Procedimiento para dictaminar sobre la idoneidad de una superficie del suelo como zona de aterrizaje o superficie de rodadura para aeronaves.

Procedimiento para dictaminar sobre la idoneidad de una superficie del suelo como zona de aterrizaje o superficie de rodadura para aeronaves,

caracterizado por los siguientes pasos de procedimiento:

- generar datos tridimensionales de la superficie del suelo en varios ciclos de medición de un sensor 3D asistido por radar o por láser, teniendo lugar las mediciones bajo una incidencia en ángulo agudo de los rayos de medición, de modo que la incidencia rasante de los rayos de medición con relación a la superficie del suelo y a las lagunas de datos de medición generadas por ello debido a efectos de sombra proyectada por objetos existentes que no son suelo, por ejemplo piedras o zanjas, genere una variación de las densidades locales de valores de medición y una variación de la propiedad estadística de orden superior, como varianza, oblicuidad y curtosis,

- generar la densidad espacial de valores de medición de los datos tridimensionales y al menos una propiedad estadística de orden superior de los datos tridimensionales y generar a partir de ello una medida de la rugosidad local de la superficie del suelo mediante una vinculación de la densidad de valores de medición con la al menos una propiedad estadística de orden superior de los datos tridimensionales, siendo la vinculación una adición o una multiplicación o bien una combinación de adición y multiplicación,

- clasificar los distintos elementos de superficie de un modelo sintético de la superficie del suelo que se basa en los datos tridimensionales medidos por medio de un clasificador numérico en base a los valores de rugosidad generados según el grado de su idoneidad como superficie de aterrizaje o de rodadura.

Procedimiento para dictaminar sobre la idoneidad de una superficie del suelo como zona de aterrizaje o superficie de rodadura para aeronaves.

La invención concierne a un procedimiento para dictaminar sobre la idoneidad de una superficie del terreno como superficie de aterrizaje o de rodadura para aeronaves.

En los aterrizajes en condiciones de visibilidad limitada se emplean crecientemente sistemas de visión sintética.Éstos deberán ofrecer una representación lo más próxima posible a la realidad de las condiciones reales de la zona de aterrizaje y con ello especialmente de la superficie del suelo. Como fuentes de datos sirven bancos de datos con material de mapas (por ejemplo, bancos de datos de elevación DTED) y/o sensores 3D activos que acotan la zona de aterrizaje antes y/o durante el proceso de aterrizaje. Estos datos se procesan y visualizan después en forma numérica. La aplicación de tales sistemas de visión sintética se ha propuesto, por ejemplo para aterrizajes de helicópteros en condiciones brownout/whiteout o en otras condiciones de visibilidad fuertemente reducida. En este caso, es decisivo que, aparte de las propiedades geométricas puras lo más precisas posible de la zona de aterrizaje, como, por ejemplo, su inclinación con respecto al plano del horizonte, se representen también eventuales obstáculos en forma correcta y con precisión de posición.

Rigen requisitos semejantes para sistemas de aterrizaje automáticos, tanto para helicópteros como para aviones de alas fijas. Existe aquí también la necesidad de obtener informaciones precisas sobre la zona de aterrizaje o sobre la pista de aterrizaje (posición en el espacio y naturaleza) , así como garantizar una ausencia de obstáculos.

En particular, se conoce el siguiente estado concreto de la técnica sobre este tema:

Documento DE 10 2004 051 625 B4: En esta patente se esboza un enfoque general para la solución universal del problema del brownout. Este concepto incluye el empleo de un sensor 3D de alta resolución para generar una representación 3D de la zona de aterrizaje durante el vuelo de aproximación para el aterrizaje. Después de la aparición de la situación de brownout ya no reciben datos nuevos. Por el contrario, se representa los datos existentes como visión sintética de la zona de aterrizaje con el movimiento del helicóptero.

En “Beyond Brownout”, Aviation Week & Space Technology, 6 de abril de 2009, páginas 44, 45, se informa sobre un proyecto en el que se ha materializado un aterrizaje total y parcialmente automático en condiciones de brownout. En el marco de este proyecto se desarrolló y probó como sensor un radar explorador de ondas milimétricas. Para la visión sintética generada se combinaron datos de un banco de datos del terreno con los datos del radar de ondas milimétricas (el procedimiento correspondiente está descrito en el documento EP 2 182 326 A1) . Si se reconocían obstáculos por el sensor en la zona de aterrizaje, el helicóptero podía variar su lugar de aterrizaje de manera automática o con la asistencia del piloto.

