ES2360471T3 - Sistema y método para la identificación de maniobras para un vehículo en situaciones de conflicto. - Google Patents

Abstract

Un método de identificación de maniobras para un vehículo (200) en situaciones de conflicto entre el vehículo y por lo menos otro objeto (202), el método comprende: para determinadas condiciones de vehículo y objeto, calcular una pluralidad de puntos de elusión en los que el vehículo (200) eludirá un impacto con el por lo menos otro objeto (202) por un intervalo de distancias de elusión; representar los puntos de elusión de tal manera que una pluralidad de puntos de elusión en los que el vehículo (200) eludiría el impacto por una determinada distancia de elusión indicativa de un determinado grado de conflicto es visualmente distinguible de otros puntos de elusión en los que el vehículo (200) eludiría el impacto por distancias de elusión mayores indicativas de un menor grado de conflicto, en cuyo caso la representación indica distintos grados de conflicto potencial para presentar con ello en una representación de visión direccional (212, 214) una serie de maniobras disponibles para el vehículo (200) de acuerdo con distintos grados de conflicto.

Description

Ámbito de la invención

Las realizaciones de la presente invención se dirigen a un sistema y método para la identificación de maniobras para

5 un vehículo en situaciones de conflicto. Las realizaciones de la presente invención tienen aplicación en particular pero no exclusiva a un sistema de representación de aeronaves para eludir colisiones entre aviones en el aire, o por el contrario para interceptar una amenaza en el aire. Además, se apreciará que las realizaciones de la invención también pueden utilizarse en buques marinos con fines similares.

Tal como se utiliza en esta memoria la expresión "vehículo" no se limita a los vehículos convencionales, tales como 10 aviones, barcos, coches, etc., sino que también incluye a los vehículos sin ocupantes.

Tal como se utiliza en esta memoria la expresión "situación de conflicto" se debe tomar en un sentido amplio y se refiere a una situación en la que el vehículo puede entrar en conflicto con otro objeto en el sentido de que haya un impacto o una elusión cercana o próxima entre el vehículo y el otro objeto. La expresión incluye pero no se limita a un impacto por parte del vehículo, elusión cercana y la interceptación de amenaza.

15 Tal como se utiliza en esta memoria la expresión "condición" se refiere a diversos parámetros asociados con un vehículo o un objeto. Estos incluyen, pero no se limitan a, la posición (incluyendo la altitud), orientación, rumbo, velocidad, aceleración, etc.

Antecedentes de la invención

Se conocen sistemas anti-colisión en vehículos. Los sistemas que se utilizan actualmente emplean visualizaciones

20 de la propia región del vehículo que son derivados de los sistemas basados en sensores la inercia, radar y sonar, y proporcionan una representación visual de la existencia de otro vehículo. Tales sistemas proporcionan información limitada sobre la forma de cómo alejarse de cualquier posible conflicto.

Un ejemplo de un sistema utilizado actualmente en las aeronaves es el Sistema de Alerta de Tráfico y Evasión de Colisión (TCASII: Traffic Alert and Collision Avoidance System). Cuando una segunda aeronave, conocida como el

25 intruso, se detecta en el sistema de a bordo de la primera aeronave, una señal de alerta se transmite a la tripulación de cabina. Esto se conoce como una señal de asesoramiento de tráfico. Entonces, el sistema emite una instrucción audible y visual para que el piloto ascienda o descienda. Esto se conoce como una señal de asesoramiento de resolución.

Una señal de asesoramiento de tráfico similar es recibida por la tripulación de la segunda aeronave si está equipada.

30 Sin embargo, la instrucción de asesoramiento de resolución recibida en la segunda aeronave (si está equipada) es la opuesta a la dada a la primera aeronave. El sistema por lo tanto proporciona una sugerencia de maniobra (ya sea ascender o descender) a las dos aeronaves para eludir una colisión. Aunque hay una representación en cabina para el sistema, es muy críptica y podría no identificar visualmente a una segunda aeronave en la región del conflicto.

Como se mencionó anteriormente, TCASII proporciona sólo una opción para ascender o descender al piloto para

35 eludir el conflicto. El piloto no recibe instrucciones de giros ni cambios de velocidad. Además, el sistema TCASII no puede manejar de manera adecuada múltiples aeronaves en una zona de colisión potencial.

Otro sistema de la técnica anterior para la identificación de conflictos es la representación de radar aire-aire. Tal representación se utiliza generalmente en aeronaves de combate y no se implementa en vehículos civiles. La Figura 1 muestra las principales características de la representación que se utiliza principalmente para apuntar a aviones

40 enemigos en combate aire-aire (Figura de referencia: Shaw, R.L., (1988) Combate de cazas (Figther Combat): El arte y la ciencia del combate aire-aire (The Art and Science of Air-to-Air Combat), Patrick Stephens Limited). Cuando un objetivo está fuera de alcance, la representación simplemente dirige a la aeronave, o la aeronave propia/embarcación propia, en un curso de colisión con el objetivo. El piloto puede conseguir la dirección deseada dirigiendo el punto 100 con el fin de colocarlo en el centro de la representación.

45 La representación de la Figura 1 es esencialmente una proyección del rectángulo frontal de las direcciones escaneadas por los sensores de la propia embarcación, tales como un radar. De este modo, una dirección en 3D se convierte en un punto en 2D en la representación. La línea de visión directa (LOS: Line of Sight) 102 del objetivo se convierte en un punto, que en este caso está representado por un cuadrado para diferenciarlo de otros símbolos representados al piloto. El círculo 104 de error de dirección permitido (ASE: Allowed Steering Error) indica un

50 intervalo de posibles direcciones de lanzamiento. Es decir, cuando el punto de dirección 100 se encuentra dentro del círculo 104, el lanzamiento puede tener éxito. La representación puede contener otras informaciones como el tiempo y la distancia hasta el punto de interceptación (no se muestra). Se apreciará que esta representación también puede actuar como un sistema para eludir colisiones, en el que el piloto simplemente dirige la propia embarcación alejándola del objetivo.

