CN114141059A - 信号选择方法和信号选择装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于对飞行系统进行信号选择的方法，所述飞行系统具有飞行器和信号选择装置，信号选择装置接收第一控制信号和第二控制信号，至少第一和/或第二控制信号是与飞行员和/或自动驾驶仪的远程控制输入相关的，并且通过分析逻辑针对第一控制信号确定第一可靠性信息并且针对第二控制信号确定第二可靠性信息，其中，在方法步骤A中，根据飞行器的至少一个状态信息和/或任务信息来确定飞行器的系统状态；在方法步骤B中，通过自动化的、形式化的决策逻辑根据第一和第二可靠性信息和系统状态以及控制等级来赋予第一或第二控制信号优先权；以及在方法步骤C中，以有优先权的控制信号的形式输出第一或第二控制信号。

Description

信号选择方法和信号选择装置

技术领域

本公开涉及一种根据方案1的前序部分所述的用于飞行系统的信号选择方法。本公开还涉及一种根据方案9的前序部分所述的信号选择装置、一种根据方案14的前序部分所述的飞行器、一种根据方案17的前序部分所述的地面站以及一种根据方案18的前序部分所述的飞行系统。

背景技术

为了控制飞行器，在常规飞行运行中，通常提供多个控制信号。特别是在分布式系统中，必须确定责任飞行员(Pilot in Command，PiC)。

这里，责任飞行员既可以以硬件和软件实施的形式也可以以人类飞行员的形式出现在飞行器上或飞行器之外，例如以飞行员和自动驾驶仪的形式。因此，在存在多个来自不同来源的特别是相互矛盾的控制信号时，要对这些控制信号进行选择。

航空管理机关EASA(欧洲航空安全局)在《EASA认证无人航空器分类》中定义了无人驾驶飞行运行(类型2)和有人驾驶飞行运行(类型3)，这些飞行运行使得可以完成行经大城市的用于运输人员和货物的安全关键任务。特别是对于这类任务，必要的是，安全、正确和及时地在责任飞行员之间实施移交流程(Handover)。除了纯无人驾驶运行(类型2)，也希望进行机上有人类飞行员的混合运行(渗透式(Permeability)类型2和类型3运行)，这种混合运行利用单独的自动化功能作为辅助系统，或在自动化飞行运行的早期阶段被提供为安全监视驾驶员。

为了安全、正确和及时地实施移交流程，需要信号选择方法和信号选择装置，该信号选择方法和信号选择装置在存在多个控制信号时使得可以选择出在安全技术方面正确的控制信号。

由现有技术已知信号选择方法以及信号选择装置，利用所述信号选择方法和信号选择装置可以从至少第一和第二控制信号中选出这种有优先权的控制信号。

这里，电子选择电路(也称为：多路复用器(Multiplexer))形式的控制信号选择装置是已知的。这种选择电路具有多个输入端，可以将相应数量的控制信号输入所述输入端。通过外部的选择信号可以将至少一个输入的控制信号接通到选择电路的输出端上并由此将其输出。

关于将哪个控制信号接通到多路复用器的输出端上的决定可以根据控制信号的信号特性来做出。在这种情况下，US 2019\031330A1教导了，从控制信号的可靠性角度对控制信号进行分析。这里，例如确定控制信号是否以可信的传感器信息为基础，或者它是否带来安全的飞行操控，在这种安全的飞行操控中，要控制的飞行器在规定的空中安全走廊(Sicherheitskorridor)中移动。

可以采用统计学方法以及机器学习方法来确定控制信号的可靠性信息。如果根据所确定的参数向一个控制信号赋予了低可靠性，则选择另一个控制信号作为覆盖信号以用于控制飞行器。

已知方法和装置的缺点在于，这种信号选择只能根据可靠性信息做出。由此，可靠性信息构成唯一的判据，根据这个判据来进行信号选择。这是特别不利的，因为控制信号的负特性(例如高离散度)能够通过该控制信号的正特性(例如高数据密度)得到补偿。由此，在一些情况下，可能会选出不适当的控制信号，由此会降低飞行运行中的安全性。

在先已知的解决方案的另一个缺点是，只处理内部的控制信号。外部的控制信号、例如来自塔台或地面站的信号，没有被考虑。

发明内容

本公开的目的因此在于，消除所述缺点并且确保飞行系统中的飞行器运行有更高的安全性。

所述目的通过根据方案1所述的信号选择方法来实现。所述方法的有利设计方案在方案2至8中给出。此外，所述目的通过根据方案9所述的信号选择装置来实现。所述装置的有利设计方案在方案10至13中给出。所述目的还通过根据方案14所述的飞行器来实现。所述飞行器的有利设计方案在方案15和16中给出。所述目的还通过根据方案17所述的地面站和根据方案18所述的飞行系统来实现。

在根据本公开的信号选择方法中，信号选择装置至少接收第一控制信号和第二控制信号。如本身已知的那样，通过分析逻辑，针对第一控制信号确定第一可靠性信息并且针对第二控制信号确定第二可靠性信息。

