Un procedimiento para determinar automáticamente una maniobra de evitación en un sistema automático de evitación de colisiones de una aeronave,

comprendiendo el procedimiento los pasos siguientes:

- determinar una envolvente de aceleración cinemática máxima, para un número de ángulos de maniobras de evitación, determinando un número correspondiente de aceleraciones cinemáticas correspondientes en un plano de aceleración cinemática, definiendo de esta manera una serie de puntos, e interpolando las separaciones entre los puntos, creando de esta forma la envolvente de aceleración cinemática máxima (510, 610, 810);

- formar una envolvente de aceleración cinemática ajustada (520, 620, 820) en el citado plano formando una nueva envolvente, manteniéndose la envolvente nueva en cada punto más próxima o a la misma distancia del origen (0,0) que los puntos de la envolvente de aceleración cinemática máxima y de tal manera que para un ángulo de maniobra de evitación dado (ε), haya un valor de la aceleración cinemática (a);

- recibir un ángulo de maniobra de evitación deseado (ε);

- determinar la magnitud de la aceleración cinemática (a) correspondiente a la envolvente de aceleración cinemática ajustada (520, 620, 820) para el ángulo de maniobras de evitación (ε), mediante la lectura de la curva envolvente ajustada;

- determinar una carga normal (nz) y un ángulo de inclinación lateral (θ) en base a la aceleración cinemática (a), y al ángulo de maniobras de evitación (ε);

Generador de maniobras de evitación para una aeronave Campo técnico La presente invención se refiere a los sistemas de evitación de colisiones para el control de las maniobras de una aeronave para evitar una colisión con un objeto que pueda colisionar con la aeronave si se mantiene el curso, la altitud y la velocidad actuales. En particular, se refiere a sistemas de evitación de colisiones para vehículos aéreos que tienen una maniobrabilidad limitada. Incluso más en particular, se refiere a sistemas de este tipo para Vehículos Aéreos No Tripulados (UAV) , y Vehículos Aéreos Autónomos (AAV) que pueden tomar decisiones por sí mismos sin consultar a un piloto en el terreno, siendo controlados por un control remoto limitado o sin ningún control remoto.

Antecedentes

Las aeronaves de baja maniobrabilidad tales como los UAV, pueden ser controlados remotamente o volar de forma autónoma en base a planes de vuelo preprogramados o teniendo sistemas automáticos dinámicos más complejos. Los UAV se utilizan actualmente en una serie de funciones militares, incluyendo el reconocimiento y ataque. También se utilizan en un número pequeño pero creciente de aplicaciones civiles, tales como la lucha contra incendios en las que un observador humano estaría en riesgo, la observación por la policía de disturbios civiles y escenas de crimen, y el soporte de reconocimiento en los desastres naturales. Los UAV con frecuencia son preferidos para las misiones que son demasiado "aburridas, sucias o peligrosas" para los aviones tripulados.

Hay un deseo general y un requisito de que los UAV, en particular los UAV civiles, funcionen de manera segura y no colisionen con otros UAV u otras aeronaves u objetos. Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema para evitar que los UAV colisionen con otro objeto.

Para que un sistema de detección y de evitación de amenazas de colisión (sistema detección y evitación) lleve a cabo efectivamente la porción de evitar, una aeronave involucrada en algún punto tiene que hacer una maniobra de evitación con el fin de salir rápidamente de la trayectoria que tiene un riesgo de colisión alto detectado y / o calculado.

En un caso en el que el sistema utiliza una maniobra de último instante, es decir, una maniobra que no se realiza hasta el muy último instante para evitar la colisión, tal maniobra debe utilizar la máxima capacidad de maniobra segura disponible a la aeronave. Para aeronaves de alto rendimiento, hay generalmente suficiente rendimiento de maniobras disponible para obtener una curvatura suficiente de la trayectoria por medio de la denominado maniobra de balanceo y tirón, con el fin de salir rápidamente de la trayectoria que tiene el riesgo de colisión calculado y / o detectado Sin embargo, para los UAV contemporáneos, el rendimiento de las maniobras es en general muy pobre. De hecho, las capacidades son comúnmente más pobres que las que serían aceptables en una aeronave tripulada.

También para otras aeronaves de rendimiento bajo o medio, tripuladas o no, el rendimiento de las maniobras es pobre.

Una de las funciones de un sistema de detección y evitación es seleccionar una maniobra adecuada para ser ejecutada en el caso de una colisión potencial. Tal función puede ser realizada por un generador de maniobras. Para algunos tipos existentes de sistemas, la selección de maniobras es limitada, por ejemplo usar solamente ascenso o descenso puros, pero típicamente un sistema de detección y evitación de alto rendimiento debe poder seleccionar una multitud de maniobras.

Para una aeronave de alta maniobrabilidad, un generador de maniobras puede seleccionar la maniobra de balanceo y tirón, puesto que esta maniobra cumplirá adecuadamente los requisitos anteriores. Sin embargo, para una aeronave de maniobrabilidad baja, el generador de maniobras debe operar de alguna otra manera.

