ES2300684T3 - Sistema y procedimiento para la evitacion automatica de colisiones aereas. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la evitación de colisiones entre el propio avión (1; 2) y uno o más aviones distintos (1; 2), comprendiendo cada avión (1; 2) un sistema automático de evitación de colisiones, en el que el procedimiento comprende: - la computación (22) de una trayectoria de vuelo de separación (5; 6) para el propio avión, en el que la trayectoria de vuelo de separación (5; 6) es una predicción del espacio dentro del cual el avión puede estar situado con una cierta probabilidad si se produce una maniobra de evitación, y en el que la trayectoria de vuelo de separación (5; 6) es computada con una frecuencia predeterminada y en base a una trayectoria de vuelo de separación recibida procedente de otros aviones, - el envío (23) de la propia trayectoria de vuelo de separación a los otros aviones, - la recepción (20; 29) de las trayectorias de vuelo de separación procedentes de los otros aviones, - la detección (28) de una colisión que se avecina en base a la propia trayectoria de vuelo de separación y a las trayectorias de vuelo de separación de los otros aviones, y - la activación (32) de una maniobra de evitación tras detectar una colisión que se avecina, - caracterizado porque dicha detección de una colisión que se avecina se basa en las maniobras del propio avión comandadas durante el periodo de tiempo entre el envío de la propia trayectoria de vuelo de separación computada hasta los otros aviones y la detección de la colisión que se avecina.
Description
Sistema y procedimiento para la evitación
automática de colisiones aéreas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para evitar colisiones entre aviones de acuerdo con el
preámbulo de la reivindicación 1.
La invención se refiere también a un sistema
para evitar automáticamente colisiones entre aviones de acuerdo con
el preámbulo de la reivindicación 14.
La finalidad de un Sistema Anticolisión de a
Bordo (ACAS) es impedir las colisiones en el aire entre aviones
cada uno de los cuales incorpora el sistema. Una evitación es una
maniobra automática llevada a cabo para evitar la colisión con otro
avión. Una vez que se activa la maniobra de evitación, las maniobras
comandadas por el piloto son ignoradas. Cada avión del sistema
computa de forma continua un ángulo de escape y un factor de carga
que va a ser utilizado por el avión durante una maniobra de
evitación en el supuesto de una colisión que se avecina. El ángulo
de escape es un ángulo de balanceo relativo. Al mismo tiempo el
avión computa trayectorias de separación en el aire. Las
trayectorias de separación son computadas por medio de un modelo de
respuesta del avión. La trayectoria de vuelo de separación es una
predicción del espacio dentro del cual el avión estará situado con
una cierta probabilidad si se produce una maniobra de evitación.
La trayectoria de vuelo de separación es una
trayectoria en el aire rodeada con un espacio en forma de cono. El
tamaño del espacio en forma de cono que rodea la trayectoria depende
de imponderables en la predicción de la trayectoria de separación.
Los imponderables en la predicción se deben por ejemplo a la
imprecisión del modelo de respuesta del avión, a la imprecisión de
la sincronización de la activación de evitación debido a la
imprecisión en la suposición de cuándo empezará la maniobra de
evitación, y de la maniobra del último instante. La trayectoria de
vuelo de separación es enviada a los otros aviones. Cuando los otros
aviones reciben una trayectoria de vuelo de separación, la
trayectoria es registrada. Así, las trayectorias de separación
registradas son conocidas por todos los aviones vecinos que
incorporan el sistema.
El avión continuamente recibe las trayectorias
de separación procedentes de otros aviones. El sistema detecta una
colisión que se avecina en base a la propia trayectoria de vuelo de
separación y a las trayectorias de separación recibidas de los
otros aviones, y tras detectar una colisión que se avecina activa la
maniobra automática de evitación. Durante la maniobra de evitación
el avión recibe la orden de tomar el ángulo de escape y el factor
de carga computado al mismo tiempo que la última trayectoria de
vuelo de separación registrada. Una colisión es detectada cuando el
sistema detecta que la propia trayectoria de vuelo de separación
registrada atraviesa una trayectoria de vuelo de separación
registrada de otro avión. La maniobra de evitación debe tener lugar
dentro de un espacio registrado que es conocido por el otro avión.
Si no se detecta ninguna colisión el sistema computa un nuevo
ángulo de escape y un factor de carga que va a ser utilizado durante
una maniobra de evitación, y una nueva trayectoria de vuelo de
separación en base a las trayectorias de separación recibidas de los
otros aviones. La nueva trayectoria de vuelo de separación es
enviada a los otros aviones.
Un problema en conexión con los sistemas
automáticos de evitación de colisiones aéreas es que en algunas
situaciones las incertidumbres de la predicción son grandes. Para
estar seguro de que la evitación se produce dentro del espacio
registrado de la trayectoria de vuelo de separación, la anchura de
la trayectoria registrada se incrementa. Cuando la anchura de la
trayectoria registra se incrementa, el riesgo de perturbación se
incrementa. Con el término perturbación quiere significarse un
suceso que produce una respuesta no intencionada o imprevista o que
un sistema de activación para evitar automáticamente colisiones se
desactiva y en consecuencia la disponibilidad del sistema se
reduce.