Un sistema adicional de la técnica anterior se describe en la patente de EE.UU. nº. 6.970.104 de Knecht y Smith. Aquí, la información de vuelo se utiliza para calcular una región de conflicto dentro de una región accesible de la propia embarcación. La representación ofrece al piloto una representación tridimensional artificial (orientación, velocidad y altitud) de una región de conflicto. La representación no muestra posiciones tridimensionales relativas a

5 la propia embarcación, y muestra sólo un espacio de maniobra en relación con la región de conflicto. Es decir, el piloto debe identificar una región alejada de la región del conflicto, calcular la orientación, la velocidad y la altitud necesarias a partir de la representación, a continuación, maniobrar la propia embarcación de acuerdo con estos cálculos.

La región de conflicto de Knecht y Smith se calcula a partir de supuestos acerca de cómo ambas aeronaves podrían

10 girar, ascender, descender, acelerar o frenar. De este modo, su región de conflicto requiere a la vez suposiciones cuestionables y un procesamiento considerable de datos, en lugar de información incontrovertible y la representación de los datos directamente significativos.

Además, el piloto no está informado del nivel de peligro asociado con la orientación, la velocidad y la altitud elegidas.

El piloto podría estar colocando la propia aeronave en una situación de conflicto futuro, si la región del conflicto está 15 justo más allá del horizonte de tiempo elegido (mirando hacia adelante unos minutos) y por lo tanto no se visualiza.

El documento US 2004/143393 describe una representación tridimensional en la que se visualizan las regiones de conflicto (CR). Las regiones fuera de las regiones de conflicto se definen como espacio de maniobra. Según este documento, el piloto es aconsejado sobre el cambio de la trayectoria del vehículo para que pase las regiones de conflicto tan cerca como sea posible, con el fin de tener la más mínima oportunidad como sea posible de maniobra.

20 Por lo tanto, todos los puntos fuera de las regiones de conflicto son puntos perdidos y reciben el atributo del mismo grado de conflicto potencial, mientras que los puntos dentro de las regiones de conflicto también reciben el atributo del mismo grado de conflicto.

Por lo tanto, es necesario proporcionar una representación para un vehículo para informar de inmediato al piloto del vehículo de una situación de conflicto potencial, y proporcionar una indicación en cuanto al nivel de peligro inherente

25 de las maniobras potenciales del vehículo.

Resumen de la invención

Las realizaciones de la presente invención tienen por objeto ayudar a proporcionar una alternativa a los sistemas y los métodos conocidos para la identificación de las maniobras deseables de vehículos en situaciones de conflicto.

Los aspectos de la invención se proporcionan en las reivindicaciones que se acompañan.

30 En términos generales, una realización de la presente invención se refiere a un sistema y un método para la identificación de las maniobras de un vehículo en situaciones de conflicto entre el vehículo y por lo menos otro objeto. Se calcula una pluralidad de puntos de elusión para condiciones del vehículo y el objeto en las que el vehículo eludirá un impacto con el por lo menos otro objeto en una serie de distancias de elusión.

Los puntos de elusión se representan de tal manera que una pluralidad de puntos de elusión en los que el vehículo

35 eludiría el impacto por una determinada distancia de elusión indicativa de un determinado grado de conflicto son visualmente distinguibles de otros puntos de elusión en los que el vehículo eludiría el impacto por distancias de elusión mayores indicativas de un menor grado de conflicto. La representación resultante indica distintos grados de conflicto potencial para presentar en una representación de visión direccional una serie de maniobras disponibles para el vehículo de acuerdo con distintos grados de conflicto.

40 Una realización de las pluralidades visualmente distinguibles de puntos de elusión se caracteriza por asignaciones isométricas, y preferiblemente bandas de colores. De acuerdo con otra realización de la invención, la representación de visión direccional es una representación monocroma, o, preferiblemente, una representación a color.

En términos generales, una realización adicional de la invención se extiende para calcular condiciones de otro vehículo y objeto con lo cual se actualiza el alcance representado de maniobras disponibles, de acuerdo con los

45 cambios en las condiciones del vehículo y el otro objeto. En una realización adicional, se calcula la ubicación de por lo menos un punto de colisión en la que el vehículo impactará al otro objeto para unas condiciones determinadas de vehículo y de objeto. El por lo menos un punto de colisión se representa a continuación en la representación de visión direccional.

En términos generales, otra realización de la invención se refiere a un método y un sistema para eludir una colisión 50 en el aire entre dos aeronaves.

En una realización adicional de la invención, se describe un sistema de navegación para un buque.

En términos generales, otra realización de la presente invención se refiere a un método para interceptar un objeto en movimiento.

En una realización adicional, la presente invención se refiere a la lógica integrada en un medio legible por ordenador para implementar los sistemas y métodos mencionados anteriormente.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un sistema de representación de la técnica anterior utilizado principalmente en combate aire-aire. Las 5 Figuras 2a y 2b representan una situación de conflicto potencial en relación con dos aeronaves.

Las Figuras 2c y 2d muestran una representación de acuerdo con una realización de la presente invención de la situación de conflicto potencial de las Figuras 2a y 2b.

Las Figuras 3a 3b representan la situación de conflicto de las Figuras 2a a 2d después de que ha transcurrido una cierta cantidad de tiempo y la situación de conflicto potencial entre las dos aeronaves está más cerca.

10 Las Figuras 3c y 3d muestran una representación de acuerdo con una realización de la presente invención de la situación de conflicto potencial de las Figuras 3a y 3b.

La Figura 4 es una representación alternativa de la situación de conflicto potencial representada en las Figuras 3a y 3b.

Las Figuras 5a a 5c muestran una representación monocromática de acuerdo con una realización de la presente 15 invención.

La Figura 6 es una representación alternativa de acuerdo con una realización de la presente invención.

Las Figuras 7a y 7b muestran vectores de geometría para la distancia de elusión de acuerdo con una realización de la presente invención.

Las Figuras 8a y 8b muestran vectores de geometría de colisión de acuerdo con una realización de la presente 20 invención.

La Figura 9 muestra las proyecciones de colisión de los curvas de nivel y los puntos de colisión, de acuerdo con una realización de la presente invención.

