CN116884275A - 一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及无人机与载人航空器技术领域，具体为一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，包括信息传输接口，动态间隔通过所述的信息传输接口与无人机或载人航空器的机载系统进行信息互通，所述动态间隔的保持方法中包括数据接口，用来与其它功能相同的无人机防撞系统和无人机感知避让系统匹配，所述气象检测系统会实时检测当前的气象变化。通过在无人机或载人航空器机载系统中的自动控制系统和地面控制系的指令配合使无人机或载人航空器在降落的时候，监测降落空域范围内是否有障碍物和其他飞行器，监测降落辅助装置是否有不利于降落的因素，从而解决了无人机或载人航空器不能安全降落的问题。
Description
技术领域
本公开涉及无人机与载人航空器技术领域，具体为一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法。
背景技术
在空中交通流量有限的现在，我们仍然可以依靠极为保守的程序控制保证安全的降落，显然这样的控制手段效率极为低下。并且在无人机与载人航空器共存的运营环境下如何安全高效的完成复杂的编队降落操作，是国家空中交通运输系统下一代革新的重要课题。
现有技术中无空管直接控制的降落设施已有的动态间隔保持的方法都为地面系统，其运行原理仍为由地面系统决策的中央控制机制，仅仅是用地面自动化系统取代传统空管人员的职能。目前为止尚没有完善的解决方案从分布式系统的角度去解决在无空管直接控制的降落设施安全高效的完成复杂的编队降落操作的问题。
为此，我们提出了一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法来解决载人航空器安全降落的问题。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于，所述动态间隔保持方法包括信息传输接口，动态间隔通过所述的信息传输接口与无人机或载人航空器的机载系统进行信息互通；所述动态间隔的保持方法中包括数据接口，用来与其它功能相同的无人机防撞系统和无人机感知避让系统匹配。
优选的，所述无人机的机载系统中包括GPS定位系统可以实时获得无人机与载人航空器的位置，信号发射设备用于将无人机与载人航空器的飞行状态传输给地面控制系统，信号接受设备用于接收地面控制系统发出的指令，无人机防撞系统用于检测无人机与载人航空器在降落时降落辅助装置的距离和当前无人机与载人航空器的速度来计算是否可以安全降落，无人机操控系统用于地面控制系统操作无人机与载人航空器，无人机感知避让系统于无人机或在人航空器在附近空域检测其他飞行器(包括客机、货机侦察机等)并检测其他飞行器的飞行航线采取提前避让，气象检测系统和暴风雨/雪避让系统用来检测当前的气象通过计算无人机与载人航空器周围空气的温度、湿度和空气流动的速度来判断航线前方是否有暴风雨/雪从而重新规划飞行航线绕过暴风雨/雪，广播式监视系统(ADS-B)用于无人机以广播的方式向全空域发送自身的位置报告。
优选的，所述气象检测系统会实时检测当前的气象变化；在遇到暴风雨/雪天气的时候暴风雨/雪避让系统引导无人机避开风暴；气象检测系统包括有红外成像仪用于探测当前周围空气流速，摄像头为超广角摄像头，气体检测系统用于检测周围空气的湿度与温度，气象参数检测系统用于分析气体检测系统检测出的周围空气的参数，图像系统用于成像出以上系统检测出的空气温度、湿度与速度的图像。
优选的，所述无人机或载人航空器在经过塔台降落辅助和附近空域的时候，无人机或载人航空器通过广播式监视系统获取经无人机或载人航空器附近的飞行器的位置、速度、航向和飞行路线，并实时传输给地面操控系统并由显示器向机组人员提供当前无人机检测画面。
优选的，所述无人机的机载系统包括数据库，所述数据库包括存储器为大容量磁盘，用于存储无人机与载人航空器飞行时采集到的空气温度、湿度和空气流速的数据，处理器(CPU)，通信接收系统和通讯发送系统。
优选的，所述动态间隔保持的方法包括自动控制系统，当飞行的无人机或载人航空器需要降落时通启动所述的自动控制系统，用于提供自动控制流程，通过自动控制流程无人机或载人航天器计算机自动生成降落指令。
优选的，所述当无人机与载人航空器同时准备在无空管控制的降落辅助设施和附近空域，其他飞行器通过所述无人机机载系统的自动控制系统的航行状态实时更新航行状态信息。
优选的，所述当载人航空器需要降落在无空管控制的降落辅助设施时，无人机机载系统的自动控制系统自动计算并生成降落指令传达给载人航空器，载人航空器根据无人机机载系统给出的降落指令降落在无空管控制的降落辅助设施。
优选的，所述无人机向载人航空器发出降落指令的同时，也会通过信息传输接口发送到地面控制系统，为机组人员提供语音提示或视觉提示，由机组人员向载人航空器发送降落位置，使载人航空器能够安全的降落在无空管控制的辅助降落设施。
优选的，所述广播式监视系统(ADS-B)，其中：
1)A-自动(Automatic)：不需要人工的操作，不需要地面的咨询；
2)D-相关(Dependent)：信息全部基于机载数据；
3)S-监视(Surveillance)：提供位置和其他用于监视的数据；
