ES2869465T3 - Procedimiento para el aterrizaje seguro de un vehículo aéreo no tripulado - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento (200) para el aterrizaje seguro de un vehículo aéreo no tripulado, que comprende las etapas: determinar si se han interrumpido (201) todas las conexiones de comunicación de una diversidad de enlaces de comunicación entre el vehículo aéreo y un puesto de control en tierra, configurados para controlar y/o monitorizar el vehículo aéreo; y aterrizar el vehículo aéreo lo más rápido posible en un sitio de aterrizaje adecuado en función de los datos almacenados en un sistema de navegación del vehículo aéreo no tripulado acerca de las condiciones de vuelo actuales y los sitios de aterrizaje cercanos, tras la detección de una interrupción irreversible de la conexión de comunicación entre el vehículo aéreo y el puesto de control en tierra (202); caracterizado por que los datos almacenados incluyen al menos los sitios de aterrizaje cercanos y los datos actuales meteorológicos y de viento del entorno inmediato del vehículo aéreo (100) y los sitios de aterrizaje cercanos, en donde los datos almacenados se recargan sucesivamente durante el vuelo, al menos, para parte del tramo de vuelo a través de una conexión de comunicación con el puesto de control en tierra; en donde la selección de un sitio de aterrizaje adecuado se basa en reglas establecidas, en función de los datos meteorológicos y de viento de los sitios de aterrizaje cercanos a la hora prevista de llegada al sitio de aterrizaje; y en donde el procedimiento presenta además la etapa de: determinar por parte del puesto de control en tierra si se han interrumpido todas las conexiones de comunicación de las diversas conexiones de comunicación entre el vehículo aéreo (100) y el puesto de control en tierra, y transmitir la información sobre la interrupción a un control de tráfico aéreo; en donde las reglas establecidas son conocidas por el vehículo aéreo no tripulado y el control de tráfico aéreo, de modo que si se interrumpen las conexiones de comunicación, se selecciona un lugar de aterrizaje idéntico como lugar de aterrizaje adecuado; y en donde el control de tráfico aéreo bloquea al menos parte de un espacio aéreo disponible y el sitio de aterrizaje adecuado para un aterrizaje seguro del vehículo aéreo (100).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el aterrizaje seguro de un vehículo aéreo no tripulado
Varias formas de realización se refieren generalmente a un vehículo aéreo no tripulado, un procedimiento para el aterrizaje seguro de un vehículo aéreo no tripulado y un puesto de control en tierra para controlar y/o monitorizar al menos un vehículo aéreo no tripulado.
En el caso de una falla en el enlace de datos, se puede perder la capacidad de dirigir y controlar parcial o completamente el vehículo aéreo no tripulado. Un vuelo en estas condiciones significa que está, por decirlo de alguna manera, en modo «autónomo», en donde depende únicamente de sí mismo. En el caso de los vehículos aéreos tripulados, se conocen procedimientos de aterrizaje automático, según los cuales el piloto de un vehículo aéreo ya no tiene que intervenir personalmente en la aproximación de aterrizaje en tanto ha iniciado el procedimiento de aproximación automática. El piloto de un vehículo aéreo por norma general cuenta con una conexión de comunicación por radio con el control del tráfico aéreo y, por lo tanto, funciona de forma cooperativa. Si, en caso contrario, la comunicación por radio falla, pero el vehículo aéreo aún aparece en las pantallas del radar en una zona de control, el piloto puede usar señales visuales (balanceo hacia adelante y hacia atrás alrededor del eje de balanceo) o enviar señales luminosas a la torre para dar a conocer su ubicación. Un vehículo aéreo tripulado funciona de forma cooperativa en la medida en que puede anunciar su intención de realizar un aterrizaje de seguridad y, por lo tanto, los controladores de tráfico aéreo pueden darle prioridad. Sin embargo, un vehículo aéreo no tripulado que experimenta una falla irreversible en el enlace de datos en algún lugar de su misión, solo indica indirectamente que ya no puede ser comandado porque ya no reacciona a los comandos, pero no puede anunciar al centro de control de tráfico aéreo que ha cambiado sus intenciones sobre cuándo y dónde tiene la intención de aterrizar. Por eso este es un tipo de funcionamiento clásicamente no cooperativo.
El documento EP 1657611 describe un vehículo aéreo autónomo con un sistema de control de vuelo y un generador de emergencia automático para determinar automáticamente una ruta aeronáutica de emergencia para ser utilizada por el sistema de control de vuelo en respuesta a emergencias experimentadas por el vehículo aéreo. También se prevé un procedimiento para determinar automáticamente la ruta aeronáutica de emergencia.
El documento US 6377875 B1 describe cómo evitar un vuelo descontrolado de un vehículo aéreo no tripulado (VANT) controlado a distancia. Si se pierde el contacto por radio entre un puesto de control y el VANT, el VANT vuela en una ruta de seguridad preprogramada y, si es necesario, el VANT es conducido por el puesto de control a una trayectoria de vuelo controlada a distancia. En caso de interrupción del contacto por radio, el VANT vuela en una ruta alternativa calculada por equipos a bordo, sin la intervención activa del puesto de control remoto.
