ES2955187T3 - Sistema y procedimiento para asegurar un aterrizaje de precisión - Google Patents

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Abstract

Se propone un método para garantizar el aterrizaje de precisión de un vehículo aéreo. Según el método, se inicia la emisión de una pluralidad de proyectores de la unidad emisora de la parte transmisora; una señal es registrada por un sensor de luz de la porción receptora, comprendiendo dicha señal la emisión por dicha pluralidad de proyectores; se analiza un espectro de dicha señal registrada por medio de una unidad de procesamiento de datos de la parte receptora para asegurar la determinación del proyector dirigido con mayor precisión entre la pluralidad de proyectores incluidos en la unidad emisora de la parte transmisora; la dislocación de la porción receptora con respecto al proyector (2) dirigido con mayor precisión de la unidad emisora (1) de la porción transmisora se calcula usando una fórmula para calcular la intensidad de la iluminación. Además, se propone un sistema para implementar el método reivindicado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para asegurar un aterrizaje de precisión
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la aviación en general y, más particularmente, a un sistema y procedimiento para determinar la dislocación de un vehículo aéreo desde un lugar de aterrizaje predeterminado para asegurar un aterrizaje de precisión mediante el análisis de la luz emitida por una baliza situada en ese lugar de aterrizaje predeterminado.
Descripción de la técnica relacionada
Los vehículos aéreos, en particular los vehículos aéreos no tripulados de despegue y aterrizaje vertical deben aterrizar en un lugar designado de manera precisa. Este lugar puede ser, por ejemplo, un objeto inamovible, tal como la superficie del suelo o el tejado de un edificio. Además, este lugar puede ser, por ejemplo, un vehículo terrestre en movimiento, un vehículo marítimo en movimiento, un vehículo aéreo en movimiento.
Es deseable que los vehículos aéreos no tripulados (AV) aterricen sin interferencia de un operador, es decir, de manera automática.
Si se conocen las coordenadas globales de un lugar de aterrizaje (de aquí en adelante “ lugar de aterrizaje”), un AV puede aterrizar determinando su posición a través del GPS. Sin embargo, la precisión del Sistema de Posicionamiento Global puede ser insuficiente para determinar coordenadas precisas. Además, puede haber situaciones en las que el sistema GPS no esté disponible.
Un AV puede aterrizar utilizando la llamada visión por ordenador. En este caso, se proporcionarán a bordo del vehículo aéreo (AV) medios para capturar imágenes espaciales y determinar la posición del AV sobre la base de un análisis de las imágenes capturadas. En primer lugar, tales medios requieren una gran potencia informática; en segundo lugar, un AV debe estar proporcionado con un conjunto de sensores de luz y una cámara fotográfica o de vídeo, lo cual complica de manera significativa el equipo AV a bordo.
La patente US 7039506 divulga un sistema para determinar una línea de aproximación, que comprende una porción terrestre y una porción a bordo. La porción terrestre es un conjunto de diodos emisores de luz (LEDs) en la que los LEDs se dividen en cuatro grupos. La emisión de luz de cada uno de los cuatro grupos está modulada cíclicamente por un tiempo de emisión de luz de cada uno de los grupos. Como resultado, la porción receptora, dependiendo de su ubicación, registra señales de diferente duración o intensidad, cada uno de los LEDs opera a una misma frecuencia. La porción receptora comprende un sensor de luz (detector de luz) y un dispositivo de procesamiento de señales. El dispositivo de procesamiento de señales también comprende una base de datos de formas de onda de composite de calibración que se compararán con una forma de onda de señal de composite registrada por la porción receptora.
Los inconvenientes de esta solución técnica son: se requiere una base de datos de formas de onda de calibración de señales, y es necesario la etapa de comparación de las formas de onda de la señal recibida con las formas de onda de calibración disponibles. Es posible que se produzcan errores o fallos durante la etapa de comparación de las formas de onda de la señal recibida con las formas de onda de calibración disponibles. Se requiere un módem para sincronizar las características de tiempo del equipo a bordo, lo cual complica el equipo AV a bordo. La duración de la formación de una señal resultante aumentará, si se amplían los grupos de LED. El resultado será un aumento del tiempo requerido para determinar una posición de AV en el espacio.
La patente US 9904283 divulga un sistema de acoplamiento de precisión que comprende una porción terrestre y una equipo AV a bordo. La porción terrestre comprende un proyector configurado para proyectar señales de luz. Cada píxel proyectado está codificado de manera única, de modo que una señal de luz comprenda información sobre la coordenada de cada píxel.
Los inconvenientes de esta solución técnica incluyen el uso del código binario reflejado para codificar las señales de luz emitidas, lo cual compromete la inmunidad al ruido del sistema. Además, de acuerdo con esta solución técnica, la posición de AV en el espacio se determina por medio de dos sensores (sensores de luz), lo cual hace la porción a bordo más complicada.
El documento US 3510834 A describe un sistema para el aterrizaje de precisión de una aeronave sobre la cubierta de portaaviones.
En el documento KARL ENGELBERT WENZEL ET AL: “Automatic Take Off, Tracking and Landing of a Miniature UAV on a Moving Carrier Vehide" (Despegue, Seguimiento y Aterrizaje Automático de un UAV en miniatura en un Vehículo Portador en Movimiento), REVISTA DE SISTEMAS INTELIGENTES Y ROBÓTICOS; TEORÍA Y APLICACIONES (INCORPORACIÓN DE INGENIERÍA DE SISTEMAS MECATRÓNICOS), KLUWER ACADEMIC PLUBLISHERS, DO, volumen 61, número 1 - 4, 23 de octubre de 2010 (2010-10-23), páginas 221-238, XP019855701, ISSN: 1573-0409, DOI:10.1007 / S10846-010-9473-0 se describe un sistema para el aterrizaje de precisión del vehículo aéreo no tripulado.
