自主包裹递送系统的制作方法

本公开涉及用于实现无人驾驶和可选地有人驾驶的货物递送的系统和方法。

背景技术：

在危险的现场条件下，补给和伤亡人员撤离(casevac)经常导致地面上和空中的人员伤亡。然而，建立有助于casevac的基础设施在该领域中通常是不切实际的。因此，已经实行了多个开发方案以有助于在此类严峻条件下进行包裹递送，所述严峻条件对于各种任务集合来说是共有的，诸如人道主义救援行动、非战斗人员撤离、例行货物再补给、途中补给、非常规战争和持续性常规战斗。

一种包裹递送方法是精确空投，其涉及将包裹从航空器投落到地面。例如，联合精确空投(jpad)系统尽力将包裹递送到指定的路点。然而，jpad系统必须在其被装载到航空器上之前被首先编程，并且一旦它被部署，它就使用gps数据来形成到路点的滑行路径。jpad系统可以采用空速数据并且在飞行和地形数据中进行自我调整，以避开否则会导致投落损毁或错过其路点的障碍物。另一种方法是使用无人驾驶飞行器(uav)将包裹递送到路点。然而，这些方法中的每种方法都需要到路点的无障碍飞行路径，这通常要求路点处于无障碍物(例如，树木、山脉等)的开放区域中。然而，此类开放区域使地面人员在收集来自航空器的包裹时暴露于不期望的注意和伤害。因此，递送到被覆盖的位置可以增强地面人员的安全性。

代替航空器，可以使用无人驾驶地面交通工具(ugv)将包裹运送到目的地。在实践中，人员可以使用远程控制将这些ugv从被覆盖的位置导航到被覆盖的位置。然而，ugv的局限性在于地面路径必须可用于ugv导航到路点。例如，障碍物(例如，溪流、峡谷、建筑物等)可能阻止ugv接近路点。因此，虽然ugv在地面上更加灵活，但ugv不适合长距离行进到路点，这对航空器来说是益处。此外，ugv在其接近的周围环境外的视野有限，这引入了附加的导航挑战。因此，需要用于实现对地面人员的无人驾驶和可选地有人驾驶的货物递送的系统和方法。

技术实现要素：

本公开提供了用于实现对地面人员的无人驾驶和可选地有人驾驶的货物递送的系统和方法。

根据第一方面，一种用于与航空器一起使用的包裹递送系统包括：陆地交通工具，其配备有可操作地与第一传感器封装和第一通信收发器联接的第一处理器，所述第一处理器被配置成至少部分地基于经由所述第一通信收发器接收的数据来沿着导航陆地路线导航所述陆地交通工具；感知系统，其具有可操作地与第二处理器和第二通信收发器联接的第二传感器封装；以及人-系统接口(hsi)装置，其用于通过一个或多个无线链路与所述陆地交通工具和所述感知系统通信，其中单独的且与所述陆地交通工具和所述感知系统中的每个分开的所述hsi装置包括第三处理器、第三通信收发器、用户输入装置和显示装置，其中所述感知系统被配置成至少部分地基于来自所述第二传感器封装的数据，经由所述第一通信收发器向所述陆地交通工具发射导航命令，并且其中所述hsi装置被配置成经由所述第三通信收发器向所述陆地交通工具发射导航命令，并从所述陆地交通工具接收由所述第一传感器封装捕获的视频馈送。

在某些方面中，所述第二传感器封装包括第一光学有效载荷和第二光学有效载荷，所述第一光学有效载荷和所述第二光学有效载荷中的每个定位在所述航空器的不同位置处。

在某些方面中，所述第一光学有效载荷被配置成在着陆在地理区域内的降落区之前产生所述地理区域的地形数据，其中所述第二处理器被配置成至少部分地基于所述地形数据来确定从所述降落区到现场操作者的导航陆地路线。

在某些方面中，所述第二光学有效载荷被配置成在所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线行进时从所述降落区跟踪所述陆地交通工具。

在某些方面中，所述第一光学有效载荷和所述第二光学有效载荷中的每个包括lidar或立体视觉相机系统。

在某些方面中，所述第二处理器被配置成至少部分地基于所述地形数据来确定从所述降落区到所述现场操作者的多个导航陆地路线。

在某些方面中，所述hsi装置被配置成经由所述显示装置向所述现场操作者呈现所述多个导航陆地路线以供所述现场操作者通过所述用户输入装置进行选择。

在某些方面中，所述感知系统被配置成实时地(1)沿着所述导航陆地路线检测障碍物，并且(2)动态地发射导航命令以在所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线行进时自主地对所述陆地交通工具进行导航。

在某些方面中，所述hsi装置被配置成在所述显示装置上显示所述视频馈送。

在某些方面中，所述hsi装置被配置成从所述感知系统接收由所述第二传感器封装捕获的第二视频馈送，并且所述hsi装置被配置成在所述显示装置上显示所述第二视频馈送。

在某些方面中，来自所述hsi装置的导航命令优先于来自所述感知系统的导航命令。

在某些方面中，所述用户输入装置是触摸屏并且所述hsi装置被配置成经由所述显示装置来显示远程控制器屏幕。

在某些方面中，所述hsi装置被配置成经由所述显示装置来显示陆地交通工具路线屏幕。

在某些方面中，所述用户输入装置是触摸屏，并且所述hsi装置被配置成经由所述显示装置同时显示所述视频馈送和一个或多个导航控制器图标。

在某些方面中，所述航空器是垂直起飞和着陆的航空器。

在某些方面中，所述航空器被配置成将所述陆地交通工具从远程位置运输到所述降落区。

在某些方面中，所述航空器是无人驾驶飞行器。

在某些方面中，所述陆地交通工具是无人驾驶的地面交通工具。

根据第二方面，一种用于运输包裹递送系统中的陆地交通工具的航空器包括：通信收发器；货舱，其用于容纳所述陆地交通工具；传感器封装，其具有第一光学有效载荷和第二光学有效载荷，其中所述第一光学有效载荷被配置成在着陆在地理区域内的降落区之前产生所述地理区域的地形数据，并且所述第二光学有效载荷被配置成从所述降落区跟踪所述陆地交通工具；以及处理器，其可操作地与所述传感器封装和所述通信收发器联接，其中所述处理器被配置成(1)识别所述地理区域内的降落区，(2)自主地将所述航空器导航到所述降落区，(3)至少部分地基于所述地形数据，为所述陆地交通工具确定从所述降落区到现场操作者的导航陆地路线，以及(4)至少部分地基于来自所述第二光学有效载荷的数据，经由所述通信收发器向所述陆地交通工具发射导航命令。

在某些方面中，所述第二光学有效载荷被配置成在所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线行进时从所述降落区观察所述陆地交通工具。

在某些方面中，所述第一光学有效载荷和所述第二光学有效载荷中的每个包括lidar或立体视觉相机系统。

在某些方面中，所述处理器被配置成至少部分地基于所述地形数据来确定从所述降落区到所述现场操作者的多个导航陆地路线。

在某些方面中，所述第二光学有效载荷被配置成实时地(1)沿着所述导航陆地路线检测障碍物，并且(2)动态地发射导航命令以在所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线行进时自主地对所述陆地交通工具进行导航。