El documento US 2007/0210953 desvela un sistema de detección y evitación de colisión de aeronaves y el procedimiento para los UAV. El sistema comprende, entre otras cosas un detector de imágenes conectado a una unidad de detección de objetivos, que está conectada, además, a una unidad de evaluación de amenazas para la evaluación de la amenaza de un objetivo detectado en la imagen proporcionada por la unidad de detección de objetivos. Una unidad de maniobras de evitación conectada a la unidad de evaluación de amenazas proporciona una maniobra de control de vuelo y de guiado para evitar cualquier amenaza de colisión identificada.

El documento US 6.510.388 desvela un sistema y un procedimiento para evitar la colisión entre vehículos, en el que se calcula una trayectoria de maniobra de evitación posible para el vehículo respectivo y se compara con las trayectorias de maniobra de evitación calculadas para los otros vehículos para controlar si la trayectoria de la maniobra de evitación del vehículo en cada momento durante su lapso calculado está situada a una distancia mínima predeterminada o estipulada de las trayectorias de maniobras de evitación de los otros vehículos. Además, se describe un procedimiento para obtener las direcciones de las maniobras de evitación adecuadas de dos aeronaves, cada una de ellas provista del sistema, y habiendo un enlace de comunicaciones entre ellas.

El documento FR 2 876 483 desvela un procedimiento y sistema de evitación para aeronaves. El sistema de evitación incluye un sistema de evitación de colisiones que es capaz de detectar un riesgo de colisión con al menos una 5 aeronave intrusa y un medio de información y cálculo de evitación y determinación y alarma para determinar automáticamente cuando emitir la alarma.

El documento EP 0609162A2 desvela un aparato de evitación de colisiones con obstáculos en el aire, que incluye un detector de objetos para detectar objetos dentro de un campo de visión de la aeronave y un sistema de navegación de la aeronave para navegar la aeronave a través del espacio.

El documento US 6 168 117 B1 desvela un sistema de control de vuelo que incluye un dispositivo de control de la aceleración vertical para calcular un comando de ángulo de dirección del eje de cabeceo para hacer que la diferencia entre una aceleración vertical de una aeronave y una aceleración de giro de objetivo sea cero, y transmitirlo como una variable a un dispositivo de control del eje de cabeceo, un dispositivo de ángulo de inclinación lateral de referencia para calcular el ángulo de inclinación lateral de referencia a partir de la aceleración de giro del objetivo, un dispositivo de control de altitud para calcular la cantidad de corrección del ángulo de inclinación lateral a partir de una diferencia entre la altitud de la aeronave y la altitud del objetivo, y un dispositivo de control del eje de balanceo para calcular un comando de ángulo de dirección del eje de balanceo

Sumario de la invención

De acuerdo con un primer aspecto, se proporciona un procedimiento para determinar automáticamente una manio

bra de evitación en un sistema automático de evitación de colisiones de una aeronave, comprendiendo el procedimiento los pasos siguientes:

- determinar una envolvente de la aceleración cinemática máxima para un número de ángulos de maniobras de evitación determinando el número correspondiente de las aceleraciones cinemáticas correspondientes en un plano de la aceleración cinemática, definiendo de esta manera un número de puntos, e interpolando las separaciones entre los puntos, creando de esta manera la envolvente de la aceleración cinemática máxima;

- formar una envolvente de la aceleración cinemática ajustada en el citado plano formando una nueva envolvente, en cada punto estando la nueva envolvente más próxima o a la misma distancia desde el origen que los puntos de la envolvente de la aceleración cinemática máxima, de tal manera que para un ángulo de maniobra de evitación dado, existe un valor de la aceleración cinemática;

- recibir un ángulo de maniobra de evitación deseado;

- determinar la magnitud de la aceleración cinemática correspondiente a la envolvente de la aceleración cinemática ajustada para el ángulo de maniobra de evitación, mediante la lectura de la curva envolvente ajustada;

- determinar la carga normal (nz) , y el ángulo de inclinación lateral (c) en base a la aceleración cinemática (a) , y al ángulo de maniobra de evitación (ε) ;

La envolvente de la aceleración cinemática máxima puede ser aproximada... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para determinar automáticamente una maniobra de evitación en un sistema automático de evitación de colisiones de una aeronave, comprendiendo el procedimiento los pasos siguientes:

- determinar una envolvente de aceleración cinemática máxima, para un número de ángulos de maniobras

de evitación, determinando un número correspondiente de aceleraciones cinemáticas correspondientes en un plano de aceleración cinemática, definiendo de esta manera una serie de puntos, e interpolando las separaciones entre los puntos, creando de esta forma la envolvente de aceleración cinemática máxima (510, 610, 810) ;

- formar una envolvente de aceleración cinemática ajustada (520, 620, 820) en el citado plano formando una

nueva envolvente, manteniéndose la envolvente nueva en cada punto más próxima o a la misma distancia del origen (0, 0) que los puntos de la envolvente de aceleración cinemática máxima y de tal manera que para un ángulo de maniobra de evitación dado (ε) , haya un valor de la aceleración cinemática (a) ;

- recibir un ángulo de maniobra de evitación deseado (ε) ;

- determinar la magnitud de la aceleración cinemática (a) correspondiente a la envolvente de aceleración ce nemática ajustada (520, 620, 820) para el ángulo de maniobras de evitación (ε) , mediante la lectura de la curva envolvente ajustada;

- determinar una carga normal (nz) y un ángulo de inclinación lateral (c) en base a la aceleración cinemática (a) , y al ángulo de maniobras de evitación (ε) ;

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la envolvente de aceleración cinemática máxima es aproxima20 da por una expresión analítica.

