WO2014096493A1 - Sistema de perfeccionamiento para pilotos de aeronaves que realizan fotografía aérea y procedimiento asociado a dicho sistema - Google Patents

Sistema de perfeccionamiento para pilotos de aeronaves que realizan fotografía aérea y procedimiento asociado a dicho sistema Download PDF

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WO2014096493A1
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flight
deviation
route
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aircraft
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Enric PASTOR LLORENS
Cristina BARRADO MUXÍ
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Universitat Politècnica De Catalunya
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    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
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    • G01C23/00—Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration

Definitions

  • Aerial photography works are those in which an aircraft is equipped with a camera or sensor facing the ground that fires automatically and periodically.
  • the set of photographs obtained must be able to be collected in a mosaic and the final mosaic must contain images of the entire geographical area of exploration, without any omission.
  • certain requirements are previously calculated, such as the overlap between images, the speed and height of the flight, the interval between photographs, the flight routes to be flown, etc. Even so, at the stage of the flight, the pilot's expertise in flying the established routes is depended, under the established conditions, so that the quality of the result is satisfactory. Otherwise, the flight or parts thereof must be repeated, and the associated additional expense must be accounted for.
  • the areas of interest in aerial photography works can be longitudinal or rectangular.
  • the aircraft In the case of rectangular areas, the aircraft must make different passes, usually on parallel and equidistant sections, which allow to obtain photographs of the entire area. Between one section and the next, the pilot must perform a turning maneuver. The pilot's expertise in making the turn has no impact on the quality of the photographic result, as it is done outside the area of interest and with the non-horizontal attitude angles of the aircraft. On the contrary, the stability of the flight during the sections in which the photos are obtained is of paramount importance. From the beginning of the section to the end of the section, the aircraft must maintain the course or yaw fixed and equal to the orientation of the established section, the constant speed, and the pitch and roll angles equal to zero. This task is of maximum difficulty when the pilot has just made the turn and flies over the initial part of the section.
  • Aircraft used in aerial photography are usually aircraft that fly in VFR (Visual Flight Rules), since the areas of interest (a crop field, a border, an oil pipeline, a glacier, etc.) are usually not supported by terrestrial infrastructure navigation aid (VOR, DME, ILS, etc.).
  • VFR Vehicle Flight Rules
  • ATC air traffic management systems
  • Pilots rely on their flight instruments, mainly the PFD (Primary Flight Display) and the ND (Navigation Display), for their functions, which in turn are based on inertial and navigation systems.
  • the CDI is an indicator system that graphically shows the pilot the deviation of the aircraft from an established heading.
  • the CDI indicator system consists of two bars, one vertical and one horizontal, which when moving from the center point indicate the deviation to the pilot: the vertical bar indicates the lateral deviation relative to the route and the horizontal bar indicates the height deviation.
  • the CDI indicator can be incorporated into several of the electronic piloting assistance devices, and it is usual to find it as an indicator of the ILS (Instrument Landing System).
  • the state of the art in aid to pilots who perform aerial photography includes systems shipped only with alphanumeric data indicators, which guide the pilot to the next flight point.
  • the values shown in the alphanumeric data indicators depend on the different modes of operation: a distinction is made between round-trip flights to the area of interest, the turns linking the consecutive sections of the area of interest and the flights made on the sections of the area of interest.
  • These systems feed on a computer program that runs on a computer and are complemented by navigation indicating devices that show the flight plan in graphic form.
  • flight simulators are the state of the art tool. These simulators are based on replicating on the computer screen the instruments and indicators that the pilot finds on his plane, such as the artificial horizon of the PFD or the ILS indicator mentioned.
  • the flight simulator is a computer program that, when executed on a computer, processes the control actions performed by the pilot, simulates the behavior of the aircraft according to its aerodynamic model and displays the flight of the aircraft on the computer screen from different views. The influence of external factors, such as weather, is usually optional in simulation.
  • Some works see Lum et al.
  • the prior art does not include the particular case of support and evaluation of the quality of the flight with respect to the described differential needs of an aerial photography flight. Summary of the invention:
  • the present invention is an improvement system for pilots whose objective is to improve their ability in aerial photography work.
  • the system consists of a flight platform (real or simulation), connected to a path evaluation component and with a training indicator device, visible to the pilot during the flight.
  • the training indicator device is similar to a navigation indicator device or ND. It shows the position of the aircraft on a map, together with the flight plan to be carried out. The flight plan is defined before the flight.
  • the training indicator device unlike other state-of-the-art navigation indicator devices, includes embedded indicators that allow the pilot to be guided more intuitively.
  • the embedded indicators are two: a route deviation indicator (CDI) according to the state of the art, complemented with alphanumeric data of interest; and a panel of six alarms with 2 levels, warning and alarm.
  • CDI route deviation indicator
  • the training system has extended operating modes with respect to the prior art. In the turns it is distinguished if the aircraft is still far from the starting point of the section; or if it is already close to it. Depending on the mode of operation, the CDI shows angular deviations or distance deviations, this double functionality being a novelty of this invention.
  • the increase in the number of operating modes allows a smooth transition between angular deviations and distance deviations.
  • the invention has two alternative embodiments: simulation and embarkation.
  • simulation the training indicator device is shown on the screen of the computer running the computer program of the deviation calculation software component Route.
  • the training indicator device is on board and behaves like a flight assist device.
