ITTO20090950A1 - Metodo e sistema di controllo automatico della formazione - Google Patents

Description

“METODO E SISTEMA DI CONTROLLO AUTOMATICO DELLA FORMAZIONE DI VOLO DI VEICOLI AEREI SENZA PILOTAâ€

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un sistema di controllo automatico della formazione di volo di veicoli aerei senza pilota. Veicoli aerei senza pilota (noti come UAV – “Unmanned Aerial Vehicles†) vengono attualmente impiegati in numerosi contesti, ad esempio per acquisire informazioni territoriali dello spazio sorvolato, per portare aiuti, come ad esempio medicinali, in zone remote a costi competitivi, per il controllo di attività criminali e altro ancora.

Il controllo di una formazione di volo a stormo di veicoli aerei senza pilota, che volano in prossimità spaziale l’uno con l’altro (tipicamente a distanza reciproca compresa tra 20 m e 100 m), presenta un potenziale problema di collisioni in volo tra veicoli aerei tra loro prossimi. In caso di collisione, à ̈ altamente probabile che i veicoli aerei coinvolti siano danneggiati al punto da non poter proseguire il volo e precipitino. La perdita di uno o più veicoli aerei ha innanzitutto un elevato impatto economico, ma causa anche la perdita delle informazioni da essi collezionate durante il volo.

Per superare tali problemi sono state proposte diverse soluzioni. Ad esempio, sono note soluzioni tecniche che consentono il volo ravvicinato, in linea, di almeno due veicoli aerei comunicanti tra loro mediante segnali laser o infrarossi. Secondo tali soluzioni tecniche, ciascun veicolo aereo comprende un trasmettitore ed un ricevitore laser o a infrarossi, configurato per trasmettere e ricevere un segnale a e dall’altro veicolo aereo e, sulla base del segnale ricevuto, modificare la propria posizione di volo avvicinandosi a o allontanandosi dall’altro veicolo aereo. Risulta evidente come tale soluzione sia facilmente soggetta a problemi di interruzione del percorso del segnale tra i due veicoli aerei, ad esempio a causa di perturbazioni atmosferiche e/o di un improvviso cambiamento di quota di uno dei veicoli aerei, causando così una divergenza della rotta dei veicoli aerei o uno scontro tra essi.

Altre soluzioni prevedono l’utilizzo di un ricevitore GPS a bordo di ciascun veicolo aereo. Ciascun veicolo aereo conosce la propria posizione tramite i dati ricevuti da GPS e, mediante tecniche di comunicazione a radiofrequenza tra i veicoli aerei di uno stesso stormo, ciascuno di essi può inviare agli altri veicoli aerei del proprio stormo le proprie coordinate di volo. In questo modo, quando le coordinate di volo di un veicolo aereo risultano prossime a quelle di un altro veicolo aereo, à ̈ possibile intraprendere variazioni automatiche della rotta per evitare collisioni in volo. Tale soluzione, tuttavia, richiede l’utilizzo di ricevitori GPS ad alta precisione, in quanto errori di rilevazione di posizione o altitudine superiori ad una soglia minima (ad esempio pari alla distanza che separa due veicoli aerei affiancati) non possono essere tollerati. Tale problema può essere risolto aumentando la distanza tra veicoli aerei durante il volo, in modo tale che essa sia superiore all’errore di precisione fornito dal sistema GPS utilizzato. Questa soluzione avrebbe tuttavia come conseguenza la formazione di uno stormo troppo esteso, con veicoli aerei eccessivamente distanziati tra loro. Sebbene sia possibile ovviare a tale inconveniente utilizzando ricevitori GPS ad alta precisione (ad esempio il DGPS), tali ricevitori, richiedono precisi riferimenti geografici a terra per la comunicazione radio continua, da questi siti, di un segnale di correzione delle posizioni GPS, tipicamente in banda UHF. Tali infrastrutture a terra sono onerose e di non facile installazione, e sono per lo più volte ad un uso marittimo, per favorire l’avvicinamento e l’attracco di vascelli. Di conseguenza, risulta che il servizio DGPS che esse mettono a disposizione copre esclusivamente distanze di alcune decine di miglia dai porti. Per offrire coperture più ampie, adatte ad un utilizzo avionico, il segnale correttivo calcolato presso le stazioni a terra viene inviato a satelliti atti allo scopo e da questi re-inviato verso i ricevitori DGPS mobili. Tale metodo à ̈ noto come DGPS-WAAS nel Nord America ed un suo omologo à ̈ previsto in Europa e denominato EGNOS.

Infine, sono stati proposti sistemi di controllo di una formazione di volo di veicoli aerei senza pilota in cui la distanza tra veicoli aerei à ̈ mantenuta stabile grazie ad un continuo scambio di dati che oltre alla posizione GPS prevede anche altre informazioni di volo tra i veicoli aerei appartenenti alla stessa formazione, ad esempio informazioni di rotta, velocità, ecc.

Tutti questi sistemi, comunque complessi, sono accomunati dalla necessità di uno scambio di informazioni tra veicoli aerei di tipo continuo. Tuttavia, sia la trasmissione dati fra veicoli aerei che il segnale GPS, possono essere soggetti a disturbi dovuti a eventi atmosferici, interruzioni temporanee di servizio, o disturbi radio intenzionali (“jamming†). Sebbene la sensibilità di un dispositivo GPS ad interruzioni di servizio può essere compensata da dispositivi di misura inerziali miniaturizzati (IMU) che continuano a tracciare il movimento del velivolo nello spazio anche in assenza di segnale, l’impossibilità di comunicare la propria posizione espone ciascun veicolo aereo ad un volo “cieco†nei confronti dei veicoli aerei vicini. In questo ultimo caso, i veicoli aerei potrebbero disperdersi o collidere tra loro.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un metodo e un sistema di controllo automatico della formazione di volo di veicoli aerei senza pilota che consentano di superare tali inconvenienti.

Secondo la presente invenzione vengono pertanto forniti un metodo e un sistema di controllo automatico della formazione di volo di veicoli aerei senza pilota come definito nelle rivendicazioni 1 e 17.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra una pluralità di aerei senza pilota in formazione di volo triangolare in comunicazione tra loro mediante una rete wireless locale di tipo mesh parziale;

- la figura 2 mostra gli aerei senza pilota di figura 1 comunicanti tra loro attraverso una rete wireless locale completamente connessa (mesh completa);

- la figura 3 mostra, in vista superiore su un piano orizzontale xz, un aereo appartenente alla formazione di figura 1 o 2 durante l’uso, rappresentando schematicamente segnali wireless direttivi emessi dall’aereo con finalità di controllo della formazione di volo, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 4 mostra, in vista laterale su un piano orizzontale xy, l’aereo di figura 3, rappresentando schematicamente ulteriori segnali wireless direttivi emessi dall’aereo con finalità di controllo della formazione di volo, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 5 mostra, in vista prospettica, l’aereo di figura 3 e figura 4;

- la figura 6 mostra la formazione di volo di figura 1 o 2 rappresentando schematicamente i segnali wireless direttivi emessi dall’aereo di figura 3 con finalità di controllo della formazione di volo;

- le figure 7-9 mostrano fasi successive di una procedura di creazione della formazione di volo di figura 6 utilizzando i segnali wireless direttivi di figure 3 e 4;

- la figura 10 mostra, mediante diagramma di flusso, fasi di un metodo di verifica e mantenimento di una corretta direzione di volo (o heading) da parte degli aerei della formazione di volo di figura 1;

- la figura 11 mostra in vista superiore su un piano orizzontale xz, un aereo appartenente alla formazione di figura 1 o 2 durante l’uso, rappresentando schematicamente segnali wireless direttivi emessi dall’aereo con finalità di controllo della formazione di volo, secondo un’altra forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 12 mostra, in vista laterale su un piano orizzontale xy, l’aereo di figura 11;

- la figura 13 mostra una pluralità di aerei secondo la forma di realizzazione di figure 11 e 12 durante il volo in formazione, rappresentando schematicamente i segnali wireless direttivi emessi con finalità di controllo della formazione di volo;

- la figura 14 mostra, in vista prospettica, l’aereo di figure 11 e 12, mostrando ulteriori segnali wireless direttivi emessi dall’aereo; e

- la figura 15 mostra, in vista laterale, l’aereo di figura 11 rappresentando schematicamente ulteriori segnali wireless emessi dall’aereo con finalità di controllo della formazione di volo, secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione.

La seguente discussione à ̈ presentata per consentire a una persona esperta nella tecnica di realizzare e utilizzare l'invenzione. Varie modifiche alle forme di realizzazione saranno evidenti agli esperti nella tecnica, senza allontanarsi dall'ambito della presente invenzione come rivendicata. Pertanto, la presente invenzione non à ̈ intesa essere limitata alle forme di realizzazione illustrate, ma a essa deve essere attribuito l'ambito più vasto coerente con i principi e le caratteristiche illustrate nella presente e definite nelle rivendicazioni allegate.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un sistema e un metodo di controllo della formazione di volo di veicoli aerei senza pilota, in cui le distanze tra gli aerei, la loro disposizione in formazione di volo e le manovre per l’inseguimento della rotta sono gestiti in modo automatico dagli aerei stessi senza l’ausilio di segnali o segnalazioni generati esternamente alla formazione. In dettaglio, ciascun aereo à ̈ provvisto di una propria antenna omnidirezionale configurata per emettere un segnale omnidirezionale ad una propria frequenza e di una pluralità di antenne direttive configurate in modo da generare rispettivi coni di radiazione (o lobi) di segnali wireless direttivi. Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il mantenimento di una certa formazione di volo (preferibilmente triangolare) à ̈ garantita dal fatto che ciascun aereo che segue un aereo che lo precede (ad eccezione, ovviamente, dell’aereo di testa della formazione) vola mantenendosi all’interno di uno specifico cono di radiazione generato dall’aereo che lo precede. Questo à ̈ reso possibile attraverso una misura continuativa (o a intervalli predefiniti) del livello di potenza del segnale ricevuto. Ad esempio, una potenza ricevuta superiore ad un valore di soglia predefinito à ̈ indicativa di una posizione corretta di un aereo all’interno del cono di radiazione generato dall’aereo che lo precede, mentre una potenza ricevuta inferiore al valore di soglia à ̈ indicativa di una posizione dell’aereo al di fuori di tale cono di radiazione. Misurando inoltre il valore di potenza ricevuta del segnale omnidirezionale à ̈ possibile determinare la distanza tra due aerei. Infatti, una potenza ricevuta del segnale omnidirezionale eccessivamente elevata à ̈ indicativa di una eccessiva vicinanza tra due aerei e, al contrario, una potenza ricevuta eccessivamente bassa à ̈ indicativa di una eccessiva lontananza tra loro.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, l’aereo che segue non vola all’interno di un cono di radiazione ma in una zona a basso segnale compresa tra due o più coni di radiazione. In questo caso, l’aereo che segue utilizza i segnali direttivi come “muri†di segnale per monitorare eventuali variazioni laterali e di quota rispetto all’aereo che lo precede. Un eventuale sconfinamento dell’aereo che segue all’interno di un cono di radiazione generato dall’aereo che lo precede à ̈ indicato da una potenza rilevata superiore ad una soglia predefinita. Il controllo di distanza tra i due aerei à ̈ realizzato anche in questo caso attraverso la misura della potenza rilevata del segnale omnidirezionale.

È utile notare che i coni di radiazione possono essere modellati (o equalizzati via software in tempo reale) al fine di renderli il più possibile simili a coni geometrici (almeno nell’intervallo di distanze a cui si à ̈ interessati, ad esempio 15-100 m). La modellazione dei coni di radiazione può, in mancanza di antenne sufficientemente direttive, avvalersi di schiume poliuretaniche radioassorbenti disponibili in commercio come fogli o tessuti pieghevoli e ritagliabili da applicare direttamente in prossimità delle antenne per mascherare le direzioni di propagazione del segnale ritenute non di interesse ai fini della presente invenzione.