Uno de los factores que afectan a las
incertidumbres son las maniobras de último momento del avión durante
el retardo de tiempo entre la computación de una trayectoria de
vuelo de separación y la recepción y registro de la trayectoria de
vuelo de separación por los otros aviones. Dura aproximadamente 3
segundos el tiempo que transcurre desde la computación de la
trayectoria de vuelo de separación hasta que los otros aviones han
recibido la trayectoria. Este problema es parcialmente atendido en
sistemas de evitación automáticos de colisiones aéreas, llevando a
cabo una predicción de los movimientos del avión en los siguientes
0,3 s, y considerando esta predicción al computar la trayectoria de
vuelo de separación. Esta predicción supone que las maniobras del
piloto durante los próximos 0,3 s son los mismos que en el momento
de la predicción, esto es, que la posición de la palanca de control
es fija. Sin embargo este no es siempre el caso; por el contrario,
el piloto es libre de llevar a cabo las maniobras que desee hasta
que se detecte una colisión que se avecina y que la maniobra de
evitación comienza. Particularmente, hay un problema si el piloto
lleva a cabo las maniobras que contrarrestan las maniobras de
separación registradas durante dicho retardo de tiempo. En una
circunstancia extrema puede ya no ser posible para el avión seguir
la trayectoria de vuelo de separación registrada, debido a las
maniobras del piloto.
El documento
US-A-6133867 divulga un
procedimiento y un sistema para evitar colisiones entre aviones, en
el que los aviones calculan y envían sus datos de posición cada
pocos segundos. El procedimiento y el sistema reconocen una
instrucción enviada a la aeronave local para llevar a cabo alguna
maniobra evasiva dictada por una aeronave o equipo de tierra
distantes y responder con instrucciones audibles o visuales o de
piloto automático hasta la cabina del piloto.
El objeto de la presente invención es, por
consiguiente, proporcionar una solución al problema anteriormente
descrito, la cual reduzca el riesgo de que el avión no sea capaz de
seguir una trayectoria registrada, al detectar una colisión que se
avecina y de mantener bajo el número de perturbaciones.
De acuerdo con un aspecto de la invención este
objeto se consigue mediante un procedimiento que comprende las
características caracterizadoras de la reivindicación 1.
De acuerdo con la invención una colisión que se
avecina es detectada en base a la propia trayectoria de vuelo de
separación, a las trayectorias de separación recibidas de los otros
aviones, así como a las maniobras del propio avión comandadas
durante un periodo de tiempo entre el envío de la propia trayectoria
de vuelo de separación computada hasta los otros aviones y la
detección de la colisión que se avecina. Las maniobras dictadas
durante el periodo de tiempo entre el envío de la propia trayectoria
de vuelo de separación computada hasta los otros aviones y la
detección de una colisión que sea avecina, es en lo sucesivo
designada como maniobras del último instante. Así, el punto en el
tiempo cuando la maniobra de evitación es activada se hace depender
de la maniobra del último instante del propio avión.
Preferentemente, se adelante la activación del sistema automático
de evitación de colisiones cuando la activación está próxima en el
tiempo y las maniobras comandadas del propio avión contrarrestan la
propia trayectoria de vuelo de separación. Así, la maniobra de
evitación es activada cuando el avión es maniobrado de tal forma que
resulta mejorada la posibilidad de que el avión pueda volar dentro
de una trayectoria de evitación registrada si se detecta una
colisión.
Una ventaja de esta solución es que las
incertidumbres debidas a movimientos impredecibles del avión pueden
ser reducidas, y de esta forma se reduce la anchura de la
trayectoria registrada, y de esta forma se reduce el riesgo de
perturbaciones.
De acuerdo con una forma de realización de la
invención, las trayectorias de separación son computadas en base a
las maniobras previstas del propio avión, y una colisión que se
avecina es detectada en base a las desviaciones entre las maniobras
previstas del propio avión y las maniobras comandadas del propio
avión que contrarresta la propia trayectoria de vuelo de
separación. Preferentemente, una colisión que se avecina es
detectada en base a las desviaciones producidas entre los ángulos de
balanceo previstos, y los ángulos de balanceo comandados durante
dicho periodo de tiempo. Las maniobras del último instante pueden
provocar graves errores en la posición comparadas con las
posiciones previstas. Especialmente las directrices de balanceo
pueden provocar graves errores en la posición debido a que el ángulo
de balanceo de la evitación resulta directamente afectada. La mayor
influencia acerca de la posibilidad de seguir una trayectoria de
evitación aparece cuando las directrices de balanceo son aplicadas
durante las maniobras del último instante del avión en una dirección
que contrarresta la directriz de balanceo durante la maniobra de
evitación. Esto significa con toda seguridad el desplazamiento de la
trayectoria de vuelo hacia la trayectoria de vuelo de los demás.
Así, es ventajoso basar la detección de la colisión en desviaciones
de los ángulos de balanceo.