在某些方面中，所述航空器是无人驾驶飞行器。

在某些方面中，所述陆地交通工具是无人驾驶的地面交通工具。

在某些方面中，所述航空器是垂直起飞和着陆的航空器。

根据第三方面，一种人-系统接口(hsi)装置用于有助于在降落区处与陆地交通工具和安装到航空器的感知系统的双向通信，所述感知系统被配置成在所述陆地交通工具沿着所述降落区与现场操作者之间的导航陆地路线行进时跟踪所述陆地交通工具，所述人-系统接口(hsi)装置包括：处理器；显示装置；用户输入装置，其可操作地与所述处理器联接；以及通信收发器，其可操作地与所述处理器联接以便通过一个或多个无线链路与所述陆地交通工具和所述感知系统通信，其中单独的并与所述陆地交通工具和所述航空器中的每个分开的所述hsi装置被配置成：(1)经由所述通信收发器向所述陆地交通工具发射导航命令，(2)经由所述通信收发器从所述陆地交通工具接收由位于所述陆地交通工具上的第一传感器封装捕获的视频馈送，以及(3)从所述感知系统接收反映所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线的位置的位置数据，其中所述位置数据由定位在所述航空器上的感知系统的第二传感器封装产生。

在某些方面中，所述显示装置被配置成显示多个导航陆地路线以供所述现场操作者通过所述用户输入装置进行选择。

在某些方面中，所述显示装置被配置成显示所述视频馈送。

在某些方面中，所述hsi装置被配置成从所述感知系统接收由所述第二传感器封装捕获的第二视频馈送。

在某些方面中，所述显示装置被配置成显示所述第二视频馈送。

在某些方面中，所述用户输入装置是触摸屏并且所述显示装置被配置成显示远程控制器屏幕。

在某些方面中，所述显示装置被配置成显示陆地交通工具路线屏幕。

在某些方面中，所述用户输入装置是触摸屏，并且所述显示装置被配置成同时显示所述视频馈送和一个或多个导航控制器图标。

根据第四方面，一种用于空中包裹递送系统的无人驾驶地面交通工具(ugv)包括：底盘(chassis)，其用于支撑包裹；光学有效载荷，其用于产生地理区域的视频馈送；通信收发器，其用于有助于通过一个或多个无线链路与人-系统接口(hsi)装置和感知系统的双向通信，其中所述感知系统在地理区域内的降落区处联接到航空器；以及处理器，其可操作地与所述通信收发器和所述传感器封装中的每个联接，其中所述处理器被配置成基于经由所述通信收发器从所述hsi装置或所述航空器接收的导航命令，沿着从所述降落区到现场操作者的导航陆地路线对所述陆地交通工具进行导航，并且将所述视频馈送发射到所述hsi装置。

在某些方面中，经由所述通信收发器从所述感知系统接收所述导航陆地路线。

在某些方面中，所述感知系统被配置成在所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线行进时从所述降落区跟踪所述陆地交通工具。

在某些方面中，所述通信收发器被配置成实时接收来自所述航空器和所述hsi装置的导航命令，以自主地沿着所述导航陆地路线对所述陆地交通工具进行导航。

在某些方面中，所述处理器被配置成基于ugv相对于所述航空器的位置来定位ugv。

本发明的实施例涉及一种用于与航空器一起使用的包裹递送系统，所述包裹递送系统包括：陆地交通工具，其配备有可操作地与第一传感器封装和第一通信收发器联接的第一处理器，所述第一处理器被配置成至少部分地基于经由所述第一通信收发器接收的数据来沿着导航陆地路线导航所述陆地交通工具；感知系统，其具有可操作地与第二处理器和第二通信收发器联接的第二传感器封装；以及人-系统接口(hsi)装置，其用于通过一个或多个无线链路与所述陆地交通工具和所述感知系统通信，其中单独的且与所述陆地交通工具和所述感知系统中的每个分开的所述hsi装置包括第三处理器、第三通信收发器、用户输入装置和显示装置，其中所述感知系统被配置成至少部分地基于来自所述第二传感器封装的数据，经由所述第一通信收发器向所述陆地交通工具发射导航命令，并且其中所述hsi装置被配置成经由所述第三通信收发器向所述陆地交通工具发射导航命令并且从所述陆地交通工具接收由所述第一传感器封装捕获的视频馈送。所述第二传感器封装可以包括第一光学有效载荷和第二光学有效载荷，所述第一光学有效载荷和所述第二光学有效载荷中的每个定位在所述航空器的不同位置处。所述第一光学有效载荷可以被配置成在着陆在地理区域内的降落区之前产生所述地理区域的地形数据，其中所述第二处理器被配置成至少部分地基于所述地形数据来确定从所述降落区到现场操作者的导航陆地路线。所述第二光学有效载荷可以被配置成在所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线行进时从所述降落区跟踪所述陆地交通工具。所述第一光学有效载荷和所述第二光学有效载荷中的至少一个可以包括lidar或立体视觉相机系统。所述第二处理器可以被配置成至少部分地基于所述地形数据来确定从所述降落区到所述现场操作者的多个导航陆地路线。所述hsi装置可以被配置成经由所述显示装置向所述现场操作者呈现所述多个导航陆地路线以供所述现场操作者通过所述用户输入装置进行选择。所述感知系统可以被配置成实时地(1)沿着所述导航陆地路线检测障碍物，并且(2)动态地发射导航命令以在所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线行进时自主地对所述陆地交通工具进行导航。所述hsi装置可以被配置成在所述显示装置上显示所述视频馈送。所述hsi装置可以被配置成从所述感知系统接收由所述第二传感器封装捕获的第二视频馈送，并且所述hsi装置被配置成在所述显示装置上显示所述第二视频馈送。来自所述hsi装置的导航命令可以优先于来自所述感知系统的导航命令。所述hsi装置可以被配置成经由所述显示装置来显示陆地交通工具路线屏幕。所述航空器可以是垂直起飞和着陆的航空器。所述航空器可以被配置成将所述陆地交通工具从远程位置运输到所述降落区。

本发明的实施例涉及一种人-系统接口(hsi)装置，其用于有助于在降落区处与陆地交通工具和安装到航空器的感知系统的双向通信，所述感知系统被配置成在所述陆地交通工具沿着所述降落区与现场操作者之间的导航陆地路线行进时跟踪所述陆地交通工具，所述hsi装置可以包括：处理器；显示装置；用户输入装置，其可操作地与所述处理器联接；以及通信收发器，其可操作地与所述处理器联接以通过一个或多个无线链路与所述陆地交通工具和所述感知系统通信，其中单独的并与所述陆地交通工具和所述航空器中的每个分开的所述hsi装置被配置成：(1)经由所述通信收发器向所述陆地交通工具发射导航命令，(2)经由所述通信收发器从所述陆地交通工具接收由定位在所述陆地交通工具上的第一传感器封装捕获的视频馈送，以及(3)从所述感知系统接收反映所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线的位置的位置数据，其中所述位置数据由定位在所述航空器上的所述感知系统的第二传感器封装产生。所述显示装置可以被配置成显示多个导航陆地路线以供所述现场操作者通过所述用户输入装置进行选择。所述显示装置可以被配置成显示所述视频馈送。所述装置可以被配置成从所述感知系统接收由所述第二传感器封装捕获的第二视频馈送。根据权利要求15所述的hsi装置，其中所述用户输入装置是触摸屏，并且所述显示装置被配置成同时显示所述视频馈送和一个或多个导航控制器图标。