Condizioni di divergenza di uno degli aerei a causa di una errata interpretazione della propria posizione sulla base dei segnali ricevuti possono essere gestite implementando un controllo di distanza laterale tra gli aerei (nel caso di formazione a triangolo comprendente almeno tre aerei). A tal fine, un segnale omnidirezionale à ̈ generato da ciascuno degli aerei appartenenti ad una stessa formazione di volo. Ciascun segnale omnidirezionale fornisce a ciascun aereo dello stormo una indicazione della distanza da tutti gli altri aerei dello stormo, ed in particolare da quelli ad esso prossimi lateralmente, impedendo allo stesso tempo eccessivi avvicinamenti ed allontanamenti. Ciascun aereo à ̈ univocamente identificato all’interno della formazione attraverso pacchetti di “beacon†trasmessi attraverso il segnale omnidirezionale e/o i segnali direttivi. Tali pacchetti sono gestiti a livello uno e due dello standard protocollare ISO/OSI e pertanto l’instaurazione di una rete per scambio di dati (ad esempio basata sul protocollo IP) non à ̈ necessaria al mero mantenimento della formazione di volo. Tuttavia, l’instaurazione di una rete Wi-Fi, ad esempio basata sul protocollo 802.11b/g/a, può essere prevista in fase di configurazione a terra della formazione di volo, per gestire una inizializzazione dinamica della formazione instaurando le affiliazioni tra gli aerei. Inoltre, durante l’uso, a ciascun aereo può essere affidato un compito specifico, ad esempio l’acquisizione di foto o video o altri dati del territorio sorvolato. Per massimizzare la ridondanza di memorizzazione di tali dati, questi ultimi possono essere condivisi e memorizzati da più di un aereo appartenente alla stessa formazione. In questo caso, la rete Wi-Fi può essere utilizzata anche durante il volo con la finalità di condivisione di informazioni e dati che tuttavia, come detto, non sono essenziali al mantenimento della formazione. La rotta dell’intera formazione di volo può essere memorizzata in una opportuna memoria dell’aereo di testa della formazione o comunicata, in volo, da una stazione base terrestre al solo aereo di testa.

La figura 1 mostra, in vista dall’alto, uno stormo 1 di aerei 2a-2f disposti in formazione a triangolo, durante il volo. Ciascun aereo 2a-2f à ̈, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, un veicolo aereo senza pilota (UAV), o drone. Ciascun aereo 2a-2f dello stormo 1 comprende un dispositivo di rete 4, provvisto di un opportuno modulo di trasmissione/ricezione 5 e configurato per instaurare, emettendo un proprio segnale omnidirezionale SNET, una rete wireless locale con dispositivi di rete 4 disposti su altri aerei 2a-2f dello stormo 1.

L’aereo 2a di testa dello stormo 1 à ̈ inoltre configurato per comunicare con una stazione base 10 tramite un proprio dispositivo di comunicazione radio-base 8 (ad esempio per ricevere ed inviare indicazioni di missione, come la rotta da seguire o altri comandi). La stazione base 10 può essere localizzata in qualunque punto sulla superficie terrestre, ad esempio sulla terra ferma, oppure su una piattaforma marina, o ancora su una nave. Alternativamente, la stazione base 10 può essere localizzata in aria, ad esempio su un veicolo aereo (elicottero, aeromobile, ecc.) che vola a distanza dallo stormo 1, ma in comunicazione radio con esso. Inoltre risulta evidente che possono essere presenti più stazioni base 10, e l’aereo 2a può comunicare con una pluralità di stazioni base 10 contemporaneamente o solo con una di esse, ad esempio scegliendo quella da cui riceve un segnale più forte.

In dettaglio, la stazione base 10 comprende un proprio dispositivo di comunicazione 12, atto ad instaurare un collegamento radio base 15 con il dispositivo di comunicazione radio-base 8 disposto sull’aereo 2a; un elaboratore 16, collegato con il dispositivo di comunicazione 12; ed un dispositivo di memorizzazione 18, per memorizzare i dati ricevuti dall’aereo 2a.

Vantaggiosamente, una pluralità (o tutti) tra gli aerei 2a-2f comprende un proprio dispositivo di comunicazione radio-base 8. In questo modo, durante la missione, ciascun aereo 2a-2f può assumere il ruolo di aereo 2a di testa dello stormo 1. Questo si può rendere necessario, ad esempio, nel caso in cui l’aereo 2a di testa venga abbattuto; in questa situazione, un altro aereo tra gli aerei 2b-2f dello stormo 1 può assumere il ruolo di aereo di testa dello stormo 1 ed instaurare una comunicazione con la stazione base 10.

In uso, ciascun aereo 2a-2f à ̈ specializzato per acquisire un certo tipo di dati (ad esempio, immagini nel visibile, immagini nell’infrarosso, video, dati relativi alle condizioni di volo, ecc., ma anche rilevare segnali e comunicazioni provenienti da terra o da altri velivoli, o altre informazioni ancora) e, dopo averli acquisiti e memorizzati in una propria memoria, li può inviare agli altri aerei 2a-2f, che li memorizzano anch’essi. Inoltre, l’aereo 2a di testa dello stormo 1, oltre a memorizzare tali dati, o in alternativa alla memorizzazione, può inviarli alla stazione base 10 tramite il collegamento radio base 15, per ottenere una elevata ridondanza di memorizzazione. Tali dati acquisiti vengono scambiati tra gli aerei 2a-2f preferibilmente mediante la rete wireless locale instaurata attraverso i dispositivi di rete 4. In particolare, ciascun aereo 2a-2f, quando attiva il proprio dispositivo di rete 4, agisce come un punto di accesso (“access point†) di una rete wireless. In figura 1 à ̈ indicata con 17, e mostrata graficamente tramite frecce tratteggiate, una rete wireless, ad esempio Wi-Fi basata sullo standard 802.11b, instaurata tra i dispositivi di rete 4 degli aerei 2a-2f e configurata per consentire uno scambio di dati tra gli aerei 2a-2f.

Tale rete wireless locale 17 può essere utilizzata per la distribuzione e il trasferimento tra gli aerei 2a-2f di dati e informazioni acquisiti per mezzo di opportuni sensori o dispositivi. Tali informazioni, come detto, possono essere trasferite anche alla stazione di base 10, per essere memorizzate. In questo modo, anche se gli aerei 2a-2f venissero persi, ad esempio perché abbattuti, i dati rilevati sarebbero comunque recuperabili e analizzabili. Questa soluzione richiede un collegamento costante e privo di disturbi tra l’aereo 2a e la stazione base 10, e richiede inoltre un elevato consumo di energia per la trasmissione a distanza. Di contro, memorizzare localmente le informazioni e i dati acquisiti su ogni singolo aereo 2a-2f à ̈ rischioso in quanto la perdita di un singolo aereo 2a-2f causerebbe la perdita di tutte le informazioni e dei dati in esso memorizzati. Trasferendo e memorizzando le informazioni e i dati acquisiti tra tutti gli aerei 2a-2f facenti parte della rete wireless locale 17, viene generata una ridondanza di memorizzazione dati tale per cui la perdita di uno o più tra gli aerei 2a-2f non implica una conseguente perdita delle informazioni e dei dati acquisiti.

Poiché le informazioni e i dati trasferiti possono essere intercettati, gli aerei 2a-2f si scambiano informazioni tramite la rete wireless locale 17 utilizzando preferibilmente algoritmi di cifratura ad elevata sicurezza (ad esempio codici di tipo WPA-PSK, WPA2, o certificati digitali con EAP-TLS.

Utilizzando lo standard 802.11b (o 802.11g) per il Wi-Fi (centro banda a 2.44 GHz), si possono realizzare canali da 11 a 54 Mbps, che in termini di “payload†(cioà ̈ di carico utile a meno dei pacchetti di gestione della rete) si riduce circa del 50% in condizioni di rapporto segnalerumore buone. In pratica, questo significa una capacità di canale tale da supportare da 8 a 20 flussi di dati mediamente da 800 kB/s ciascuno. Una codifica più stabile à ̈ ottenuta adottando, ad esempio, lo standard 802.11b con codifica DQPSK.

La figura 2 mostra gli aerei 2a-2f collegati tra loro mediante una rete wireless locale 17 completamente connessa. In questo caso, ciascun aereo 2a-2f instaura un collegamento wireless per lo scambio di dati con tutti gli altri aerei 2a-2f dello stormo 1. Se ogni aereo 2a-2f comprende un dispositivo o sensore configurato per catturare dati e informazioni ambientali specifici e si desidera ridondanza completa su tutti gli aerei 2a-2f dello stormo 1, allora il traffico sulla rete wireless locale 17 sale velocemente, tanto più se si tratta di dati video. Ogni aereo 2a-2f trasmette dati e informazioni tramite le connessioni che realizzano la rete wireless locale 17 agli altri aerei 2a-2f e riceve da questi ultimi rispettivi dati e informazioni; ne consegue che in un sistema a ridondanza completa di N aerei (cioà ̈ N nodi dal punto di vista della rete wireless locale 17) si instaurano 2·(N-1) collegamenti per ogni aereo 2a-2f. Inoltre, in questo caso ogni aereo 2a-2f riceve e memorizza i dati ricevuti sugli N-1 collegamenti instaurati con gli altri aerei 2a-2f. In questo caso, l’utilizzo di sistema di memoria accesso diretto, ad esempio di DMA (“Direct Memory Access†) à ̈ preferibile.

Le figure 3 e 4 mostrano secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, rispettivamente in vista dall’alto e in vista laterale, un aereo facente parte dello stormo 1 di figura 1, ad esempio l’aereo 2a. Tuttavia, tutti gli aerei 2a-2f dello stormo 1 possono essere dello stesso tipo mostrato nelle figure 3 e 4.

Con riferimento congiunto alle figure 1-4, l’aereo 2a comprende il dispositivo di rete 4, a sua volta includente un modulo di trasmissione/ricezione 5, e configurato per comunicare in trasmissione e ricezione con dispositivi di rete 4 di altri aerei 2b-2f dello stormo 1 utilizzando, ad esempio, lo standard WiFi 802.11b; un dispositivo di orientamento 6, includente, ad esempio, un ricevitore GPS e una o più bussole giroscopiche, e configurato per indicare l’orientamento (anche detto attestazione - “heading†) dell’aereo 2a rispetto al nord magnetico; un dispositivo di comunicazione radio-base 8, ad esempio utilizzante un sistema di comunicazione basato sullo standard TETRA, atto a comunicare in trasmissione e ricezione con la stazione base 10 localizzata a distanza dall’aereo 2a; almeno un dispositivo di acquisizione dati 7, ad esempio una fotocamera o videocamera, configurato per acquisire informazioni ambientali, ad esempio immagini del territorio sorvolato e/o altri dispositivi sensori, ad esempio per l’acquisizione di dati meteo o dati avionici (ad esempio velocità rispetto al suolo e/o rispetto all’aria); una memoria di volo 9, configurata per memorizzare una pluralità di dati di volo e di rotta e/o le informazioni ambientali acquisite; un dispositivo di pilota automatico 11, configurato per pilotare automaticamente l’aereo 2a; una prima antenna direzionale 19, disposta sulla coda 18 dell’aereo 2a, e configurata per emettere un primo segnale wireless direttivo 29, ad esempio di tipo Wi-Fi basato sullo standard 802.11b, lungo una direzione sostanzialmente parallela alla direzione di volo dell’aereo 2a ma con verso opposto; una seconda antenna direzionale 20, disposta sulla coda 18 dell’aereo 2a e configurata per emettere un secondo segnale wireless direttivo 30, ad esempio di tipo Wi-Fi basato sullo standard 802.11b, lateralmente al primo segnale wireless direttivo 29 (con riferimento alla figura

Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr.426/BM) 3, a sinistra del primo segnale wireless direttivo 29) e parzialmente sovrapposto ad esso; una terza antenna direzionale 21, disposta sulla coda 18 dell’aereo 2a e configurata per emettere un terzo segnale wireless direttivo 31, ad esempio di tipo Wi-Fi basato sullo standard 802.11b, lateralmente al primo segnale wireless direttivo 29 (con riferimento alla figura 3, a destra del primo segnale wireless direttivo 29) e parzialmente sovrapposto ad esso; una quarta antenna direzionale 22 disposta sulla coda 18 dell’aereo 2a e configurata per emettere un quarto segnale wireless direttivo 32, ad esempio di tipo Wi-Fi basato sullo standard 802.11b, diretto inferiormente al primo segnale wireless direttivo 29 (si veda la figura 4) e parzialmente sovrapposto ad esso; una quinta antenna direzionale 23 disposta sulla coda 18 dell’aereo 2a e configurata per emettere un quinto segnale wireless direttivo 33, ad esempio di tipo Wi-Fi basato sullo standard 802.11b, diretto superiormente al primo segnale wireless direttivo 29 (si veda la figura 4) e parzialmente sovrapposto ad esso; e un microcontrollore 14, collegato al dispositivo di rete 4, al dispositivo di orientamento 6, al dispositivo di comunicazione radio-base 8, alla memoria di volo 9, al dispositivo di acquisizione dati 7, al dispositivo di pilota automatico 11. La prima, seconda, terza, quarta e quinta antenna direzionale 19, 20, 21, 22, 23 (collegate a e gestite da rispettivi moduli di trasmissione o, in alternativa, da un modulo di trasmissione comune, non mostrati) possono costituire un sistema trasmissivo a sé stante, non necessariamente collegato al microcontrollore 14; il microcontrollore 14 può, opzionalmente, essere collegato alle antenne 19-23 con finalità di monitoraggio del loro funzionamento e/o di centralizzazione dell’alimentazione elettrica.

I segnali wireless direttivi 29-33 sono rappresentati in forma schematica in figura 3 in vista superiore (sul piano orizzontale xz) e in figura 4 in vista laterale (sul piano verticale xy). Per chiarezza di rappresentazione, la figura 4 mostra solo il primo segnale wireless direttivo 29, il quarto segnale wireless direttivo 32, emesso inferiormente al primo segnale wireless direttivo 29 e quindi il segnale wireless direttivo 33, emesso superiormente al primo segnale wireless direttivo 29, ma non mostra il secondo segnale wireless direttivo 30 e il terzo segnale wireless direttivo 31. Questi ultimi sono invece mostrati in figura 3. Tuttavia, in uso, l’aereo 2a può emettere tutti o solo alcuni tra i segnali wireless direttivi 29-33.

I segnali wireless direttivi 29-33 sono rappresentati idealmente secondo le viste di figura 3 e 4 come aventi una forma sostanzialmente triangolare, con vertice sulla coda 18 dell’aereo 2a (cioà ̈ dove sono disposte le antenne direzionali 19-23).

Con riferimento alle figure 3 e 4, il primo segnale wireless direttivo 29 possiede un angolo di apertura αCsul piano orizzontale xz (figura 3) ed un angolo di apertura γCsul piano verticale xy (figura 4) aventi valori compresi tra 70° e 150°, e preferibilmente uguali tra loro e pari a 100°. Tali angoli sono riferiti ad una attenuazione di almeno -25 dB rispetto alla linea di vista delle antenne.

Con riferimento alla figura 3, il secondo segnale wireless direttivo 30 e il terzo segnale wireless direttivo 31 hanno, se considerati sul piano orizzontale xz, un rispettivo angolo di apertura αLe αR, ciascuno di essi avente valore compreso tra 40° e 90°, preferibilmente uguale tra loro e pari a 60°; inoltre, il secondo e il terzo segnale wireless direttivo 30, 31 sono parzialmente sovrapposti al primo segnale wireless direttivo 29 su porzioni laterali del primo segnale wireless direttivo 29 tra loro opposte (si veda la figura 3), in modo da generare rispettive porzioni di spazio 35’, 35†di segnali sovrapposti.

Con riferimento alla figura 4, il quarto segnale wireless direttivo 32 e il quinto segnale wireless direttivo 33 hanno, se considerati sul piano verticale xy, rispettivi angoli di apertura γDe γUaventi valore compreso tra 25° e 90°, preferibilmente uguale tra loro e pari a 60°; inoltre, anche il quarto e il quinto segnale wireless direttivo 32, 33 si sovrappongono parzialmente al primo segnale wireless direttivo 29 su porzioni di quest’ultimo tra loro opposte, in modo da generare rispettive porzioni di spazio 36’, 36†di segnali sovrapposti. Inoltre, anche il secondo ed il terzo segnale wireless direttivo 30, 31 hanno, se considerati nel piano verticale xy, rispettivi angoli di apertura (non mostrati), ad esempio aventi lo stesso valore degli angoli di apertura αLe αR. Il quarto e il quinto segnale wireless direttivo 32, 33 hanno preferibilmente rispettivi angoli di apertura nel piano orizzontale xz di circa 180°. Con la tecnologia attuale, tale angolo di apertura à ̈ fornito da antenne omnidirezionali ad alto guadagno sul piano orizzontale e fortemente direttive sul piano verticale.

Tridimensionalmente, i segnali wireless direttivi 29-33 sono coni (o lobi) di radiazione, idealmente schematizzati come mostrato in figura 5. A rigore, per le considerazioni tecniche prima esposte, il quarto e il quinto segnale wireless direttivo 32 e 33 assomigliano maggiormente a “dischi spessi†.

L’estensione spaziale di ciascun segnale wireless direttivo 29-33 (estensione del cono di radiazione lungo il proprio asse) dipende dalla potenza di trasmissione. Per ciascun segnale wireless direttivo 29-33, estensioni del cono di radiazione lungo il proprio asse considerate accettabili per l’applicazione prevista sono comprese tra 100 m e 500 m.

La figura 6 mostra lo stormo 1 di figura 1 visualizzando in forma schematica il primo secondo e terzo segnale wireless direttivo 29-31, emessi degli aerei 2a-2f con finalità di controllo della formazione di volo. Per chiarezza di rappresentazione, non sono visualizzati in figura 6 il quarto e il quinto segnale wireless direttivo 32 e 33, che sono tuttavia presenti ed emessi dagli aerei 2a-2c. Nel seguito, si farà riferimento al primo, secondo, terzo, quarto, quinto segnale wireless direttivo 29-33 indicandoli genericamente nel loro insieme come segnali wireless direttivi 29-33.

Durante il volo, ciascun aereo 2a-2c emette rispettivi segnali wireless direttivi 29-33 in direzione sostanzialmente opposta alla direzione di volo, come mostrato nelle figure 3-6. Gli aerei 2d-2f, invece, non emettono alcun segnale wireless direttivo 29-33, in quanto sono aerei di chiusura della formazione a triangolo dello stormo 1 (non sono cioà ̈ seguiti da nessun ulteriore aereo e l’emissione di segnali wireless direttivi non avrebbe alcuna utilità di controllo della formazione di volo). Tutti gli aerei 2a-2f emettono inoltre un proprio segnale omnidirezionale SNET, per consentire il mantenimento di una corretta distanza reciproca. Gli aerei 2a-2f sono inoltre configurati per ricevere una pluralità di segnali wireless, in particolare i segnali wireless direttivi 29-33 ed il segnale omnidirezionale SNET. La ricezione avviene secondo tecniche note attraverso il modulo di trasmissione/ricezione 5 o mediante moduli di ricezione dedicati, di tipo noto.

Ciascun segnale wireless direttivo 29-33 trasmesso da ciascun aereo 2a-2c à ̈ univocamente identificato da una coppia formata da un identificativo di aereo IDA(identificante univocamente ciascun aereo 2a-2c dello stormo 1 che emette quel segnale wireless direttivo) e da un identificativo di segnale IDS(identificante univocamente il segnale wireless direttivo emesso). Poiché ciascun segnale wireless direttivo 29-33 veicola un identificativo che à ̈ comprensivo sia dell’identificativo di aereo IDA, sia dell’identificativo di segnale IDS, ciascun segnale wireless direttivo 29-33 à ̈ univocamente identificato all’interno dello stormo 1.

Poiché, per uno stesso aereo 2a-2c, le frequenze di trasmissione dei segnali wireless direttivi 29-33 sono tra loro diverse, segnali wireless direttivi 29-33 trasmessi da uno stesso aereo 2a-2c e parzialmente sovrapposti non interferiscono tra loro al punto di compromettere la corretta valutazione del valore di potenza ricevuta da parte di un aereo 2b-2f. In tal senso assume particolare importanza la distinzione dei parametri di forza di segnale (“signal strength†) e qualità di collegamento (“link quality†- RSSI), essendo solo quest’ultimo una misura indiretta del fenomeno di interferenza. Entrambi vengono misurati dai moduli di ricezione, ma solo il parametro di “signal strength†assume un valore significativo per il mantenimento della formazione di volo.

Una diversa soluzione prevede che, per motivi di riservatezza, i segnali wireless direttivi 29-33 nascondano i propri identificativi IDS(procedura di “SSID hiding†), così che il loro riconoscimento avviene in base alla sola analisi delle frequenze di trasmissione (il piano di allocazione delle frequenze à ̈ ovviamente noto alla logica di controllo di ogni aereo 2a-2f).

Oltre ai segnali wireless direttivi 29-33, ciascun aereo 2a-2f, instaurando la rete wireless locale 17, emette un proprio segnale omnidirezionale SNET, ad una propria frequenza al fine di evitare interferenze con altri segnali omnidirezionali SNETe con i segnali wireless direttivi 29-33. Tali segnali omnidirezionali SNET, indipendentemente dal fatto che trasportino dati informativi o no, veicolano l’identificativo di aereo IDA(ad esempio tramite segnali di “beacon†che permettono di identificare univocamente l’aereo 2a-2f che li ha generati). Ciascun aereo 2a-2f dello stormo 1, rilevando il livello di potenza del segnale omnidirezionale SNETricevuto da ciascuno degli altri aerei 2a-2f dello stormo 1, à ̈ in grado di determinare la propria distanza da essi, ed in particolare dagli aerei 2a-2f a lui affiancati.

Ad esempio, ad una quota di volo di circa 100 m, i segnali wireless direttivi 29-33 e i segnali omnidirezionali SNETemessi con una potenza pari a circa 28 dBm (valore EIRP, cioà ̈ comprensivo del guadagno di antenna), subiscono un’attenuazione di tipo esponenziale decrescente, allontanandosi lungo la linea di vista, di circa 6 dBm ad ogni raddoppio di distanza, in ottime condizioni meteo. A quote di volo inferiori ai 100 m, le riflessioni dei segnali create dal terreno (in particolare da specchi d’acqua) e/o edifici, possono sovrapporsi alle linee di propagazione dei segnali originali, creando nuove aree di radiazione e alterando le geometrie desiderate per i coni di radiazione dei segnali wireless direttivi 29-33. La seguente tabella mostra un esempio di una possibile progressione dell’attenuazione (in dBm) lungo la linea di vista (misurata in metri allontanandosi dalla sorgente di emissione del segnale).

metri 2 4 8 16 32 64 128 256 512 dBm -35 -41 -47 -53 -59 -65 -71 -77 -83

Se un aereo (“figlio†) rileva un valore di potenza del segnale omnidirezionale SNET(o del segnale wireless direzionale 29-33) emesso dall’aereo (“padre†) che lo precede pari a -50 dBm, allora, con riferimento alla tabella precedentemente mostrata, può inferire di trovarsi a circa 12 m di distanza dall’aereo padre. Questi valori sono tuttavia fortemente dipendenti dalle condizioni meteo e dal fatto di trovarsi più o meno sulla linea di vista dell’antenna direzionale 19-23 trasmettente e dal guadagno dell’antenna ricevente. Nelle migliori condizioni di ricezione possibili, i valori in metri mostrati nella precedente tabella potrebbero essere anche raddoppiati. Ne consegue che il processo di stima della distanza in funzione della potenza del segnale ricevuto fornisce un intervallo di distanze piuttosto che una valore di distanza preciso. Essendo però il trovato secondo la presente invenzione volto a mantenere coesa una formazione di veicoli aerei, e quindi essenzialmente evitare che i veicoli aerei si disperdano o collidano tra loro, à ̈ sufficiente introdurre una quantizzazione del legame segnale/distanza tale da superare l’aleatorietà data dalle condizioni meteo e dalle angolazioni che le antenne direzionali 19-23 e i moduli di ricezione vengono ad assumere reciprocamente durante il volo.

