述航空器的所述当前定位确定待被执行以引导所述航空器的一组动作。
条款22.根据条款21所述的方法，进一步包括：
当使用所述航空器内的全球定位系统接收器不能以限定的精确度水平确定所述航空器的所述当前定位时，由所述计算机系统启动接收指示扫描所述航空器周围的环境以寻找所述陆标的结果的信息；由所述计算机系统确定所述陆标的方位角和所述陆标的位置；由所述计算机系统使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置估计所述航空器的所述当前定位；和由所述计算机系统基于所述航空器的所述当前定位确定待被执行的所述一组动作，所述一组动作被选择以引导航空器。
条款23.根据条款21-22中任一项所述的方法，其中由所述计算机系统使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置来估计所述航空器的所述当前定位包括：
由所述计算机系统使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置确定所述航空器的计算的定位；和
由所述计算机系统使用由所述定位计算器确定的所述计算的定位和从传感器系统接收的航空器状态信息估计所述航空器的所述当前定位。
条款24.根据条款21-23中任一项所述的方法，其中由所述计算机系统使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置估计所述航空器的所述当前定位包括：
由所述计算机系统使用所述陆标的方位角、所述陆标的位置以及以下的至少一种来估计所述航空器的所述当前定位：霍夫变换、极大似然估计、概率卷积、贝叶斯估计或机器学习模型。
条款25.根据条款21-24中任一项所述的方法，其中由所述计算机系统使用所述方位角估计所述航空器的所述当前定位包括：
由所述计算机系统使用所述方位角估计所述航空器的所述当前定位和所述航空器的偏航。
条款26.根据条款25所述的方法，其中由所述计算机系统使用所述方位角估计所述航空器的所述当前定位和所述航空器的所述偏航包括：
由所述计算机系统使用所述方位角和霍夫变换来估计所述航空器的所述当前定位和所述航空器的所述偏航。
条款27.根据条款21-26中任一项所述的方法，其中由所述计算机系统接收指示扫描所述航空器周围的环境的以寻找所述陆标的结果的信息包括：
由所述计算机系统从所述航空器的照相机系统接收图像；和
通过所述计算机系统中的机器学习模型识别所述图像中的所述陆标。
条款28.根据条款21-27中任一项所述的方法，其中由所述计算机系统接收指示扫描所述航空器周围的环境以寻找陆标的结果的信息包括：
由所述计算机系统从传感器系统接收关于所述航空器周围的环境的传感器信息；和
由所述计算机系统使用所述传感器信息识别所述陆标以形成所述结果。
条款29.根据条款28所述的方法，其中所述传感器系统包括选自以下至少一种的传感器：照相机、可见光照相机、高光谱传感器、光检测和测距(LiDAR)系统、合成孔径雷达(SAR)系统、激光扫描仪系统、惯性测量单元、磁力计、气压高度传感器或VHS全向范围接收器。
条款30.根据条款28所述的方法，其中使用所述传感器信息识别所述陆标包括：
由所述计算机系统使用所述传感器信息和存储在陆标数据存储设备中的陆标信息来识别所述陆标。
条款31.根据条款21-30中任一项所述的方法，其中所述一组动作选自以下至少一种：为所述航空器选择目标位置、生成改变所述航空器的航向以到达所述目标位置的航路点命令、生成改变所述航空器海拔的海拔命令、生成到达所述目标位置的飞行计划和在显示系统中的图形用户界面上显示用于所述航空器的航向。
条款32.根据条款21-31中任一项所述的方法，其中所述陆标选自以下至少一种：自然特征、人工特征、山脉、高原、树木、湖泊、池塘、河流、海洋、田野、建筑物、天线、飞机场、跑道、道路、采石场、桥梁、制造设施、水坝、无线电塔或纪念碑。
条款33.根据条款21-31中任一项所述的方法，其中所述航空器选自飞机、旋翼飞机、无人机、无人机系统、载人飞行器、商用航空器和军用航空器中的一种。
条款34.一种用于导航航空器的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
计算机可读存储介质；
第一程序代码，其存储在所述计算机可读存储介质上，所述第一程序可由计算机系统执行，以使所述计算机系统接收指示扫描所述航空器周围的环境以寻找陆标的结果的信息；
第二程序代码，其存储在所述计算机可读存储介质上，所述第二程序代码可由所述计算机系统执行以使所述计算机系统确定所述陆标的方位角和所述陆标的位置；
第三程序代码，其存储在所述计算机可读存储介质上，所述第三程序代码可由所述计算机系统执行以使所述计算机系统使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置来估计所述航空器的当前定位；和
第四程序代码，其存储在所述计算机可读存储介质上，所述第四程序代码可由所述计算机系统执行以使所述计算机系统基于所述航空器的所述当前定位确定待被执行以引导所述航空器的一组动作。