  • an evaluation report is generated based on samples of data collected at a fixed frequency (for example 1 Hz). Apart from the global flight data (pilot, start and end times, time dedicated to photography / turns, fuel, etc.) the report includes for each sample of data taken on a stretch, the statistics of the values of deviation of the trajectory, of deviation of speed and of deviation of the angles of attitude of the aircraft. It also includes the detail of all alarms produced.
  • Figure 1 schematically illustrates the route deviation indicator or CDI.
  • Figure 2 schematically illustrates the alarm indicator
  • Figure 3 schematically illustrates an example of the desired flight path for aerial photography of an area.
  • FIG. 4 schematically illustrates the different operating areas of the indicator of Figure 1, for each of the flight sections of Figure 3.
  • Figure 5 schematically illustrates the types of problems produced in an aerial photography job, in case of non-stable flight and in relation to the six alarms of Figure 2.
  • Figure 6 schematically illustrates the appearance of the training indicator device.
  • Figure 7 schematically illustrates a general overview of the operation and components of the present invention.
  • Figure 7 illustrates an overview of the components of the present invention: a flight platform according to the state of the art 21, a computer program that, executed on a computer connected to the flight simulator, calculates the route deviation 22 and a training indicator device 23.
  • the pilot normally interacts with the flight platform.
  • This can be an aircraft in flight or, in case of pilot training, a flight simulator.
  • the flight platform is configured to disclose, in a continuous manner during the flight (real or simulated), the detailed information of the flight conditions by means of communications systems of the prior art.
  • the data is received in the computer program that, executed on the computer, calculates the deviations through simple algebraic formulations.
  • the information of the computer program (of the aircraft and its deviations) is continuously communicated to the training indicator device for viewing by the pilot. The whole process is repetitive and continuous, from the beginning of the flight until its completion.
  • the pilot Before the start of the flight simulation the pilot must load the route or flight plan 24 from the training indicator device 23.
  • the route or flight plan is described in a computer format according to the state of the art, so that the route deviation calculation program 22 can perform its calculations, and training indicator device 23 can show it to the pilot.
  • the route deviation calculation program 22 creates an evaluation report 25 of the quality of the piloting.
  • the format of the evaluation report is also a computer data format according to the state of the art that allows its rapid incorporation into a database or spreadsheet.
  • Figure 3 shows the most suitable flight route to photograph it.
  • the route is made up of waypoints or waypoints 11, straight sections of stable flight 8 in which the photographs are taken, and turns 9 that allow connecting the flight of the different straight sections.
  • the aircraft must remain as stable as possible so that the photos are perfectly aligned, the captured areas are the same size and the overlap between photos is constant.
  • the objective of the stable flight is to carry out the sequence of aerial photographs of Figure 5.
  • the system will control and alert of six possible errors, produced by instabilities in the flight.
  • the alarm indicating device is shown in Figure 2.
  • the alarm indicator 6 is composed of six alphanumeric sections 7 that are turned off if the flight is stable. Each alphanumeric section 7 can be independently illuminated with one of two possible colors: a color to alert of a warning (for example, yellow color) and another color to illustrate an alarm (for example, red color).
  • Each of the six sections 7 has a fixed alphanumeric content that is equivalent to six stability errors that are considered in the present invention: ROLL, PITCH, YAW, ALT, SPEED and LAT.
  • alarms can also produce a warning sound to the pilot.
  • the shaded areas of Figure 5 show the errors corresponding to each of these six alarms:
  • the ROLL alarm is activated when the warping angle is greater than a set limit value to avoid the error in the sequence of aerial photographs produced by a warping angle other than zero 24.
  • the PITCH alarm is activated when the pitch angle is greater than a set limit value to avoid the error in the sequence of aerial photographs produced by a pitch angle different from zero 25.
  • the YAW alarm is activated when the yaw angle with respect to that of the section is greater than a fixed limit value to avoid the error in the sequence of aerial photographs produced by a yaw angle different from the angle of section 26.
  • the ALT alarm is activated when the difference in the heights of the aircraft and the section is greater than a set limit value to avoid error in the sequence of aerial photographs produced by a height of the aircraft different from the height of section 27.
  • the SPEED alarm is activated when the difference in the speeds of the aircraft and the section is greater than a set limit value to avoid the error in the sequence of aerial photographs produced by a speed of the aircraft different from the speed of section 28 .
  • the LAT alarm is activated when the horizontal distance of the aircraft to the section is greater than a fixed limit value to avoid the error in the sequence of aerial photographs produced by a horizontal distance greater than zero 29.
  • the training indicating device is illustrated in Figure 6. It is a navigation indicating device, improved with respect to the state of the art and with embedded help indicators.
  • the navigation indicating device shows the flight plan of Figure 3, for example on a mapping background, and the current position of the aircraft with respect to the rest of the elements. The zoom level of the map and its centering is done according to the state of the art. The next flight section is highlighted in the flight plan, to help the pilot. At the entrance of the straight sections 8, the desirable entrance cone 12 is shown for the correct execution of the flight of the section.
  • the input cone marks a change in operating mode.
  • the indicators embedded in the training indicator device are continuously updated from the flight data and the deviation calculations.
  • the indicators are configurable (position, appearance, size, etc.) and show details of the flight and its quality.
  • a general indicator 20 shows the operation mode and general flight values (flight time, number of pending sections, etc.) according to the state of the art.