对于根据本公开的方法重要的是，至少所述第一控制信号和/或第二控制信号是与来自飞行员和/或自动驾驶仪的远程控制输入相关的，并且在方法步骤A中，根据飞行器的至少一个状态信息和/或任务信息来确定飞行器的系统状态。在方法步骤B中，通过自动化的、形式化的决策逻辑，根据第一和第二可靠性信息和系统状态以及控制等级来赋予第一或第二控制信号优先权，以及在方法步骤C中，输出有优先权的控制信号。

术语“第一控制信号”和“第二控制信号”或“第一可靠性信息”和“第二可靠性信息”对于信号和/或可靠性信息的数量或顺序没有限制。相反，基本上同时出现的信号的数量和顺序是任意的。重要的只是，给每个信号分配一个可靠性信息。

可靠性信息优选包含关于相应所分析的控制信号的统计学特性和/或信号理论特性。例如，可靠性信息包含描述控制信号内的信号质量、数据损坏、频率和/或丢包的数据或数据集。如果控制信号通过基于协议的数据链路被传输到信号选择装置，则所使用的协议可以用于例如检查控制信号的完整性或者确定控制信号的来源。由此，特别是可以将控制信号认定为远程控制信号。

本公开是基于申请人的如下认知，即，在飞行系统中，除了控制信号的可靠性信息之外，考虑其他用于信号选择的信息提高了安全性。根据本公开的用于决策逻辑的输入量是输入的控制信号的可靠性信息、飞行器的系统状态和控制等级。

在本公开的意义上，飞行器的系统状态作为“系统”可以仅限于飞行器及其部件；但所述系统状态优选包含所有参与飞行器运行的空中及地面部件。

飞行器的系统状态是与控制信号无关的，并且由此是与可靠性信息无关的。由此，实现了这样的优点，即，相对于现有技术提高了安全性，特别是提高了在责任飞行员之间进行移交时的安全性。

根据本公开，所述目的还通过具有方案9的特征的信号选择装置来实现。

根据本公开的用于具有飞行器的飞行系统的信号选择装置被设计成接收第一控制信号和第二控制信号。信号选择装置具有实施(implementiert)的分析逻辑，所述分析逻辑设计成，针对第一控制信号确定第一可靠性信息并且针对第二控制信号确定第二可靠性信息。

对于根据本公开的信号选择装置来说，重要的是，信号选择装置设计成，由飞行员和/或自动驾驶仪的远程控制输入端接收至少所述第一和/或第二控制信号，以及根据飞行器的至少一个状态信息和/或任务信息来确定飞行器的系统状态。此外，所述信号选择装置具有实施的、能自动化执行的决策逻辑，所述决策逻辑设计成，根据第一和第二可靠性信息和系统状态以及控制等级赋予第一或第二控制信号优先权，所述信号选择装置设计成，通过基于协议的数据链输出有优先权的控制信号。

根据本公开的信号选择装置可以设计成飞行器的机载计算机或机载控制器的组成部分。所述信号选择装置同样可以设计成地面站的一部分，特别是用于垂直起降飞行器的机场(垂直起降机场)或导航设备的一部分。与实施形式无关，根据本公开的信号选择装置优选设计成执行根据本公开的信号选择方法。由此，通过根据本公开的信号选择装置和根据本公开的信号选择方法原则上实现了相同的优点。

根据飞行器的状态信息和/或任务信息来确定飞行器的系统状态。

所述状态信息优选根据飞行器的数据(如垂直加速度、飞行速度和转弯速率)来获得，这些数据可以根据飞行器的可单独确定的位置和/或传感器信息来确定。所述状态信息可以包含关于空域或例如潜在的碰撞航向的信息。

当飞行器处于地面时(“地面”)或处于具有各种飞行阶段(如起飞、巡航飞行和降落)的飞行中(“任务”)时，任务信息优选给出关于运行状态的情报。

可以根据状态信息确定任务信息，其方式例如是，可以以足够的正确概率将起飞过程的特征性动态状态分配给飞行起始阶段。由此，状态信息和任务信息分别包含一个或多个参数，利用这些参数可以在飞行器的运行中监控飞行器。

可以将单个或多个状态信息和/或任务信息汇总并得出飞行器的系统状态。根据系统状态，能够描述飞行运行。这其中包括例如关于以下情况的信息：飞行运行是否按计划进行以及飞行器当前处于飞行的哪个阶段。

优选给每个系统状态指派唯一的、与飞行阶段相关的控制等级。优选可以给每个系统状态分配可供飞行控制使用的系统的、唯一的优先级，例如分配重要的飞行员。所述控制等级例如以多维数据库的形式存储。

所述系统状态和可靠性信息构成两个彼此独立的参量，这两个参量被输入形式化的决策逻辑中，以便确定有优先权的控制信号。由此，与现有技术不同，确定有优先权的信号不是仅取决于可靠性信息形式的单一判据。

形式化的决策逻辑优选设计成，对输入的可靠性信息进行分析评估，从而可以将所述可靠性信息引入控制信号的优先次序判定中。这里，可靠性信息的统计学参数或信号理论参数用于预估所涉及系统的可用性以及所传送数据的可靠性。因此，可靠性信息用作决策逻辑的输入量，其用于选择当前时刻最合适的飞行员。在最简单的情况下，这可以表现为大的转换表