4)B-广播式，以广播的方式向全空域发送自身的位置报告。
有益效果
通过在无人机或载人航空器机载系统中的自动控制系统和地面控制系的指令配合使无人机或载人航空器在降落的时候，监测降落空域范围内是否有障碍物和其他飞行器，监测降落辅助装置是否有不利于降落的因素，从而解决了无人机或载人航空器不能安全降落的问题。
通过无人机或载人航空器机载系统中的气象检测系统和暴风雨/雪避让系统使无人机或载人航空器在恶劣的天气中能够及时更换航线，不受暴风雨/雪的干扰，可以正常工作，解决了无人机或载人航空器不能在恶劣天气中安全工作，载人航空器里的人不会觉得不适的问题。
附图说明
图1是本发明的机载系统结构图；
图2是本发明的地面控制系统结构图；
图3是本发明的气象监测系统结构图；
图4是本发明的载人航空器降落流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本公开的技术方案进一步详细阐述，所描述的实施例不应视为对本公开的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
如图1所示，无人机与载人航空器的机载系统包括GPS、信号发射设备、信号接受设备、无人机防撞系统、无人机操控系统、无人机感知避让系统、气象检测系统、暴风雨/雪避让系统和广播式监视系统。GPS为GPS定位系统，地面控制系统通过GPS定位系统可以实时获得无人机与载人航空器的位置；信号发射设备用于将无人机与载人航空器的飞行状态传输给地面控制系统，使地面的工作人员了解当前无人机与载人航空器的飞行状态。
信号接受设备用来接收地面控制系统发出的指令并由无人机与载人航空器的机载系统分析指令信号并执行；无人机防撞系统用于检测无人机与载人航空器在降落时降落辅助装置的距离和当前无人机与载人航空器的速度来计算是否可以安全降落；无人机操控系统用于地面控制系统操作无人机与载人航空器，当无人机的自动控制情况出现死机的情况下，地面控制系统可以通过无人机控制系统控制无人机与载人航空器的飞行高度、速度、出发航线、返回航线和降落；无人机感知避让系统用于无人机或在人航空器在附近空域检测其他飞行器(包括客机、货机侦察机等)并检测其他飞行器的飞行航线采取提前避让，避免了无人机与载人航空器在空中发生事故；气象检测系统和暴风雨/雪避让系统用来检测当前的气象通过计算无人机与载人航空器周围空气的温度、湿度和空气流动的速度来判断航线前方是否有暴风雨/雪从而重新规划飞行航线绕过暴风雨/雪，保护了无人机与载人航空器的机体，延长无人机或载人航空器的使用寿命。
如图2所示，地面控制系统包括信号发射器、信号接收器、信号处理器、中央控制系统和显示屏。其中信号发射器用来向无人机与载人航空器发射指令；信号接收器用来接受无人机与载人航空器传输回来的数据；信号处理器用于处理信号接收器接受到的数据并传输给中央控制器；中央控制器用于检索分析处理后的数据，中央控制系统中包括，处理器、存储器(用于存储无人机与载人航空器传输的数据)、输入设备(及键盘，鼠标)；显示屏连接中央控制器，用于显示出无人机与载人航空器传输的数据。
如图3所示，气象检测系统包括红外成像仪、摄像头、气体检测系统、气象参数检测系统和图像系统。其中红外成像仪、摄像头和气体检测系统用于无人机与载人航空器在航线航行时，实时检测当前空气的温度、湿度和空气的流动速度，由气象参数检测系统来检测所采集的空气的温度、湿度和空气流动的速度并以图像的形式通过无人机机载系统中的信号发射装置发送给地面控制系统。无人机与载人航空器根据气象检测系统的图像数据绘制新的更安全的行进路线从而保证了飞机不会因为恶劣的天气产生颠簸，使载人航空器中的人不会因为颠簸产生不好的体验感。
如图4所示，当无人机与载人航空器同时准备在无空管控制的降落辅助设施和附近空域，其他飞行器通过所述无人机机载系统的自动控制系统的航行状态实时更新航行状态信息。当载人航空器需要降落在无空管控制的降落辅助设施时，无人机机载系统的自动控制系统自动计算并生成降落指令传达给载人航空器，载人航空器根据无人机机载系统给出的降落指令降落在无空管控制的降落辅助设施。无人机向载人航空器发出降落指令的同时，也会发送到地面控制系统，为机组人员提供语音提示与视觉提示，由机组人员向载人航空器发送降落位置，使载人航空器能够安全的降落在无空管控制的辅助降落设施。
工作原理：地面控制系统包括信号发射器、信号接收器、信号处理器、中央控制系统和显示屏。其中信号发射器用来向无人机与载人航空器发射指令，信号接收器用来接收无人机与载人航空器传输回来的数据，信号处理器用于处理信号接收器接收到的数据并传输给中央控制器，中央控制器用于检索分析处理后的数据。中央控制系统中包括，处理器、存储器(用于存储无人机与载人航空器传输的数据)、输入设备(及键盘，鼠标)，显示屏连接中央控制器，用于显示出无人机与载人航空器传输的数据。
无人机与载人航空器的机载系统包括无人机与载人航空器的机载系统包括GPS、信号发射设备、信号接受设备、无人机防撞系统、无人机操控系统、无人机感知避让系统、气象检测系统、暴风雨/雪避让系统和广播式监视系统。无人机与载人航空器在准备降落在无空管控制的降落辅助设施时，通过广播监视系统(ADS-B)向周围空域发送自身位置，告知周围空域飞行器与地面控制系统当前无人机与载人航空器的飞行状态无人机操控系统用于地面控制系统操作无人机与载人航空器，当无人机的自动控制情况出现死机的情况下，地面控制系统可以通过无人机控制系统控制无人机与载人航空器的飞行高度、速度、出发航线、返回航线和降落；无人机感知避让系统用于无人机或在人航空器在附近空域检测其他飞行器(包括客机、货机侦察机等)并检测其他飞行器的飞行航线采取提前避让，避免了无人机与载人航空器在空中发生事故。