  • the novelty of the invention is the inclusion of new indicators 19a and 19b to show the quality of the flight to the pilot while performing his flight or training, helping the pilot improve his ability immediately.
  • the refinement system of the present invention has three modes of operation: APPROACH, INTERCEPTION and OVERTREAM, depending on the relative position of the aircraft with respect to the section to be flown.
  • Figure 4 shows the scheme of the three zones 12, 13 and 14 that set the mode of operation, on a stable flight section as shown in Figure 3.
  • a stable flight section is illustrated with straight line 8, which joins the initial waypoint lia with the final waypoint 11b. Every section has associated:
  • these three sections can be extended with an additional section of GIRO, which would connect the end of the previous section tunnel with the start of the entrance cone of the current section.
  • the volumes corresponding to the entrance cone 12, the entrance tunnel 13 and the section tunnel 14 can be configured according to parameters of the flight improvement system of this invention.
  • Figure 4 also illustrates these different parameters.
  • the intercept distance 16 sets the operating mode change from APPROACH to INTERCEPTION.
  • the tunnel amplitude 17 sets the diameter of the section tunnel and the entrance tunnel.
  • angle 18 sets the volume of the input cone. Different limits can be established for the horizontal plane and for the vertical plane, thus obtaining geometric figures in the form of a parallelepiped for the tunnel and a pyramid for the entrance.
  • the APPROACH mode is activated, except if the optional TURN mode is defined.
  • a maximum distance is defined for the imaginary extension line of section 15 that defines the height of the entrance cone and, therefore, of the volume associated with the APPROACH mode.
  • Figure 1 shows the three subcomponents thereof: a central component 2 and two alphanumeric components, one above 5a and one below 5b.
  • the central component 2 is a graphic CDI and according to the state of the art: the central circle 1 represents the aircraft and the continuous lines 3 and 4 represent the relative position of the route with respect to the airplane.
  • the horizontal line 3 represents the deviation of the route in height, while the vertical line 4 represents the lateral deviation of the route.
  • the construction and use of the central component is well known in the field, both in onboard devices and in indicators of a flight simulator.
  • the deviation shown by the CDI of the present invention can be angular or linear, depending on the mode of operation:
  • the separation distance of line 3 with the center circle 1 is proportional to the vertical angle of the imaginary line between the aircraft and the entry waypoint lia with respect to the imaginary extension line of section 15; and the separation distance of line 4 with the center circle 1 is proportional to the horizontal angle of the imaginary line between the aircraft and the entry waypoint lia with respect to the imaginary extension line of section 15.
  • the separation distance of line 3 with the center circle 1 is proportional to the difference of the heights of the aircraft and the section; and the distance of separation of the line 4 with the central circle 1 is proportional to the lateral distance of the aircraft with respect to the section.
  • the circumference 2 is transparent in case of showing angular deviations, that is, in APPROACH mode. Thus the circumference is not displayed when the plane has not yet entered the tunnel.
  • the information is complemented with six additional numerical values of the flight which, also being of interest, are not displayed on the CDI. They are the absolute values of course or yaw, flight height and speed. They are organized in two rows: the current values of the aircraft are shown in the upper row and the desired values for the route in the lower row.
  • the lower alphanumeric component 5b three values are shown that depend on the mode of operation. They are absolute values of the distance / angle of the horizontal deviation, the distance / angle of the deviation in height and the remaining distance of the current flight segment.
  • CLOSE mode the first two are angular differences and the last indicates the distance to the entrance of the section; in INTERCEPTION mode the first two values are differences in distance and the last value indicates the distance to the entrance of the section; and in OVERHEAT mode the first two values are also differences in distance but the last value shows the distance to the end of the section.
  • the display and numerical values of the route deviation indicator will be the same as in APPROACH mode, except that, in the indicator display, the central crossing lines la and Ib will be shown rotated with an angle equal to the desired angle of warping, to assist the pilot in the correct execution of the turn.
  • Example of a training score based on the report Given a list with the deviation data of a flight, organized by sections, the maximum, minimum and maximum values can be calculated and displayed. Stockings per section. You can also obtain a flight quality score for each section, for example based on activated alerts: A section is scored with the maximum value (for example 10) if no alarm has occurred, with an average value (for example 5) if a warning alarm has been activated and with a minimum value (for example 0) if an error alarm has been activated. The overall score can be the average of the scores obtained for each section.

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Abstract

Dado un plan de vuelo diseñado para fotografía aérea (24), el sistema extiende las funcionalidades de una plataforma de vuelo (21), real o simulada, con un componente de cálculo de desviación de ruta (22) y un dispositivo indicador (23) que muestra de forma continuada al piloto la información de navegación respecto al plan de vuelo deseado. El dispositivo indicador (23) permite informar al piloto sobre los errores cometidos por posición, velocidad o actitud del avión inadecuados. El sistema fija tres modos de funcionamiento, según la distancia respecto al inicio del tramo a sobrevolar, que afecta al modo de cálculo de las desviaciones. El sistema puede ser alternativamente presentado como un dispositivo embarcado, cuando la plataforma de vuelo es una aeronave, o como programa y pantalla de ordenador, cuando la plataforma de vuelo es simulada.