如已经说明的那样，优选给每个系统状态指派唯一的、与飞行阶段相关的控制等级。此外，有利的是，所述控制等级考虑到了模型假设、模拟研究、由试验和/或专家知识得出的结果以及法规上的边界条件。

在确定有优先权的控制信号之后，输出该控制信号。当信息选择方法与要控制的飞行器在空间上分离地执行的情况下，优选通过无线数据连接、特别是数据链路来进行所述输出。同样在本公开范围内的是，信号选择方法在飞行器的机上执行，而控制信号的输入通过一个或多个数据链路来进行。

在所述方法的优选设计方案中，分别借助于概率方法或形式(formal)方法、优选借助于贝叶斯滤波器和/或时序逻辑来确定第一和第二可靠性信息。优选地，对输入的控制信号的分析通过形式化的或数据驱动的方法针对多个相关参数(如信号质量、数据损坏、频率、丢包等)来进行。这种分析的优点是，可以对分析结果给出形式上的或概率上的保证，由此可以完全或以足够的概率避免出现错误决策。

在有利的改进方案中，在方法步骤A中，由实时监控系统传送飞行器的状态信息和/或任务信息。

在本公开的优选实施形式中，实时监控系统基于所有现有的关于飞行器和周围环境的信息来确定系统状态。为此，实时监控系统优选借助适当的部件(例如传感器)来检测所需数据和/或获得外部信息。所述传感器为此设计成监控飞行器的飞行运行。优选地，实时监控系统以重复的方式确定状态信息和/或任务信息。特别是可以以简单的方式在多个时刻之间或在飞行器的飞行状态之间对多个所确定的状态信息和/或任务信息相互比较，以便发现系统状态中的异常情况。

有利的是，实时监控系统被设计成独立于控制信号的生成，从而避免了控制信号与状态信息和/或任务信息之间发生负面的相互作用。由此，进一步提高了可确定的系统信息与可能的差错之间的独立性并且改善了信号选择的可靠性。

在本公开范围内的是，控制信号和状态信息通过相同的通信途径发送给信号选择装置。通信途径特别可以是基于协议的数据链路，其中，控制信号和状态信息和/或任务信息根据各自的传输协议能明确地相互分离。

在另一个有利的改进方案中，优选地，在考虑法规上的边界条件的情况下，根据所述系统状态和/或第一和第二可靠性信息、从数据库中的多个控制等级中选择出所述控制等级。在控制等级中列举的控制功能(函数)的可用性或可靠性此时可以用于确定将哪个控制部件最终选择成责任飞行员。

所述控制等级有利地存储在数据库中。

所述数据库例如以多维矩阵的形式存在，所述矩阵可以持续不断地适应性调整或扩展。特别地，可以分散地访问数据库，以便对数据库进行适应性调整或扩展。由此，在飞行操控期间或结束之后，可以通过飞行员改变、验证或拒绝存储在数据库中的控制等级。由此，特别是可以在形式化的决策逻辑方面持续优化信号选择方法。

在另一个有利的设计方案中，信号选择方法是作为空间分布的选择方法来进行的，特别是以基于空间分布的子系统的分散控制预选择和/或分散信号处理来进行的。

对于生成控制信号、确定其对应的可靠性信息以及实施方法步骤A至C而言，空间分布的选择方法设定了空间上的分离。

控制信号生成中的空间分离可以设计成空间上分开的飞行引导功能的形式，其中，在飞行器内部或外部的分开的硬件模块上提供这些飞行引导功能。这种硬件模块包括用于确定飞行阶段(如起飞、避让或降落)的飞行引导模块。

备选地，可以至少部分地在公共硬件模块上提供这些飞行引导功能，但所述硬件模块完全设计成地面站的一部分。这里，信号选择装置同样完全位于地面上，从而只需要向飞行器发送有优先权的控制信号。这减小了远程控制飞行器所需的数据带宽。

备选地，所述飞行引导模块可以设计成一个或多个地面站的一部分，而信号选择装置设置在飞行器的机上。由此，也可以可靠地运行仅能远程控制的飞行器。

在本公开的另一个设计方案中，所述方法作为级联式的方法实现，其中，所述信号选择装置从下级信号选择装置接收第一或第二控制信号。附加地或备选地，所述信号选择装置向上级信号选择装置输出有优先权的控制信号。

级联式的方法可以构成空间分布式的信号选择方法的一种特殊形式。除了空间分布式方法的特征之外，级联式的方法借助于至少两个串联的信号选择装置来执行。

在这种级联式的布置系统中，第一控制装置接收第一和第二控制信号，而第二控制装置接收第三和第四控制信号。因此，总共有四个控制信号可供控制飞行器使用。通过在第一和第二信号选择装置中执行根据本公开的方法步骤，可以首先确定两个有优先权的控制信号，这些有优先权的控制信号又分别作为第一或第二控制信号被输入到上级的第三信号选择装置中。第三信号选择装置由此得出最终的有优先权的控制信号。这些信号选择装置有利地设计成具有相同的结构，从而在必要的情况下可以简单地更换所述信号选择装置。

