ES2917848T3 - Procedimiento y sistema para determinar un estado de una aeronave no tripulada - Google Patents

Procedimiento y sistema para determinar un estado de una aeronave no tripulada Download PDF

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Abstract

Un procedimiento (2) para determinar un estado de un avión aéreo no tripulado muestra los pasos de la estimación repetida (6) de una posición actual de la aeronave basada en al menos una posición pre -conocida (8) y al menos un parámetro de aire, además de despegar (10) de la posición actual estimada respectiva en una base de datos en una base de datos, recibiendo (12) de datos de estado externos que tienen una posición en un momento de determinación, la investigación (20) de una estimación de una posición de la aeronave en el momento de la determinación en función de las posiciones en la base de datos, la comparación (22) la posición estimada de la aeronave en el momento de la determinación y la posición registrada en el momento de la determinación y determinar una desviación de la posición estimada de la posición estimada de la posición registrada y la corrección (28) de las posiciones almacenadas en la base de datos, que siguen el tiempo de la determinación, comenzando por la desviación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y sistema para determinar un estado de una aeronave no tripulada
Campo técnico
La invención se refiere a un procedimiento para determinar un estado y en particular una posición de una aeronave no tripulada. La invención también se refiere a un sistema de aeronave no tripulada con una aeronave no tripulada, al menos una estación terrestre y al menos una fuente de datos externa.
Antecedentes de la invención
Las aeronaves no tripuladas suelen estar conectadas a una o más estaciones terrestres. Los vehículos aéreos pilotados a distancia, también conocidos como "Aeronaves Pilotadas a Distancia (RPA, por sus siglas en inglés)", se controlan directamente desde una estación terrestre. A través de una conexión de datos bidireccional se transmiten comandos de control desde la estación terrestre correspondiente a la aeronave, mientras que la aeronave envía información sobre diversos parámetros a la estación terrestre. Estos parámetros pueden incluir datos generales de telemetría, estado del sistema y otros. Por regla general, estos datos también incluyen datos de posición de la aeronave, que se pueden mostrar en la estación terrestre correspondiente.
Si el tráfico de datos entre la aeronave y la estación terrestre correspondiente se ve afectado, se puede contactar con un centro de control de tráfico aéreo para averiguar la posición actual de la aeronave, por ejemplo por teléfono. Sin embargo, esto podría ser relativamente costoso. Además, si el rango de vuelo es correspondientemente pequeño, también se puede registrar una posición actual a través de un sistema de radar conectado a la estación terrestre.
PAHSA A ET AL: "lntegrating navigation & surveillance of Unmanned Air Vehicles into the civilian national airspaces by using ADS-B applications", INTEGRATED COMMUNICATIONS, NAVIGATION AND SURVEILANCE CONFERENCE (ICNS), 2011, IEEE, 10 de mayo de 2011 (10-05-2011), páginas J7-1, XP031953197, analizan la aplicación general de ADS-B para el control de vuelo de los sistemas UAV y, en general, nombra las tecnologías de transmisión de los sistemas ADS-B integrables.
Compendio de la invención
Un objeto de la invención consiste en determinar un procedimiento y un sistema para determinar un estado y en particular una posición de una aeronave no tripulada, que sea resistente frente a restricciones de un tráfico de datos u otras deficiencias.
El objeto se consigue mediante un procedimiento con las características indicadas en la reivindicación independiente 1 y mediante un sistema de aeronave según la reivindicación 8.
De las reivindicaciones dependientes y la siguiente descripción se desprenden formas de realización y perfeccionamientos ventajosos.