Las Figuras 10a a 10d muestran proyecciones adicionales de curvas de nivel y puntos de colisión calculados de acuerdo con una realización de la presente invención.

25 Descripción detallada de realizaciones de la invención

Pasando ahora a una descripción más detallada de las realizaciones de la presente invención, las Figuras 2a y 2b muestran dos aeronaves (aeronave propia 200, intruso 202) acercándose a una situación de conflicto potencial. La Figura 2c muestra una representación en cabina preferida de acuerdo con una realización de la presente invención, con referencia a la situación que se muestra en la Figura 2a.

30 La situación de ejemplo que se muestra en las Figuras 2a y 2b, tiene los siguientes parámetros:

•

velocidad de aeronave propia 439 km/h (400 ft/s); y

•

velocidad de intruso 856 km/h (780 ft/s);

Ambas aeronaves 200, 202 están volando a nivel y la aeronave propia 200 está 61 m (200 pies) más alta que el intruso 202. Hay otro tráfico por debajo (no se muestra) que impide un descenso de cualquiera de las aeronaves.

35 La vista en planta superior de la Figura 2a muestra una escena en perspectiva. Las líneas discontinuas 204 y 206 muestran la dirección del vector de velocidad actual de la aeronave propia 200 y el intruso 202, respectivamente. Las líneas continuas 208 y 210 que emanan de la aeronave propia muestran lo que daría lugar a una situación de conflicto. Estas líneas se calculan sobre la base de que ninguna aeronave cambia de velocidad y el intruso 202 continúa con su vector de velocidad actual 206.

40 Hay dos puntos de colisión porque el intruso 202 es más rápido y las dos aeronaves se acercan. Como la posición y los vectores de velocidad de la aeronave cambian con el tiempo, las direcciones cambian dinámicamente. Si el intruso 202 fuera más lento que la aeronave propia 200, habría como mucho una dirección de colisión.

La Figura 2b duplica la misma situación que se describe anteriormente, observada desde el lado.

La Figura 2c muestra un ejemplo de una representación preferida de acuerdo con una realización de la presente

45 invención. El disco de la izquierda 212 es una proyección cenital del hemisferio frontal de las direcciones alrededor de la aeronave propia, en la que el cenit está directamente por delante. El disco de la derecha 214 es el hemisferio posterior, que se incluye debido a que podría originarse una situación de conflicto por un intruso más rápido por detrás de la aeronave propia.

Los puntos de mira están alineados con los ejes del cuerpo de la aeronave propia. Es decir, el centro de la proyección frontal corresponde al eje longitudinal del cuerpo de la aeronave propia, o punto de vista del piloto al 5 frente. El centro de la proyección posterior está directamente enfrente, hacia la parte trasera de la aeronave propia.

Los ángulos radiales iguales en 3D, en relación con las direcciones centrales, se representan como distancias radiales iguales desde los centros de las proyecciones. Las circunferencias de los círculos son de 90 [gr.] desde los centros, y los dos círculos representan un anillo centrado en el piloto en un plano en ángulo recto con el eje longitudinal.

10 La LOS, dada la dirección del intruso 202 desde la propia aeronave 200, se muestra preferiblemente como un cuadrado 216. El tamaño del cuadrado indica la distancia al intruso, pero su tamaño mínimo preferiblemente es fijo. Los puntos de colisión 218 y 220 se representan preferiblemente como cruces. En relación similar con el intruso, el tamaño de los puntos de colisión 218, 220 indica la distancia a la colisión potencial. La banda que rodea los puntos de colisión define una zona de conflicto 222. Las variaciones en el sombreado dentro de la zona de conflicto son una

15 representación de la distancia de elusión, o separación mínima futura, entre la aeronave propia y el intruso para todas las direcciones hipotéticas de la aeronave propia. Es decir, las variaciones en el sombreado definen los grados de conflicto. Preferiblemente, el sombreado es un grado de colores para permitir al piloto asociar inmediatamente una distancia de elusión con un nivel de peligro.

Para explicar aún más cómo se calculan los distintos grados de conflicto, se elige una dirección hipotética para la

20 aeronave propia. Es decir, los puntos de mira se colocan teóricamente hacia una dirección deseada, con la velocidad existente. Esto se conoce como un punto de elusión. Haciendo referencia a la Figura 2c, si el intruso continuara con su vector de velocidad actual, se podría calcular una distancia de elusión hipotética (véase más adelante) en relación con el punto de elusión.

Preferiblemente, se elige un color de la leyenda 224 adecuado para esta distancia de elusión, y un píxel de la

25 representación se colorea por lo tanto en ese punto de elusión. El sombreado apropiado puede aplicarse para indicar el grado de conflicto si no hay disponible una representación a color. Si la distancia de elusión se calcula que está más allá de la gama de la leyenda 224 -que es de 5 kft en la Figura 2c -entonces el píxel o punto de elusión, se deja negro. Continuando con este algoritmo, la distancia de elusión puede calcularse para un continuo de direcciones hipotéticas de la propia aeronave, lo que tiene como resultado el grado de conflicto.

30 El diferente grado de conflicto dentro de la zona de conflicto permite al piloto evaluar de inmediato un nivel de peligro asociado a cualquier curso que pudiera tomar. Por lo tanto, si la intención es eludir los puntos de colisión, el piloto puede dirigir el vehículo con el fin de garantizar una adecuada distancia de elusión (derivada inmediatamente por el color/sombreado asociado con ese punto de elusión). Si la intención es interceptar al intruso, el piloto puede dirigir el vehículo hacia el punto de colisión, evaluando el grado de conflicto para ayudar con la dirección para la

35 interceptación.

Preferiblemente, la representación incluye información de datos 226 para ayudar al piloto. Una realización preferida de la invención como la que se muestra en la Figura 2c incluye además, pero no se limita a esto, la distancia actual del intruso junto a su símbolo, y la distancia y el tiempo a los puntos de colisión. Una indicación inmediata del grado de conflicto también se muestra preferiblemente en una representación separada 228. El tiempo y la distancia de

40 máximo acercamiento 230 también pueden mostrarse.