Pertanto, misurando la potenza dei segnali ricevuti, ciascun aereo 2b-2f à ̈ in grado di ricavare la propria posizione all’interno dello stormo 1 in modo relativo rispetto agli altri aerei 2a-2f, ed adeguare di conseguenza la propria rotta al fine di evitare collisioni (soprattutto collisioni laterali).

Inoltre, ciascun aereo 2b-2f utilizza le informazioni sulla variazione di potenza dei segnali ricevuti per eseguire virate. In questo modo, se l’aereo 2a di testa della formazione vira, gli aerei 2b e 2c ad esso affiliati lo seguono virando anch’essi (cercando di mantenere la potenza dei segnali ricevuti ad un valore ottimale). A loro volta, gli aerei 2d-2f affiliati agli aerei 2b e 2c eseguono una manovra analoga, mantenendosi all’interno del cono di radiazione degli aerei 2b e 2c.

Viene ora descritta una procedura di creazione di una rete wireless locale 17 tra gli aerei 2a-2f di figura 1 ed una procedura di decollo degli aerei 2a-2f stessi.

La creazione della rete inizia quando gli aerei 2a-2f sono a terra, prima del decollo. I dispositivi di rete 4 degli aerei 2a-2f vengono accesi ed instaurano, in modo noto, una rete wireless locale 17, di tipo ad albero. In particolare, il primo dispositivo di rete 4 che inizia la trasmissione si autonomina nodo radice (“root†) della rete wireless locale 17. In volo, l’aereo corrispondente al nodo radice ha la funzione di aereo 2a di testa dello stormo 1.

Eventuali conflitti tra dispositivi di rete 4 che trasmettono contemporaneamente vengono gestiti secondo le normali regole di creazione di una rete WLAN basata su 802.11b. Il nodo radice gestisce quindi l’affiliazione a sé di eventuali nodi intermedi e/o nodi foglia (nodi periferici, non affilianti ulteriori nodi) della rete wireless locale 17. A sua volta, ciascun nodo intermedio affilia eventuali ulteriori nodi intermedi e/o nodi foglia. Al termine della creazione della rete wireless locale 17, ciascun nodo affilia al più due nodi intermedi/foglia ed à ̈ a sua volta affiliato (ad eccezione del nodo radice) ad un solo nodo. Con riferimento allo stormo 1 di figura 1, l’aereo 2a di testa ha il ruolo di nodo radice della rete wireless locale 17, gli aerei 2b e 2c, affiliati all’aereo 2a, hanno il ruolo di nodi intermedi e a loro volta affiliano gli aerei 2d, 2e e 2f, che hanno il ruolo di nodi foglia. Un ulteriore livello di comunicazione viene stabilito fra nodi dello stesso livello (nodi intermedi con nodi intermedi e nodi foglia con nodi foglia).

Si configura in questo modo una rete wireless locale 17 di tipo mesh parziale, essendo non completamente connessa. Da un punto di vista strettamente topologico invece, la formazione di velivoli à ̈ di tipo ad albero oppure a delta (o, nel caso di assenza di uno o più nodi foglia, ad albero degenere).

La rete wireless locale 17, à ̈ utilizzata per la valutazione rapida delle distanze reciproche utili ad evitare collisioni e per lo scambio di informazioni provenienti dai sensori montati a bordo degli aerei 2a-2f, attraverso l’analisi dei valori di potenza dei segnali omnidirezionali SNETche realizzano i collegamenti della rete wireless 17 stessa. Tramite opportuni algoritmi di cifratura, la rete wireless 17 offre caratteristiche di autenticazione e confidenzialità. Pur consentendo una valutazione delle distanze relative tra aerei 2a-2f, la rilevazione della potenza ricevuta di ciascun segnale omnidirezionale SNETdella rete wireless 17 non permette di valutare l’orientazione spaziale relativa tra l’aereo 2a-2f che trasmette e l’aereo 2a-2f che riceve.

L’orientazione spaziale relativa tra due aerei à ̈ resa possibile dall’emissione dei segnali wireless direttivi 29-33 e dal fatto che ciascun aereo 2b-2f affiliato à ̈ a conoscenza delle frequenze di trasmissione dei segnali wireless direttivi 29-33 utilizzati dall’aereo 2a-2c che lo affilia (e, se trasmesso, dell’identificativo di segnale IDS) e della orientazione spaziale di emissione di tali segnali. L’aereo 2b-2f affiliato à ̈ cioà ̈ a conoscenza del fatto che, disponendosi in coda ad un aereo 2a-2c, il primo segnale wireless direttivo 29 à ̈ emesso lungo una direzione opposta alla direzione di volo dell’aereo 2a-2c che lo emette, il secondo segnale wireless direttivo 30 à ̈ emesso a sinistra del segnale wireless direttivo 29, il terzo segnale wireless direttivo 31 à ̈ emesso a destra del segnale wireless direttivo 29, e il quarto e quinto segnale wireless direttivo 32, 33 sono orientati rispettivamente ad una quota minore e maggiore rispetto al primo segnale wireless direttivo 29. I dati relativi all’orientazione di emissione dei segnali wireless direttivi 29-33 possono essere memorizzati nella memoria 9 di ciascun aereo 2a-2f, in una base dati (“database†). Inoltre, durante la creazione della rete wireless locale 17, a ciascun aereo 2b-2f affiliato (nodo interno o nodo foglia della rete wireless locale 17) viene univocamente assegnato l’identificativo di aereo IDA(ed eventualmente l’identificativo di segnale IDS) dell’aereo 2a-2c che deve seguire durante il volo. Questo significa che ciascun aereo 2b-2f à ̈ a conoscenza non solo di quale altro aereo 2a-2f esso debba seguire (identificato dall’identificativo di aereo IDA), ma anche internamente a quale cono di radiazione definito da ciascuno dei segnali wireless direttivi 29-33 esso debba volare (identificato dall’identificativo di segnale IDSo dalla frequenza, nota, di trasmissione del segnale wireless direttivo).

L’informazione sulle affiliazioni di ciascun aereo 2b-2f può essere propagata attraverso la rete wireless locale 17 in modo che ciascun aereo 2a-2f sia a conoscenza delle affiliazioni degli altri aerei 2a-2f.

In alternativa, le affiliazioni tra i vari aerei 2a-2f possono essere fisse e stabilite a priori. In questo caso, le affiliazioni correntemente in uso (che potranno essere ovviamente minori di quelle possibili) sono oggetto di monitoraggio continuo tramite l’esplorazione ciclica dei canali WiFi (per monitorare i segnali wireless direttivi 29-33 ricevuti). Questo meccanismo à ̈ anche alle base delle capacità di avvicendamento degli aerei 2a-2f nel caso di avaria o abbattimento di uno o più di essi.

Al termine della fase di creazione della rete wireless locale 17 (con gli aerei 2a-2f ancora a terra), si può procedere con la fase di decollo, che avviene preferibilmente con gli aerei 2a-2f disposti in fila tra loro, con le antenne direzionali 19-23 attive in trasmissione dei rispettivi segnali wireless direttivi 29-33 e con il dispositivo di rete 4 attivo in trasmissione del segnale omnidirezionale SNET.

Innanzitutto, figura 7, l’areo 2a decolla e, dopo pochi secondi (ad esempio 5-10 secondi), la potenza del suo segnale omnidirezionale SNET, per effetto del progressivo allontanamento dell’aereo 2a dagli altri aerei ancora a terra, verrà recepito da questi ultimi sempre più debole; quando la potenza del segnale omnidirezionale SNETemesso dall’aereo 2a scende al di sotto di una certa soglia liberamente impostabile, l’aereo 2b (e solo esso in quanto tutti gli aerei 2b-2f sono consapevoli della propria identità, dello stato dei rispettivi segnali emessi e quindi delle rispettive affiliazioni e priorità di decollo), attiva la massima propulsione per procedere al decollo; durante il decollo dell’aereo 2b, che avviene in coda all’aereo 2a precedentemente decollato, l’aereo 2b rileva uno o più segnali wireless direttivi 29-33 emessi in coda dall’aereo 2a e, in conseguenza di ciò, esegue una o più virate al fine di posizionarsi all’interno del cono di radiazione del segnale wireless direttivo 29-33 ad esso precedentemente assegnato in fase di creazione della rete wireless 17. In particolare, nell’esempio mostrato in figura 7, l’aereo 2b si posiziona all’interno del cono di radiazione relativo al segnale direttivo 30 emesso dall’aereo 2a. Tale posizionamento avviene monitorando la potenza di tutti i segnali wireless direttivi 29-33 ricevuti per identificare in quale posizione l’aereo 2b si trova rispetto all’aereo 2a, ed effettuare eventuali virate o cambi di quota opportuni. Si consideri che, a titolo di esempio, in condizioni meteo buone o anche solo discrete (leggera pioggia), dato un secondo segnale wireless direttivo 30 trasmesso dall’aereo 2a ad una potenza di 30 dBm (1 Watt, il massimo consentito secondo lo standard IEEE 802.11), la ricezione da parte dell’aereo 2b di un segnale con potenza pari a -45±3 dBm indica una distanza tra i due aerei 2a, 2b sicuramente non superiore a 30 m, mentre la ricezione di un segnale con potenza pari a -65±3 dBm indica una distanza tra i due aerei 2a, 2b di almeno 60 m. Tali valori sono da considerarsi puramente indicativi; valori effettivi sono da verificare caso per caso sulla base della potenza trasmessa, del guadagno d’antenna (anche ricevente) e del tipo di antenne utilizzate, ecc.

Vantaggiosamente, l’aereo 2b si può posizionare in una zona di confine tra il primo e il secondo segnale wireless direzionale 29, 30. In questo modo, una linea di volo dell’aereo 2b eccessivamente laterale (a sinistra) rispetto alla linea di volo dell’aereo 2a, rileva la potenza del segnale wireless direttivo 30 come predominante rispetto a quella del segnale wireless direttivo 29, inducendo di conseguenza una virata correttiva a destra; analogamente, una linea di volo dell’aereo 2b eccessivamente interna al cono di radiazione del segnale wireless direttivo 29 viene identificata dall’aereo 2b rilevando una potenza del primo segnale wireless direttivo 29 predominante rispetto alla potenza del secondo segnale wireless direttivo 30, inducendo di conseguenza una virata correttiva a sinistra.

