ES2612163T3 - Procedimiento y sistema de dirección de un vehículo aéreo no tripulado - Google Patents

Procedimiento y sistema de dirección de un vehículo aéreo no tripulado Download PDF

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Abstract

Un procedimiento de dirección de un UAV, Vehículo Aéreo No Tripulado, para habilitar un comando de alto nivel de dicho UAV, el procedimiento comprende las etapas de: - determinar (500) una posición (200, 300, 400) de referencia relacionada con una posición (210, 310, 410) para un objeto (220, 320, 420) que dicho UAV debería seguir; estando el procedimiento caracterizado por: - calcular (515) una posición (230, 330, 430) suavizada en base a en dicha posición (200, 300, 400) de referencia, en el que el cálculo implica regular dicha posición (230, 330, 430) suavizada a dicha posición (200, 300, 400) de referencia, de modo que dicha posición (230, 330, 430) suavizada tiene una frecuencia de movimiento más baja que dicha posición (200, 300, 400) de referencia; y - dirigir (525) dicho UAV de modo que dicho UAV sigue la posición (230, 330, 430) suavizada.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y sistema de direccion de un vetuculo aereo no tripulado Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un procedimiento de direccion de un UAV, Vetuculo Aereo No Tripulado, para permitir un comando de alto nivel del UAV y a un sistema de direccion del UAV para permitir comando de alto nivel del UAV.
Antecedentes
Un UAV es una aeronave que un operador hace volar sin tripulacion humana a bordo de la aeronave. Sus usos mas importantes son en aplicaciones militares, pero en el futuro se esperan encontrar muchas aplicaciones civiles.
Un UAV puede volar autonomamente o pilotarse remotamente. Algunos UAV estan equipados con sistemas de orientacion autonomos y sistemas de control automaticos que le dan al UAV la capacidad de actuar como un vehfculo volador independiente.
Los UAV pueden estar equipados con diferentes cargas utiles para la recogida de informacion y son capaces de realizar tareas tales como vigilancia, reconocimiento, adquisicion de objetivos, difusion de datos de objetivo y evaluacion de danos en combate.
Normalmente dos operadores controlan un UAV. Un operador maneja los comandos de vuelo y otro operador maneja las cargas utiles en el UAV. Tambien existen comandos de alto nivel disponibles que dan a los operadores la habilidad de prestar mas atencion en la mision en lugar de a volar. Un ejemplo es un comando de alto nivel que dirige el UAV a una posicion espacial espedfica. Otro ejemplo de un comando de alto nivel es uno en el que el operador establece una lista de puntos de referencia a los que el UAV volara, comenzando por el primer punto de referencia de la lista y asf sucesivamente. Estos tipos de comandos de alto nivel sin embargo todavfa requieren al menos dos operadores. Un operador maneja los comandos de vuelo y otro operador maneja las cargas utiles en el UAV.
El documento US2006015247 desvela el uso de curvas de Bezier para la orientacion de trayectoria de vuelo. Las curvas de Bezier definen una trayectoria definida por un numero de sucesivos segmentos curvados que se definen mediante la orientacion a traves de sucesivos puntos de referencia. Las curvas de Bezier comprenden una serie de puntos de referencia. Por lo tanto D1 desvela un sistema y procedimiento de direccion del UAV de modo que el UAV pasa una secuencia de puntos de referencia.
Por lo tanto existe una necesidad de una solucion mejorada para comando de alto nivel del UAV que resuelva o al menos mitigue al menos uno de los problemas mencionados anteriormente.
Sumario
Un objeto de la presente invencion es por lo tanto proporcionar un procedimiento y un sistema para permitir un comando de alto nivel del UAV que unicamente requiera un operador.
