航空器着陆的自动辅助方法技术

本发明专利技术涉及一种自动辅助方法，该自动辅助方法用于使航空器从返回点(A)到终点(PA)着陆在着陆跑道上，航空器在该终点处与着陆跑道发生接触，该自动辅助方法通过数据处理设备来实施，该数据处理设备在所述航空器上是机载的并且被配置为被连接到惯性单元、高度计和偏差测量仪，所述方法包括：‑基于由惯性单元提供的位置和姿态数据以及由高度计提供的高度数据来沿着预定轨迹从返回点(A)到与着陆跑道的轴线大致对齐的预定的接入点(C)对航空器进行制导，基于使用由惯性单元提供的航空器的位置数据和由偏差测量仪发送的测量值计算出的经校正的位置数据来在所述预定轨迹的至少一部分上执行制导，‑从接入点(C)到终点(PA)进行制导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】航空器着陆的自动辅助方法
本专利技术涉及航空器制导领域。本专利技术具有更具体的目标为一种用于诸如无人驾驶飞机的航空器从远离机场的位置直至该航空器在机场跑道上着陆的自动制导方法。
技术介绍
现有的无人驾驶飞机的制导系统使得能够沿着例如对应于观察任务的轨迹的预定轨迹来对无人机进行自动制导。为了完成这样的制导，要以固定的时间间隔确定航空器的位置并且与待遵循的轨迹进行比较。一般使用利用卫星的诸如GPS或伽利略系统的绝对定位系统的接收机来确定该位置。然而，可能会发生由于航空器部件(例如GPS接收器)的故障或由于定位信号不可用(例如该定位信号被干扰的情况下)而导致航空器的计算机无法确定航空器的当前位置。不知道航空器的位置，则计算机不能对航空器进行制导以使其遵循预定轨迹。尤其是，航空器的制导系统于是不能使该航空器到达其预期的着陆点，诸如机场的跑道。于是航空器有在未知的位置坠毁并且丢失的危险。为了避免这种情况，可使用航空器上携带的另一个系统来确定航空器的当前位置。例如，航空器的计算机可以基于航空器的不断测量航空器的直线加速度和角加速度的惯性单元提供的信号来确定该位置。对由该惯性单元提供的信号进行积分使得能够确定航空器的位移，并且因此能够确定该航空器相对于由卫星定位系统提供的最后位置的相对位置。然而，通过基于惯性单元的信号积分的这种方法来确定航空器的位置可能具有高度的不确定性。通过积分确定的移动和航空器的实际移动之间的偏差随时间的累积导致所确定的航空器位置相对于该航空器的真实位置出现航差。这种航差从卫星定位系统提供的最后位置开始可达到每飞行小时几千米。在距预期着陆点较长距离发生卫星定位故障并且导致在较长时段内基于来自于惯性单元的信号来对航空器进行制导的情况下，制导系统可能因这种航差而将航空器不知不觉的引导到远离着陆点几千米的位置。于是该航空器将不能获知它的真实位置，以找到预期的着陆机场，然后降落。因此，需要一种制导方法，该制导方法使得尽管卫星定位不可用以及尽管基于来自于航空器惯性单元的信号确定的航空器的当前位置具有显著航差但仍能够安全、自动地引导航空器从遥远的返回点到达机场并且之后使航空器着陆在机场跑道上。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术涉及一种自动辅助方法，该方法用于使航空器从返回点到达终点着陆在着陆跑道上，航空器在该终点处与着陆跑道发生接触。所述方法通过所述航空器上机载的数据处理设备来实施，该数据处理设备被配置为被连接到：-惯性单元，该惯性单元被配置为估测航空器的位置和姿态，-高度计，该高度计被配置为测量航空器的高度，-偏差测量仪，该偏差测量仪被配置为相对于参考点测量航空器的相对于参考方向的方位角，所述方法的特征在于该方法包括：-返回导航辅助阶段，该返回导航辅助阶段包括基于由惯性单元提供的位置和姿态数据以及由高度计提供的高度数据来沿着预定轨迹从返回点到预定的接入点(connectionpoint)对航空器进行制导，该接入点与着陆跑道的轴线大致对齐，基于使用由惯性单元提供的航空器位置数据和由偏差测量仪传输的测量值计算出的经校正的位置数据来在所述预定轨迹的至少一部分上实现制导，-着陆辅助阶段，该着陆辅助阶段包括从接入点到终点对航空器进行制导。由偏差测量仪传输的测量值使得能够校正惯性单元的位置数据，以补偿该惯性单元的航差。因此，可以降低的不确定性使航空器到达接入点C，这使得该航空器能够安全着陆。