Se propone un procedimiento ejecutado por un sistema de aeronave para determinar un estado de una aeronave no tripulada, comprendiendo dicho procedimiento las etapas, realizadas por al menos una estación terrestre, consistentes en estimar repetidamente una posición actual de la aeronave sobre la base de al menos una posición previamente conocida y al menos un parámetro de vuelo, y almacenar la posición actual estimada respectiva en una base de datos, recibir datos de estado registrados externamente que presentan una posición en un momento de determinación, identificar la posición estimada de la aeronave en el momento de determinación sobre la base de las posiciones almacenadas en la base de datos, comparar la posición estimada de la aeronave en el momento de determinación y la posición registrada en el momento de determinación e identificar una desviación de la posición estimada con respecto a la posición registrada, y corregir las posiciones almacenadas en la base de datos a partir de la desviación.
En consecuencia, un aspecto central de la invención consiste en realizar repetidamente una estimación de la posición actual de la aeronave, almacenar las posiciones estimadas en una base de datos y, si se conoce una posición correcta en un momento de determinación virtualmente arbitrario, adaptar a ésta las estimaciones que siguen temporalmente a la posición transmitida externamente. Para ello se proponen las etapas de procedimiento anteriormente presentadas.
La posición actual de la aeronave se puede estimar sobre la base de al menos una posición previamente conocida utilizando sistemas de ecuaciones mecánicas de vuelo habituales. Éstos pueden incluir sistemas de ecuaciones lineales y no lineales que, además de rendimientos de vuelo conocidos de la aeronave, también pueden incluir datos meteorológicos. Las estimaciones individuales se pueden llevar a cabo en una trama de tiempo específica. A partir de la posición previamente conocida, el camino que ha recorrido la aeronave desde la posición previamente conocida hasta un momento de estimación posterior se estima por medio de datos de rendimiento como velocidad, actitud de vuelo, empuje del motor y similares, y teniendo en cuenta datos meteorológicos.
Además, la posición actual de la aeronave también se puede estimar sobre la base del conocimiento de una o más rutas de vuelo disponibles en la estación terrestre pertinente. Se supone que la aeronave mantendrá una ruta de vuelo planificada a menos que se sepa lo contrario. Sobre la base de los parámetros de vuelo seleccionados o determinados se puede estimar en qué posición de la ruta de vuelo correspondiente se encuentra la aeronave en un momento de estimación.
También se puede realizar un cálculo o una estimación en forma de una simulación en tiempo real, en la que el tamaño de paso de cálculo puede estar limitado y que se puede realizar en particular de forma lineal. Es comprensible que la etapa de estimación no sea una etapa que se ejecuta una sola vez, sino que podría repetirse regularmente en una trama anteriormente mencionada, pero alternativamente también en secciones irregulares o aleatorias.
El almacenamiento de la respectiva posición actual estimada en la base de datos incluye el almacenamiento de la posición estimada en un momento de estimación. Además de la información de posición simple, se pueden registrar la velocidad, la actitud de vuelo, el empuje momentáneo, la configuración de flaps u otros parámetros de estado. Esto da como resultado una matriz con una gran cantidad de posiciones estimadas y, opcionalmente, datos de estado adicionales en una serie de momentos de estimación.
La recepción de datos de estado registrados externamente, que presentan una posición en un momento de determinación, puede incluir la recepción de un conjunto de datos de un centro de control de tráfico aéreo. Además de la recepción de un conjunto de datos ADS-B a través de una conexión de datos, esto también puede incluir la entrada manual de un conjunto de datos recibido por teléfono para una posición en un momento de determinación.