另一个实施例涉及一种用于空中包裹递送系统的无人驾驶地面交通工具(ugv)，所述ugv包括：底盘，其用于支撑包裹；光学有效载荷，其用于产生地理区域的视频馈送；通信收发器，其用于有助于通过一个或多个无线链路与人-系统接口(hsi)装置和感知系统的双向通信，其中所述感知系统在地理区域内的降落区处联接到航空器；以及处理器，其可操作地与所述通信收发器和所述传感器封装中的每个联接，其中所述处理器被配置成基于经由所述通信收发器从所述hsi装置或所述航空器接收的导航命令，沿着从所述降落区到现场操作者的导航陆地路线对所述陆地交通工具进行导航，并且将所述视频馈送发射到所述hsi装置。可以经由所述通信收发器从所述感知系统接收所述导航陆地路线。所述感知系统可以被配置成在所述陆地交通工具沿着所述导航陆地路线行进时从所述降落区跟踪所述陆地交通工具。所述通信收发器可以被配置成实时接收来自所述航空器和所述hsi装置的导航命令，以自主地沿着所述导航陆地路线对所述陆地交通工具进行导航。所述处理器可以被配置成基于ugv相对于所述航空器的位置来定位ugv。

附图说明

参照以下说明书和附图，将容易地理解本公开的这些优点和其他优点，在附图中：

图1示出了在接近着陆区时的配备有自主空运货物/通用(aacu)系统的示例航空器；

图2示出了图1的航空器的各种示例任务阶段的基于时间的图示；

图3a至图3c示出了图1的航空器的示例任务阶段的进一步详细图示；

图4示出了图1的航空器的示例任务的示例流程图；

图5a示出了其中航空器正在接近地面上的现场操作者的示例包裹递送系统。

图5b和图5c示出了其中航空器处于地面上的示例包裹递送系统。

图6示出了示例包裹递送系统的示例数据流图。

图7a至图7g示出了具有单个触摸屏接口的示例hsi装置。

图8示出了示例包裹递送系统体系结构的框图；以及

图9示出了由功能模块组成的所提出的系统体系结构的高级视图。

具体实施方式

在下文中将参考附图对本公开的优选实施例进行描述。附图中的部件不一定按比例绘制，而是重点在于清楚地示出本实施例的原理。例如，为了清楚和方便地描述，可以扩大元件的尺寸。此外，在任何可能情况下，在整个附图中使用相同的附图标记来指代实施例的相同或相似的元件。在以下描述中，没有详细描述众所周知的功能或构造，因为它们可能以不必要的细节模糊本公开。说明书中的语言不应当被解释为表明任何未要求保护的要素对实践本公开来说必不可少。

除非本文另有说明，否则本文中对值的范围的描述并非旨在进行限制，而是单独地指代落入该范围内的任何和所有值，并且在此范围内的每个单独值被并入说明书中，就像它在本文中单独引用一样。当伴随数值时，词语“约”、“大约”等应当被解释为表示如本领域普通技术人员将理解的出于预期目的而令人满意地进行操作的偏差。值和/或数值的范围在本文中仅作为举例提供，并且不构成对所描述的实施例的范围的限制。本文提供的任何示例或示例性语言(“例如”、“诸如”等)的使用仅旨在更好地说明实施例，并且不是对实施例的范围构成限制。说明书中的语言不应当被解释为表明任何未要求保护的要素对实践实施例来说必不可少。在以下描述中，应当理解诸如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“侧面”、“前面”、“后面”等术语是具有方便性的词语并且不应当被解释为限制性术语。对于本公开，以下术语和定义应当适用。

术语“飞行器”和“航空器”是指能够飞行的机器，包括但不限于固定翼航空器、旋翼航空器、无人驾驶飞行器、可变翼航空器，以及垂直起降(vtol)航空器。

术语“和/或”是指通过“和/或”连接的列表中的项目中的任一个或多个。作为示例，“x和/或y”意味着三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”意味着“x和y中的一者或两者”。作为另一个示例，“x、y和/或z”意味着七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”意味着“x、y和z中的一个或多个”。

术语“电路”和“电路系统”是指物理电子部件(例如，硬件)，以及可以配置硬件、由硬件执行，和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用的，例如，特定的处理器和存储器在执行第一组的一行或多行代码时可以包括第一“电路”，并且在执行第二组的一行或多行代码时可以包括第二“电路”。如本文所利用的，电路系统是“可操作的”以每当电路系统包括执行功能所必需的硬件和代码(如果任一个是必要的话)时执行所述功能，无论所述功能的执行是禁用还是未启用的(例如，通过用户可配置的设置、工厂修整等)。

如本文所使用的，术语“通信”和“正在通信”包括将数据从源传送到目的地，和将数据递送到通信介质、系统、信道、网络、装置、电线、线缆、光纤、电路和/或链路以传送到目的地。如本文所使用的，术语“通信”表示如此传送或递送的数据。如本文所使用的，术语“通信”包括以下中的一个或多个：通信介质、系统、信道、网络、装置、电线、线缆、光纤、电路和/或链路。

术语“示例性”和“示例”意味着“用作示例、实例或说明”。本文描述的实施例不是限制性的，而仅是示例性的。应当理解的是，所描述的实施例未必解释为比其他实施例优选或有利。此外，术语“本发明的实施例”、“实施例”或“发明”不要求本发明的所有实施例包括所论述的特征、优点或操作模式。

如本文所使用的，术语“联接(couple)”、“联接到”和“与…联接”各自意味着两个或更多个装置、设备、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统和/或工具之间或其中的关系，从而构成以下各项中的任一项或多项：(i)直接或通过一个或多个其他装置、设备、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或工具的连接；(ii)直接或通过一个或多个其他装置、设备、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或方式的通信关系；和/或(iii)其中任一个或多个装置、设备、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或工具的操作全部或部分地取决于其中任一个或多个其他项的操作的功能关系。

如本文所使用的，术语“数据”意味着任何标记、信号、标志、符号、域、符号集、表示和表示信息的一个或多个任何其他物理形式，无论是永久的或临时的，无论是可见的、可听的、声学的、电气的、磁性的、电磁的或以其他方式表现的。术语“数据”用于表示呈一种物理形式的预定信息，包含呈一种或多种不同物理形式的对应信息的任何和所有表示。

如本文所使用的，术语“数据库”意味着相关数据的组织体，而不管表示数据或其组织体的方式如何。例如，相关数据的组织体的形式可以是以下中的一个或多个：表格、图表、网格、数据包、数据报、框架、文件、电子邮件、消息、文档、报告、列表或以任何其他形式呈现的数据。

术语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”。本文描述的实施例不是限制性的，而仅是示例性的。应当理解的是，所描述的实施例未必解释为比其他实施例优选或有利。此外，术语“本发明的实施例”、“实施例”或“发明”不要求本发明的所有实施例包括所论述的特征、优点或操作模式。

术语“存储器装置”意味着存储信息以供处理器使用的计算机硬件或电路系统。存储器装置可以是任何合适类型的计算机存储器或任何其他类型的电子存储介质，诸如，例如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、高速缓冲存储器、紧凑光盘只读存储器(cdrom)、电光存储器、磁光存储器、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、计算机可读介质等。

如本文所使用的，术语“网络”包括所有种类的网络和互联网络两者(包括互联网)并且不限于任何特定的网络或互联网络。

术语“处理器”意味着处理装置、设备、程序、电路、部件、系统和子系统，无论它以硬件、有形体现的软件或两者来实现，以及无论它是否可编程。术语“处理器”包括但不限于：一个或多个计算装置、硬连线电路、信号修改装置和系统、用于控制系统的装置和机器、中央处理单元、可编程装置和系统、现场可编程门阵列、专用集成电路、片上系统、包括分立元件和/或电路的系统、状态机、虚拟机、数据处理器、处理设施，以及前述的任何的组合。例如，处理器可以是任何类型的通用微处理器或微控制器、数字信号处理(dsp)处理器、专用集成电路(asic)。处理器可以联接到存储器装置或与存储器装置集成。

