TW201706970A - 無人飛機導航系統及方法 - Google Patents

Abstract

揭露可在移動結構上著陸無人飛機的系統、設備及方法。飛機上的感應器可確認移動結構上的預定著陸區。飛機監視感應器資料，以保持其位置盤旋於著陸區上方。飛機估計著陸區之表面的未來姿態，並決定對應於著陸區之表面的期望姿態的著陸時間。無人飛機執行著陸操縱，以帶領飛機在預定著陸時間接觸著陸區之表面。

Description

無人飛機導航系統及方法 【相關申請案】

本申請案主張2015年3月27日申請之美國臨時專利申請案第62/139,625號之優先權，其全部揭示內容併入此處做參考。

本發明是有關於無人飛機，且特別是有關於無人飛機在移動結構上的自主起飛及降落。

無人飛機首先是用在軍事項目中且已有幾十年。在軍事應用中，無人機系統通常是由專業訓練人員在高度控制條件下來進行操控。近來，無人飛機被用於民間活動中，包括商業和業餘愛好者活動。目前，人們正以各種方式探索無人飛機的多個商業用途，但因為民用無人飛機在操作時通常會有各種狀況，故不太成功。對於無人飛機的商業和業餘愛好者的一個明顯問題是難以操控這些系統，特別是在惡劣物理環境下操作無人飛機時。要使商用無人機系統成功而必須克服的一個挑戰是實現無人機起飛、飛行和降落所需的自主權，使得操作者的技巧不是一個因素。由於附加到無人飛機之感應器系統的成本和複雜性不斷增加，無人飛機墜毀必須變得極為罕見。

最近，目前這一代的無人飛機的設計和實施過程中，可成功 地操作無人機所需的自主權，而在飛行高度已顯著提高。然而，無人飛機產業仍缺乏無人飛機可重複及成功地起降而不會墜毀的所需自主權。大多數無人飛機墜毀是發生在起飛和著陸期間，這是飛行中最有動力的階段。這些墜毀情形通常歸因於人為錯誤。為了使無人飛機在商業上可行，它們必須能夠自主地起飛和著陸而無需使用者干涉。

這個產業努力試圖解決無人飛機無法自主起飛和著陸的問題，以開發出具有自主起飛和著陸能力的無人機。然而，這些努力只取得了部分成功，但卻完全無法解決無人機著陸在非固定結構時的固有挑戰。

因此，需要一種可解決如上述傳統系統所發現的這些顯著問題的系統和方法。

由於無人飛機的尺寸不斷變小，而從移動機具發射及回收無人飛機的應用是商業上所期望的，並且越來越重要。無人飛機能自主和可靠著陸在移動機具(例如在陸地、水上或空中移動)上的能力以提供潛在應用是非常重要的，例如海上安全和監視、捕魚點、交通執法和各種國防應用，於此僅舉幾例。因為對人類駕駛員來說，要做到這種類型的著陸的困難度已知非常高，所以要在移動結構上達到無人飛機的自主起飛和著陸是極具挑戰性的。

因此，在此提出可在移動結構上著陸無人飛機的設備、系統及方法，可解決上述問題並提供高度期望的潛在應用的解決方案。在一實施例中，在接近的飛機上的感應器可確認移動結構上的預定移動著陸區。 飛機處理感應器資料，以保持其位置盤旋於移動著陸區上方。飛機估計移動著陸區之表面的未來姿態，並決定對應於移動著陸區之表面的期望姿態的著陸時間。無人飛機執行著陸操縱，以帶領飛機在預定著陸時間接觸移動著陸區之表面。

在一替代實施例中，移動結構上的感應器結合飛機上的感應器以提供額外資訊給飛機，以允許飛機接近和識別移動著陸區。一旦飛機盤旋於移動著陸區上方，其估計移動著陸區之表面的未來姿態，以決定對應於移動著陸區之表面的期望姿態的著陸時間。無人飛機執行著陸操縱，以帶領飛機在預定著陸時間接觸移動著陸區之表面。

在參閱以下的詳細描述和附圖後，熟習此項技藝者將可明顯輕易地了解本發明的其他特徵與優點。

10‧‧‧無人飛機導航系統

20‧‧‧無人飛機

30‧‧‧移動結構

40‧‧‧移動著陸區

50‧‧‧目標

60‧‧‧移動著陸結構單元

70‧‧‧捕捉機構

100‧‧‧飛機控制器

110‧‧‧升降系統

120‧‧‧通訊系統

130‧‧‧感應器系統

140‧‧‧資料儲存區

150‧‧‧升降機構

160‧‧‧著陸腳

170‧‧‧感應器單元

200‧‧‧飛行模組

210‧‧‧通訊模組

220‧‧‧感應器模組

230‧‧‧導航模組

240‧‧‧著陸模組

300‧‧‧MLSU控制器

310‧‧‧通訊系統

320‧‧‧感應器系統

330‧‧‧介面系統

340‧‧‧資料儲存區

400‧‧‧介面模組

410‧‧‧通訊模組

420‧‧‧感應器模組

430‧‧‧捕捉模組

440‧‧‧釋放模組

450‧‧‧導航模組

460‧‧‧分析模組

550‧‧‧系統

555‧‧‧通訊匯流排

560‧‧‧處理器

565‧‧‧主記憶體

570‧‧‧次級記憶體

575‧‧‧內部記憶體

580‧‧‧可移除媒體

585‧‧‧I/O介面

590‧‧‧通訊介面

595‧‧‧外部儲存媒體

600‧‧‧通訊通道

605‧‧‧信號

610‧‧‧天線系統

615‧‧‧無線電系統

620‧‧‧基帶系統

630、635、640、645、650‧‧‧導航機構

660‧‧‧可視目標

670、680、690‧‧‧編碼目標

本發明之結構與操作將可從以下詳細說明和附圖中獲得瞭解，而相同標號代表相同元件，其中：圖1為依照本發明一實施例之無人飛機導航系統的方塊圖；圖2A為依照本發明一實施例之無人飛機的方塊圖；圖2B為依照本發明一實施例之無人飛機的示意圖；圖3為依照本發明一實施例之無人飛機中的控制器的方塊圖；圖4為依照本發明一實施例之移動著陸結構單元的方塊圖；圖5為依照本發明一實施例之移動著陸結構單元中的控制器的方塊圖；圖6A為依照本發明一實施例之無線移動著陸區的方塊圖； 圖6B為依照本發明一實施例之目標移動著陸區的方塊圖；圖6C為依照本發明一實施例之編碼移動著陸區的方塊圖；圖6D為依照本發明一實施例之編碼移動著陸區的方塊圖；圖6E為依照本發明一實施例之編碼移動著陸區的方塊圖；圖7為依照本發明一實施例之無人飛機任務過程的流程圖；圖8為依照本發明一實施例之無人飛機起飛過程的流程圖；圖9為依照本發明一實施例之無人飛機著陸過程的流程圖；以及圖10為依照本發明一實施例之有線或無線處理器致能裝置的方塊圖，其可用於連接此處所述的各種實施例。

此處揭露的實施例提供從移動結構的無人飛機操作，其包括從移動結構自主起飛和自主降落在移動結構上。舉例來說，此處所揭露的一種方法允許無人飛機接近移動結構及確認預定移動著陸區，決定對應於預定移動著陸區之表面之預期飛行姿態的著陸時間，然後控制無人飛機之升降系統的操作，以使無人飛機接觸移動著陸區之表面。在閱讀本說明書後，熟習此技藝者將可清楚了解如何以各種替代實施例和替代應用來實現本發明。然而，雖然本發明之各種實施例將描述於此，但這些實施例僅是範例，並非用以限制本發明。因此，各種替代實施例的詳細描述不應被解釋為限制本發明如申請專利範圍所述的範圍或幅度。

圖1為依照本發明一實施例之無人飛機導航系統10的方塊圖。在一實施例中，系統10包括無人飛機20及移動著陸區40。移動著陸區 40是設置於移動結構30上或是移動結構30的一部份，其可以是能夠在陸地、水上或空中移動的任何類型的移動結構。例如，移動結構30可以是汽車、船或飛機。

無人飛機20可以是能夠飛行及能夠感測其環境資訊的任何類型的無人駕駛機具。在一實施例中，飛機20也可以是能夠進行無線通訊。在一實施例中，移動著陸區40可包括視覺提示，例如目標50。系統10也可包括移動著陸結構單元(“MLSU”)60。在一實施例中，MLSU 60無線通訊連接飛機20，並且包括用於確定移動著陸結構30之移動的感應器。MLSU 60也可操作用於固定飛機20到移動著陸區40的捕捉機構70。捕捉機構70可包括兩個獨立單元(如圖所示)，或可以是一個單獨的單元，或可具有兩個以上的單元且其可共同操作來固定飛機20到移動著陸區40。在一實施例中，捕捉機構70可包括一個或多個手臂(圖未示)，用於固定飛機20的一部分至移動著陸區40的表面。舉例來說，捕捉機構70的手臂可固定飛機20的腳部至移動著陸區40的表面。可選擇地，捕捉機構70可包括架高網(圖未示)延伸於捕捉機構70之兩個或多個單元之間，其中架高網被設計成阻止移動著陸區40表面上方的飛機20下降。捕捉機構70也可被配置為在起飛之前釋放飛機20。如熟習此技藝者所知，也可採用捕捉機構70的其他實施例。

在一實施例中，移動著陸區40包括由一個水平機構(圖未示)支撐的一個單獨水平表面(圖未示)。水平機構接觸移動結構30之表面。水平機構可獨立移動，以創造水平表面有較佳著陸姿態。舉例來說，水平表面可以是一個穩定平台，用以保持相對水平的水平姿態，即使移動結構30在下方有震動、滾動及偏搖。在這個例子中，因為水平表面是由陀螺穩定水 平平台所支撐，故水平表面可保持與地平線的水平。可替代地，水平機構可包括一個或多個液壓致動器或伺服機構，用於抵消移動結構30的滾動、震動和偏搖運動，以保持水平表面相對於地平線的水平。此外，在一替代實施例中，水平機構可被配置在直線運動(前進、後退、一邊到另一邊、向上與向下)中移動，以抵消移動結構30的滾動、震動和偏搖運動，以確保水平表面有良好的著陸姿態。

在一實施例中，無人飛機20被配置為可從移動著陸結構30起飛，並在空中執行其任務。在適當時間，例如當任務完成時，MLSU 60通訊連接飛機20並引導飛機20回到移動著陸結構30。可替代地，飛機20可自行決定在適當時間返回到移動著陸結構30和引導自己回來。飛機20接近移動著陸結構30並確認移動著陸區40，例如經由視覺辨識目標50或視覺辨識儲存於資料儲存區140中或從MLSU 60接收的著陸區影像。飛機20執行著陸操縱以使飛機20接觸移動著陸區40之表面，並且MLSU 60操作捕捉機構70以固定飛機20到移動著陸區40之表面。

圖2A為依照本發明一實施例之無人飛機20的方塊圖。在本實施例中，飛機20包括飛機控制器100、升降系統110、通訊系統120、感應器系統130及資料儲存區140。

飛機控制器100是一種處理器裝置，用於執行指令以控制飛機20之操作。指令可以是動態接收、儲存在資料儲存區140或可整合至控制器100中。在操作中，控制器100被配置為控制升降系統110之操作以進行飛行，控制通訊系統120之操作以便在飛機與其他裝置之間進行有線或無線通訊，控制感應器系統130之操作以接收和飛機20之環境有關的資訊，控制資 料儲存區140之操作以存取儲存於其中的資訊及儲存資訊於其中。

升降系統110可經由產生升力及透過三維空間推動飛機20，以提供飛機20具有飛行能力。升降系統110被配置為可透過三維空間移動飛機20，例如向上、向下和一邊到另一邊，以允許飛機20通過三維空間移動。升降系統110還被配置成旋轉飛機20，使得飛機20能夠在所有方向上飛行。升降系統110還被配置成可在三維空間中盤旋飛機20和保持在固定位置。在一實施例中，升降系統110可經由使空氣流過翼面來產生升力。經由產生足夠的升力，飛機20可以升高。經由降低升力，飛機20可以下降。升降系統110還被配置成可和控制器100進行通訊，以允許控制器100駕駛飛機20。

飛機通訊系統120被配置為允許飛機20和其他裝置之間進行有線和無線通訊。在一實施例中，飛機通訊系統120包括一個或多個天線、發射機、接收機及使飛機20可和其他裝置進行通訊所需的其他設備。舉例來說，在飛行期間，飛機20可和其他裝置進行無線通訊，而當飛機不在飛行時，通訊系統120可包括一個實體連接埠，以允許通訊系統120透過有線連接進行通訊。有利的是，通訊系統120還被配置成可與控制器100進行通訊，以允許控制器100傳送資料至飛機20外部以及從飛機20外部接收資料。

感應器系統130被配置成可感測與飛機20之環境有關的資訊。在一實施例中，感應器系統130包括一個或多個感應器設置於飛機20內或飛機20上的任何位置。舉例來說，感應器可包括一個或多個光學與紅外線相機、測距儀、慣性測量單元(IMUs)、加速度計、磁強計及羅盤，在此僅舉幾例。有利的是，各個感應器可以共同位於或分散圍繞於飛機20。各個感應器可有利地感測資訊，並且可直接儲存資訊作為資料儲存區140中的 資料。另外，感應器系統130被配置為可和控制器100進行通訊，以允許控制器100操作各個感應器及接收和處理感測資訊，並儲存感測資訊作為資料儲存區140中的資料。感應器系統130還被配置成允許增加新的感應器和移除現有的感應器。舉例來說，感應器系統130可允許光學相機換成紅外線相機，以滿足下一個任務的特性及/或要求。

圖2B為依照本發明一實施例之無人飛機20的示意圖。在本實施例中，飛機20包括複數個升降機構150。這些升降機構150是如前述圖2A所示之升降系統110的一部份。在本實施例中，飛機20還包括複數個著陸腳160。這些著陸腳160是飛機20之起落架及/或主體之殼體的一部份。在本實施例中，飛機20還包括感應器單元170。感應器單元170耦合到飛機20主體的起落架及/或殼體，且包括一個或多個感應器。在所示實施例中，感應器單元170是設置於飛機20的著陸腳160之間，使得感應器單元170內的相機裝置(圖未示)可以清楚看見如前述移動著陸結構30之移動著陸區40。

圖3為依照本發明一實施例之無人飛機中的控制器100的方塊圖。在所示實施例中，控制器100包括飛行模組200、通訊模組210、感應器模組220、導航模組230及著陸模組240。如先前所描述，控制器100被配置為可儲存資料至資料儲存區140及從資料儲存區140獲得資料。在各種實施例中，所示的模組200-240可完全以軟體來實現，或者可完全以硬體來實現，或者可以以硬體和軟體的組合來實現。

飛行模組200被配置為使飛機20飛行。飛行模組200被配置成執行所有過程、執行所有計算和執行所有演算法，以確保飛機20能可靠飛行。飛行模組200也可以是飛行控制器、自動駕駛儀或內環控制。飛行模組 200被配置成可將來自飛機控制器100的輸入轉換為相應的輸出，然後傳送至先前描述的升降系統110。舉例來說，如果飛機20需要以穩定速率下降，飛行模組200決定傳遞到每個升降機構150的功率須調整多少，以便執行此下降操作。

通訊模組210用於控制及操作通訊系統120的各個元件。通訊模組210被配置為傳送資料至通訊系統120，並且還被配置為接收來自通訊系統120的資料及儲存資料至資料儲存區140。通訊模組210還被配置為直接處理該接收資料或將該接收資料路由到替代模組，用於處理或儲存在資料儲存區140。通訊模組210還被配置為操縱和封包資料、命令和遙測資訊，使得這樣的資料、命令和資訊是適合於被傳送或接收或路由到另一個模組。舉例來說，通訊模組210可開啟遙測無線電和傳送請求到MLSU 60。在這個例子中，該請求是MLSU 60之全球導航衛星系統(“GNSS”)座標或全球定位系統(“GPS”)的請求。如熟習此技藝者可知，GPS是GNSS的子集。通訊模組210還被配置為可接收來自MLSU 60的請求座標，格式化座標，儲存座標到資料儲存區140，然後使遙測無線電處於待機模式。

感應器模組220被配置成操作感應器系統130。在一實施例中，感應器模組220被配置為接收來自經由感應器系統130之各個感應器所感測到的資訊所產生的資料。另外，感應器模組220被配置為處理該接收資料，操縱這些資料，重新格式化資料，使用該資料執行計算，以及儲存該資料及/或資料計算結果於資料儲存區140中。感應器模組220也被配置成使該資料可用於必要的其他模組與系統，例如經由資料儲存區140或直接使資料從感應器模組220傳送到接收方的模組。感應器模組220還被配置成控制 感應器的操作，包括調整各個感應器的狀態，例如開啟或關閉各個感應器或改變各個感應器的功能或模式。舉例來說，感應器模組220可開啟相機，接收來自相機的影像框，時間標記這些影像框，以及儲存影像框到資料儲存區140(例如，使得影像框可被導航模組230及/或著陸模組240所使用)，然後指示相機進入待機模式。

導航模組230被配置成在飛行期間引導飛機。導航模組230還被配置成引導飛機至移動結構與移動著陸區及從移動結構與移動著陸區引導飛機。在一實施例中，導航模組230被配置成確定飛機在三維空間中移動的方向及飛機何時應該移動和飛機應該如何移動。有利的是，導航模組230被配置為使用預定的座標和GNSS資訊。然而，如熟習此技藝者可知，導航模組230還可以使用其他導航裝置。在任務結束和著陸之前，導航模組230被配置為引導飛機攔截移動結構。在一實施例中，導航模組被配置為與飛行模組200合作，以使飛機飛在所期望方向及飛到所期望位置，例如當飛機在任務結束要返回到移動結構的時候。