气象检测系统和暴风雨/雪避让系统用来检测当前的气象通过计算无人机与载人航空器周围空气的温度、湿度和空气流动的速度来判断航线前方是否有暴风雨/雪从而重新规划飞行航线绕过暴风雨/雪。无人机与载人航空器在航信飞行时，气象检测系统包括红外成像仪、摄像头、气体检测系统、气象参数检测系统和图像系统。其中红外成像仪、摄像头和气体检测系统用于无人机与载人航空器在航线航行时，实时检测当前空气的温度、湿度和空气的流动速度，由气象参数检测系统来检测所采集的空气的温度、湿度和空气流动的速度并以图像的形式通过无人机机载系统中的信号发射装置发送给地面控制系统。无人机与载人航空器根据气象检测系统的图像数据绘制新的更安全的行进路线从而保证了飞机不会因为恶劣的天气的影响而产生安全隐患。
以上对本公开进行了详细说明，但对于本领域技术人员而言，显然，本公开并非限定于本说明书中说明的实施方式。本公开在不脱离由权利要求书的记载所确定的本公开的宗旨和范围的前提下，可以作为修改和变更方式来实施。因此，本说明书的记载是以示例说明为目的，对本公开而言并非具有任何限制性的意义。
Claims (10)
1.一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：包括信息传输接口，动态间隔通过所述的信息传输接口与无人机或载人航空器的机载系统进行信息互通；所述动态间隔的保持方法中包括数据接口，用来与其它功能相同的无人机防撞系统和无人机感知避让系统匹配。
2.如权利要求1所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：还包括无人机的机载系统中包括GPS、信号发射设备、信号接受设备、无人机防撞系统、无人机操控系统、无人机感知避让系统、气象检测系统、暴风雨/雪避让系统和广播式监视系统(ADS-B)。
3.如权利要求2所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：所述气象检测系统会实时检测当前的气象变化，在遇到暴风雨/雪天气的时候暴风雨/雪避让系统引导无人机避开风暴，气象检测系统包括红外成像仪、摄像头、气体检测系统、气象参数检测系统和图像系统。
4.如权利要求2所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：所述无人机或载人航空器在经过塔台降落辅助和附近空域的时候，无人机或载人航空器通过广播式监视系统(ADS-B)获取经无人机或载人航空器附近的飞行器的位置、速度、航向和飞行路线，并实时传输给地面操控系统并由显示器向机组人员提供当前无人机检测画面。
5.如权利要求2所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：所述无人机的机载系统包括数据库，所述数据库包括存储器、处理器、通信接受系统和通讯发送系统。
6.如权利要求2所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：还包括自动控制系统，当飞行的无人机或载人航空器需要降落时启动所述的自动控制系统，用于提供自动控制流程，通过自动控制流程无人机或载人航天器计算机自动生成降落指令。
7.如权利要求2所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：所述当无人机与载人航空器同时准备在无空管控制的降落辅助设施和附近空域，其他飞行器通过所述无人机机载系统的自动控制系统的航行状态实时更新航行状态信息。
8.如权利要求1所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：所述当载人航空器需要降落在无空管控制的降落辅助设施时，无人机机载系统的自动控制系统自动计算并生成降落指令传达给载人航空器，载人航空器根据无人机机载系统给出的降落指令降落在无空管控制的降落辅助设施。
9.如权利要求1所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：所述无人机向载人航空器发出降落指令的同时，也会通过信息传输接口发送到地面控制系统，为机组人员提供语音提示或视觉提示，由机组人员向载人航空器发送降落位置，使载人航空器能够安全的降落在无空管控制的辅助降落设施。
10.如权利要求2所述的一种融合空域内无人机与载人航空器动态间隔保持的方法，其特征在于：所述广播式监视系统(ADS-B)，其中：
1)A-自动(Automatic)：不需要人工的操作，不需要地面的咨询；
2)D-相关(Dependent)：信息全部基于机载数据；
3)S-监视(Surveillance)：提供位置和其他用于监视的数据；
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