如本文所公开的，可以结合包裹递送系统来采用航空器(例如，无人驾驶的、可选地有人驾驶的，或有人驾驶的)，以在对地面再补给人员和机组人员两者造成不可接受风险的苛刻和不可预测的条件下向广泛分离的小单元提供快速响应货物递送。在使用ugv的情况下，可以将来自航空器的包裹部署到处于散布的作战位置的地面人员。例如，航空器可以飞到地面人员的位置(例如，无论是在最小人工辅助下驾驶和/或自主驾驶)，着陆在严峻的、可能受争夺的着陆区，其中ugv有助于将包裹递送到现场操作者的最终地面转移步骤，而不会使地面人员暴露于航空器的开放着陆区(lz)。包裹递送系统广泛地适用于跨不同交通工具平台的自主货物运输能力，由此有助于充分的可靠性以不仅可以被委托精确货物递送，还可以被委托从远程站点撤离伤亡人员。如将论述的，包裹递送系统可以经由以下来实现：人-系统接口(hsi)装置与安装在交通工具平台(例如，航空器和/或ugv)上的一个或多个计算资源和传感器套件，以及有助于规划、感测和避开功能的软件。

可以经由模块化的开放式体系结构软件和传感器套件(包括可以快速且成本有效地集成并物理安装在许多不同航空器平台上的监督控制接口)来提供包裹递送系统。由于专有系统可能阻碍或阻止成本有效的升级和修改，因此可以采用开放式体系结构诸如全球开放式体系结构层(goal)来允许可移植性(例如，允许新平台或传统平台能够“插入”软件和传感器套件的软件将是开源的)。因此，包裹递送系统的软件、传感器封装(例如，还可以包括处理器的传感器有效载荷/传感器套件，和/或其他支持硬件)，以及监督控制接口可以跨不同的交通工具移动，使得传统平台和新平台两者都可以表现出包裹递送系统的益处。另外，模块化的概念还可以应用于系统或交通工具内的部件以增强跨系统的兼容性并同时简化现场级维护和维修。

包裹递送系统的另一个目标是威胁和/或障碍物检测和避开、自主着陆地点选择，以及下降至着陆的能力，其在开放式体系结构框架中结合自主任务规划技术，所述开放式体系结构框架与航空器、无人机系统(uas)网络、控制基础设施、ugv和其他系统无缝接合。

用作航空器和ugv的一种形式的监督控制系统的包裹传递系统通常可以尤其包括：(1)传感器封装，其用于完成对障碍物的检测与对物理特征及其特性的感知，包括对ugv的物理特征的感知；(2)任务管理层，其通过高级自主性来实现可选的人工监督控制；(3)路线和轨迹规划器，其用于产生航空器和ugv导航命令；以及(4)以任务为中心的全球开放式体系结构层。采用开放式体系结构和/或goal进一步允许将包裹递送系统能力移植到其他平台。可替代地，包裹递送系统的部分(例如，其传感器封装和监督控制系统)可以在航空器制造期间与航空器平台集成。包裹递送系统还可以包括一个或多个人-系统接口(hsi)装置，以在包裹递送系统与战斗前哨(cop)、远程主作战基地(mob)和/或前方作战基地(fob)之间传送数据/命令。在接近阶段期间，包裹递送系统可以感知地面(例如，着陆区)的物理特征，以识别预定降落区(或可能的可替代降落区)并且使航空器着陆在所述预定降落区，在这种情况下产生地形数据。所产生的地形数据可以用于为ugv产生降落区与地面人员之间的导航陆地路线。

包裹递送系统的传感器封装和监督控制系统可以集成和/或物理地安装在多个不同的交通工具平台和航空器平台(包括vtol平台)上。虽然在附图中描绘的航空器是vtol航空器，但应当理解的是，本文中描述的自主交通工具可以包括可使用本文公开的系统的原理来有用地导航的任何交通工具、装置、部件、元件等，包括但不限于任何无人驾驶交通工具、有人驾驶交通工具、航空器、地面交通工具、水上交通工具、航天器、远程控制交通工具、大型交通工具、小型交通工具等，除非另有明显陈述或从文中明确说明。例如，本文描述的自主交通工具可以包括直升机或为升力而使用水平螺旋桨的其他交通工具(例如，多旋翼航空器)。本文描述的自主交通工具还可包括或替代地包括具有向前飞行能力的交通工具诸如固定翼航空器。

尽管有许多航空器平台是可能的，但合适的航空器可以被配置成在低密度、高海拔(密度高度大于12,000英尺)下进行操作，从而在例如150至365海里之间的往返行程距离内正常地递送多次货物投落，由此减小地面运输递送物品的数量。航空器还可以被配置成在内部携带1,600至5,000磅的有效载荷(例如，具有为casevac分配的一些内部容量)。例如，航空器可以以110和250节之间的速度行进。在5海里的终端区域内，航空器可以被配置成在两到四分钟的窗口/时间帧内下降和降落，并且尽可能靠近所要求的地点执行自主着陆(例如，目标是与计算机指定着陆地点的中心点相距的误差小于1米)而不用飞越着陆区(例如，交通工具执行直接接近而无需首先通过)。此外，航空器能够以可能的卫星拒止的设置(例如，阻止通信和/或基于卫星的地理定位(诸如由全球定位系统提供的地理定位，被表示为“gps拒止”))在夜间进行操作(从而有助于每周7天、每天24小时的操作)，并且在所有类型的环境中进行操作，所述环境包括陡峭和崎岖的地形、仪表气象条件(imc)和非结冰条件、高和炎热环境，以及具有最小能见度的灰尘和沙土条件。航空器可以被配置成其操作的天气条件超越有人驾驶飞行能力的那些天气条件。虽然前述描述了示例飞行器的性能特质，但本领域技术人员将认识到，如特定需要所期望的，包裹递送系统的传感器封装和监督控制系统可以被集成并物理地安装在多个不同的飞行器平台上。

如图1所示，航空器102可被配置成自主地检测未准备的着陆区(lz)104并且执行到其的航空器降落，同时对威胁和障碍物(例如，植被、地形、建筑物等)进行协商和导航，从而可能需要规避机动。例如，着陆区(lz)104可以具有50至150米的半径。在所述着陆区(lz)104内存在一个或多个降落区，例如包括由正在使用的地面人员(例如，经由cop110处的cop接口)指定的战斗前哨(cop)降落区(tz)106，以及一个或多个替代性降落区(atz)108。例如，每个降落区的半径可以是1至50米，更优选地5至25米并且最优选地约10至20米。在操作中，包裹递送系统评估由cop110处的操作者指定的cop指定降落区(tz)106周围的区域(例如，经由hsi装置)。如果cop指定降落区(tz)106被认为不适合于降落，则可以识别替代性降落区(atz)108。包裹递送系统或操作者可以识别一个或多个替代性降落区(atz)108，该操作者包括现场操作者116或工作在战斗前哨(cop)110、远程主作战基地(mob)112和/或前方作战基地(fob)114的其他地面人员。