La propia aeronave podría transmitir los datos de posición a un centro de control de tráfico aéreo a través de ADS-B, ADS-C o ACARS. En este contexto, la abreviatura ADS significa "Automatic Dependent Surveillance" ("Vigilancia Dependiente Automática") y se refiere a sistemas para el registro y visualización automáticos de movimientos de vuelo en un espacio aéreo. Las aeronaves, en particular las aeronaves que se mueven en un espacio aéreo civil, transmiten continuamente datos de posición y otros datos de vuelo específicos en una frecuencia de radio determinada. Por regla general, estos datos se emiten de forma no dirigida y a intervalos regulares. Esta variante se resume bajo el término ADS-B, donde "B" significa "Broadcast" ("Difusión"). ADS-C incluye el envío de datos de estado previa solicitud, donde "C" significa "Contract" ("Contrato"). También se podrían comunicar datos de posición a través de "ACARS" ("Aircraft Communications, Addressing and Reporting System" - "Sistema de Comunicaciones, Direccionamiento e Informes de Aeronaves"). Alternativamente, también serían concebibles datos de control de radar, por ejemplo de un radar secundario (SSR). Los datos ADS-B están accesibles a través de Internet. En el futuro, los datos ADS-B también podrían recibirse a través de un sistema por satélite. Si incluso estas fuentes de datos no estuvieran disponibles, los datos ADS-B podrían consultarse puntualmente por teléfono y utilizarse al realizar el procedimiento.
Los datos de posición, que se pueden proporcionar de forma manual o automática, permiten una comparación simple de una estimación realizada con un valor real que proviene de una fuente de datos certificada. Si se conoce una serie de posiciones estimadas en varios momentos de estimación, se puede seleccionar un momento de estimación adecuado o un rango de momentos de estimación que corresponda en gran medida al momento de determinación, o que se pueda determinar por aproximación o interpolación. La comparación da como resultado un valor de una desviación de posición entre la posición real y la estimada en un momento de determinación. Este valor se añade a la posición estimada correspondiente y se recalculan preferiblemente las posiciones de todos los momentos de estimación subsiguientes. De este modo, la estimación realizada se apoya en datos reales y se ajusta a los mismos. Esto aumenta su precisión.
En una realización ventajosa, la posición actual se estima sobre la base de una posición previamente almacenada en la base de datos. Esto significa que la distancia recorrida entre dos momentos de estimación sucesivos se determina sobre la base de los parámetros anteriormente mencionados. El incremento de recorrido resultante de ello se vincula a la posición previamente almacenada. La estimación repetida de la posición de una aeronave es, por lo tanto, una cadena de estimaciones consecutivas. Si se cambia un valor estimado en la base de datos después de recibir una posición de una fuente de datos externa, también cambiarán todos los valores estimados posteriores en esta cadena.
En una forma de realización ventajosa, la recepción de datos de estado registrados externamente incluye la recepción de al menos un conjunto de datos relevante para la aeronave desde un centro de control de tráfico aéreo. El centro de control de tráfico aéreo (también "Air Traffic Control", ATC) puede obtener de diversas maneras conjuntos de datos que son relevantes para la aeronave en cuestión. El control de tráfico aéreo o centro de control de tráfico aéreo puede proporcionar estos datos sin filtrar. Por consiguiente, un conjunto de datos puede contener datos de un número mayor de aeronaves, incluyéndose también aquí los datos de la aeronave correspondiente.
Por lo tanto, en una forma de realización preferida, la recepción de datos de estado registrados externamente también incluye filtrar los datos de posición de un conjunto de datos recibido. Un conjunto de datos puede contener una gran cantidad de datos de posición de una gran cantidad de aeronaves. Sobre la base de la designación única de la aeronave, los datos de posición correspondientes se pueden extraer de este conjunto de datos mediante filtrado.
En una forma de realización preferida, la recepción de datos de estado registrados externamente incluye la recepción de datos ADS-B.
El procedimiento puede incluir además la visualización de datos de posición de los últimos datos de estado recibidos externamente en una estación terrestre. Por ejemplo, siempre se puede mostrar a un usuario en una sección específica de la pantalla qué posición de vuelo conocida externamente está disponible. Es concebible que si una conexión de datos entre una estación terrestre y la aeronave en cuestión se restringe temporalmente, estos datos de posición conocidos externamente se resalten ópticamente, de modo que el usuario sea inmediatamente consciente de que podría existir una desviación, aunque sea pequeña, a otra position que se le indica al usuario para el control.
También es preferible mostrar la posición estimada en una estación terrestre.