Aunque no se muestra, la información adicional incluye preferiblemente indicaciones visuales, tales como flechas, que representan la posición de la cruz (es decir, encima, debajo, izquierda o derecha) de la propia aeronave al pasar el intruso. Además, un valor numérico HM de la componente vertical que representa la distancia de elusión se incluye preferiblemente cuando la posición de la cruz está por encima o por debajo del intruso. Además, un valor numérico

45 WM de la componente horizontal de la distancia de elusión puede incluirse cuando la posición de la cruz está a la izquierda o a la derecha del intruso. En consecuencia, las direcciones de las flechas, y el valor de la distancia de elusión indican cómo debe dirigirse la propia aeronave para variar el grado de conflicto en función de si un conflicto debe ser evitado o el intruso debe ser interceptado.

La Figura 2d muestra otra realización de la representación y muestra una proyección Mercator de toda la esfera. La

50 situación de vuelo que se muestra aquí es la misma situación que se muestra en la Figura 2c. En relación similar a la Figura 2c, los ejes de la representación son los ejes de la propia aeronave. Ángulos iguales de azimut se representan como distancias horizontales iguales. Ángulos iguales de elevación se representan como distancias verticales iguales. El punto exactamente por encima de la propia aeronave, con respecto a sus ejes, se proyecta sobre el borde superior, por lo que las direcciones en sus proximidades se magnifican y distorsionan en gran

55 medida. Del mismo modo, el punto exactamente debajo de la propia aeronave se proyecta sobre el borde inferior. Esta proyección tiene el mérito de la continuidad de las proyecciones frontal y trasera, a excepción de un corte vertical por detrás de la propia aeronave.

Esta representación de la Figura 2d incorpora una proyección del horizonte que, en este instante, es plana y nivelada. Puntos por encima del horizonte se representan preferiblemente en un color/sombreado diferente para ayudar al piloto. A medida que la propia aeronave apunta arriba, el horizonte parece que se encuentra cerca del centro y sube cerca de los bordes izquierdo y derecho (como se ve en la Figura 3d). A medida que la propia

5 aeronave se ladea en una curva, se inclina y adopta una forma sinusoidal. Se podría añadir un horizonte (no se muestra) a la proyección de hemisferio doble de la Figura 2c, si se desea.

La ventana interna 232 de la Figura 2d se aproxima a un campo típico de vista visual de un piloto. Es decir, de -90º a +90° en horizontal y de -20° a 20° en vertical con respecto a los ejes lateral y longitudinal de la aeronave, respectivamente.

10 La Figura 3a es una vista superior adicional de la situación descrita anteriormente en relación con la Figura 2, después de que ha transcurrido una cierta cantidad de tiempo y la situación de conflicto potencial entre la propia aeronave 300 y un intruso 302 está más cerca. En relación similar a las Figuras 2a y 2b, las líneas discontinuas 301 y 303 muestran la dirección del vector de velocidad actual de la propia aeronave 300 y el intruso 302, respectivamente. Las líneas 305 y 307 que emanan de la aeronave propia muestran las direcciones que llevarían a

15 un conflicto. Como se puede observar en la Figura 3b, la propia aeronave 300 ha tomado una maniobra evasiva para elevarse.

El tamaño de la zona de conflicto 304 en la representación en la Figura 3c ha aumentado de tamaño en comparación con la Figura 2c para crear una mayor impresión visual de peligro que sea apropiada. Esto también transmite la información de que las instrucciones para dirigir con seguridad la propia aeronave son más extremas y

20 requieren una acción urgente.

Una representación alternativa se muestra en la Figura 3d que representa una proyección de Mercator de toda la esfera. En esta realización, la información de datos 306 se muestra en la parte inferior de la representación, dando información precisa al piloto del vehículo con respecto al punto de colisión potencial.

A medida que la situación continúa, la propia aeronave continúa en ascenso para eludir el punto de colisión. El

25 experto apreciará que el punto de mira de la proyección cenital de la Figura 3c, y la proyección de Mercator que se muestra en la Figura 3d se mueven igualmente a una región más segura en la zona de conflicto representada por el color o sombreado que indica un grado aceptable de conflicto.

Por lo tanto, para resumir la situación de las Figuras 2 a -d, y las Figuras 3 a -d, la propia aeronave 200 identifica el punto de colisión principal 218 casi en línea recta. Esto se indica mediante un sombreado/color brillante en la

30 orientación actual de la propia aeronave y en el cuadro de información de datos en 228.

Derivas pequeñas en la dirección podrían llevar a un conflicto. Por lo tanto, la propia aeronave puede girar a la derecha, que la representación soporta de acuerdo con un grado aceptable de conflicto. Si el intruso 202 mantiene su curso, existe el riesgo del segundo punto de colisión 220 a la derecha de la propia aeronave, a 70º.

La propia aeronave decide aumentar la separación vertical prevista al iniciar una ascensión, como se muestra en las

35 Figuras 3a -3c. Durante un período de 10 segundos la propia aeronave 300 gira hacia arriba con un ángulo de ascenso de 5°, y a continuación mantiene este ángulo. La propia aeronave 300 permite un pequeño giro a la derecha de 0,15°por segundo. El intruso 302 no cambia de dirección, ya que no es consciente de la presencia de la propia aeronave 300 en este caso. El principal punto de colisión 318 en la representación se desplaza hacia abajo y a la izquierda, si se desea. Las medidas de separación proyectadas aumentarán ahora como se muestra en el

40 cuadro de información de datos 306. El grado de conflicto se indica mediante un color/sombreado en la dirección actual de la propia aeronave (punto de mira 320 en la Figura 3c, y el punto de mira 324 en la Figura 3d) y en el cuadro de información de datos a 328.

Se apreciará que en algunas circunstancias, como un intruso en retirada, no hay punto de colisión. Sin embargo, la zona de conflicto y el grado de conflicto pueden aún estar presentes, con algún sombreado/colores internos

45 faltantes.

