SISTEMA Y MÉTODO PARA EL POSICIONAMIENTO RELATIVO DE UN VEHÍCULO AUTÓNOMO.

Sistema y método para el posicionamiento relativo de un vehículo autónomo. La presente invención se refiere a métodos para navegación y guiado, y más concretamente, a métodos y sistemas para determinar una posición de un vehículo de referencia en relación con un vehículo autónomo. Un método para determinar una posición de un punto de referencia en relación con un vehículo como se define en el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce a partir de la US 6.577.272 B1. Este método conocido se basa en la diferencia de tiempo de las mediciones de llegada. Usa un emisor en un punto de referencia que envía señales de radiofrecuencia a un vehículo, por ejemplo una aeronave. La aeronave se dota con múltiples antenas. La posición relativa entre el vehículo y el punto de referencia se puede determinar usando la diferencia de tiempo de las mediciones de llegada realizadas por estas antenas. Un vehículo autónomo tiene un sistema de navegación u guiado independiente que no está controlado directamente por otro vehículo. El posicionamiento preciso de vehículos autónomos, tales como aeronaves, embarcaciones y automóviles, en relación con una o más referencias estacionarias o en movimiento se requiere comúnmente para operaciones en el espacio, aire, y superficie tales como el aterrizaje basado en cancier o tierra, repostaje de aeronaves en vuelo, maniobras de formación de aeronaves, acoplamiento de astronaves, y elusión de colisiones. Las técnicas convencionales para determinar una posición de un vehículo en relación a una referencia estacionaria o en movimiento incluyen el procesamiento digital de imágenes, las técnicas de sensor activas (por ejemplo, técnicas de radar o láser), y las técnicas de posicionamiento global (GPS). Las técnicas de procesamiento de imágenes digitales y de sensor activas típicamente requieren equipos sensores caros y sofisticados e interacción de piloto humano con el vehículo autónomo, la cual puede ser problemática en ciertas operaciones tal como el repostaje de aeronaves o las maniobras de formación. Las técnicas de GPS convencionales requieren cuatro transmisores de satélite GPS, que son susceptibles de interrupciones accidentales o abiertas en las transmisiones a un vehículo autónomo, provocando retardos y errores en la determinación de la posición del vehículo autónomo en relación con los satélites GPS. Un objeto de la presente invención es proporcionar una solución que supere los problemas señalados anteriormente y otros previamente experimentados para la determinación de la posición de un vehículo autónomo. De acuerdo con los métodos consistentes con una implementación de la presente invención, se proporciona un método para determinar una posición de un punto de referencia en relación con un vehículo de acuerdo con la reivindicación 1. De acuerdo con los artículos de fabricación consistentes con una implementación de la presente invención, se proporciona un medio legible por ordenador que contiene la instrucción que provoca que un vehículo tenga un programa para realizar un método para determinar una posición de un punto de referencia en relación con el vehículo de acuerdo con la reivindicación 6. De acuerdo con los sistemas consistentes con una implementación de la presente invención, se proporciona un sistema de posicionamiento de vehículos de acuerdo con la reivindicación 7. Otros sistemas, métodos, rasgos, y ventajas de la presente invención serán o llegarán a ser evidente a uno con experiencia en la técnica tras el examen de las figuras y la descripción detallada siguientes. Se pretende que todos de tales sistemas, métodos, rasgos, y ventajas adicionales sean incluidos dentro de esta descripción, estén dentro del alcance de la invención, y sean protegidos por las reivindicaciones anexas. Los dibujos anexos, los cuales se incorporan en y constituyen una parte de esta especificación, ilustran una implementación de la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar las ventajas y los principios de la invención. En los dibujos: La Figura 1 es un diagrama de un vehículo de control que tiene un sistema para determinar la posición relativa de un vehículo de referencia consistente con una implementación de la presente invención. La Figura 2 es un diagrama de bloques ejemplar del sistema de posicionamiento relativo de la Figura 1; La Figura 3 representa una forma de onda de evento ejemplar y una forma de onda de medición ejemplar detectadas por al menos tres receptores del sistema de posicionamiento relativo para determinar la posición relativa del vehículo de referencia de acuerdo con la presente invención; y Las Figuras 4A-B son un diagrama de flujo de un proceso ejemplar realizado por el sistema de posicionamiento relativo para determinar la posición relativa del vehículo de referencia. Se hará ahora referencia en detalle a una implementación de acuerdo con los métodos, sistemas, y productos consistentes con una implementación de la presente invención como se ilustra en los dibujos anexos. Los métodos, sistemas, y artículos de fabricación consistentes con una implementación de la presente invención determinan una 2   posición o situación de un vehículo de referencia o