ES2339802T3 - Dispositivo en un vehiculo en vuelo y un procedimiento para prevenir colisiones. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo en un vehículo en vuelo que comprende - un sistema de control de vuelo dispuesto para controlar el comportamiento del vehículo en vuelo en base a órdenes de aceleración, - una primera unidad de control dispuesta para proporcionar las citadas órdenes de aceleración en base a las misiones planeadas u órdenes directas al sistema de control de vuelo, - una unidad de prevención de colisiones, - una unidad de detección dispuesta para detectar si el vehículo en el aire se encuentra en un curso de colisión, que se caracteriza porque la unidad de prevención de colisiones comprende una segunda unidad de control dispuesta para alimentar directamente las órdenes de aceleración forzada al sistema de control de vuelo después de la detección de que el vehículo en vuelo se encuentra en un curso de colisión.
Description
Dispositivo en un vehículo en vuelo y un
procedimiento para prevenir colisiones.
La presente invención se refiere a un
dispositivo en un vehículo en vuelo que comprende un sistema de
control de vuelo dispuesto para controlar el comportamiento del
vehículo en vuelo en base a las órdenes de aceleración o similares,
una primera unidad de control dispuesta para proporcionar las
citadas órdenes de aceleración al sistema de control de vuelo y una
unidad de prevención de colisiones.
La presente invención se relaciona
adicionalmente con un procedimiento para evitar colisiones en un
vehículo en vuelo.
Se conocen en la técnica procedimientos para su
utilización por vehículos en vuelo para detectar cuando el vehículo
en vuelo se encuentra en un curso de colisión con otro vehículo en
vuelo. A continuación se exponen algunas de estas revelaciones
referidas a la detección de cuando el vehículo en vuelo se encuentra
en un curso de colisión con otro objeto.
El documento WO 2006/021813 desvela un
procedimiento para determinar si existe conflicto entre un vehículo
anfitrión y un vehículo intrusor.
El documento WO 1997/34276 describe un
procedimiento para detectar riesgo de colisión en un avión. El
procedimiento consiste en calcular la probabilidad de que el avión
propio se encuentre presente en sectores predeterminados en un
número de puntos seleccionados en el tiempo. Estas probabilidades
del avión propio y las probabilidades de otros objetos se utilizan
para calcular la probabilidad de que el avión propio y al menos uno
de los otros objetos se encuentren presentes en cualquiera de los
sectores simultáneamente.
El documento WO 2001/13138 describe otro
procedimiento para detectar el riesgo de colisión con al menos otro
vehículo. El procedimiento comprende los pasos de recoger
información sobre la posición de al menos el vehículo propio y de
un segundo vehículo en vuelo durante un tiempo predeterminado de
predicción, y decidir, a partir de los cursos previstos, si el
vehículo propio en vuelo está en riesgo de chocar con el otro
vehículo en vuelo. Cuando existe este tipo de riesgo, se emite un
aviso de colisión y se indica una maniobra para salir del curso de
colisión. Si la maniobra propuesta no se ejecuta, el sistema realiza
la citada maniobra.
El documento DE 43 27 706 describe una
disposición para monitorizar el espacio aéreo para un avión. Se
asegura la identificación oportuna de una posible colisión de un
avión que se encuentra en un espacio aéreo específico con otra
aeronave que es tangencial o que cruza el área de su ruta de vuelo.
La disposición analiza a tiempo las posibles colisiones o casi
accidentes en todas las variantes de vuelo y determina las
desviaciones de curso horizontal y vertical alternativas con el fin
de maniobrar la aeronave en un plazo corto. La información obtenida
se muestra, sin sobrecargar la fase de decisión del piloto.
También el documento norteamericano 6 546 338 se
refiere a la preparación de una ruta de evasión de manera que una
aeronave pueda resolver un conflicto de rutas con otra aeronave. En
general, la ruta de la evasión se prepara en dos partes, una parte
evasiva y una parte orientada a la ruta inicial de la aeronave. La
parte evasiva se prepara de manera que la aeronave amenazante tome
una trayectoria en relación con la aeronave amenazada que sea
tangencial a los bordes del ángulo en el cual la aeronave amenazante
percibe un círculo de protección trazado alrededor de la aeronave
amenazada. El radio del círculo de protección es igual a una
distancia de separación mínima admisible. Una vez que la ruta de la
evasión ha sido aceptada por la tripulación de la aeronave, un
ordenador de gestión de vuelo de la aeronave asegura de que la ruta
de evasión es seguida por el piloto automático.