著陸模組240被配置為執行著陸操縱及帶領飛機接觸移動著陸區的表面。著陸模組240被配置成和飛行模組200合作來控制與執行著陸操縱。在一實施例中，著陸模組240被配置成從資料儲存區140獲得資料，或直接從感應器系統130接收感測資訊，或從感應器模組220接收感測資訊及處理資料，對資料執行演算法，對資料執行計算，以及控制和操作升降系統110，以使飛機以此種方式移動，並在預定時間著陸於移動著陸區。舉例來說，在一實施例中，著陸模組240獲得儲存於資料儲存區140中的影像資料(例如單個影像檔或多個影像檔)，對影像執行影像處理算法，以確定相 對於飛機之移動著陸區的位置，並確定飛機需要如何移動以到達移動著陸區，並且與飛行模組200合作以發送指令給升降系統，使得飛機可在期望的方向中移動及盤旋於移動著陸區上方。

著陸模組240還被配置為估計移動著陸區之表面的飛行姿勢。具體來說，著陸模組240被配置為計算與飛機有關的移動著陸區之表面的飛行姿態及/或基於感測資料的水平線。著陸模組240定期或實質上連續地計算與飛機有關的移動著陸區之表面的飛行姿態及/或基於感測資料的水平線，並根據這些計算結果，著陸模組240估計移動著陸區之表面的未來姿態。有利的是，著陸模組240被配置來估計移動著陸區之表面之靜止期的時間範圍，其中靜止期是用於執行所需活動之可接受限度內的時間間隔，例如使無人飛機著陸於移動著陸區的表面上。

最後，著陸模組240被配置為決定靜止期之時間範圍內的著陸時間，並計算飛機20將開始進行著陸操縱的著陸開始時間。在一實施例中，著陸時間被決定為在靜止期之時間範圍的三分之一內。在一替代實施例中，著陸時間被決定為在靜止期之時間範圍的前半段內。在一替代實施例中，著陸時間被決定為在靜止期之時間範圍的中間三分之一內。在一替代實施例中，著陸時間被決定為在靜止期之時間範圍的後半段內。有利的是，在著陸開始時間，著陸模組240被配置來改變傳遞到升降系統110之各個升降機構150的功率量，以使飛機20下降。著陸模組240被配置成可經由改變(例如，增加或減少)傳遞到升降系統110之每個升降機構150的功率量來控制下降速度。在飛機開始下降的一段時間後，飛機將接觸著陸區的表面。

圖4為依照本發明一實施例之移動著陸結構單元60的方塊 圖。在所述實施例中，MLSU 60包括MLSU控制器300、通訊系統310、感應器系統320、介面系統330及資料儲存區340。

MLSU控制器300是一個處理器裝置，其被配置成執行指令以控制MLSU 60之操作。前述指令可以是被動地接收、被儲存在資料儲存區340，或者可以是整合到控制器300中。在操作中，控制器300被配置成控制通訊系統310之操作，用於在MLSU 60與飛機20和其他裝置之間進行有線或無線通訊。控制器300還被配置成控制感應器系統320之操作，以接收與移動著陸結構30的環境和移動著陸區40有關的資訊。控制器300還被配置成控制介面系統330之操作，以提供本地及/或遠端輸入和輸出到MLSU 60。控制器300還被配置為控制資料儲存區340之操作，以存取儲存於其中的資訊和儲存資訊於其中。

MLSU通訊系統310被配置成允許MLSU 60與飛機20和其它設備之間進行有線和無線通訊。在一實施例中，MLSU通訊系統310包括一個或多個天線、發射機、接收機、電纜、電線和可能必須或期望用於MLSU 60通訊連接飛機20與其他裝置的其它設備，例如無線收發裝置。舉例來說，MLSU 60可在飛機20飛行期間和飛機20進行無線通訊，且MLSU 60可以無線方式和其他裝置通訊連接。當飛機20不是在飛行中，通訊系統310可包括一個實體連接埠，以允許通訊系統310經由有線連接與飛機20進行通訊。在一實施例中，MLSU通訊系統310可包括用於傳輸資料到飛機20的無線收發裝置、GNSS接收器、衛星通訊無線電，以及連接到移動結構的超高頻(“UHF”)無線電的通訊線路。

在一實施例中，通訊系統310還可經由有線或無線連接和其 它裝置進行通訊，例如筆記本電腦和其他計算裝置。舉例來說，可在商業漁船移動著陸結構上的船長辦公室內設置一台電腦裝置(圖未示)。有利的是，通訊系統310可經由有線或無線連接通訊耦合電腦裝置。此外，MLSU 60可包括一個或多個輸入/輸出裝置，例如滑鼠、鍵盤和顯示器，並且通訊系統310被配置為可從這樣的輸入/輸出裝置接收輸入訊號及傳送輸出訊號到這樣的輸入/輸出裝置。此外，通訊系統310還被配置成可與控制器300進行通訊，以允許在MLSU 60的通訊範圍中，控制器100可傳送資料到其他裝置及從其他裝置接收資料。

MLSU感應器系統320被配置成感測有關於MLSU 60之環境的資訊，其較佳是設置於鄰近移動著陸區40之移動著陸結構30上。在一實施例中，感應器系統320包括一個或多個感應器設置於MLSU 60內或MLSU 60上的任何位置。舉例來說，感應器可包括一個或多個各自的光學和紅外線相機、測距儀、慣性測量單元(IMUs)、加速計、風速計、壓力感應器、磁力計和圓規，在此僅舉幾例。有利的是，各個感應器可以共同設置或分散在MLSU 60四周。各個感應器可有利地感測訊息，並且可以直接儲存訊息作為資料儲存區340中的資料。另外，感應器系統320被配置為可通訊連接MLSU控制器300，以允許MLSU控制器300來操作各個感應器及接收和處理感測到的訊息，並儲存該感測訊息作為資料儲存區340中的資料。感應器系統320還被配置成允許增加新的感應器和移除現有的感應器。

MLSU介面系統330被配置為可提供資料至集成及/或遠端輸入裝置與輸出裝置，以及從集成及/或遠端輸入裝置與輸出裝置接收資料。在一實施例中，MLSU介面系統330是可用於從MLSU 60的外部裝置連 接MLSU 60的工具。在一實施例中，MLSU介面系統330包括一個或多個人類使用者介面(例如滑鼠、鍵盤、顯示器)以及一個或多個機器對機器介面(例如應用程式介面)。MLSU介面系統330有利地被配置成可提供資料給人類介面或機器介面，並且還被配置成可從人類介面或機器介面接收資料。在一實施例中，MLSU介面系統330包括觸控螢幕電腦，其可顯示有關飛機20的狀況和狀態的資訊，並且也可顯示飛機20正在收集的影像和環境資料。在相同或另一實施例中，介面系統包括一連串的LED燈，用於根據飛機20內含的電池充電狀態而發亮。

圖5為依照本發明一實施例之移動著陸結構單元中的MLSU控制器300的方塊圖。在所述實施例中，MLSU控制器300包括介面模組400、通訊模組410、感應器模組420、捕捉模組430、釋放模組440、導航模組450及分析模組460。如前所述，MLSU控制器300被配置為可儲存資料至資料儲存區340及從資料儲存區340獲取資料。在各種實施例中，所示的模組400-460可以完全用軟體來實現，或者可以完全用硬體來實現，或者可以用硬體與軟體之組合來實現。

介面模組400被配置成操作介面系統330。在所述實施例中，介面模組400被配置成控制介面系統330。在一實施例中，介面模組400可提供適當格式的資料到介面系統的一個或多個元件中，例如可具有不同螢幕尺寸與解析度的一個或多個顯示監視器。介面模組400還可從介面系統的一個或多個元件接收資料，並操縱和格式化資料，以及儲存資料到資料儲存區340及/或直接提供資料到其他模組。舉例來說，介面模組400可從鍵盤輸入裝置或滑鼠/指示器輸入裝置或觸控螢幕輸入裝置或任何其他類型的輸入 裝置接收資料。介面模組400還提供了可整合到系統10中之新介面的裝置。舉例來說，介面模組400可允許添加新的鍵盤，隨後，介面模組400可從新的鍵盤接收敲鍵資料並處理敲鍵資料，以確認命令及執行對應於這些命令的指令，或提供這些命令及/或相關資訊到一個或多個其他模組並由一個或多個模組來進行處理。