L’uso di un dispositivo di orientamento 6 basato su uno o più giroscopi (ad esempio di tipo integrato, in tecnologia MEMS) consente al microcontrollore 14 di comandare il dispositivo di pilota automatico 11 in modo da mitigare l’effetto delle virate e rientrare in una linea di volo corretta. In altri termini, l’uso di uno o più giroscopi introduce un fattore di smorzamento che impedisce al dispositivo di pilota automatico 11 di andare in reazione positiva e causare una dispersione di uno o più aerei dello stormo 1. La distanza longitudinale tra l’aereo 2a e l’aereo 2b à ̈ invece regolata tramite azioni sul propulsore dell’aereo 2b. Infatti, durante la fase di avvicinamento dell’aereo 2b in coda all’aereo 2a, c’à ̈ un istante temporale in cui l’aereo 2b, in accelerazione in coda all’aereo 2a, risulterà essere eccessivamente vicino all’aereo 2a (la potenza ricevuta del segnale omnidirezionale SNETgenerato dall’aereo 2a viene rilevata dall’aereo 2b al di sopra di una certa soglia, ad esempio maggiore di -40 dBm). L’aereo 2b, controllato dal proprio dispositivo di pilota automatico 11, intraprende quindi un’azione di rallentamento, per assumere un regime di propulsione stabile e tale da consentirgli di ricevere dall’aereo 2a segnali wireless direttivi 29-33 e il segnale omnidirezionale SNETaventi una potenza di valore sostanzialmente stabile. Risulta evidente che, nel caso in cui la potenza del/dei segnale/i ricevuto/i dovesse decrescere eccessivamente (ad esempio la potenza del segnale omnidirezionale SNETscende al di sotto dei -70dBm), l’aereo 2b intraprende una nuova azione di accelerazione, e così via.

Un osservatore esterno, osservando lo stormo 1 (anche durante la formazione dello stesso) vedrebbe gli aerei 2b-2f eseguire degli accomodamenti periodici in senso longitudinale e laterale e di quota. Simulazioni effettuate dalla richiedente mostrano come tali accomodamenti non sarebbero più frequenti di uno ogni 5 secondi circa.

Nella situazione di figura 7, a due soli aerei 2a, 2b, non si può escludere che l’aereo 2b diverga rispetto alla direzione di volo dell’aereo 2a e che le conseguenti riduzioni del secondo segnale wireless direttivo 30 e del segnale omnidirezionale SNETricevuti dall’aereo 2b inducano quest’ultimo ad accelerare prima ancora che a virare; se l’angolo di divergenza fosse notevole, l’esecuzione della successiva virata potrebbe risultare comunque insufficiente e l’effetto finale delle manovre di 2b quello di aver aumentato ulteriormente la sua distanza dall’aereo 2a anziché ridurla; l’ulteriore riduzione di segnale provocherebbe una nuova accelerazione e così via generando una reazione positiva che potrebbe portare a perdere l’aereo 2b. La possibilità che l’aereo 2b diverga notevolmente dalla direzione di volo in coda all’aereo 2a à ̈ evitata grazie alla presenza del dispositivo di orientamento 6 che, includendo come detto uno o più giroscopi, permette al dispositivo di pilota automatico 11 dell’aereo 2b di mantenere con buona approssimazione la medesima posizione angolare della direzione di volo dell’aereo 2a; l’errore dovuto all’inevitabile deriva angolare sul lungo termine può essere compensato opportunamente, ad esempio come illustrato dalle fasi 35-41 del diagramma di flusso di figura 10 (e descritto in seguito con riferimento a tale figura). L’eventuale scambio di informazioni di posizione angolare tra gli aerei 2a e 2b, per quanto non strettamente necessario, può avvenire attraverso la rete wireless locale 17.

Con riferimento alla figura 8, proseguendo nella descrizione del decollo dei restanti aerei 2c-2f, in seguito al decollo dell’aereo 2b, anche l’aereo 2c, percependo una diminuzione della potenza del segnale omnidirezionale dell’aereo 2b e quindi un allontanamento dell’aereo 2b, attiva la sua massima propulsione e decolla.

L’aereo 2c rileva, tramite il proprio dispositivo di rete 4, la presenza dell’aereo 2a e dell’aereo 2b, rilevando i loro rispettivi segnali omnidirezionali SNET. Quando l’aereo 2c giunge nei pressi della coda dell’aereo 2b e dell’aereo 2a, esso rileva uno o più tra i segnali wireless direttivi 29-33 generati dall’aereo 2b e uno o più tra i segnali wireless direttivi 29-33 generati dall’aereo 2a. Poiché all’aereo 2c à ̈ stato assegnato il ruolo di figlio dell’aereo 2a (in fase di creazione della rete wireless 17), l’aereo 2c effettua virate laterali in modo da posizionarsi lateralmente all’aereo 2b, ad una distanza ritenuta di sicurezza (dipendente da vari parametri, ad esempio dalla lunghezza alare degli aerei 2b, 2c). Quindi, figura 9, l’aereo 2c accelera per affiancarsi all’aereo 2b e posizionarsi all’interno del cono di radiazione dal terzo segnale wireless direttivo 31 dell’aereo 2a. Un ulteriore controllo sulla potenza ricevuta del segnale omnidirezionale SNETconsente all’aereo 2c di mantenersi ad una distanza laterale di sicurezza dall’aereo 2b. Viene formata in questo modo una formazione di volo a triangolo comprendente gli aerei 2a, 2b, 2c.

Nel caso in cui durante il decollo l’aereo 2c non sia in grado di rilevare i segnali wireless direttivi 29-33 emessi dall’aereo 2a, l’aereo 2c può utilizzare i segnali wireless direttivi 29-33 emessi dall’aereo 2b per affiancarsi ad esso, avvicinandosi all’aereo 2a e quindi disponendosi in una posizione di ricezione dei segnali wireless direttivi 29-33 da esso generati.

La formazione triangolare così formata dagli aerei 2a, 2b, 2c aumenta il grado di confidenza sul fatto che uno degli aerei facenti parte di essa si allontani eccessivamente: gli aerei 2b e 2c infatti possono monitorare la distanza laterale reciproca analizzando il valore di potenza del segnale omnidirezionale SNETreciprocamente ricevuto. In questo caso, la formazione di volo triangolare può essere mantenuta utilizzando solamente i segnali omnidirezionali SNETemessi dai tre aerei 2a-2c, senza utilizzare i segnali direttivi 29-33. Ciascun aereo 2a-2c può infatti monitorare la sua distanza dagli altri aerei analizzando esclusivamente la potenza ricevuta dei segnali omnidirezionali SNET. Anche in questo caso si può tuttavia considerare un'eccezione. Ad esempio, gli aerei 2b e 2c, aventi lo stesso aereo padre 2a, potrebbero essere soggetti ad una deriva laterale nello stesso verso (ad esempio entrambi verso destra o entrambi verso sinistra). In questa situazione, la stima della distanza laterale tra 2b e 2c (fornita dalla valutazione della potenza ricevuta del segnale omnidirezionale SNET) risulterebbe adeguata, mentre la distanza da 2a di entrambi gli aerei 2b e 2c crescerebbe (e la potenza del segnale ricevuto dall’aereo 2a diminuirebbe) al punto tale da attivare un comando di accelerazione in avanti che potrebbe portare gli aerei 2b e 2c a superare l’aereo 2a e anche a disperdersi nei casi più gravi. Tale evento à ̈ evitato, secondo la presente invenzione, dall’analisi dei segnali wireless direttivi 2933. Infatti, una eccessiva divergenza di rotta di un aereo 2b-2f à ̈ rilevata dall’aereo 2b-2f stesso semplicemente valutando la variazione delle intensità del primo segnale wireless direttivo 29 (centrale) rispetto a quello di appartenenza (secondo o terzo segnale wireless direttivo 30 o 31, laterali). Tale meccanismo interviene autonomamente, indipendentemente dalla presenza di un dispositivo di orientazione 6 e da qualsiasi comunicazione con altri aerei 2a-2f (che possono tuttavia essere presenti ed avere un valore confermativo, ma non necessario). La valutazione dei segnali omnidirezionali SNETconsente di evitare eccessivi allontanamenti o avvicinamenti reciproci dei velivoli anche quando questi ultimi mantengono fra loro le corrette posizioni angolari.

In seguito decollano, uno dopo l’altro, gli aerei 2d-2f, i quali agiscono analogamente a quanto descritto con riferimento agli aerei 2b, 2c per posizionarsi correttamente in coda agli aerei 2b, 2c, formando lo stormo 1 di figura 6.

Quanto finora esposto sull'autonomia del velivolo nel controllo del suo orientamento spaziale à ̈ valido tridimensionalmente in virtù della presenza dei segnali wireless direttivi 32 e 33.

La figura 10 mostra, mediante diagramma di flusso, un metodo di compensazione dell’errore dovuto alla deriva angolare. Le fasi del metodo descritto vengono eseguite da ciascun aereo 2b-2c appartenente allo stormo 1. Per semplicità di descrizione si farà nel seguito riferimento al solo aereo 2b.

Durante una fase di avvio del metodo di figura 10 si predispone, nella memoria 9 dell’aereo 2b, una variabile Var_Head contenente un valore di heading relativo dell’aereo 2b rispetto all’aereo 2a. La variabile Var_Head à ̈ inizializzata ad un valore di riferimento, ad esempio zero.

Quindi, fase 35, si verifica se l’aereo 2b sta volando all’interno del cono di radiazione di appartenenza (ad esempio, per congruenza con gli esempi precedentemente mostrati, all’interno del secondo segnale wireless direttivo 30). Questa verifica avviene monitorando il valore della potenza ricevuta del secondo segnale wireless direttivo 30 e comparando tale valore di potenza ricevuta con un valore (o intervallo di valori) di riferimento. Nel caso in cui, fase 36, l’aereo 2b non stia volando all’interno del cono di radiazione del secondo segnale wireless direttivo 30, e l’aereo 2b non rientri all’interno del cono di radiazione del secondo segnale wireless direttivo 30 entro un certo intervallo di tempo TO1 (ad esempio 10 secondi), allora, fase 37, viene avviata una procedura di emergenza (“failsafe procedure†) e si ritorna alla fase 35. La procedura di emergenza può ad esempio consistere in una virata tale da far rientrare rapidamente l’aereo 2b all’interno del cono di radiazione di appartenenza; tale rientro potrebbe avvenire con un certo angolo dovuto alla virata, ad esempio pari a 10°, rispetto all’orientamento di volo dell’aereo 2a che precede. Tale variazione di heading, dovuta alla virata, viene rilevata dal/i giroscopio/i del dispositivo di orientamento 6 dell’aereo 2b, che comandano quindi una contro-virata tesa a ripristinare l’uniformità di heading tra l’aereo 2b e l’aereo 2a. Può essere qui opportuno ricordare che solo l’aereo 2a di testa mantiene un heading assoluto, sulla base di dati di posizione acquisiti, ad esempio, tramite GPS. L’aereo 2b che segue l’aereo 2a mantiene un heading relativo rispetto all’aereo 2a e non un heading assoluto.

Se durante la fase 35 la direzione di volo dell’aereo 2b à ̈ supposta corretta (l’aereo 2b vola all’interno del cono di radiazione definito da secondo segnale wireless direttivo 30) allora, uscita SI dalla fase 35, la variazione del valore di heading dell’aereo 2b rispetto all’aereo 2a viene definita nulla, e la variabile Var_Head resettata al valore di riferimento (fase 38). La verifica dell’heading viene fatta, per sicurezza, con una temporizzazione fissa, ad esempio ogni 30 secondi. Infatti, a causa delle normali derive angolari, si stima che, in media, il valore di heading dell’aereo 2b (ottenuto ad esempio mediante un dispositivo di orientamento 6 di tipo giroscopico) possa variare di circa 1° ogni 30 secondi di volo.