在本公开的另一个有利的设计方案中，所述方法包括方法步骤D，在这个方法步骤中，飞行器接收有优先权的控制信号并根据所述有优先权的控制信号自主地在至少第一和第二运行状态之间切换。

由此，得到这样的优点，即不必为了能够介入飞行器的飞行运行而通过另外的安全性查询来检查有优先权的控制信号。在形式化的决策逻辑中，所有与安全性相关的准则都根据可靠性信号以及系统状态和控制等级来加以考虑。由此，可以实现无人驾驶飞行运行与有人驾驶飞行运行之间的混合运行，其中，无人驾驶飞行运行特别是对应于航空管理机构EASA的认证无人航空器分类(Certified Unmanned Aircraft Category)中的类型2的无人驾驶飞行运行，而有人驾驶飞行运行特别是对应于航空管理机构EASA的认证无人航空器分类中的类型3的有人驾驶飞行运行。这种混合使得可以完成经过大城市的用于运输人员和货物的安全关键任务。

在另一个有利的设计方案中，在方法步骤C中，信号选择装置至少将所接收的第一控制信号和所接收的第二控制信号、所确定的可靠性信息、系统状态以及带有至少一个各自相关联的时间戳和/或事件信息的覆盖信号存储在飞行数据记录仪中。

与已知的飞行数据记录仪不同，这里，不仅记录飞行期间的相关飞行参数，而且还记录用于执行根据本公开的信号选择方法或其有利改进方案所需的所有输入参数。由此，可以在飞行器安全降落之后重建信号选择方面的紧急状态并由此证实和/或优化信号选择装置功能上的可靠性。

在本公开的一个优选实施形式中，所述信号选择装置设计成接收第一控制信号和第二控制信号，其中，至少所述第一或第二控制信号是与飞行员和/或自动驾驶仪的远程控制输入相关的。

集成在信号选择装置中的计算单元优选通过实施的分析逻辑来设计用于确定第一控制信号的第一可靠性信息和用于确定第二控制信号的第二可靠性信息。这里，所述计算单元设计成，根据飞行器的至少一个状态信息和/或任务信息确定飞行器的系统状态，并且通过实施的、能自动执行的决策逻辑根据第一和第二可靠性信息和系统状态以及控制等级给第一或第二控制信号赋予优先权。所述信号选择装置此外还设计成，通过基于协议的数据链路输出所述有优先权的控制信号。

根据本公开的信号选择装置可以设计成飞行器的机载计算机或飞行器的机载控制器的组成部分。所述信号选择装置同样可以设计成地面站、特别是垂直起降机场或导航装置的组成部分。不管其实施形式如何，根据本公开的信号选择装置优选设计成用于执行根据本公开的信号选择方法。由此，通过根据本公开的信号选择装置和根据本公开的信号选择方法实现了相同的优点。

所述信号选择装置优选包括用于数据传输的模拟和/或数字模块，利用所述模块可以接收控制信号或输出有优先权的控制信号。

这可以通过数据链路来实现，利用所述数据链路在使用传输协议的情况下实现数据传输。通过使用传输协议，可以给多个控制信号的发送器配设一个或多个适当的接收器。此外，除了所传递的控制信号以外，还可以通过传输协议传递关于必要的信号结构的、元信息形式的信息。所述元信息可以例如涉及信号的接收器必然预期的包大小。在多部分式数据传输的情况下，通过传输协议还可以告知包数量以及包序号。就此而言，在根据本公开的方法方面采用传输协议是有利的，因为可以借助于协议结构向分析逻辑告知可以直接确定哪些关于控制信号的可靠性信息。

此外，所述信号选择装置设计成接收状态信息和/或任务信息。这可以有利地通过与控制信号的传输无关的数据连接来进行，以便避免在控制信号与状态信息和/或任务信息之间出现负面的相互作用。但备选地，也可以在使用第二传输协议的情况下利用相同的数据连接，以便通过也用于传送控制信号的相同数据连接来传输状态和任务信息。

在本公开的优选实施形式中，信号选择装置的计算单元被构造成电子电路的处理器、或例如构造成带有处理器的微控制器的形式以及其他用于基于协议的通信的周边模块。所述计算单元在信号技术上设计成用于接收控制信号和状态信息以及任务信息。所述计算单元同样可以设计成基于服务器的。

在计算单元上实施至少一个分析逻辑和形式化的决策逻辑。所述分析逻辑优选以具有一个或多个功能的程序代码的形式实施，每个功能分别设计成分析评估第一和第二控制信号，以便确定第一和第二可靠性信息。所述形式化的决策逻辑同样作为程序代码实施并且允许赋予一个控制信号优先权，以便确定覆盖信号。这根据所确定的可靠性信息以及系统状态来进行。

为了确定所述系统状态，可以使用飞行系统中的适于进行系统监控的任意的传感器或传感器系统。

在有利的设计方案中，所述信号选择装置和/或信号选择装置的计算单元通过实施的概率逻辑，特别是贝叶斯滤波器和/或时序逻辑构造成用于至少确定所述第一或第二可靠性信息。

在另一个有利的设计方案中，所述信号选择装置具有实时监控系统，或者以信号技术的方式与实时监控系统连接，以便检测飞行器的状态信息和/或任务信息。

所述实时监控系统优选设计成执行对飞行器状态的在线监控。为此，所述实时监控系统可以具有至少一个传感器和计算模块，所述传感器和计算模块设计成用于传感器式地监控飞行器和周围空域。这里，所述传感器例如检测飞行参数，例如飞行速度，并且将所述飞行参数发送给所述计算模块。所述计算模块分析评估传感器数据并以状态信息的形式将所述传感器数据输出给信号选择装置。