Como se ha explicado anteriormente, cuando se muestra una posición estimada, podría ser útil resaltarla ópticamente, de modo que el usuario sea inmediatamente consciente de que esta información de posición es una posición estimada.
La invención también se refiere a un sistema de aeronave, que presenta una aeronave, al menos una estación terrestre y al menos una unidad de provisión para proporcionar datos de estado registrados externamente, estando configurado el sistema para llevar a cabo el procedimiento anteriormente mencionado. La al menos una estación terrestre tiene preferiblemente al menos una conexión a una fuente externa para datos de estado. Esto se puede llevar a cabo a través de la unidad de provisión, que puede estar realizada como un servidor de base de datos o un dispositivo receptor. En particular, la al menos una estación terrestre está configurada para llevar a cabo el procedimiento anteriormente mencionado.
Breve descripción de las figuras
Otras características, ventajas y posibilidades de aplicación de la presente invención se desprenden de la siguiente descripción de los ejemplos de realización y las figuras. Todas las características descritas y/o ilustradas forman el objeto de la invención por sí solas y en cualquier combinación, también independientemente de su composición en las reivindicaciones individuales o sus referencias anteriores. Además, en las figuras, los mismos símbolos de referencia representan objetos iguales o similares.
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques esquemático de un procedimiento según la invención.
La Figura 2 muestra un sistema de aeronave en una vista esquemática.
La Figura 3 muestra esquemáticamente el proceso de comparación de una posición determinada externamente con valores estimados almacenados.
Presentación detallada de formas de realización ejemplares
La Figura 1 muestra una representación esquemática basada en bloques de un procedimiento 2 según la invención. El procedimiento 2 puede comenzar con un punto 4 de inicio (ficticio). Podría ser concebible llevar a cabo este punto 4 de inicio directamente cuando la aeronave en cuestión se pone en funcionamiento o cuando se detecta un deterioro de una conexión de datos. Sin embargo, dado que el procedimiento 2 se lleva a cabo preferiblemente de forma continua, este inicio 4 simboliza simplemente un punto de entrada.
El procedimiento 2 presenta la etapa de la estimación 6 de una posición actual de la aeronave en cuestión, basándose el proceso de estimación 6 en este ejemplo en una posición 8 previamente conocida y al menos un parámetro de vuelo. La estimación de la posición se puede realizar aplicando las ecuaciones mecánicas básicas a la aeronave en cuestión. Todas las fuerzas que actúan sobre la aeronave se equilibran y a partir de ello se calcula una velocidad dirigida momentánea. Esto permite determinar incrementalmente un camino recorrido y una dirección de vuelo. De ello resulta finalmente la posición estimada. Alternativa o adicionalmente, aquí también se puede estimar el progreso en una ruta de vuelo o trayectoria de vuelo establecida.
Es comprensible que la calidad de la estimación dependa de varios factores. Por un lado, los parámetros de rendimiento de vuelo de la aeronave en cuestión deben conocerse con suficiente precisión para una estimación exitosa. Éstos se pueden identificar mediante determinación teórica y experimental. Dependiendo de la precisión exigida, se pueden establecer ecuaciones de mecánica de vuelo más o menos detalladas, que podrían incluir un número suficientemente alto de parámetros relevantes para aumentar la precisión. Si la aeronave presenta un accionamiento basado en la combustión de un combustible, un parámetro importante puede ser el conocimiento de un consumo momentáneo de combustible, que influye directamente en la masa de la aeronave. Por otro lado, los parámetros relacionados con el tiempo atmosférico se han de determinar con tanta precisión que se conozca en particular una velocidad media del viento a la altitud de vuelo actual y se pueda tener en cuenta en la estimación.
A continuación, una posición actual estimada se almacena en una base de datos 10. Esto da como resultado una serie de posiciones estimadas en determinados momentos de estimación.
