ES2555548T3 - Enlace de comunicación alternativo para un vehículo aéreo - Google Patents

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ES2555548T3 ES12157388.5T ES12157388T ES2555548T3 ES 2555548 T3 ES2555548 T3 ES 2555548T3 ES 12157388 T ES12157388 T ES 12157388T ES 2555548 T3 ES2555548 T3 ES 2555548T3
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Abstract

Un vehículo aéreo (110) que comprende un receptor de GPS (170) que tiene capacidad de mensajería, estando el receptor de GPS (170) configurado para procesar un mensaje de comando y control C2 cuando se requieren comunicaciones alternativas como resultado de un fallo en el sistema de comunicaciones primarias; y aviónica (120) para adoptar una línea de acción según las instrucciones del mensaje de C2 recibido por el receptor de GPS (170); en donde la aviónica (120) está dispuesta para transmitir un código de transpondedor discreto indicando que se requieren comunicaciones alternativas.

Description

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DESCRIPCION
Enlace de comunicacion alternativo para un vehmulo aereo ANTECEDENTES
En el pasado, los vehmulos aereos no tripulados (UAVs) soportaban principalmente operaciones militares y de seguridad. Ahora, sin embargo, esos vehmulos operados remotamente tienen usos adicionales, tal como patrulla de fronteras, alivio de desastres, informacion de trafico, fotograffa aerea, y reconocimientos medioambientales.
Con estos usos adicionales, los UAVs comparten el Sistema Aeroespacial Nacional (NAS) con la aviacion comercial y otros vehmulos tripulados. Las operaciones de vuelo del UAV pueden ser concedidas por la Administracion de Aviacion Federal (fAa).
Cuando las aeronaves tripuladas estan volando en el Sistema Aeroespacial Nacional, se necesita que estas conserven la capacidad de comunicar con la FAA en todo momento. Si una aeronave tripulada pierde comunicaciones de radio bidireccionales, su transpondedor emite el codigo de transpondedor 7600, el cual notifica al control de trafico aereo (ATC) que las comunicaciones se han perdido, y su piloto sigue las regulaciones de la FAA para aterrizar con seguridad la aeronave (vease, por ejemplo, 14 CFR 91, 185).
Los UAVs no disponen de las mismas capacidades que los vehmulos tripulados. Si el sistema de comunicaciones de un UAV falla, el UAV sera inaccesible y, en consecuencia, podna entrar en espacio aereo restringido.
La FAA esta preocupada por las consecuencias de los UAVs que pierden las comunicaciones de radio. Se necesita capacidad para restablecer las comunicaciones con los UAVs.
El documento WO 2008/097651 A1 divulga la transmision de informacion a un sistema utilizando un dispositivo de GPS, incluyendo un sistema para transmitir informacion de no GPS para su recepcion por un receptor del sistema de posicionamiento global (GPS).
El documento US 5 153 598 A divulga un enlace de telecomando del Sistema de Posicionamiento Global, que incluye el uso de satelites de GPS y estaciones de tierra para el telecomando.
El documento US 2009/119002 A1 divulga un terminal para servicios de navegacion por satelite que incluye un primer receptor para recibir mensajes de navegacion emitidos por satelites; una interfaz de salida para presentar a la salida informacion de navegacion, y una unidad de activacion.
SUMARIO
El alcance de proteccion esta definido en las reivindicaciones anexas.
Segun un aspecto, se proporciona un vehmulo aereo segun se define en la reivindicacion 1. Tambien se divulga un vehmulo aereo que comprende un receptor de satelite que tiene capacidad de mensajena. El receptor esta configurado para procesar un mensaje de comando y control (C2) cuando se requieren comunicaciones alternativas. El vehmulo aereo comprende ademas la avionica necesaria para tomar una lmea de accion segun las instrucciones de un mensaje de C2 recibido por el receptor de satelite.
Tambien se divulga un vehmulo aereo no tripulado (UAV) que comprende un transpondedor para transmitir un codigo de transpondedor discreto que indique que se requieren comunicaciones alternativas; un receptor de GPS que tiene capacidad de mensajena de texto para recibir informacion de estado de satelite y tambien para recibir mensajes de comando y control; y Comando y Control de UAV para dar instrucciones al UAV para que emprenda una lmea de accion segun un mensaje de comando y control recibido por el receptor de GPS.
Segun otro aspecto, se proporciona un metodo tal y como se define en la reivindicacion 8.