包裹递送系统可以被配置成在飞行中和下降至着陆阶段中在潜在的卫星拒止环境中检测并避开障碍物(静态和动态两者)。此外，对包裹递送系统的考虑是接近、下降和着陆阶段，所以对障碍物规避的意图是考虑在低空飞行包线中的导航。此类障碍可以是静态的(例如，塔、树木、建筑物等)或动态的(例如，由于敌方活动而导致的禁飞区、其他交通工具等)。包裹递送系统还可以被配置成感知地面的物理特征，以协商可能阻止航空器102的安全接近和/或着陆的任何条件(例如，不安全/不稳定的地面组成、沼泽/泥泞的地面、植被和/或水)并且能够协商倾斜着陆地点。包裹递送系统还能够产生从起飞到着陆(或降落)的完整飞行路径，所述完整飞行路径在某些方面中可以由处于监督控制角色的人类操作者(例如，地面人员)动态地(例如，实时地或接近实时地)修改，并且根据任务规划数据意外事件而产生并执行新路径。

通过来自没有专门训练且来自各种位置的各种操作者(例如，现场人员、医务人员、供应人员、指挥中心人员等)的不显眼装置，航空器102能够具有基于goal的监督控制，该基于goal的监督控制从起飞位置来看可能是超视距(blos)的。因此，包裹递送系统的优点是，它允许没有特殊技能的操作者监督和请求来自经由包裹递送系统的服务。包裹递送系统可以被配置成在对于有人驾驶航空器来说当前存在重大风险的环境(例如，天气、威胁、地形等)中进行操作，并且在理想情况下，在有人驾驶航空器无法安全操作的环境(例如，大风、陡峭地形、低能见度等)中进行操作。利用来自远程操作中心的任务规划能力，可以通过地面控制站来监测和监督包裹递送系统。因此，如下所论述的，也可以采用直观的hsi装置。

包裹递送系统可以被配置成在可能限制传统的有人驾驶货物递送的气象条件或操作条件下进行操作，尤其是在由于灰尘、降水和雾而具有低可见度的严峻地形中进行操作。例如，用于与包裹递送系统交互的三个接口包括：(1)操作中心地面控制站；(2)地面人员(例如，现场操作者)；和/或(3)用于地面通信的车载系统。

图2示出了各种任务阶段200的基于时间的图示。具体地，飞行任务通常包括五个阶段；包括初始化和配置202、起飞204、途中206、接近208和降落214。现在将更详细地描述这些阶段中的每个。

初始化和配置202。在上电后，包裹递送系统的软件初始化硬件、运行内建测试并且报告结果。一旦被初始化，处理器可以等待任务(例如，以任务数据的形式)在航空器102处被上传或其他方式被接收。例如，主作战基地112可以向航空器102发射可包括一组路线(例如，根据nato标准化协议4586(stanag-4586))的任务数据，所述路线诸如：(1)起飞路线；(2)接近路线；(3)飞行路线；(4)意外事件a；以及(5)意外事件b。stanag-4586是北大西洋公约组织(nato)的无人驾驶控制系统(ucs)uav互操作性的标准接口。该标准包括数据链路、命令和控制，以及人/计算机接口。在任务数据已经被上传到任务管理器之后，任务管理器可以将任务数据发送到路线和/或轨迹规划器。

起飞204。航空器102可以配备有自主正常飞行模式、驾驶飞行模式，和/或监督飞行模式。在自主正常飞行模式期间，主作战基地112可以命令航空器102起飞并且使其遵循例如根据航空器102先前接收的任务数据的预定义起飞路线。因此，根据一个方面，可以进行以下事件序列以便将航空器102导航到集结路点218：(1)航空器的开关可以被设置为自主的(无论是物理开关还是远程命令)；(2)主作战基地112向交通工具管理系统(vms)发送起飞命令；(3)vms命令飞行控制系统(例如，具有与一个或多个飞行部件以及一个或多个传感器可操作地联接的飞行控制器的系统)执行起飞并且将命令转发给任务管理器；(4)任务管理器从地面转变到起飞模式并且等待来自飞行控制系统的起飞完成消息；(5)轨迹规划器向飞行控制系统发送轨迹命令以将其引导至集结路点218；以及(6)航空器到达集结路点218。可替代地，在驾驶飞行模式期间，可以直接驾驶(例如，远程地)航空器到集结路点218或初始点220，因此可能不需要执行起飞路线和/或序列。在某些方面中，自主正常飞行模式可以被飞行员推翻。例如，如果包裹递送系统看似出现故障或需要立即采取行动，则飞行员可以使用通常适当地用于可选地驾驶和测试航空器的机构来远程且快速地重新获得对航空器的控制。

为了针对自主模式情形和驾驶模式情形两者保持相同软件，可以采用以下事件序列来将航空器102导航到初始点220：(1)航空器102内部开关可以被设置为手动的；(2)飞行员完成起飞；(3)任务序列发生器检测到航空器102在没有起飞命令的情况下已经起飞并且自动转变到“飞行起飞路线(flylaunchroute)”模式；以及(4)飞行员使航空器102飞到集结路点218，此时航空器102可以恢复自主正常飞行模式。

途中206。如果航空器102自主地到达集结路点218，则航空器102可以自主转变到任务数据中所述的飞行路线并且开始自主地执行该飞行路线。因此，一旦处于自主模式，航空器102就可以自主执行飞行路线，因为在航空器102已到达集结路点218时，已经确定它已完成起飞路线204阶段。航空器102可以自主执行飞行路线，在通知路点222处请求着陆确认，并且根据关于图4描述的过程执行步骤。

如果航空器102已经被手动驾驶到集结路点218，则可能发生以下事件以便转变到自主飞行。主作战基地112可以首先向vms发送stanag-4586飞行器指令和状态消息#42，即交通工具操作模式命令，由此使其处于留待模式，此时航空器102可以执行留待模式直到被进一步命令。例如，主作战基地112可以发送stanag交通工具模式#42，从而命令航空器处于路点模式，此时飞行员不需要与包裹递送系统交互。可替代地，航空器飞行员可以将航空器置于自主模式。在又一个替代方案中，航空器102可以被配置成一旦其到达预定位置(例如，集结路点218)就自动进入自主模式。在航空器102已经在降落214期间着陆之后，飞行员然后可以再次起飞并且飞回初始点220并重复该过程。

接近208和降落214。一旦包裹递送系统在通知路点222处接收到着陆确认，则航空器102可以执行下降过程210，通过地面交通工具点212在下降顶点(tod)点224处开始。在下降过程210期间，航空器102依赖于包裹递送系统来识别并着陆在预定降落区(或替代性降落区)，同时确定包裹递送系统是否已收到复飞命令。

例如，现在转到图3a至图3c，当航空器102与降落区相距第一预定距离(例如，1km)和/或与降落区相距第一预定时间(例如，55秒)时，航空器102可以使用传感器封装来开始扫描地面(例如，着陆区(lz)104)以检测例如地形特征和大障碍物。当航空器102与降落区相距第二预定距离(例如，400m)和/或与降落区相距第二预定时间(例如，30秒)时，航空器102确定指定的降落区304是否可行。如果包裹递送系统确定指定的降落区304是不可行的，则包裹递送系统可以识别一个或多个替代性降落区306，其可以被传送到操作者(例如，hsi装置)以供考虑和/或批准。在整个该着陆过程中，航空器102可以接收或以其他方式检测复飞命令(例如，来自hsi装置)。

在与降落214相距的第二预定距离/时间与第三预定距离/时间(例如，60米，10秒)之间，包裹递送系统可以识别替代性降落区306并且经由hsi装置向操作者(或飞行员)通知替代性降落区306。作为响应，操作者可以(1)批准替代性降落区306，(2)指定第二替代性降落区308，(3)使航空器102复飞，(4)中止任务，或(5)什么都不做。如果操作者未能够在与降落214相距的预定时间段(例如，在5秒与60秒之间，更优选地在10秒与30秒之间)内行动(例如，提供指令)，则任务可以自动中止。如果操作者选择中止任务(明确中止或未采取行动)，则航空器102可以被引导到拖延点(hold-offpoint)228或离开点(egresspoint)310，所述离开点310最终将会指导航空器102导航到预定点(诸如初始点220)。