Description

SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS
DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA Y PROCEDIMIENTO ASOCIADO A DICHO SISTEMA
Sector de la técnica:
Los trabajos de fotografía aérea son aquéllos en los que una aeronave va equipada con una cámara fotográfica o sensor orientado hacia el suelo que se dispara de forma automática y periódica. El conjunto de fotografías obtenidas se debe poder reunir en un mosaico y el mosaico final debe contener imágenes de toda el área geográfica de exploración, sin ninguna omisión. Para que el resultado final sea satisfactorio se calculan previamente ciertos requerimientos como el solapamiento entre imágenes, la velocidad y altura del vuelo, el intervalo entre fotografías, las rutas de vuelo a sobrevolar, etc. Aún así, en la etapa del vuelo, se depende de la pericia del piloto en volar las rutas establecidas, en las condiciones establecidas, para que la calidad del resultado sea satisfactoria. En caso contrario se debe repetir el vuelo o partes del mismo, debiéndose contabilizar el gasto adicional asociado.
Las áreas de interés en los trabajos de fotografía aérea pueden ser longitudinales o rectangulares. En caso de áreas rectangulares la aeronave debe realizar diferentes pasadas, habitualmente sobre tramos paralelos y equidistantes, que permiten obtener las fotografías de toda el área. Entre un tramo y el siguiente, el piloto debe realizar una maniobra de giro. La pericia del piloto en la realización del giro no tiene impacto en la calidad del resultado fotográfico, pues se realiza fuera del área de interés y con los ángulos de actitud de la aeronave no horizontales. Por el contrario, la estabilidad del vuelo durante los tramos en que se obtienen las fotos es de suma importancia. Desde el principio del tramo hasta el final del tramo, la aeronave debe mantener el curso o guiñada fija e igual a la orientación del tramo establecido, la velocidad constante, y los ángulos de cabeceo y alabeo igual a cero. Esta tarea es de máxima dificultad cuando el piloto acaba de realizar el giro y sobrevuela la parte inicial del tramo.
Estado de la técnica :
Las aeronaves usadas en fotografía aérea suelen ser aeronaves que vuelan en VFR (Visual Flight Rules), ya que las zonas de interés (un campo de cultivo, una frontera, un oleoducto, un glaciar, etc.) no suelen estar soportadas por infraestructuras terrestres de ayuda a la navegación (VOR, DME, ILS, etc.). Tampoco se puede confiar en el guiado de los sistemas de gestión de tráfico aéreo (ATC) al ser vuelos de poca altura, realizados en lugares alejados de aeropuertos y, por tanto, en espacio aéreo no controlado. Los pilotos se basan en sus instrumentos de vuelo, principalmente el PFD (Primary Flight Display) y el ND (Navigation Display), para sus funciones, los cuales a su vez se basan en sistemas inerciales y de navegación.
No habitual en aeronaves VFR, pero imprescindible en vuelos IFR (Instrumental Flight Rules), el estado de la técnica de dispositivos embarcados incluye el CDI (Course Deviation Indicator). El CDI es un sistema indicador que muestra gráficamente al piloto la desviación de la aeronave respecto a un rumbo establecido. El sistema indicador CDI consiste en dos barras, una vertical y otra horizontal, que al desplazarse del punto central indican al piloto la desviación : la barra vertical indica la desviación lateral relativa a la ruta y la barra horizontal indica la desviación en altura. El indicador CDI se puede incorporar en varios de los dispositivos electrónicos de ayuda al pilotaje, siendo habitual encontrarlo como indicador del sistema ILS (Instrument Landing System). El estado de la técnica en ayudas a pilotos que realizan fotografía aérea, incluye sistemas embarcados únicamente con indicadores de datos alfanuméricos, que guían al piloto hasta el siguiente punto de vuelo. Los valores mostrados en los indicadores de datos alfanuméricos dependen de los distintos modos de funcionamiento: se distingue entre los vuelos de ida y vuelta al área de interés, los giros que enlazan los tramos consecutivos de la zona de interés y los vuelos realizados sobre los tramos de la zona de interés. Estos sistemas se alimentan de un programa informático que se ejecuta sobre ordenador y se complementan con dispositivos indicadores de navegación que muestran el plan de vuelo en forma gráfica.
Para el entrenamiento de los pilotos, incluso para la certificación de sus horas de vuelo, los simuladores de vuelo son la herramienta del estado de la técnica. Estos simuladores se basan en replicar en la pantalla de un ordenador los instrumentos e indicadores que el piloto encuentra en su avión, como por ejemplo el horizonte artificial del PFD o el indicador del ILS mencionados. El simulador de vuelo es un programa de ordenador que, al ser ejecutado en un ordenador, procesa las acciones de control realizadas por el piloto, simula el comportamiento de la aeronave según su modelo aerodinámico y muestra en la pantalla del ordenador el vuelo de la aeronave desde diferentes vistas. La influencia de factores externos, como el clima, suele ser opcional en la simulación. Algunos trabajos (ver Lum et al.) incluyen también el cálculo de indicadores de calidad y de precisión del vuelo virtual realizado por el piloto. Sin embargo, el estado de la técnica no incluye el caso particular de soporte y evaluación de la calidad del vuelo respecto a las necesidades diferenciales descritas de un vuelo de fotografía aérea. Resumen de la invención:
La presente invención es un sistema de perfeccionamiento para pilotos que tiene como objetivo mejorar la habilidad de los mismos en los trabajos de fotografía aérea. El sistema consta de una plataforma de vuelo (real o de simulación), conectada a un componente de evaluación de la trayectoria y con un dispositivo indicador de entrenamiento, visible al piloto durante el vuelo.