El documento norteamericano 6 510 388 describe
un procedimiento para evitar la colisión entre aviones de combate,
por ejemplo, durante el entrenamiento de combate aéreo. El
procedimiento comprende el cálculo de una posible trayectoria de
maniobra de evasión para las aeronaves involucradas y la comparación
de las trayectorias de maniobra de evasión calculadas para el otro
avión con la trayectoria de la maniobra de evasión calculada para
la propia aeronave con el fin de asegurar que la trayectoria de
maniobra de evasión del vehículo en cada momento durante su lapso
calculado se encuentra a una distancia mínima estipulada
predeterminada de las trayectorias de maniobra de evasión de las
demás aeronaves. Se emite una advertencia a la persona que maniobra
el vehículo y/o se hace que el avión siga una trayectoria de
maniobra de evasión previamente calculada y almacenada para el
avión si la comparación muestra que la trayectoria de maniobra de
evasión de una aeronave en cualquier momento durante su lapso
calculado está situada a una distancia de la trayectoria de la
maniobra de evasión de cualquiera de las otras aeronaves que es
menor que la distancia mínima estipulada.
En resumen, se conocen en la técnica
procedimientos para detectar cuando una aeronave está en un curso de
colisión con otro objeto. Además, se conocen en la técnica
procedimientos para el cálculo de trayectorias de maniobras de
evasión para su uso cuando se detecta un curso de colisión. Se puede
hacer que el avión siga dichas trayectorias de maniobra de evasión,
ya sea automáticamente o bajo el control de un piloto.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una forma de ejecutar automáticamente maniobras de
evasión en un vehículo en vuelo después de la detección de un curso
de colisión con un obstáculo, en el que se minimiza el riesgo de
colisión durante la maniobra de evasión.
Esto se ha logrado de acuerdo con una
realización de la presente invención por medio de un dispositivo de
control de vuelo montado en un vehículo en vuelo. El dispositivo
está montado convenientemente, por ejemplo, en un vehículo no
tripulado (UAV), un avión de combate, o un avión comercial. El
dispositivo comprende un sistema de control de vuelo (FCS)
dispuesto para controlar el comportamiento del vehículo en vuelo por
medio de órdenes de aceleración u otras similares. La expresión
"comportamiento" en la presente memoria descriptiva se refiere
a la dirección del vehículo en vuelo. De esta manera, la expresión
"controlar el comportamiento" en general significa el control
del vehículo en vuelo con el fin de seguir una trayectoria deseada a
las velocidades deseadas. Una primera unidad de control del
dispositivo está dispuesta para proporcionar las órdenes de
aceleración al sistema de control de vuelo con el fin de controlar
el vehículo en vuelo de acuerdo con el comportamiento deseado. Una
unidad de prevención de colisiones del dispositivo comprende una
unidad de detección dispuesta para detectar si el vehículo en el
aire se encuentra en un curso de colisión y una segunda unidad de
control está dispuesta para alimentar las órdenes de aceleración
forzada al sistema de control de vuelo después de la detección de
que el vehículo en vuelo se encuentra en un curso de
colisión.
colisión.
El dispositivo proporciona un control firme de
las maniobras de evasión. Esto se debe a que no se ejecutan
cálculos de maniobra de evasión. El dispositivo está dispuesto para
formar directamente los datos de entrada al sistema de control de
vuelo en lugar de calcular en primer lugar una trayectoria de
maniobra de evasión y a continuación formar los datos de entrada al
sistema de control de vuelo en base a la trayectoria de la maniobra
de evasión calculada. El dispositivo es especialmente ventajoso
cuando el vehículo en vuelo se encuentra en un curso de colisión
con otro vehículo en vuelo.
En una realización preferida de la invención, la
unidad de detección está dispuesta para determinar una primera
distancia, al menos a un obstáculo y una segunda distancia a la cual
se estima que pasará el citado al menos un obstáculo, y para
activar la segunda unidad de control cuando la primera distancia es
menor que un primer valor predeterminado y la segunda distancia es
menor que un segundo valor predeterminado. La segunda distancia en
un ejemplo está determinada en función de la primera distancia al
obstáculo y la derivada con respecto al tiempo de la línea de
visión (\sigma).