El documento US 2019/141660 A1 describe un sistema de localización de objetos en una habitación, en el dispositivo emisor del cual se proporciona una lente colectora.
La solución técnica, como se propone en la presente memoria, está destinada para eliminar los inconvenientes conocidos de los sistemas y procedimientos de acoplamiento de precisión y proporcionar un sistema simple y fiable de aterrizaje de precisión y el correspondiente procedimiento de operación del mismo.
Sumario de la invención
La invención se define por las características de las reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferentes se definen mediante las características de las reivindicaciones dependientes.
La invención propuesta tiene por objeto resolver la tarea de asegurar un aterrizaje automático preciso de un vehículo aéreo de despegue y aterrizaje vertical en un caso en el que es imposible utilizar el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y/u otros sistemas de navegación conocidos.
La invención propuesta permite lograr los siguientes efectos técnicos:
- simplicidad y fiabilidad de la porción receptora que está dispuesta a bordo de un vehículo aéreo;
- reducción de la potencia informática requerida para procesar una señal registrada por un sensor de luz, en comparación con la potencia informática requerida para procesar una imagen recibida a partir de un conjunto multipíxel;
- reducción en las dimensiones y el peso de los equipos que deben disponerse a bordo de un vehículo aéreo; - mayor precisión de indicación de fuentes de luz individuales debido a la modulación de emisión de cada una de dichas fuentes de luz mediante un código único;
- mejor inmunidad al ruido del sistema;
- aumento de la velocidad de determinación de una posición de AV en el espacio;
- no es necesario transmitir información desde un vehículo aéreo a la porción transmisora, ya que toda la información necesaria es transmitida por la porción transmisora.
La tarea establecida se resuelve, y los efectos técnicos se logran debido a la implementación del procedimiento propuesto para asegurar el aterrizaje de precisión de un vehículo aéreo, equipado con una porción receptora, en un lugar de aterrizaje, equipado con una porción transmisora, de la siguiente manera
a) se inicia la emisión de luz de al menos dos proyectores de la unidad emisora de la porción transmisora; b) se registra una señal de iluminancia, incluida la emisión de luz de los proyectores, por medio del sensor de luz de la porción receptora;
c) se analiza un espectro de la iluminancia de la señal registrada por medio de una unidad de procesamiento de datos de la porción receptora a la vez que se asegura la determinación del proyector dirigido con mayor precisión entre los proyectores;
d) se calcula la dislocación de la porción receptora con respecto al proyector dirigido con mayor precisión de la unidad emisora de la porción transmisora de acuerdo con la siguiente fórmula:
Figure imgf000003_0001
donde:
I - intensidad conocida del proyector dirigido con mayor precisión;
E - iluminancia (es decir, intensidad registrada) del proyector dirigido con mayor precisión;
a - un ángulo entre la dirección de la intensidad de emisión máxima del proyector dirigido con mayor precisión y la normal al plano principal de la unidad emisora.
Además, en una realización de la invención, la emisión de cada proyector se modula de modo que en un momento dado todos los proyectores de la unidad emisora operen, y cada uno de los proyectores opere a una frecuencia única. En otra realización de la invención, los proyectores se dividen en al menos dos grupos, y la emisión de cada uno de los proyectores se modula de modo que una frecuencia de emisión de cada uno de los proyectores es única para los proyectores del grupo respectivo, y en un momento dado únicamente uno de los grupos emite, los grupos emiten alternativamente, a partir del primero hasta el último, y este orden se repite cíclicamente. Además, antes de cada inicio de emisión por el primer grupo de proyectores, la emisión de todos los proyectores se modula de modo que todos los proyectores emitan a una frecuencia única durante un periodo de tiempo predeterminado para formar una trama de inicio.
La tarea establecida se resuelve, y los efectos técnicos se logran también debido a la provisión de un sistema para asegurar el aterrizaje de precisión de un vehículo aéreo en un lugar de aterrizaje, que comprende una porción transmisora configurada para ser colocada en dicho lugar de aterrizaje y una porción receptora configurada para ser colocada en dicho vehículo aéreo.
La porción transmisora comprende una unidad emisora que comprende una pluralidad de proyectores dispuestos de tal manera que la dirección de intensidad máxima de emisión de un proyector dado y una normal al plano principal de la unidad emisora forman un ángulo a, el ángulo a aumenta hacia la periferia de la unidad emisora; y una unidad de control que comprende un procesador y una pluralidad de controladores de proyector, siendo el procesador capaz de realizar la modulación frecuencia-tiempo de la emisión formando señales de control de proyector y enviando dichas señales a los proyectores por medio de los controladores respectivos. La porción receptora comprende un sensor de luz configurado para registrar señales de la unidad emisora, y una unidad de procesamiento de datos configurada para analizar un espectro de una señal registrada por el sensor de luz, con determinación del proyector dirigido con mayor precisión y determinación de dislocación d de la porción receptora con respecto al proyector dirigido con mayor precisión de acuerdo con la siguiente fórmula:
Figure imgf000004_0001
donde:
I - intensidad de emisión conocida del proyector dirigido con mayor precisión;
E - iluminancia (intensidad registrada) del proyector dirigido con mayor precisión;
a - un ángulo entre una dirección de la intensidad de emisión máxima del proyector dirigido con mayor precisión y una normal al plano principal de la unidad emisora.