El documento EP 2853974 A1 describe un procedimiento para el control autónomo de un vehículo aéreo controlado a distancia, en donde un operador de vuelo controla el vehículo aéreo con las siguientes etapas: Inicializar una comunicación de datos entre el vehículo aéreo y un segmento en tierra; determinar un estado de funcionamiento de la conexión de datos mientras se está utilizando la conexión de datos; y emitir al menos un comando de control autónomo si se determina una pérdida de la conexión de datos como resultado del proceso de determinación.
El documento US 2007/129855 A1 describe un sistema de gestión de vuelo para vehículos aéreos tripulados o no tripulados que se encuentran en una situación de emergencia, tal y como secuestro del vehículo aéreo, emergencias médicas, situaciones de falla que se relacionan, por ejemplo, con las funciones de conducción, presión o comunicación. Se prevé un dispositivo y un procedimiento para la generación automática o semiautomática de un plan de vuelo.
El documento US 2008/154447 A1 describe una herramienta de enrutamiento. Un procedimiento y un sistema comprenden recibir datos de vuelo y datos geográficos en el vehículo aéreo y generar datos de ruta basados en los datos de vuelo y los datos geográficos. Los datos de ruta proporcionan información sobre las zonas de aterrizaje a las que puede llegar el vehículo aéreo.
Sobre esta base, el objeto de la invención es especificar un vehículo aéreo no tripulado mejorado.
Según la invención, se especifica un procedimiento que tiene las características de la reivindicación 1.
Un vehículo aéreo no tripulado también se puede entender como un vehículo aéreo tripulado clásico que, en caso de que el piloto falle, está, al menos parcialmente, «no tripulado» o no está bajo el control de un ser humano.
La conexión de comunicación puede ser, por ejemplo, un enlace de datos de mando y control entre el vehículo aéreo no tripulado (Sistema de aeronaves pilotadas remotamente, RPAS, por sus siglas en inglés) y el puesto de control en tierra (controlador RPAS).
La invención se basa en la idea de que, en caso de falla de la conexión de comunicación con el puesto de control en tierra que controla el vehículo aéreo, un vehículo aéreo no tripulado se puede aterrizar de forma segura en la medida en que en base a un rango de información disponible, el vehículo aéreo está en condiciones de seleccionar de forma autónoma un sitio de aterrizaje cercano adecuado de una lista de sitios de aterrizaje disponibles, y aterrizar el vehículo aéreo de acuerdo con las disposiciones locales del sitio de aterrizaje seleccionado en función de las condiciones meteorológicas y del viento. La selección del sitio de aterrizaje adecuado se basa en reglas establecidas de forma tal que un control de tráfico aéreo responsable cierra el espacio aéreo que se debe atravesar para el aterrizaje y el sitio de aterrizaje adecuado. Dado que el control de tráfico aéreo conoce las reglas en las que se basa la selección del vehículo aéreo del sitio de aterrizaje adecuado, partiendo de los mismos datos, el control de tráfico aéreo llega al mismo sitio de aterrizaje adecuado y puede bloquear específicamente el espacio aéreo correspondiente y el sitio de aterrizaje para la trayectoria y aterrizaje del vehículo aéreo no tripulado sin intercambiar datos con el vehículo aéreo no tripulado. Por consiguiente, existe un procedimiento de aterrizaje cooperativo acordado entre el fabricante del vehículo aéreo no tripulado o el operador del vehículo aéreo no tripulado y las autoridades de seguridad aérea en caso de una interrupción irreversible del enlace de datos.
En el caso de una falla irreversible del enlace de datos, el vehículo aéreo descrito en esta invención permite actuar lo más rápidamente posible y aproximarse inmediatamente a un aeródromo alternativo. En el caso de una falla irreversible del enlace de datos, cada minuto que el vehículo aéreo pasa más tiempo en el aire es importante, ya que aumenta su imprevisibilidad y las autoridades responsables de la seguridad del vuelo pueden verse en un riesgo cada vez mayor.
En el caso de una falla en el enlace de datos, los acuerdos legales entre el fabricante y las autoridades legislativas sobre el comportamiento de vuelo esperado deben celebrarse con anticipación para que este último se evite cualquier sorpresa con respecto a la seguridad del tráfico del vehículo aéreo, y se pueda garantizar la cooperación acordada por ley entre el usuario del tráfico aéreo y las autoridades reguladoras.
El vehículo aéreo descrito en esta invención constituye un sistema cooperativo de cara a una posible autorización para circular en el tráfico.
El término «cercano/a» denota un radio alrededor de la posición actual del vehículo aéreo que todavía se puede alcanzar con los recursos energéticos disponibles del vehículo aéreo, pero que es preferentemente lo más cercano posible.
Según una forma de realización preferida, el sistema de navegación presenta una memoria. En la memoria se almacenan al menos los sitios de aterrizaje cercanos y los datos meteorológicos y de viento actuales del entorno cercano al vehículo aéreo y los sitios de aterrizaje cercanos. Para actualizar el sistema de navegación y los sitios de aterrizaje almacenados, por ejemplo, antes de que despegue el vehículo aéreo no tripulado, se puede cargar una parte de una base de datos completa con los sitios de aterrizaje disponibles o los datos se pueden recargar sucesivamente durante el vuelo, al menos, para parte del tramo de vuelo a través de, por ejemplo, una conexión de comunicación con el puesto de control en tierra. Además de las coordenadas geográficas reales del sitio de aterrizaje, estos datos también pueden contener más información sobre el sitio de aterrizaje, como zonas locales de exclusión aérea, vértices geográficos del circuito de tráfico, umbrales de aterrizaje, objetos de ayuda a la navegación local u otros datos. Una base de datos en la que se almacenen aeródromos alternativos con información geográfica precisa sobre umbrales de despegue y aterrizaje, y ayudas a la navegación adecuadas en el tramo de vuelo.