En el documento WO 2008/018906 A2 se describe otro procedimiento para generar una visión sintética de asistencia al piloto. En este caso, un banco de datos del terreno forma la base de la visión sintética. Este banco de datos del terreno es verificado y eventualmente modificado en sus puntos de apoyo por datos en tiempo real de uno o varios sensores de distancia.

Los procedimientos conocidos adolecen del inconveniente de que los sensores 3D disponibles no están en condiciones de conseguir una resolución espacial suficientemente precisa de la superficie de aterrizaje. Actúan aquí con efecto limitador, por un lado, la divergencia de los rayos de los sensores activos empleados (radares o ladares) y, por otro lado, la precisión de la telemetría. A esto se añaden también errores de la instalación de navegación cuyos datos son empleados para la georreferenciación de los datos 3D. A diferencia de lo que ocurre en los vuelos de medición topográfica, en los que, debido al ensamble de los rayos de medición y los ángulos de medición verticales, la resolución viene determinada exclusivamente por la resolución de distancia del sensor 3D empleado, en la aplicación aquí considerada ocurre que, a causa del ángulo de medición agudo rasante durante el vuelo de aproximación final, la divergencia de los rayos influye también sensiblemente en la resolución espacial que puede conseguirse.

En los llamados sistemas de radar de alta resolución disponibles en el mercado se puede fijar el límite de resolución para la detección de objetos en el dominio cercano en aproximadamente 1 m, mientras que en sistemas de ladar disponibles en el mercado este límite está entre 30 cm y 50 cm a causa de la menor divergencia de los rayos. Sin embargo, ambas resoluciones parecen ser críticas para un aterrizaje sin peligro. Un obstáculo no reconocido de escasamente un metro conduciría con alta probabilidad, en un helicóptero que esté aterrizando, a una colisión catastrófica. Incluso una piedra de 40 cm de tamaño o una zanja de 40 cm de profundidad podría conducir al vuelco de un helicóptero que esté aterrizando.

Los sistemas conocidos se basan en que se genera analíticamente por aproximación o interpolación la superficie del suelo de la zona de aterrizaje a partir de los valores de medición individuales de los sensores 3D y se procede después a representar dicha superficie. A causa de las imprecisiones de medición anteriormente descritas como

consecuencia de la resolución espacial de los sensores 3D se tiene que, para la representación sintética de la superficie del suelo por medio de elementos de superficie individuales, se deben promediar los valores de medición dentro de un elemento de superficie local discreto o bien se deben aproximar convenientemente estos valores por medio de otros filtros o procedimientos. Se origina entonces, por un lado, un aumento de los datos medidos, pero, por otro lado, solo así resulta suficientemente exenta de ruido la superficie de suelo representada. La problemática depende ampliamente de la forma que tengan los elementos de superficie. En general, se emplean elementos de superficie rectangulares o triangulares que pueden ser tanto regulares, es decir, con un tamaño de rejilla constante, como irregulares, es decir, con un tamaño de rejilla cambiante. Otro problema reside en el tamaño de tales elementos de superficie locales, el cual determina decisivamente la potencia de cálculo necesaria de los procesadores de gráficos en tiempo real que se precisan para la representación. Los tamaños típicos de elementos de superficie locales se mueven en el intervalo entre un metro y algunos metros de longitud de arista en el dominio cercano por debajo de una distancia de 200 m a la aeronave. La representación de obstáculos e irregularidades del terreno más pequeños podría materializarse solamente con elementos de superficie locales considerablemente más pequeños. Sin embargo, esto significaría una coste de cálculo considerablemente mayor que viene limitado por la capacidad en tiempo real del hardware disponible.

En DYLAN KLOMPARENS: “AUTOMATED LANDING SITE EVALUATION FOR SEMI-AUTONOMOUS UNMANNED AERIAL VEHICLES”, INTERNET CITATION, 20 de AGOSTO de 2008 () , páginas 1-129, XP002569083, encontrado en Internet: URL: http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-08192008231631/unrestricted/Thesis.pdf, se describe un procedimiento en el que se examina, por medio de un sensor 3D en forma de una estereocámara, la idoneidad como superficie de aterrizaje de la zona de aterrizaje de un dron de despegue y aterrizaje vertical (VTOL UAV) . Se derivan de los valores de medición tridimensionales unos elementos de superficie individuales de la zona de aterrizaje examinada y se determina la orientación de la misma en el espacio. Las diferencias en la orientación espacial de elementos de superficie contiguos sirven de medida de la rugosidad del terreno, combinándose adicionalmente la medida así obtenida de la rugosidad en el marco de una comprobación de plausibilidad con otras propiedades estadísticas de los valores de medición tridimensionales.