图4示出了从任务直到着陆的各种任务阶段400的示例流程图。在步骤402处，软件初始化并且一旦完成，将等待上传或以其他方式接收任务数据。在任务数据已经传送到任务管理器之后，任务管理器可以将任务数据发送到路线和/或轨迹规划器。在步骤404处，可以驾驶航空器102或由主作战基地112命令航空器102起飞并遵循起飞路线。在步骤406处，航空器102在途中206，并且在没有进一步指令的情况下，将自动执行飞行路线，在通知路点222处请求着陆确认等。如果着陆被批准，则航空器102行进到在步骤408处接近和下降，在航空器102执行下降的情况下，依赖于包裹递送系统来识别并着陆在降落区，如以上关于接近208所论述的。

如果包裹递送系统在408处确定指定的降落区304是不可行的，则包裹递送系统将在步骤414处识别一个或多个替代性降落区306并等待批准。在步骤414处，可以提供替代性降落区，从而在步骤410处指导航空器102着陆在所述替代性降落区。可替代地，航空器102可以复飞，从而致使航空器102在416处执行复飞操作。在又另一个替代方案中，可以经由来自飞行控制器的命令或超时来中止任务(步骤420)，从而致使航空器102返回预定位置，诸如基地。在步骤406、408和410中的任一个处，航空器102可以接收复飞命令，由此可以将航空器102指导到拖延点228(步骤416)。然后，航空器102可以留待(步骤418)，直到可以中止任务(步骤420)或者可以尝试重试。如果航空器102在408处确定指定的降落区304是可行的，则航空器102可以行进到在步骤410处接近，其中航空器102可以在410处执行着陆过程。一旦航空器102在地面上，航空器102就被认为已着陆(步骤412)，于是可以采用ugv来执行地面操作。一旦完成地面操作，航空器102然后可以再次初始化(步骤402)以进行新任务或返回基地。因此，技术人员将理解的是，可以在步骤412与402之间执行附加步骤。

图5a示出了在接近地面上的现场操作者116时的航空器102。在接近208期间，航空器102可以对扫描区域502的地形进行扫描以产生地形数据，所述地形数据尤其识别着陆区、障碍物506、地形特征等。例如，地形数据可以包括具有地标和地形细节的地图。除了识别着陆区504之外，地形数据还可以用于在所选择的降落区504与现场操作者116之间为ugv限定一个或多个导航陆地路线118。例如，航空器102可以在接近208阶段期间经由感测和感知有效载荷508来扫描区域502。感测和感知有效载荷508可以经由万向节系统被安装到航空器102(例如，朝向机身的前部)，以使得感测和感知有效载荷508能够朝向扫描区域502定向。如图所示，扫描区域502可以是围绕并且包括被选择用于着陆的降落区504的地理区域。例如，现场操作者116可以位于cop指定的降落区(tz)106、替代性降落区(atz)108等的附近。扫描区域502可以包括着陆区504或其一部分(即，与其重叠)。值得注意的是，扫描区域502可以延伸超过着陆区504的范围，因为虽然某些地理区域可能不适合于航空器102，但是所述地理区域可能适合于ugv导航并且因此可以被成像。此外，取决于感测和感知有效载荷508所提供的视野(其可能受到接近角和地面地形的影响)，扫描区域502可能是或可能不是足够大到包括降落区504和现场操作者116两者。然而，出于说明的目的，视野被示出为包括现场操作者116。

包裹递送系统的目的是将包裹递送给现场操作者116，而不会使现场操作者116或其他地面人员暴露于降落区504周围的大体无阻碍的区域。因此，在使航空器102着陆在降落区504处时，一个或多个无人驾驶地面交通工具(ugv)512可以离开航空器102并行进到现场操作者116的位置、递送包裹并返回航空器102。ugv512可以使用多种方法中的一种从航空器102离开和进入航空器102。为此，航空器102可以包括使得ugv512能够重新进入航空器102的动力坡道或其他基础设施。例如，航空器102可包括斜坡520以使得ugv512能够行驶进出ugv512的货舱。可替代地，航空器102可以装配有提升机构，其可以安装到航空器102上(例如，邻近通向货舱的门)并且使用一个或多个液压或电动致动器而被提供动力，以使ugv512升高和降低从而进出货舱。例如，示例提升机构包括起重机、卷扬机或提升门，其可以包括用于支撑可升高或降低的ugv512的平台。在另一个示例中，ugv512(例如，腿式机器人)可以被配置成从货舱跳出或跳入货舱中，从而避免对斜坡520或提升机构的需要。在操作中，ugv512可以在飞行期间固定在航空器102内，但被配置成快速离开和进入。ugv512可以使用例如阻挡和支撑、捆扎、绑扎或紧固件来固定在航空器102内。例如，电磁铁可以用于选择性地固定ugv512和将其从航空器102释放。

如图所示，ugv512可以被配置成可靠地装载、携带和卸载包裹。为此，ugv512可以包括底盘512a和容器512b，所述容器512b可以模块化地联接到底盘512a以容纳一个或多个包裹。可替代地，一个或多个包裹可以直接固定到底盘512a。底盘512a通常包括用于驱动ugv512的动力系。例如，动力系可以包括发动机(或一个或多个电动机)、电池、变速器、驱动轴、差速器和最终驱动机构(驱动轮、连续履带、腿式机器人等)。例如，ugv512可以是具有轮、连续履带(例如，坦克履带)和/或腿(例如，腿式机器人)的交通工具。可以在航空器102到达降落区504之前预先装载包裹，或者根据现场操作者116的请求装载包裹，在这种情况下，ugv512还可以被配置有机械臂以操纵/卸载来自航空器102的包裹(或容器512b)。

经由底盘512a，ugv512应当被配置成行进到现场操作者116的位置，同时穿越广阔范围的地形类型(例如，草地、混凝土、泥土、沙地、碎石等)。ugv512可以被图形配置有传感器有效载荷(例如，光学有效载荷512c)以评估将导致任务成功概率较低的情形(例如，障碍物、河流、沟渠等)。如果ugv512检测到低概率成功情形，则ugv512可以向航空器102或hsi装置514发送警报。一旦传送了警报，ugv512可以等待进一步的指令，并且在预定时间段内没有进一步指令的情况下，返回航空器102或预定位置。在操作期间，在ugv512沿导航陆地路线118进行操纵到现场操作者116的位置时，ugv512必须以足够速度进行操作以最小化任务持续时间和风险。此外，ugv512的行为应当由现场操作者116经由hsi装置514来预测并控制。

感测和感知有效载荷508可以以高精度(例如，在0.2m内的准确度)对扫描区域502的地形进行扫描以产生地形数据。依靠ugv512在新地形上快速执行其定位、绘制和路径规划可能是一项挑战。为了解决该挑战，ugv512可以与航空器102和现场操作者116通信(例如，经由hsi装置514)，所述航空器102和现场操作者116中的任一个可以动态地增强ugv512的导航。实际上，一旦处于地面上，小型ugv512的超出其临近周围环境的视野受到限制。因此，为了执行到现场操作者116的地面递送，处理器(例如，定位在航空器102、hsi装置514或ugv512上)可以根据所产生的地形数据来产生地形图，所述地形图将用于规划航空器102与现场操作者116之间的一个或多个导航陆地路线118。在某些方面中，处理器可以产生要呈现给现场操作者116以供批准的多个导航陆地路线118。例如，某些导航陆地路线118可以是更快的(更短的距离)，但承受更大的障碍物碰撞风险。因此，可以经由hsi装置514向现场操作者116提供替代性导航陆地路线，所述替代性导航陆地路线是更慢的(更长的距离)，但其障碍物碰撞风险为低。