De acuerdo con otra forma de realización de la
invención una colisión que se avecina es detectada en base a las
desviaciones entre los ángulos de inclinación longitudinal previstos
y los ángulos de inclinación comandados durante dicho periodo de
tiempo. Aunque los ángulos de balanceo comandados tienen una mayor
influencia en la posibilidad de seguir una trayectoria de vuelo de
separación registrada, que los ángulos de inclinación comandados la
influencia de la trayectoria de vuelo de separación en los ángulos
de inclinación longitudinal debe ser ignorada. Esta forma de
realización mejora así mismo la posibilidad de cumplimentar la
trayectoria de evitación registrada.
La invención podría aplicarse en aviones
tripulados como en aviones no tripulados. De acuerdo con una forma
de realización adicional de la invención una colisión que se avecina
es detectada en base a las maniobras comandadas por un piloto, y el
procedimiento comprende la recepción de los movimientos de la
palanca de mando, y la detección de una colisión que se avecina en
base a los movimientos de la palanca de mando recibidos durante
dicho de tiempo. El objeto de la invención es que si se detecta una
colisión exista la seguridad de que el propio avión puede ajustarse
a la trayectoria de vuelo de separación enviada hasta los otros
aviones. Si los movimientos de la palanca de mando durante el
periodo de tiempo entre el envío de la propia trayectoria de vuelo
de separación a los otros aviones y la detección de la colisión que
se avecina deteriora la posibilidad de cumplimentar la trayectoria
de evitación registrada, la maniobra de evitación es inmediatamente
activada. Esta forma de realización es apropiada para aviones
tripulados que incorporen pilotos que emitan instrucciones por medio
de una palanca de mando.
De acuerdo con una forma de realización de la
invención las maniobras comandadas que soportan la trayectoria de
vuelo de separación son ignoradas. Así, no se permite que las
maniobras comandadas por el propio avión retarden la activación del
sistema de evitación de colisiones; pueden únicamente adelantar la
activación del sistema. Una directriz de balanceo en la misma
dirección que el ángulo de escape provoca que el ángulo de balanceo
relativo que va a ser utilizado durante la maniobra de evitación se
reduzca. El factor de carga es entonces comandado con anterioridad,
lo que significa que se necesita un factor de carga menor para
seguir la trayectoria de evitación. De esta forma, las maniobras
comandadas que soportan la trayectoria de vuelo de separación no
deben contribuir a adelantar la activación de la acción de
evitación.
De acuerdo con una forma de realización de la
invención dicha detección de una colisión que se avecina comprende
la computación de una condición de evasión en base a la propia
trayectoria de vuelo de separación, a las trayectorias de
separación recibidas de los otros aviones y las maniobras del propio
avión comandadas durante dicho periodo de tiempo, y la activación
de dicho sistema automático de evitación de colisiones, si la
situación de evitación es cumple. La situación de evitación es
computada como la suma de un primer término de contribución,
computado en base a las trayectorias de separación recibidas y a la
propia trayectoria de vuelo de separación, y un segundo término de
contribución, computado en base a las maniobras del propio avión
comandadas durante dicho periodo de tiempo. Si se cumple o no la
condición de evasión se determina dependiendo de si la condición de
evasión está por debajo o por encima de un valor de umbral. El valor
del primer término de contribución depende del riesgo de colisión.
El valor del segundo término de contribución depende de si el avión
ha recibido o no instrucciones para llevar a cabo maniobras
impredecibles, desfavorables, las cuales puedan llevar a que una
maniobra de evitación pueda no tener lugar dentro de un espacio
registrado, esto es, dentro de la trayectoria de vuelo de
separación registrada. De acuerdo con esta forma de realización, un
término computado en base a maniobras del último instante del
propio avión es añadido a la condición de evasión. Así, el momento
en que la condición de evasión se cumple, esto es, el momento en
que se detecta la colisión que se avecina, se hace depender de las
maniobras del último instante del propio avión.
De acuerdo con una forma de realización de la
invención, el valor de dicho segundo término, el cual es computado
en base a las maniobras del último instante del propio avión, se
hace depender del riesgo de colisión. Este valor del segundo término
de contribución se reduce si no hay riesgo de colisión. Por medio de
lo cual, la máxima contribución de este término queda limitada y el
riesgo de perturbaciones se reduce.
De acuerdo con una forma de realización de la
invención la invención comprende la adición de instrucciones de
balanceo comandadas durante dicho periodo de tiempo que contrarresta
la propia trayectoria de vuelo de separación, y la adición de todas
las instrucciones de inclinación longitudinal comandadas durante
dicho periodo de tiempo que contrarresta la propia trayectoria de
vuelo de separación, y el cálculo en base a dichas instrucciones
del segundo término de contribución. Esta forma de realización
mejora en mayor medida la posibilidad de cumplimentar la trayectoria
de evitación registrada.
De acuerdo con otro objeto de la invención, este
objeto se consigue mediante un sistema que comprende las
peculiaridades caracterizadoras de la reivindicación 14.
De acuerdo con un aspecto adicional de la
invención, el objeto se consigue mediante un programa informático
susceptible de ser cargado directamente en una memoria interna de
una computadora o de un procesador, que comprende unas porciones de
código de software para llevar a cabo las etapas de acuerdo con la
invención, cuando dicho programa es ejecutado sobre una computadora.
El programa informático está dispuesto bien sobre un medio de
lectura por computadora o mediante una red, como por ejemplo
Internet.
De acuerdo con otro objeto de la invención, el
objeto se consigue mediante un medio de lectura por computadora que
tiene un programa registrado sobre aquél, cuando el programa
consiste en conseguir que una computadora lleve a cabo las etapas
del procedimiento de acuerdo con la invención, y dicho programa es
ejecutado en la computadora.
A continuación se expondrá la invención con
mayor detenimiento mediante la descripción de las diferentes formas
de realización de la invención y con referencia a las figuras
adjuntas.
La Fig. 1 muestra las trayectorias de
separación de dos aviones.
La Fig. 2 muestra un diagrama de bloques a
través de un sistema para evitar automáticamente colisiones de
acuerdo con la invención.
La Fig. 3 muestra un diagrama de flujo a través
de un procedimiento para evitar automáticamente colisiones de
acuerdo con una forma de realización de la invención.
La Figura 1 muestra dos aviones 1 y 2 que
incorporan cada uno un sistema automático de evitación de
colisiones. Cada avión computa una trayectoria de vuelo de
separación 3, 4. La trayectoria de vuelo de separación es una
trayectoria 5, 6 efectuada en el aire, la cual es rodeada con un
espacio en forma de cono 7, 8. La anchura w del espacio en forma de
cono 7, 8 que rodea la trayectoria 5,6 depende de las incertidumbres
en la computación de la trayectoria de vuelo de separación. Las
incertidumbres, y en consecuencia la anchura de la trayectoria de
vuelo de separación, se incrementa con el tiempo. La trayectoria de
vuelo de separación consta de dos partes. Una primera parte de la
trayectoria de vuelo de separación comprende una predicción de los
movimientos del avión que parten de la base de que las maniobras
del piloto durante los próximos 0,3 s son las mismas que en el
momento de la predicción, esto es, de que la posición de la palanca
de mando es fija. Esta predicción tiene cuidado de que el tiempo
transcurrido entre cuando la trayectoria de vuelo de separación se
calcule y el otro avión reciba la trayectoria de vuelo de
separación. La segunda parte de la trayectoria de vuelo de
separación predice la maniobra de evitación y se basa en el ángulo
de escape computado.
Cuando un avión ha computado una trayectoria de
vuelo de separación, la información acerca de la trayectoria es
enviada al otro avión. El otro avión registra el espacio de la
trayectoria de vuelo de separación tras recibirla. La trayectoria
5, 6 puede ser descrita como una función de tiempo, y la información
acerca de la trayectoria de vuelo de separación que es enviada al
otro avión comprende tres puntos en el aire, dos vectores de
velocidad en la función y un valor que representa las incertidumbres
de la computación. Los sistemas de control del otro avión modelan
entonces una función spline utilizando la información recibida.
De acuerdo con esta forma de realización, la
detección de una colisión que se avecina significa la detección de
que una maniobra de separación computada y registrada no puede
llevarse a cabo. Una colisión que se avecina es detectada cuando se
detecta que la propia trayectoria de vuelo de separación computada
choca con cualquier trayectoria de vuelo de separación del otro
avión. La distancia entre las trayectoria de vuelo de separación
depende del tiempo, y se describe matemáticamente en la ecuación
siguiente:
(1)SSD (t) =
|H (t) - l (t)| - DSD
(t)
H(t) es la trayectoria de evitación
prevista 3 del propio avión, y l(t) es la trayectoria de
vuelo de separación prevista 4 de un avión intruso. DSD es la
distancia de separación deseada entre las trayectorias de
separación, y es la suma del espacio registrado entre las
trayectorias de separación. La DSD es computada a partir de las
incertidumbres y representa el tamaño del espacio registrado. Las
incertidumbres comprenden las incertidumbres de computación, como
por ejemplo las incertidumbres del modelo de respuesta del
avión.
Una distancia de separación de seguridad mínima,
llamada en adelante MSSD, se define como la distancia de separación
mínima entre las trayectorias de separación y aparece en el momento
t_{min} después de la activación de la maniobra de evitación.
Una colisión es detectada dependiendo de si una
condición de evasión, designada como EC está o no por debajo o por
encima de un valor de umbral. La EC es computada utilizando la MSSD
y su régimen de cambio de acuerdo con la siguiente ecuación:
(2)EC = MSSD +
\frac{d}{dt} (MSSD) \cdot t_{predicción} +
PIC)
T_{predicción} es el periodo de tiempo entre
dos iteraciones en el bucle de computación.
Un término llamado Contribución de Entrada de
Piloto, designado a continuación como PIC, que depende de las
maniobras del avión es adicionado a la computación de la EC con el
fin de castigar la entrada de piloto que contrarresta la maniobra
de evitación. La EC comprende un primer término de contribución
que incluye la MSSD y su derivada de tiempo multiplicada por
T_{predicción} y un segundo término de contribución computado en
base a las maniobras del propio avión comandadas durante un periodo
de tiempo entre el envío entre la propia trayectoria de vuelo de
separación hasta el otro avión y la detección de la colisión que se
avecina. Una colisión que se avecina es detectada si la EC está por
debajo de un valor de umbral, designado como TV.