构成返回导航辅助的阶段可包括：-基于由惯性单元提供的位置和姿态数据以及由高度计提供的高度数据来沿着预定轨迹从返回点到预定的采集点对航空器进行制导的第一制导步骤，-基于由惯性单元提供的姿态数据、由高度计提供的高度数据、以及使用由惯性单元提供的航空器位置数据和由偏差测量仪传输的方位角测量值计算出的经校正的位置数据来沿着预定轨迹从采集点到接入点对航空器进行制导的第二制导步骤，所述预定轨迹使航空器在采集点B与接入点之间进行转向运动。在采集点与接入点之间实施的转向运动使得能够减小与航空器位置有关的不确定性，该不确定性与偏差测量仪的测量值的不确定性和偏差相关联。因此，可以以提高的精度对航空器进行制导直至接入点，这保证了航空器与着陆跑道的良好对齐。返回导航辅助阶段的第一制导步骤可包括：基于由惯性单元提供的姿态数据、由高度计提供的高度数据以及使用由惯性单元提供的航空器位置数据和由偏差测量仪传输的方位角测量值计算出的经校正的位置数据来沿着预定轨迹从返回点到采集点对航空器进行制导。偏差测量仪测量值也可被用于补偿惯性单元的从返回点开始的航差，从而使得在朝向采集点对航空器进行制导的过程中与该航空器的位置有关的不确定性最小化。在第一变型实施方式中，返回点和采集点之间的预定轨迹是直线的。直线的轨迹使得能够使返回点和采集点之间的待行进的距离最小化，从而使返回时间和与返回轨迹的这部分有关的资源消耗最小化。在第二变型实施方式中，返回点和采集点之间的预定轨迹是锯齿形的。锯齿形轨迹使得能够更大范围地改变偏差测量仪所测量的角度变化范围，并且因此能够减小相关的不确定性和与航空器的位置有关的不确定性。数据处理设备被配置为还被连接到航空器机载的摄像头，着陆辅助阶段可包括在由摄像头采集的着陆跑道图像中对终点的位置进行估测以及取决于在图像中所估测的终点的所述位置和由高度计提供的高度数据来对航空器位置进行估测。因此，在着陆过程中从始至终地，可以以更低的不确定性确定航空器的位置而非由惯性单元和/或偏差测量仪来确定该航空器位置。该增加的精度使得能够在接入点与终点之间安全地对航空器进行制导，并且使该航空器着陆。数据处理设备进一步被配置为被连接到一收发器，该收发器是所述航空器上机载的并且被设计为接收由位于地面上的至少三个收发器发射的信号，着陆辅助阶段可包括基于由惯性单元提供的位置数据、由偏差测量仪发送的方位角测量值以及机载收发器与所述至少三个地面收发器之间的距离数据来估测航空器的经校正的位置数据。使用有关于航空器与具有已知位置的地面上的固定点(诸如地面收发器)之间的距离的信息使得能够减小基于惯性单元和偏差测量仪确定的航空器的位置方面的不确定性，从而使得准确地将航空器制导至终点。根据第二方面，本专利技术涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括当该程序被处理器执行时用于执行根据第一方面的方法的代码指令。根据第三方面，本专利技术涉及一种数据处理设备，该数据处理设备被配置为用于实施根据第一方面的辅助方法。根据第四方面，本专利技术涉及一种用于自动辅助航空器在着陆跑道上着陆的系统，该系统包括：-惯性单元，该惯性单元被配置为估测航空器的位置和姿态，-高度计，该高度计被配置为测量航空器的高度，-偏差测量仪，该偏差测量仪被配置为相对于参考点测量航空器相对于参考方向的方位角，-根据第三方面的数据处理设备。根据第四方面的所述辅助系统还可包括被配置为被连接到数据处理设备的摄像头。根据第四方面的所述辅助系统还可包括：-位于地面上的至少三个收发器；-被设计为接收由位于地面上的所述至少三个收发器发射的信号的收发器，该收发器在所述航空器上是机载的并且被配置为被连接至数据处理设备。这种计算机程序产品、数据处理设备和系统具有与根据第一方面的方法的提及的优点相同的优点。附图说明通过阅读实施例的后续说明，其它的特性和优点将呈现。