Se durante i 30 secondi successivi alla verifica del valore di heading quest’ultimo varia di oltre 3° rispetto al valore corrente (fase 40), l’aereo 2b viene comandato (fase 41) in modo tale da effettuare una virata tale da riportare l’aereo 2b in posizione corretta (cercando cioà ̈ di ripristinare il valore di heading ottimale). Viceversa, si ritorna alla fase 35.

Se il termine di temporizzazione previsto (in questo esempio 30 secondi) termina e il valore di heading à ̈ variato di una quantità inferiore a 3°, allora si torna alla fase 35.

Le continue virate volte a ripristinare un valore di heading corretto possono tuttavia essere causa di un riallineamento sempre più imperfetto. L’aereo potrebbe, in questa situazione, iniziare a virare alternativamente fra gli estremi del suo cono di radiazione di appartenenza con oscillazioni sempre più ampie fino a rischiare la perdita del controllo per eccessivo allontanamento laterale. Si pone in questo caso il problema di contenere la discrepanza fra una direzione di volo effettiva e le indicazioni fornite dal dispositivo di orientamento 6, ad esempio entro 3° in valore assoluto. Lo stato dell’arte permette ai dispositivi di orientamento 6 di tipo giroscopico di contenere tale discrepanza per una durata temporale compresa tra 3 e 5 minuti (in dipendenza anche dalle sollecitazioni dinamiche). Risulta quindi conveniente provvedere a correggere il valore di heading fornito da un dispositivo di orientamento 6 di tipo giroscopico con il valore assoluto rispetto al Nord magnetico ottenuto tramite GPS, ad esempio una volta ogni 3-5 minuti. Il valore di heading assoluto à ̈ in questo caso misurato individualmente da ciascun aereo 2b-2f; ciascun aereo 2b-2f à ̈ dunque a questo fine dotato di un proprio dispositivo GPS, che si può affiancare ad un dispositivo di orientamento 6 di tipo giroscopico, e che viene utilizzato solo quando necessario a ripristinare un corretto heading assoluto.

La richiedente ha verificato che, a causa dei continui aggiustamenti di direzione degli aerei 2b-2f, le collisioni laterali ala contro ala fra aerei 2b-2f tra loro affiancati possono verificarsi con una probabilità non nulla. Infatti, il movimento laterale dovuto alle virate ha una dinamica superiore rispetto alle variazioni longitudinali a causa delle inerzie meccaniche e delle resistenze aerodinamiche che manifestano il loro effetto prevalentemente nella direzione del volo. Nel breve periodo di tempo in cui aerei 2b-2c tra loro affiancati manifestano un movimento laterale di avvicinamento tra loro, per quanto mitigato dall’azione dei giroscopi, il monitoraggio costante della potenza dei segnali wireless direttivi 29-33 ricevuti potrebbe non rivelare in tempo (in genere sono necessari da 3 a 4 secondi) l’uscita dal cono di radiazione di appartenenza. Per questa ragione risulta vantaggioso instaurare, per mezzo del segnale omnidirezionale SNET, una connessione diretta su uno specifico canale tra aerei 2b-2f tra loro affiancati durante il volo. Tale accorgimento consente infatti tempi di valutazione della potenza del segnale ricevuto da 5 a 10 volte più rapidi di quanto realizzabile mediante l’esplorazione di tutti i segnali wireless direttivi 29-33. Secondo lo scenario appena descritto, il risultato del monitoraggio continuo del segnale omnidirezionale SNETha priorità sul risultato del monitoraggio dei segnali wireless direttivi 29-33 nell’attivare o meno manovre di anti-collisione.

Raggiunta una quota di volo prestabilita (ad esempio misurabile con strumentazione di volo barometrica o mediante GPS, se presente) l’aereo 2a di testa si dispone in una configurazione di volo piano e livellato e gli aerei 2b-2f che lo seguono ne imitano le caratteristiche di volo per inseguimento del primo, secondo e terzo segnale wireless direttivo 29-31 e mantengono la stessa quota per inseguimento del quarto e quinto segnale wireless direttivo 32, 33.

La fase di atterraggio, infine, prevede un abbandono graduale dello stormo 1 a partire dagli aerei 2d-2f di chiusura dello stormo 1, uno per volta.

Poiché i segnali wireless direttivi e i segnali omnidirezionali SNETsono per loro natura instabili e soggetti ad una pluralità di condizioni ambientali, come ad esempio eventi atmosferici, la potenza dei segnali emessi dalle antenne direzionali 19-23 e dal dispositivo di rete 4 per il segnale omnidirezionale SNETdi uno qualsiasi tra gli aerei 2a-2f e rilevata da uno o più aerei 2b-2f che volano in prossimità (in coda o affiancati) di esso può variare indipendentemente da una effettiva variazione di posizione o rotta dell’aereo 2a-2f che emette il segnale. Ne consegue che la valutazione della potenza dei segnali ricevuti, non permette agli aerei 2a-2f di stimare la posizione relativa con una precisione del metro, ma verosimilmente con un ordine di grandezza superiore. Infatti, variazioni casuali della reciproca posizione di aerei 2a-2f dello stormo 1 sono dovute principalmente a tre fattori: effetti aerodinamici, difficoltà di mantenere rigorosamente una medesima velocità, difficoltà di mantenere rigorosamente uno stesso assetto (angoli di heading, pitch e roll). Il sistema di controllo della formazione descritto à ̈ atto a riconoscere variazioni spaziali di volo dell’ordine di circa 5-10 metri, in quanto solo a tale distanza la potenza dei segnali ricevuti può considerarsi effettivamente variata a causa di una deriva della direzione di volo e non semplicemente a causa dell’instabilità e variabilità intrinseca dei segnali wireless. Gli aerei 2b-2f che seguono l’aereo 2a di testa mostrano quindi un movimento ondeggiante apparentemente casuale che rispetta le posizioni della topologia desiderata solo come media nel tempo.

La continua modifica delle reciproche posizioni spaziali tra gli aerei 2a-2f, oltre che essere la base del principio di equilibrio dinamico che permette allo stormo 1 di volare in modo coeso, riduce anche la vulnerabilità degli aerei 2a-2f ad un attacco (che tipicamente avviene dal suolo terrestre). Infatti da terra risulta più complesso effettuare un attacco ad aerei 2a-2f che mutano repentinamente ed in modo continuo la loro posizione, rendendo lo stormo 1 di difficile abbattimento (almeno per puntamento visivo dei singoli aerei 2a-2f). La difficoltà di abbattimento à ̈ maggiormente aumentata dal silenzio radio ottenibile all’esterno dello stormo 1 (si può stimare un’estensione spaziale dei segnali emessi di circa 500 m, comunque dipendente dalla potenza di emissione dei segnali e dalla direzione di ascolto). A questo fine, anche la scelta dello standard IEEE 802.11b risulta vantaggiosa rispetto a IEEE 802.11g/a. Infatti, la tecnica di codifica di 802.11b à ̈ di tipo DSSS (“Direct Sequenze Spread Spectrum†), particolarmente resistente a tentativi di “jamming†(disturbi radio generati con l’intenzione di ostacolare le radiocomunicazioni).

Le figure 10 e 11 mostrano, rispettivamente in vista dall’alto (sul piano xz) e in vista laterale (sul piano xy), un aereo facente parte dello stormo 1 di figura 1 o 2, ad esempio l’aereo 2a, secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione. Tuttavia, tutti gli aerei 2a-2f dello stormo 1 possono essere dello stesso tipo mostrato nelle figure 10 e 11.

Secondo la forma di realizzazione mostrata nelle figure 10 e 11, l’aereo 2a non comprende una pluralità di antenne sulla coda 18, ma comprende una prima ed una seconda antenna direttiva 50, 51 disposte su una prima ala 55 (ad esempio l’ala sinistra), preferibilmente in una porzione laterale esterna della prima ala 55, ed una terza e quarta antenna direttiva 58, 59 disposte su una seconda ala 65 (l’ala destra), preferibilmente in una porzione laterale esterna della seconda ala 65.

La prima 50, la seconda 51, la terza 58, e la quarta 59 antenna direttiva sono configurate per emettere, durante l’uso, un rispettivo segnale wireless direttivo ad una propria frequenza. In particolare, la prima antenna direttiva 50 emette un primo segnale wireless direttivo 69, ad esempio ad una potenza pari a 30 dBm e ad una frequenza pari a 2,412 GHz; la seconda antenna direttiva 51 emette un secondo segnale wireless direttivo 70 ad esempio ad una potenza pari a 30 dBm e ad una frequenza pari a 2,437 GHz; la terza antenna direttiva 58 emette un terzo segnale wireless direttivo 71 ad esempio ad una potenza pari a 30 dBm e ad una frequenza pari a 2,437 GHz (la stessa del segnale wireless direttivo 70, in quanto sono separati spazialmente e quindi non interferenti); e la quarta antenna direttiva 59 emette un quarto segnale wireless direttivo 72 ad esempio ad una potenza pari a 30 dBm e ad una frequenza pari a 2,412 GHz (la stessa del segnale wireless direttivo 69, in quanto sono separati spazialmente e quindi non interferenti).

La prima e la seconda antenna direttiva 50, 51 emettono il rispettivo segnale wireless direttivo 69, 70 ad una distanza angolare φLcompresa tra 120° e 180°, preferibilmente pari a 150°; analogamente, anche la terza e la quarta antenna direttiva 58, 59 emettono il proprio rispettivo segnale wireless direttivo 71, 72 ad una distanza angolare φRcompresa tra 120° e 180°, preferibilmente pari a 150°.

Scegliendo opportunamente la prima 50, seconda 51, terza 58 e quarta 59 antenna direttiva in modo tale che l’angolo di apertura del rispettivo cono di radiazione sia compreso tra 60° e 90°, preferibilmente pari a 75°, à ̈ possibile definire una prima zona a basso segnale 74 compresa tra il primo e il secondo segnale wireless direzionale 69, 70 ed una seconda zona a basso segnale 76 compresa tra il terzo e il quarto segnale wireless direzionale 71, 72. Le zone a basso segnale 74 e 76 sono ampie circa 30° e devono essere orientate in modo che le loro bisettrici formino un angolo compreso fra 30° e 45° rispetto all’asse longitudinale del velivolo, verso l’esterno della fusoliera; questo si ottiene orientando di uno stesso angolo i due gruppi di antenne 50, 51 e 59, 58. Le figure potrebbero non rispettare fedelmente gli angoli descritti ma il principio di funzionamento rimane inalterato.

Durante il volo in formazione, come mostrato in figura 13 relativamente a soli tre aerei 2a-2c dello stormo 1, gli aerei 2b e 2c volano mantenendosi all’interno della prima e della seconda zona a basso segnale 74, 76, e non all’interno dei coni di radiazione come descritto con riferimento alle figure 5-9.

Il concetto di basso segnale à ̈ da intendersi in funzione di un valore di confronto (ad esempio pari a -65 dBm) che può essere adattato in funzione della distanza stimata fra due aerei. In alternativa, può essere pari alla soglia minima di sensibilità raggiungibile dagli attuali ricevitori, usualmente pari a -83 dBm.

Questa forma di realizzazione della presente invenzione risulta particolarmente vantaggiosa nel caso in cui non si disponga di antenne sufficientemente direttive tali da definire con precisione percorsi (coni di radiazione) tra loro affiancati e sufficientemente delimitati lateralmente.

