[发明专利]支持接近机场的机场跑道的飞机的设备及方法

说明书

提供了一种用于支持接近机场的机场跑道的飞机的设备和方法。该设备获取飞机相对于机场跑道的当前姿态估计，并基于飞机的当前姿态估计来确定飞机的多个近似姿态。该设备从飞机的多个预期视点生成机场跑道的多个图像，并获取机场跑道的实时图像。该设备执行实时图像和多个图像的比较，以从多个图像中识别最佳匹配图像，并基于最佳匹配图像生成飞机的更新的当前姿态估计。该设备将更新的当前姿态估计输出到飞机的飞行控制计算机，以用于在最终进场中对飞机进行指导。

技术领域

本公开总体上涉及飞机操作，并且具体地涉及基于计算机视觉的飞机自主或有监督自主着陆。

背景技术

一些现有的系统和传感器可允许飞机在一个位置和另一位置之间自主导航。但是，这些现有系统和传感器可能无法以支持飞机精确着陆的足够的准确度和精度来提供最终位置和姿态确定。例如，诸如全球定位系统(GPS)的全球导航卫星系统(GNSS)可提供合理准确的位置信息。这些系统通常不提供姿态信息(例如，偏航、俯仰和摇晃)，它们的精度可变化，并且它们的信号有时可能不可用并且会受到多径反射的影响。惯性导航系统(INS)也有助于飞机导航。但是这些系统通常会随着时间累积位置误差，这对于精确确定飞机相对于机场跑道的位置可能是不可接受的。自动着陆系统(ALS)允许在有各种最低可见性要求的情况下进行有监督的自动着陆，但是出于成本和重量方面的考虑，这些系统通常仅安装在大型飞机上。

仪表着陆系统(ILS)可帮助飞行员或自动驾驶仪确定通往跑道的方位和下滑道，但是ILS需要飞行员进行目视检查(例如，飞行员可能会称其为复飞(missed approach))。基于地面的增强系统(GBAS)可提供GNSS的差分校正和完整性监控，以允许精确着陆。但是GBAS仅在购买和安装了系统的设施上可用。

因此，期望存在一种系统和方法，其至少考虑以上讨论的一些问题以及其他可能的问题。

发明内容

本公开的实例实施方案针对基于计算机视觉的飞机的自主或有监督自主着陆。实例实施方案可利用包括一个或多个相机的视觉系统，该相机捕获来自飞机正在接近的机场跑道的图像。实例实施方案还可使用计算机视觉来生成精确的相对飞机位置，以便于最终进场和着陆。精确的飞机相对位置可足够准确以允许飞机成功降落。

与现有解决方案相比，实例实施方案可提供多个优势。例如，实例实施方案可使用具有足够分辨率的任何成像传感器来提供基于计算机视觉的指导和对准。实例实施方案还可提供一种检查或验证其他自动化系统输出的解决方案。此外，实例实施方案可在比人工介入短的时间尺度上支持复飞决策。此外，实例实施方案对降低射频(RF)系统性能的问题(例如多径反射)不敏感。此外，实例实施方案可通过使用地形数据库而独立于任何其他基础设施进行操作。

因此，本公开包括但不限于以下实例实施方案。

一些实例实施方案提供了一种用于支持接近机场的机场跑道的飞机的方法，该方法包括：获取飞机相对于机场跑道的当前姿态估计，该当前姿态估计具有当前高度、方位和距机场跑道的距离；基于飞机的当前姿态估计，确定飞机的多个近似姿态，每个近似姿态在当前高度、方位和距机场跑道的预定量的范围内具有调整的高度、调整的方位和调整的距离；从机场的机场模型数据中，从与多个近似姿态对应的飞机的多个预期视点生成机场跑道的多个图像；从接近机场跑道的飞机上的成像装置获取机场跑道的实时图像；基于实时图像和多个图像中识别出的共同对象的测量，对实时图像和多个图像进行比较以从多个图像中识别出最佳匹配图像，最佳匹配图像来自与飞机的多个近似姿态中的相应一个相对应的多个预期视点中的相应一个，多个近似姿态中的相应一个具有相应的调整的高度、调整的方位以及调整的距机场跑道的距离；基于最佳匹配图像和相应的调整的高度、调整的方位以及调整的距机场跑道的距离，生成具有相应的调整的高度、调整的方位和调整的距机场跑道的距离的飞机的更新的当前姿态估计；并将更新的当前姿态估计输出至飞机的飞行控制计算机，以用于在最终进场时指导飞机。