punto estacionario en relación con un vehículo autónomo (o de control), que permite al vehículo autónomo mantener un perfil de distancia, alcance, o guiado predeterminado en relación con el vehículo o punto de referencia sin que el vehículo o punto de referencia comunique la información de posición al vehículo autónomo. La Fig. 1 representa un diagrama de un sistema de posicionamiento de vehículos 100 que incluye una referencia o primer vehículo 102 y un segundo vehículo autónomo o de control 104. El vehículo autónomo 104 incluye un sistema de posicionamiento relativo 200 como se muestra en la Fig. 2 para determinar la posición del vehículo de referencia 102 en relación con el vehículo de control 104 de acuerdo con los métodos y sistemas consistentes con una implementación de la presente invención. El vehículo de referencia 102 incluye un transmisor 106 y el sistema de posicionamiento relativo 200 del vehículo autónomo 104 incluye una pluralidad de receptores 110, 112, 114, y 116 y un sistema informático 118 conectado operativamente a cada receptor. El transmisor 106 del vehículo de referencia 102 se configura operativamente para emitir una primera forma de onda o de evento 302 y una segunda forma de onda o de medición 304 que tiene una relación con la forma de onda de evento 302 como se representa en la Fig. 3. Aunque la forma de onda de medición 304 puede tener otras relaciones con la forma de onda de evento 302, en una implementación de la presente invención, la forma de onda de medición tiene un número fijo y conocido de ciclos para cada ciclo de forma de onda de evento cuando se emite por el transmisor 106. La forma de onda de evento 302 y la forma de onda de medición 304 se pueden detectar por al menos tres receptores 110, 112, 114, y 116 del sistema de posicionamiento relativo 200 para determinar la posición del vehículo de referencia 102 en relación con el vehículo autónomo 104 de acuerdo con la presente invención. La forma de onda de evento 302 señala el inicio y el final de un periodo de medición al sistema de posicionamiento relativo 200 del vehículo autónomo 104 como se describe en más detalle más adelante. En una implementación, la forma de onda de evento 302 señala el inicio del periodo de medición al sistema de posicionamiento relativo 200 cuando un primer receptor (por ejemplo, el receptor 110) del sistema de posicionamiento relativo 200 detecta la forma de onda de evento 302 y señala el final del periodo de medición cuando un último de al menos tres receptores 112, 114, y 116 detecta la forma de onda de evento 302. La forma de onda de evento 302 puede ser un pulso único o una forma de onda periódica o continua que tiene una primera frecuencia. El frente 108 de la forma de onda de evento 302 se muestra en la Fig. 1 como se detecta por el sistema de posicionamiento relativo 200 del vehículo autónomo 104 en una primera de las ubicaciones del receptor (por ejemplo, la ubicación del receptor 110). Cuando el frente de la forma de onda de evento 108 alcanza el primer receptor 110, la posición del vehículo de referencia 102 o punto de referencia (es decir, el transmisor 106) se representa por las coordenadas desconocidas (Rx, Ry, Rz). El alcance R desde el vehículo de referencia 102 o el transmisor 106 al primer receptor 110 se da por la Ecuación (1). La distancia desde el vehículo de referencia 102 o el transmisor 106 a cada receptor 112, 114, y 116 distinto del primer receptor es igual al alcance desconocido R más la distancia respectiva d1, d2, y d3, cada una de las cuales se deriva de acuerdo con métodos y sistemas... [Seguir leyendo]

1. Un método para determinar una posición de un punto de referencia (102) en relación con un vehículo (104), el punto de referencia (102) que tiene un transmisor (100) y el vehículo (104) que tiene un primer receptor (110), el transmisor (100) que se configura operativamente para transmitir una primera forma de onda, el vehículo (104) que tiene al menos otros tres receptores (112, 114, 116), cada receptor (110, 112, 114, 116) que está dispuesto en una ubicación conocida en relación con el vehículo (104); caracterizado porque, el transmisor (100) se configura operativamente además para transmitir una segunda forma de onda, dicha segunda forma de onda que tiene una frecuencia y un número de ciclos fijo y conocido para cada primer ciclo de forma de onda, el método que además comprende: detectar la primera forma de onda por cada uno de los receptores (110, 112, 114, 116); detectar la segunda forma de onda por dichos al menos otros tres receptores (112, 114, 116); identificar un primer momento cuando se detecta la primera forma de onda por dicho primer receptor (110); identificar, para cada uno de dichos al menos otros tres receptores (112, 114, 116), un número de ciclos respectivo de la segunda forma de onda detectada por el otro receptor respectivo (112, 114, 116) entre el primer momento y cuando se detecta la primera forma de onda por el otro receptor respectivo (112, 114, 116); convertir cada número de ciclos respectivo identificado a una distancia correspondiente respectiva (d1, d2, d3), dicha distancia (d1, d2, d3) que corresponde a la distancia entre el punto de referencia (102) y el otro receptor respectivo (112, 114, 116) menos la distancia entre el punto de referencia (102) y el primer receptor (110); y calcular la posición del punto de referencia (102) usando una técnica de triangulación en base a dichas distancias correspondientes respectivas (d1, d2, d3) y las ubicaciones conocidas en relación con el vehículo de cada receptor (110, 112, 114, 116). 