条款35.根据条款34所述的计算机程序产品，进一步包括：
第五程序，其存储在所述计算机可读存储介质上，所述第五程序可由所述计算机系统执行，以使当使用所述航空器中的全球定位系统接收器不能以限定的精确度水平确定所述航空器的所述当前定位时，所述计算机系统启动所述第一程序代码、所述第二程序代码、所述第三程序代码和所述第四程序代码的执行。
条款36.根据条款34-35中任一项所述的计算机程序产品，其中所述第三程序代码包括：
程序代码，其存储在所述计算机可读存储介质上，所述程序代码可由所述计算机系统执行以使所述计算机系统使用所述陆标的方位角和所述陆标的位置来确定所述航空器的计算的定位；和
程序代码，其存储在所述计算机可读存储介质上，所述程序代码可由所述计算机系统执行以使所述计算机系统使用由所述定位计算器确定的所述计算的定位和从传感器系统接收的航空器状态信息来估计所述航空器的所述当前定位。
条款37.根据条款36所述的计算机程序产品，其中所述传感器系统包括选自以下至少一种的传感器：照相机、可见光照相机、高光谱传感器、光检测和测距(LiDAR)系统、合成孔径雷达(SAR)系统或激光扫描仪系统、惯性测量单元、磁力计、气压高度传感器或VHS全向范围接收器。
条款38.根据条款34-37中任一项所述的计算机程序产品，其中所述陆标选自以下至少一种：自然特征、人工特征、山脉、高原、树木、湖泊、池塘、河流、海洋、田野、建筑物、天线、飞机场、跑道、道路、采石场、桥梁、制造设施、水坝、无线电塔或纪念碑。
条款39.根据条款34-38中任一项所述的计算机程序产品，其中所述航空器选自飞机、旋翼飞机、无人机、无人机系统、载人飞行器、商用航空器和军用航空器中的一种。
已经出于说明和描述的目的给出了不同的说明性实例的描述，并且不旨在是穷举的或限于所公开形式的实例。不同的说明性实例描述了执行动作或操作的部件。在说明性实例中，部件可以被配置为执行所描述的动作或操作。例如，部件可以具有用于结构的配置或设计，其为部件提供执行说明性实例中描述为由部件执行的动作或操作的能力。进一步地，在本文使用术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”及其变体的范围内，这些术语旨在以类似于术语“包括”作为开放的过渡词，但不排除任何另外的或其他元件的方式包括在内。
对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变型将是显而易见的。进一步地，与其他期望的实例相比，不同的说明性实例可以提供不同的特征。选择和描述所选的一个或多个实例是为了最好地解释实例的原理、实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解具有多种修改以适合考虑的具体用途的多种实例的公开内容。

Claims (10)

1.一种航空器导航系统(204)，其包括：
与航空器(202)相关联的传感器系统(210)，其中所述传感器系统(210)被配置为生成关于所述航空器(202)周围的环境(220)的图像(308)；
陆标检测器(300)，其被配置为接收所述图像(308)，使用所述图像(308)识别所述航空器(202)周围的所述环境(220)中的陆标(222)，并确定所述陆标(222)的方位角(230)和所述陆标(222)的位置(234)；
定位计算器(302)，其被配置为使用所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述陆标(222)的所述位置(234)来确定所述航空器(202)的计算的定位(238)；
定位估计器(304)，其被配置为使用由所述定位计算器(302)确定的所述计算的定位(238)和航空器状态信息(240)来估计所述航空器(202)的当前定位(214)；和
引导系统(306)，其被配置为使用所述航空器(202)的所述当前定位(214)提供至目标位置的引导。
2.根据权利要求1所述的航空器导航系统(204)，其中当使用所述航空器(202)中的全球定位系统接收器(414)不能以限定的精确度水平确定所述航空器(202)的所述当前定位(214)时，所述定位计算器(302)使用所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述陆标(222)的所述位置(234)来确定所述航空器(202)的所述计算的定位(238)；所述定位估计器(304)使用由所述定位计算器(302)确定的所述计算的定位(238)和从所述传感器系统(210)接收的所述航空器状态信息(240)来估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)；和所述引导系统(306)使用所述航空器(202)的所述当前定位(214)提供至所述目标位置的引导。
3.根据权利要求1或2中所述的航空器导航系统(204)，其中所述陆标检测器(300)包括机器学习模型(228)，所述机器学习模型(228)经训练以使用所述图像(308)来检测所述陆标(222)、确定所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述位置(234)。