De acuerdo con un primer aspecto, la presente invencion se refiere a un procedimiento de direccion de un UAV, Vetuculo Aereo No Tripulado, para permitir un comando de alto nivel del UAV. El procedimiento comprende las etapas de: determinar una posicion de referencia relacionada con una posicion de un objeto en movimiento que el UAV debe seguir; basandose en la posicion de referencia, en el que la posicion suavizada se calcula de modo que la posicion suavizada se mueve mas suavemente que la posicion de referencia y dirigir el UAV de modo que el UAV sigue la posicion suavizada.
Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion el objeto se consigue determinando una posicion de referencia relacionada con una posicion de un objeto en movimiento que el UAV debe seguir y calculando una posicion suavizada basandose en la posicion de referencia. La posicion suavizada se calcula de modo que la posicion suavizada se mueve mas suavemente que la posicion de referencia. Por lo tanto se suaviza un comportamiento irregular del objeto mediante la presente invencion. El UAV se dirige de modo que el UAV sigue la posicion suavizada en lugar de la posicion de referencia. De esta manera el UAV sigue al objeto y al mismo tiempo se mueve mas suavemente que el objeto.
Normalmente se necesitan dos operadores para el UAV, uno para volar y uno para manejar la carga util. Con la presente invencion unicamente se necesita un operador para el UAV y dicho operador sera capaz de concentrarse en la carga util mientras el UAV hace toda la parte del vuelto por sf mismo.
Una situacion en la que la presente invencion sena ventajosa es el seguimiento de un convoy. A lo largo de rutas entre las bases un adversario puede haber colocado dispositivos explosivos improvisados a lo largo y junto a la carretera. Mediante el uso de la presente invencion es posible tener el UAV volando a una distancia por delante del convoy y buscar amenazas a lo largo y junto a la carretera. Otros ejemplos incluyen el seguimiento de objetivos, cuando se mantiene un rumbo y distancia fijos y posicionamiento del UAV antes de aterrizar en una plataforma movil.
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De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invencion se refiere a un sistema de direccion del UAV para permitir comando de alto nivel del UAV. Comprendiendo el sistema: una unidad de control adaptada para recibir una posicion de referencia relacionada con una posicion para un objeto en movimiento que el UAV debe seguir. La unidad de control siendo adicionalmente adaptada para calcular una posicion suavizada basandose en la posicion de referencia, en el que la posicion suavizada se calcula de modo que la posicion suavizada se mueve mas suavemente que la posicion de referencia. El sistema comprende ademas una unidad de direccion adaptada para dirigir el UAV de modo que el UAV sigue la posicion suavizada.
Una ventaja de las realizaciones de la presente invencion es que el UAV sigue al objeto y al mismo tiempo se mueve mas suavemente que el objeto.
Otra ventaja mas de las realizaciones de la presente invencion es que la presente invencion permite un comando de alto nivel del UAV que unicamente requiere un operador.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se describe en mas detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 ilustra un sistema de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la presente invencion.
la Figura 2 ilustra una manera de determinacion de la referencia de posicion desde la posicion del objeto.
la Figura 3 ilustra una manera de determinacion de la referencia de posicion desde la posicion del objeto.
la Figura 4 ilustra una manera de determinacion de la referencia de posicion desde la posicion del objeto.
la Figura 5 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la
presente invencion.
Descripcion detallada
En la siguiente descripcion, para fines de explicacion y sin limitacion, se exponen detalles espedficos, tales como secuencias particulares de etapas, protocolos de senalizacion y configuraciones de dispositivos para proporcionar una comprension profunda de la presente invencion. Sera evidente para expertos en la materia que la presente invencion puede llevarse a cabo en otras realizaciones que se alejan de estos detalles espedficos.
Ademas, los expertos en la materia apreciaran que funciones y significados explicados en el presente documento a continuacion pueden implementarse usando software que funciona en conjuncion con un microprocesador programado u ordenador de uso general y/o usando un circuito integrado espedfico de la aplicacion (ASIC). Tambien se apreciara que mientras la invencion actual se describe esencialmente en la forma de procedimientos y disposiciones, la invencion tambien puede realizarse en un producto de programa informatico asf como un sistema que comprende un procesador informatico y una memoria acoplada al procesador, en el que la memoria se codifica con uno o mas programas que pueden realizar las funciones desveladas en el presente documento.