在本公开范围内的是，所述实时监控系统的传感器分布在不同的来源上。例如，可以利用来自飞行器的传感器或各种地面站的传感器的信息。此外，在本公开范围内的是，人类操作员例如在发出任务许可之后向所述实时监控系统传送任务信息，从而可以将所述任务信息发送给信号选择装置，以便确定适当的控制等级。

在另一个有利的设计方案中，所述信号选择装置和/或信号选择装置的计算单元以信号技术的方式与数据库连接，以便根据系统状态和/或第一和第二可靠性信息从多个控制等级中选出所述控制等级。

所述数据库可以与公共电路中的计算单元物理地连接。备选地，所述计算单元也可以以信号技术的方式与分散运行的数据库连接。这种分散运行的数据库允许持续不断地对控制等级进行扩展或调整。

在又一个有利的设计方案中，所述信号选择装置设计成空间分布式的和/或级联式的子系统。附加或备选地，所述信号选择装置以信号技术的方式与下级信号选择装置或上级信号选择装置连接，以便至少接收所述第一或第二控制信号或者以便输出有优先权的控制信号。

在级联式的各信号选择装置之间进行有线信号传输的情况下，可以提高可选择的控制信号的数量，而不必对信号选择装置的硬件组成部分进行适应性调整。特别是各所述信号选择装置可以设计成相同的并且由此能够简单地更换。

根据本公开的目的同样通过具有方案14的特征的飞行器来实现。

根据本公开的飞行器优选设计成电驱动的飞行器并具有控制器、特别是飞行控制计算机。所述控制器设计成，接收至少一个控制信号并且输出输出信号，以用于产生飞行状态和/或飞行运动。

重要的是，所述控制器以信号技术的方式与根据本公开的信号选择装置或所述信号选择装置的有利改进方案连接。

这里，所述飞行器可以设计成具有多个驱动单元的多旋翼直升机。所述控制器用于例如解释通过马达阵列输入的控制信号，并且自身输出用于运行驱动单元的控制信号，以便实现飞行器的所需运动。

在有利的改进方案中，所述飞行器构造成垂直起降飞行器，特别是构造成无人驾驶的垂直起降飞行器。

垂直起飞的飞行器特别适合市内的飞行运行，因为特别是在建筑物密集的大城市中，不必设置占地较大的起飞和降落跑道。

在另一个有利的改进方案中，所述飞行器包括飞行数据记录仪，所述飞行数据记录仪以信号技术的方式与控制器和/或与信号选择装置连接。所述飞行数据记录仪设计成，用于至少存储所述第一和第二控制信号和/或覆盖信号、可靠性信息和带有各自相关联的时间戳和/或事件信息的系统状态。

所述飞行数据记录仪包括至少一个存储单元，所述存储单元设置在壳体中，使得存储单元在出现高加速度、发热等紧急情况下不会发生损坏。

根据本公开的目的同样通过具有方案17的特征的地面站来实现。

根据本公开的地面站具有本身已知的用于远程控制飞行器的控制装置。所述控制装置设计成，以第一或第二控制信号的形式向所述信号选择装置输出人类飞行员和/或自动驾驶仪的抽象和/或特定的远程控制输入。

对于根据本公开的地面站，重要的是，所述信号选择装置是根据本公开的信号选择装置或所述信号选择装置的有利改进方案来设计的。

所述地面站优选设计成垂直起降机场形式的起飞和/或降落站。所述垂直起降机场可以包括指挥中心，在所述指挥中心协调或通过控制装置控制升空和/或降落的飞行器。这里，所述控制装置例如可以设计成虚拟的驾驶舱，在所述驾驶舱中，人类飞行员通过操纵杆或其他适当的输入器件产生特定的用于使飞行器降落的飞行引导信号。

附加或备选地，所述控制装置可以具有机械自动驾驶仪，所述自动驾驶仪自动地执行起飞和/或降落操纵。

将从地面站发出的控制信号输入到信号选择装置中，以便例如可以发放任务许可或者甚至可以接管对飞行器的控制。

本公开的目的还通过具有方案18的特征的飞行系统来实现。

所述飞行系统包括信号选择装置、至少一个地面站和具有控制器的、有人驾驶或无人驾驶的飞行器，所述飞行器的控制器以信号技术的方式与信号选择装置连接并且所述地面站以信号技术的方式至少与信号选择装置连接。