El dispositivo indicador de entrenamiento es similar a un dispositivo indicador de navegación o ND. Muestra la posición de la aeronave sobre una cartografía, juntamente con el plan de vuelo a realizar. El plan de vuelo se define antes del vuelo. El dispositivo indicador de entrenamiento, a diferencia de otros dispositivos indicadores de navegación del estado de la técnica, incluye incrustados unos indicadores que permiten guiar al piloto de forma más intuitiva. Los indicadores incrustados son dos: un indicador de desviación de ruta (CDI) de acuerdo al estado de la técnica, complementado con datos alfanuméricos de interés; y un cuadro de seis alarmas con 2 niveles, aviso y alarma.
El sistema de entrenamiento tiene unos modos de funcionamiento extendidos respecto al estado de la técnica. En los giros se distingue si la aeronave aún está lejos del punto de inicio del tramo; o si está ya próxima al mismo. Según el modo de funcionamiento, el CDI muestra desviaciones angulares o desviaciones en distancia, siendo esta doble funcionalidad una novedad de esta invención. El incremento en el número de modos de funcionamiento permite una transición suave entre las desviaciones angulares y las desviaciones en distancia.
El invento tiene dos realizaciones alternativas: la de simulación y la embarcada. En la de simulación el dispositivo indicador de entrenamiento se muestra en la pantalla del ordenador que ejecuta el programa informático del componente software de cálculo de desviación de ruta. En la realización embarcada el dispositivo indicador de entrenamiento está embarcado y se comporta como un dispositivo de ayuda en vuelo.
Al finalizar el vuelo (tanto en el caso de vuelo virtual como vuelo real) se genera un reporte de evaluación basado en muestras de datos recogidos a una frecuencia fija (por ejemplo 1 Hz). A parte de los datos globales del vuelo (piloto, horas de inicio y fin, tiempo dedicado a los trabajos de fotografía/giros, combustible, etc.) el informe incluye para cada muestra de datos tomadas en un tramo, las estadísticas de los valores de desviación de la trayectoria, de desviación de velocidad y de desviación de los ángulos de actitud de la aeronave. Así mismo se incluye el detalle de todas las alarmas producidas.
Citas:
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US 6,473,003 B2 10/2002 Horvath et al 340/945
US 1,424,048 04/1973 Bóhret and Schánzer G01S 1/08
FR 1,487,257 12/1973 09/1977 G01S 9/06 9/56
US 4,276,702 07/1981 Horwitz et al 434/47
Lum et al. "Human-in-the-Loop distributed Simulation and validation of Strategic Autonomous Algorithm" 26th AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, Jun 2008. Descripción breve de las figuras
Los aspectos de la invención se pueden comprender mejor a través de las figuras y las referencias numéricas que en ellas aparecen para indicar por separado los elementos que la componen. Las figuras muestran :
La Figura 1 ilustra de forma esquemática el indicador de desviación de ruta o CDI.
La Figura 2 ilustra de forma esquemática el indicador de alarmas, La Figura 3 ilustra de manera esquemática un ejemplo de la ruta de vuelo deseada para realizar fotografía aérea de una zona.
La Figura 4 ilustra de manera esquemática las diferentes zonas de funcionamiento del indicador de la Figura 1, para cada uno de los tramos de vuelo de la figura 3.
La Figura 5 ilustra de manera esquemática los tipos de problemas producidos en un trabajo de fotografía aérea, en caso de vuelo no estable y en relación con las seis alarmas de la Figura 2.
La Figura 6 ilustra de manera esquemática el aspecto del dispositivo indicador de entrenamiento.
La Figura 7 ilustra de manera esquemática una panorámica general del funcionamiento y los componentes de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
La Figura 7 ilustra una panorámica general de los componentes de la presente invención : una plataforma de vuelo según el estado de la técnica 21, un programa de ordenador que, ejecutado sobre un ordenador conectado con el simulador de vuelo, calcula la desviación de la ruta 22 y un dispositivo indicador de entrenamiento 23. El piloto interacciona normalmente con la plataforma de vuelo. Ésta puede ser una aeronave en vuelo o, en caso de entrenamiento del piloto, un simulador de vuelo. La plataforma de vuelo está configurada para dar a conocer, de forma continuada durante el vuelo (real o simulado), la información detallada de las condiciones del vuelo por medio de sistemas de comunicaciones del estado de la técnica . Los datos se reciben en el programa de ordenador que, ejecutado sobre el ordenador, calcula las desviaciones a través de simples formulaciones algebraicas. La información del programa de ordenador (de la aeronave y sus desviaciones) se comunica de forma continuada al dispositivo indicador de entrenamiento para su visualización por el piloto. Todo el proceso es repetitivo y continuo, desde el inicio del vuelo hasta su finalización.
Antes del inicio de la simulación del vuelo el piloto debe cargar la ruta o plan de vuelo 24 desde el dispositivo indicador de entrenamiento 23. La ruta o plan de vuelo está descrito en un formato de ordenador según el estado de la técnica, para que el programa de cálculo de desviación de ruta 22 pueda realizar sus cálculos, y el dispositivo indicador de entrenamiento 23 pueda mostrarlo al piloto.
Al finalizar el vuelo, el programa de cálculo de desviación de ruta 22 crea un reporte de evaluación 25 de la calidad del pilotaje. El formato del reporte de evaluación es también un formato de datos de ordenador según el estado de la técnica que permite su incorporación rápida en una base de datos o en una hoja de cálculo.