Secondo quanto mostrato in figura 13, l’aereo 2b si dispone in coda all’aereo 2a in modo tale da utilizzare i fronti laterali 69’, 70’ dei coni di radiazione dei segnali wireless direttivi 69, 70 come “muri†delineanti il percorso da seguire (prima zona a basso segnale 74). Il fatto che si tratti di muri “spessi†(coni di radiazione), a pareti non parallele con divergenza angolare φL anche di 150º, risulta vantaggioso durante eventuali periodi di latenza (anche pari a 3, 4 secondi a seconda del dispositivo di rete o dei moduli di ricezione utilizzati) della funzione di monitoraggio dei segnali ricevuti, in quanto l’aereo 2b può addentrarsi profondamente in tali coni di radiazione e recuperare comunque un segnale utile al termine del periodo di latenza. Quanto detto vale in modo analogo per l’aereo 2c, che si dispone in coda all’aereo 2a in modo tale da utilizzare i fronti laterali 71’, 72’ dei coni di radiazione dei segnali wireless direttivi 71, 72 come “muri†delineanti il percorso da seguire (seconda zona a basso segnale 76).

Una distanza laterale di sicurezza per gli aerei 2b e 2c à ̈ mantenuta sulla base della potenza del segnale omnidirezionale SNETmonitorata da ciascuno degli aerei 2b, 2c relativamente all’altro aereo 2c, 2b (come già descritto in precedenza, anche in questo caso una potenza del segnale omnidirezionale SNETtroppo elevata causa una virata degli aerei 2b, 2c in direzioni tra loro opposte).

Il controllo della quota può essere effettuato in modo analogo a quanto descritto con riferimento alle figure 3 e 4, cioà ̈ disponendo antenne direttive 22 e 23 sulla coda 18 dell’aereo 2a (e similmente sugli altri aerei 2b, 2c, ma anche sugli aerei 2d-2f, che, almeno in teoria, potrebbero avere ulteriori aerei in coda) o, in alternativa, come mostrato in vista prospettica in figura 14, disponendo ulteriori antenne direttive sull’ala 55, in modo tale da emettere un quinto ed un sesto segnale wireless direttivo 80, 81 a partire dall’ala 55 in modo da delimitare la prima zona a basso segnale 74 verticalmente lungo il piano xy, e disponendo antenne direttive sull’ala 65, in modo tale da emettere un settimo ed un ottavo segnale wireless direttivo 82, 83 a partire dall’ala 65 in modo da delimitare la seconda zona a basso segnale 76 verticalmente lungo il piano xy.

La figura 15 mostra un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, meno onerosa economicamente e anche in termini computazionali, alternativa alla forma di realizzazione mostrata in figura 14. In questo caso, figura 15, ciascun aereo 2a-2c (solo l’aereo 2a à ̈ mostrato in figura) comprende, in alternativa alla quarta e quinta antenna 22 e 23, una prima e una seconda antenna a stelo 101, 102, ciascuna di esse omnidirezionali ad alto guadagno (ad esempio maggiore o uguale a 10 dBi) disposte sulla coda; la figura 15 mostra una modalità di installazione delle antenne a stelo 101, 102 vantaggiosa, disposta sull’impennaggio di coda (in particolare su piani verticali dell’impennaggio di coda) in aerei provvisti di tali strutture verticali estendentisi in direzioni opposte del piano di coda parallelamente al piano xy. Altre disposizioni delle antenne a stelo 101, 102 possono comunque essere previste per velivoli generici, aventi diverse strutture dell’impennaggio. In particolare, le antenne a stelo 101, 102 sono disposte sull’aereo 2a e configurate in modo da emettere un rispettivo segnale 110, 112 omnidirezionale solo sul piano orizzontale xz, e sono invece altamente direttive sul piano verticale xy (ad esempio con apertura anche di 30º o minore). Tale configurazione à ̈ particolarmente adatta al controllo di quota di volo. In questo caso le radiazioni delle antenne a stelo 101, 102 possono essere schematizzate come dischi (in figura i segnali 110, 112 sono rappresentati lateralmente, dunque solo lo spessore dei “dischi†nel piano xy à ̈ apprezzabile). Le antenne a stelo 101, 102 sono preferibilmente disposte con verso tra loro opposto, in modo tale che la prima antenna a stelo 101 punta verso l’alto, mentre la seconda antenna a stelo 102 punta verso il basso, in modo tale che formino un angolo Î3⁄4 compreso fra 210º e 240º (valutato posteriormente cioà ̈ dal punto di vista dell’aereo che segue), preferibilmente pari a 220º. In uso, tra i due dischi di radiazione generati dalle antenne a stelo 101, 102 si viene a creare un settore angolare 104 a basso segnale, ampio circa 180º in senso orizzontale (e il cui piano di simmetria à ̈ parallelo, idealmente coincidente, con il piano xz in cui procede il velivolo) ed ampio, in senso verticale, di un valore selezionabile fra pochi gradi (idealmente 0°) e 30º, preferibilmente pari a 10º (dipendente da quale distanza fra i velivoli si vuole mantenere in media e da quale tolleranza sull’osservanza della quota si vuole ottenere).

Ragioni pratiche suggeriscono di non ridurre l’apertura del settore angolare 104 ad un valore inferiore a 5º per evitare che a causa di inevitabili fluttuazioni aerodinamiche dell’angolo di picth del velivolo (fenomeno di beccheggio), avvengano accomodamenti continui sui timoni di profondità. In teoria la quota risulterebbe controllabile in soli ±3 m a 30 m di distanza e in non più di ±9 m a 100 m di distanza. In pratica, le prestazioni dipendono molto dalla finezza del progetto aerodinamico dell’aereo 2a e dall’accuratezza nel controllo dei servoattuatori.

Tali prima e seconda antenna a stelo 101, 102 difficilmente potrebbero sostituire la prima, seconda, terza e quarta antenna direttiva 50, 51, 58, 59 per il controllo laterale di figura 11; infatti la ristretta apertura creerebbe “muri†di segnale troppo sottili che potrebbero essere facilmente interamente attraversati durante il tempo di latenza del monitoraggio dei segnali wireless.

Con riferimento alla forma di realizzazione delle figure 10, 11 e di figura 13 o 14, le procedure di decollo e formazione dello stormo 1, così come le operazioni di virata dovute ad un cambio di direzione di volo dell’aereo 2a di testa, sono analoghe a quelle descritte con riferimento alle figure 7-9, con la differenza che in questo caso ciascun aereo 2b-2f si dispone internamente alla zona di basso segnale 74, 76 che gli à ̈ stata assegnata in fase di creazione della rete ad albero e non internamente ad un cono di radiazione.

Al fine di consentire variazioni di rotta e posizione repentine, tali da seguire immediatamente le variazioni del segnale wireless ed evitare collisioni dovute a cambiamenti di rotta ritardati o troppo lenti, à ̈ preferibile che gli aerei 2a-2f, siano aerei di dimensioni ridotte (ad esempio con apertura alare compresa tra 4 e 5 metri), agili e in grado di variare velocemente la loro rotta. In questo modo, gli aerei dello stormo 1 possono volare a distanza ravvicinata tra loro, fino a soli 20 metri e con valori medi che si attestano sui 30-40 metri. Aerei di dimensione maggiori e meno agili possono essere utilizzati, tuttavia à ̈ consigliabile che tali aerei siano mantenuti a distanze medie reciproche maggiori, preferibilmente superiori a 30-50 m. Per contro, aerei di piccole dimensioni, con apertura alare non superiore a 3 metri, pur potendo trasportare il peso dei dispositivi, avrebbero probabilmente difficoltà di tipo aerodinamico per via degli ingombri delle antenne direttive 29-33; tali difficoltà aerodinamiche diventerebbero trascurabili nel caso si utilizzassero elicotteri, o deltaplani con pilota o droni di grandi dimensioni.

Aerei 2a-2f di dimensioni ridotte sono tuttavia preferibili per ridurre i costi di esercizio (consumi) e i costi di perdita in caso di abbattimento, oltre che per ridurre i rischi per la popolazione civile nel caso in cui uno di tali aerei 2a-2f precipiti in zone abitate.

Il peso complessivo dell’elettronica montata a bordo di ciascuno degli aerei 2a-2f, in una configurazione minimale che, esclude dispositivi di acquisizione di dati video o altri sensori, à ̈ stimabile in circa 3 kg dei quali 1 kg à ̈ il peso complessivo stimato per le antenne e 0,5 kg à ̈ il peso di un gruppo batterie (“battery pack†), ad esempio agli ioni di litio, in grado di alimentare il sistema descritto per almeno 30 minuti. Tale equipaggiamento minimo potrebbe essere installato su aeromodelli amatoriali in grado di reggere un carico utile (“payload†) anche di 4 kg.

Passando ad una realizzazione professionale, quindi abbandonando le restrizioni tecniche e legislative del campo amatoriale su dimensioni, potenza dei propulsori, raggio di azione e finalità di uso, si possono ovviamente ottenere carichi utili anche di diverse decine di kg, e il peso dell’elettronica e della sensoristica non costituirebbe un problema. Il carico utile di una missione godrebbe ovviamente dell’effetto cumulativo di tutti i singoli velivoli membri della formazione.

Da un esame delle caratteristiche del trovato qui descritto ed illustrato sono evidenti i vantaggi che esso consente di ottenere.

In particolare, la presente invenzione consente il controllo di una formazione di volo di aerei senza pilota senza la necessità di trasferimento di informazioni e dati di volo o di rotta tra tutti gli aerei appartenenti ad uno stesso stormo. Questa caratteristica rende particolarmente semplice e affidabile la logica di controllo della rotta.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, la rete wireless locale 17 può essere di tipo diverso da quanto detto, ad esempio basata sullo standard IEEE 802.11g o IEEE 802.11a, o un uso misto di IEEE 802.11b/g/a o ancora un altro standard per reti wireless.

Ciascun aereo può emettere ulteriori segnali wireless direttivi lungo direzioni diverse da quelle mostrate, ad esempio lateralmente.

Inoltre, à ̈ possibile disporre su ciascun aereo 2a-2f (in modo non mostrato) una pluralità di moduli di ricezione di segnali wireless (analoghi al modulo di trasmissione/ricezione 5), ciascuno di essi sintonizzato su una specifica frequenza e configurato per ricevere uno solo tra i segnali wireless direttivi 29-33 e il segnale omnidirezionale SNET. In questo modo, la latenza nell'acquisire la potenza dei segnali wireless direttivi 29-33 scenderebbe da 3-4 secondi (come precedentemente indicato) a soli 0,5 secondi. I vantaggi di questa forma di realizzazione sono la possibilità di una ulteriore riduzione della distanza media laterale fra gli aerei 2b-2f (inferiore a 30 m, ad esempio pari a 20 m); virate di rotta più rapide; e movimenti dovuti ad aggiustamenti di rotta attorno ad una posizione media di equilibrio limitati nelle ampiezze e più frequente, così da rendere ciascun aereo 2a-2f più difficilmente attaccabile da terra.

Infine, ogni aereo 2a-2f può disporre di una capacità di carico (“payload†) diversa a seconda delle missioni, ma può anche essere un sistema di ponte radio autonomo (“standalone†), indipendente cioà ̈ dalla configurazione dei dispositivi o sensori precedentemente descritti.