La invención se basa en el problema de crear un procedimiento del género expuesto con el cual se puedan obtener informaciones actuales y altamente precisas sobre la posición y la naturaleza de la zona de aterrizaje o de la superficie de rodadura de la aeronave.

Este problema se resuelve con las reivindicaciones 1 y 9. Realizaciones ventajosas son objetos de las reivindicaciones subordinadas.

Con el procedimiento según la invención es posible que, a pesar de la limitada resolución espacial de los sensores 3D, se obtengan conocimientos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para dictaminar sobre la idoneidad de una superficie del suelo como zona de aterrizaje o superficie de rodadura para aeronaves, caracterizado por los siguientes pasos de procedimiento:

-generar datos tridimensionales de la superficie del suelo en varios ciclos de medición de un sensor 3D asistido por radar o por láser, teniendo lugar las mediciones bajo una incidencia en ángulo agudo de los rayos de medición, de modo que la incidencia rasante de los rayos de medición con relación a la superficie del suelo y a las lagunas de datos de medición generadas por ello debido a efectos de sombra proyectada por objetos existentes que no son suelo, por ejemplo piedras o zanjas, genere una variación de las densidades locales de valores de medición y una variación de la propiedad estadística de orden superior, como varianza, oblicuidad y curtosis,

-generar la densidad espacial de valores de medición de los datos tridimensionales y al menos una propiedad estadística de orden superior de los datos tridimensionales y generar a partir de ello una medida de la rugosidad local de la superficie del suelo mediante una vinculación de la densidad de valores de medición con la al menos una propiedad estadística de orden superior de los datos tridimensionales, siendo la vinculación una adición o una multiplicación o bien una combinación de adición y multiplicación,

-clasificar los distintos elementos de superficie de un modelo sintético de la superficie del suelo que se basa en los datos tridimensionales medidos por medio de un clasificador numérico en base a los valores de rugosidad generados según el grado de su idoneidad como superficie de aterrizaje o de rodadura.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se utiliza como propiedades estadísticas de orden superior de los datos tridimensionales un momento estadístico con n>2 correspondiente a la fórmula siguiente:

mn ∀

(h ∃

h

) n , en donde h

es el valor medio de los datos tridimensionales h.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que el intervalo de valores de los datos tridimensionales h para el cálculo del valor medio h

se elige más pequeño que para el cálculo del momento estadístico correspondiente mn.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los valores de clasificación de los distintos elementos de superficie se emplean para la generación de una vista sintética de la superficie del suelo.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que en la vista sintéticamente generada de la superficie del suelo se hacen reconocibles los elementos de superficie adecuados como superficie de aterrizaje o de rodadura.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que en la vista sintéticamente generada de la superficie del suelo se hacen reconocibles los elementos de superficie no adecuados como superficie de aterrizaje o de rodadura.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que en la vista sintéticamente generada de la superficie del suelo se hace reconocible como no adecuada toda la superficie del suelo en caso de que se alcance o se sobrepase un número mínimo determinado n de elementos de superficie, con n > 1, que se hayan clasificado como no adecuados para servir de superficie de aterrizaje o de rodadura.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se transfieren los valores de clasificación de los elementos de superficie a un sistema de aterrizaje automático.

9. Procedimiento para dictaminar sobre la idoneidad de una superficie del suelo como superficie de aterrizaje o de rodadura para aeronaves, caracterizado por los pasos de procedimiento siguientes:

-generar datos tridimensionales de la superficie del suelo en varios ciclos de medición de un sensor 3D asistido por radar o por láser, teniendo lugar las mediciones bajo una incidencia en ángulo agudo de los rayos de medición, de modo que la incidencia rasante de los rayos de medición con relación a la superficie del suelo y a las lagunas de datos de medición generadas por ello debido a efectos de sombra proyectada por objetos existentes que no son suelo, por ejemplo piedras o zanjas, genere una variación de las densidades locales de valores de medición y una variación de la propiedad estadística de orden superior, como varianza, oblicuidad y curtosis,

-obtener la densidad espacial de valores de medición de los datos tridimensionales y de al menos una propiedad estadística de orden superior de los datos tridimensionales,

-ingresar la densidad obtenida de valores de medición y la al menos una propiedad estadística obtenida de orden superior de los datos tridimensionales en una red neuronal o en un clasificador de lógica difusa para clasificar los distintos elementos de superficie de un modelo sintético – basado en los datos tridimensionales medido – de la superficie del suelo según el grado de su idoneidad como superficie de aterrizaje o de rodadura.