用于通过标准飞机轨迹公约来传送高保真飞机轨迹相关信息的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于通过标准飞机轨迹公约来传送飞行器(AV)的高保真(HIFI)轨迹相关信息的计算机实施的方法和系统。所述方法包括以下步骤：从第一实体获得包含低保真(LOFI)轨迹相关信息的飞行意图(300)；获得意图生成(IG)配置参数(301)，所述配置参数定义对飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标，包含用于关闭AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息；使用标准飞机轨迹公约将来自飞行意图(300)的LOFI轨迹相关信息和IG配置参数(301)编码为可用于信息交换的飞行计划(305)和用户定义的字段(306)；向第二实体发送飞行计划(305)和用户定义的字段(306)。

System and method for transmitting high fidelity aircraft trajectory-related information through standard aircraft trajectory conventions

The invention discloses a computer implementation method and system for transmitting high fidelity (HIFI) trajectory related information of an aircraft (AV) through a standard aircraft trajectory convention. The method comprises the following steps: obtaining flight intent (300) including low fidelity (LOFI) trajectory-related information from the first entity; obtaining intent generation (IG) configuration parameter (301), which defines constraints and/or targets supplementing flight intent (300), including HIV-FI trajectory-related information of all degrees of freedom for closing AV motion and configuration; and using standard aircraft trajectory information. The LOFI trajectory-related information and IG configuration parameters (301) from flight intent (300) are coded as flight plans (305) and user-defined fields (306) for information exchange, and flight plans (305) and user-defined fields (306) are sent to the second entity.

【技术实现步骤摘要】
用于通过标准飞机轨迹公约来传送高保真飞机轨迹相关信息的系统和方法
本专利技术大体上教导了涉及通过标准轨迹方法来交换使用形式语言表达的详细轨迹相关信息的技术。
技术介绍
用也被称为飞机意图描述语言(AIDL)的形式语言表达的飞机意图提供在飞行时段期间飞机的意图运动和配置的明确描述。飞机意图描述通常从飞行意图得到。飞行意图包含关于飞机将如何飞行的更基础信息，并且不提供足够的信息以允许飞机轨迹的明确确定。飞行意图可被认为是飞行计划的概念的一般化，且因此将反映操作约束和目标，例如意图或要求的路线和操作人员偏好。通常，飞行意图将不能明确地定义飞机的轨迹，因为所述飞行意图很可能包含关闭所有自由度所必需的信息中的仅一些。换句话说，很可能存在可被计算出的将满足给定飞行意图的许多飞机轨迹。因此，飞行意图可被认为是飞行的基本蓝图，但所述飞行意图缺少明确地计算轨迹所需的具体细节。因此，必须将另外的信息与飞行意图结合以得到确实允许对将飞行的四维轨迹的明确预测的飞机意图。就此而言，飞机意图描述语言(AIDL)是允许明确地预测到飞机的路径的技术。所述技术可被定义为用以描述单义地(univocally)确定飞行器轨迹(即，飞机意图)的方法的严谨形式方法。AIDL意图支持飞行器的操作中的先进自动化。AIDL为提供用以制定飞机意图的机制的结构化和形式语言，所述飞机意图在轨迹预测的背景下指代明确地描述飞机在特定的时间间隔内将如何操作的信息。通过根据AIDL表达飞机意图，确保飞机意图的每一示例针对每一大气情况(即，给定四维压力，温度以及飞行将在其内发生的风场)定义唯一轨迹。