Es importante que la PIC sea conservadora, lo
que quiere decir que las maniobras comandadas que soportan la
trayectoria de vuelo de separación no permitan una MSSD más pequeña,
esto es, que no se deje que las maniobras que soportan la
trayectoria de vuelo de separación influyan en el valor de la EC y,
en consecuencia, influyan en el instante en que se activa la
maniobra de evitación. Así, una condición es que la PIC debe estar
por igual o ser igual a
cero:
cero:
(3)PIC \leq
0
Con el fin de evitar reducir el efecto de las
perturbaciones durante la trayectoria de evitación el límite
superior de la PIC debe ser inferior a cero. El límite inferior de
la PIC es una función F_{1} de t_{min} y posiblemente también de
otras variables. La función F_{1} es próxima o igual a cero cuando
no hay riesgo de colisión y tiene un gran valor negativo en
situaciones de riesgo de colisión. La idea de F_{1} es limitar la
magnitud máxima de la variable PI. Si PI se define para que tenga un
valor máximo de cero, la PIC puede ser expresada como:
(4)PIC = max
[F_{1} (t_{min}),
PI)
La PI es la suma total de toda la entrada de
piloto durante el retardo de las maniobras del piloto del último
instante que deterioran la posibilidad de cumplimentar la
trayectoria de vuelo de separación registrada. La parte mayor de la
PI depende de las instrucciones de balanceo del piloto, y una parte
más pequeña depende de las instrucciones de inclinación
longitudinal. La PI puede ser dividida en dos partes, una que maneja
las instrucciones de balanceo desfavorables, esto es, las
instrucciones de balanceo que contrarrestan la instrucción de
balanceo de la maniobra de evitación, y una que maneja todas las
instrucciones de inclinación longitudinal desfavorables. Si se
incluyen las instrucciones de balanceo designadas como PIR, así como
las instrucciones de inclinación longitudinal, designadas como PIP,
la PI puede expresarse como:
(5)PI = PIR +
PIP
Para cumplimentar la condición 3 anterior, esto
es que las PIC deben estar por debajo de cero, tanto las PIR como
las PIP deben tener un valor máximo de cero. Las PIP pueden fijarse
en cero si se considera que las instrucciones de inclinación
longitudinal del piloto pueden ser ignoradas.
En el balanceo, la idea es recoger todas las
instrucciones de balanceo en la dirección equivocada en comparación
con la instrucción de balanceo utilizada durante la computación de
la trayectoria de evitación. Las PIR pueden por ejemplo ser
expresadas como:
(6)PIR = K_{1}
\sum\limits_{t} \ min \ [(P_{ESS} - P_{ARM}) \ . \ signo \ (EA), \
0]
P_{ESS} = ángulos de balanceo comandadas por
el piloto
P_{ARM} = ángulos de balanceo utilizados
durante la computación de la trayectoria de vuelo de separación
EA = ángulo de escape
K_{1} = un factor de escala.
Aquí la diferencia entre la instrucción de
balanceo actual y la instrucción de balanceo utilizada durante la
computación de la trayectoria de vuelo de separación se multiplica
por la dirección del ángulo de escape y es adicionada a lo largo del
tiempo. El ángulo de escape es un ángulo de balanceo relativo. Si la
diferencia es positiva, esto es, la instrucción de balanceo de los
pilotos es mayor que la instrucción de balanceo utilizada en la
predicción, y si la instrucción de balanceo está en la dirección del
ángulo de escape, un cero es adicionado. La suma es multiplicada por
un factor de escala positivo K_{1} con el fin de equilibrar la
cantidad de las PIR en la PI.
En la inclinación longitudinal la idea es
recoger instrucciones de inclinación longitudinal del piloto mayores
que las utilizadas en la predicción, en ocasiones en las que el
ángulo de escape es mayor. Las PIP pueden por ejemplo ser expresadas
como:
(7)PIP = K_{2}
\cdot (1 - cos \ (EA)) \cdot \sum\limits_{t} \ max \ [|NZ_{ESS} -
cos \ \theta | - |NZ_{ARM} - cos \theta |, \
0]
NZ_{ESS} = los ángulos de inclinación
longitudinal comandadas
NZ_{ARM} = factor de carga utilizado durante
la computación de la trayectoria de vuelo de separación
K_{2} = un factor de escala.
Aquí tanto la instrucción de inclinación
longitudinal como la instrucción de inclinación longitudinal
utilizada para la predicción son comparadas con el factor de
balanceo de carga óptimo (1 x cos\theta). La magnitud de la
comparación es comparada, y es estimada la diferencia de magnitud de
la parte del piloto y de la parte prevista. La función máxima es
utilizada para encontrar únicamente las ocasiones en las que la
parte del piloto es mayor que la parte prevista. En otras palabras,
la segunda parte de la expresión castiga las instrucciones de
inclinación longitudinal del piloto que sean mayores en cuanto a
magnitud que las utilizadas durante la predicción comparada con el
factor de balanceo de carga óptima.