En otra realización preferida, la unidad de
detección también está dispuesta para desactivar la segunda unidad
de control cuando la segunda distancia supera un tercer valor
predeterminado. De acuerdo con esta realización, las maniobras de
evasión pueden ser diseñadas para asegurar que la trayectoria de la
maniobra de evasión se encuentre situada a una distancia mínima
predeterminada estipulada del obstáculo. En el caso en el que el
obstáculo sea otro vehículo en vuelo, las maniobras de evasión
pueden ser diseñadas para asegurar que la trayectoria de la
maniobra de evasión se encuentra a una distancia mínima estipulada
predeterminada de las otras trayectorias de maniobras de evasión de
la otra aeronave que se encuentra en un curso de colisión con el
avión propio. Por lo tanto, el dispositivo es adecuado para su uso
en vehículos en vuelo que vuelan en territorio en aire civil.
En una realización, la segunda unidad de control
comprende una unidad de cálculo dispuesta para determinar el
producto de la velocidad de cierre (v_{c}) al obstáculo y una
derivada con respecto al tiempo de una línea de visión al obstáculo
(\sigma), y para formar las órdenes de aceleración forzadas en
base a una negación del producto determinado (v_{c} \cdot
\sigma). Se hace notar que el "rumbo" se define como la
dirección de la línea de visión con respecto al norte; como
consecuencia, la derivada con respecto al tiempo es equivalente a
la derivada con respecto al tiempo de la línea de visión. La
consecuencia de producir las órdenes de aceleración que tienen un
signo que es opuesto al signo de la velocidad de cierre (vc) y la
derivada con respecto al tiempo de la línea de visión (\sigma) es
que la derivada con respecto al tiempo de la línea de visión
(\sigma) crecerá de manera exponencial, al menos en el comienzo
de la trayectoria de maniobra, y por lo tanto la línea de visión es
"desestimada" con el fin de evitar una colisión. Si el vehículo
propio en vuelo y el obstáculo (en este ejemplo, otro vehículo en
vuelo) proporcionan órdenes al sistema de control de vuelo de
acuerdo con esta realización, ambos vehículos (después de un
transitorio inicial) realizarán una maniobra de evasión en la misma
dirección (es decir, ambos a la derecha o ambos a la izquierda). Si
la maniobra de evasión se realiza en la dirección de altura, un
vehículo hará una maniobra de evasión hacia arriba y el otro
vehículo hará la maniobra de evasión hacia abajo. Si el otro
vehículo es pasivo, la provisión de las órdenes de aceleración
forzada al sistema de control de vuelo del vehículo solamente al
vehículo propio en vuelo hará que se evite la colisión. Además, si
el otro vehículo hace una maniobra de evasión en base a otras
reglas, la provisión de las órdenes de aceleración forzada al
sistema de control de vuelo del vehículo propio en vuelo todavía
hará que se evite la colisión.
En una realización preferida, la unidad de
cálculo está dispuesta para formar las órdenes de aceleración en
base a la ecuación a_{y} = - k\cdotv_{c}\cdot\sigma, en la
que ay es la aceleración en una dirección perpendicular a la
dirección de desplazamiento y k es una constante positiva.
La constante k en una realización se encuentra
dentro del rango de 1 a 6, por ejemplo, dentro del rango de 2 a 4,
tal como aproximadamente 3.
En todavía otra realización preferida, la
segunda unidad de control incluye una unidad de precálculo dispuesta
para comparar la derivada con respecto al tiempo de la línea de
visión (\sigma) o una equivalencia de la misma con un valor
umbral, y si se supera el valor umbral, la unidad de precálculo está
dispuesta para activar la unidad de cálculo y si no se supera, la
unidad de precálculo está dispuesta para alimentar una orden de
aceleración forzada predeterminada al sistema de control de vuelo.
Esto es ventajoso, puesto que proporciona órdenes de aceleración de
acuerdo con la ecuación a_{y} = - k\cdot v_{c}\cdot\sigma,
y con muy pequeños valores de inicio para la derivada con respecto
al tiempo de la línea de visión (\sigma) habrá un retraso antes
de que la derivada con respecto al tiempo (\sigma) ejecute la
curva exponencial característica. Al proporcionar un mayor valor de
inicio para la derivada con respecto al tiempo (\sigma), la
derivada con respecto al tiempo (\sigma) se ejecutará
inmediatamente de acuerdo con una curva exponencial característica,
por lo que la maniobra de evasión se iniciará inmediatamente.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, un procedimiento para evitar colisiones en un vehículo
en vuelo comprende las etapas de detectar si el vehículo en vuelo se
encuentra en un curso de colisión, la formación de órdenes de
aceleración forzada en base a una relación entre la aeronave y un
obstáculo, y proporcionar las citadas órdenes de aceleración
forzada a un sistema de control de vuelo del vehículo en vuelo
después de detectar que el vehículo en vuelo se encuentra en un
curso de colisión con el citado obstáculo con el fin de evitar la
colisión.