Esto tiene la ventaja de que el vehículo aéreo no tripulado tiene disponible en todo momento una lista, al menos, de los sitios de aterrizaje que están cerca. Otra ventaja es que esto permite un aterrizaje seguro contra el viento y permite esquivar de forma segura fenómenos meteorológicos importantes.
El término «memoria» aquí se refiere básicamente a cualquier tipo de memoria que pueda recibir y almacenar datos. La memoria es generalmente la misma memoria que puede ser utilizada, por ejemplo, por un procesador informático o un sistema informático. En particular, la memoria, como se define en esta invención, se refiere a cualquier tipo de memoria en la que se pueda escribir y de la que se pueda leer durante el funcionamiento del ordenador que está utilizando la memoria. La memoria puede incluir, por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés). La RAM puede ser, por ejemplo, una RAM estática (SRAM, por sus siglas en inglés). Otros tipos de memoria incluyen, entre otros, la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM, por sus siglas en inglés) y varios diseños de memoria basados en discos latches y flip-flop, y otras estructuras biestables (por ejemplo, memristores).
Según una forma de realización preferida, se prevé además que la unidad de control de vuelo también pueda utilizar los datos meteorológicos y de viento almacenados de los sitios de aterrizaje cercanos para seleccionar un sitio de aterrizaje adecuado a la hora prevista de llegada al sitio de aterrizaje. La selección de un sitio de aterrizaje adecuado se basa en reglas establecidas. Para que un puesto de control en tierra pueda llevar a cabo en paralelo la selección del sitio de aterrizaje adecuado, las reglas en las que se basa la selección del vehículo aéreo de un sitio de aterrizaje adecuado se establecen de antemano. Más precisamente, los criterios de selección en los que se basa la selección del sitio de aterrizaje adecuado son conocidos tanto por el vehículo aéreo como por el control de tráfico aéreo responsable, de modo que dependiendo, por ejemplo, de la última posición del vehículo aéreo cuando las conexiones de comunicación se dañaron y dependiendo, por ejemplo, de las condiciones climáticas dadas de los sitios de aterrizaje más cercanos, el vehículo aéreo y el control de tráfico aéreo determinan el mismo sitio de aterrizaje como el sitio de aterrizaje adecuada. Como resultado, el control de tráfico aéreo está en condiciones de indicar o implementar todas las medidas necesarias en el lugar, es decir, en la pista de aterrizaje seleccionada, de modo que se pueda permitir un aterrizaje seguro del vehículo aéreo. Para ello, puede ser necesario, por ejemplo, que el puesto de control en tierra bloquee al menos parcialmente el espacio aéreo en el sitio de aterrizaje adecuado seleccionado o en la pista de aterrizaje seleccionada para el aterrizaje del vehículo aéreo.
Como resultado, se lleva a cabo una planificación de ruta a bordo básicamente autónoma, que evita un aterrizaje en condiciones meteorológicas (significativamente) desfavorables y desvía el vehículo aéreo a un aeródromo alternativo.
Según una forma de realización preferida, se prevé además que la unidad de control de vuelo pueda determinar una ruta de vuelo al sitio de aterrizaje seleccionado, en donde la determinación de la ruta de vuelo se base en reglas establecidas. La ruta de vuelo al sitio de aterrizaje seleccionado se selecciona o determina preferentemente para que sea la ruta más corta posible, es decir, la unidad de control de vuelo dirigirá el vehículo aéreo al sitio de aterrizaje más cercano que sea adecuado para aterrizar dependiendo de las condiciones climáticas locales. Esto tiene la ventaja de que la determinación de la ruta de vuelo se basa en reglas claras y el control de vuelo en tierra puede bloquear el espacio aéreo o el sitio de aterrizaje para el aterrizaje del vehículo aéreo, al menos temporalmente, de acuerdo con estas reglas.
El término «reglas» en esta invención se refiere básicamente a las instrucciones que son utilizadas por el control de tráfico aéreo y la unidad de control de vuelo, y según las cuales se toma la decisión para la selección de un sitio de aterrizaje adecuado. Por ejemplo, las reglas pueden consistir en el hecho de que, por ejemplo, mediante el uso de los datos en una base de datos con información sobre, por ejemplo, zonas bloqueadas y sitios de aterrizaje disponibles en la región en la que se encuentra en ese momento el vehículo aéreo, y de los datos meteorológicos y de viento disponibles para el sitio de aterrizaje seleccionado, el vehículo aéreo sea conducido, por ejemplo, por el camino directo desde la posición en la que se encuentra en ese momento hasta el circuito de tráfico del sitio de aterrizaje seleccionado.
Sobre la base del cálculo de la ruta de vuelo, el umbral de aterrizaje adecuado se define en función de la dirección del viento y durante el vuelo de aproximación se determina el ángulo de avance correspondiente para poder calcular en función de este el tiempo de llegada esperado al sitio de aterrizaje.
En el momento en que la unidad de monitorización detecta una falla irreversible en el enlace de datos del vehículo aéreo con el puesto de control en tierra, se almacenan los datos de posición y velocidad actuales, y preferentemente se congela el impulso cinemático mientras se mantiene temporalmente el curso sobre el suelo y la velocidad de vuelo del vehículo aéreo.