Dada un área de interés 12, la Figura 3 muestra la ruta de vuelo más adecuada para fotografiarla. La ruta está compuesta por puntos de paso o waypoints 11, tramos rectos de vuelo estable 8 en los que se toman las fotografías, y giros 9 que permiten conectar el vuelo de los diferentes tramos rectos. Durante el vuelo de los tramos rectos la aeronave debe permanecer lo más estable posible para que las fotos estén perfectamente alineadas, las áreas capturadas sean del mismo tamaño y el solapamiento entre fotos sea constante.
El objetivo del vuelo estable es realizar la secuencia de fotografías aéreas de la Figura 5. El sistema va a controlar y alertar de seis posibles errores, producidos por inestabilidades en el vuelo. El dispositivo indicador de las alarmas se muestra en la Figura 2. El indicador de alarmas 6 se compone de seis secciones alfanuméricas 7 que están apagadas si el vuelo es estable. Cada sección alfanumérica 7 puede ser independientemente iluminada con uno de dos posibles colores : un color para alertar de un aviso (por ejemplo, el color amarillo) y otro color para ilustrar una alarma (por ejemplo, el color rojo) . Cada una de las seis secciones 7 tiene un contenido alfanumérico fijo que equivale a seis errores de estabilidad que se consideran en la presente invención : ROLL, PITCH, YAW, ALT, SPEED y LAT. Opcionalmente, las alarmas pueden además producir un sonido de aviso al piloto. Las zonas sombreadas de la Figura 5 muestran los errores correspondientes a cada una de estas seis alarmas :
-La alarma de ROLL se activa cuando el ángulo de alabeo es mayor de un valor límite fijado para evitar el error en la secuencia de fotografías aéreas producido por un ángulo de alabeo diferente de cero 24.
-La alarma de PITCH se activa cuando el ángulo de cabeceo es mayor de un valor límite fijado para evitar el error en la secuencia de fotografías aéreas producido por un ángulo de cabeceo diferente de cero 25.
-La alarma de YAW se activa cuando el ángulo de guiñada respecto al del tramo es mayor de un valor límite fijado para evitar el error en la secuencia de fotografías aéreas producido por un ángulo de guiñada diferente del ángulo del tramo 26.
-La alarma de ALT se activa cuando la diferencia de las alturas de la aeronave y del tramo es mayor de un valor límite fijado para evitar el error en la secuencia de fotografías aéreas producido por una altura de la aeronave diferente de la altura del tramo 27.
-La alarma de SPEED se activa cuando la diferencia de las velocidades de la aeronave y del tramo es mayor de un valor límite fijado para evitar el error en la secuencia de fotografías aéreas producido por una velocidad de la aeronave diferente de la velocidad del tramo 28.
-La alarma de LAT se activa cuando la distancia horizontal de la aeronave al tramo es mayor de un valor límite fijado para evitar el error en la secuencia de fotografías aéreas producido por una distancia horizontal mayor a cero 29.
El dispositivo indicador de entrenamiento se ilustra en la Figura 6. Es un dispositivo indicador de navegación, mejorado respecto al estado de la técnica y con indicadores de ayuda incrustados. El dispositivo indicador de navegación muestra el plan de vuelo de la Figura 3, por ejemplo sobre un fondo de cartografía, y la posición actual de la aeronave respecto al resto de elementos. El nivel de zoom del mapa y su centrado se realiza de acuerdo con el estado de la técnica. En el plan de vuelo se resalta el tramo siguiente a volar, para ayudar al piloto. A la entrada de los tramos rectos 8 se muestra el cono de entrada 12 deseable para la correcta realización del vuelo del tramo. El cono de entrada marca un cambio de modo de funcionamiento.
Los indicadores incrustados en el dispositivo indicador de entrenamiento se actualizan continuamente a partir de los datos del vuelo y de los cálculos de las desviaciones. Los indicadores son configurables (posición, apariencia, tamaño, etc.) y muestran detalles del vuelo y de su calidad. Un indicador general 20 muestra el modo de funcionamiento y valores generales del vuelo (tiempo de vuelo, número de tramos pendientes, etc.) de acuerdo con el estado de la técnica. La novedad de la invención es la inclusión de nuevos indicadores 19a y 19b para mostrar la calidad del vuelo al piloto mientras realiza su vuelo o entrenamiento, ayudando al piloto a mejorar su habilidad de forma inmediata .
El sistema de perfeccionamiento de la presente invención tiene tres modos de funcionamiento: ACERCAMIENTO, INTERCEPCIÓN y SOBRE- TRAMO, dependiendo de la posición relativa de la aeronave respecto al tramo a volar. La Figura 4 muestra el esquema de las tres zonas 12, 13 y 14 que fijan el modo de funcionamiento, sobre un tramo de vuelo estable como los mostrados en la Figura 3. Un tramo de vuelo estable se ilustra con la línea recta 8, que une el waypoint inicial lia con el waypoint final 11b. Todo tramo tiene asociado:
- un cono de entrada 12 que marca la zona de funcionamiento ACERCAMIENTO,
- un túnel de entrada 13 que marca la zona de funcionamiento INTERCEPCIÓN y
- un túnel de tramo 14 que marca la zona de funcionamiento SOBRE- TRAMO.