La unidad de procesamiento de datos comprende dos etapas amplificadoras, un filtro de paso alto, filtros de paso bajo, convertidores analógico a digital, un procesador para el procesamiento digital de señales, y un módulo de memoria.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra una vista general de la porción transmisora del sistema.
La Figura 2 muestra una disposición de la porción transmisora en un ángulo a un lugar de aterrizaje.
La Figura 3 muestra vistas en planta de variantes de ubicación de los proyectores en el conjunto de la unidad emisora.
La Figura 4 muestra una disposición de proyectores con respecto al plano principal.
La Figura 5 muestra un campo óptico formado por los proyectores dispuestos en el conjunto como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4.
La Figura 6 muestra la formación de un cono de emisión, o Apertura C, de la unidad emisora.
La Figura 7 muestra una disposición de diodos emisores de luz cuyos ángulos de visión se superponen. La Figura 8 muestra los principales componentes de la unidad de control de porción transmisora.
La Figura 9 muestra cómo opera la unidad emisora cuando los proyectores se dividen en grupos.
La Figura 10 muestra los principales componentes de la porción receptora.
La Figura 11 ilustra la determinación de la dislocación d de la porción receptora a partir de la unidad emisora. La Figura 12 muestra un ejemplo de determinación del proyector dirigido con mayor precisión.
La Figura 13 muestra una posición de un vehículo aéreo antes y después del movimiento por una magnitud de dislocación.
Descripción detallada de la invención
El sistema propuesto para asegurar un aterrizaje de precisión comprende una porción transmisora y una porción receptora. La porción transmisora está dispuesta en un lugar de aterrizaje, y la porción receptora está dispuesta a bordo de un vehículo aéreo.
La porción transmisora o, en otras palabras, la porción terrestre es, en su esencia, una baliza destinada para ser colocada en una superficie determinada para el aterrizaje de un vehículo aéreo. Un experto en la técnica entenderá que la palabra “terrestre” en este contexto no significa únicamente la disposición en el suelo. Se debe apreciar que un vehículo aéreo también puede aterrizar en otras superficies, tal como un tejado de un edificio, una superficie de un vehículo de transporte en movimiento, una superficie de una plataforma de aterrizaje en un barco, o incluso dentro de una estación de carga especialmente diseñada, etc.
La porción terrestre, o la baliza, está proporcionada con una unidad (1) emisora y una unidad (4) de control.
La unidad (1) emisora comprende un conjunto de proyectores (2) que están dispuestos de una manera especial con respecto al plano (3) principal de la unidad emisora. En este caso, el plano (3) principal de la unidad emisora puede considerarse como una superficie relativamente plana de la unidad (1) emisora con proyectores (2) instalados en la misma. Cuando la baliza se va a instalar en cualquier lugar de aterrizaje, sería razonable determinar una posición del plano (3) principal de la unidad emisora con respecto a la superficie del lugar de aterrizaje. Por ejemplo, una tal posición puede determinarse después de conocer un ángulo y entre el plano (3) principal de la unidad emisora y la superficie del lugar de aterrizaje, así como una dirección del plano (3) principal de la unidad emisora con respecto a los puntos cardinales.
Es preferente que el plano (3) principal de la unidad emisora sea esencialmente paralelo al plano de la superficie de aterrizaje.
Cualquier elemento emisor de luz puede utilizarse como proyector. Pueden ser, por ejemplo, elementos emisores de luz que operan en el espectro UV, o visible, o IR.
Es preferente que se utilicen diodos emisores de luz como proyectores.
Una pluralidad de proyectores (2) en la unidad (1) emisora puede estar dispuesta en forma de un conjunto lineal, luego se puede determinar la posición de un vehículo aéreo a lo largo de la línea.
Una pluralidad de proyectores (2) en la unidad (1) emisora puede estar dispuesta en forma de un conjunto bidimensional, luego se puede determinar la posición del vehículo aéreo de acuerdo con dos coordenadas.
Los proyectores (2) pueden tener una disposición combinada en la unidad (1) emisora para determinar una posición para tareas especiales.
Cuando un conjunto de los proyectores (2) es bidimensional, los proyectores (2) pueden estar dispuestos, en una vista en planta, en forma de un rectángulo, un círculo. o de manera aleatoria (Figura 3).
Es preferente que los proyectores (2) estén distribuidos en un conjunto de manera uniforme y regularmente.
En los planos perpendiculares al plano (3) principal de la unidad (1) emisora, una pluralidad de los proyectores (2) está dispuesta de tal manera que la dirección de intensidad de emisión máxima de cada proyector es el ángulo a una normal trazada al plano (3) principal de la unidad emisora en el punto de instalación de ese proyector (Figura 4). Es preferente que el ángulo a disminuya a partir de la periferia de la unidad emisora hacia el centro de la misma. En otras palabras, el ángulo a para los proyectores situados en los bordes de la unidad emisora es el mayor, y en el centro del conjunto el ángulo a=0. En este caso, el ángulo C de la abertura de cono de emisión de toda la unidad (1) emisora, o la abertura, depende de la disposición de los proyectores (2). La Figura 6 muestra un ejemplo de formación del ángulo C del cono de emisión de la unidad (1) emisora. En este caso el ángulo C es de aproximadamente 90 °, ya que los proyectores (2) en los bordes del conjunto están dispuestos en el ángulo a=45 °. Analizando un campo óptico formado de esta manera, un vehículo aéreo puede determinar su dislocación con respecto a la baliza.