De acuerdo con la presente invencion el UAV sigue la posicion suavizada que se situa a una distancia espedfica del objeto en lugar de la posicion de referencia (posiblemente) altamente movil.
Las Figuras 2, 3 y 4 ilustran diferentes formas de determinacion de la posicion 200, 300, 400 de referencia desde la posicion 210, 310, 410 para el objeto 220, 320, 420, que el UAV debe seguir.
La Figura 2 ilustra una manera de determinacion de la referencia de posicion 200 desde la posicion 210 del objeto, en la que el UAV 235 seguira una ruta lineal dispuesta por tramos de puntos 222 de referencia y al mismo tiempo mantendra una distancia espedfica al objeto 220. La distancia a la posicion 200 de referencia desde el objeto 220 puede calcularse proyectando la posicion 210 del objeto en la ruta 222 del UAV y a continuacion anadir una distancia 236 de referencia por delante de la posicion 237 proyectada.
La Figura 3 ilustra otra manera de determinacion de la referencia de posicion 300 desde la posicion 310 del objeto, en la que el UAV mantendra una distancia 316 de referencia y angulo 315 constantes al objeto 320. El angulo se establece con respecto al eje norte, pero el angulo 315 tambien puede establecerse con respecto a otros ejes.
La Figura 4 ilustra otra manera mas de determinacion de la referencia de posicion 400 desde la posicion 410 del objeto, en la que el UAV mantiene una distancia 416 de referencia y angulo 405 espedficos al objeto 420. Es similar a la manera en la Figura 3, la unica diferencia es que el angulo 405 se fija a la direccion de movimiento del objeto 420.
La Figura 1 muestra un sistema 100 de direccion del UAV, para permitir comando de alto nivel del UAV de acuerdo con la presente invencion. El sistema 100 comprende una unidad 110 de control adaptada para recibir la posicion 200, 300, 400 de referencia relacionada con una posicion 210, 310, 410 para el objeto 220, 320, 420 que el UAV debe seguir. La unidad 110 de control se adapta adicionalmente para calcular una posicion suavizada 230, 330, 430 basandose en la posicion 200, 300, 400 de referencia. La posicion 230, 330, 430 suavizada se calcula de modo que la posicion 230, 330, 430 suavizada se mueve mas suavemente que la posicion 200, 300, 400 de referencia. En una realizacion ilustrativa del sistema 100 de acuerdo con la presente invencion, la unidad 110 de control se adapta
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adicionalmente para regular la posicion 230, 330, 430 suavizada a la posicion 200, 300, 400 de referencia. En otra realizacion ilustrativa mas del sistema 100 de acuerdo con la presente invencion, la unidad 110 de control adicionalmente contiene funcionalidad de filtro de paso bajo (no mostrado) que suaviza un comportamiento de alta frecuencia del objeto 220, 320, 420, por lo tanto eliminando componentes de alta frecuencia de la posicion 230, 330, 430 suavizada. En una realizacion ilustrativa adicional del sistema 100 de acuerdo con la presente invencion la unidad 110 de control se adapta para permitir la posicion 230, 330, 430 suavizada para tener un margen de error de la posicion 200, 300, 400 de referencia. Un operador del sistema 100 puede establecer el margen de error. El margen de error es la distancia entre la posicion 230, 330, 430 suavizada y la posicion 200, 300, 400 de referencia.
En una realizacion ilustrativa adicional mas del sistema 100 de acuerdo con la presente invencion, la unidad 110 de control se adapta adicionalmente para regular la posicion suavizada con menor ganancia cuando la posicion 230, 330, 430 suavizada se encuentra dentro de un margen de error de la posicion 200, 300, 400 de referencia y con mayor ganancia cuando la posicion 230, 330, 430 suavizada se encuentra fuera del margen de error de la posicion 200, 300, 400 de referencia.