Opcionalmente se pueden extender estos tres tramos con un tramo adicional de GIRO, que conectaría el final del túnel de tramo anterior con el inicio del cono de entrada del tramo actual.
Los volúmenes correspondientes al cono de entrada 12, al túnel de entrada 13 y al túnel de tramo 14 se pueden configurar de acuerdo a unos parámetros del sistema de perfeccionamiento de vuelo de esta invención. La Figura 4 ilustra también estos diferentes parámetros. La distancia de intercepción 16 fija el cambio de modo de funcionamiento de ACERCAMIENTO a INTERCEPCIÓN . La amplitud de túnel 17 fija el diámetro del túnel del tramo y del túnel de entrada. Finalmente el ángulo 18 fija el volumen del cono de entrada. Se pueden establecer límites diferentes para el plano horizontal y para el plano vertical, obteniéndose entonces figuras geométricas en forma de paralelepípedo para el túnel y de pirámide para la entrada. En el caso que la aeronave vuele fuera de los límites de estos volúmenes, se activa el modo ACERCAMIENTO, excepto si se define el modo opcional de GIRO. En este caso se define una distancia máxima para la línea imaginaria de prolongación del tramo 15 que define la altura del cono de entrada y, por tanto, del volumen asociado al modo ACERCAMIENTO.
Los modos de funcionamiento tienen implicaciones significativas en el uso del indicador de desviación de ruta de la presente invención. La Figura 1 muestra los tres subcomponentes del mismo: un componente central 2 y dos alfanuméricos, uno arriba 5a y otro abajo 5b.
El componente central 2 es un CDI gráfico y de acuerdo con el estado de la técnica : el círculo central 1 representa la aeronave y las líneas continuas 3 y 4 representan la posición relativa de la ruta respecto al avión. La línea horizontal 3 representa la desviación de la ruta en altura, mientras que la línea vertical 4 representa la desviación lateral de la ruta. La construcción y uso del componente central es bien conocida en el ámbito, tanto en dispositivos embarcados como en indicadores de un simulador de vuelo. Como novedad, la desviación mostrada por el CDI de la presente invención puede ser angular o lineal, dependiendo del modo de funcionamiento:
- En modo ACERCAMIENTO la distancia de separación de la línea 3 con el círculo central 1 es proporcional al ángulo vertical de la recta imaginaria entre la aeronave y el waypoint de entrada lia respecto a la línea imaginaria de prolongación del tramo 15; y la distancia de separación de la línea 4 con el círculo central 1 es proporcional al ángulo horizontal de la recta imaginaria entre la aeronave y el waypoint de entrada lia respecto a la línea imaginaria de prolongación del tramo 15.
- En modo INTERCEPCIÓN y en modo SOBRE-TRAMO la distancia de separación de la línea 3 con el círculo central 1 es proporcional a la diferencia de las alturas de la aeronave y el tramo; y la distancia de separación de la línea 4 con el círculo central 1 es proporcional a la distancia lateral de la aeronave respecto al tramo. Usamos el aspecto de la circunferencia 2 del CDI para que el piloto distinga de forma fácil y rápida el modo de funcionamiento actual y si el CDI muestra desvíos en ángulo o en distancia :
-La circunferencia 2 es transparente en caso de mostrar desvíos angulares, es decir, en modo ACERCAMIENTO. Así no se visualiza la circunferencia cuando el avión aún no ha entrado en el túnel.
-La circunferencia 2 es visible y de trazo continuo cuando el avión está dentro del túnel de tramo, es decir, en modo SOBRE-TRAMO. En este modo el CDI muestra los desvíos en distancia.
-La circunferencia 2 es visible pero con trazo discontinuo cuando el CDI muestra también los desvíos en distancia, pero el avión está aún en el túnel de intersección, es decir, en modo INTERCEPCIÓN .
En el componente alfanumérico superior 5a se complementa la información con seis valores numéricos adicionales del vuelo que, siendo también de interés, no se visualizan en el CDI. Son los valores absolutos de curso o guiñada, de altura de vuelo y de velocidad. Se organizan en dos filas : en la fila superior se muestran los valores actuales de la aeronave y en la fila inferior los valores deseados para la ruta.
En el componente alfanumérico inferior 5b se muestran tres valores que dependen del modo de funcionamiento. Son valores absolutos de la distancia/ángulo del desvío horizontal, la distancia/ángulo del desvío en altura y la distancia restante del tramo actual de vuelo. En modo ACERCAMIENTO los dos primeros son diferencias angulares y el último indica la distancia hasta la entrada del tramo; en modo INTERCEPCIÓN los dos primeros valores son diferencias en distancia y el último valor indica la distancia hasta la entrada del tramo; y en modo SOBRE- TRAMO los dos primeros valores son también diferencias en distancia pero el último valor muestra la distancia hasta el final del tramo.
En el caso de haber definido un modo GIRO, la visualización y los valores numéricos del indicador de desviación de ruta serán los mismos que en modo ACERCAMIENTO, excepto que, en la visualización del indicador, las líneas de cruce centrales la y Ib se mostrarán giradas con un ángulo igual al ángulo de alabeo deseado, para ayudar al piloto en la correcta ejecución del giro.
Ejemplos de interpretación del CDI
En modo SOBRE-TRAMO, si la altura deseada de la ruta es menor que la altura de la aeronave, entonces la línea horizontal 3 del CDI aparecerá debajo del círculo central 1 y dentro de la circunferencia 2 indicando que se está dentro del túnel . Si el desvío es mayor que la dimensión del túnel 17, la línea 3 no aparecerá en el indicador.