En lo que sigue se exponen caractensticas de ejemplos.
Un vehmulo aereo comprende un receptor de satelite que tiene capacidad de mensajena, estando el receptor configurado para procesar un mensaje de comando y control (C2) cuando se requieren comunicaciones alternativas; y la avionica para emprender una lmea de accion conforme a las instrucciones de un mensaje de C2 recibido por el receptor de satelite.
El vehmulo aereo, en donde el vehmulo es un vehmulo aereo no tripulado; y en donde la avionica incluye un sistema de control de navegacion y de vuelo automatizado que adopta automaticamente la lmea de accion.
El vehmulo aereo, en donde la lmea de accion incluye volar hasta una localizacion comandada.
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El vehmulo aereo, en donde el vehmulo es un vehmulo tripulado; en donde el mensaje de C2 incluye informacion de la trayectoria de vuelo; y en donde la lmea de accion adoptada por la avionica incluye mostrar la informacion de la trayectoria de vuelo.
El vehmulo aereo, en donde la avionica transmite un codigo de transpondedor discreto que indica que se requieren comunicaciones alternativas.
El vehmulo aereo, en donde el codigo de transpondedor indica un fallo de radio bidireccional o una perdida de comando y control.
El vehmulo aereo, en donde la avionica transmite tambien un codigo de transpondedor discreto que acusa recibo del, y descodifica el, mensaje recibido.
El vehmulo aereo, en donde la avionica transmite tambien un codigo de transpondedor discreto que indica las intenciones o el estado del vehmulo.
El vehmulo aereo, en donde la avionica incluye un receptor de GPS que tiene capacidad de mensajena de texto para proporcionar informacion de estado de satelite y tambien capacidad para recibir y descodificar mensajes de C2.
El vehmulo aereo, en donde la avionica incluye un receptor de GPS compatible con WAAS, y en donde el mensaje de C2 es personalizable.
El vehmulo aereo, en donde la avionica determina si el C2 esta destinado al vehmulo aereo.
Un vehmulo aereo no tripulado (UAV) que comprende un transpondedor para transmitir un codigo de transpondedor discreto que indica que se requieren comunicaciones alternativas; un receptor de GPS que tiene capacidad de mensajena de texto para recibir informacion de estado de satelite y para recibir mensajes de comando y control; y Comando y Control de UAV para dar instrucciones al UAV para que adopte una lmea de accion segun un mensaje de comando y control recibido por el receptor de GPS.
El sistema, en donde la lmea de accion incluye volar hasta una localizacion espedfica.
El sistema, en donde el transpondedor transmite otro codigo de transpondedor discreto que acusa recibo del, y descodifica el, mensaje recibido.
El sistema, en donde el transpondedor transmite otro codigo de transpondedor discreto que indica intenciones o estado del vehmulo.
El sistema, en donde el Comando y Control de UAV determina si el mensaje de vuelo esta destinado al UAV.
Un metodo de comunicaciones alternativas para un vehmulo aereo equipado con un receptor de GPS que tiene capacidad para descodificar mensajes, comprendiendo el metodo recibir una peticion de comunicaciones alternativas para el vehmulo aereo, formular un mensaje de comando y control que de instrucciones al vehmulo para adoptar una lmea de accion, y transmitir el mensaje al receptor de GPS a traves de un satelite de GPS.
El metodo, en donde el mensaje da instrucciones al vehmulo aereo para desplazarse hasta una localizacion
espedfica.
El metodo, en donde el mensaje se envfa en caso de fallo bidireccional de comunicaciones de radio.
El metodo, en donde se transmite el mensaje, pero encriptado para su recepcion por el vehmulo aereo.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una ilustracion de un vehmulo aereo.
La Figura 2 es una ilustracion de un vehmulo aereo no tripulado en un espacio aereo.
La Figura 3 es una ilustracion de un metodo de comunicaciones alternativas realizado por un Administrador de Control Aeroespacial y por un operador de satelite.
La Figura 4 es una ilustracion de un metodo de comunicaciones alternativas llevado a cabo por un vehmulo aereo.