La posicion 200 de referencia en una realizacion ilustrativa del sistema 100 puede determinarse basandose en una posicion 210 para el objeto 220 que se proyecta en la ruta de puntos 222 de referencia para el UAV y anadiendo la distancia 236 de referencia en una direccion hacia delante de la ruta de puntos 222 de referencia.
En esta realizacion la posicion 230 suavizada se movera a lo largo de la ruta del UAV de puntos 222 de referencia y se regulara hacia la posicion 200 de referencia. En una realizacion ilustrativa la posicion 230 suavizada tiene una regulacion con menos ganancia dentro del margen de error y una regulacion con mas ganancia fuera del margen de error para hacer que la posicion 230 suavizada permanezca dentro del margen de error.
En otra realizacion ilustrativa del sistema 100 de acuerdo con la presente invencion la posicion 300 de referencia se determina basandose en un angulo 315 y una distancia 316 de referencia al objeto 320. En esta realizacion ilustrativa el UAV se supone que sigue el objeto 320 y que mantiene una distancia y angulo 315 espedficos al objeto 320. El angulo 315 puede establecerse para ser constante entre la direccion de latitud (norte) y la direccion desde el UAV al objeto 320.
En esta realizacion ilustrativa la posicion 330 suavizada se mueve en un plano y no a lo largo de una lmea. Por lo tanto la unidad 110 de control se adapta para controlar la posicion 330 suavizada en dos direcciones, una para cada dimension. La posicion 330 suavizada se regulara a la posicion 300 de referencia y tendra un margen de error a la posicion 300 de referencia si la regulacion se realiza con menos ganancia. Este margen de error puede ser un drculo pero tambien puede tener otras formas. En una realizacion ilustrativa la unidad 110 de control se adapta para regular la posicion 330 suavizada de tal forma que la posicion 330 suavizada nunca estara fuera del margen de error.
En otra realizacion ilustrativa del sistema 100 de acuerdo con la presente invencion la posicion 400 de referencia se determina basandose en un angulo 405 con una direccion en movimiento para el objeto 420 y una distancia 416 de referencia al objeto 420.
El sistema 100 comprendiendo ademas una unidad de direccion 120 adaptada para dirigir el UAV de modo que el UAV sigue la posicion 230, 330, 430 suavizada.
Haciendo referencia a la Figura 5 se ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento que describe las etapas de direccion del UAV para permitir un comando de alto nivel de dicho UAV, de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion anteriormente descritas. Como se muestra en la Figura 5, el procedimiento comprende:
500 determinar una posicion de referencia 200, 300, 400 relacionada con una posicion 210, 310, 410 para un objeto en movimiento 220, 320, 420 que el UAV debe seguir;
515 calcular una posicion suavizada 230, 330, 430 basandose en la posicion 200, 300, 400 de referencia, en el que la posicion 230, 330, 430 suavizada se calcula de modo que la posicion 230, 330, 430 suavizada se mueve mas suavemente que la posicion 200, 300, 400 de referencia;
525 dirigir el UAV de modo que el UAV sigue la posicion 230, 330, 430 suavizada.