参考图5b和图5c，一旦位于地面上，航空器102可以增强ugv512的在地图上定位其自身的能力(例如，其沿着给定导航陆地路线118的点)以有助于实时导航。为此，光学有效载荷510可以定位在航空器102上，以在ugv512穿过导航陆地路线118到现场操作者116时观察ugv512。如果预料与障碍物506发生碰撞，则光学有效载荷510还可以用于警告ugv512。光学有效载荷510可以定位在航空器102的顶部附近(例如，在货舱门上方，但在旋翼下方)以在其航空器视野516内提供引导。例如，光学有效载荷510可以包括光检测和测距(lidar)、立体视觉等。附加地，ugv512可以使用其相对于航空器102的位置来在地图上定位其自身。实际上，可保持静止的航空器102可以在定位过程期间为移动的ugv512提供参考点。

现场操作者116还可以具有可用于沿着ugv512的导航陆地路线118辅助ugv512的操作者视野518。如果期望的话，现场操作者116可以经由hsi装置514观察和修改ugv512的导航陆地路线118，例如以避开障碍物506或采用不同的导航陆地路线118。例如，现场操作者116可以采取对ugv512的直接远程控制并且观看由ugv512或航空器102动态捕获的视频。因此，ugv512还可以包括可经由航空器102或hsi装置514被控制(例如，调整、缩放、旋转、枢转、平移(pan)等)的光学有效载荷512c。为此，光学有效载荷512c可以经由万向节系统联接到ugv712。因此，ugv512可以是“哑(dumb)”的，因为它仅遵循来自航空器102或hsi装置514的导航命令，同时从其传感器有效载荷(例如，光学有效载荷512c)供应数据馈送。

取决于降落区504与现场操作者116之间的距离，航空器视野516和/或操作者视野518可以包括或可以不包括整个导航陆地路线118。在航空器视野516和操作者视野518中的一者或两者包括整个导航陆地路线118的情况下，对于整个路线，ugv512可以由单方监测和控制。然而，在单个系统或操作者不能观察到整个导航陆地路线118的情况下，航空器102和现场操作者116可以协调以增强对ugv512的控制。例如，如图所示，航空器视野516可以覆盖导航陆地路线118的约70％，而操作者视野518可以覆盖导航陆地路线118的约45％，从而限定导航陆地路线118的15％的重叠视野522。因此，在重叠视野522期间，现场操作者116可以使用例如由ugv512或航空器102动态捕获的视频馈送(例如，实况视频)来采取对ugv512的远程控制。在某些方面中，即使ugv512位于操作者视野518之外，现场操作者116也可以选择使用来自ugv512或航空器102(例如，来自光学有效载荷510或光学有效载荷512c)的可动态显示在hsi装置514上的视频馈送来导航ugv512。为了解决来自航空器102和hsi装置514的冲突的导航命令，ugv512可以遵从(即，优先化)来自hsi装置514的导航命令，从而向现场操作者116给予绝对控制。

虽然本公开大体描述了使用航空器102来将ugv512递送到位置(例如，降落区504)的实施例，但本领域技术人员鉴于本公开将会理解，可以使用其他装置(例如，交通工具)将ugv512递送到指定位置(例如，降落区504或其等同物)。在某些方面中，ugv512可以经由陆地交通工具被递送到位置。例如，包裹递送系统可以部署在市区中以有助于商业包裹递送。在这样的一个示例中，可以是自主的较大陆地交通工具(例如，厢式货车/卡车)可以与小型ugv(例如，ugv512)合作以递送包裹。在操作中，较大的陆地交通工具可以停止并停放在路边，由此小型ugv在路边位置处离开较大的陆地交通工具以将包裹从较大的陆地交通工具运输到最终目的地(例如，门阶)。如同uav示例一样，较大的陆地交通工具仍然可以起到经由光学有效载荷510在复杂地形上和/或复杂地形周围引导较小型ugv的作用。在某些方面中，较大的陆地交通工具也可以在实时(或接近实时)产生点云的同时对区域(例如，邻域)进行导航。

图6示出了示例包裹递送系统600的示例数据流图，所述包裹递送系统600具有航空器102、ugv512和hsi装置514(例如，便携式电子装置，诸如智能电话、平板计算机和膝上型计算机)或其他控制器(例如，基站)。航空器102、ugv512和hsi装置514中的每个可以包括无线收发机602，所述无线收发机602与天线和处理器(或其他电路系统)联接以在航空器102、ugv512和hsi装置514的各种系统之间传送数据。航空器102、ugv512和hsi装置514可以使用射频来直接地(例如，点到点、点到多点等)或间接地(例如，通过网络604、使用ugb512作为中继，或经由网状网络)彼此传送数据(已处理的数据、未处理的数据等)。在某些方面中，无线收发器602可以被配置成使用一个或多个无线标准来进行通信，所述无线标准诸如蓝牙(例如，2.4ghz至2.485ghz的工业、科学和医疗(ism)波段中的短波长、超高频(uhf)无线电波)、近场通信(nfc)、wi-fi(例如，电气和电子工程师协会(ieee)802.11标准)、军用标准188(mil-std-188)、用于多平台链路评估的标准接口(simple)等。hsi装置514可以有助于监测和/或控制航空器102和ugv512。

如图所示，航空器102和ugv512中的每个可以被配置成将导航命令传送到ugv512。由ugv512收集的传感器数据(例如，图像/视频馈送)可以被传送到航空器102和hsi装置514中的每个。航空器102和hsi装置514可以被配置成交换传感器数据，无论所述传感器数据是由航空器102还是ugv512收集的。例如，由航空器102收集的传感器数据可以被传送到hsi装置514，诸如视频馈送、地形信息、关于ugv512和/或其有效载荷的细节等。在某些情况下，hsi装置514可以产生并输出传感器数据，诸如定位信息(例如，经由gps收发器)。此外，航空器102和ugv512可以被配置成交换系统命令，所述系统命令可以用于调整任一个装置的一个或多个设置。例如，现场操作者116可以指示航空器102采取或停止对ugv512的控制。

图7a至图7g示出了示例hsi装置514，其具有单个触摸屏接口并且在某些方面中具有语音识别接口以实现语音通信(例如，命令ugv512或与另一个操作者通信)。hsi装置514被示出为具有工具栏区域716a和主显示区域716b。hsi装置514用作现场操作者116与ugv512之间的主要通信信道，以使得现场操作者116能够命令和接收来自ugv512和/或航空器102的反馈或指令。hsi装置514可以经由显示装置(例如，液晶显示器(lcd))来显示ugv512和/或航空器102的当前状态(例如，当前设置)。hsi装置514的gui显示器也可以是与夜视护目镜兼容的，以使得无论现场操作者116的眼镜如何，它都是可见的。

参考图7a，用主屏幕718示出主显示区域716b。主屏幕718可以包括供选择的图标，以用于控制或监测一个或多个ugv512(例如，经由ugv选择图标714a、714b、714c、714d)和/或航空器102(例如，经由航空器选择图标716ba、716bb、716bc、716bd)。工具栏区域716a可以包括多个可选图标；诸如远程控制器图标702、导航地图图标704、ugv视频馈送图标706、航空器视频馈送图标708和设置图标710。为了禁止不想要的对hsi装置514的访问，hsi装置514可以要求使用例如登录屏幕712用于输入用户名和/或密码的用户验证。在其他方面中，生物测定可以用于验证用户，诸如脉搏/心率监测器和/或用于扫描视网膜和/或指纹的扫描器。