因此，AIDL被认为支持高保真(HIFI)轨迹定义。AIDL提供制约表达飞机意图且因此允许对飞机轨迹的预测的可允许组合的指令(字母表)和规则(语法)的集合。字母表和语法规则的定义基于应用微分代数方程的理论的轨迹计算过程的数学分析。初始地，在空中交通管理(ATM)领域内构想AIDL以增强在飞机轨迹执行上的可预测性和准确性，以便促进较高水平的自动化和自主性。除ATM外，AIDL还可能应用到其它领域。特别地，UAS的领域中的连续演变将意味着新的挑战和困难。以此方式，期望与轨迹规范和自动化相关的未来要求将考虑与旧系统和现有标准轨迹定义方法(例如，STANAG-4586)的恰当互操作来确立。另一方面，当前和旧ATM方案使用标准但低保真轨迹定义，从某种意义上说，所述方案无法明确地描述飞机在特定时间间隔内将如何操作。因此，如通过ARINC702A、TCAS/ACASXCPDLC、ASTERIX、ADS-B以及STANAG-4586等确立的那些公约的飞机轨迹公约被认为是低保真(LOFI)轨迹定义。在本专利技术中，术语“LOFI”应被理解为没有足够的轨迹相关信息来明确地确定飞机将飞行的轨迹。由于LOFI轨迹不包含用以关闭所有自由度的必需信息的事实，LOFI轨迹将不明确地定义飞机的轨迹。换句话说，很可能存在将满足给定LOFI轨迹的许多飞机轨迹。因此，LOFI轨迹可被认为是飞行的基本蓝图，但所述LOFI轨迹缺少明确地计算轨迹所需的具体细节。术语“HIFI”应被理解为用以明确地预测飞机将飞行的轨迹的足够的轨迹相关信息。因此，HIFI轨迹必定能够捕获必需且足够的信息以允许确定唯一飞机意图且因此确定唯一轨迹。
技术实现思路
本专利技术鉴于之前描述的情况而进行。通信系统的新兴和未来的实施方式被期望提供更多的细节来确定AV轨迹，而现有的标准格式和旧空/地(A/G)、空/空(A/A)以及地/地(G/G)通信系统被初始地构想以支持轨迹信息的有限交换(例如，使用较少的数据或较窄的宽带)。本专利技术的方面提供了用以实现飞机意图描述语言(AIDL)的使用的实施方式，所述AIDL实现高保真(HIFI)轨迹定义。基于AIDL的技术有助于实现较高水平的自动化和自主性。该实施方式将给予若干益处，如飞机轨迹计划、预测以及控制的更好的保真性，获得在空中与地面系统(例如，相应地，自动驾驶仪与地面控制站或GCS)之间以及在无人机系统(UAS)示例与空中交通控制(ATC)之间的唯一水平的轨迹同步。AIDL的实施方式还将允许在例如机场周围的堵塞空域中的飞机的安全分离。跨越用于模型化、优化、去冲突等的基于轨迹的工具的轨迹互操作性和同步还可得益于本专利技术。本专利技术可带来唯一的自动驾驶仪-GCS以及UAS-ATC轨迹同步性能，所述轨迹同步性能有益于任务QoS、飞行应变管理以及UAS-ATM集成。有利地，本方法可减少集成时间和生命周期成本。通过利用旧联网架构和常见的通信方案的现有标准来交换HIFI轨迹定义允许代码重用和无缝集成。替代方案为研发用于HIFI轨迹交换的全新方法，所述方法将需要被航空团体广泛接受并采用，这样的结果是相当不可能的。本专利技术的另一方面为提供一种能够保持异构技术当中的相容性和互操作性的方法和系统。因此，本专利技术防止可出现的在将现有标准或协议用于轨迹定义的实体中的侵入式变化。本专利技术的另一方面为减少通信中的数据链路要求。本专利技术提出嵌入在标准(低保真)轨迹定义中的HIFI轨迹定义(例如，基于AIDL)的交换。轨迹信息的实际交换可能地连同意图生成配置参数的集合减少至其低保真(标准)表示，这意味着在通信带宽中的最小影响。在HIFI轨迹定义中体现的较高水平的细节绝不会经由通信数据链路暴露。因此，本方法在不明显影响对通信带宽要求的情况下提高安全性。同步全部AIDL轨迹定义并在通信管线的两侧上利用所述轨迹定义而不实际地暴露AIDL的能力帮助保护公司的IP和与AIDL技术相关联的竞争优势。本专利技术教示借助于以下操作来交换嵌入在标准轨迹定义和交换格式中的AIDL轨迹定义：-在通信管线的两端上，即在发送器和接收器上，自动地生成飞机意图，以及-经由公约和明确的信息交换的组合使用此类交换方法提供的机制(例如，用户定义的字段)来同步意图生成(IG)配置参数的集合，所述IG配置参数允许在接收器侧复制在发送器侧上使用的相同的飞机意图生成过程。这些技术的研发将不仅导致航空公司和其它利益相关者的益处，而且导致乘客和UAV用户的益处。所述方法和系统的有利的实施例在随后的章节中更详细描述。本专利技术的特征、功能以及优点可在各种实施例中独立地实现，或可在其它实施例中被组合，所述特征、功能以及优点的另外细节可参考以下描述和附图看到。附图说明下文非常简要地描述了一系列附图，所述附图帮助更好地理解本专利技术且作为非限制性示例呈现。图1说明嵌入在将通过旧通信系统交换的标准轨迹定义中的AIDL轨迹定义。图2说明与所公开的教导相关联的架构的高级方块图。图3说明其中在不同格式下的信息被组织、编码并且解码以经由旧系统交换的高级方块图。图4说明用于UAS和其地面控制站(GCS)的特定平台。图5说明用于在UAS领域中交换轨迹的三种不同情况。图6说明协作碰撞避免的示例。图7说明在链路丢失情况下对UAV的监视的示例。