Para que el vehículo aéreo no tripulado pueda determinar la ruta de vuelo a un sitio de aterrizaje adecuado, el vehículo aéreo lleva una parte de una base de datos actualizada, por ejemplo, para la zona de su misión, en la que están guardados los aeródromos alternativos cercanos o sitios de aterrizaje con detalles de las coordenadas geográficas del campo de aviación, los umbrales de despegue y aterrizaje, así como los objetos prominentes de búsqueda de dirección en la zona del aeródromo o sus alrededores.
El vehículo aéreo no tripulado puede acceder a los datos meteorológicos actuales y vigentes para la zona de su misión, que están almacenados en una memoria que se puede sobrescribir, por ejemplo, en particular, los datos meteorológicos del aeródromo alternativo que esta contiene y, además de los fenómenos meteorológicos significativos, obtener la información, en particular, de la dirección del viento y la fuerza del viento registradas en el sitio de aterrizaje a la hora prevista de llegada.
Según una forma de realización preferida, la ruta de vuelo se determina mediante navegación a estima. Alternativamente, la ruta de vuelo también se puede determinar usando navegación Doppler o navegación inercial. Con la navegación a estima, el vehículo aéreo no tripulado puede navegar hasta el sitio de aterrizaje adecuado seleccionado en función de la última posición conocida. Esto tiene la ventaja de que es posible una navegación lo más precisa posible durante breves períodos de tiempo en los que el vehículo aéreo por norma general debería haber aterrizado.
La reacción esperada del vehículo aéreo de acuerdo con la legislación aeronáutica (sistema cooperativo), en particular, la elección de un aeródromo adecuado alternativo, puede, por ejemplo, haberse acordado de antemano de forma legalmente vinculante entre el fabricante del vehículo aéreo y el control del tráfico aéreo de modo que el control de tráfico aéreo también conozca las reacciones del vehículo aéreo y pueda prepararse en consecuencia.
Por lo tanto, el vehículo aéreo no tripulado debe, por ejemplo, de acuerdo con los procedimientos legalmente vinculantes acordados entre el fabricante del vehículo aéreo y el Control de Tráfico Aéreo Alemán o similar, cambiar al modo de funcionamiento «a estima» y determinar la ruta de vuelo de forma independiente (autónoma) sobre la base de sus datos de vuelo congelados recientemente, lo que significa que en la trayectoria de vuelo prevista también se integra de forma cooperativa al centro de control de tráfico aéreo.
Esto tiene la ventaja de que las reacciones del vehículo aéreo no tripulado están claramente definidas sobre la base de ciertos acuerdos o disposiciones legales, que se divulgan para su trazabilidad.
Según una forma de realización preferida, la ruta de vuelo determinada puede corregirse continuamente mediante intersecciones de visuales regulares a destinos locales almacenados. La intersección de visuales tiene lugar preferentemente mediante un cálculo trigonométrico en función de las posiciones GPS. En el caso de cualquier triangulación, es ventajoso que la medición se lleve a cabo lo antes posible para aumentar la precisión. Esto debe tenerse en cuenta preferentemente al elegir objetivos de búsqueda de dirección adecuados.
Esto tiene la ventaja de que los errores de procedimiento pueden minimizarse corrigiendo activamente los parámetros de navegación.
La altitud actual sobre el suelo del vehículo aéreo se puede determinar, por ejemplo, por medio de un altímetro láser o un radioaltímetro. Estos datos de altitud se pueden poner a disposición de la unidad de control de vuelo para poder transmitir correcciones de altitud al sistema de elevación y propulsión.
Según una forma de realización preferida, los cambios de dirección y/o curso tienen lugar mediante curvas estándar definidas, en las ubicaciones definidas por un circuito de tráfico en el sitio de aterrizaje seleccionado. Cuando el vehículo aéreo no tripulado vuela, por ejemplo, hacia el circuito de tráfico es ventajoso que el vehículo aéreo no tripulado «navegue» sobre el haz de búsqueda de dirección y no que se aproxime haciendo una denominada «curva del hueso de perro». El haz de búsqueda de dirección es una línea recta a través de dos vértices del circuito de tráfico. Para que el vehículo aéreo no tripulado llegue al haz de búsqueda de dirección, es ventajoso que la intersección de visuales converja a cero en el acimut. Entonces el «cross track error» (error de derrota transversal) debe ser además preferentemente minimizado por el control de vuelo automático. Esto es ventajoso preferentemente para un vuelo de aproximación a ciegas a la pista de aterrizaje a fin de permitir una toma de contacto central en la aproximación diagonal dependiente del viento. Las coordenadas terrestres del umbral de aterrizaje son preferentemente de interés para el movimiento de descenso vertical. Si no se conocen las coordenadas terrestres del umbral de aterrizaje, el vehículo aéreo no tripulado puede aterrizar, pero puede que el contacto al aterrizar sea un poco más fuerte.
Además de la intersección de visuales acimutal, la enfilación vertical también es importante para controlar y minimizar la desviación lateral provocada por el viento. El vértice más distante del circuito de tráfico se marca sobre la más cercana (matemáticamente). Al minimizar dicha einfilación, el VANT se aproxima posicionándose exactamente a la altura objetivo especificada del circuito de tráfico y desde allí puede iniciar un descenso seguro.