DESCRIPCION DETALLADA
Se hace referencia a la Figura 1, la cual ilustra un vehmulo aereo 110. El vehmulo aereo 110 incluye un sistema de avionica 120 que realiza varias funciones e incluye, aunque sin limitacion, controles de navegacion 130, controles de vuelo 140, controles de radio comunicaciones 150, un transpondedor 160, y un receptor de satelite 170 que tiene capacidad de mensajena. Las funciones realizadas por esos componentes pueden estar implementadas en
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hardware autonomo, o varias de esas funciones pueden estar integradas en sistemas de hardware. Como primer ejemplo, el receptor de satelite 170, los controles de navegacion 130 y los controles de vuelo 140 pueden estar integrados en un unico sistema de controles de navegacion y de vuelo. Como segundo ejemplo, los controles de comunicacion de radio 150 y el transpondedor 160 pueden estar integrados en un sistema de comunicaciones.
El vedculo aereo 110 puede incluir o no un sistema de propulsion. El vedculo aereo 110 puede ser un vedculo tripulado (por ejemplo, una aeronave comercial, un avion de pasajeros, o una aeronave de Aviacion General) o un vedculo aereo no tripulado (por ejemplo, una aeronave o un globo). Si el vedculo aereo 110 es no tripulado, los controles de navegacion 130 y los controles de vuelo 140 pueden formar parte de un sistema de controles automaticos de navegacion y vuelo.
Tambien se hace referencia adicional a la Figura 2, la cual muestra un vedculo aereo no tripulado (UAV) 110 que vuela en un espacio aereo. El UAV 110 esta controlado remotamente por un operador 200 de UAV en tierra o en vuelo. Los controles de vuelo 140 del UAV responden a comandos de vuelo procedentes del operador 200 de UAV, y una carga util 180 puede enviar datos de retorno al operador 200 de UAV.
El vuelo del UAV 110 esta monitorizado por un Administrador de Control Aeroespacial (ACA). En los Estados Unidos, por ejemplo, el ACA puede ser una agencia gubernamental tal como la FAA, o puede ser una agencia no gubernamental. Los controles de comunicacion de radio 150 del UAV mantienen comunicaciones de radio bidireccionales con el ACA 220. El ACA 220 monitoriza tambien otros vedculos aereos 210 que comparten el espacio aereo.
El receptor de satelite 170 del UAV comunica con uno o mas satelites 230. Por ejemplo, un receptor 170 del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) recibe senales desde varios satelites 230 de GPS para determinar la posicion precisa del UAV 110 en el espacio aereo. El receptor 170 de GPS tiene tambien capacidad de mensajena. Un campo de codigo de texto permite al receptor 170 de GPS recibir y mostrar informacion de estado de satelite. Este es el uso convencional de la capacidad de mensajena.
La capacidad de mensajena del receptor 170 de GPS tiene otro uso:
el campo de codigo de texto se usa para re-establecer comunicaciones con el ACA 220 en caso de que se requieran comunicaciones alternativas. Se podnan requerir comunicaciones alternativas en caso de fallo bidireccional de comunicaciones de radio entre el UAV 110 y el ACA 220 o entre el operador 200 del UAV y el UAV 110. Ese fallo podna ser el resultado, por ejemplo, de un fallo del sistema de comunicaciones primarias, restricciones de lmea de vision, o interferencia de un enlace de comunicaciones primarias.
Existen varias formas en las que el ACA 220 puede determinar que se requieren comunicaciones alternativas. Como primer ejemplo, el transpondedor 160 del uAv transmite un codigo discreto (por ejemplo, 7200) que indica que se han perdido comunicaciones bidireccionales. Como segundo ejemplo el ACA 220 pierde subitamente comunicaciones con el UAV 110. Como tercer ejemplo, el operador 200 del UAV informa a la fAa del ACA 220 (por ejemplo, a traves del enlace 215) de que las comunicaciones del UAV no estan disponibles.
Se hace referencia adicional a la Figura 3. Cuando el ACA 220 determina que se requieren comunicaciones alternativas para el UAV 110 (bloque 310), este intenta re-establecer comunicaciones con el UAV 110 con el envfo de un mensaje de comando y control (C2) al receptor 170 de GPS, donde el mensaje de C2 da instrucciones al UAV 110 para que emprenda una lmea de accion (bloques 320-350). Como primer ejemplo, el mensaje de C2 especifica una longitud y una latitud, y da instrucciones al uAv 110 para que vuele hasta esa posicion espedfica (por ejemplo, donde deba aterrizar o se quede sin combustible). Como segundo ejemplo, el mensaje de C2 da instrucciones al UAV 110 para que vuelva a su posicion de partida. Como tercer ejemplo, el mensaje de C2 da instrucciones al UAV para que abandone el espacio aereo restringido. Como cuarto ejemplo, el mensaje de C2 da instrucciones al UAV 110 para que se autodestruya.