La figura 1 muestra un esquema de bloque lógico
de un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con un ejemplo
de la presente invención.
La Figura 2 muestra esquemáticamente el vehículo
en vuelo de la figura 1, otro vehículo en vuelo, y la relación
entre ellos.
La figura 3 muestra esquemáticamente una gráfica
que representa un número de curvas ejemplares de la dependencia con
respecto al tiempo de la derivada con respecto al tiempo
característica de la línea de visión (\sigma).
La figura 4 se muestra un diagrama de flujo de
un procedimiento de prevención de colisiones de acuerdo con un
ejemplo de la presente invención.
El esquema de bloque lógico en la figura muestra
un dispositivo 1 de control de vuelo montado en un vehículo en
vuelo. Las unidades funcionales descritas en la presente memoria
descriptiva son, por lo tanto, unidades lógicas; en la práctica, al
menos algunas de las unidades son implementadas preferiblemente en
una unidad física común.
El vehículo en vuelo en el ejemplo que se
explica en la presente memoria descriptiva, es un vehículo en vuelo
no tripulado (UAV). Sin embargo, el dispositivo es adecuado para ser
montado también en otros tipos de vehículos en vuelo, tales como
aviones de combate o aviones comerciales.
El dispositivo 1 de la figura 1 comprende un
sistema de control de vuelo (FCS) 2 dispuesto para controlar el
comportamiento de los vehículos en vuelo no tripulados en base a
órdenes de aceleración al citado sistema de control de vuelo 2. Una
primera unidad de control 3 del dispositivo 1 está dispuesta para
proporcionar las órdenes de aceleración al sistema de control de
vuelo 2 para controlar el UAV de acuerdo con el comportamiento
deseado. En el ejemplo que se muestra, un ordenador de a bordo 4
está cargado de información con respecto a una misión planeada. De
esta manera, el comportamiento de los UAV está definido por la
misión planeada. Una o una pluralidad de misiones se precargan en
un ejemplo en la memoria del ordenador de a bordo. En el caso en el
que una pluralidad de las misiones está precargada en la memoria, la
información de selección puede ser introducida por medio de una
interfaz (no mostrada) con el fin de seleccionar una misión. La
interfaz es, por ejemplo, un receptor de radio, un teclado o una
pantalla táctil. El ordenador de a bordo 4, en un ejemplo que no se
muestra, es sustituido por órdenes directas. Las órdenes directas,
en el caso en el que el vehículo en vuelo sea un UAV, son
proporcionadas por un enlace desde el control en tierra. En un caso
alternativo en el que el vehículo está tripulado, las órdenes
directas se le pueden proporcionar al piloto. La primera unidad de
control 3 está dispuesta para proporcionar las órdenes de
aceleración al sistema de control de vuelo 2 en base a la
información de comportamiento del ordenador de a bordo 4 y en base a
la información sobre el estado actual del UAV. La información
relativa a los estados actuales se proporciona por medio de equipos
de sensores 5 montados en el UAV. El equipo sensor 5 incluye, por
ejemplo, un sistema de navegación inercial, un equipo de radar, un
telémetro de láser (LRF), un transpondedor, un receptor GPS, un
receptor de radio, etc.
El dispositivo 1 también comprende una unidad de
prevención de colisiones que comprende una unidad de detección 6,
una segunda unidad de control 7 y un selector 8. La unidad de
detección 6 está dispuesta para detectar si el UAV se encuentra en
un curso de colisión con un obstáculo. El obstáculo es, por ejemplo,
otro vehículo en vuelo o el suelo. La descripción en la presente
memoria descriptiva y a continuación se relacionará al ejemplo con
otro
vehículo.
vehículo.
