用于基于频闪光的导航的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了用于基于频闪光的导航的系统和方法。在一个实施方案中，一种用于运载工具的反射式频闪光导航系统包括：运载工具导航系统；反射处理系统，其耦合到运载工具导航系统，其中该反射处理系统被配置为将导航解决方案输出到运载工具导航系统；频闪光生成器系统，其被配置为从运载工具发射光脉冲；和反射式频闪图像捕获系统，其耦合到反射处理系统，其中该反射式频闪图像捕获系统被配置为捕获从回射器阵列接收到的经反射的频闪光脉冲的图像，其中经反射的频闪光脉冲包括由回射器阵列反射的光脉冲的反射；其中反射处理系统评估一个或多个图像帧，每个图像帧包括从经反射的频闪光脉冲产生的经反射的光脉冲图像的图案，以计算导航解决方案。以计算导航解决方案。以计算导航解决方案。

【技术实现步骤摘要】
用于基于频闪光的导航的系统和方法

技术介绍

[0001]城市空中交通(UAM)是指使人通过空中移动的城市交通系统。响应于交通拥塞以及其他因素而开发的此类交通系统将基于包括个人空中运载工具和货物和输送无人机的新兴空中运载工具设计来实施。城市交通系统可以包括自主或半自主空中运载工具。通常可以预期由UAM运载工具使用的起飞和降落设施(通常称为垂直起降机场)包括多个紧密间隔的降落场，其中多个UAM运载工具同时执行起飞和降落操作。因此，非常重要的是，接近垂直起降机场以便降落的UAM运载工具能够清楚地识别众多降落场中的哪个降落场可供其使用，并且能够安全地导航到该降落场。已经提出了基于雷达的解决方案，其利用配备有三直角锥雷达回射器的降落场。然而，与传统飞行器相比，UAM运载工具旨在实现小型化、轻量化以及相对廉价的操作和维护。为此类运载工具配备具有必要灵敏度的雷达装备以支持飞行器导航可能是昂贵的、复杂的和沉重的，具有大量电力需求，并需要定期的预防性维护。
[0002]出于上述原因以及对于本领域技术人员在阅读和理解说明书后将变得显而易见的下述其他原因，本领域需要用于基于频闪光的导航的系统和方法。