El ACA 220 puede enviar el mensaje de C2 como sigue. En el bloque 320, el ACA 220 envfa una peticion al operador de satelite 240 (por ejemplo, a traves del enlace 225). La peticion especificara la lmea de accion para el UAV 110.
En el bloque 330, el operador de satelite 240 formula un mensaje de C2. El mensaje de C2 podna incluir un campo de identificacion y un campo de instrucciones. El operador de satelite 240 podna formular el mensaje de C2 rellenando esos campos con un codigo que identifique el mensaje como un mensaje de C2 y otro codigo correspondiente a una lmea de accion espedfica.
En el bloque 340, el operador de satelite 240 transmite el mensaje de C2 hasta uno o mas satelites 230. En el bloque 350, el satelite 230, a su vez, envfa el mensaje de C2 al receptor de GPS 170 del UAV 110. El satelite 230 puede enviar el mensaje de C2 directamente al uAv 110. Como alternativa, el satelite 230 puede transmitir el mensaje de C2 a todos los vedculos aereos 110 y 210 en el espacio aereo. Sin embargo, el mensaje de C2 puede
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ser ^do solamente por el UAV 110. Por ejemplo, el mensaje puede estar encriptado y puede ser solamente desencriptado por el vehmulo aereo que tenga una clave de descifrado correspondiente y el ID correcto.
Este puede necesitar tan solo 0,5 segundos para transmitir el mensaje de C2 al satelite de GPS 230, recibir el mensaje de C2 en el receptor de GPS 170 a bordo del UAV 110, y descodificar el mensaje de C2. Se puede necesitar mas tiempo si el mensaje de C2 se envfa sincronicamente (por ejemplo, cada X segundos) en vez de asincronicamente (por ejemplo, tras la recepcion de una peticion).
Se hace referencia adicional a la Figura 4, la cual ilustra la respuesta por parte del UAV 110. En el bloque 410, el receptor de satelite 170 distingue el mensaje de C2 a partir de la informacion de estado de satelite por el tipo y formato del mensaje que se envfa. En el bloque 420, el receptor de satelite 170 descodifica el mensaje de C2 para determinar la lmea de accion comandada. Por ejemplo, el receptor de satelite 170 usa una tabla de busqueda para buscar un codigo en el campo apropiado del mensaje de C2.
En el bloque 430, la lmea de accion comandada se reenvfa al Comando y Control del UAV, el cual es el sistema de control de vuelo que realiza la navegacion y el control. El Comando y Control del UAV comanda el UAV 110 para que adopte la lmea de accion comandada.
En el bloque 440, el transpondedor 160 puede transmitir codigos discretos que acusen recibo del, y descodifiquen el, mensaje de C2. Por ejemplo, se puede usar el codigo 5601 para tal reconocimiento. El codigo del transpondedor puede ser recibido por el ACA 220.
En el bloque 450, el transpondedor 160 puede transmitir tambien codigos de transpondedor discretos que indiquen las intenciones o es estado del vehmulo. Los codigos que indican el estado y la intencion pueden ser actualizados periodicamente. El ACA 220 puede anular la intencion del vehmulo al haber enviado otro mensaje al receptor de satelite 170.
Si el UAV 110 no esta transmitiendo codigos de transpondedor, puede ser necesario determinar la localizacion del UAV 110. Bajo estas circunstancias, se puede encontrar el UAV 110 mediante busqueda. Un metodo consiste en buscar “pintura de superficie” con radares activos de ACA.
La avionica 120 del UAV 110 puede estar basada en microprocesador. La avionica basada en microprocesador permite que los controles de vuelo 140, el transpondedor 160 y el receptor de satelite 170 sean implementados mediante programacion. Los controles de vuelo, los transpondedores y los receptores de GPS se encuentran por lo general tfpicamente en todos los vehmulos aereos. De ese modo, las comunicaciones alternativas de la presente memoria pueden ser implementadas sin anadir hardware extra, ahorrando con ello peso y costes.
Las comunicaciones alternativas en la presente memoria no se limitan a los ejemplos anteriores. Como primer ejemplo, el receptor de satelite 170 puede ser un receptor de GPS compatible con el Wide Area Augmentation Systemn (WAAS). El WAAS incrementa el GPS proporcionando mayor precision e integridad. Un receptor de WAAS utiliza mensajes de datos de WAAS personalizables. Los mensajes personalizables son mas flexibles que los codigos de campo de GPS debido a que los mismos permiten que se envfen mas comandos distintos (por ejemplo, puntos de recorrido, sitios de aterrizaje, y velocidad).
El receptor de satelite 170 no se limita a los sistemas de posicionamiento. El receptor de satelite puede comunicar con un satelite comercial tal como radio XM o radio Sirius. Los mensajes pueden ser enviados a traves de un proveedor de servicios para cada uno de esos sistemas de satelite alternativos.
Las comunicaciones alternativas para vehmulos tripulados y no tripulados pueden ser llevadas a cabo de la misma forma basica. Un vehmulo tripulado que experimente un fallo de comunicaciones, puede recibir informacion desde el ACA a traves de su receptor de satelite. Por ejemplo, el ACA puede enviar un mensaje de C2 que especifique informacion de puntos de recorrido para una nueva trayectoria de vuelo. El receptor de satelite descodifica el mensaje de C2 y la avionica adopta una lmea de accion que incluye presentar esa informacion en un visualizador de una cabina de modo que el piloto pueda volar por la trayectoria de vuelo ordenada por el ACA.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Un vehmulo aereo (110) que comprende un receptor de GPS (170) que tiene capacidad de mensajena, estando el receptor de GPS (170) configurado para procesar un mensaje de comando y control C2 cuando se requieren comunicaciones alternativas como resultado de un fallo en el sistema de comunicaciones primarias; y avionica (120) para adoptar una lmea de accion segun las instrucciones del mensaje de C2 recibido por el receptor de GPS (170); en donde la avionica (120) esta dispuesta para transmitir un codigo de transpondedor discreto indicando que se requieren comunicaciones alternativas.
  2. 2. - El vehmulo aereo (110) de la reivindicacion 1, en donde el vehmulo es un vehmulo aereo no tripulado; y en donde la avionica (120) incluye un sistema de control de navegacion y de vuelo automatico que adopta automaticamente la lmea de accion.
  3. 3. - El vehmulo aereo (110) de la reivindicacion 1, en donde el vehmulo es un vehmulo tripulado; en donde el mensaje de C2 incluye informacion de la trayectoria de vuelo; y en donde la lmea de accion adoptada por la avionica (120) incluye mostrar la informacion de la trayectoria de vuelo.
  4. 4. - El vehmulo aereo (110) de la reivindicacion 1, en donde el vehmulo es un vehmulo aereo no tripulado UAV que comprende un transpondedor (160) para transmitir un codigo de transpondedor discreto que indique que se requieren comunicaciones alternativas; teniendo el receptor de GPS (170) capacidad de mensajena de texto para recibir informacion de estado de satelite y para recibir mensajes de comando y control; y Comando y Control de UAV para dar instrucciones al UAV de que adopte una lmea de accion conforme a un mensaje de comando y control recibido por el receptor de GPS (170).
  5. 5. - El vehmulo (110) de la reivindicacion 4, en donde la lmea de accion incluye volar hasta una localizacion espedfica.
  6. 6. - El vehmulo (110) de la reivindicacion 4, en donde el transpondedor (160) transmite otro codigo de transpondedor discreto que acusa recibo y descodifica el mensaje recibido.
  7. 7. - El vehmulo (110) de la reivindicacion 4, en donde el transpondedor (160) transmite otro codigo de transpondedor discreto que indica las intenciones o el estado del vehmulo.
  8. 8. - Un metodo de comunicaciones alternativas para un vehmulo aereo equipado con un receptor de GPS (170) que tiene capacidad para descodificar mensajes, comprendiendo el metodo transmitir un codigo de transpondedor discreto desde la avionica del vehmulo aereo indicando que se requieren comunicaciones alternativas como resultado de un fallo en el sistema de comunicaciones primarias, recibir una peticion de comunicaciones alternativas para el vehmulo aereo, formular un mensaje de comando y control que de instrucciones al vehmulo para que adopte una lmea de accion, y transmitir el mensaje hasta el receptor de GPS (170) a traves de un satelite de GPS.
  9. 9. - El metodo de la reivindicacion 8, en donde el mensaje da instrucciones al vehmulo aereo para que se desplace hasta una localizacion espedfica.
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