对于根据本公开的飞行系统而言，重要的是，所述信号选择装置是按照根据本公开的信号选择装置或所述信号选择装置的有利改进方案来构成的。

所述飞行器和飞行系统同样具有根据本公开的信号选择方法或根据本公开的信号选择装置和/或所描述的优选实施形式之一的已经说明的特征和优点。

附图说明

下面参考实施例和附图来说明根据本公开的装置和根据本公开的方法的其他优选特征和实施形式。这些实施例仅是本公开的有利设计方案并且因此不应视为限制性的。其中：

图1示出具有信号选择装置的飞行器；

图2示出用于实施信号选择方法的示意图；

图3示出具有飞行器和信号选择装置的飞行系统；

图4示出能够以空间分布方式执行的信号选择方法的示意图；

图5示出能够以级联方式执行的信号选择方法的示意图。

具体实施方式

图1示出具有信号选择装置2的垂直起降飞行器1。

在图2中详细示出信号选择装置2。

所述信号选择装置2从人类飞行员4接收第一控制信号3、从避让系统6接收第二控制信号5、从降落系统8接收第三控制信号7以及从地面站10接收第四控制信号9。来自地面站10的第四控制信号9通过具有传输协议的数据链路传送。此外，所述信号选择装置2从实时监控系统12接收状态信息11，所述实时监控系统12优选安装在飞行器1的机上，但也可以分布在整个飞行系统的各个功能单元上。它也可以以这样的方式分布到功能单元上，也即使得每个功能单元都独立于其他功能单元而监控自身。

通过分析逻辑16(见图2)和决策逻辑21(见图2)，从控制信号3、5、7和9确定有优先权的控制信号13，将有优先权的控制信号发送给飞行器14的控制器，以便产生飞行运动或飞行操纵。

所述飞行器此外还具有飞行数据记录仪15，其中，所述控制信号3、5、7和9、所述状态信息11以及所确定的有优先权的控制信号13被输入到飞行数据记录仪15中。

图2示出信号选择装置2用以确定有优先权的控制信号13的工作原理。清楚起见，飞行数据记录仪15以及通向所述飞行数据记录仪15的信号路径没有示出。此外，仅示出了在信号选择装置2的计算单元上实现的、用以确定有优先权的控制信号13的功能块。

信号选择装置2具有分析逻辑16和决策逻辑21。

对于控制信号3、5、7和9，通过所述分析逻辑16分别确定用于第一控制信号3相应的第一可靠性信息17、用于第二控制信号5的第二可靠性信息18、用于第三控制信号7的第三可靠性信息19和用于第四控制信号19的第四可靠性信息20。

所述可靠性信息各自包含关于各相应控制信号的离散度的参数。这里，所述分析逻辑16设计成贝叶斯滤波器。

所述分析逻辑将所述可靠性信息17、18、19和20输入形式化的决策逻辑21。同样地，通过实时监控系统12将状态信息11输入决策逻辑21中。借助于所述状态信息11确定飞行器的系统状态，所述系统状态使得可以明确地识别运行状态，例如飞行器是处于“地面”上还是“任务”中。

所述形式化的决策逻辑21与数据库22建立信号连接，所述数据库设计成信号选择装置2的一部分。所述数据库22包含控制等级。

给每个系统状态指派唯一的、与飞行阶段相关的控制等级，所述控制等级使得可以给控制信号赋予优先权。

由此，基于所述可靠性信息、系统状态和控制等级唯一地选出适当的控制信号3、5、7或9，并将选出的控制信号作为有优先权的控制信号13输出给控制器14。

参考图3来说明信号选择的例子。图3示出根据图1的具有飞行器1的飞行系统23。

所述飞行系统23具有垂直起飞机场形式的地面站24，在所述垂直起飞机场的指挥中心中生成第四控制信号9并且作为远程控制信号将其输出给飞行器。此外，还有第二飞行器25处于飞行器1的空域中。所述飞行系统23还具有垂直降落机场26形式的第二地面站。所述垂直降落机场26具有人类飞行员27，由所述飞行员产生远程控制输入形式的第五控制信号31。

原则上，飞行器1在所示出的飞行系统23中可以具有操作状态“地面”和“任务”，这些状态由实时监控系统12监控。在状态“地面”下，飞行器1处于垂直起飞机场24的区域内。状态“任务”示例性地分成飞行阶段“起飞”28、“避让”29和“降落”30”。

在所示的飞行系统23中，人类飞行员4在飞行运行开始之前亲自借助于由飞行员生成的第一控制信号实施“起飞”28(见图1和2)。但对于垂直起飞机场24的运行而言，确定的是，在没有垂直起飞机场24的事先任务许可的情况下飞行器起飞不能进行。这个条件在数据库22中针对形式化的决策逻辑21所访问的控制等级而加以考虑。

这里，形式化的决策逻辑21首先根据状态信息11确定飞行器处于何种状态。由于飞行器1在起飞之前处于状态“地面”中，因此，形式化的决策逻辑21会确定数据库22中一组可能的与状态“地面”相对应的控制等级(见图2)。由于第四控制信号9通过传输协议发送给信号选择装置2，所以所述第四控制信号可以被明确地识别为任务发布。由此，进一步限制了一组可能的控制等级，从而将第一控制信号1确定为有优先权的控制信号13并将其输出给飞行器1的控制器14。