MLSU通訊模組410被配置成控制和操作MLSU通訊系統310的各個元件。MLSU通訊模組410被配置為可傳送資料至MLSU通訊系統310，並且還被配置成可從MLSU通訊系統310接收資料。MLSU通訊模組410還被配置為可直接處理接收到的資料，或將接收的資料路由到一個替代模組進行處理，或將接收的資料儲存到資料儲存區340。通訊模組410還被配置成可操縱和封包資料、命令和遙測訊息，使得這樣的資料、命令和訊息適用於被傳送或接收或路由到另一模組。舉例來說，MLSU通訊模組410可開啟衛星收發器，下載軟體更新，並將其儲存在資料儲存區340，傳送確認來信，然後關閉此收發機。

MLSU感應器模組420被配置成可操作MLSU感應器系統320。在一實施例中，MLSU感應器模組420被配置為可接收由MLSU感應器系統320之各個感應器感測到的資訊所產生的資料。另外，MLSU感應器模組420被配置為處理該接收資料、操縱資料、重新格式化資料、使用該資料執行計算，以及儲存該資料及/或資料的計算結果於資料儲存區340中。MLSU感應器模組420還被配置為使資料可提供給必要的其它模組和系統，例如經由資料儲存區340或從MLSU感應器模組420直接將資料傳送至接收模組。MLSU感應器模組420也被配置為可控制感應器之操作，包括調整各 個感應器的狀態，例如開啟或關閉各個感應器，或改變各個感應器的功能或模式。舉例來說，MLSU感應器模組420可開啟相機，接收來自相機的影像框，時間戳記接收到的影像框，以及將影像框儲存在資料儲存區340(例如，使得影像框可被導航模組450及/或分析模組460所使用)，然後指示相機進入待機模式。

MLSU捕捉模組430被配置為可控制部署在移動著陸區40附近之捕捉機構70的操作，以固定飛機20到移動著陸區40的表面。在一實施例中，MLSU捕捉模組430被配置為確定何時指示捕捉機構70開始捕捉，例如伸出捕捉機構70的手臂以固定飛機20的腳到移動著陸區40的表面上，或伸出捕捉機構70的捕捉網於移動著陸區40的表面上方。MLSU捕捉模組430還被配置成可傳送捕捉指令至捕捉機構70。

MLSU釋放模組440被配置成可控制部署在移動著陸區40附近之捕捉機構70的操作，用以在飛機從移動著陸區40起飛之前釋放飛機20。在一實施例中，MLSU釋放模組440被配置為確定何時指示捕捉機構70開始釋放，例如將固定飛機20腳部之捕捉機構70的手臂縮回到移動著陸區40的表面。MLSU釋放模組440還被配置為可傳送釋放指令到捕捉機構70。

MLSU導航模組450被配置成可引導飛機20從遠端位置返回到移動結構。MLSU導航模組450被配置成獲得來自資料儲存區340或感應器系統320的資料，並且可直接或協同分析模組460來分析資料，以及可經由通訊模組410或直接透過通訊系統310傳送指令和資料到飛機20。有利的是，飛機20可通過使用這些指令和資料以返回移動結構30，特別是回到移動著陸區40。在一實施例中，MLSU導航模組450被配置為確定飛機20如何 及何時應當在任何一個或所有方向移動。有利的是，MLSU導航模組450被配置為可提供此種導航資訊到飛機20，並且也被配置為可提供直接傳遞到飛機20的導航信號。

MLSU分析模組460被配置為直接從各個其它模組或直接從各種其它系統或從資料儲存區340獲取資訊和資料，並分析這些資料和資訊。由MLSU分析模組460所執行的任務段分析類型包括飛行前、起飛、途中、接近、著陸和飛行後。這些任務段共包括用於飛機20的所有任務段。將可理解的是，所述的任務段可被組合或分離成附加段以做為適合特定類型的任務。在一實施例中，MLSU分析模組460可獲得從完整飛行所收集與儲存在資料儲存區340的資訊和資料，並處理及/或分析這些資料。MLSU分析模組460有利地使用這些資料以提供有關未來飛行的資訊給操作者，並提供資訊以改善和優化系統及其組成系統和模組的整體運作。舉例來說，MLSU分析模組460被配置為可提供確定演算法效能和改善這些演算法的方法的資訊和報告。

圖6A為依照本發明一實施例之無線移動著陸區40的方塊圖。在所述實施例中，移動著陸區40包括一個或多個導航機構630、635、640、645與650。這一個或多個導航機構630-650可以是任何類型的無線頻譜指示器，例如射頻(RF)指示器、紅外線(IR)指示器或可經由飛機20上的感應器裝置感測的一些其他類型的無線頻譜指示器。舉例來說，無線頻譜指示器可以是射頻識別(RFID)標籤，而飛機20上的感應器裝置可以是RFID標籤讀取器。在一實施例中，多個(兩個或更多)的導航機構630-645分散圍繞移動著陸區40，以允許飛機20識別移動著陸區40的中心。在一替代實施例中， 可在移動著陸區40的中心設置單一導航機構650，以允許飛機20識別移動著陸區40的中心。

在一實施例中，飛機20接收、計算或以其他方式確定移動著陸區40的中心位置，並使用該位置來計算向量且飛機20在該向量方向中飛行，以接近移動著陸區40或在執行著陸操縱之前保持相對於移動著陸區40中心的固定位置如飛機20盤旋。

圖6B為依照本發明一實施例之具有可視目標660之移動著陸區40的方塊圖。在所述實施例中，可視目標660顯示為一個圓形目標，但是應當理解的是，可用於識別移動著陸區中心的任何形式的可視目標都可使用。有利的是，可視目標660可經由感應器裝置成像，且所產生的影像可被編程分析以確認目標中心及相應地移動著陸區的中心，例如經由分析可視目標60的形狀和對比度。

圖6C為依照本發明一實施例之具有編碼目標670之移動著陸區40的方塊圖。在所述實施例中，編碼目標670具有已知的尺寸和已知的特徵，包括但不限於高對比區和一連串的平行線與形狀。有利的是，裝載於飛機20上的校準相機感應器可擷取編碼目標670的連續影像，並執行該連續影像的分析，以確定相對於移動著陸區40之飛機狀態的估計。基於編碼目標670的已知特徵和已知尺寸，飛機被配置為可確定在三維空間中從相機感應器到編碼目標670的距離，因此可確定飛機20與移動著陸區40之間的相對距離。

此外，以實質水平盤旋飛行的飛機20被配置為可根據整體平行線和編碼目標670內之形狀的相對尺寸，確定移動著陸區40之表面的相對 姿態(例如轉動、振動和偏搖的組合)。有利的是，相對姿態訊息被時間標識具有影像擷取時間，因此分析移動著陸區40之表面的連續時間戳記以允許飛機估計移動著陸區40之表面的未來姿態，進而確定一靜止期。

舉例來說，在一實施例中，上述相對姿態(例如轉動、振動和偏搖的組合)的訊息可確定在相機感應器拍攝到影像時的移動著陸區40的狀態。經由分析連續影像，飛機20被配置為可確定移動著陸區40之表面的未來狀態估計和確認可安全著陸的靜止期。飛機20還被配置為可確定開始著陸操縱的時間，以確保飛機20在所確認的靜止期接觸移動著陸區40的表面。有利的是，飛機20可被配置為可在著陸操縱的執行期間採用比例-積分-微分(PID)控制迴路反饋。

在一實施例中，靜止期是時間窗，且飛機20被配置為確定該時間以開始著陸操縱，使得飛機20在該確認的靜止期間接觸移動著陸區40的表面。舉例來說，飛機可確定著陸起始時間，以使飛機在靜止期的前三分之一、前半、中間三分之一、後半或最後三分之一期間降落。

圖6D與6E為依照本發明實施例之移動著陸區40的方塊圖，且各具有一編碼目標680與690。在所述實施例中，編碼目標680與690可被用於當多個無人飛機20正被操作做為來自同一移動結構30的艦隊。在這種實施例中，移動結構30包括多個移動著陸區40，且每個移動著陸區40可以經由其編碼目標680與690來進行區分。如熟習此技藝者可知，當操作來自單一移動著陸結構30之多台飛機20時，也可以使用如前述圖6C的多個獨特編碼目標670來區分不同的移動著陸區40。

圖7為依照本發明一實施例之無人飛機任務過程的流程圖。 在一實施例中，如先前圖1~3與圖10所述，該過程可由飛機獨立完成。在一替代實施例中，如先前圖1~5與圖10所述，該方法可由無人飛機與MLSU的組合來完成。

首先，在步驟700，飛機進行一飛行前程序，以確保所有條件是在一定的預定公差範圍內。舉例來說，飛機可以分析感應器資料，以確定環境條件例如溫度、空氣壓力、氣壓、濕度及類似者，並比較感應器資料與預定公差值，以確定在該環境條件下進行飛行是否安全及/或可接受的。此外，飛機可分析儲存在記憶體中或由整合到飛機中的模組或系統所提供的資訊，以確定操作條件例如電池電量、升降系統功能、通信系統功能、感應器系統功能及類似者。此操作條件也會和預定公差值做比較，以確定在該操作條件下及在該操作條件與環境條件的組合下進行飛行是否安全及/或可接受的。

