Control de aproximación de precisión.

Un sistema de mando y control (12) de aeronaves, que comprende:

una cámara (18), que incluye un telémetro, dispuesta a bordo de una aeronave para medir un ángulo de acimut, un ángulo de elevación y una distancia oblicua desde un punto fijo en la aeronave con relación a un punto objetivo seleccionado (16) que se encuentra situado en una superficie (14) debajo de la aeronave;

un sistema de navegación dispuesto a bordo de la aeronave para medir la latitud y la longitud de un punto en la superficie que está dispuesto perpendicularmente debajo del punto fijo en la aeronave;

un ordenador adaptado especialmente para calcular la posición del punto fijo en la aeronave con respecto al punto objetivo (16) en la superficie a partir de las mediciones respectivas de la cámara (18) y del sistema de navegación, y, un controlador que controla el movimiento de la aeronave de manera que el punto fijo en la aeronave se encuentre situado con un ángulo de acimut, un ángulo de elevación y una distancia oblicua seleccionados por encima del punto objetivo seleccionado en la superficie, en el que la cámara está soportada por suspensiones de tipo cardán, y en el que la cámara está soportada con suspensiones de tipo cardán y en el que las suspensiones de tipo cardán se utilizan para medir los ángulos de acimut y de elevación al punto objetivo.

Control de aproximación de precisión.

ANTECEDENTES

La presente revelación se refiere, en general, a sistemas de guiado y control de aeronaves, y, en particular, a un sistema de mando y control de aproximación que permite a una aeronave tripulada o no tripulada que opera cerca del suelo o de la cubierta de un barco en movimiento, entregar o recoger de forma segura y precisa una carga externa que bloquea los sensores de línea de vista (LOS) directos de la aeronave al suelo o al barco.

En una operación de un helicóptero de enganche de una carga externa a una velocidad baja, es difícil obtener una altitud precisa encima del nivel del suelo (AGL) , debido a que la carga interfiere típicamente con los sensores de altitud de AGL habituales del vehículo. Todos tales sensores, incluyendo los sensores de Altitud por Radar, Altitud por Ultrasonidos y Altitud por Láser, proporcionan la altitud de AGL relativamente precisa, pero necesita una ruta directa de línea de visión al suelo para determinar la distancia entre, por ejemplo, un gancho de carga o las ruedas o patines del helicóptero y el suelo.

Este problema se agrava más cuando se opera un helicóptero no tripulado u otro vehículo aéreo de baja velocidad, tal como un vehículo aéreo no tripulado (UAV) con capacidades de baja velocidad o de vuelo estacionario, cerca del suelo, y ya sea con o sin una carga externa. Un número de problemas pueden surgir cuando se transporta una carga con un helicóptero tripulado o no tripulado.

En primer lugar, y lo más importante, es que el sistema que controla al helicóptero debe conocer la localización precisa del suelo en relación con el vehículo cuando éste último está operando muy cerca del mismo. Cuando transporta una carga externa, los sensores de altitud de AGL convencionales no funcionan bien debido a que la carga a menudo oscurece su visión del suelo. Esta interferencia hace que los sensores de altitud convencionales indiquen la altitud por encima de la carga, en lugar de la altitud sobre el suelo. Esto hace que los sensores de altitud de AGL convencionales sean relativamente inútiles para cualquier sistema de control de vuelo cuando se opera cerca del suelo con una carga externa. Otras fuentes de información de altitud, tales como la Altitud Barométrica o la altitud GPS, cuando se combina con una base de datos del terreno, se pueden utilizar para proporcionar estimaciones de altitud de AGL, pero estas fuentes tiene errores que son lo suficientemente grandes para que no se pueda confiar en ellas en operaciones cercanas a la Tierra. Además, es difícil ubicar los sensores de altitud de AGL a bordo de una aeronave de tal manera que las cargas externas no interfieran en todas las condiciones.

Un segundo problema es proporcionar un mecanismo de mando conveniente y eficiente en una estación terrestre remota para operar un helicóptero no tripulado con respecto a una carga que se debe recoger o entregar en una zona de aterrizaje. El operador de la estación terrestre remota debe ser capaz de posicionar el helicóptero con precisión sobre la carga que se debe recoger, y a la inversa, debe ser capaz de entregar la carga en una localización precisa en el suelo.

Un tercer problema es proporcionar una fuente redundante de altitud de AGL para un helicóptero no tripulado cuando se trabaja cerca del suelo, incluso cuando no se está transportando una carga externa.

Típicamente, se utiliza un altímetro de radar en las operaciones de baja altitud, y es de importancia fundamental para un helicóptero tener la altitud de AGL para efectuar operaciones y aterrizajes de precisión. Si el altímetro de radar es la única fuente de altitud de AGL, la pérdida de este sensor se hace muy crítica con respecto a las operaciones de vuelo de la aeronave. Un fallo del altímetro de radar durante una aproximación, mientras se está en vuelo estacionario, o al aterrizar, podría causar graves daños o la pérdida del vehículo. Por lo tanto, una fuente redundante de altitud de AGL, independiente y precisa reduciría en gran medida la probabilidad de una ocurrencia de este tipo.