Según una forma de realización preferida, la unidad de control de vuelo también se prevé para determinar un umbral de aterrizaje adecuado de, al menos, dos posibles umbrales de aterrizaje del sitio de aterrizaje seleccionado. Un umbral de aterrizaje, («threshold» en inglés, THR) generalmente indica el comienzo de la pista de aterrizaje en un aeródromo. Está marcado con pintura blanca tal como un carril transversal.
Esto tiene la ventaja de que el aterrizaje del vehículo aéreo no tripulado puede tener lugar en la zona de la pista de aterrizaje prevista a tal efecto y que se dispone además de una pista de aterrizaje lo suficientemente larga para que el vehículo aéreo pueda rodar.
Según una forma de realización preferida, el sistema de control de vuelo presenta un dispositivo de medición de distancia. El dispositivo de medición de distancia está equipado para determinar periódicamente la distancia a la pista de aterrizaje durante la aproximación de aterrizaje con el fin de corregir la ruta de vuelo determinada en caso de desviaciones. La medición de la distancia puede tener lugar, por ejemplo, sobre la base de objetos prominentes en la zona de la pista de aterrizaje o en el entorno inmediato o cercano del sitio de aterrizaje. Dichos objetos prominentes pueden estar disponibles para el sistema de navegación del vehículo aéreo no tripulado, por ejemplo, sobre la base de sus coordenadas geográficas. La medición de la distancia real puede tener lugar, por ejemplo, por medio de un láser o similar. Esto tiene la ventaja de que se puede aumentar la precisión para el aterrizaje del vehículo aéreo no tripulado.
Según una forma de realización preferida, también se prevé que la unidad de control de vuelo pueda aterrizar el vehículo aéreo de forma segura en el sitio de aterrizaje seleccionado por medio de intersecciones de visuales regulares mediante mediciones GNSS (Global Navigation Satellite System) de objetos almacenados. Esto supone que el sistema GNSS del vehículo aéreo aún está funcionando. El vehículo aéreo tiene preferentemente múltiples sistemas GNSS redundantes, de modo que incluso si falla un sistema GNSS, hay disponibles uno o incluso dos sistemas GNSS de reemplazo. Esto tiene la ventaja de que se puede aumentar la precisión para el aterrizaje del vehículo aéreo no tripulado.
El vehículo aéreo puede corregir continuamente su ruta, que inicialmente se determinó a estima, por medio de mediciones regulares de la distancia a la pista de aterrizaje así como por desviaciones respecto a la línea de curso mediante intersecciones de visuales a destinos conocidos que también se almacenan en la base de datos, hasta que aterriza con precisión en el umbral de aterrizaje seleccionado y el vehículo aéreo puede rodar de manera segura.
Los cambios de dirección y curso pueden tener lugar, por ejemplo, en las ubicaciones prescritas por el circuito de tráfico y, en el modo de funcionamiento «a estima», por ejemplo, pueden seguir curvas estándar fijas.
Según una realización preferida, también se prevé que la unidad de control de vuelo pueda guiar el vehículo aéreo hasta una posición de aparcamiento segura tras haber aterrizado en el sitio de aterrizaje seleccionado en función de información almacenada acerca de las condiciones locales.
Preferentemente, la memoria a la que tiene acceso la unidad de control de vuelo del vehículo aéreo no tripulado son datos almacenados acerca de condiciones locales, tales y como pistas de despegue y aterrizaje, calles de rodaje, la plataforma y otras instalaciones aeroportuarias del sitio de aterrizaje seleccionado. Sobre la base de esta información, el vehículo aéreo no tripulado puede rodar hasta una zona de aparcamiento segura, siempre que esto sea posible por sus propios medios. Alternativamente, el vehículo aéreo no tripulado se puede desplazar a un sitio de aparcamiento seguro con ayuda externa. Esto tiene la ventaja de que la zona de aterrizaje se puede volver a despejar para el tráfico aéreo normal tan pronto como el vehículo aéreo no tripulado haya llegado un sitio de aparcamiento seguro o tan pronto como haya abandonado la pista de aterrizaje.
Además, se especifica un puesto de control en tierra para controlar y/o monitorizar al menos un vehículo aéreo no tripulado, que no entra dentro del alcance de protección de las reivindicaciones.
El puesto de control en tierra presenta un sistema de comunicación, equipado para la comunicación con el vehículo aéreo no tripulado y para la comunicación con un control de tráfico aéreo, que presenta una serie de conexiones de comunicación. El puesto de control en tierra también presenta un dispositivo de monitorización configurado para monitorizar las diversas conexiones de comunicación entre el puesto de control en tierra y el vehículo aéreo y el control del tráfico aéreo. Si el dispositivo de monitorización determina que se han interrumpido todas las conexiones de comunicación de las diversas conexiones de comunicación entre el puesto de control terrestre y el vehículo aéreo, la información sobre los datos de navegación y los datos de identificación del vehículo aéreo se transmite al control de tráfico aéreo.
La conexión de comunicación entre el puesto de control en tierra y el control del tráfico aéreo o el centro de control del tráfico aéreo puede ser, por ejemplo, una conexión de comunicación digital o una conexión de comunicación analógica.