一旦飛機已成功完成了飛行前程序，在步驟705，飛機執行起飛操縱並從實質接觸的移動著陸結構中分離。執行起飛操縱將於後面並參照圖8做詳細說明。在飛機已完成其起飛操縱之後，在步驟710，飛機執行其任務的途中階段。在一實施例中，當確定飛機的電池水平已到達預定臨界值，其可根據飛機離移動著陸結構的距離而改變，飛機決定該任務途中階段完成。另外，飛機可經由接收來自移動著陸結構指示飛機返回的通訊來確定結束其任務途中階段。如熟習此技藝者可知，也可使用其他的觸發器來確定任務途中階段的結束。

一旦任務途中階段已經結束，飛機轉移到接近階段，如步驟715所示。在一實施例中，在接近階段時，飛機定期計算一接近向量，並根 據重新計算的接近向量進行路線修正，以引導飛機到移動著陸結構。該接近向量可以是連續地或週期性地計算。在一實施例中，接近向量計算的頻率隨著飛機接近移動著陸結構而增加。

在一實施例中，該接近向量的計算至少部分是根據飛機從MLSU接收的資料。可替代地，MLSU可計算接近向量和傳送該接近向量到飛機。舉例來說，MLSU可根據至少部分從飛機接收到的資料來計算接近向量。有利的是，飛機可使用用於引導的接近向量，以允許飛機推動其本身回到移動著陸結構，特別是回到移動著陸結構的移動著陸區。在一實施例中，移動著陸結構的移動著陸區可以是不同於飛機執行其起飛操縱位置的移動著陸結構上的不同位置。另外，飛機被引導到的移動著陸區可以是飛機執行其起飛操縱的不同移動著陸結構。

一旦飛機在移動著陸區附近，飛機轉移到其任務的著陸階段，如步驟720所示。在著陸階段期間，飛機(本身或結合MLSU)辨識移動著陸區的中心，然後連續地或週期性地計算朝向著陸區中心的著陸向量。經由追隨該著陸向量，飛機能夠保持大致恆定相對(x，y)位置於移動著陸區上。此外，在著陸階段期間，飛機(本身或結合MLSU)連續地或週期性地計算飛機與移動著陸區表面之間的距離。雖然飛機保持相對水平的一個恆定姿態並盤旋在移動著陸區上方，移動著陸結構受到升沈，這可能是由波浪或潮汐(例如移動著陸結構在水上航行)、顛簸或下滑或斜坡(例如移動著陸結構在陸上行進)、或氣袋或氣壓變化(例如移動著陸結構透過空氣航行)產生的(Z)運動。因此，飛機(本身或結合MLSU)連續地或週期性地估計飛機與移動著陸區表面之間的未來距離，以維持一個實質恆定相對(Z)位置於移動 著陸區上。

此外，在著陸階段期間，飛機(本身或結合MLSU)連續地或週期性地估計相對於飛機及/地平線之移動著陸區表面的飛行姿態，以確定下一個靜止期，這是在一段時間內當移動著陸區表面的滾動、振動和偏搖運動是在預定公差範圍內，導致移動著陸區表面是在相對於飛機及/或地平線的相對水平。然後，在預定靜止期期間，飛機執行著陸操縱，以帶領飛機接觸移動著陸區的表面。較佳的是，飛機是在靜止期的前三分之一期間或在靜止期的前半段期間進行著陸。

最後，一旦飛機已接觸移動著陸區的表面，飛機(單獨或結合MLSU)執行其飛行後程序，如步驟725所示。在一實施例中，飛行後程序包括固定飛機到移動著陸區的表面以及將儲存在飛機上之一個或多個資料儲存區中的任務資料轉移到MLSU或其他裝置上。飛行後過程也可包括對飛機的各種模組與系統的功能測試。

圖8為依照本發明一實施例之無人飛機起飛過程的流程圖。在一實施例中，此過程可以由無人飛機獨立完成，如先前圖1~3與圖10所述。在一替代實施例中，此過程可以由無人飛機與MLSU的組合來完成，如先前圖1~5與圖10所述。

首先，在步驟735，估計飛機所在位置上的表面姿態。此估計可根據來自飛機中之一個或多個感應器的感應器資料或MLSU或飛機中之感應器與MLSU的組合的來計算。接著，在步驟740，估計飛機所在位置上之表面的靜止期，並決定靜止期的開始時間與結束時間。然後，在步驟745，根據該估計靜止期的估計開始時間與結束時間，確定開始起飛時間。 舉例來說，假如飛機需要20秒產生足夠升力來起飛且靜止期估計為5秒，則可確定在靜止期的估計開始時間之前，開始起飛時間為19秒。有利地，這允許飛機在靜止期的第一部分內起飛。

接下來，在步驟750，只在開始起飛時間之前執行條件分析，以確定飛機是否可以起飛。較佳的是，飛行前程序已經執行，並且在步驟750，僅確定是否有任何關鍵條件需要中止起飛。如果確定它是不行起飛，則延遲起飛，且過程回到步驟735，以便可以如前所述來估計新的靜止期和新的起飛時間。如果在步驟750中確定可以起飛，如果飛機發生如前所述被固定到移動著陸區的表面上，則在步驟755中可選擇性地釋放飛機。較佳的是，僅在起飛之前釋放飛機，並且在步驟760，飛機執行起飛操縱並從移動結構離開。

圖9為依照本發明一實施例之無人飛機著陸過程的流程圖。在一實施例中，如先前圖1~3與圖10所述，該過程可由無人飛機獨立完成。在一替代實施例中，如先前圖1~5與圖10所述，該方法可由無人飛機與MLSU的組合來完成。

首先，在步驟800，飛機(經由本身或結合MLSU)引導到移動著陸結構，且特別是如步驟805確認到移動著陸區。接著，飛機盤旋在移動著陸區上方。如先前所討論，當飛機盤旋在移動著陸區上方時，飛機保持相對於移動著陸區之中心的恆定(X,Y)位置。此外，飛機保持相對於地平線的實質水平姿態，飛機也保持相對於移動著陸區之表面的恆定(Z)位置。因為移動結構受到升沈和振動，移動著陸區的表面可能是向上和向下移動。有利的是，飛機使用來自MLSU或來自飛機的感應器資料來估計移動著陸區 之表面的(Z)運動，飛機指示升降系統110相應地保持相對於移動著陸區表面的實質恆定(Z)位置，同時還保持相對於地平線的大致水平姿態。

接著，在步驟815，飛機(單獨或結合MSLU)隨時間連續估計移動著陸區之表面的姿態。如先前所討論，移動著陸區之表面的姿態是振動、滾動和偏搖運動的結合。有利的是，當移動著陸區的表面相對於飛機及/或地平線是大體水平時，移動結構的振動運動具有一個週期；這個時間週期被稱為靜止期。為了使飛機能安全地著陸在具有6個運動軸(X,Y,Z,滾動,振動,偏搖)的移動結構上，則完成著陸操縱的最佳時間是在這個靜止期期間。如熟習此技藝者所知，X和Y變量本質上是水平的，而Z變量本質上是垂直的。由於著陸操縱本身需要一些時間來完成，故較佳是在靜止期之前進行開始著陸操縱。在步驟820，飛機(單獨或結合MLSU)使用隨時間之移動著陸區之表面姿態的連續估計結果來估計靜止期，並確認靜止期之開始時間與靜止期之結束是在要執行預料操縱的公差範圍內。舉例來說，著陸操縱的公差可以和起飛操縱的公差不同。在一實施例中，靜止期的確認可包括確定在多個運動軸的運動量，以及估計這些運動何時將會低於一些臨界值的時間週期。

因此，即將到來的靜止期的預測或特別是即將到來的靜止期的開始時間與結束時間的估計是基於移動著陸區的表面姿勢的一系列狀態估計而定。接著，在步驟825中使用靜止期的估計開始時間，以確定開始著陸操縱的時間。然後，在步驟830，執行最終檢查狀況，以確定是否有會妨礙著陸的任何關鍵條件存在。如果這樣的關鍵條件存在，著陸過程返回到步驟810，飛機保持其盤旋位置於移動著陸區上方，並估計一系列新的表面 姿態及估計新的靜止期和新的時間以啟動著陸。

然而，在步驟830中，如果這樣一個關鍵條件不存在，著陸過程繼續，並且在步驟835，飛機開始執行著陸操縱。在完成著陸操縱之後，或在處理著陸操縱中，可部署捕捉機構以捕捉飛機，如步驟840所示。

