[发明专利]飞行器以及用于控制飞行器的方法和计算机辅助系统

说明书

控制特定类型的飞行器的方法，其中：a)飞行之前，计算飞行器的有限数量的标称轨迹和围绕标称轨迹设置的有限数量的应急轨迹并存储在飞行器机上提供的数据库中；b)飞行之前，预先规划飞行器的有限数量的机型特有的允许的飞行机动动作并作为机动动作库存储在数据库中；c)可选地，飞行之前，确定一定数量的具有不同飞行高度的飞行航空层并存储在数据库中；d)飞行期间，在实时算法内通过计算机辅助的转移规划算法访问数据库，以根据传感器检测到的飞行器状态在使用预先规划的飞行机动动作时在标称轨迹和应急轨迹之间和可选地在所确定的飞行航空层之间变换并相应地操控飞行器的路径跟踪调节器和/或飞行控制器。

技术领域

本公开涉及一种根据方案1的用于控制特定类型的飞行器的方法，所述飞行器特别是优选具有电动旋翼的多旋翼VTOL飞行器。

本公开还涉及一种根据方案18的用于按根据本公开的方法控制特定类型的飞行器的计算机辅助系统(所谓的运动规划器)。

最后，本公开还涉及一种根据方案23的飞行器，特别是优选具有电动旋翼的多旋翼VTOL飞行器。

背景技术

过去，针对这里提出的用于飞行器的运动规划器的每个子区域都进行了相关的工作。这样，在军事领域已经开发并批准用于建立全面预先规划的、基于地图的任务的规划环境(NASA)。这里，通过按规则的路程区间预先规划出紧急降落轨迹来确保安全性，所述紧急降落轨迹在飞行中可以由状态自动机实时地选择。

在20世纪90年代还开发了基于地图的地面防撞系统(Ground CollisionAvoidance Systems，GCAS)，所述系统通过有针对性的机动动作(NASA、空中客车)来防止与地势结构发生碰撞。

Emilio Frazzoli首次展示了带有预先规划的路径段的路径规划。早期的工作局限于具有恒定的修正状态的所谓运动基元(Motion Primitives)，所述运动基元在后期扩展成复杂的调节命令。由应用跟踪最初预先规划的路径，在所述应用中，在飞行期间通过所携带的机动动作库生成路径。

完整的任务预先规划的缺点是，在飞行期间(例如对于自动驾驶仪或自动控制器)的决策能力受到很大限制，就是说，仅限于在飞行之前考虑到的情景。在存在不安全性的环境中，这要求进行复杂的预先规划，以便在低概率事件发生之前预见和考虑这些事件。在实践中，这种方式要求在规划网络中具有高度的分支化以及要求有精细的时间和/或空间的离散化，以便能在足够短的时间区间内对变化的状态作出响应。这里，离散化和分支的程度线性地或指数地体现为用于这种规划或路线网的存储器要求。在航空方面，可靠的任务规划无法利用这种预先规划原则来进行规划。

与预先已知并且可以核查(验证)飞行器在任务期间所有可能发生的飞行状态的预先规划不同，在飞行平台(就是说飞行器本身)上执行的规划算法提供了更为有限的透明度特性。通常，这是基于优化或基于采样的方法，所述方法不具有严格的确定性特性。这特别是在验证载人飞行器的规划环境时构成很严重的障碍。

由此，在现有技术中，在能够在民用领域使用的、用于在复杂环境中在存储要求有限的同时满足高安全性要求的自主航空导航算法方面存在明确的缺陷。

发明内容

本公开的目的是，提供一种解决方案并且给出一种方法或者一种运动规划器以及一种相应装备的飞行器，利用所述方法或飞行器使得能够在复杂的环境中在存储要求有限的同时满足高安全性要求地实现自主航空导航。

这里描述的运动规划方法填补了现有技术中的空白，即，如何利用可管控的存储需求来确保在任意时刻都应对未预见的事件作出响应，同时保证解决方案的可核查性和准确定性特性，这是出于安全性或认证上的原因而必要的。

上面描述的目的根据本公开的具有方案1的特征的方法、具有方案18的特征的系统以及具有方案23的特征的飞行器来实现。有利的改进方案在从属方案中给出。