El sistema de las realizaciones de la presente invención puede mostrar varias zonas de conflicto en relación con más de un intruso. Zonas de conflicto adicionales pueden ser causadas por la existencia de las condiciones meteorológicas o del terreno. La información requerida se calcula como se explica más adelante, y se superponen sobre la representación con sus símbolos (por ejemplo, cruces y cuadrados), zonas de conflicto y grados de conflicto 50 asociados. Cuando un pixel de la representación tiene diferentes colores o sombreado para dos intrusos (es decir, los grados de conflicto varían para la misma posición en una zona de conflicto), se le asigna preferiblemente el color

o sombreado de la distancia de elusión más pequeña.

Una realización adicional de presentación se muestra en la Figura 4 de la situación de vuelo explicada anteriormente, de acuerdo con las Figuras 3a -3d. Esta es una proyección cenital de toda la esfera de direcciones 55 alrededor de la propia aeronave. El disco interno 400 es idéntico a la proyección cenital de hemisferio frontal de la Figura 3c, de modo que ángulos radiales iguales se representan como distancias radiales iguales. Sin embargo, en

esta proyección los ángulos radiales se continúan hasta los 180°. El punto exactamente detrás de la propia aeronave se asigna a la circunferencia externa 402, para que las direcciones en estas inmediaciones se magnifiquen y distorsionen en gran medida.

El horizonte (no se muestra) en esta representación formaría una curva cerrada que podría ser difícil de interpretar.

5 Sin embargo tiene el mérito de la continuidad de los hemisferios frontal y trasero. Preferiblemente, las representaciones de las realizaciones de la invención actual pueden ser intercambiadas según se desee por parte del operador del vehículo.

Preferiblemente, la gama de ángulos en cualquiera de las proyecciones podría limitarse con el fin de mostrar pequeños cambios de ángulo. Además, el grado de conflicto puede variarse de acuerdo con las exigencias del

10 piloto, o de acuerdo a un algoritmo. Esto permite de manera ventajosa una resolución más fina de las separaciones cuando las aeronaves están peligrosamente cerca, y necesitan maniobrar con mayor precisión.

Los expertos en la técnica apreciarán que puede utilizarse una representación monocromática en lugar de una imagen en color o una imagen de sombreado variable para representar el grado de conflicto. Preferiblemente una representación monocromática, tales como las variaciones que se muestran en las Figuras 5a, 5b y 5c, contendrá

15 una o más líneas de nivel 500 para proporcionar una indicación inmediata del grado de conflicto. Cada curva de nivel en la representación de tipo topográfico corresponde a una distancia de elusión constante, por lo tanto, un grado de conflicto constante. Los derivados de estas representaciones son particularmente útiles para su inclusión en una pantalla de visualización frontal (HUD: head-up display).

La Figura 6 muestra un diseño adicional de acuerdo con una realización de la presente invención para una

20 representación en el panel de instrumentos del puente de una embarcación. La representación se emplea para indicar de inmediato un cierto grado de conflicto. Es decir, el nivel de peligro de colisión con otros buques u otros obstáculos, tales como el terreno.

La representación es una vista en planta de dos dimensiones. Los puntos de mira están alineados con los ejes de la propia embarcación, de modo que el sentido directamente hacia delante en relación con el buque está a las 12 en

25 punto en la representación. La manecilla interna 600, que se muestra en este caso alrededor de las 11 en punto, es la LOS actual de un intruso. El intruso se encuentra actualmente en un recorrido que cruza por delante de la propia embarcación.

Las bandas coloreadas o sombreadas 602 que se muestran en el disco externo en la representación indican los distintos grados de conflicto asociados a la distancia de elusión para cada velocidad hipotética de la propia

30 embarcación.

Dependiendo del entorno inmediato del buque, puede seleccionarse una escala relevante para el grado de conflicto. Por ejemplo, un buque en alta mar puede tener una escala mayor que el necesario para un buque patrulla del puerto. La leyenda asociada 604 preferiblemente da un valor numérico de la distancia de elusión en relación con cada grado de conflicto. Las distancias de elusión se pueden medir desde el punto central de cada embarcación, o

35 las dimensiones y orientaciones del buque se pueden introducir como factores.

La representación de la Figura 6 muestra que, en su orientación actual, la propia embarcación eludirá al intruso en aproximadamente 300 unidades. La dirección peligrosa para la propia embarcación se encuentra a la 1 en punto, que lleva a un punto de colisión.

Si el punto de colisión es un objeto fijo (terreno, por ejemplo), el grado de conflicto todavía se representaría de una

40 manera de acuerdo con una realización de la presente invención. Los expertos en la técnica apreciarán que no es necesario que una manecilla interna esté presente en este caso para indicar una LOS para un punto de colisión potencial fijo.

La representación preferiblemente sería aumentada por valores numéricos (no se muestran), indicando el tiempo y la distancia a los puntos de colisión. Intrusos adicionales se indicarían por otra manecilla de LOS y otra serie de

45 bandas coloreadas/sombreadas. La manecilla LOS podría ser reemplazada por un símbolo, u otra variante obvia, en el perímetro.

Los expertos en la técnica apreciarán que tales representaciones descritas anteriormente a modo de ejemplo de una realización de la presente invención no se limitan a encontrarse en el vehículo que experimenta el conflicto potencial. Por ejemplo, el sistema y método de las realizaciones de la presente invención pueden ser implementados en un

50 sistema de control de tráfico aéreo.

Cambiando ahora al método preferido para el cálculo del grado de conflicto. Se utilizará la siguiente nomenclatura a lo largo de los cálculos que se explican a continuación.

VF = vector de velocidad de la propia aeronave

VF = velocidad de la propia aeronave

VT = vector de velocidad del intruso VT = velocidad del intruso VR = vector de velocidad de la propia aeronave con respecto al intruso UR = vector unitario paralelo a VR

5 ULOS = vector unitario desde la propia aeronave al intruso R0 = distancia 3D actual entre la propia aeronave y el intruso RMD = distancia de elusión 3D entre la propia aeronave y el intruso x = coordenada paralela a ULOS

y = coordenada perpendicular a las ULOS en el plano de ULOS y VT 10 z = coordenada perpendicular a x e y VRX = componente x de VR; de manera similar para VRy y VRz

VTx = componente x de VT; de manera similar para VTy y VTz VF = vector de velocidad hipotética de la propia aeronave X = componente x de VF; de manera similar para Y y Z

15 � = semi-ángulo del cono � = tan � h = distancia de un punto desde el vértice del cono en la dirección x

h+(≠) = Solución de la ecuación (12);

h-(≠) es la otra solución

20 ≠ = Ángulo polar de un punto alrededor del eje del cono

CDTI = Representación en Cabina para información sobre el tráfico (Cockpit Display for Traffic Information)

LOS = Línea de visión

Los valores para los cálculos a continuación pueden ser recibidos por métodos conocidos, tales como la transmisión de radio de enlace de datos. Preferiblemente, estos valores se calculan con la exactitud y la precisión de 25 coordenadas recibidas de alta resolución de un Sistema de Posicionamiento Global (GPS).

Con referencia a la geometría de colisión de la Figura 7a, la propia aeronave tiene un vector de velocidad 3D VF, el intruso tiene un vector de velocidad 3D VT, su distancia 3D actual es R0 y la LOS al intruso se da por el vector unitario ULOS.

Aquí F es para la primera persona y T es para inTruso o Amenaza o Tráfico. Desde el punto de vista o cuadro de 30 referencia del intruso, la propia aeronave parece que se mueve con velocidad VR = VF-VT en una dirección con vector unitario UR = VR/|VR| si VF �VT.

La Figura 7b muestra que la distancia de elusión es la trayectoria más corta desde el intruso a la línea que atraviesa la propia aeronave en la dirección de UR. La trayectoria más corta es la perpendicular a la línea. La componente del vector de posición relativa R0ULOS a lo largo de UR es C = R0ULOS .UR, donde el punto denota el producto de escala.

35 Si VF = VT entonces C = 0. Por lo tanto el vector desde el intruso a la propia aeronave en elusión más cercana sería

RM = CUR – R0ULOS (1)

el Teorema de Pitágoras da la distancia de elusión como

imagen1

(2)

Esta fórmula se utiliza para calcular las distancias de elusión para todas las direcciones hipotéticas de 40 aeronave propia (puntos de elusión), dando como resultado el grado de conflicto mostrado como las regiones coloreadas o sombreadas en las Figuras 2 a 6. Para la dirección actual de la propia aeronave, también se calcula la componente HM de la RM, a lo largo del eje hacia arriba de la propia aeronave y la componente WM a lo largo de su ala derecha. Estas muestran hasta dónde pasará la propia aeronave por encima y a la derecha de la propia aeronave del intruso en su máximo acercamiento, y sus valores se dan preferiblemente en la representación de

5 información de datos.

Los puntos de colisión corresponden a RMD = 0, que se producen cuando UR = ULOS como muestra (2), de manera que ULOS, VF y VT serían coplanarios. Se utilizan coordenadas ortogonales (x, y, z) en las que el eje x se encuentra a lo largo de ULOS y el eje y se encuentra en el plano de ULOS y VT, de modo que VT tiene una componente y positiva VTy. El eje z se define por la regla de la mano derecha. El triángulo de colisión que se muestra en la Figura 8

10 muestra un caso en el que VF > VT. Si VF < VTy no hay punto de colisión. De lo contrario el teorema de Pitágoras da la fórmula general:

imagen1 (3)

y el vector de velocidad de la propia aeronave sería

VF1 = VT +|VR|ULOS (4)

15 La dirección de este vector se proyecta en la representación como una cruz. La Figura 8b ilustra un caso en el que VF < VT y hay dos direcciones de colisión. Para la segunda, el signo más antes de la raíz cuadrada de (3) se convierte en un signo menos. Esto da un segundo vector de velocidad VF2 de la propia aeronave, cuya dirección se proyecta en la representación como una segunda cruz. Sus parámetros se dan preferiblemente frente a la cruz más baja en la sección de información de datos de la representación. Para el vector de velocidad actual de la propia

20 aeronave y para las direcciones de colisión, los tiempos de C/|VR| para llegar a la separación mínima se muestran en el cuadro de datos.

Volviendo a la Figura 5a se muestra una versión de trazado lineal de una representación cenital, en la que la zona de conflicto de curva cerrada corresponde a una distancia de elusión de 610 metros (2000 pies). El punto de colisión se representa ahora mediante un punto, en lugar de una cruz. La LOS se muestra como un cuadro sólido y los 25 puntos de mira se reducen. A los efectos de facilitar la descripción, ambas aeronaves están volando a nivel y la propia aeronave tiene una velocidad de 549 km/h (500 pies/s). El intruso tiene una velocidad de 439 km/h (400 m/s), está a una distancia de 1829 m (6000 pies), y está a 30° a la izquierda y 7° por debajo de la propia aeronave. El intruso se cruza por delante de la propia aeronave a 90°de la trayectoria de la propia aeronave. El punto de colisión podría alcanzarse en 10,7 segundos. Sin embargo, la Figura 5a indica que se eludirán por aproximadamente 366

30 metros (1200 pies).