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动辅助方法，所述自动辅助方法用于使航空器(1)从返回点(A)到达终点(PA)着陆在着陆跑道上，所述航空器在所述终点处与着陆跑道发生接触，所述方法通过所述航空器(1)上机载的数据处理设备(2)来实施，并且所述数据处理设备被配置为被连接到：‑惯性单元(5)，所述惯性单元被配置为估测所述航空器的位置和姿态，‑高度计(4)，所述高度计被配置为测量所述航空器的高度，‑偏差测量仪(13)，所述偏差测量仪被配置为相对于参考点测量所述航空器相对于参考方向的方位角，所述方法的特征在于，所述方法包括：‑返回导航辅助阶段(P1)，所述返回导航辅助阶段包括基于由所述惯性单元(5)提供的位置和姿态数据和由所述高度计(4)提供的高度数据来沿着预定轨迹从所述返回点(A)到与所述着陆跑道的轴线大致对齐的预定接入点(C)对所述航空器进行制导(E1，E2)，基于使用由所述惯性单元(5)提供的航空器位置数据和由所述偏差测量仪(13)传输的测量值计算出的经校正的位置数据来在所述预定轨迹的至少一部分上实现制导，所述返回导航辅助阶段(P1)包括：‑基于由所述惯性单元(5)提供的位置和姿态数据和由所述高度计(4)提供的高度数据来沿着所述预定轨迹从所述返回点(A)到预定的采集点(B)对所述航空器进行制导的第一制导步骤(E1)；‑基于由所述惯性单元提供的姿态数据、由所述高度计(4)提供的高度数据以及使用由所述惯性单元(5)提供的航空器位置数据和由所述偏差测量仪(13)发送的方位角测量值计算出的经校正的位置数据来沿着所述预定轨迹从所述采集点(B)到所述接入点(C)对所述航空器进行制导的第二制导步骤(E2)，所述预定轨迹使所述航空器(1)在所述采集点(B)与所述接入点(C)之间进行转向运动，‑着陆辅助阶段(P2)，所述着陆辅助阶段包括从所述接入点(C)到所述终点(PA)对所述航空器进行制导(E6)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.16 FR 15005151.一种自动辅助方法，所述自动辅助方法用于使航空器(1)从返回点(A)到达终点(PA)着陆在着陆跑道上，所述航空器在所述终点处与着陆跑道发生接触，所述方法通过所述航空器(1)上机载的数据处理设备(2)来实施，并且所述数据处理设备被配置为被连接到：-惯性单元(5)，所述惯性单元被配置为估测所述航空器的位置和姿态，-高度计(4)，所述高度计被配置为测量所述航空器的高度，-偏差测量仪(13)，所述偏差测量仪被配置为相对于参考点测量所述航空器相对于参考方向的方位角，所述方法的特征在于，所述方法包括：-返回导航辅助阶段(P1)，所述返回导航辅助阶段包括基于由所述惯性单元(5)提供的位置和姿态数据和由所述高度计(4)提供的高度数据来沿着预定轨迹从所述返回点(A)到与所述着陆跑道的轴线大致对齐的预定接入点(C)对所述航空器进行制导(E1，E2)，基于使用由所述惯性单元(5)提供的航空器位置数据和由所述偏差测量仪(13)传输的测量值计算出的经校正的位置数据来在所述预定轨迹的至少一部分上实现制导，所述返回导航辅助阶段(P1)包括：-基于由所述惯性单元(5)提供的位置和姿态数据和由所述高度计(4)提供的高度数据来沿着所述预定轨迹从所述返回点(A)到预定的采集点(B)对所述航空器进行制导的第一制导步骤(E1)；-基于由所述惯性单元提供的姿态数据、由所述高度计(4)提供的高度数据以及使用由所述惯性单元(5)提供的航空器位置数据和由所述偏差测量仪(13)发送的方位角测量值计算出的经校正的位置数据来沿着所述预定轨迹从所述采集点(B)到所述接入点(C)对所述航空器进行制导的第二制导步骤(E2)，所述预定轨迹使所述航空器(1)在所述采集点(B)与所述接入点(C)之间进行转向运动，-着陆辅助阶段(P2)，所述着陆辅助阶段包括从所述接入点(C)到所述终点(PA)对所述航空器进行制导(E6)。2.根据权利要求1所述的辅助方法，其中，所述返回导航辅助阶段(P1)的第一制导步骤(E1)包括基于由所述惯性单元提供的姿态数据、由所述高度计(4)提供的高度数据以及使用由所述惯性单元(5)提供的航空器位置数据和由所述偏差测量仪(13)发送的方位角测量值计算出的经校正的位置数据来沿着所述预定轨迹从所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰·乔帝尼，西尔万·伯伊拉德，
申请(专利权)人：赛峰电子与防务公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR