避免碰撞和警告系统的制作方法

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本申请是以下申请的分案申请：申请日：2010年5月18日；申请号：201080022365.4；发明名称：避免碰撞和警告系统。

本申请涉及用于探测可能的碰撞及就可能发生的碰撞发出警报的系统。

背景技术：

许多直升机使用尾旋翼反扭矩系统。在许多这样的直升机上，尾旋翼是定位在足够接近地面，这使得当直升机发动机运行(旋翼旋转)时，对附近的人员存在极其危险的危害。此外，在低空飞行时，存在尾旋翼与地面、地面建筑物、植被，或人员碰撞的风险，部分原因是飞行员很难或无法看到尾旋翼和尾旋翼周围区域。

由于这些已知的问题，作出各种努力以使减少受伤的风险和由于尾旋翼碰撞所造成的损害。然而，同样重要的是采取步骤以减少与航空器的其它部分的撞击，特别是那些飞行员很难看到的，如直升机的尾翼或者尾梁。

目前采用的避免旋翼撞击的主要方法是使用机械防护装置以撞击阻挡物然后传递能量到直升机上的非敏感结构点上。这种方法是不利的，因为事实上，实际的撞击依然会发生，这种方法局限于防止仅仅某些类型的撞击。例如，如果支臂首先被撞击，尾支臂将仅仅传递能量；尾支臂为来自侧方或者上方的撞击提供最少的保护。机械防护装置也用于阻止人员进入尾旋翼的危险区域。然而，对于这种方法这里仍然存在不利因素，因为在阻止它们的运动进入被撞击的危险区域前，人员仍然可能接触到防护装置。此外，绝大多数机械防护装置都不能阻挡所有接近的角度。

减少尾旋翼撞击的另一种方法涉及设计各种醒目的油漆图案以使旋转的尾旋翼更为明显。给尾旋翼配备醒目的油漆图案使得由于人员走进运转中的尾旋翼而造成的事故的数量减少了；然而，这种方法在弱光或黑暗条件下，或者用于防止直升机飞进障碍物是无效的。

进一步的方法，如在授予wangler等人，题为“直升机障碍物警告系统”，专利号为5,371,581的美国专利中披露的，包括基于激光的探测器的使用，该探测器被安装在直升机上适于探测靠近直升机尾旋翼的障碍物的位置上。然而，这种依靠光学装置的方法是不利的，它很容易在灰尘或系统的光学透镜被空气中的颗粒物模糊的其它环境中出现性能下降。示出的该设备被安装在航空器的底部，这限制了它的视野，并且可能被灰尘或其它植被所遮蔽，这些植被是预计不到的着陆点的一部分。该方法还依靠机械设备来旋转光学装置。基于激光的技术还可能被某些类型的颗粒(即雪)所减弱或致盲。激光能量也可能由于颗粒的高密度而得到更高的反射率，使得它容易出现错差、假警报或由于致盲而无警报。

因此，需要有改进的系统，以用于探测靠近尾旋翼的障碍物和避免尾旋翼碰撞。

附图说明

本申请的系统的确信为新颖特征的特点阐述在所附的权利要求里。然而，对于系统本身，以及使用的优选模式，进一步的目标和优势，参照以下描述详情，同时结合浏览附图能被最好的理解，其中：

如图1所示是具有防撞警告的系统的直升机的侧视图；

图2是防撞警告系统的框架示意图；以及

图3和图4所示直升机的各自的顶视图示出了在如图1所示显示围绕直升机的各种区域。

虽然本申请的系统易于进行各种修改和具有各种可替代形式，其具体的实施例通过附图和在此的详细描述以例子的方式被显示。然而，应当认识到，在此对具体实施例的描述意图不在将本发明限制在所披露的具体形式，而是与此相反，其意图是，覆盖落入如所附的权利要求所定义的精神和范围之内的所有变型、等同和替代。

具体实施方式

参照附图中的图1，示出了根据本公开的具有避免碰撞和警告系统的直升机100，该系统通常被指定为系统200。应当认识到，系统200可包括多个子元件，它们是分散在直升机100中，而不是全部位于一个位置。直升机100具有机身102和主旋翼组件104，包括主旋翼桨叶106和主旋翼轴108。直升机100具有作为反扭矩系统的例子的尾旋翼组件110。尾旋翼组件110包括尾旋翼桨叶112和尾旋翼轴114。主旋翼桨叶106通常绕主旋翼轴108的纵向轴线旋转。尾旋翼桨叶112通常绕尾旋翼轴114的纵向轴线旋转。主旋翼桨叶106和尾旋翼桨叶112通过机身102承载的驱动装置(未显示)驱动。扭矩被从驱动装置通过在尾梁116内配置的至少一根驱动轴(未显示)传递至尾旋翼组件110。

当前披露的避免碰撞和警告系统200也可用于其它类型的旋转翼航空器。应当理解的是现在当前披露的避免碰撞和警告系统200可用于最好能具有描述于此的避免碰撞和警告系统200的任何航空器，包括可遥控的无人飞行器和包括其它类型反扭矩系统或者不需要反扭矩系统的航空器。

接下来参照附图的图2，避免碰撞和警告系统200示出的框架示意图。避免碰撞和警告系统200包括收发器202，该收发器具有用于发送无线电波的发送器204以及用于接收反射的无线电波的接收器206，该无线电波来自于通过发送器204发送的无线电波。因此，收发器202本质上是一种短距离雷达系统，它优选使用无线电频率无线电波，也可用于其它类型的雷达和其它频率范围。雷达提供了额外的好处，它可以安装在不同的结构和材料上，该结构和材料被认为是可被雷达能量信号穿透的，从而使系统不直接暴露在直升机100的外部环境中。这使得传感器可以这样一种方式被潜在地安装，使它不会影响航空器的外表面的空气动力学特征或显得刺眼。

在一些实施例中，收发器202可包括多个发送器204和多个接收器206和/或系统200可包括多个收发器202，每个该收发器包括一个或更多个发送器204和接收器206。在一些这样的实施例中，一个或更多个收发器202、发送器204和接收器206可彼此相互通讯。例如，这样配置可以允许第一个收发器202的接收器206收到通过第二个收发器202的发送器204发送的无线电波的反射无线电波，且系统200会识别出被第一个收发器202接收到的反射无线电波是由第二个收发器202发送的。

避免碰撞和警告系统200也包括地面人员警告信号系统208，以对地面人员发出地面人员警告信号，并且驾驶舱警告信号系统210对直升机100的飞行员发出驾驶舱警告信号。避免碰撞和警告系统200也包括用于探测直升机100是在飞行还是在地面上的飞行-地面探测系统212。避免碰撞和警告系统200进一步包括处理器214，它作为数据处理器的例子。

处理器214与收发器202、飞行地表探测系统212、地面人员警告信号系统208和驾驶舱警告信号系统进行通讯。处理器214被配置为用于处理接收到的来自收发器202的数据和飞行-地面探测系统212的数据，以确定是否启动地面人员警告信号系统208和驾驶舱警告信号系统210的其中之一或全部。当地面人员警告信号系统208通过处理器被启动时，地面人员警告信号系统208被配置为发出地面人员警告信号。类似地，当驾驶舱警告信号系统210通过处理器被启动时，驾驶舱警告信号系统210被配置为发出驾驶舱警告信号。

现在同样参照图3和4，显示了各自的直升机100的平面图。虽然显示的具体的直升机100是作为具有飞行员座位被置于右边的直升机，应当认识到本描述同样适用于其它直升机，在其中飞行员可以坐在左边座位，以及在其中右边座位和左边座位都可以坐飞行员。阴影线区域302显示了直升机的飞行员的视野，包括飞行员前方的区域、在直升机100的飞行员一侧的飞行员身后的某个角度α内的区域以及在直升机100的副驾驶一侧的飞行员身后的某个角度β内的区域。应当认识到，这些区域和角度会随直升机的型号和飞行员位置而变化。在如图3所示的直升机100的型号中，角度α是呈大约43度，同时角度β是呈大约15度。圆形区域306描绘了当直升机100在地面上时的对人员或障碍物的优选探测区域。例如面向后方的接收器206可被配置为具有如阴影线区域308所示的大概的视野(在具有角度φ的弧内)。

此外，或者可选地，一个或更多个接收器206可被配置为具有其它的视野，例如在侧向飞行时，向后，以及在悬空飞行中侧滑飞行的时保护免受撞击。例如，如图4所示实施例中包括用于探测在区域310中的反射无线电波的第一接收器206，用于探测在区域312中的反射无线电波的第二接收器，和用于探测在区域314中的反射无线电波的第三接收器。与区域310和312相关联的接收器206被向外转动，留下了未传感区域316。这样的布置与如图3显示角度φ相比，允许更大的探测的角度φ′。阴影线区域314(在具有角度θ的弧内)描绘了接收器206(或在具有多个接收器206的实施例中的至少一个接收器206)的优选的大概的视野以在向后飞行的同时提供对障碍物探测和回避。

多年来，当直升机在地面时，由于人员走进旋转中的尾旋翼，或由于悬空飞行中的直升机碰撞地面建筑导致的严重事故时有发生。避免碰撞和警告系统200解决了这两个问题。由于飞行员只有有限的视野302，具有可测量的盲点。避免碰撞和警告系统200使用一个或多个发送器204的发射能量覆盖如图3所示的危险区域306和/或308。该发射能量可以通过以单脉冲、多脉冲，或连续波的形式的一个或更多个发送器204发送。通过一个或更多个接收器206，反射能量被用于探测靠近或接近尾旋翼组件110的物体。

避免碰撞和警告系统200是具有飞行-地面探测系统212的智能系统，飞行-地面探测系统212被设计为使用总距位置、起落架上重量(weight-on-gear)转换器、雷达高度表和/或其它可用输入来确定直升机100是在地面或空中。当在地面上时，听觉警告被设计为具有一定的音高以盖过直升机100的声音而被听到，该警报通过优选地位于靠近尾旋翼组件110的地面人员警告系统208被发送到接近的行人。当直升机110不在地面上时，驾驶舱警告系统210发出听觉警告警报或警告信息(例如使用语音合成器)直接进入飞行员的耳机。在一些实施例中，除了其它类型的警告，或者可选地，可通过地面人员警告系统208和/或驾驶舱警告系统210发出，包括视觉警告，如警告灯以及触觉警告，如震动踏板。

警告阈值范围可设定为使移动的行人在尾旋翼组件110接触障碍物之前，具有尽可能多的时间停止。处理器214使用这样的警告阈值范围结合表示被探测物体(反射通过发送机204发送的无线电波的物体)的数据，以确定是否需要发出警报。

在一些实施例中，处理器214可使用来自飞行-地面探测系统212的、表示直升机100是在地面上还是在空中的数据，结合来自收发器202的、表示在危险区域的人员或物体的数据，以确定是否应当发出警告信号。在一些实施例中，在确定是否应该发出警告信号处理器使用的标准可以是不同的，取决于直升机是在地面上还是在空中。例如，如果直升机100在空中，处理器214可使用就与收发器202探测到的物体撞击的时间而言的距离为基础，确定是否给飞行员发出警告信号。如果直升机100在地面，处理器可以通过收发器202探测到的接近的行人的速度为基础，来确定是否应当向地面人员发出警告信号。

避免碰撞和警告系统200能够测量距离、速度和角度以探测障碍物的可能的路径，在地面和在空中均可确定触发警报的必要性。系统200可能不需要所有的三个参数来做出决定，但可以使用这些参数做出最好的决定。

处理器214根据直升机100是在地面还是在空中，基于从飞行-地面系统212接收到的数据，确定将要发出的警报的类型。如果直升机100在地面上，处理器214对地面人员警告系统208发出数据以指示地面人员警告系统208发出地面人员警告信号，如上述的听觉警报。另一方面，如果直升机100是在空中，处理器214对驾驶舱警告系统210发出数据以指示驾驶舱警告系统210给飞行员发出信号，如上述的听觉警报。

在一些实施例中，地面人员警告系统208可被配置为发送警告信号(例如，通过蓝牙技术)，该警告信号可被接近尾旋翼组件110的地面人员佩戴的耳机接收到。

虽然本描述的部分集中在保护旋翼组件110和保护人员免受与尾旋翼组件110的撞击，可选实施例可以包括航空器的其它部位，特别是该航空器中不包括尾旋翼组件110，或者可以不包括任何类型的反扭矩系统。

很明显，具有显著益处的系统已经被描述和说明。虽然本申请示出的形式数量有限，但它不仅仅局限于只是这些形式，而是在不偏离其实质的同时可进行各种变化和修改。