Un programa informático puede obtener la curva de nivel de los 610 metros (2000 pies), píxel a píxel, pero esto es costoso en sentido de cálculo y no genera una curva suave. En su lugar, una ecuación para el curva de nivel se obtiene haciendo referencia a la geometría de colisión en la Figura 8a. La ecuación (2) se puede escribir en la forma

imagen1 (5)

35 que se puede expresar en componentes como

imagen1

imagen1 (6)

La velocidad hipotética de la propia aeronave es

= (X, Y, Z), donde las componentes X, Y, Z son variables que

definen el curva de nivel. Por lo tanto, VRx = X -VTx 40 VRy = Y -VTy (7) VRz = Z porque VT no tiene componente z. Ahora (6) se reduce a

�2(X – VTx)2 = (Y – VTy)2 + Z2 (8) donde:

imagen1 (9)

La ecuación (8) define un cono con el vértice VT, el eje a lo largo del eje x, y un semi-ángulo � = arctan �. La Figura 9 muestra un ejemplo. Recordando que la velocidad real actual VF =|VF| de la propia aeronave se supone para todas las direcciones hipotéticas de la propia aeronave, entonces

imagen1 (10)

Esto define la superficie de una esfera de radio VF, centrada en el origen, como se ilustra en la Figura 9. Las ecuaciones simultáneas (8) y (10) definen dos curvas cerradas, en las que el cono corta a la esfera. Las velocidades

imagen1

hipotéticas

= (X, Y, Z) de la propia aeronave se encuentran entonces en las curvas de la Figura 9. Además, los puntos de colisión se encuentran en la intersección del eje del cono con la superficie de la esfera, ya que � =0

cuando RMD = 0. Las

imagen1 tienen direcciones dadas por el vector unitario

imagen1 =

imagen1 /VF. Para trazar las proyecciones de 10 las

imagen1 en la Figura 9, (8) se escribe en forma de parámetros X – VTx = h Y – VTy = h�cos≠ (11) Z = h�sen≠

donde h es la distancia vertical por encima del vértice del cono y ≠ es el ángulo polar en torno al eje del cono en la 15 Figura 9. Sustituyendo esto en (10), se obtiene la ecuación cuadrática para h

imagen2

Las dos soluciones se denominan h+(≠)y h-(≠). Cuando h+(≠) se sustituye en (11), la ecuación de la curva superior de la Figura 9 se expresa en términos del parámetro individual ≠. La curva puede ser generada entonces a partir de

(11) pasando a través de valores muy próximos de ≠ en el intervalo (0, 2�). Las direcciones

se proyectan a 20 continuación en sentido cenital para producir la representación de la Figura 5a.

Una curva inferior en la Figura 9 puede obtenerse a partir h-(≠) de una manera similar. Sin embargo, la mitad inferior del cono corresponde a una separación mínima que se produce en el pasado, por lo que no es físicamente relevante.

Considerando un escenario como se muestra en la Figura 10a, sin embargo, las dos curvas se encuentran en la

25 mitad superior del cono, y se producen en el futuro. La proyección resultante produce dos curvas de nivel como se muestra en la Figura 5c.

Las situaciones posibles son las siguientes. Si la propia aeronave es más rápida (VF � VT), hay exactamente un punto de colisión. Esto sigue, porque el vértice del cono está dentro de la esfera en la Figura 9. Si la propia aeronave es más lento (VF < VT), entonces el vértice está fuera de la esfera y hay dos casos principales:

30 (i) Si VTx > 0 no hay punto de colisión, debido a que el vértice del cono se encuentra por encima de la esfera (véase la Figura 10c). Si VTx >0y VTy > VF no hay punto de colisión, debido a que el vértice del cono se encuentra al lado de la esfera (véase la Figura 10d). En ambos casos, si VT es lo suficientemente grande, no hay zona de conflicto (curva de nivel) tampoco.

(imagen3 ) Si VTx <0y VTy < VF hay dos puntos de conflicto, ya que el vértice del cono se encuentra por debajo de la

35 esfera (véanse las Figuras 10a y 10b). Siempre hay por lo menos una curva de nivel. Una curva de nivel única, que podría ser en forma de mancuerna, puede incluir ambos puntos de colisión (véase la Figura 10b), resultando en una zona de conflicto. Como alternativa, dos curvas de nivel separadas cada una puede contener un punto de colisión (véase la Figura 10a). A menos que VF << VT, un punto de colisión está mucho más cerca y tiene una curva de nivel mucho más grande. Las condiciones matemáticas para

40 los diferentes tipos de curvas de nivel se pueden deducir de estas figuras.

A modo de ejemplo, la Figura 5b muestra las curvas de nivel de la Figura 2, mientras que la Figura 5c muestra las curvas de nivel de las Figuras 3 y 4. La Figura 5c es un ejemplo igual a la Figura 10b. Estas representaciones de trazado lineal podrían utilizarse para resolver el conflicto como se describe anteriormente, aunque la información visual es menos completa. Preferiblemente, muchas distancias de elusión se calculan para dar una indicación

45 beneficiosa de un grado de conflicto.

Se apreciará que las dimensiones verticales de las aeronaves son relativamente pequeñas y se requieren maniobras verticales operativamente para la aeronave. Por lo tanto, sería más conveniente tener una escala más pequeña en la dirección vertical. Esto posiblemente tendría como resultado una leyenda de colores verticales y una leyenda de colores horizontales. Una distancia de elusión horizontal de a, por ejemplo, aparece en la misma curva de nivel 50 (mismo color/sombreado) como distancia de elusión vertical b, por ejemplo, en la que la relación b/a es un número

imagen1

fijo inferior a uno, que se basa en las dimensiones y maniobrabilidad del vehículo. Para un ángulo ≠ con respecto a la horizontal en el trazado estéreo, un valor adecuado de distancia de elusión es

imagen1 (13)

Esta distancia de elusión se puede encontrar como un punto en la representación, a lo largo del radio con un ángulo

5 y un curva de nivel dibujada a través de ese punto, o colorea/sombrea el píxel con el color/sombreado asociado. La representación resultante da entonces una resolución más fina de las distancias de elusión verticales que permiten una medición más precisa de un grado de conflicto.

Los expertos en la técnica apreciarán que los cálculos anteriores no se limitan a las condiciones del vehículo en un solo plano (es decir, dirección constante). Una derivación adicional de los puntos de coordenadas puede tener como

10 resultado el cálculo hipotético del ladeo (giro) del vehículo intruso, o la velocidad de alteración y el grado probable de conflicto que tales maniobras causarían en la propia aeronave. Por ejemplo, podría calcularse un hipotético conflicto en un tiempo mínimo, para informar al piloto de la propia aeronave de un posible conflicto inminente si el intruso gira de una manera peligrosa.

Por supuesto, se entenderá que, si bien lo anterior se ha dado a modo de ejemplo ilustrativo de esta invención,

15 todas esas modificaciones y otras variaciones de la presente invención, como será evidente para las personas expertas en la técnica, se consideran que entran en el amplio alcance y ámbito de esta invención según lo dispuesto en las siguientes reivindicaciones.