無人飛機自動著陸在移動結構上是一個非常具有挑戰性的過程，甚至很難實現於現實世界環境條件中，如振動、滾動、偏搖、升沈、風、雨等等。因此，要確定飛機的著陸時間，著陸點靜止的偵測與預測是一個重要因素。飛機(單獨或結合MLSU)估計何時將發生靜止，以便飛機在靜止期期間著陸。飛機(單獨或結合MLSU)可確定及區別多個靜止期。舉例來說，飛機(單獨或結合MLSU)可區別當船隻在波浪凹處時的靜止發生，以及當船隻在波浪頂端時的靜止發生。此外，飛機(單獨或結合MLSU)可區別船隻在波濤洶湧的海浪的靜止和船隻在翻騰海洋上的靜止。有利的是，飛機(單獨或結合MLSU)可估計這些不同靜止的開始與停止時間。

在一實施例中，移動著陸區之表面的狀態估計和靜止期的確定是使用單獨來自飛機上、單獨來自MLSU或飛機與MLSU的組合的一個或多個感應器所收集的資料。感應器可包括但不限於：具有可指向任何方向之任何視野(FOV)的光、具有可指向任何方向之任何FOV的紅外線、高光譜、多光譜、紫外線(UV)、慣性包括陀螺儀和加速度計、RF(射頻)、全球導航衛星系統(GNSS)、信標、雷射偵測和測距、RADAR(雷達)、LIDAR(激光雷達)、電場、磁場、聲波、定時器、壓力包括氣壓高度計、溫度、濕度、電壓、風以及接觸，在此僅列舉一些。如熟習此技藝者所知，也可以使用其他的感應器。如前所述，這些感應器中的一個或多個，可以各種組合安 裝於飛機上、MLSU上、或在這兩個位置中。

為了預測靜止和由此開始執行著陸操縱的最佳時間，系統必須做出移動著陸區之姿態的估計。該姿態是相對於飛機及/或地平線，並且可包括在移動著陸區之表面的振動、滾動與偏搖的組合。在一實施例中，因為態度是相對於地平線且也相對於飛機，當飛機盤旋於移動著陸區上方時，其將保持相對於地平線的實質水平位置。此外，飛機到移動著陸區的相對方向和距離也會被估計。換句話說，著陸狀態包括飛機與移動著陸區表面之間的相對位置(X，Y，Z)及飛機之相對姿態(振動、滾動、偏搖)與移動著陸區表面之間的相對位置(X，Y，Z)。進一步考量的是升沉，此處的著陸區會上下移動。而相對位置的正式部分，一些實施例可單獨地處理升沉，或關於地平線結合飛行及/或著陸的一些或所有階段的振動、滾動與偏搖。

有利的是，飛機(單獨或結合MLSU)使用著陸狀態估計以確定飛機於著陸時採取的適當行動。舉例來說，飛機通過空間移動以保持相對於移動著陸區的恆定位置(X，Y，Z)，並降低升降系統之各個升降機構的功率，以使飛機下降並在靜止期期間接觸移動著陸區的表面。

在一實施例中，當飛機在接近期間離著陸區還很遠時，它不會因為移動著陸區的起伏而調整自己的高度。然而，當飛機盤旋在移動著陸區上方時，它被配置為在(X，Y，Z)的合理公差內，以保持在相對於移動著陸區的實質恆定位置(X，Y，Z)，即使移動結構移動。此外，如果飛機下降到移動著陸區，它被配置為測量到移動著陸區的垂直(Z)的距離。然而，隨著飛機變得更接近移動著陸區，它可以根據移動著陸區的起伏來調整其相對高度(經由增加或減少功率至升降系統110的各個升降機構150)，以防止 碰撞和執行一個安全可控的著陸。

在另一實施例中，飛機(單獨或結合MLSU)被配置為估計移動結構與飛機之間的相對位置與姿態狀態。這些估計可結合來自MLSU與飛機的GNSS與IMU資訊和來自安裝於飛機上的一個或多個相機的影像基礎相對位置測量。無跡卡爾曼濾波器(UKF)被配置為結合測量結果來估計用於控制著陸的相對位置、速度、角位置和角速率。單獨的UKF被配置為預測用於著陸操縱計畫的移動著陸區狀態。飛機(單獨或結合MLSU)也被配置為根據移動著陸區位置與姿態的預測結果來計劃著陸操縱。目的是在移動著陸區的垂直運動是小且著陸區為大致水平的時候來降落飛機。

在又一實施例中，相對位置是透過GNSS系統來估計。MLSU包括GNSS接收器及傳送其位置給飛機，其中飛機也具有GNSS接收器。飛機使用MLSU位置資料和其本身位置來計算相對位置。它也可以使用即時運動學(RTK)或差分GPS(DGPS)的方式，以達到具有更高準確度的相同結果。使用此相對位置資訊，飛機接著可移動到著陸區上方的位置。如果著陸區不是和MLSU位在同一位置，可提供補償到相對位置。飛機還裝有一個測距感應器，例如聲學或雷射，以確定它在著陸區上方的高度。快速採樣感應器以允許測定隨時間而變的高度。幾何目標存在於著陸區。飛機上的一個或多個相機擷取目標影像。飛機(單獨或結合MLSU)被配置為確定移動著陸區的中心和高準度直接定位移動著陸區上方的飛機。飛機然後下降到移動著陸區，連續地移動並停留在正上方，而確定與測距儀的距離(Z)和保持一個適當控制的下降。飛機還可以同時使用用於移動著陸區之影像的影像處理與測距感應器資料，以確定移動著陸區的相對姿態。飛機(單獨或結合 MLSU)被配置為使用該資訊來估計相對於飛機的著陸區何時位在其正下方及水平的時間。飛機被配置為指示升降系統，以便在著陸區上方的一個位置降低功率給一個或多個升降機構(同時或個別)，使得飛機執行受控下降，並在估計出移動著陸區之表面為大致水平(在合理的公差內)的時候，接觸移動著陸區之表面，以確保安全可靠的著陸。

圖10為可用於連接此處所述之各種實施例的有線或無線系統550的方塊圖。舉例來說，系統550可被用作或結合無人飛機或移動著陸結構單元，如先前圖1-5所述。系統550可以是傳統的個人電腦、電腦伺服器、個人數位助理、智能電話、平板電腦，或任何其它能夠進行有線或無線資料通訊的處理器致能裝置。如熟習此技藝者可清楚得知，其他的電腦系統及/或架構也可使用。

系統550較佳包括一個或多個處理器，例如處理器560。其他的處理器也可以被提供，例如輔助處理器用於管理輸入/輸出、輔助處理器用於執行浮點數學運算、特殊目的微處理器具有可快速執行信號處理演算法的架構(例如數位信號處理器)、從屬處理器從屬於主處理系統(例如後端處理器)、附加微處理器或控制器用於雙重或多重處理器系統，或協處理器。這種輔助處理器可以是各別的處理器或可以是和處理器560整合在一起。

處理器560較佳連接到通訊匯流排555。通訊匯流排555可包括資料通道用於促使資料傳輸於系統550之儲存裝置與其他周邊元件之間。通訊匯流排555還可提供用於和處理器560通訊的一組信號，包括資料匯流排、位址匯流排及控制匯流排(圖未示)。通訊匯流排555可包括任何標準或非標準的匯流排架構，例如匯流排架構符合工業標準架構(“ISA”)、擴 展工業標準架構(“EISA”)、微通道架構(“MCA”)、周邊元件內連接(“PCI”)區域匯流排，或由電機電子工程師學會(“IEEE”)頒布的標準包括IEEE 488通用目的介面匯流排(“GPIB”)、IEEE 696/S-100和類似者。

系統500較佳包括主記憶體565，並且還可包括次級記憶體570。主記憶體565提供指令儲存及在處理器560上執行的程式資料。主記憶體565通常是半導體基礎記憶體例如動態隨機存取記憶體(“DRAM”)及/或靜態隨機存取記憶體(“SRAM”)。其他半導體基礎記憶體類型包括例如同步動態隨機存取記憶體(“SDRAM”)、Rambus動態隨機存取記憶體(“RDRAM”)、鐵電隨機存取記憶體(“FRAM”)，和類似物，包括唯讀記憶體(“ROM”)。

次級記憶體570可選擇性地包括一個內部記憶體575及/或可移除媒體580，例如軟盤驅動器、磁帶驅動器、光碟(“CD”)驅動器、數位多功能光碟(“DVD”)驅動器等。可移除媒體580可以習知方式讀取及/或寫入。可移除儲存媒體580可以是例如軟盤、磁帶、CD、DVD、SD卡等等。

可移除儲存媒體580是非暫態電腦可讀取媒體，其上儲存有電腦可執行碼(即軟體)及/或資料。儲存於可移除儲存媒體580上的電腦軟體或資料可被讀進系統550中，並由處理器560執行。

在替代實施例中，次級記憶體570可包括允許電腦程式或其它資料或指令被載入系統550的其他類似裝置。這種裝置可包括例如外部儲存媒體595及介面570。外部儲存媒體595的範例可包括外接式硬碟機或外接式光碟機，或者是外接式磁光機。