3. El procedimiento de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la envolvente de aceleración cinemática ajustada es aproximada por una expresión analítica y en el que la aceleración cinemática (a) es calculada mediante el uso de la citada expresión analítica.

4. El procedimiento de las reivindicaciones 1, 2 ó 3 en el que la carga normal (nz) es determinada como una expre25 sión de raíz cuadrada.

5. El procedimiento de las reivindicaciones 1, 2 ó 3 en el que el ángulo de inclinación lateral es determinado como función arco seno de una expresión.

6. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que la carga normal (nz) es determinada como

en el que 8 (theta) es el ángulo de cabeceo, es decir, el ángulo entre el eje longitudinal de la aeronave y la proyección del citado eje en el plano del suelo.

7. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que el ángulo de inclinación lateral (c) es determinado como

8. El procedimiento de la reivindicación 1 para una aeronave capaz de realizar automáticamente una maniobra de

evitación de colisiones, al sugerir los dos parámetros de maniobra de evitación de colisiones, la carga normal y el ángulo de inclinación lateral, comprendiendo el procedimiento los pasos siguientes:

- recibir (310) un ángulo de maniobra de evitación deseado ε como un ángulo en un plano de aceleración cinemática / r - calcular (320) un primer punto de transición (εt1) como el ángulo de maniobras de evitación absoluto por en

cima del cual sería lo más eficiente que la aeronave realizase una maniobra con el ángulo de inclinación lateral máximo y utilizar una cierta carga normal para alcanzar el ángulo de evitación de maniobra deseado (ε) , para lograr una maniobra de evitación con tanta curvatura como fuese posible, dadas las limitaciones de la aeronave en cuestión, con el fin de salir rápidamente de una trayectoria que presenta un gran riesgo de colisión.

- calcular (330) un segundo punto de transición (εt2) como el ángulo de maniobra de evitación absoluto por encima del cual sería lo más eficiente que la aeronave realizase una maniobra en carga normal mínima y utilizase un cierto ángulo de inclinación lateral para obtener el ángulo de maniobra de evitación deseado (ε) , para conseguir una maniobra de evitación con tanta curvatura como fuese posible, dadas las limitaciones de la aeronave en cuestión, con el fin de salir rápidamente de una trayectoria que presenta un gran riesgo de colisión.;

- comparar (340) el valor absoluto del ángulo de maniobra de evitación deseado con los valores del primer punto de transición εt1 y del segundo punto de transición (εt2) ;

- actuar de acuerdo con uno de los siguientes casos:

Caso 1: Si (350) el valor absoluto del ángulo de maniobra de evitación deseado ε es mayor que cero pero menor que el valor del primer punto de transición (εt1) , entonces los parámetros sugeridos para la maniobra de evitación se establecen como sigue:

- la carga normal se establece en la carga normal máxima (nz, max)

- el ángulo de inclinación (c) se establece en el valor que produciría el ángulo de maniobra de evitación deseado cuando se ejecuta junto con la carga normal sugerida;

Caso 2: Si (360) el valor absoluto de ángulo de maniobra de evitación deseado ε es mayor que el valor del primer punto de transición εt1 pero menor que el valor del segundo punto transición sugerido εt2, entonces los parámetros de maniobra de evitación se establecen como sigue:

- la carga normal se establece en el valor, que produciría el ángulo de maniobra de evitación deseado cuando se ejecuta junto con el ángulo de inclinación lateral sugerido (c) ;

- el ángulo de inclinación lateral (c) se establece en el ángulo de inclinación lateral máximo permitido (cmax)

Caso 3: Si (370) el valor absoluto del ángulo de maniobra de evitación deseado (ε) es mayor que el valor del segundo punto de transición sugerido (εt2) entonces los parámetros de maniobra de evitación de colisiones se establecen como sigue

- la carga normal se ajusta a la carga normal mínima (nz, min) ;

- el ángulo de inclinación lateral (c) se establece en el valor, que produciría el ángulo de maniobra de evitación deseado cuando se ejecuta junto con la carga normal sugerida.

9. Un sistema de detección y de evitación para un vehículo aéreo, que comprende un generador de parámetros de maniobra de evitación (230, 430) que realiza los pasos de la reivindicación 1.

10. Un generador de parámetros de maniobra de evitación (230, 430) para un sistema de detección y de evitación de un vehículo aéreo, que realiza los pasos de la reivindicación 1.