2. El método como se establece en adelante en la reivindicación 1, en el que el primer receptor (110) se posiciona el más cercano de los receptores (110, 112, 114, 116) al punto de referencia (102). 3. El método como se establece en adelante en la reivindicación 1 o 2, en el que la segunda forma de onda tiene una frecuencia más alta que la primera forma de onda. 4. El método como se establece en adelante en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el paso de conversión comprende multiplicar el número de ciclos para cada uno de los otros receptores (112, 114, 116) por una longitud de onda () de la segunda forma de onda. 5. El método como se establece en adelante en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el paso de calcular la posición del punto de referencia (102) además comprende calcular las coordenadas (Rx, Ry, Rz) del punto de referencia (102) en relación con el vehículo (104) usando tres ecuaciones de triangulación, las tres ecuaciones de triangulación que se derivan de un alcance (R) desde el punto de referencia (102) al primer receptor (110) y una relación geométrica entre el punto de referencia (102) y cada uno de los otros receptores (112, 114, 116). 6. Un medio legible por ordenador que contiene instrucciones legibles por ordenador que, cuando se ejecutan en un sistema informático (118), provocan que el sistema informático (118) realice el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5. 7. Un sistema de posicionamiento de vehículos que comprende: un primer vehículo que tiene un punto de referencia (102) dotado con un transmisor (100) configurado operativamente para emitir una primera forma de onda; y un segundo vehículo (104) que tiene un primer receptor (110), el segundo vehículo (104) que comprende al menos otros tres receptores (112, 114, 116), y un sistema informático (118) conectado operativamente a cada receptor (110, 112, 114, 116), cada receptor (110, 112, 114, 116) que se dispone en una ubicación conocida en relación con el vehículo (104), y cada receptor (110, 112, 114, 116) que se configura operativamente para detectar la primera forma de onda caracterizada porque, el transmisor se configura operativamente además para emitir una segunda forma de onda, dicha segunda forma de onda que tiene una frecuencia y un número de ciclos fijo y conocido para cada ciclo de la primera forma de onda, en el que dichos al menos otros tres receptores (112, 114, 116) se configuran operativamente para identificar para el sistema informático (118) un número de ciclos de la segunda forma de onda respectivos detectados entre un primer momento en el cual se detecta la primera forma de onda por dicho primer receptor (110) y cuando se detecta la primera forma de onda por el otro receptor respectivo (112, 114, 116); en el que el sistema informático (118) está configurado operativamente para convertir el respectivo número de ciclos de la segunda forma de onda contado por cada uno de los otros receptores (112, 114, 116) en una distancia correspondiente respectiva (d1, d2, d3), dicha distancia (d1, d2, d3) que corresponde a la distancia entre el punto de referencia (102) y el otro receptor respectivo (112, 114, 116) menos la distancia entre el 9   punto de referencia (102) y el primer receptor (110), y para determinar una posición del primer vehículo en relación con el segundo vehículo (104) usando una técnica de triangulación en base a dichas distancias correspondientes respectivas (d1, d2, d3) y las ubicaciones conocidas en relación con el vehículo de cada receptor (110, 112, 114, 116). 8. El sistema de posicionamiento de vehículos como se establece en adelante en la reivindicación 7, en el que el primer receptor (110) se posiciona el más cercano de los receptores (110, 112, 114, 116) al punto de referencia (102). 9. El sistema de posicionamiento de vehículos como se establece en adelante en la reivindicación 7 u 8, en el que la segunda frecuencia de la segunda forma de onda es más alta que la primera frecuencia de la primera forma de onda. 10. El sistema de posicionamiento de vehículos como se establece en adelante en cualquiera de las reivindicaciones 7-9, en el que el paso de conversión comprende multiplicar el número de ciclos para cada uno de los otros receptores (112, 114, 116) por una longitud de onda () de la segunda forma de onda. 11. El sistema de posicionamiento de vehículos como se establece en adelante en cualquiera de las reivindicaciones 7-10, en el que la posición del primer vehículo (102) se determina calculando las coordenadas (Rx, Ry, Rz) del punto de referencia (102) en relación con el segundo vehículo (104) usando tres ecuaciones de triangulación, las tres ecuaciones de triangulación que se derivan a partir de un alcance (R) desde el punto de referencia (102) al primer receptor (110) y una relación geométrica entre el segundo vehículo (102) y cada uno de los otros receptores (112, 114, 116).   11   12   13   14