En modo INTERCEPCIÓN, una situación similar a la anterior se mostrará con la misma visualización excepto que la circunferencia del CDI 2 será de tramo discontinuo.
En modo ACERCAMIENTO la circunferencia del CDI 2 será invisible y la misma posición relativa de la línea horizontal 3 respecto al círculo central 1 indicará así mismo el avión está más elevado que el waypoint de entrada al tramo l ia, pero la separación de ambos será proporcional a la desviación respecto al ángulo de cabeceo deseado.
Ejemplo de puntuación de un entrenamiento a partir del reporte Dado un listado con los datos de desviación de un vuelo, organizado por tramos, se pueden calcular y mostrar los valores máximos, mínimos y medias por tramo. También se puede obtener una puntuación de la calidad del vuelo por cada tramo, por ejemplo basada en las alertas activadas: Un tramo se puntúa con el valor máximo (por ejemplo 10) si no se ha producido ninguna alarma, con un valor medio (por ejemplo 5) si se ha activado una alarma de aviso y con un valor mínimo (por ejemplo 0) si se ha activado una alarma de error. La puntuación global puede ser la media de las puntuaciones obtenidas por cada tramo.

Claims

REIVINDICACIONES "SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA" que comprende:
- una plataforma de vuelo,
- una ruta o plan de vuelo para sobrevolar un área a fotografiar,
- un componente software de cálculo de desviación de ruta y
- un dispositivo indicador de entrenamiento. "SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA" según reivindicación 1,
caracterizado porque
- la plataforma de vuelo es un simulador de vuelo,
- el simulador de vuelo facilita, de forma periódica, los parámetros del estado del vuelo virtual realizado por el piloto,
- el componente software de cálculo de desviación de ruta recibe del simulador de vuelo los datos del estado del vuelo virtual, los compara en cada momento con el estado deseado para la ruta a volar y calcula la desviación de ruta y
- el dispositivo indicador de entrenamiento muestra las
desviaciones del vuelo de forma continuada con el objeto de ayudar al piloto a corregirlas. "SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA" según reivindicación 1,
caracterizado porque
- la plataforma de vuelo es una aeronave,
- a través de los sistemas de navegación de satélite y/o sistemas inerciales embarcados en la aeronave se puede conocer, de forma periódica, los parámetros del estado del vuelo realizado por el piloto, - el componente software de cálculo de desviación de ruta recibe los datos del estado del vuelo, los compara en cada momento con el estado deseado para la ruta a volar y calcula la desviación de ruta y
- el dispositivo indicador está embarcado y muestra las
desviaciones del vuelo de forma continuada con el objeto de ayudar al piloto a corregirlas. "SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA" según reivindicaciones 2 ó 3, que comprende adicionalmente información de seis alarmas que se activan cuando la desviación en la dimensión de la alarma es mayor a un valor límite previamente fijado en el sistema, siendo las seis alarmas las que corresponden a desviaciones del vuelo en : los tres ángulos de actitud del avión (alabeo, cabeceo y guiñada), la velocidad del vuelo, la posición lateral y la altura. "SISTEMA DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA" según reivindicaciones anteriores, caracterizado por mostrar la desviación del vuelo respecto a la ruta deseada en forma gráfica, a través de un indicador de desviación de ruta o CDI, pudiendo ser la desviación calculada como la diferencia de distancias o como la diferencia de ángulos. "PROCEDIMIENTO DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA" que comprende tres etapas: ACERCAMIENTO, INTERCEPCIÓN y SOBRE-TRAMO, que se repiten de forma sucesiva en cada uno de los tramos paralelos (8) que forman los vuelos de fotografía aérea, siendo cada etapa definida según la proximidad del avión al tramo: lejos del inicio del tramo en la etapa de ACERCAMIENTO, cerca del inicio del tramo en la etapa de INTERCEPCIÓN y sobrevolando el tramo en la etapa de
SOBRE-TRAMO y caracterizado porque
- en la etapa de ACERCAMIENTO la información sobre la desviación de la ruta se calcula como la diferencia de los ángulo de aproximación al tramo y/o de realización del giro; - en la etapa de SOBRE-TRAMO la información sobre la desviación de la ruta se calcula como la diferencia de las distancias de desviación al tramo; y- en la etapa de
INTERCEPCIÓN se realiza la transición de diferencias angulares a diferencias de distancias. "PROCEDIMIENTO DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA" según
reivindicación 6 caracterizado porque
- en la etapa de ACERCAMIENTO no se generan alarmas;
- en la etapa de INTERCEPCIÓN se generan avisos en caso de desviación de distancia a la ruta mayor a un límite fijado; y
- en la etapa de SOBRE-TRAMO se generan alarmas en caso de desviación de distancia a la ruta, desviación de la velocidad o ángulos de actitud del avión mayores a los límites fijados. "PROCEDIMIENTO DE PERFECCIONAMIENTO PARA PILOTOS DE AERONAVES QUE REALIZAN FOTOGRAFÍA AÉREA" según
reivindicaciones 6 y 7 caracterizado porque al finalizar el vuelo se calcula una puntuación de la realización del vuelo a partir de las desviaciones calculadas y ponderadas según criterios conocidos.
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