La unidad de detección 6 está dispuesta para
determinar una primera distancia (d_{1}) al otro vehículo en
vuelo. Esta primera distancia (d_{1}) se determina mediante la
determinación de la diferencia entre la posición del UAV y el otro
vehículo. Todos o algunos de los sensores en el equipo de sensores 5
conectado operativamente a la primera unidad de control 3 están
conectados también operativamente a la unidad de detección 6. La
información de la posición del UAV, por ejemplo, es proporcionada
por un sensor en forma de receptor GPS instalado en el UAV. La
información de posición del otro vehículo en vuelo es recibida, por
ejemplo, por medio de un sensor en forma de receptor de radio
dispuesto para recibir información de un transpondedor en el otro
vehículo. La información relativa a la posición del otro vehículo
también puede ser proporcionada por un dispositivo de sensores
dispuesto para realizar las mediciones en el otro vehículo, por
ejemplo, por medio de un equipo de radar o por un telémetro de
láser (LRF).
La unidad de detección 6 también está dispuesta
para determinar una segunda distancia (d_{2}), a la cual se
dispone que se pase al otro vehículo en vuelo. Esta segunda
distancia (d_{2}) puede ser descrita por la siguiente
función.
d_{2} =
f(d_{1},\sigma)
En la figura 2, se indican la primera distancia
d_{1} entre el UAV 11 y el otro vehículo en vuelo 12 y la segunda
distancia d_{2} a la cual se dispone que se pase al otro vehículo
en vuelo 12 si ambos el UAV 11 y el otro vehículo 12 siguen en sus
trayectorias en un curso. Un ángulo \sigma entre el norte y una
línea entre el UAV 11 y el otro vehículo en vuelo 12 representa el
curso. La derivada con respecto al tiempo del curso es igual a la
derivada con respecto al tiempo de la línea de visión \sigma.
En un ejemplo, el equipo de sensores comprende
un sensor en forma de un sistema de navegación inercial. El sistema
de navegación inercial se dispone para proporcionar información
relativa a la derivada con respecto al tiempo de la línea de visión
(\sigma) al otro objeto 12. La segunda distancia d_{2} a la cual
se dispone que pase el otro vehículo en vuelo 12 se puede definir
entonces como
d_{2}
\approx \frac{d_{1}{}^{2}}{v} \cdot
\sigma,
donde v representa la magnitud de
la velocidad relativa entre los vehículos. En otro ejemplo, en el
cual el equipo de sensores 5 no está dispuesto para proporcionar
directamente la derivada con respecto al tiempo de la línea de
visión (\sigma), la unidad de detección 6 se puede disponer para
el cálculo de la citada derivada con respecto al tiempo (\sigma).
La unidad de detección 6 se puede disponer para calcular las
velocidades vobstáculo del otro vehículo en base a una información
de posición continua actualizada con el tiempo marcado de posición
del otro vehículo en vuelo. La unidad de detección 6 se pueden
disponer además para determinar el ángulo \alpha entre un vector
v_{UAV} de velocidad del UAV y una línea entre el UAV 11 y el
otro vehículo en vuelo 12. La derivada con respecto al tiempo de la
línea de visión se puede escribir
como
\sigma =
\frac{v_{uav}}{d_{1}} \times sen \alpha -
\frac{v_{obstaculo1}}{d_{1}}
donde v_{obstáculo} representa el
componente de la velocidad del otro vehículo perpendicular a la
línea de
visión.
d_{2} se puede calcular entonces utilizando el
valor calculado para \sigma en la ecuación anterior.
Cuando la primera distancia (d_{1}) es
inferior a un primer valor predeterminado v_{1} y la segunda
distancia (d_{2}) es inferior a un segundo valor predeterminado
v_{2}, la unidad de detección 6 está dispuesta para alimentar una
señal de selección al selector 8 con el fin de llevar el selector 8
a un segundo modo de operación, en el que las órdenes de
aceleración de la segunda unidad de control se alimentan al sistema
de control de vuelo 2. Los valores predeterminados primero y
segundo v_{1}, v_{2} se eligen preferentemente de tal manera
que se inicia una maniobra de evasión cuando exista un riesgo de que
la distancia mínima estipulada al otro vehículo no se puede
mantener.
La unidad de detección 6 está dispuesta además
para actualizar continuamente la determinación de la segunda
distancia (d_{2}), mientras el selector 8 trabaja en el segundo
modo de operación. Cuando la segunda distancia (d_{2}) supera un
tercer valor predeterminado v_{3}, la unidad de detección 6 se
encuentra dispuesta para alimentar una señal de selección al
selector 8 con el fin de llevar el selector a un primer modo de
operación, en el que las órdenes de aceleración desde la primera
unidad de control 3 se alimentan al sistema de control de vuelo 2.