Mientras la presente invencion se ha descrito con respecto a realizaciones particulares (incluyendo ciertas disposiciones de dispositivos y ciertos ordenes de etapas dentro de diversos procedimientos), los expertos en la materia reconoceran que la presente invencion no se limita a las realizaciones espedficas descritas e ilustradas en el presente documento. Por lo tanto, debe apreciarse que esta divulgacion es unicamente ilustrativa. Por consiguiente, se concibe que la invencion se limita unicamente mediante el ambito de las reivindicaciones adjuntas en la misma.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento de direccion de un UAV, Vehnculo Aereo No Tripulado, para habilitar un comando de alto nivel de dicho UAV, el procedimiento comprende las etapas de:
    - determinar (500) una posicion (200, 300, 400) de referencia relacionada con una posicion (210, 310, 410) para un objeto (220, 320, 420) que dicho UAV debena seguir; estando el procedimiento caracterizado por:
    - calcular (515) una posicion (230, 330, 430) suavizada en base a en dicha posicion (200, 300, 400) de referencia, en el que el calculo implica regular dicha posicion (230, 330, 430) suavizada a dicha posicion (200, 300, 400) de referencia, de modo que dicha posicion (230, 330, 430) suavizada tiene una frecuencia de movimiento mas baja que dicha posicion (200, 300, 400) de referencia; y
    - dirigir (525) dicho UAV de modo que dicho UAV sigue la posicion (230, 330, 430) suavizada.
  2. 2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicha regulacion tiene menos ganancia cuando dicha posicion (230, 330, 430) suavizada se encuentra dentro de un margen de error de dicha posicion (200, 300, 400) de referencia y mas ganancia cuando dicha posicion (230, 330, 430) suavizada se encuentra fuera de dicho margen de error de dicha posicion (200, 300, 400) de referencia.
  3. 3. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que dicha posicion (200, 300, 400) de referencia se determina en base a un angulo y una distancia a dicho objeto.
  4. 4. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dicha posicion (200, 300, 400) de referencia se determina en base a un angulo a una direccion de movimiento para dicho objeto y una distancia a dicho objeto.
  5. 5. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicha posicion (200, 300, 400) de referencia se determina en base a una posicion para dicho objeto que se proyecta en un curso para dicho UAV y anadiendo una distancia en una direccion hacia delante de dicho curso.
  6. 6. Un sistema (100) de direccion de un UAV, Vehfculo Aereo No Tripulado, para permitir un comando de alto nivel de dicho UAV, comprendiendo el sistema: una unidad de control (110) adaptada para recibir una posicion (200, 300, 400) de referencia relacionada con una posicion (210, 310, 410) para un objeto (220, 320, 420) que dicho UAV debena seguir; estando dicha unidad (110) de control caracterizada porque la unidad de control (110) esta adaptada para calcular una posicion (230, 330, 430) suavizada en base a en dicha posicion (200, 300, 400) de referencia, en el que dicho calculo implica regular dicha posicion (230, 330, 430) suavizada a dicha posicion (200, 300, 400) de referencia, de modo que dicha posicion (230, 330, 430) suavizada tiene una frecuencia de movimiento mas baja que dicha posicion (200, 300, 400) de referencia; comprendiendo ademas el sistema una unidad (120) de direccion adaptada para dirigir dicho UAV de modo que el UAV sigue la posicion (230, 330, 430) suavizada.
  7. 7. Un sistema (100) de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que dicha unidad (110) de control esta ademas adaptada para regular dicha posicion suavizada con menor ganancia cuando dicha posicion (230, 330, 430) suavizada se encuentra dentro de un margen de error de dicha posicion (200, 300, 400) de referencia y mas ganancia cuando dicha posicion (230, 330, 430) suavizada se encuentra fuera de dicho margen de error de dicha posicion (200, 300, 400) de referencia.
  8. 8. Un sistema (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-7, en el que dicha posicion (200, 300, 400) de referencia se determina en base a un angulo y una distancia a dicho objeto.
  9. 9. Un sistema (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en el que dicha posicion (200, 300, 400) de referencia se determina en base a un angulo a una direccion en movimiento para dicho objeto y una distancia a dicho objeto.
  10. 10. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-9, en el que dicha posicion (200, 300, 400) de referencia se determina en base a una posicion para dicho objeto que se proyecta en un curso para dicho UAV y anadiendo una distancia en una direccion hacia delante de dicho curso.
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