Para llevar a cabo la invención propuesta se requieren al menos dos proyectores (2), uno de ellos puede estar dispuesto, por ejemplo, esencialmente en el centro de la unidad (1) emisora con un ángulo a l “ 0°, y el segundo puede estar dispuesto en la periferia de la unidad (1) emisora con un ángulo a2, donde a1<a2. También es posible que dos proyectores estén dispuestos simétricamente con respecto al centro de la unidad (1) emisora en los mismos ángulos a1=a2. Sin embargo, es preferente que el número de proyectores sea de al menos tres. En un tal caso, los proyectores (2) están dispuestos simétricamente con respecto al centro de la unidad (1) emisora en los mismos ángulos a1=a2=a3. Más preferentemente, el número de los proyectores es al menos cuatro, estando uno de ellos dispuesto esencialmente en el centro de la unidad (1) emisora con un ángulo a1 = 0°, y el segundo, tercero y cuarto proyectores están dispuestos en la periferia de la unidad (1) emisora simétricamente con respecto al proyector central con ángulos a2=a3=a4=a, donde a1<a. Aún más preferentemente, el número de proyectores es más de 4. El número máximo de proyectores no está limitado y lo decide el diseñador del dispositivo.
En una realización preferente de la invención, se utilizan diodos emisores de luz como los proyectores (2). Es bien conocido que un patrón de radiación de un diodo emisor de luz no es isotrópico. Un ángulo en el que la intensidad de emisión de un diodo emisor de luz disminuye a la mitad del máximo, o un ángulo de visión de un LED, difiere entre diodos emisores de luz de diferentes tipos. Con el fin de formar un campo óptico continuo, los diodos emisores de luz en la unidad emisora están dispuestos de modo que los ángulos de visión de los diodos emisores de luz adyacentes se solapen (Figura 7).
Con el fin de formar un conjunto de proyector, es preferente utilizar proyectores similares, es decir, aquellos que tengan una frecuencia de emisión y una intensidad iniciales esencialmente similares para todo el conjunto.
La Figura 8 muestra los principales componentes de una unidad (4) de control para la porción transmisora terrestre. La unidad (4) de control de la porción transmisora terrestre comprende un procesador (5) y una pluralidad de controladores (6) para los proyectores (2). El procesador (5) está configurado para formar señales de control para los proyectores (2). El procesador (5) está configurado para recibir señales de control procedentes del exterior. Pueden ser, por ejemplo, instrucciones para encender/apagar un proyector para conmutar al modo de consumo reducido de potencia. Además, la unidad de control puede estar proporcionada con un módulo de memoria (no se muestra en los dibujos) para almacenar datos sobre qué frecuencia se utiliza para modular una fuente de luz particular, así como datos sobre cada fuente de luz del conjunto de la unidad emisora. En este caso, el procesador (5) solicita datos a partir del módulo de memoria para formar señales de control para los proyectores (2) y transmitir estas señales de control a los respectivos controladores (6).
El procesador (5) modula la emisión de cada uno de los proyectores (2) a través de los controladores (6). Se puede emplear cualquier tipo de modulación (frecuencia, tiempo o cualquier otra) que permita identificar inequívocamente un proyector (2) dado en el conjunto de la unidad (1) emisora.
En una realización preferente de la invención, se emplea la modulación frecuencia-tiempo.
En una realización de la invención, cada uno de los controladores (6) controla la frecuencia de un solo proyector (2) mediante una señal del procesador (5).
En otra realización de la invención, cada uno de los controladores (6) controla la frecuencia de varios proyectores (2) mediante una señal del procesador (5). En este caso, la emisión de estos varios proyectores (2) se modula de manera similar, y todos estos varios proyectores (2) emiten esencialmente a la misma frecuencia. La presente realización es preferente cuando es necesario mejorar la visibilidad de emisión.
Un experto en la técnica comprenderá que cuanto más estrecho sea el haz de emisión de un proyector (2), más proyectores (2) se requerirán para formar un campo óptico continuo en el espacio. Se pueden presentar los siguientes ejemplos.
Ejemplo 1.
La unidad emisora está formada por 25 diodos emisores de luz. Cada uno de estos diodos emisores de luz tiene un ángulo de visión de 20 grados. Disponiendo estos 25 diodos emisores de luz en un conjunto de 5x5 con superposición de 10 grados, se puede obtener una Apertura C de la unidad emisora de 40 grados. Con el fin de identificar todos los diodos emisores de luz que forman este conjunto, se requieren 25 frecuencias. Si es necesario aumentar la apertura de la unidad emisora a 80 grados a la vez que se utilizan diodos emisores de luz similares, entonces se requiere un conjunto de LED de 9x9, es decir, 81 proyectores. Para identificar todos los diodos emisores de luz de este conjunto, se requerirán 81 frecuencias.
Con el fin de aumentar el intervalo de la porción transmisora, se pueden utilizar proyectores, por ejemplo, diodos emisores de luz, con un ángulo de visión más pequeño, pero con una densidad de emisión mayor. En este caso será necesario aumentar significativamente el número de proyectores (2). En consecuencia, el número de frecuencias únicas requeridas aumentará considerablemente, es decir, el espectro de una señal transmitida se ampliará significativamente. Tal ampliación del espectro puede ser inadmisible, ya que requerirá realizar cambios en la porción receptora.
En este caso, los proyectores pueden dividirse en grupos que emitirán luz alternativamente, y una frecuencia de emisión de cada uno de los proyectores (2) de un grupo será única para los proyectores de este grupo solamente. La emisión es generada por los grupos en secuencia y alternativamente, es decir, solo un grupo de los proyectores emite en un momento dado.
Ejemplo 2.
Permite que la unidad (1) emisora comprenda 50 diodos emisores de luz dispuestos en un conjunto de 5x10. Estos diodos emisores de luz se dividen en dos grupos, es decir, el Grupo I y el Grupo II, comprendiendo cada uno 25 diodos emisores de luz. Para identificar cada uno de los 25 diodos emisores de luz del Grupo I, se requieren 25 frecuencias únicas en total para el Grupo I. Para identificar cada uno de los 25 diodos emisores de luz del Grupo II, se pueden utilizar las mismas 25 frecuencias únicas que para el Grupo I, siempre que primero emita el Grupo I, y luego el Grupo II.
Ejemplo 3.
Permite que la unidad (1) emisora comprenda 81 diodos emisores de luz dispuestos en un conjunto de 9x9. Con el fin de que un espectro de emisión esté compuesto de 22 frecuencias únicas, se pueden dividir 81 diodos emisores de luz en 4 grupos. Los grupos primero, segundo y tercero comprenderán 22 diodos emisores de luz cada uno, y el cuarto grupo comprenderá 15 diodos emisores de luz. Los grupos emiten alternativamente, uno a uno, a partir del primer grupo hasta el último, y luego se repite el ciclo. Por lo tanto, se requieren 22 frecuencias para la identificación única de todos los diodos emisores de luz de la unidad (1) emisora.
Una solución si las fuentes de luz deben dividirse en grupos se debe tomar en etapa de diseño del dispositivo.
En una realización de la invención, en la que todos los proyectores (2) están divididos en grupos, cada uno de los controladores (6) controla la frecuencia de un único proyector (2) mediante una señal del procesador (5).
En otra realización de la invención, en la que todos los proyectores (2) están divididos en grupos, cada uno de los controladores (6) controla, mediante una señal del procesador (5), la frecuencia de varios proyectores (2) relativos a grupos diferentes. En este caso, la emisión de estos varios proyectores (2) relativos a diferentes grupos se modula de manera similar. Por lo tanto, todos estos varios proyectores (2) emiten a una misma frecuencia, pero en secuencia, de acuerdo con el orden de emisión por los grupos.
Para identificar cada fuente de luz individual, es necesario determinar la conformidad de una frecuencia de emisión única de cada proyector (2) individual con una posición de este proyector (2) en el conjunto. Además, se debe determinar previamente un ángulo a entre la dirección de máxima emisión de cada proyector (2) y una normal al plano (3) principal de la unidad (1) emisora. Además, la intensidad I inicial de cada proyector (2) debe determinarse previamente. En la realización más preferente de la invención, todos los proyectores (2) tienen una intensidad I de emisión similar. En la realización más simple, todos estos datos pueden disponerse como una tabla de correspondencias que puede almacenarse en el módulo de memoria de la unidad (4) de control. La misma tabla puede almacenarse también en la porción receptora del sistema.
En una realización de la invención reivindicada, se puede asignar de manera aleatoria una frecuencia para cada uno de los proyectores (2), de acuerdo con las características técnicas del equipo. Luego, la totalidad de los datos requeridos para identificar un proyector (2) particular se puede representar como una tabla, por ejemplo, de la siguiente forma, donde: n - número de un proyector (2), teniendo n valores en el intervalo de 1 a N, a - ángulo, como se ha descrito anteriormente, w - una frecuencia única:
Figure imgf000007_0001
Sin embargo, una tal tabla puede ser inconveniente, ya que requiere un volumen de memoria bastante grande. La formación de una tal tabla también requiere determinados recursos.
Por lo tanto, en otra realización de la invención reivindicada, se asigna una frecuencia única a cada proyector (2), dependiendo del número de ese proyector (2) en el conjunto. Luego, la totalidad de los datos requeridos para identificar un proyector (2) particular se representará como una tabla de correspondencia entre el número de un proyector (2), un ángulo correspondiente a y la intensidad I inicial, así como de acuerdo con la fórmula w2=w+n*k, donde: w2 - una frecuencia única de modulación de emisión de un proyector (2) dado, w - una frecuencia inicial de emisión de ese proyector (2), n - el número del proyector (2) en el conjunto k - un coeficiente constante. Se puede asignar una frecuencia de acuerdo con cualquier otra ley conveniente para el diseñador.
En una realización de la invención reivindicada se asigna una frecuencia única a cada proyector (2) a partir de un grupo de los proyectores (2), siendo las frecuencias repetidas para los proyectores (2) de diferentes grupos.
Ejemplo 4.
Permite que la unidad (1) emisora comprenda 16 diodos emisores de luz divididos en 4 grupos. Luego, una totalidad de datos requeridos para identificar un proyector (2) particular incluirá el número del grupo, el número del proyector (2) en el grupo, el ángulo a para cada proyector (2), la frecuencia de emisión de ese proyector (2) en el grupo.
Además, la tabla de correspondencias en el primer caso y la fórmula que define la relación entre el número del proyector (2) y la frecuencia en el segundo caso pueden completarse con datos sobre una coordenada de cada proyector (2) relativa al centro del conjunto de la unidad (1) emisora.
El procesador (5) está configurado para especificar una frecuencia de modulación y una duración de modulación para cada uno de los proyectores (2) en el conjunto.
En una realización de la invención, el procesador (5) inicia la emisión de luz mediante todos los proyectores (2) simultáneamente, siendo la frecuencia de emisión de cada proyector de la pluralidad de proyectores (2) única para todos los otros proyectores (2).
En aún otra realización de la invención, el procesador (5) inicia la emisión mediante los proyectores (2) en grupos de la siguiente manera (Figura 9):
- el procesador (5) inicia la emisión F0 de todos los grupos de proyectores (2) simultáneamente a la misma frecuencia mediante la formación de la señal de inicio, durando dicha emisión un tiempo t predeterminado;
- después de que expire el tiempo t, el procesador (5) iniciará la emisión F1 de uno de los grupos de proyectores (2) durante el tiempo t, por ejemplo, por el primer grupo en los N grupos de los proyectores (2);
- después de que expire el tiempo t, el procesador (5) iniciará la emisión F2 de un siguiente grupo de los grupos de proyectores (2), el cual es diferente del primer grupo, por ejemplo, por el segundo grupo, para el tiempo t;
- después de que expire el tiempo t, el procesador (5) iniciará la emisión de un siguiente grupo de los grupos de los proyectores (2) para el tiempo t, y el procedimiento se repite para todos los grupos secuencialmente, hasta que se inicie la emisión Fn del último, enésimo grupo. A continuación, el procesador (5) inicia de nuevo la emisión F0 de todos los grupos a la misma frecuencia simultáneamente mediante la formación de la señal de inicio, y se repite todo el procedimiento.
La señal de inicio puede ser una trama de transmisión de datos que emplea la modulación FSK para codificar un flujo de datos a unas frecuencias especialmente asignadas. La señal de inicio puede ser una trama de transmisión de datos que emplee cualquier otro procedimiento de modulación que permita identificar inequívocamente el inicio de la transmisión. Por ejemplo, un procedimiento de modulación puede ser similar al del Protocolo RC5. Una trama de transmisión de datos de la señal de inicio puede comprender información adicional sobre la porción transmisora, por ejemplo, un número único de la baliza, información sobre una orientación espacial de la baliza (un ángulo de inclinación del plano principal del proyector con respecto al plano de la plataforma de aterrizaje, etc.).
La Figura 10 muestra los principales componentes de la porción (7) receptora del sistema. La porción (7) receptora está dispuesta a bordo de un vehículo aéreo. La porción (7) receptora comprende un sensor (8) de luz y una unidad (9) de procesamiento de datos.
El sensor (8) de luz es un fotodiodo.
La unidad (9) de procesamiento de datos comprende una primera etapa (10) amplificadora, una segunda etapa (11) amplificadora, un filtro (12) de paso alto, filtros (13) y (14) de paso bajo, convertidores (15) y (16) analógico-digital, un procesador (17) para el procesamiento digital de las señales, un módulo (18) de memoria.
Una señal de la iluminancia, la cual es registrada por el sensor (8) de luz, etapa (10) amplificadora es dirigida a la primera. La primera etapa (10) amplificadora se utiliza para la preamplificación de una señal, con el fin de asegurar la coincidencia entre los dispositivos subsiguientes y el sensor (8) de luz.
El filtro (12) de paso alto permite eliminar un componente constante de una señal, por ejemplo, la luz solar u otra radiación de fondo de baja frecuencia.
La segunda etapa (11) amplificadora está proporcionada para obtener una señal deseada si la señal inicial está caracterizada por una potencia débil.
Los filtros (13) y (14) de paso bajo eliminan de una señal los ruidos cuya frecuencia es mayor que el intervalo operativo del sistema.
Los convertidores (15) y (16) analógico-digital transforman las señales analógicas, las cuales son preprocesadas por los amplificadores (10) y (11) y los filtros (12), (13), y (14), en señales digitales para dirigirlas al procesador (17) para el procesamiento digital de señales.
La primera etapa (10) amplificadora, el primer filtro (13) de paso bajo y el primer convertidor (15) analógico-digital forman el primer canal de preprocesamiento.
El filtro (12) de paso alto, la segunda etapa (11) amplificadora, el segundo filtro (14) de paso bajo y el segundo convertidor (16) analógico-digital forman el segundo canal de preprocesamiento.
Estos dos canales de preprocesamiento permiten ampliar significativamente un intervalo dinámico de la emisión recibida y eliminar eficazmente el ruido de una señal. Esto permite aumentar el intervalo de operación y la fiabilidad del sistema incluso si la emisión recibida es de baja intensidad.
El procesador (17) para el procesamiento digital de señales está configurado para analizar y procesar los datos recibidos a partir del primer y segundo canales de preprocesamiento.
El módulo (18) de memoria está configurado para almacenar una totalidad de datos necesarios para identificar cualquiera de los proyectores (2). Estos datos se introducen en el módulo (18) de memoria en la etapa de configuración de la porción receptora del sistema. Estos datos comprenden, al menos: el número n de cada proyector (2); el ángulo a entre la dirección de emisión máxima de cada proyector (2) y una normal al plano (3) principal de la unidad (1) emisora; la frecuencia de emisión w de cada proyector (2); la potencia I inicial de cada proyector (2). Una totalidad de estos datos puede almacenarse tanto en forma de la tabla de correspondencias como en forma de la fórmula, como se ha descrito anteriormente. Además, la tabla de correspondencias en el primer caso y la fórmula que define la relación entre el número de fuente de luz y la frecuencia en el segundo caso pueden complementarse con datos sobre una coordenada de cada proyector (2) relativa al centro del conjunto de la unidad (1) emisora.
El procesador (17) para el procesamiento digital de señales analiza los datos de la siguiente manera:
a) recibe simultáneamente las señales a partir de los dos canales de preprocesamiento,
b) determina un espectro de señal de entrada y la intensidad E de cada componente de frecuencia para cada uno de los canales de preprocesamiento;
c) determina el más intenso entre los componentes de frecuencia registrados de la iluminancia y su valor de intensidad Emáx; y, si una amplitud del componente de frecuencia más intenso de la iluminancia excede un valor umbral predeterminado de la relación señal a ruido, entonces el canal de preprocesamiento que proporciona esta señal se selecciona para analizar más señales durante un periodo de tiempo durante el cual las señales de todos los proyectores (2) o, en caso de que los proyectores (2) estén divididos en grupos, de todos los grupos serán recibidas por la porción receptora;
d) identifica un proyector (2) particular correspondiente al componente Emáx de frecuencia más intensa;
e) determina una distancia r a ese proyector (2) empleando una fórmula de intensidad de iluminación;
f) determina la dislocación d de la porción receptora desde la normal al plano (3) principal de la unidad (1) emisora, la cual se reconstruye en el punto de instalación de ese proyector (2), en base a la distancia r a ese proyector (2) y el ángulo a de ese proyector (2);
g) transmite la dislocación d, determinada en la etapa f), a los medios para controlar la posición de AV para ajustar la posición de AV mediante la distancia correspondiente a la dislocación d.
El sistema puede ser operado de la siguiente manera.
Un vehículo aéreo equipado con la porción receptora se dirige al lugar de aterrizaje. La porción transmisora, es decir, una baliza que comprende un conjunto de proyectores (2), está situada en el lugar de aterrizaje, como se ha descrito anteriormente. El conjunto de los proyectores (2) forma un campo de emisión en el espacio, siendo la frecuencia de emisión de los proyectores (2), que emiten durante un periodo de tiempo determinado única.
Cuando el sensor (8) de luz de la porción receptora entra en el campo de emisión, detecta la emisión de al menos una parte de los proyectores (2) que emiten en ese momento.
Esta emisión es detectada por el sensor (8) de luz y luego es dirigida a través del primer y segundo canales de preprocesamiento al procesador (17) para el procesamiento digital de las señales.
Después de recibir la señal a partir de ambos canales, el procesador (17) para el procesamiento digital de señales descompone la señal así recibida en un espectro, por ejemplo, por medio de la transformada rápida de Fourier - FFT). El espectro obtenido refleja un conjunto de frecuencias presentes en la señal, así como la intensidad de emisión en cada una de ese conjunto de frecuencias.
Después de eso, el procesador (17) determina las intensidades de todos los componentes de frecuencia de la señal y selecciona un componente que tenga la mayor intensidad. Si una amplitud de la señal más intensa excede un valor umbral predeterminado de la relación señal a ruido, luego el procesador selecciona el canal de preprocesamiento que proporciona esa señal para analizar señales futuras. El canal de preprocesamiento seleccionado será preferente para el periodo de tiempo durante el cual las señales de todos los proyectores (2) o grupos de los proyectores (2), si los proyectores (2) están divididos en grupos, serán recibidas por la porción receptora.
Luego, el procesador (17), que ha determinado la frecuencia de la señal más intensa, remite al módulo (18) de memoria y determina, de acuerdo con la tabla de correspondencias o la fórmula, el proyector (2) al que corresponde esta frecuencia. Por lo tanto, se determina el proyector (2) que emite la señal más intensa. Además, el procesador (17) de acuerdo con la tabla de correspondencias o la fórmula determina los parámetros del proyector (2) que emite la señal más intensa. Estos parámetros pueden incluir: el número del proyector (2); el ángulo a entre la dirección de la máxima emisión de este proyector (2) y una normal al plano (3) principal de la unidad (1) emisora; intensidad I inicial del proyector (2). Por lo tanto, se obtiene el siguiente conjunto de datos: intensidad de emisión máxima; la frecuencia de esta intensidad de emisión máxima; el número del proyector (2) con la emisión más intensa; el ángulo a entre la dirección de la máxima emisión de este proyector (2) y una normal al plano (3) principal de la unidad (1) emisora; intensidad I inicial del proyector (2).
Este proyector (2) se toma como el dirigido con mayor precisión hacia el sensor (8) de luz.
La determinación del proyector dirigido con mayor precisión puede ilustrarse mejor con el siguiente Ejemplo (Figura 12).
Ejemplo 5.
Permite que un grupo de diodos emisores de luz consista en 5 diodos emisores de luz (Figura 12a). Cuando el sensor de luz entra en el área de emisión de este grupo, registra una señal que comprenderá las señales de cada uno de los diodos emisores de luz en el grupo, así como la emisión de fondo y el ruido (Figura 12b). Después de que la unidad de procesamiento de datos transforme la señal, por ejemplo, empleando la transformada rápida de Fourier, se recibirá un espectro de emisión que comprenderá las características de frecuencia y amplitud de la señal recibida (Figura 12c).
Un análisis del espectro permite calcular que en este caso el LED dirigido con mayor precisión es el LED3 que emite a la frecuencia 60, siendo 1 su intensidad de emisión, tomada por el sensor de luz.
Luego, el procesador (17) determina una distancia a ese elemento emisor de luz de acuerdo con la fórmula de intensidad de iluminación conocida:
Figure imgf000010_0001
a partir de la cual
Figure imgf000011_0001
En este caso, E=Emáx es la intensidad del componente más intenso de la señal de la iluminancia recibida por el sensor (8) de luz.
El ángulo a significa un ángulo en el cual el sensor de luz “observa” este proyector (2). Por supuesto, este ángulo es igual al ángulo a entre la dirección de la máxima emisión de este proyector (2) y una normal al plano (3) principal de la unidad (1) emisora, como se muestra en la Figura 11.
La intensidad I es la intensidad de emisión inicial de este proyector.