4.根据权利要求1或2中所述的航空器导航系统(204)，其中所述航空器状态信息(240)从所述传感器系统(210)中接收。
5.一种用于导航航空器(202)的方法，所述方法包括：
由计算机系统(206)接收指示扫描所述航空器(202)周围的环境(220)以寻找陆标(222)的结果的信息；
由所述计算机系统(206)确定所述陆标(222)的方位角(230)和所述陆标(222)的位置(234)；
由所述计算机系统(206)使用所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述陆标(222)的所述位置(234)估计所述航空器(202)的当前定位(214)；和
由所述计算机系统(206)基于所述航空器(202)的所述当前定位(214)确定待被执行以引导所述航空器(202)的一组动作(216)。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
当使用所述航空器(202)内的全球定位系统接收器(414)不能以限定的精确度水平确定所述航空器(202)的所述当前定位(214)时，由所述计算机系统(206)启动接收指示扫描所述航空器(202)周围的所述环境(220)以寻找所述陆标(222)的结果的信息；由所述计算机系统(206)确定所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述陆标(222)的所述位置(234)；由所述计算机系统(206)使用所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述陆标(222)的所述位置(234)估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)；和由所述计算机系统(206)基于所述航空器(202)的所述当前定位(214)确定待被执行以引导所述航空器(202)的所述一组动作(216)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中由所述计算机系统(206)使用所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述陆标(222)的所述位置(234)来估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)包括：
由所述计算机系统(206)使用所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述陆标(222)的所述位置(234)确定所述航空器(202)的计算的定位(238)；和
由所述计算机系统(206)使用由所述定位计算器(302)确定的所述计算的定位(238)和从传感器系统(210)接收的航空器状态信息(240)估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其中由所述计算机系统(206)使用所述陆标(222)的所述方位角(230)和所述陆标(222)的所述位置(234)来估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)包括：
由所述计算机系统(206)使用所述陆标(222)的所述方位角(230)、所述陆标(222)的所述位置(234)以及以下的至少一种来估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)：霍夫变换、极大似然估计、概率卷积、贝叶斯估计或机器学习模型(228)。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其中由所述计算机系统(206)使用所述方位角(230)估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)包括：
由所述计算机系统(206)使用所述方位角(230)估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)和所述航空器(202)的偏航(236)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中由所述计算机系统(206)使用所述方位角(230)估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)和所述航空器(202)的所述偏航(236)包括：
由所述计算机系统(206)使用所述方位角(230)和霍夫变换来估计所述航空器(202)的所述当前定位(214)和所述航空器(202)的所述偏航(236)。
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