图8说明常规空中交通与使用现有的旧基础架构的UAV交通的集成。图9示出被使用NATOSTANAG-4586的LOFI轨迹定义包含的信息的示例。图10说明在STANAG-4586中的LOFI飞行计划的表示的示意图。图11说明通过在STANAG-4586中的LOFI飞行计划捕获的类AIDL表示。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于经由常规的飞行计划协议(322)来传送飞行器即AV的高保真即HIFI轨迹相关信息的计算机实施的方法，所述方法包括：‑从第一实体获得包含低保真即LOFI轨迹相关信息的飞行意图(300)；‑获得意图生成配置参数即IG配置参数(301)，所述IG配置参数界定对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标，包含用于关闭AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息，‑使用所述常规的飞行计划协议(108)将来自所述飞行意图(300)的LOFI轨迹相关信息和IG配置参数(301)编码为可用于信息交换的飞行计划(305)和用户定义的字段(306)；‑向第二实体发送所述飞行计划(305)和用户定义的字段(306)。

【技术特征摘要】
2017.09.29 EP 17382648.81.一种用于经由常规的飞行计划协议(322)来传送飞行器即AV的高保真即HIFI轨迹相关信息的计算机实施的方法，所述方法包括：-从第一实体获得包含低保真即LOFI轨迹相关信息的飞行意图(300)；-获得意图生成配置参数即IG配置参数(301)，所述IG配置参数界定对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标，包含用于关闭AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息，-使用所述常规的飞行计划协议(108)将来自所述飞行意图(300)的LOFI轨迹相关信息和IG配置参数(301)编码为可用于信息交换的飞行计划(305)和用户定义的字段(306)；-向第二实体发送所述飞行计划(305)和用户定义的字段(306)。2.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述飞行意图(300)中的LOFI轨迹相关信息通过在两个实体中实现并运行意图生成过程以复制定义对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标的至少一组IG配置参数(301)而被丰富。3.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述方法进一步包括从定义唯一AV轨迹的飞机意图(314)产生所述IG配置参数(301)和所述飞行意图(300)。4.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中标准飞机轨迹公约使用以下公约中的一个来表达：ARIC702A、TCAS/ACASX、CPDLC、ASTERIX、ADS-B以及STANAG-4586，并且其中HIFI轨迹相关信息用AIDL表达。5.根据权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述第一实体或第二实体在UAS领域中在GCS(510)或自动驾驶仪(520)中选择并且在ATM环境中在ATC(804)或AV(801)中选择。6.一种用于通过标准飞机轨迹公约(322)来传送AV的高保真即HIFI轨迹相关信息的系统，所述系统包括：-飞行意图编码器(302)，所述飞行意图编码器被配置成从第一实体获得包含低保真即LOFI轨迹相关信息的飞行意图(300)和定义对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标的IG配置参数(301)，其中IG配置参数(301)包含用于关闭所述AV的运动和配置的所有自由度的HIFI轨迹相关信息；-所述飞行意图编码器(302)进一步被配置成使用所述常规的飞行计划协议(322)将来自所述飞行意图(300)的LOFI轨迹相关信息和IG配置参数(301)编码为可用于信息交换的飞行计划(305)和用户定义的字段(306)；-所述飞行意图编码器(302)进一步被配置成向第二实体发送所述飞行计划(305)和用户定义的字段(306)。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述系统进一步被配置成通过在所述第二实体中实现并运行意图生成过程以复制定义对所述飞行意图(300)进行补充的约束和/或目标的至少一组IG配置参数(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·H·埃内斯托，N·F·弗朗西斯科，Q·M·卡洛斯，C·S·杰西，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US