Después de eso, el procesador (17) determina la dislocación d de la normal reconstruida al punto de localización de este elemento emisor de luz de acuerdo con la fórmula:
Figure imgf000011_0002
Después de obtener un valor de dislocación, el procesador (17) transmite este valor a los medios de control de la posición de AV. El vehículo aéreo se mueve mediante la distancia d hacia el centro de la baliza y aterriza.
Si las dimensiones del vehículo aéreo son significativamente mayores que las de la baliza, entonces un único procedimiento de determinación del desplazamiento es suficiente para que el vehículo aéreo se posicione con precisión por encima de la baliza y aterrice con precisión (Figuras 13a, 13b).
Sin embargo, si la precisión alcanzada después de una iteración es insuficiente, se pueden realizar las siguientes etapas para determinar la dislocación.
Después de que el vehículo aéreo se mueva a la distancia d, el sensor (8) de luz transmite una señal a la unidad (9) de procesamiento de datos una vez más, y se repite todo el procedimiento. Después de la segunda iteración, el vehículo aéreo se mueve aún más cerca al centro de la baliza. Y finalmente, después de una serie de iteraciones se produce una situación en la que el proyector dirigido con mayor precisión es el que está más cerca del centro geométrico de la baliza, y el vehículo aéreo puede aterrizar con precisión.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para asegurar un aterrizaje de precisión de un vehículo aéreo, equipado con una porción receptora, en un lugar de aterrizaje, equipado con una porción transmisora, en el que:
a) se inicia una emisión por al menos dos proyectores (2) de una unidad (1) emisora de una porción transmisora;
b) se registra una señal que comprende la emisión de los proyectores (2) por medio de un sensor (8) de luz de una porción (7) receptora;
c) se analiza un espectro de la señal registrada por medio de una unidad (9) de procesamiento de datos de la porción (7) receptora con el fin de asegurar la determinación del proyector (2) dirigido con mayor precisión entre los proyectores (2);
el procedimiento caracterizado porque comprende la etapa d), en la que:
d) se calcula una dislocación de la porción (7) receptora con respecto al proyector (2) dirigido con mayor precisión de la unidad (1) emisora de la porción transmisora de acuerdo con la fórmula:
Figure imgf000012_0001
donde:
I - intensidad conocida del proyector (2) dirigido con mayor precisión;
E - intensidad registrada del proyector (2) dirigido con mayor precisión;
a - un ángulo entre una dirección de la intensidad de emisión máxima del proyector (2) dirigido con mayor precisión y una normal al plano (3) principal de la unidad (1) emisora
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la emisión de cada uno de los proyectores (2) se modula de modo que en cualquier momento dado todos los proyectores (2) de la unidad (1) emisora emiten, y una frecuencia de cada uno de los proyectores (2) es única.
3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los proyectores (2) se dividen en al menos dos grupos, y la emisión de cada uno de los proyectores (2) se modula de modo que una frecuencia de emisión de cada uno de los proyectores (2) es única para los proyectores (2) de un grupo dado, y en cualquier momento dado solo emite un grupo, emitiendo los grupos alternativamente, a partir del primero hasta el último, y esta secuencia se repite cíclicamente.
4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que antes del inicio de la emisión del primer grupo de los proyectores (2) dicha emisión de todos los proyectores (2) se modula de modo que durante un tiempo predeterminado todos los proyectores (2) emitan a una frecuencia única y formen una trama de inicio.
5. Un sistema para asegurar el aterrizaje de precisión de un vehículo aéreo en un lugar de aterrizaje, que comprende una porción transmisora configurada para ser colocada en dicho lugar de aterrizaje y una porción receptora configurada para ser colocada en dicho vehículo aéreo, en el que:
la porción transmisora comprende:
una unidad (1) emisora que comprende al menos dos proyectores (2) dispuestos de modo que una dirección de una intensidad de emisión máxima de un proyector (2) dado y una normal a un plano (3) principal de la unidad (1) emisora forman un ángulo a, dicho ángulo a aumenta hacia la periferia de la unidad (1) emisora, y una unidad (4) de control que comprende un procesador (5) y una pluralidad de controladores (6) de los proyectores (2), estando el procesador (5) configurado para realizar la modulación frecuencia-tiempo de la emisión mediante los proyectores (2) por medio de la formación de señales para controlar los proyectores (2) y enviar dichas señales a los proyectores (2) a través de los correspondientes controladores (6);
la porción receptora comprende:
un sensor (8) de luz configurado para registrar una señal proporcionada por la unidad (1) emisora, y una unidad (9) de procesamiento de datos configurada para analizar un espectro de una señal registrada por el sensor (8) de luz, así como para determinar un proyector (2) dirigido con mayor precisión,
caracterizado porque:
la unidad (9) de procesamiento de datos está configurada para determinar la dislocación d de la porción receptora con respecto al proyector (2) dirigido con mayor precisión de acuerdo con la siguiente fórmula:
Figure imgf000013_0001
donde:
I - una intensidad de emisión conocida del proyector (2) dirigido con mayor precisión;
E - una intensidad registrada del proyector (2) dirigido con mayor precisión,
a - un ángulo entre una dirección de la intensidad de emisión máxima del proyector (2) dirigido con mayor precisión y una normal al plano (3) principal de la unidad (1) emisora.
6. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la unidad (9) de procesamiento de datos comprende una primera etapa (10) amplificadora, una segunda etapa (11) amplificadora, un filtro (12) de paso alto, filtros (13, 14) de paso bajo, convertidores (15, 16) analógico-digital, un procesador (17) para el procesamiento digital de las señales, y un módulo (18) de memoria.
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