Claims (32)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di controllo di una formazione di volo (1) formata da almeno un primo veicolo aereo (2a) e un secondo veicolo aereo (2b), comprendente le fasi di: - emettere, da parte del primo veicolo aereo (2a) almeno un primo segnale elettromagnetico (SNET, 29-33) di tipo WiFi; - rilevare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), il primo segnale elettromagnetico (SNET, 29-33); - determinare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), un rispettivo valore di una grandezza (“quantity†) associata al primo segnale elettromagnetico; e - determinare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), informazioni associate a una posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a) sulla base del valore di detta grandezza associata al primo segnale elettromagnetico.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta grandezza associata al primo segnale elettromagnetico (SNET, 29-33) Ã ̈ una potenza.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre la fase di comandare una variazione di coordinate di volo del secondo veicolo aereo (2b) sulla base di dette informazioni associate alla posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a).
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di emettere un primo segnale elettromagnetico (29) comprende emettere un segnale di tipo direttivo definente una prima regione spaziale in cui detta grandezza à ̈ superiore ad un primo valore di soglia e una seconda regione spaziale, esterna alla prima regione spaziale, in cui detta grandezza à ̈ inferiore al primo valore di soglia e la fase di determinare informazioni associate a una posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a) comprende rilevare se il secondo veicolo aereo à ̈ all'interno della prima o della seconda regione spaziale.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui la fase di determinare informazioni associate a una posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a) comprende valutare una deviazione laterale del secondo veicolo aereo rispetto al primo veicolo aereo.
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di rilevare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), il primo segnale elettromagnetico (SNET, 29-33) comprende rilevare una frequenza di trasmissione del primo segnale elettromagnetico e/o un codice identificativo trasportato dal primo segnale elettromagnetico.
7. 7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui il primo segnale elettromagnetico à ̈ un segnale elettromagnetico (SNET) di tipo omnidirezionale.
8. 8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, comprendente inoltre le fasi di: - emettere, da parte del primo veicolo aereo (2a), un secondo segnale elettromagnetico (SNET) di tipo WiFi omnidirezionale; - rilevare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), il secondo segnale elettromagnetico (SNET); - determinare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), un rispettivo valore di detta grandezza associata al secondo segnale elettromagnetico; e - determinare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), una distanza relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a) sulla base del valore di detta grandezza associata al secondo segnale elettromagnetico.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 6 e 8, in cui la fase di rilevare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), il secondo segnale elettromagnetico (SNET) comprende rilevare una frequenza di trasmissione del secondo segnale elettromagnetico, diversa dalla frequenza di trasmissione del primo segnale elettromagnetico, e/o un codice identificativo trasportato dal secondo segnale elettromagnetico, diverso dal codice identificativo trasportato dal primo segnale elettromagnetico.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente inoltre le fasi di: emettere, da parte del primo veicolo aereo (2a), un terzo segnale elettromagnetico (30; 32) di tipo WiFi direttivo definente una terza regione spaziale in cui detta grandezza à ̈ superiore ad un secondo valore di soglia, e definente una quarta regione spaziale, esterna alla terza regione spaziale, in cui detta grandezza à ̈ inferiore al secondo valore di soglia; e emettere, da parte del primo veicolo aereo (2a), un quarto segnale elettromagnetico (31; 33) di tipo direttivo definente una quinta regione spaziale in cui detta grandezza à ̈ superiore ad un terzo valore di soglia, e definente una sesta regione spaziale, esterna alla quinta regione spaziale, in cui detta grandezza à ̈ inferiore al terzo valore di soglia, dette prima, terza e quinta regione spaziale presentando rispettivi assi di simmetria appartenenti ad un primo piano (xz).
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre le fasi di: emettere, da parte del primo veicolo aereo (2a), un quinto segnale elettromagnetico (32; 30) di tipo direttivo e definente una settima regione spaziale, in cui detta grandezza à ̈ superiore ad un quarto valore di soglia, e definente inoltre una ottava regione spaziale, esterna alla settima regione spaziale, in cui detta grandezza à ̈ inferiore al quarto valore di soglia; e emettere, da parte del primo veicolo aereo (2a), un sesto segnale elettromagnetico (33; 31) di tipo direttivo e definente una nona regione spaziale, in cui detta grandezza à ̈ superiore ad un quinto valore di soglia, e definente inoltre una decima regione spaziale, esterna alla nona regione spaziale, in cui detta grandezza à ̈ inferiore al quinto valore di soglia, dette prima, settima e nona regione spaziale presentando rispettivi assi di simmetria appartenenti ad un secondo piano (xy) trasversale al primo piano (xz).
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui la fase di determinare informazioni associate a una posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a) comprende inoltre le fasi di: rilevare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), il terzo, il quarto, il quinto e il sesto segnale elettromagnetico (30-33); calcolare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), rispettivi valori di detta grandezza associata alla terza, alla quinta, alla settima e alla nona regione spaziale; e associare i valori appena calcolati con una posizione di detto secondo veicolo aereo (2b) rispetto alla terza, quarta, quinta e sesta regione spaziale.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui la fase di comandare una variazione di coordinate di volo del secondo veicolo aereo (2b) comprende comandare una disposizione di volo del secondo veicolo aereo in un zona di corridoio delimitata fra almeno due regioni spaziali scelte fra la prima, la terza, la quinta, la settima e nona regione spaziale.
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui la fase di comandare una variazione di coordinate di volo del secondo veicolo aereo (2b) comprende comandare una disposizione di volo del secondo veicolo aereo all’interno di una regione spaziale scelta fra la prima, la terza, la quinta, la settima e la nona regione spaziale.
15. 15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta formazione di volo (1) à ̈ formata inoltre da un terzo veicolo aereo (2c), comprendente inoltre le fasi di: - emettere, da parte del secondo veicolo aereo (2b), un settimo segnale elettromagnetico (SNET) di tipo WiFi omnidirezionale; - rilevare, da parte del terzo veicolo aereo (2c), il settimo segnale elettromagnetico (SNET); - emettere, da parte del terzo veicolo aereo (2c), un ottavo segnale elettromagnetico (SNET) di tipo WiFi omnidirezionale; - rilevare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), l’ottavo segnale elettromagnetico (SNET); - determinare rispettivi valori di detta grandezza associati al settimo e all’ottavo segnale elettromagnetico; e - determinare informazioni associate a una posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al terzo veicolo aereo (2c) e del terzo veicolo aereo (2c) rispetto al secondo veicolo aereo (2b).
16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui la fase di rilevare, da parte del terzo veicolo aereo (2c), il settimo segnale elettromagnetico (SNET) comprende rilevare una frequenza di trasmissione del settimo segnale elettromagnetico e/o un codice identificativo trasportato dal settimo segnale elettromagnetico, e la fase di rilevare, da parte del secondo veicolo aereo (2b), l’ottavo segnale elettromagnetico (SNET) comprende rilevare una frequenza di trasmissione dell’ottavo segnale elettromagnetico e/o un codice identificativo trasportato dall’ottavo segnale elettromagnetico.
17. 17. Sistema di controllo di una formazione di volo (1) di veicoli aerei formata da un primo (2a) e da un secondo (2b) veicolo aereo, configurato per essere disposto sul secondo veicolo aereo (2b), comprendente: - un dispositivo di ricezione WiFi (5) configurato per rilevare un primo segnale elettromagnetico (SNET; 29-33) generato da un primo dispositivo emettitore di segnale (5; 19-23) di tipo WiFi disposto sul primo veicolo aereo (2a); - mezzi per determinare (4, 14) un rispettivo valore di una grandezza (“quantity†) associata al primo segnale elettromagnetico; - mezzi di elaborazione (14) configurati per determinare informazioni associate a una posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a) sulla base del valore di detta grandezza associata al primo segnale elettromagnetico; e - un dispositivo di pilota automatico (11) accoppiato a detti mezzi di elaborazione (14) e configurato per variare coordinate di volo del secondo veicolo aereo (2b) sulla base delle informazioni associate alla posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a).
18. 18. Sistema secondo la rivendicazione 17, in cui detta grandezza associata al primo segnale elettromagnetico (SNET; 29-33) Ã ̈ una potenza.
19. 19. Sistema secondo la rivendicazione 17 o 18, in cui il primo dispositivo emettitore di segnale (5) disposto sul primo veicolo aereo (2a) Ã ̈ configurato per emettere un primo segnale elettromagnetico (SNET) di tipo WiFi omnidirezionale.
20. 20. Sistema secondo la rivendicazione 17 o 18, in cui il primo dispositivo emettitore di segnale (19) disposto sul primo veicolo aereo (2a) Ã ̈ configurato per emettere un primo segnale elettromagnetico (29) di tipo WiFi direttivo.
21. 21. Sistema secondo la rivendicazione 20, in cui detti mezzi di elaborazione (14) comprendono un microcontrollore configurato per calcolare un rispettivo valore di detta grandezza associata alla prima regione spaziale e associare il valore calcolato con una posizione di detto secondo veicolo aereo (2b) rispetto alla prima regione spaziale.
22. 22. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-21, in cui il dispositivo di ricezione (4, 5) Ã ̈ configurato per rilevare una frequenza di trasmissione del primo segnale elettromagnetico e/o un codice identificativo trasportato dal primo segnale elettromagnetico.
23. 23. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-22, in cui il dispositivo di ricezione (4, 5) Ã ̈ inoltre configurato per rilevare un secondo segnale elettromagnetico (SNET; 29-33) generato da un secondo dispositivo emettitore di segnale (5; 19-23) disposto sul primo veicolo aereo (2a); detti mezzi per determinare (4, 14) sono inoltre configurati per determinare un rispettivo valore di detta grandezza associata al secondo segnale elettromagnetico; e detti mezzi di elaborazione (14) sono inoltre configurati per determinare informazioni associate a una posizione relativa del secondo veicolo aereo (2b) rispetto al primo veicolo aereo (2a) sulla base del valore di detta grandezza associata al secondo segnale elettromagnetico.
24. 24. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-23, comprendente inoltre: - un terzo il dispositivo emettitore di segnale (20; 22) disposto sul primo veicolo aereo (2a), configurato per emettere un terzo segnale elettromagnetico (30; 32) di tipo WiFi e direttivo; e - un quarto dispositivo emettitore di segnale (21; 23) disposto sul primo veicolo aereo (2a), configurato per emettere un quarto segnale elettromagnetico (31; 33) di tipo WiFi e direttivo.
25. 25. Sistema secondo la rivendicazione 24, comprendente inoltre: - un quinto dispositivo emettitore di segnale (22; 20) disposto sul primo veicolo aereo (2a), configurato per emettere un quinto segnale elettromagnetico (32; 30) di tipo WiFi e direttivo; e - un sesto dispositivo emettitore di segnale (23; 21) disposto sul primo veicolo aereo (2a), configurato per emettere un sesto segnale elettromagnetico (33; 31) di tipo WiFi e direttivo.
26. 26. Sistema secondo la rivendicazione 25, in cui il dispositivo di ricezione (5) Ã ̈ inoltre configurato per rilevare il terzo, il quarto, il quinto e il sesto segnale elettromagnetico (30-33), e i mezzi di elaborazione (14) sono inoltre configurati per calcolare rispettivi valori di detta grandezza associata al terzo, al quarto, al quinto e al sesto segnale elettromagnetico (30-33) e associare i valori appena calcolati con una posizione di detto secondo veicolo aereo (2b) rispetto al terzo, al quarto, al quinto e al sesto segnale elettromagnetico.
27. 27. Sistema secondo la rivendicazione 25, comprendente inoltre una pluralità di dispositivi di ricezione, ciascun dispositivo di ricezione essendo configurato per rilevare uno solo tra detti primo, secondo, terzo, quarto, quinto e sesto segnale elettromagnetico (SNET, 29-33).
28. 28. Sistema secondo la rivendicazione 19, in cui il primo dispositivo emettitore à ̈ inoltre configurato per instaurare una rete wireless dati con altri dispositivi emettitori basata sul protocollo IEEE 802.11.
29. 29. Sistema secondo, comprendente inoltre un sensore di acquisizione dati (7), configurato per acquisire immagini e/o filmati e/o dati meteo e/o dati avionici e/o dati di posizione di obiettivi sorvolati.
30. 30. Sistema secondo la rivendicazioni 28, comprendente inoltre una memoria (9) collegata al sensore di acquisizione dati (7).
31. 31. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-30, comprendente inoltre un dispositivo di comunicazione (8) configurato per comunicare con una stazione base (10) dislocata a distanza dalla formazione di volo (1).
32. 32. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-30, comprendente inoltre un dispositivo di orientamento (6) configurato per indicare il nord magnetico e/o nord geografico.