次級記憶體570的其他範例可包括半導體基礎記憶體例如可編程唯讀記憶體(“PROM”)、可移除可編程唯讀記憶體(“EPROM”)、電性可 移除唯讀記憶體(“EEPROM”)或快閃記憶體(類似於EEPROM的區塊導向記憶體)。此外，還包括任何其他可移除儲存媒體580和通訊介面590，其允許軟體和資料從外部媒體595傳遞到系統550。

系統550還可包括輸入/輸出(“I/O”)介面585。I/O介面585便於從外部裝置輸入和輸出到外部裝置。舉例來說，I/O介面585可從鍵盤或滑鼠接收輸入，並且可提供輸出到顯示器。I/O介面585能夠促使從各種替代類型的人類介面和相似機器介面裝置輸入和輸出到各種替代類型的人類介面和相似機器介面裝置。

系統550還可包括通訊介面590。通訊介面590允許軟體與資料在系統550與外部裝置(例如列印機)、網路或資訊源之間傳遞。舉例來說，電腦軟體或可執行碼可從網路伺服器經由通訊介面590被傳遞到系統550。通訊介面590的範例包括數據機、網路介面卡(“NIC”)、無線資料卡、通訊埠、PCMCIA插槽與卡、紅外線介面和IEEE 1394火線，於此僅舉幾例。

通訊介面590較佳可實現工業頒布協議標準，例如以太網IEEE 802標準、光纖通道、數位用戶線(“DSL”)、異步數位用戶線(“ADSL”)、框中繼、異步傳輸模式(“‘ATM”)、綜合數位服務網(“ISDN”)、個人通訊服務(“PCS”)、傳輸控制協議/互聯網協議(“TCP/IP”)、串行線網路協議/點對點協議(“SLIP/PPP”)等等，但也可以實現客製化或非標準介面協議。

經由通訊介面590傳送的軟體和資料一般是以電通訊信號605的形式。這些信號605較佳是經由通訊通道600提供到通訊介面590。在一實施例中，通訊通道600可以是有線或無線網絡，或者是任何其他各種通信鏈路。通訊通道600承載信號605，並且可以使用各種有線或無線通訊的 裝置來實施，包括電線或電纜、光纖、傳統電話線、蜂巢式電話鏈路、無線資料通訊鏈路、射頻(“RF”)鏈路，或紅外線鏈路，於此僅舉幾例。

電腦可執行碼(即電腦程式或軟體)是被儲存在主記憶體565及/或次級記憶體570中。電腦程式也可以經由通訊介面590來接收並儲存在主記憶體565及/或次級記憶體570中。當執行電腦程式時，這樣的電腦程式能使系統550執行如前述本發明的各種功能。

在本說明書中，專有名詞“電腦可讀取媒體”是指用於提供電腦可執行碼(例如軟體及電腦程式)給系統550的非暫態電腦可讀取儲存媒體。這些媒體的範例包括主記憶體565、次級記憶體570(包括內部記憶體575、可移除媒體580和外部儲存媒體595)，以及通訊連接通訊介面590(包括網路資訊伺服器或其它網路裝置)的任何周邊裝置。這些非暫態電腦可讀取媒體是用於提供可執行代碼、編程指令和軟體給系統550的裝置。

在使用軟體來實現的一實施例中，軟體可以是被儲存在電腦可讀取媒體中，並經由可移除媒體580、I/O介面585或通訊介面590被載入到系統550中。在這種實施例中，軟體是以電通訊信號605的形式被載入到系統550中。當處理器560執行軟體時，軟體較佳可使處理器560執行如前述本發明的特徵與功能。

系統550還包括可選無線通訊元件，以促使經由語音及資料網路達到無線通訊。無線通訊元件包括天線系統610、無線電系統615與基帶系統620。在系統550中，可在無線電系統615的管理下經由天線系統610透過空氣來傳送與接收射頻(“RF”)信號。

在一實施例中，天線系統610可包括一個或多個天線以及用 於執行切換功能的一個或多個多路轉接器(圖未示)，以提供天線系統610有傳送與接收信號路徑。在接收路徑中，接收的RF信號可從多路轉接器被耦接到低噪放大器(圖未示)以放大該接收的RF信號，並傳送該放大信號至無線電系統615。

在替代實施例中，無線電系統615可包括被配置為在不同頻率進行通訊的一個或多個無線電。在一實施例中，無線電系統615可結合解調器(圖未示)與調變器(圖未示)於積體電路(“IC”)中。解調器與調變器也可以是單獨的元件。在傳入路徑中，解調器除掉RF載波信號留下基帶接收音頻信號，且其會從無線系統615被傳送至基帶處理系統620。

如果接收到的信號中包含的音頻信息，則基帶系統620解碼該信號，並將其轉換為類比信號。然後，該信號被放大並傳送到揚聲器。基帶系統620還接收來自麥克風的類比音頻信號。這些類比音頻信號會經由基帶系統620被轉換成數位信號並進行編碼。基帶系統620還會編碼該數位信號以進行傳輸，並產生基帶傳輸音頻信號路由到無線電系統615的調變器部分。調變器混合基帶傳輸音頻信號與產生RF傳輸信號的RF載波信號，並將其路由到天線系統，並且可以通過功率放大器(圖未示)。功率放大器放大RF傳輸信號，並將其路由到天線系統610，其中信號被切換到用於傳輸的天線埠。

基帶系統620還通訊連接處理器560。中央處理單元560存取資料儲存區565與570。中央處理單元560較佳被配置為執行儲存在記憶體565或次級記憶體570中的指令(即電腦程式或軟體)。電腦程式也可從基帶處理器610接收並儲存在資料儲存區565或次級記憶體570中，或在收到執行。 當執行電腦程式時，這樣的電腦程式能使系統550執行如前述本發明的各種功能。舉例來說，資料儲存區565可包括可經由處理器560執行的各種軟體模組(圖未示)。

各種實施例也可以用硬體來實現，例如使用元件如特殊應用積體電路(“ASICs”)或現場可編程閘陣列(“FPGAs”)。如熟習此技藝者所知，能夠執行本文描述的功能的硬體狀態機器都可實現。各種實施例還可以使用硬體與軟體兩者的組合來實現。

此外，如熟習此技藝者所知，此處所述的附圖和實施例的各種說明性邏輯方塊、模組、電路和方法步驟通常可實現為電子硬體、電腦軟體或兩者的組合。為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，各種說明性元件、方塊、模組、電路與步驟的功能性已描述於上。至於這種功能性是要以硬體或軟體來實現，這取決於用在整個系統上的特定應用和設計約束。此技藝人員可針對每個特定應用以各種方式來實現所描述的功能性，但此類實施決策不應被解釋為導致脫離本發明的範圍。另外，模組、方塊、電路或步驟內的功能分組是為了便於說明。特定功能或步驟可以從一個模組、方塊、電路被移動到另一個而不脫離本發明。

此外，本文所述實施例的各種說明性邏輯方塊、模組及方法可以通用目的處理器、數位信號處理器(“DSP”)、ASIC、FPGA或其它可編程邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體元件來實現或執行，或其設計的任意組合來執行本文描述的功能。通用目的處理器可以是微處理器，但在替代方案中，處理器可以是任何處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器也可以實現為計算裝置的組合，例如，DSP和微處理器的組合、多個 微處理器、一個或多個微處理器與DSP核心，或任何其它此類組合。

此外，本文所述實施例之方法或演算法的步驟，可以直接內嵌到硬體中、在由處理器執行的軟體模組中，或兩者的組合。軟體模組可駐留在RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM或包括網路儲存媒體的任何其它形式的儲存媒體。示範性儲存媒體可耦合處理器，使得處理器可從儲存媒體讀取訊息，以及將訊息寫入到儲存媒體中。在替代方案中，儲存媒體可整合到處理器中。處理器和儲存媒體也可駐留在ASIC中。

上述實施例可使所屬領域的技術人員能夠製作或使用本發明。在不脫離本發明之精神或範圍內，本領域技術人員當可輕易對這些實施例做各種修改，並且本文所描述的一般原理可應用於其它實施例。因此，可以理解的是，在此呈現的描述與附圖代表本發明的當前較佳實施例，因此其代表本發明所廣泛考慮的主題。還應當理解的是，本發明的範圍完全涵蓋本領域技術人員可能為顯而易見的其他實施例，故其並非用以限制本發明的範圍。

20‧‧‧無人飛機

100‧‧‧飛機控制器

110‧‧‧升降系統

120‧‧‧通訊系統

130‧‧‧感應器系統

140‧‧‧資料儲存區

Claims (41)