La primera parte de la expresión es para graduar
el resultado de la segunda parte. K_{2} es un factor de escala
positivo. 1 - cos (EA) es próximo a cero cuando el ángulo de escape
es menor y se incrementa cuando los ángulos de escape se
incrementan.
El tamaño de K_{1}, K_{2} y el límite
inferior de la PI es un equilibrio entre el riesgo de perturbación y
la anchura de posición w de la trayectoria de vuelo de separación
durante la maniobra de evitación. Para un escenario del peor de los
supuestos, el tiempo antes de una activación temprana debería
probablemente ser próximo a 0,1 segundos.
La Figura 2 muestra un sistema para le evitación
automática de colisiones de acuerdo con una forma de realización de
la invención. El sistema comprende una unidad de computación 10
adaptada para computar un ángulo de escape y un factor de carga que
va a ser utilizado durante una maniobra de evitación, y una
trayectoria de vuelo de separación que va a ser enviada al otro
avión. El ángulo de escape, el factor de carga y las trayectorias
de separación son computadas en base al modelo de respuesta del
avión y de las trayectorias de separación recibidas del otro avión.
Los primero 0,3 segundos de la trayectoria de vuelo de separación es
una predicción basada en una suposición de que el avión continuará
siendo maniobrado de acuerdo con la última maniobra comandada. La
segunda parte de la trayectoria de evitación es computada en base al
ángulo de escape y al factor de carga computados.
El sistema comprende así mismo un emisor 12 que
envía la trayectoria de vuelo de separación computada al otro avión
y un receptor 14 que recibe las trayectorias de separación de los
otros aviones. El sistema comprende un sistema de almacenaje de
datos 16 adaptado para almacenar el ángulo de escape computado, el
factor de carga y la trayectoria de vuelo de separación. El sistema
es preferentemente implementado en el sistema de control de un
avión, y utiliza la computadora del avión.
El sistema comprende un medio de gestión 18 de
las colisiones adaptado para detectar una colisión que se avecina
en base a la propia trayectoria de vuelo de separación y a las
trayectorias de separación recibidas de los otros aviones y a la
activación de una maniobra de separación tras la detección de un
colisión que se avecina. Un medio de gestión 18 de las colisiones
está adaptado para recibir las maniobras comandadas del propio
avión y detectar una colisión que se avecina en base a las
maniobras del avión comandadas durante un periodo de tiempo entre
el envío de la propia trayectoria de vuelo de separación computada
hasta el otro avión y la detección de la colisión que se
avecina.
La Figura 3 muestra un diagrama de flujo y un
procedimiento y un producto de programa informático de acuerdo con
una forma de realización de la presente invención. Debe entenderse
que cada bloque del diagrama de flujo puede ser implementado
mediante las instrucciones de un programa informático. El sistema
recibe las trayectorias de separación procedentes de los otros
aviones, bloque 20. Las trayectorias de separación son almacenadas
hasta que son recibidas las nuevas trayectorias de separación. Las
trayectorias de separación nuevamente recibidas sustituyen a las
trayectorias de vuelo de separación anteriormente recibidas y
almacenadas. Como se muestra en el bloque 22 un ángulo de escape,
un factor de carga y una trayectoria de vuelo de separación
designada como FAP, son computadas para el propio avión en base a
las trayectorias de separación recibidas de los otros aviones. La
computación comprende los movimientos previstos del avión durante
los siguientes 0,3 segundos. El ángulo de escape computado, el
factor de carga y la trayectoria de vuelo de separación son
almacenados. La trayectoria de vuelo de separación computada es
enviada al otro avión para su registro, bloque 23. Desde ese
momento, los movimientos de la palanca de mando son registrados,
bloque 24, y en base a ello, se calcula una condición de evasión,
designada como EC, de acuerdo con la ecuación 2.
Antes de calcular la condición de evasión, las
PIR y PIP son calculadas de acuerdo con las ecuaciones 6 y 7 en
base a los movimientos registrados de la palanca del piloto y a los
ángulos de balanceo y longitudinal previstos en el bloque 20. A
continuación la PI es computada de acuerdo con la ecuación 5 y la
PIC es computada de acuerdo con la ecuación 4. La MSSD y su
derivada son determinadas en base a la propia trayectoria de vuelo
de separación y a la propia trayectoria de vuelo de separación
recibidas desde el otro avión. La EC es computada de acuerdo con la
ecuación 2, bloque 26. En el bloque 28 se determina si hay o no una
colisión que se avecina, en base al valor computado de la EC. Si la
EC está por debajo del valor de umbral TV se detecta una colisión
que se avecina y la maniobra de evitación es activada, bloque 32; en
otro caso, no se detecta ninguna colisión y el procedimiento es
repetido mediante el cálculo de un nuevo ángulo de escape, de un
factor de carga y de una nueva trayectoria de vuelo de separación,
bloque 20. Si son recibidas nuevas trayectorias de vuelo de
separación desde el otro avión entonces son almacenadas y la
siguiente computación de la propia trayectoria de separación se
basa en aquellas, bloque 29, 30. A continuación, el bucle de
computación que comprende los bloques 22 a 28 se repite con una
frecuencia predeterminada.