El tercer valor predeterminado v_{3} es elegido preferentemente de
tal manera que se asegura que la maniobra de evasión del UAV se
encuentra situada a una distancia mínima estipulada del otro
vehículo en vuelo (de su maniobra de evasión).
Cuando se detecta que el UAV se encuentra en un
curso de colisión, la unidad de detección 6 se dispone para
proporcionar una señal de activación a la segunda unidad de control
7. La segunda unidad de control 7 comprende una unidad de
precálculo 9 dispuesta para comparar la derivada con respecto al
tiempo de la línea de visión (\sigma) con un valor umbral. Como
se ha mencionado más arriba, por ejemplo, un sensor en forma de un
sistema de navegación inercial proporciona mediciones de la
derivada con respecto al tiempo de la línea de visión (\sigma).
Alternativamente, la derivada con respecto al tiempo de la línea de
visión (\sigma) se calcula en base a una relación conocida entre
el UAV y el otro vehículo en vuelo, como se ha descrito más arriba
con referencia a la figura 2. Si la derivada con respecto al tiempo
de la línea de visión (\sigma) no supera el valor umbral, se
alimenta una orden de aceleración forzada predeterminada al sistema
de control de vuelo. Por otra parte, si la derivada con respecto al
tiempo de la línea de visión (\sigma) es superior al valor
umbral, la unidad de cálculo 10 de la segunda unidad de control 7
está dispuesta para formar las órdenes de aceleración forzada.
La unidad de cálculo 10 de la segunda unidad de
control 7 está dispuesta para formar continuamente las órdenes de
aceleración para el sistema de control de vuelo basado en la
ecuación
a_{y} =
-k\cdot
v_{c}\cdot\sigma,
en donde a_{y} es la aceleración
en una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento, k
es una constante positiva y vc es una velocidad de cierre al
vehículo en vuelo. La constante k se encuentra en un ejemplo dentro
del rango de 1 a 6, en otro ejemplo en el rango de 2 a 4 y todavía
en otro ejemplo, la constante k es aproximadamente 3. La velocidad
v_{c} de cierre es igual a la derivada con respecto al tiempo de
la primera distancia d_{1}. El cálculo de la derivada con respecto
al tiempo de la línea de visión (\sigma) ha sido descrito
previamente.
Existe en la actualidad sistemas de control de
vuelo que controlan el comportamiento de los vehículos en vuelo en
los cuales se encuentran montados, sobre la base de este tipo de
órdenes de aceleración que controlan la aceleración perpendicular a
la dirección de desplazamiento. Sin embargo, este es un ejemplo no
limitativo; en otro ejemplo, el sistema de control de vuelo se
controla en base a órdenes de aceleración que no son perpendiculares
a la dirección de desplazamiento.
En la figura 3, las curvas a, b, c describen la
variación con el tiempo de la derivada con respecto al tiempo de la
línea de visión (\sigma) cuando el sistema de control de vuelo se
controla de acuerdo con la ley de control a_{y} = -
k\cdotv_{c}.\sigma Las curvas se incrementan exponencialmente,
al menos en el comienzo de las maniobras de evasión. En la figura
se observa que la inclinación de la curva de crecimiento
exponencial difiere dependiendo del valor inicial de la derivada con
respecto al tiempo de la línea de visión (\sigma). Cuando el
valor de partida de la derivada con respecto al tiempo de la línea
de visión (\sigma) es pequeño, o cercano a cero, la inclinación
de la curva de crecimiento exponencial es inicialmente muy pequeña.
Esto puede retrasar el inicio de una maniobra de evasión. La
inclusión de la unidad de precálculo 9 en la segunda unidad de
control 7 lleva la derivada con respecto al tiempo de la línea de
visión (\sigma) a una curva que está incrementándose
inmediatamente de forma exponencial y por lo tanto la maniobra de
evasión se inicia inmediatamente.