Al transmitir la falla de las conexiones de comunicación al vehículo aéreo no tripulado al control del tráfico aéreo, en caso de una falla irreversible en el enlace de datos, por consiguiente, se puede activar automáticamente una advertencia preventiva inmediata sobre el peligro que constituye para otros usuarios del tráfico aéreo un vehículo aéreo que ha dejado de cooperar.
En el momento de una falla irreversible y total del enlace de datos, se envía un mensaje desde el puesto de control en tierra al control de tráfico aéreo, donde se explica la falla del enlace de datos y se transmiten los datos de navegación e identificación más recientes.
Entonces, la unidad de control de tráfico aéreo puede bloquear temporalmente el acceso de otros vehículos aéreos al espacio aéreo de la zona de control y debe otorgar al vehículo aéreo no tripulado la preferencia para aterrizar.
Según las disposiciones actuales en materia de tráfico aéreo, el inicio de la aproximación de aterrizaje de un vehículo aéreo no tripulado normalmente no se debería realizar de forma autónoma sin la autorización de la unidad de control del tráfico aéreo. En el caso de una falla irreversible del enlace de datos, el procedimiento descrito en esta invención debe ser acordado previamente con el centro de control de tráfico aéreo al menos para ese momento. Si la conexión de comunicación (enlace de datos) con el puesto en tierra falla, por ejemplo, tras haber activado un sistema de aterrizaje instrumental (ILS, por sus siglas en inglés), es decir, si el control de tráfico aéreo ya ha concedido permiso de aterrizaje al vehículo aéreo no tripulado, el sistema descrito pasa a ser innecesario, especialmente porque es un aterrizaje planificado que ya no necesita ser cancelado. El procedimiento descrito en la presente invención se utiliza preferentemente para aterrizar en aeródromos alternativos y pistas de aterrizaje que no cuentan con ILS, así como en aquellos casos en los que aún no se ha activado el ILS.
Para el caso de que la falla del enlace de datos, es decir, la falla de todas las conexiones de comunicación entre el vehículo no tripulado y el puesto de control en tierra, afecte a dos o más vehículos aéreos al mismo tiempo es muy poco probable. Según el procedimiento descrito en la presente, el espacio aéreo se cerraría inmediatamente tras haber confirmado la falla del enlace de datos del vehículo aéreo que lo informó primero, de modo que al segundo VANT, que se ve afectado, por ejemplo, un segundo después, ya no se le permitirá aterrizar en ese aeródromo, o al menos no con prioridad, antes de que haya aterrizado el primero y se haya vuelto a levantar el bloqueo. El segundo vehículo aéreo no tripulado podría, por ejemplo, posponer su aterrizaje hasta que la pista esté despejada nuevamente. Si la falla del enlace de datos no ocurre exactamente al mismo tiempo, para ese momento, los otros vehículos aéreos no tripulados ya habrían recibido la notificación del cierre del espacio aéreo. Esto podría tener lugar, por ejemplo, en el caso de múltiples enlaces de datos redundantes; cuando falla la penúltima conexión de comunicación (por norma general, no todas deberían fallar exactamente en el mismo momento) o incluso antes, se podría intercambiar información respecto al bloqueo y al permiso de aterrizaje, es decir, se podría informar a tiempo a la otra parte en la colisión. Como resultado, siempre se puede acceder, por ejemplo, a los datos de posición de la otra parte en la colisión mediante el intercambio de datos del GPS, y se puede usar un procedimiento que cumpla con las reglas de evasión. En consecuencia, una falla total de los múltiples enlaces de datos sería muy poco probable, y el comportamiento de acuerdo con las reglas previamente acordadas podría, por ejemplo, garantizar la seguridad de circulación en el marco de la especificación de la frecuencia de falla.
En los dibujos, generalmente se utiliza el mismo número para referirse a la misma pieza en las diferentes vistas. Los dibujos no respetan necesariamente la escala; pero en términos generales sí se hace hincapié en ilustrar los principios de la invención. En la siguiente descripción, se describen varias formas de realización de la invención con referencia a los siguientes dibujos, en los que:
Las Figuras 1a y 1b muestran una primera forma de realización de un vehículo aéreo no tripulado y un sistema de control de vuelo.
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de una forma de realización de un procedimiento para aterrizar de forma segura un vehículo aéreo no tripulado.
La Figura 3 muestra una forma de realización de un puesto de control en tierra para controlar y/o monitorizar al menos un vehículo aéreo no tripulado.
La Figura 4 muestra un esquema de posibles rutas de vuelo para el aterrizaje de un vehículo aéreo no tripulado.
La siguiente descripción detallada se refiere a los dibujos adjuntos que, a modo de ilustración, muestran detalles y formas de realización específicas en las que se puede llevar a cabo la invención.
La palabra «ejemplar» se usa en la presente solicitud con el significado de «que sirve como ejemplo, demostración o ilustración». Cualquier forma de realización o configuración descrita en la presente solicitud como «ejemplar» no se debe interpretar necesariamente como preferida o que tiene una ventaja respecto a otras realizaciones o configuraciones.