在“起飞”28结束之后，飞行器1出乎预期地处于与第二飞行器25的碰撞航线上。人类飞行员4基于这个情况通过控制输入而做出响应。

被设计成专门用于系统监控的速度传感器确定较高的飞行速度并将这个飞行速度传送给实时监控系统12。所述实时监控系统根据所述飞行速度识别到飞行器1处于状态“任务”中。根据实时监控系统的这个状态信息，形式化的决策逻辑又确定配设给状态“任务”的控制等级。

同时，由于存在第二飞行器25，所以激活自动避让系统6。所述控制等级设定，由避让系统6输入给信号选择装置的第二控制信号5相对于其他控制信号具有优先权。这允许对应于操作“避让”29进行自动的避让操纵。

在“避让”29结束之后，飞行器处于降落飞行并由此继续处于状态“任务”中。这里，除了仍存在的与垂直起飞机场24的数据链路，还形成了与垂直降落机场26的第二数据链路，从而将第五控制信号31输入给信号选择装置。借助于分析逻辑识别到，垂直起飞机场24的第四控制信号9与垂直降落机场的第五控制信号31之间存在时间上的重叠。此外，分析逻辑还借助于第二数据链路的传输协议识别到，第五控制信号31是远程控制输入。由此，第一数据链路结束并且通过第二数据链路替代。由此，进行向垂直降落机场26的所谓信号移交。

第五控制信号31是降落许可。为了在正常条件下可以在垂直降落机场26上降落，所述降落许可对于飞行器是必要的。根据状态“任务”，信号选择装置2的形式化决策逻辑从数据库中取得控制等级，所述控制等级在考虑到降落许可的情况下允许给降落系统的第三控制信号7赋予优先权。此后，自动启动降落过程。

图4示出信号选择方法的实施例，所述信号选择方法是由基于空间分布的、级联的子系统完成的。这里，信号选择的一部分在子系统“飞行器”32内执行，而另一部分在子系统“地面站”33内执行。这两个子系统32/33通过数据链路34相互连接。

在子系统“飞行器”32内，由第一人类飞行员36产生第一控制信号35，而第二控制信号37通过第一自动驾驶仪38生成。第二控制信号可以与另一个飞行员或驾驶仪的预处理控制信号(未示出)相关。第一信号选择装置39识别出有优先权的第一控制信号40，这个控制信号已经结合所描述的工作原理进行了说明。

在子系统“地面站”33内，由第二人类飞行员42产生第三控制信号41，而通过第二自动驾驶仪44生成第四控制信号43。第二信号选择装置45同样根据已经结合图2和3说明的工作原理确定有优先权的第二控制信号46。

通过所述数据链路34将有优先权的第二控制信号46输出到子系统“飞行器”32中，在这里将其与有优先权的第一控制信号40一起输入到第三信号选择装置47中。该信号选择装置根据这两个有优先权的控制信号40和46得出有优先权的第三控制信号48，并将有优先权的第三控制信号输入控制器49中。

图5示出用于利用多个子系统50、51、52实施信号选择方法的实施例。子系统51和52具有相同的结构并且分别具有三个信号预处理模块53、54、55以及分别具有一个信号选择装置56。每个信号预处理模块53、54、55都接收传感器信号，对所述传感器信号进行处理并以控制信号的形式将其输入到信号选择装置56中。这个信号选择装置确定有优先权的控制信号13，该有优先权的控制信号接下来通过数据链路传输给上级子系统50。该上级子系统50也具有多个子系统，这些子系统相应地设计成子系统51和52。

Claims (18)

1.一种用于飞行系统(23)的信号选择方法，所述飞行系统(23)具有飞行器(1)和信号选择装置(2、39、45、47、56)，所述信号选择装置(2、39、45、47、56)至少接收第一控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)和第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)，通过分析逻辑(16)针对第一控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)确定第一可靠性信息(17、18、19、20)，并且针对第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)确定第二可靠性信息(17、18、19、20)，其特征在于，

至少所述第一和/或第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)是与所述飞行器之外的飞行员和/或自动驾驶仪的远程控制输入(9)相关的，并且在方法步骤A中，根据所述飞行器(1)的至少一个状态信息(11)和/或任务信息(11)来确定所述飞行器(1)的系统状态；

在方法步骤B中，通过自动化的、形式化的决策逻辑(21)根据所述第一和第二可靠性信息(17、18、19、20)和所述系统状态以及控制等级(22)来赋予所述第一或第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)优先权；以及

在方法步骤C中，输出有优先权的控制信号(13、40、46、48)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别借助于概率方法或形式化方法、优选借助于贝叶斯滤波器和/或时序逻辑来确定所述第一和第二可靠性信息(17、18、19、20)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在方法步骤A中，由实时监控系统(12)传送所述飞行器(1)的所述状态信息(11)和/或所述任务信息(11)。

4.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，根据所述系统状态和/或所述第一和第二可靠性信息(17、18、19、20)从数据库(22)中的多个控制等级中选择出所述控制等级。

5.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述信号选择方法以空间分布的选择方法方式进行，特别是以基于空间分布的子系统(50、51、52)的分散控制预选择和/或分散信号处理的方式进行。

6.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述信号选择方法以级联方式实现，所述信号选择装置(2、39、45、47)从下级信号选择装置(39、45)接收所述第一或第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)，和/或所述信号选择装置(2、39、45、47)向上级信号选择装置(47、50)输出所述有优先权的控制信号(13、40、46、48)。