Claims (17)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un método de identificación de maniobras para un vehículo (200) en situaciones de conflicto entre el vehículo y por lo menos otro objeto (202), el método comprende:

   para determinadas condiciones de vehículo y objeto, calcular una pluralidad de puntos de elusión en los que el 5 vehículo (200) eludirá un impacto con el por lo menos otro objeto (202) por un intervalo de distancias de elusión;

   representar los puntos de elusión de tal manera que una pluralidad de puntos de elusión en los que el vehículo (200) eludiría el impacto por una determinada distancia de elusión indicativa de un determinado grado de conflicto es visualmente distinguible de otros puntos de elusión en los que el vehículo (200) eludiría el impacto por distancias de elusión mayores indicativas de un menor grado de conflicto.

   10 en cuyo caso la representación indica distintos grados de conflicto potencial para presentar con ello en una representación de visión direccional (212, 214) una serie de maniobras disponibles para el vehículo (200) de acuerdo con distintos grados de conflicto.
2. 2. El método según la reivindicación 1, en el que las pluralidades visualmente distinguibles de puntos de elusión se caracterizan por asignaciones isométricas.

   15 3. El método según la reivindicación 2, en el que las pluralidades visualmente distinguibles de puntos de elusión se caracterizan por bandas de color.

3. 4.

   El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de puntos de elusión se calcula mediante coordenadas de alta resolución.

4. 5.

   El método según la reivindicación 1, y que comprende además:

   20 repetir las etapas definidas en la reivindicación 1 para otras condiciones de vehículo y de objeto por las que se actualiza el intervalo representado de maniobras disponibles, de acuerdo con los cambios en las condiciones del vehículo y el otro objeto.
5. 6. El método según la reivindicación 5, en el que la representación de vista direccional es una representación monocroma.

   25 7. El método según la reivindicación 5, en el que la representación de vista direccional es una representación en color.
6. 8. El método según la reivindicación 1, y que comprende además:

   para unas determinadas condiciones de vehículo y objeto, calcular la ubicación de por lo menos un punto de colisión

   (218) en el que el vehículo impactará con el otro objeto, y

   30 representar el por lo menos un punto de colisión (218) en la representación de vista direccional.

7. 9.

   El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el vehículo es una primera aeronave, y el por lo menos otro objeto es una segunda aeronave.

8. 10.

   Un sistema de identificación de maniobras para un vehículo (200) en situaciones de conflicto entre el vehículo y el por lo menos otro objeto (202), el sistema comprende:

   35 para unas determinadas condiciones de vehículo y objeto, unos medios para calcular una pluralidad de puntos de elusión en los que el vehículo (200) eludirá un impacto con el por lo menos otro objeto (202) por un intervalo de distancias de elusión;

   unos medios para representar los puntos de elusión de tal manera que una pluralidad de puntos de elusión en los que el vehículo (200) eludiría el impacto por una determinada distancia de elusión indicativa de un determinado

   40 grado de conflicto es visualmente distinguible de otros puntos de elusión, en los que el vehículo (200) eludiría el impacto por distancias de elusión mayores indicativas de un menor grado de conflicto.

   en cuyo caso la representación indica distintos grados de conflicto potencial para presentar con ello en una representación de visión direccional (212, 214) una serie de maniobras disponibles para el vehículo (200) de acuerdo con distintos grados de conflicto.

   45 11. El sistema según la reivindicación 10, en el que las pluralidades visualmente distinguibles de puntos de elusión se caracterizan por asignaciones isométricas.

9. 12.

   El sistema según la reivindicación 11, en el que las pluralidades visualmente distinguibles de puntos de elusión se caracterizan por bandas de color.

10. 13.

    El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que la pluralidad de puntos de elusión se calcula mediante coordenadas de alta resolución.

11. 14.

    El sistema según la reivindicación 10, que comprende además:

    repetir los cálculos definidos en la reivindicación 10 para otras condiciones de vehículo y de objeto por las que se 5 actualiza el intervalo representado de maniobras disponibles, de acuerdo con los cambios en las condiciones del vehículo y el otro objeto.
12. 15. El sistema según la reivindicación 14, en el que la representación de vista direccional es una representación monocroma.
13. 16. El sistema según la reivindicación 14, en el que la representación de vista direccional es una 10 representación en color.
14. 17. El sistema según la reivindicación 10, que comprende además:

    para unas determinadas condiciones de vehículo y objeto, unos medios para calcular la ubicación de por lo menos un punto de colisión (218) en el que el vehículo impactará con el otro objeto, y unos medios para representar el por lo menos un punto de colisión (218) en la representación de vista direccional.

    15 18. El sistema según la reivindicación 17, que comprende además unos medios para calcular y representar indicaciones numéricas del tiempo y la distancia del vehículo desde el por lo menos un punto de colisión.

15. 19.

    El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18, en el que el vehículo es un buque.

16. 20.

    Un método para interceptar un objeto, que comprende,

    proporcionar un vehículo para interceptar el objeto;

    20 para determinadas condiciones del vehículo y el objeto, calcular una pluralidad de puntos de elusión en los que el vehículo eludiría un impacto con el objeto por un amplio intervalo de distancias de elusión;

    representar los puntos de elusión de tal manera que una pluralidad de puntos de elusión en los que el vehículo eludiría el impacto con la aeronave objeto por una determinada distancia de elusión indicativa de un determinado grado de conflicto es visualmente distinguible de otros puntos de elusión en los que el vehículo (200) eludiría el

    25 impacto con el objeto por distancias de elusión mayores indicativas de un menor grado de conflicto.

    en cuyo caso la representación indica distintos grados de conflicto potencial para presentar con ello en una representación de visión direccional una serie de maniobras disponibles para que el vehículo intercepte el objeto de acuerdo con distintos grados de conflicto.
17. 21. Lógica incorporada en un medio legible por ordenador para implementar el método de la reivindicación 1 30 o la reivindicación 20.