En la siguiente descripción detallada, se hace referencia a los dibujos adjuntos, que forman parte de esta descripción, y en los que se muestran, con fines ilustrativos, formas de realización específicas en las que se puede poner en práctica la invención. A este respecto, se usa terminología direccional como «arriba», «abajo», «adelante», «atrás», «anterior», «posterior», etc. con referencia a la orientación de las figuras que se describen. Debido a que los componentes de las formas de realización se pueden colocar en varias orientaciones diferentes, la terminología direccional se usa con fines ilustrativos y no es de ninguna manera taxativa. No hace falta decir que se pueden utilizar otras formas de realización y se pueden realizar cambios estructurales o lógicos sin apartarse del alcance de protección de la presente invención. No hace falta decir que las características de las diversas formas de realización ejemplares descritas en la presente solicitud pueden combinarse entre sí, a menos que se indique específicamente lo contrario. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada no se debe tomar en un sentido taxativo, y el alcance de la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.
En el contexto de esta descripción, los términos «conectado/a», «unido/a» y «acoplado» se utilizan para describir una conexión directa e indirecta, una unión directa o indirecta y un acoplamiento directo o indirecto. En las figuras, a los elementos idénticos o similares se les han asignado números de referencia idénticos, siempre que fuera oportuno.
Las Figuras 1a y 1b muestran una primera forma de realización de un vehículo aéreo no tripulado 100 y un sistema de control de vuelo 110.
La figura 1a muestra una forma de realización de un vehículo aéreo no tripulado 100 y un puesto de control en tierra 102. El puesto de control en tierra 102 está equipado para controlar y/o monitorizar el vehículo aéreo 100. Para controlar y/o monitorizar el vehículo aéreo 100, hay una serie de conexiones de comunicación 104 entre el puesto de control en tierra 102 y el vehículo aéreo 100.
El vehículo aéreo no tripulado 100 presenta un sistema de elevación y propulsión 101 y un sistema de control de vuelo 110. El sistema de control de vuelo 110 presenta una unidad de control de vuelo 111, un sistema de navegación 112, un sistema de comunicación 113 y un sistema de actuadores 114. El sistema de control de vuelo 110 se muestra con más detalle en la Figura 1b.
Se prevé que la unidad de control de vuelo 111 del sistema de control de vuelo 110 pueda usar los datos del sistema de navegación 112 y/o los datos de un puesto de control en tierra 102 para calcular los comandos de control que se envían al sistema de actuadores 114. El sistema de actuadores 114 usa los comandos de control para controlar el sistema de elevación y propulsión 101 del vehículo aéreo 100.
El sistema de control de vuelo 110 también presenta una unidad de monitorización 115. La unidad de monitorización 115 está equipada para monitorizar el sistema de comunicación 113. Al hacerlo, la unidad de monitorización 115 determina si se han interrumpido todas las conexiones de comunicación 104 de una serie de conexiones de comunicación 104 entre el vehículo aéreo 100 y el puesto de control en tierra 102. También se prevé que la unidad de monitorización 115 pueda hacer que la unidad de control de vuelo 111 aterrice el vehículo aéreo 100 de forma segura en un sitio de aterrizaje adecuado cuando se detecta una interrupción en la comunicación 104 entre el vehículo aéreo 100 y el puesto de control en tierra 102.
La figura 1 b muestra una realización de un sistema de control de vuelo 110. El sistema de control de vuelo 110 presenta una unidad de control de vuelo 111, un sistema de navegación 112, un sistema de comunicación 113, un sistema de actuadores 114 y una unidad de monitorización 115. La unidad de control de vuelo 111, el sistema de navegación 112, el sistema de comunicación 113, el sistema de actuadores 114 y la unidad de control 115 están conectados entre sí por medio de líneas eléctricas o un sistema de bus (que no se muestra). Se prevé que la unidad de control de vuelo 111 pueda usar los datos del sistema de navegación 112 y/o los datos de un puesto de control en tierra 102 para calcular los comandos de control que se envían al sistema de actuadores 114. El sistema de actuadores 114 usa los comandos de control para controlar el sistema de elevación y propulsión 101 del vehículo aéreo 100. El sistema de navegación 112 recibe, por ejemplo, datos GNSS para determinar la posición del vehículo aéreo 100. Por medio del sistema 113 de comunicación, el vehículo aéreo 100 se comunica con el puesto de control en tierra 102 a través de una serie de conexiones de comunicación 104.
Aunque el sistema de control de vuelo se muestra en las Figuras 1a y 1b solo en una realización simple, el sistema de control de vuelo también puede estar total o parcialmente presente de forma redundante en el vehículo aéreo. En este caso, puede estar presente una unidad de decisión (no se muestra) que toma decisiones en función de reglas predeterminadas sobre la base de los resultados disponibles de forma redundante de las múltiples unidades disponibles. Estas unidades de toma de decisiones son conocidas en la aviación.
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo 200 de una forma de realización de un procedimiento para aterrizar de forma segura un vehículo aéreo no tripulado.
En etapa 201 del procedimiento, se determina si se han interrumpido todas las conexiones de comunicación de una serie de conexiones de comunicación entre el vehículo aéreo y un puesto de control en tierra, equipado para controlar y/o monitorizar el vehículo aéreo. En la etapa 202, si se determina una interrupción en la conexión de comunicación entre el vehículo aéreo y el puesto de control en tierra, el vehículo aéreo aterriza en un sitio de aterrizaje adecuado en función de los almacenados acerca de las condiciones de vuelo actuales y los sitios de aterrizaje cercanos.