7.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤D中，所述飞行器接收所述有优先权的控制信号(13、40、46、48)，并且根据所述有优先权的控制信号(13、40、46、48)自主地在至少第一和第二运行状态(28、29、30)之间切换。

8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤C中，所述信号选择装置至少将所接收的第一控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)和所接收的第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)、所确定的可靠性信息(17、18)、所述系统状态以及所述有优先权的控制信号(13、40、46)连同至少一个各自相关联的时间戳和/或事件信息输入到飞行数据记录仪(15)中。

9.一种用于具有飞行器(1)的飞行系统(23)的信号选择装置，所述信号选择装置(2、39、45、47)设计成接收第一控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)和第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)，并且所述信号选择装置(2、39、45、47)具有实施的分析逻辑(16)，所述分析逻辑(16)设计成针对所述第一控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)确定第一可靠性信息(17、18、19、20)，并且针对所述第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)确定第二可靠性信息(17、18、19、20)，其特征在于，

所述信号选择装置(2、39、45、47)设计成从飞行员和/或自动驾驶仪的远程控制输入(9)接收至少所述第一和/或第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)，

以及根据所述飞行器(1)的至少一个状态信息(11)和/或任务信息(11)来确定所述飞行器(1)的系统状态，以及

所述信号选择装置(2、39、45、47、56)具有实施的、能自动化执行的决策逻辑(21)，并且所述决策逻辑(21)设计成根据所述第一和第二可靠性信息(17、18、19、20)和所述系统状态以及控制等级赋予所述第一或第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)优先权，以及

所述信号选择装置(2、39、45、47、56)设计成通过基于协议的数据链路(34)输出有优先权的控制信号(13、40、46)。

10.根据权利要求9所述的信号选择装置(2、39、45、47、56)，其特征在于，所述分析逻辑(16)设计成概率逻辑，特别是贝叶斯滤波器和/或时序逻辑，并且配置成至少确定所述第一和第二可靠性信息(17、18、19、20)。

11.根据权利要求9或10所述的信号选择装置(2、39、45、47、56)，其特征在于，所述信号选择装置(2、39、45、47、56)具有实时监控系统(12)或以信号技术的方式与所述实时监控系统(12)连接，以便检测所述飞行器的所述状态信息(11)和/或任务信息。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的信号选择装置(2、39、45、47、56)，其特征在于，所述信号选择装置(2、39、45、47、56)以信号技术的方式与数据库(22)连接，以便根据所述系统状态和/或所述第一和第二可靠性信息(17、18、19、20)从多个控制等级中选择出所述控制等级。

13.根据权利要求9至12中的任一项所述的信号选择装置(2、39、45、47、56)，其特征在于，至少所述信号选择装置(2、39、45、47、56)设计成空间分布式的和/或级联的子系统(50、51、52)，和/或所述信号选择装置以信号技术的方式与下级信号选择装置(51、52)连接，以便至少接收所述第一或第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)，和/或所述信号选择装置以信号技术的方式与上级信号选择装置(47、50)连接，以便输出所述有优先权的控制信号(13、40、46)。

14.一种飞行器(1)，特别是电驱动的飞行器，具有控制器(14)、特别是飞行控制计算机，所述控制器(14)设计成接收至少一个外部的控制信号(13、40、46、48)，其特征在于，所述飞行器(1)包括根据权利要求9至13中任一项所述的信号选择装置。

15.根据权利要求14所述的飞行器(1)，其特征在于，所述飞行器(1)构造成垂直起降飞行器，特别是构造成无人驾驶的垂直起降飞行器。

16.根据权利要求14或15所述的飞行器(1)，其特征在于，所述飞行器(1)包括飞行数据记录仪(15)，所述飞行数据记录仪(15)以信号技术的方式与所述控制器(14)和/或与所述信号选择装置(2、39、45、47、56)连接并且所述飞行数据记录仪(15)设计成用于至少存储所述第一和第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)和/或所述有优先权的控制信号(13、40、46、48)、所述可靠性信息(17、18、19、20)和/或带有各自相关联的时间戳和/或事件信息的所述系统状态。

17.一种地面站(10、24、26)，具有用于远程控制飞行器(1)的控制装置，所述控制装置设计成以第一或第二控制信号(3、5、7、9、35、37、41、43)的形式向信号选择装置(2、39、45、47、56)输出人类飞行员和/或自动驾驶仪的远程控制输入(9)，其特征在于，所述信号选择装置(2、39、45、47、56)根据权利要求9至13中的任一项构成。

18.一种飞行系统，包括信号选择装置(2、39、45、47、56)、至少一个地面站(10、24、26)和具有控制器(14)的有人驾驶或无人驾驶的飞行器(1)，其中，所述飞行器(1)的所述控制器(14)以信号技术的方式至少与所述信号选择装置(2、39、45、47、56)连接，并且所述地面站(10、24、26)以信号技术的方式至少与所述信号选择装置(2、39、45、47、56)连接，其特征在于，所述信号选择装置(2、39、45、47、56)根据权利要求9至13中的任一项构成。

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