1. 一種無人飛機裝置，包括：一非暫態電腦可讀取媒體，用於儲存資訊及可執行程式模組；一升降系統，包括用於推動該飛機的一個或多個升降機構；一感應器系統，用於感測與該飛機之一環境有關的資訊及儲存感測資訊至該非暫態電腦可讀取媒體中；一處理器，用於控制該升降系統與該感應器系統之操作，該處理器通訊連接該非暫態電腦可讀取媒體，以執行儲存於其中的程式模組；以及一著陸模組，儲存於該非暫態電腦可讀取媒體中且係由該處理器來執行，該著陸模組用於經由該感應器系統獲得儲存在該非暫態電腦可讀取媒體中的感應器資訊，並根據該感應器資訊之一分析結果來確認一移動著陸結構上的一移動著陸區，該著陸模組還被配置用於估計該移動著陸結構上的該移動著陸區之一表面的一未來姿態，並確認對應於該移動著陸區之該表面之一期望未來姿態的一著陸時間；其中，該處理器還被配置用於控制該升降系統之操作，並在一預定時間變更傳遞到該一個或多個升降機構的一功率量，以使該無人飛機接觸該移動著陸區之該表面。
2. 如請求項1所述之裝置，其中該著陸模組還被配置用於根據該感應器資訊之一分析結果來估計具有一開始時間與一結束時間之一靜止期，其中該靜止期對應於該移動著陸區之該表面。
3. 如請求項2所述之裝置，其中該著陸模組還被配置用於確認一著陸開始時間，以及其中該處理器會在該著陸開始時間開始控制該升降系統，且該 飛機會在該靜止期的時候接觸該移動著陸區之該表面。
4. 如請求項3所述之裝置，其中該飛機會在該靜止期的前半部分接觸該移動著陸區之該表面。
5. 如請求項1所述之裝置，其中該著陸模組被配置用於維持該飛機在相對於該移動著陸區之該表面之一中心的一實質恆定位置。
6. 如請求項1所述之裝置，其中該處理器還被配置用於控制該升降系統之操作，以指定傳遞到每個升降機構的一功率量。
7. 如請求項1所述之裝置，更包括一個或多個著陸腳被配置用於接合該移動著陸結構上的該移動著陸區之該表面。
8. 如請求項1所述之裝置，更包括一編碼可視目標位於該移動著陸區之該表面上，其中該編碼可視目標包括高對比區。
9. 如請求項1所述之裝置，更包括一個或多個無線導航機構被配置為由該感應器系統感測。
10. 如請求項9所述之裝置，其中該無線導航機構包括射頻識別(RFID)標籤，而該感應器系統包括一RFID標籤閱讀器。
11. 一種包括如請求項1所述之裝置的系統，該系統更包括一移動著陸結構單元(MLSU)設置於該移動著陸結構之一表面上，該MLSU包括：一非暫態電腦可讀取媒體，用於儲存資訊及可執行程式模組；一感應器系統，用於感測與該MLSU之一環境和該移動著陸結構有關的資訊，以及儲存感測資訊至該非暫態電腦可讀取媒體中；一通訊系統，用於和該飛機通訊連接；一處理器，用於控制該感應器系統與該通訊系統之操作，該處理器通 訊連接該非暫態電腦可讀取媒體，以執行儲存於其中的程式模組；以及一導航模組，儲存於該非暫態電腦可讀取媒體中且係由該處理器來執行，該導航模組用於經由該感應器系統獲得對應於儲存在該非暫態電腦可讀取媒體中之該移動著陸結構的位置資訊，並根據對應於該移動著陸結構之該位置資訊的一分析結果及對應於該飛機的該位置資訊，獲得對應於該飛機的位置資訊，並產生一接近向量；其中，該處理器還被配置用於控制該通訊系統之操作，以定期地傳送一新產生的接近向量至該飛機，藉以引導該飛機至該移動著陸結構。
12. 如請求項11所述之系統，更包括一捕捉機構，設置於該移動著陸區的附近，該捕捉機構被配置用於固定該飛機到該移動著陸區之該表面。
13. 如請求項12所述之系統，其中該MLSU更包括一捕捉模組被配置用於控制該捕捉機構之操作，以固定該飛機到該移動著陸區之該表面。
14. 如請求項12所述之系統，其中該MLSU更包括一釋放模組被配置用於控制該捕捉機構之操作，以從該捕捉機構釋放該飛機。
15. 如請求項12所述之系統，其中該移動著陸結構包括一水上機具。
16. 如請求項12所述之系統，其中該移動著陸結構包括一陸地機具。
17. 如請求項12所述之系統，其中該移動著陸結構包括一空中機具。
18. 一種非暫態電腦可讀取媒體，具有使一個或多個處理器執行步驟之一個或多個序列的指令儲存於其上，該步驟包括：引導一無人飛機到一移動著陸結構，該無人飛機具有一升降系統，該升降系統包括一個或多個升降機構；確認該移動著陸結構上的一移動著陸區； 估計該移動著陸區之一表面的一姿態；決定對該移動著陸區之該表面的一靜止期，該靜止期具有一未來開始時間與一未來結束時間；在該未來開始時間之前決定一開始著陸時間；以及控制該升降系統之操作，並在該開始著陸時間變更傳遞到該一個或多個升降機構的一功率量，以使該無人飛機接觸該移動著陸區之該表面。
19. 如請求項18所述之媒體，其中該移動著陸結構包括一水上機具。
20. 如請求項18所述之媒體，其中該移動著陸結構包括一陸地機具。
21. 如請求項18所述之媒體，其中該移動著陸結構包括一空中機具。
22. 如請求項18所述之媒體，更包括控制一捕捉機構，以使該捕捉機構的一部份移動，並在該飛機接觸該移動著陸區之該表面之後，固定該飛機到該移動著陸區之該表面。
23. 如請求項18所述之媒體，其中該引導步驟更包括根據對應於該飛機之位置資訊的一分析結果及對應於該移動著陸結構的位置資訊，產生一接近向量。
24. 如請求項18所述之媒體，其中確認該移動著陸結構上的該移動著陸區更包括分析由該飛機上的一感應器所擷取的複數個影像，以及比較該影像資料和該移動著陸區之一預定影像。
25. 如請求項24所述之媒體，其中該移動著陸區之該預定影像是在該飛機起飛後立即由該感應器擷取。
26. 如請求項24所述之媒體，其中該飛機是在一當前任務，並且該移動著陸區之該預定影像會在該當前任務期間被該飛機接收。
27. 如請求項18所述之媒體，其中確認該移動著陸結構上的該移動著陸區更包括接收來自一個或多個複數個射頻識別(RFID)標籤之一信號，以及分析該接收信號以確定該移動著陸區之一中心點。
28. 如請求項18所述之媒體，其中該開始著陸時間等於執行該飛機之一著陸操縱加上該靜止期之持續時間的三分之一的一平均時間。
29. 如請求項18所述之媒體，其中該開始著陸時間等於執行該飛機之一著陸操縱加上該靜止期之持續時間的一半的一平均時間。
30. 一種非暫態電腦可讀取媒體，具有使一個或多個處理器執行步驟之一個或多個序列的指令儲存於其上，該步驟包括：引導一無人飛機到一移動著陸結構，該無人飛機具有一升降系統，該升降系統包括一個或多個升降機構；確認該移動著陸結構上的一移動著陸區；估計該移動著陸區之一表面的一姿態；決定對該移動著陸區之該表面的一靜止期，該靜止期具有一未來開始時間與一未來結束時間；在該未來開始時間之前決定一開始著陸時間；以及控制該升降系統之操作，並在該開始著陸時間變更傳遞到該一個或多個升降機構的一功率量，以使該無人飛機接觸該移動著陸區之該表面。
31. 如請求項30所述之媒體，其中該移動著陸結構包括一水上機具。
32. 如請求項30所述之媒體，其中該移動著陸結構包括一陸地機具。
33. 如請求項30所述之媒體，其中該移動著陸結構包括一空中機具。
34. 如請求項30所述之媒體，更包括控制一捕捉機構，以使該捕捉機構的一 部份移動，並在該飛機接觸該移動著陸區之該表面之後，固定該飛機到該移動著陸區之該表面。
35. 如請求項30所述之媒體，其中該引導步驟更包括根據對應於該飛機之位置資訊的一分析結果及對應於該移動著陸結構的位置資訊，產生一接近向量。
36. 如請求項30所述之媒體，其中確認該移動著陸結構上的該移動著陸區更包括分析由該飛機上的一感應器所擷取的複數個影像，以及比較該影像資料和該移動著陸區之一預定影像。
37. 如請求項35所述之媒體，其中該移動著陸區之該預定影像是在該飛機起飛後立即由該感應器擷取。
38. 如請求項35所述之媒體，其中該飛機是在一當前任務，並且該移動著陸區之該預定影像會在該當前任務期間被該飛機接收。
39. 如請求項30所述之媒體，其中確認該移動著陸結構上的該移動著陸區更包括接收來自一個或多個複數個射頻識別(RFID)標籤之一信號，以及分析該接收信號以確定該移動著陸區之一中心點。
40. 如請求項30所述之媒體，其中該開始著陸時間等於執行該飛機之一著陸操縱加上該靜止期之持續時間的三分之一的一平均時間。
41. 如請求項30所述之媒體，其中該開始著陸時間等於執行該飛機之一著陸操縱加上該靜止期之持續時間的一半的一平均時間。