Otro problema se refiere a las operaciones del helicóptero efectuadas sobre o cerca de una plataforma móvil, tal como la cubierta de un barco. Las actualizaciones precisas y continuas de la posición y de la velocidad de un barco en movimiento son necesarias para la retroinformación al sistema de control del helicóptero para que pueda mantener con precisión la posición y la velocidad del helicóptero con relación a una zona de aterrizaje, recogida o entrega en un barco en movimiento.

BREVE SUMARIO

El documento GB – A - 2 224 613 desvela un sistema de mando y control de una aeronave que comprende una cámara que incluye un telémetro, que se encuentra dispuesto a bordo de una aeronave, y un sistema de navegación que se encuentra dispuesto a bordo de la aeronave. La ayuda al aterrizaje basada en cámara es una adición a un sistema de piloto automático existente. Este sistema conocido también comprende un ordenador y un controlador. Este sistema conocido utiliza una disposición triangular de tres fuentes de luz fijadas al objeto que se mueve. También el documento FR 2 727 082 desvela un sistema de mando y control de una aeronave que comprende una cámara, un sistema de navegación, un ordenador y un controlador. Estas características se describen también en el documento norteamericano US 2003/0225487, que desvela un método para guiar una aeronave en la fase de aproximación final. Este sistema y método conocido tiene medios para la adquisición y envío de imágenes de vídeo y está conectado a una pantalla en la cabina. Las imágenes de vídeo se utilizan para identificar una pista de aterrizaje.

La presente invención proporciona un sistema de mando y control de aeronaves, que comprende:

una cámara, que incluye un telémetro, dispuesto a bordo de una aeronave, para medir un ángulo de acimut, un ángulo de elevación y una distancia de alcance oblicuo desde un punto fijo en la aeronave con relación a un punto objetivo seleccionado sobre una superficie situada debajo de la aeronave; un sistema de navegación dispuesto a bordo de la aeronave para medir la latitud y la longitud de un punto en la superficie que está dispuesto perpendicularmente debajo del punto fijo en la aeronave; un ordenador para calcular la posición del punto fijo en la aeronave con respecto al punto objetivo en la superficie a partir de las mediciones respectivas de la cámara y del sistema de navegación; y, un controlador para controlar el movimiento de la aeronave de manera que el punto fijo en la aeronave esté posicionado con un ángulo de acimut, un ángulo de elevación y una distancia oblicua seleccionados encima del punto objetivo seleccionado sobre la superficie, en el que la cámara está soportada sobre suspensiones de tipo cardán, y en el que las suspensiones de tipo cardán se utilizan para medir los ángulos de acimut y de elevación al punto objetivo.

El sistema de guiado y control de aeronaves de acuerdo con la presente invención proporciona un control mayor y más fácil de helicópteros, en particular de helicópteros no tripulados en un entorno de vuelo estacionario o de baja velocidad, y una solución simple y económica para los aterrizajes, y las operaciones con ganchos de carga sobre suelo fijo y plataformas de buques móviles, en relación con los sistemas más complicados y caros de la técnica anterior.

Sigue la descripción original, a partir de la página 3, línea 1.

El controlador del sistema ejemplar puede incluir, además, un mecanismo de seguimiento automático para mantener la posición del punto fijo en la aeronave en el ángulo de acimut, ángulo de elevación y la distancia seleccionados encima de un objeto que se está moviendo sobre la superficie, tal como un coche o una embarcación marina.

En una realización ejemplar preferida, el telémetro de la cámara comprende un telémetro láser, y la cámara está soportada en un par de suspensiones de tipo cardán que incorporan respectivamente mecanismos de medición angular, tales como codificadores de ángulos, que se utilizan para medir los ángulos de acimut y de elevación al punto objetivo.

La aeronave puede comprender un helicóptero o un vehículo aéreo que es pilotado por un piloto a bordo, o alternativamente, puede ser no tripulado, y ser controlado por un operador situado en una estación de control terrestre remota. En el caso de una aeronave no tripulada, el sistema puede incluir, además, una pantalla de Interfaz Gráfica de Usuario que es utilizable por un operador remoto de la aeronave para controlar la posición de la aeronave con respecto al punto objetivo.