En la figura 4, un procedimiento para evitar
colisiones en un vehículo en vuelo comprende una primera etapa 13
para determinar una primera distancia al menos a un obstáculo, tal
como otro vehículo en vuelo. En una segunda etapa 14, se determina
una segunda distancia a la se estima que se pasará al otro vehículo
en vuelo. En una tercera etapa 15 se determina si el vehículo en
vuelo se encuentra en un curso de colisión con otro vehículo
determinando si la primera distancia determinada es inferior a un
primer valor predeterminado y si la segunda distancia determinada
es menor que un segundo valor predeterminado. Si la primera
distancia no es menor que el primer valor predeterminado y/o la
segunda distancia no es menor que el segundo valor predeterminado,
se establece que los vehículos no se encuentran en un curso de
colisión y el procedimiento salta a la primera etapa 13. Por otro
lado, si la primera distancia es menor que el primer valor
predeterminado y al mismo tiempo la segunda distancia es menor que
el segundo valor predeterminado, se establece que los vehículos se
encuentran en un curso de colisión. A continuación, en una cuarta
etapa 16, una derivada con respecto al tiempo de una línea de
visión (\sigma) a otro vehículo se compara con un valor umbral. Si
la comparación muestra que el valor umbral no se ha excedido, en
una quinta etapa 17a se forma una orden de aceleración forzada en
una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento del
UAV una orden de aceleración que tiene una magnitud predeterminada
adet y un signo opuesto al signo de la derivada con respecto al
tiempo de una línea de visión (\sigma). Si la comparación muestra
que el valor umbral ha sido superado, en una quinta etapa 17b, se
forma una orden de aceleración forzada en una dirección
perpendicular a la dirección de desplazamiento del UAV que está
formada por la ecuación a_{y} = -k\cdotv_{c} \sigma.
\alpha_{y}. \alpha_{y} es, como se ha mencionado, una
aceleración en una dirección perpendicular a la dirección de
desplazamiento, k es una constante positiva y vc es una velocidad
de cierre al otro vehículo.
En una sexta etapa 18, la orden de aceleración
formada en cualquiera de las alternativas de la quinta etapa 17a,
17b se alimenta a un sistema de control de vuelo del vehículo en
vuelo. En una séptima etapa, la segunda distancia se determina de
nuevo y se compara con un tercer valor predeterminado. Si el tercer
valor predeterminado ha sido superado, se determina que no hay un
riesgo de colisión. En consecuencia, ya no es adecuado proporcionar
órdenes de aceleración forzada al sistema de control de vuelo. Por
lo tanto, el procedimiento termina y, preferentemente, se puede
reiniciar desde la primera etapa en relación con otro obstáculo. Sin
embargo, si el tercer valor predeterminado no ha sido superado, se
determina que todavía existe un riesgo de colisión, y, como
consecuencia, la maniobra de evasión de colisión continuará. A
continuación el procedimiento salta a la cuarta etapa 16, en la
cual se determina de acuerdo a cual versión de la quinta etapa 17a,
17b se determinará la orden de aceleración.
Claims (17)
-
\global\parskip0.960000\baselineskip
1. Un dispositivo en un vehículo en vuelo que comprende- -
- un sistema de control de vuelo dispuesto para controlar el comportamiento del vehículo en vuelo en base a órdenes de aceleración,
- -
- una primera unidad de control dispuesta para proporcionar las citadas órdenes de aceleración en base a las misiones planeadas u órdenes directas al sistema de control de vuelo,
- -
- una unidad de prevención de colisiones,
- -
- una unidad de detección dispuesta para detectar si el vehículo en el aire se encuentra en un curso de colisión,
que se caracteriza porque la unidad de prevención de colisiones comprende una segunda unidad de control dispuesta para alimentar directamente las órdenes de aceleración forzada al sistema de control de vuelo después de la detección de que el vehículo en vuelo se encuentra en un curso de colisión. - 2. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la unidad de detección está dispuesta para determinar una primera distancia a al menos un obstáculo y una segunda distancia a la cual se estima que pase el citado al menos un obstáculo, y para activar la segunda unidad de control cuando la primera distancia es inferior a un primer valor predeterminado y la segunda distancia es inferior a un segundo valor predeterminado.
- 3. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque la unidad de detección está dispuesta para desactivar la segunda unidad de control cuando la segunda distancia superior a un tercer valor predeterminado.
- 4. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la segunda unidad de control comprende una unidad de cálculo dispuesta para
- -
- determinar el producto de la velocidad de cierre (vc) al obstáculo y una derivada con respecto al tiempo de una línea de visión al obstáculo (\sigma), y
- -
- formar las órdenes de aceleración forzada en base a una negación del producto determinado (vc \cdot \sigma).