La Figura 3 muestra un puesto de control en tierra 300 para controlar y/o monitorizar al menos un vehículo aéreo no tripulado 301. El puesto de control en tierra 300 presenta un sistema de comunicación 310. El sistema de comunicación 310 está configurado para comunicarse con el vehículo aéreo no tripulado 301 y para comunicarse con un control de tráfico aéreo 302. Para este propósito, la comunicación presenta una serie de conexiones de comunicación 304 al menos entre el puesto de control en tierra 300 y el vehículo aéreo no tripulado 301. El puesto de control en tierra 304 también presenta un dispositivo de monitorización 311. El dispositivo de monitorización 311 está configurado para monitorizar las diversas conexiones de comunicación 304 del puesto de control terrestre 300 con el vehículo aéreo 301 y el control de tráfico aéreo 302. Si el dispositivo de monitorización 311 determina que se han interrumpido todas las conexiones de comunicación 304 de las diversas conexiones de comunicación 304 entre el puesto de control terrestre 300 y el vehículo aéreo 301, la información actual sobre los datos de navegación y los datos de identificación del vehículo aéreo 301 se transmite al control de tráfico aéreo 302.
La Figura 4 muestra un esquema 400 de posibles rutas de vuelo para el aterrizaje seguro de un vehículo aéreo no tripulado 402 en un sitio de aterrizaje 410. El vehículo aéreo no tripulado 402 determina, dependiendo de la dirección del viento 403, una ruta de aproximación 404, 405 correspondiente al circuito de tráfico especificado localmente. En caso de falla de todas las conexiones de comunicación, el sistema de control de vuelo del vehículo aéreo no tripulado detecta, dependiendo de la dirección del viento, el umbral de aterrizaje correspondiente sobre la base de la información geográfica y meteorológica disponible. Por ejemplo, en el caso de una dirección del viento 403 norte, el vehículo aéreo 402 selecciona una ruta de vuelo 404 que permite que el vehículo aéreo aterrice en el umbral de aterrizaje 411 de la pista de aterrizaje 410 en el ángulo de aproximación correcto siguiendo dos curvas estándar 406. En el caso de una dirección de viento hacia 403 sur, se selecciona, por ejemplo, la ruta de vuelo 405 que permite que el vehículo aéreo 402 aterrice en el umbral de aterrizaje 411 opuesto de la pista de aterrizaje 410 siguiendo una curva estándar 406. La ubicación o el momento de falla de todas las conexiones de comunicación entre el vehículo aéreo 402 y el puesto de control en tierra (no se muestra), en el caso del vehículo aéreo 402 puede haber ocurrido en la forma de realización que se muestra en la Figura 4, por ejemplo, en el símbolo que se muestra. Si la falla ocurre en una ubicación o en un momento en donde el vehículo aéreo 402 está más alejado del siguiente sitio de aterrizaje adecuado, el vehículo aéreo se conduce, conforme a la ruta de vuelo, al circuito de tráfico del sitio de aterrizaje correspondiente.
Lista de números de referencia
100 Vehículo aéreo no tripulado
101 Sistema de elevación y propulsión
102 Puesto de control en tierra
110 Sistema de control de vuelo
111 Unidad de control de vuelo
112 Sistema de navegación
113 Sistema de comunicación
114 Sistema de actuadores
Unidad de monitorización Memoria
Procedimiento
-202 Etapas del procedimiento Puesto de control en tierra Vehículo aéreo
Control de tráfico aéreo Enlace de comunicación Sistema de comunicación Dispositivo de monitorización

Claims (1)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento (200) para el aterrizaje seguro de un vehículo aéreo no tripulado, que comprende las etapas: determinar si se han interrumpido (201) todas las conexiones de comunicación de una diversidad de enlaces de comunicación entre el vehículo aéreo y un puesto de control en tierra, configurados para controlar y/o monitorizar el vehículo aéreo; y
aterrizar el vehículo aéreo lo más rápido posible en un sitio de aterrizaje adecuado en función de los datos almacenados en un sistema de navegación del vehículo aéreo no tripulado acerca de las condiciones de vuelo actuales y los sitios de aterrizaje cercanos, tras la detección de una interrupción irreversible de la conexión de comunicación entre el vehículo aéreo y el puesto de control en tierra (202);
caracterizado por que
los datos almacenados incluyen al menos los sitios de aterrizaje cercanos y los datos actuales meteorológicos y de viento del entorno inmediato del vehículo aéreo (100) y los sitios de aterrizaje cercanos, en donde los datos almacenados se recargan sucesivamente durante el vuelo, al menos, para parte del tramo de vuelo a través de una conexión de comunicación con el puesto de control en tierra;
en donde la selección de un sitio de aterrizaje adecuado se basa en reglas establecidas, en función de los datos meteorológicos y de viento de los sitios de aterrizaje cercanos a la hora prevista de llegada al sitio de aterrizaje; y en donde el procedimiento presenta además la etapa de:
determinar por parte del puesto de control en tierra si se han interrumpido todas las conexiones de comunicación de las diversas conexiones de comunicación entre el vehículo aéreo (100) y el puesto de control en tierra, y transmitir la información sobre la interrupción a un control de tráfico aéreo;
en donde las reglas establecidas son conocidas por el vehículo aéreo no tripulado y el control de tráfico aéreo, de modo que si se interrumpen las conexiones de comunicación, se selecciona un lugar de aterrizaje idéntico como lugar de aterrizaje adecuado; y
en donde el control de tráfico aéreo bloquea al menos parte de un espacio aéreo disponible y el sitio de aterrizaje adecuado para un aterrizaje seguro del vehículo aéreo (100).
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