La presente invención no queda limitada a las
formas de realización divulgadas sino que puede ser variada y
modificada dentro del alcance de las reivindicaciones que
siguen.
Claims (25)
1. Un procedimiento para la evitación de
colisiones entre el propio avión (1; 2) y uno o más aviones
distintos (1; 2), comprendiendo cada avión (1; 2) un sistema
automático de evitación de colisiones, en el que el procedimiento
comprende:
- -
- la computación (22) de una trayectoria de vuelo de separación (5; 6) para el propio avión, en el que la trayectoria de vuelo de separación (5; 6) es una predicción del espacio dentro del cual el avión puede estar situado con una cierta probabilidad si se produce una maniobra de evitación, y en el que la trayectoria de vuelo de separación (5; 6) es computada con una frecuencia predeterminada y en base a una trayectoria de vuelo de separación recibida procedente de otros aviones,
- -
- el envío (23) de la propia trayectoria de vuelo de separación a los otros aviones,
- -
- la recepción (20; 29) de las trayectorias de vuelo de separación procedentes de los otros aviones,
- -
- la detección (28) de una colisión que se avecina en base a la propia trayectoria de vuelo de separación y a las trayectorias de vuelo de separación de los otros aviones, y
- -
- la activación (32) de una maniobra de evitación tras detectar una colisión que se avecina,
- -
- caracterizado porque dicha detección de una colisión que se avecina se basa en las maniobras del propio avión comandadas durante el periodo de tiempo entre el envío de la propia trayectoria de vuelo de separación computada hasta los otros aviones y la detección de la colisión que se avecina.
2. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende el adelanto
de la activación de la maniobra de evitación en base a las maniobras
comandadas del propio avión que contrarrestan la propia trayectoria
de vuelo de separación (5; 6).
3. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque comprende la
computación de la trayectoria de vuelo de separación en base a las
maniobras previstas del propio avión, y la detección de una colisión
que se avecina en base a las desviaciones entre las maniobras
previstas del propio avión y las maniobras comandadas del propio
avión que contrarrestan la propia trayectoria de vuelo de separación
(5; 6).
4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una colisión
que se avecina es detectada en base a las instrucciones de balanceo
comandadas durante dicho periodo de tiempo.
5. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque una colisión que se
avecina es detectada en base a las instrucciones de inclinación
longitudinal comandadas durante dicho periodo de tiempo.
6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una
colisión que se avecina es detectada en base a las maniobras
llevadas a cabo por un piloto, y el procedimiento comprende la
recepción (24) de los movimientos de la palanca de mando, y la
detección (28) de una colisión que se avecina en base a los
movimientos de la palanca de mando recibidos durante dicho periodo
de tiempo.
7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las
maniobras comandadas que soportan la trayectoria de vuelo de
separación son ignoradas.
8. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
detección de una colisión que se avecina comprende:
- -
- la computación (26) de una condición de evasión (EC) en base a la propia trayectoria de vuelo de separación, de las trayectorias de vuelo de separación (5; 6) recibidas de los otros aviones, y las maniobras del propio avión comandadas durante dicho periodo de tiempo, y
- -
- la activación (32) de la maniobra de evitación si se cumple la condición de evitación (EC).
9. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 8, caracterizado porque la computación (26) de
la condición de evasión (EC) comprende:
- -
- la computación de un primer término de contribución en base a las trayectorias de vuelo de separación recibidas y a la propia trayectoria de vuelo de separación, y
- -
- la computación de un segundo término de contribución en base a las maniobras del propio avión comandadas durante dicho periodo de tiempo,
- -
- la adición del primero y segundo términos de contribución, y
el procedimiento así mismo
comprende la determinación de si se cumple o no la condición de
evasión (EC) dependiendo de si la condición de evasión está por
debajo o por encima de un valor de
umbral.
10. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque el valor del segundo
término de contribución se hace depender del riesgo de colisión.
11. El procedimiento de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones 9-10, caracterizado
porque comprende la adición de todas las instrucciones de balanceo
comandadas durante el periodo de tiempo que contrarrestan la propia
trayectoria de vuelo de separación (5; 6), y la adición de todas las
instrucciones de inclinación longitudinal comandadas durante dicho
periodo de tiempo que contrarrestan la propia trayectoria de vuelo
de separación (5; 6) y en base a ellas el cálculo del segundo
término de contribución.
12. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la
computación de dicho primer término de contribución comprende:
- -
- la conmutación de una distancia de separación mínima (MSSD) entre las trayectorias de vuelo de separación recibidas y la propia trayectoria de vuelo de separación, y
- -
- la computación del régimen de cambio de la distancia de separación mínima (MSSD).