El punto objetivo seleccionado puede... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de mando y control (12) de aeronaves, que comprende:

una cámara (18) , que incluye un telémetro, dispuesta a bordo de una aeronave para medir un ángulo de acimut, un ángulo de elevación y una distancia oblicua desde un punto fijo en la aeronave con relación a un punto objetivo seleccionado (16) que se encuentra situado en una superficie (14) debajo de la aeronave; un sistema de navegación dispuesto a bordo de la aeronave para medir la latitud y la longitud de un punto en la superficie que está dispuesto perpendicularmente debajo del punto fijo en la aeronave; un ordenador adaptado especialmente para calcular la posición del punto fijo en la aeronave con respecto al punto objetivo (16) en la superficie a partir de las mediciones respectivas de la cámara (18) y del sistema de navegación, y, un controlador que controla el movimiento de la aeronave de manera que el punto fijo en la aeronave se encuentre situado con un ángulo de acimut, un ángulo de elevación y una distancia oblicua seleccionados por encima del punto objetivo seleccionado en la superficie, en el que la cámara está soportada por suspensiones de tipo cardán, y en el que la cámara está soportada con suspensiones de tipo cardán y en el que las suspensiones de tipo cardán se utilizan para medir los ángulos de acimut y de elevación al punto objetivo.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el telémetro de la cámara (18) comprende un telémetro láser.

3. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, en el que el sistema de navegación comprende al menos uno de entre un sistema de Posicionamiento Global por Satélite (GPS) y un Sistema de Navegación Inercial (INS) .

4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en el que la aeronave comprende un helicóptero u otro vehículo aéreo.

5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, en el que la aeronave es no tripulada.

6. El sistema de la reivindicación 5, en el que la aeronave es controlada desde una estación de control terrestre

(28) remota de la aeronave.

7. El sistema de la reivindicación 6, que comprende, además, una Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) utilizable por un operador de la aeronave para controlar la posición de la aeronave con respecto al punto objetivo.

8. El sistema de la reivindicación 5, en el que la superficie (14) comprende una superficie de una embarcación marina.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el que la embarcación marina está en movimiento.

10. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, en el que el punto objetivo (16) comprende un objeto que se mueve sobre la superficie (14) , y comprende, además, un mecanismo de seguimiento para mantener automáticamente la posición del punto fijo en la aeronave con el ángulo de acimut, el ángulo de elevación y la distancia oblicua seleccionados por encima del objeto en movimiento.

11. Un método para controlar la posición de un punto fijo en una aeronave con ángulo de acimut, un ángulo de elevación y una distancia oblicua seleccionados por encima de un punto objetivo seleccionado que se encuentra sobre una superficie situada debajo de la aeronave, comprendiendo el método:

medir un ángulo de acimut, un ángulo de elevación y una distancia oblicua desde el punto fijo en la aeronave con relación a un punto objetivo seleccionado (16) situado sobre una superficie (14) situada debajo de la aeronave con una cámara (18) que tiene un telémetro; estando soportada la citada cámara sobre suspensiones de tipo cardán, siendo utilizadas las citadas suspensiones de tipo cardán para medir los citados ángulos de acimut y de elevación. medir la latitud y la longitud de un punto en la superficie que está dispuesto perpendicularmente debajo del punto fijo en la aeronave, con un sistema de navegación; calcular la posición del punto fijo en la aeronave con respecto al punto objetivo en la superficie por medio de las mediciones respectivas de la cámara (18) y del sistema de navegación con un ordenador, y, controlar el movimiento de la aeronave de manera que el punto fijo en la aeronave esté situado con el ángulo acimut, el ángulo de elevación y la distancia oblicua seleccionados por encima del punto objetivo seleccionado en la superficie con un controlador.

12. El método de la reivindicación 11, en el que la aeronave comprende un helicóptero y el punto fijo comprende un gancho de carga situado en el helicóptero, y que comprende además:

colocar el gancho de carga inmediatamente encima de una carga dispuesta en la superficie; fijar la carga al gancho de carga, y,

levantar la carga de la superficie con el helicóptero.

13. El método de la reivindicación 11, en el que la aeronave comprende un helicóptero y el punto fijo comprende una carga transportada debajo del helicóptero, y que comprende, además:

colocar la carga inmediatamente encima del punto objetivo seleccionado en la superficie, y, separar la carga del helicóptero de tal manera que la carga quede dispuesta sobre la superficie en el punto objetivo seleccionado en la superficie.

14. El método de la reivindicación 11, en el que el punto objetivo seleccionado es un objeto que se mueve sobre la superficie, y que comprende, además:

mantener la posición del punto fijo en la aeronave en el ángulo de acimut, ángulo de elevación y distancia oblicua seleccionados por encima del objeto en movimiento.

15. El método de la reivindicación 11, en el que la aeronave es un helicóptero y el punto fijo comprende un tren de aterrizaje del helicóptero, y comprende, además:

posicionar el tren de aterrizaje inmediatamente encima del punto objetivo seleccionado, y,

disminuir la altitud del helicóptero hasta que el tren de aterrizaje se aplique a la superficie en el punto objetivo seleccionado.