技术实现思路

[0003]本公开的实施方案提供了用于基于频闪光的导航的系统和方法，并且将通过阅读和研究以下说明书来理解。
[0004]在一个实施方案中，一种用于运载工具的反射式频闪光导航系统包括：运载工具导航系统；反射处理系统，其耦合到运载工具导航系统，其中该反射处理系统被配置为将导航解决方案输出到运载工具导航系统；频闪光生成器系统，其被配置为从运载工具发射光脉冲；和反射式频闪图像捕获系统，其耦合到反射处理系统，其中该反射式频闪图像捕获系统被配置为捕获从回射器阵列接收到的经反射的频闪光脉冲的图像，其中经反射的频闪光脉冲包括由回射器阵列反射的光脉冲的反射；其中反射处理系统评估一个或多个图像帧，每个图像帧包括从经反射的频闪光脉冲产生的经反射的光脉冲图像的图案，以计算导航解决方案。
附图说明
[0005]当考虑到优选实施方案的描述和以下附图时，本公开的实施方案可以更容易理解，并且其进一步的优点和用途更加显而易见，在附图中：
[0006]图1是示出一个示例性实施方案的反射式频闪光运载工具接近和降落系统的图；
[0007]图1A和图1B示出了降落场配置的示例性实施方案；
[0008]图2是示出反射处理系统的示例性实施方案的图；
[0009]图3A至图3J是示出由图像帧的反射处理系统处理的示例性实施方案的图，该图像帧包括来自降落场的经反射的频闪光脉冲的图案；
[0010]图4是示出频闪光生成器系统的示例性实施方案的图；
[0011]图5是示出一个示例性实施方案的反射式频闪光运载工具导航系统的图；
[0012]根据惯例，所描述的各种特征部未必按比例绘制，而是用于强调与本公开相关的特征部。参考字符在所有图和文本中表示类似的元件。
具体实施方式
[0013]在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过可以实践这些实施方案的具体说明性实施方案的方式来示出。对这些实施方案进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践这些实施方案，并且应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以作出逻辑改变、机械改变和电气改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。
[0014]本公开的一个或多个实施方案利用运载工具安装的频闪灯和相机的组合，以及配备有光学光无源回射器的降落场。
[0015]应当理解，虽然本文所讨论的实施方案在应用于UAM运载工具时是有益的，但是可使用这些实施方案的运载工具不限于UAM运载工具。本文所公开的实施方案中的任一个实施方案也可与其他运载工具结合实践，其他运载工具诸如但不限于可能受益于廉价精密导航和/或降落能力的直升机或其他运载工具。
[0016]降落场回射器的几何布置图案、颜色和/或其他特性允许运载工具利用经反射的频闪光脉冲来从垂直起降机场处可能存在的众多降落场中明确地识别出特定的降落场。此外，所观测到的失真(即由运载工具相机/传感器观察到的映射到回射器的几何布置的图像平面上的图案)可被用来确定运载工具的相对位置、姿态和速度。例如，相比于与特定降落场相关联的基线图案，基于从特定降落场返回的经反射的频闪光脉冲的所观测到的几何图案，飞行器上的处理器可以确定诸如到降落场的视线(LoS)角度等因素。可利用经反射的频闪光脉冲的图案的表观尺寸来计算从飞行器到降落场的距离。可利用经反射的频闪光脉冲的图案的表观尺寸的变化率来计算运载工具接近降落位点的速度。在一些实施方案中，可利用飞行器上存在的标准防碰撞频闪灯(或其他频闪灯)来生成在降落场回射器处接收并反射回飞行器的频闪光脉冲。也就是说，管理机构规定的示宽频闪灯(例如，左舷上的红灯，右舷上的绿灯，后面的白灯，下面明亮的白色频闪灯)成为双重用途的频闪灯，还用于本文所公开的降落/导航系统，从而使此类实施方案可能以更少花费实现。
[0017]另选地，可利用被特别指定以有利于基于频闪脉冲的运载工具降落和/或导航功能的频闪灯。与降落辅助设备的传统形式(诸如雷达)相比，本文所公开的实施方案的具体实施可花费更小、重量更轻、耗能更少并且需要更少维护，这对于诸如用于在UAM环境中输送小型轻质运载工具是有利的。
[0018]图1是示出了反射式频闪光导航系统100示例性实施方案的图，更具体地示出了运载工具接近和降落系统100。如图1所示，系统100包括垂直起降机场110，该垂直起降机场具有一个或多个降落场112，该一个或多个降落场有利于垂直和/或短距起飞和降落(VTOL/STOL)操作。正如本文使用的术语，“垂直起降机场”包括可以支持VTOL和/或STOL操作的任何类型的设施，并且因此可构成传统机场的一部分，或者可为与传统机场分开的单独设施。在一些实施方案中，传统的直升机机场可作为垂直起降机场。在图1的实施方案中，垂直起降机场110支持一个或多个运载工具120的起飞和降落操作。在一些实施方案中，运载工具120可包括UAM运载工具，但不必限于UAM运载工具。
[0019]如图1中所示，运载工具120包括频闪光生成器系统121，该频闪光生成器系统包括一个或多个频闪光发射器125。在一些实施方案中，频闪光发射器125包括一个或多个发光二极管(LED)频闪灯。在一些实施方案中，频闪光发射器125可生成可见光谱内的光的频闪脉冲。在其他实施方案中，频闪光发射器125可生成红外光谱内的光或可见光谱和IR光谱内的光的组合的频闪脉冲。频闪光生成器系统121可包括控制器，该控制器被编程为以相对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案所描述的方式来控制频闪光发射器125的操作。在一些实施方案中，频闪光发射器125可进一步用作飞行器上的防碰撞灯或信标标准中的一者。在其他实施方案中，频闪光发射器125可为独立于任何防碰撞灯或信标的装置。
[0020]运载工具120进一步包括耦合到反射处理系统123的反射式频闪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于运载工具(120)的反射式频闪光导航系统(100)，所述系统(100)包括：运载工具导航系统(124)；反射处理系统(123)，其耦合到所述运载工具导航系统(124)，其中所述反射处理系统(123)被配置为将导航解决方案输出到所述运载工具导航系统(124)；频闪光生成器系统(121)，其被配置为从所述运载工具(120)发射光脉冲；和反射式频闪图像捕获系统(122)，其耦合到所述反射处理系统(123)，其中所述反射式频闪图像捕获系统(122)被配置为捕获从回射器阵列(146)接收到的经反射的频闪光脉冲的图像，其中所述经反射的频闪光脉冲包括由所述回射器阵列(146)反射的所述光脉冲的反射；其中所述反射处理系统(123)评估一个或多个图像帧，每个图像帧包括从所述经反射的频闪光脉冲产生的经反射的光脉冲图像的图案，以计算导航解决方案。2.根据权利要求1所述的系统(100)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：