13. Un programa informático directamente
susceptible de ser cargado en una memoria interna de una
computadora, comprendiendo un software para llevar a cabo las
etapas de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
14. Un medio legible por computadora, en el cual
está grabado un programa, donde el programa tiene por objeto que una
computadora lleve a cabo una etapa de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, cuando dicho programa es ejecutado en la
computadora.
15. Un sistema para evitar automáticamente
colisiones entre el propio avión (1; 2) o uno o más aviones
distintos (1; 2), comprendiendo el sistema:
- -
- una unidad de computación (10), adaptada para computar una trayectoria de vuelo de separación (5; 6) para el propio avión (1; 2) en la que la trayectoria de vuelo de separación (5; 6) es una predicción, del espacio dentro del cual el avión estará situado con una cierta probabilidad si se produce una maniobra de evitación, y en el que el nivel de computación (10), está adaptado para computar la trayectoria de vuelo de separación (5; 6) con una frecuencia predeterminada y en base a una trayectoria de vuelo de separación recibida de los otros aviones,
- -
- un emisor (12) adaptado para enviar la propia trayectoria de vuelo de separación a los otros aviones,
- -
- un receptor (14) adaptado para recibir las trayectorias de vuelo de separación de los otros aviones,
- -
- un medio (18) de gestión de colisiones, adaptado para detectar una colisión que se avecina en base a la propia trayectoria de vuelo de separación y a las trayectorias de vuelo de separación recibidas de los otros aviones, y para activar una maniobra de vuelo de separación tras la detección de una colisión que se avecina,
caracterizado porque dicho
medio de gestión de colisiones está adaptado para recibir
información acerca de las maniobras comandadas del propio avión, y
para detectar una colisión que se avecina en base a las maniobras
del propio avión comandadas durante un periodo de tiempo entre el
envío de la propia trayectoria de vuelo de separación a los otros
aviones y la detección de la colisión que se
avecina.
16. El sistema de acuerdo con la reivindicación
15, caracterizado porque dicho medio (18) de gestión de
colisiones está adaptado para adelantar la activación de maniobra de
evitación en base a las maniobras comandadas del propio avión que
contrarrestan la propia trayectoria de vuelo de separación durante
dicho periodo de tiempo.
17. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 15 o 16, caracterizado porque dicha unidad
de computación (10) está adaptada para computar la trayectoria de
vuelo de separación en base a las maniobras previstas del propio
avión, y porque dicho medio (18) de gestión de colisiones está
adaptado para detectar una colisión que se avecina en base a las
desviaciones entre las maniobras previstas del propio avión y las
maniobras comandadas del propio avión que contrarrestan la propia
trayectoria de vuelo de separación.
18. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque dicho medio de
gestión de las colisiones está adaptado para detectar una colisión
que se avecina en base a las instrucciones de balanceo comandadas
durante dicho periodo de tiempo.
19. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque dicho medio
(18) de gestión de colisiones está adaptado para detectar una
colisión que se avecina en base a las instrucciones de inclinación
longitudinal comandadas durante dicho periodo de tiempo.
20. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque dicho medio
(18) de gestión de colisiones está adaptado para registrar los
movimientos de la palanca de mando y detectar una colisión que se
avecina en base a los movimientos de la palanca de mando registrados
durante dicho periodo de tiempo.
21. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque dicho medio
(18) de gestión de colisiones está adaptado para adelantar la
activación del sistema automático de evitación de colisiones si la
maniobra comandada contrarresta la trayectoria de vuelo de
separación y para ignorar la maniobra comandada si soporta la
trayectoria de vuelo de separación.
22. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 21, caracterizado porque dicho medio
(18) de gestión de colisiones está adaptado para computar una
condición de evasión en base a la propia trayectoria de vuelo de
separación, a las trayectorias de vuelo de separación recibidas de
los otros aviones, y a las maniobras del propio avión comandadas
durante dicho periodo de tiempo, para activar la maniobra de
evitación si la condición de evasión se cumple.
23. El sistema de acuerdo con la reivindicación
22, caracterizado porque dicho medio (18) de gestión
colisiones está adaptado para computar una primera contribución a
dicha condición de evasión en base a las trayectorias de vuelo de
separación recibidas y a la propia trayectoria de separación, para
computar una segunda contribución a dicha segunda condición de
evasión en base a las maniobras del propio avión comandadas durante
dicho periodo de tiempo, y para determinar si se cumple o no la
condición de evasión dependiendo de si la condición de evasión está
por debajo o por encima de un valor de umbral.
24. El sistema de acuerdo con la reivindicación
23, caracterizado porque el valor de la segunda contribución
al medio (18) de gestión de colisiones depende del riesgo de
colisión.
25. El sistema de acuerdo con la cualquiera de
las reivindicaciones 23-24, caracterizado
porque dicho medio (18) de gestión de colisiones está adaptado para
la adición de todas las instrucciones de balanceo comandadas durante
dicho periodo de tiempo que contrarrestan la propia trayectoria de
vuelo de separación y para la adición de todas las instrucciones de
inclinación longitudinal comandadas durante dicho periodo de tiempo
que contrarrestan la propia trayectoria de vuelo de separación, y
sobre estas bases el cálculo del segundo término de
contribución.
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