Además se pueden recibir 12 datos de estado registrados externamente, que presentan una posición en un momento de determinación. Esto podría incluir en particular la recepción de un conjunto de datos de un sistema ADS-B. Dependiendo del alcance, dicho conjunto de datos puede contener una gran cantidad de datos de posición e identificadores de aeronaves, de los cuales se extraen o filtran 14 los datos de posición relevantes para la aeronave en cuestión. Además, dado que los datos de posición recibidos no contienen la posición momentánea real, sino que debido a una cierta latencia presentan datos de posición que ya están algo anticuados, primero se extrae 16 un momento de determinación de los datos de posición. A partir de esto se puede seleccionar 18 una ventana de tiempo adecuada en la base de datos con los datos de posición estimados, para identificar 20 a continuación la posición estimada en el momento de determinación.
Dado que las estimaciones se realizan repetidamente, pero no con incrementos de tiempo arbitrariamente pequeños, es de esperar que el momento de determinación de los datos de posición registrados externamente no coincida exactamente con un momento de estimación de la base de datos. Más bien es de esperar que el momento de determinación se encuentre entre dos momentos de estimación. Sin embargo, sobre la base de dos posiciones estimadas adyacentes en dos momentos de estimación adyacentes se puede calcular un valor intermedio en el momento de determinación, por ejemplo por interpolación. Esto se lleva a cabo con la identificación 20 de la posición estimada en el momento de determinación.
Un aspecto esencial del procedimiento 2 según la invención radica en la comparación 22 de la posición registrada externamente y la posición estimada en el momento de determinación, extrayéndose la posición registrada externamente en el momento de determinación por ejemplo del conjunto de datos en un paso intermedio 24. A partir de la comparación 22 se determina 25 una desviación entre la posición estimada y la real en el momento de determinación, que se utiliza en particular en la ventana de tiempo correspondiente que contiene el momento de determinación para corregir 26 la posición estimada en el momento de determinación.
Después de esta corrección, todas las posiciones estimadas posteriores pueden ser corregidas 28 para luego ser almacenadas 30 de nuevo en la base de datos. Finalmente, la última posición estimada se utiliza para continuar con la estimación 6 de la posición actual.
La posición actualizada en la base de datos se puede transmitir 32 a una estación terrestre para su visualización. Del mismo modo, a partir de los datos de estado registrados externamente se puede extraer 34 información sobre la posición y el momento de determinación de la aeronave en cuestión, para transmitirla 36 también a la estación terrestre.
En resumen, esto da como resultado un procedimiento particularmente ventajoso para determinar una posición actual de una aeronave incluso con una conexión de datos defectuosa con ayuda de datos de estado registrados externamente, en particular a través de datos ADS-B. Debido al constante apoyo y actualización de los datos de estimación, se puede mostrar a un usuario información de posición muy precisa que supera claramente una estimación pura de datos de posición. En este punto se ha de tener en cuenta que la recepción de datos de estado registrados externamente no necesariamente tiene llevarse a cabo de forma reiterada y automatizada. Si no se dispone de acceso ADS-B o similar, incluso puede ser recomendable que en determinados momentos se transmitan datos de posición por teléfono desde un centro de control de tráfico aéreo, con lo que se pueda apoyar manualmente la estimación en curso.
La Figura 2 muestra un sistema 38 según la invención con una aeronave 40, dos estaciones terrestres 42 y, a modo de ejemplo, un centro 44 de control superior que tiene un servidor 46 de base de datos. El sistema 38 es capaz de realizar el procedimiento según la invención anteriormente explicado. Los datos de posición recibidos se pueden almacenar en el servidor 46 de base de datos y ser recuperados por las estaciones terrestres 42. El procedimiento de estimación mostrado en la Figura 1 se puede llevar a cabo en la estación terrestre 42 respectiva. Los datos de posición estimados también se pueden almacenar en la estación terrestre 42 correspondiente y corregir después de recibir datos de posición determinados externamente.