- 5. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 4, que se caracteriza porque la unidad de cálculo está dispuesta para formar las órdenes de aceleración en base a la ecuación ay = - k\cdotvc\cdot\sigma, en la que ay es la aceleración en una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento y k es una constante positiva.
- 6. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 5, que se caracteriza porque la constante k se encuentra dentro del rango de 1 a 6.
- 7. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 6, que se caracteriza porque la constante k se encuentra dentro del rango de 2 a 4.
- 8. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 7, que se caracteriza porque la constante k es de aproximadamente 3.
- 9. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 4, que se caracteriza porque la segunda unidad de control comprende una unidad de precálculo dispuesta para comparar la derivada con respecto al tiempo de la línea de visión (\sigma) o una equivalente de la misma con un valor umbral, y si se supera el valor umbral, activar la unidad de cálculo y si no se supera, alimentar una orden de aceleración forzada predeterminada al sistema de control de vuelo.
- 10. Un dispositivo en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 4, que se caracteriza porque la segunda distancia se determina como una función de la distancia al obstáculo y la derivada con respecto al tiempo de la línea de visión (\sigma).
- 11. Un procedimiento para evitar colisiones en un vehículo en el aire que comprende las etapas de:
- -
- detectar si el vehículo en el aire se encuentra en un curso de colisión,
- -
- formar las órdenes de aceleración forzada en base a una relación entre el vehículo en vuelo y un obstáculo,
- -
- proporcionar directamente las órdenes de aceleración forzada a un sistema de control de vuelo del vehículo en vuelo después de la detección de que el vehículo en vuelo se encuentra en un curso de colisión con el citado obstáculo con el fin de evitar la colisión.
- 12. Un procedimiento para evitar colisiones en el aire en un vehículo de acuerdo con la reivindicación 11,que se caracteriza porque la etapa de detectar si el vehículo en el aire se encuentra en un curso de colisión, comprende las etapas de
- -
- determinar una primera distancia al citado obstáculo,
- -
- determinar una segunda distancia a la que la que se estima que pasa el citado obstáculo, y
- -
- establecer que el vehículo en vuelo se encuentra en un curso de colisión si la primera distancia es menor que un primer valor predeterminado y la segunda distancia es inferior a un segundo valor predeterminado.
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- 13. Un procedimiento para evitar colisiones en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 12,que se caracteriza por
- -
- determinar de manera continua la segunda distancia durante la etapa de proporcionar las órdenes de aceleración forzada, y
- -
- finalizar la etapa de proporcionar órdenes de aceleración forzada al sistema de control de vuelo cuando la segunda distancia supera un tercer valor predeterminado.
- 14. Un procedimiento para evitar colisiones en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 12, que se caracteriza porque la segunda distancia se determina en función de la distancia al obstáculo y la derivada con respecto al tiempo de la línea de visión (\sigma).
- 15. Un procedimiento para evitar colisiones en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 11,que se caracteriza porque la etapa de proporcionar las órdenes de aceleración forzada al sistema de control de vuelo comprende las etapas de
- -
- determinar el producto de la velocidad de cierre (vc) al obstáculo y una derivada con respecto al tiempo de una línea de visión al obstáculo (\sigma), y
- -
- formar las órdenes de aceleración forzada en base a una negación del producto determinado (vc \cdot \sigma).
- 16. Un procedimiento para evitar colisiones en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 15,que se caracteriza porque las órdenes de aceleración se forman a partir de la ecuación a_{y} = - k\cdotv_{c} \cdot\sigma, en la que a_{y} es la aceleración en una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento y k es una constante positiva.
- 17. Un procedimiento para evitar colisiones en un vehículo en vuelo de acuerdo con la reivindicación 11,que se caracteriza por la etapa de comparar una derivada con respecto al tiempo de una línea de visión (\sigma) o una equivalente de la misma con un valor umbral, y si la comparación indica que el valor umbral se ha superado, la etapa de proporcionar las órdenes de aceleración forzada a un sistema de control de vuelo comprende las etapas de:
- -
- determinar el producto de la velocidad de cierre (vc) con el obstáculo y una derivada con respecto al tiempo de una línea de visión al obstáculo (\sigma), y
- -
- formar las órdenes de aceleración forzada en base a una negación del producto determinado (v_{c} \cdot \sigma),
y si la comparación indica que el valor umbral no se ha supera, la etapa de proporcionar las órdenes de aceleración forzada al sistema de control de vuelo implica la formación de órdenes de aceleración forzada de una magnitud predeterminada.
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