Como fuentes externas para las posiciones detectadas se pueden utilizar, entre otras cosas, los sistemas ADS-B 48 por satélite, que pueden presentar uno o más satélites 50, una antena terrestre 52 y una unidad 54 que proporciona datos ADS-B. Los datos proporcionados por la unidad 54 podrían ser procesados por una unidad 56 de procesamiento capaz de convertir los datos brutos proporcionados por la antena terrestre 52 a un formato estandarizado.
La Figura 3 muestra el proceso de comparación de un valor de posición E1 determinado externamente con valores estimados que se muestran a modo de ejemplo como cantidad P1 a P6 y que se han determinado en los momentos de estimación T1 a T6. El valor de posición E1 se ha identificado, por ejemplo, en un momento de determinación ET1. Éste se encuentra entre dos momentos de estimación T2 y T3. Por consiguiente, los momentos T2 y T3 y los valores estimados P2 y P3 correspondientes se pueden seleccionar en la base de datos para comparar el valor de posición E1 determinado externamente con valores estimados, ya que precisamente no existe ningún valor estimado en el momento de determinación ET 1.
Para la comparación, el valor estimado PET1 se puede determinar a partir de los dos valores estimados P2 y P3, por ejemplo por interpolación, en un momento de estimación que corresponde al momento de determinación ET1. Finalmente, este valor estimado PET1 se puede comparar con el valor de posición E1 determinado externamente para determinar la desviación. A continuación, todos los valores estimados P3, P4, etc. que siguen al valor estimado PET 1 correspondiente se pueden corregir o recalcular en consecuencia.
Además se ha de señalar que la expresión "que presenta" no excluye otros elementos o etapas, y "un" o "una" no excluye una pluralidad. Además se ha de señalar que las características que se han descrito con referencia a uno de los ejemplos de realización anteriores también se pueden usar en combinación con otras características de otros ejemplos de realización arriba descritos. Los signos de referencia en las reivindicaciones no han de ser interpretados como una limitación.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento (2) realizado por un sistema de aeronave para determinar el estado de una aeronave no tripulada, que comprende las etapas, realizadas por al menos una estación terrestre (42), consistentes en:
- estimar (6) repetidamente una posición actual de la aeronave sobre la base de al menos una posición (8) previamente conocida y al menos un parámetro de vuelo, y almacenar (10) la posición actual estimada respectiva en una base de datos,
- recibir (12) datos de estado registrados externamente que presentan una posición en un momento de determinación,
- identificar (20) una estimación de una posición de la aeronave en el momento de determinación sobre la base de las posiciones almacenadas en la base de datos,
- comparar (22) la posición estimada de la aeronave en el momento de determinación y la posición registrada en el momento de determinación e identificar (25) una desviación de la posición estimada con respecto a la posición registrada, y
- corregir (28) las posiciones almacenadas en la base de datos que siguen al momento de determinación, a partir de la desviación.
2. Procedimiento (2) según la reivindicación 1,
en el que la estimación (6) de la posición actual se realiza sobre la base de la posición anterior almacenada en la base de datos.
3. Procedimiento (2) según la reivindicación 1 o 2,
en el que la recepción (12) de datos de estado registrados externamente comprende la recepción de al menos un conjunto de datos relevante para la aeronave desde un centro de control de tráfico aéreo.
4. Procedimiento (2) según la reivindicación 3,
en el que la recepción de datos de estado registrados externamente comprende el filtrado (14) de los datos de posición de la aeronave del conjunto de datos.
5. Procedimiento (2) según una de las reivindicaciones precedentes,
en el que la recepción de datos de estado registrados externamente comprende la recepción de datos ADS-B.
6. Procedimiento (2) según una de las reivindicaciones precedentes,
que comprende además la recepción (32), por parte de la estación terrestre, de datos de posición a partir de datos de estado recibidos externamente en último lugar para su visualización en una pantalla.
7. Sistema (38) de aeronave, que presenta una aeronave (40), al menos una estación terrestre (42) y al menos una unidad (54) de provisión para proporcionar datos de estado registrados externamente, estando configurado el sistema (38) para llevar a cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6.
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