例如，选择航空器选择图标716a可以使得现场操作者116能够查看和控制第一航空器102(即aircraft_1)的各个方面。类似地，例如，选择ugv选择图标714a可以使得现场操作者116能够查看和控制第一ugv512(即ugv_1)的各个方面。为此，主显示区域716b可以被划分成象限，每个象限启用第一ugv512的不同功能或操作。例如，主显示区域716b可以显示远程控制器屏幕720、ugv路线屏幕722、ugv相机屏幕724和航空器相机屏幕726。为了放大屏幕中的任一个，现场操作者116可以从工具栏区域716a中选择相关联的图标，或者选择所期望的象限(例如，双击)以放大视图。例如，为了放大远程控制器屏幕720，现场操作者116可以选择远程控制器图标702或者选择显示远程控制器屏幕720的象限。

图7c示出了远程控制器屏幕720的放大视图。如图所示，远程控制器屏幕720可以包括导航控制器图标，诸如速度控制器图标730和方向控制器图标732。速度控制器图标730可以包括：前进速度控制图标730a，其用于沿第一方向驱动动力系(例如，车轮，包括驱动连续轨道的那些车轮)；停止控制图标730，其用于停止(例如，制动)动力系；以及倒挡速度控制图标730c，其用于沿第二方向(与第一方向相反)驱动动力系。例如，为了控制沿第一方向或第二方向的速度，用户可以在接触点(例如，点a)处接合速度控制器图标730，其中速度是接触点与停止控制图标730之间的距离的函数。例如，点a可以指示ugv512以中间速度沿前进方向行驶。方向控制器图标732可以用于使ugv512转向，由此调整其前进方向。例如，用户可以在接触点(例如，点b)处接合速度控制器图标730，其中前进方向是接触点在方向控制器图标732上的角位置(例如，在0度与360度之间)的函数。例如，点b可以指示ugv512以偏离中心(在图7c中作为点线表示)22.5度的前进方向向右行驶。点a和点b将一起指示ugv512沿第一方向驱动其车轮并向右转向。

虽然速度控制器图标730和方向控制器图标732被示为单独的元件，但是它们可以组合成单个控制器。例如，方向控制器图标732可以适于使用来自操作者的单个接触点来控制速度和方向两者。例如，单个接触点(例如，点b)与方向控制器图标732的中心之间的距离可以用于确定速度，其中较大的距离相当于较高的速度，并且角位置(例如，在0度与360度之间)可以用于确定ugv512的前进方向。

图7d示出了ugv路线屏幕722的放大视图。如图所示，ugv路线屏幕722可以包括扫描区域502的地图，其具有将原点736(例如，所选择的降落区504)与目的地740(例如，现场操作者116)连接起来的所选择的导航陆地路线118。可以理解的是，所选择的导航陆地路线118被设计成避开各种障碍物506。可以使用ugv图标738来指示ugv512沿着所选择的导航陆地路线118的进度。选择(例如，轻敲、点击等)ugv图标738可以使得显示对话窗口742，其提供ugv512的各种操作状况(例如，速度、前进方向、坐标等)。可以使用控制窗口728来保存、导出、旋转或平移ugv路线屏幕722。例如，区域地图可以作为表示导航陆地路线118和地形的静态图像或数据集(或数据库)被保存或导出。

图7e示出了ugv相机屏幕724的放大视图，而图7f示出了航空器相机屏幕726的放大视图。如图所示，ugv相机屏幕724可以包括来自ugv512(例如，来自光学有效载荷512c)的实况视频馈送，和/或用于提供第二视点，即来自航空器102(例如，来自光学有效载荷510)的实况视频馈送。无论来源如何，实况视频馈送可以覆盖有信息和/或各种控件，诸如控制窗口728、速度控制器图标730和/或方向控制器图标732。因此，如图7g所示，例如，hsi装置514可以同时显示放大的实况视频馈送和各种控制器，其可以由现场操作者116使用以导航ugv512来避开障碍物506。

如上所述，航空器102可以被配置有包裹递送系统以在其接近着陆区(lz)104时绘制地形，这可以用于辅助选择选定的降落区504和绘制ugv512的路线两者。一旦位于地面上，航空器102可以使用其光学有效载荷510来提供附加的绘制，所述光学有效载荷510可以尽可能高地安装在航空器102上。例如，贝尔(bell)uh-1“易洛魁”直升机的货舱天花板离地面超过80英寸，这将会提供比ugv512更高的视点。这些传感器连同来自地面人员(现场操作者116)的任何监督命令可以帮助引导ugv512。

图8示出了包裹递送系统的体系结构800，其包括交通工具上搭载的传感器、任务管理器、通信、路线和轨迹规划，以及飞行控制装置/传感器。更具体地，如图所示，包裹递送系统的体系结构800可以包括飞行控制器802、运动规划器804、动态路线规划器806和任务管理器808。在使用中，可以直接地或经由交通工具动力学特性查找模块810在以下中的两个或更多个之间传送数据：飞行控制器802、运动规划器804、动态路线规划器806和任务管理器808。例如，任务管理器808可以：(1)将任务和约束数据传送到动态路线规划器806；和/或(2)将路线和任务数据传送到运动规划器804。动态路线规划器806可以类似地基于从交通工具动力学特性查找模块810接收的数据(例如，约束)来向运动规划器804提供路线和任务数据。运动规划器804可以至少部分地基于从感测和感知系统814和/或交通工具动力学特性查找模块810接收的数据来向飞行控制器提供轨迹数据。交通工具动力学特性查找模块810还可以被配置成从任务管理器808接收数据(例如，任务紧急程度、燃料/货物重量等)。

飞行控制器802可以经由交通工具动力学特性模块816向交通工具动力学特性查找模块810提供反馈(例如，交通工具状态数据、风估计数据等)，所述交通工具动力学特性模块816可以从一个或多个传感器(例如，816b、816c、816d)产生交通工具动态数据。此类交通工具动态数据还可以用于控制一个或多个飞行控制器或飞行控制器系统(例如，飞行部件816a)。因此，与飞行部件816a以及一个或多个飞行控制器/系统和传感器联接的飞行控制器可以用作航空器的飞行控制系统。

运动规划器804可以被配置成从感测和感知模块814接收数据(例如，障碍物和状态数据)，所述感测和感知模块814可以从定位在感测和感知有效载荷508和光学有效载荷510中的一者或两者内的各种传感器接收数据测量值。例如，各种传感器可以包括光检测和测距(lidar)824、无线电检测和测距(radar)826、电光红外(eo/ir)成像器828、立体视觉相机系统838、无线电高度计(radalt)816b、空气数据传感器816c，和/或gps/惯性导航系统(ins)816d。也就是说，各种传感器中的某些传感器可以定位在感测和感知有效载荷508内以识别所选择的降落区504，而某些其他传感器(或冗余传感器)可以设置在光学有效载荷510中以监测ugv512。例如，感测和感知有效载荷508与光学有效载荷510中的一个或多个的每个可以被设置有lidar824和立体视觉相机系统838。

任务管理器808可以经由通信系统或模块812与一个或多个远程定位的系统或操作者通信地联接。例如，任务管理器808可以与cop110、mob112、fob114、hsi装置514和/或另一个系统822(诸如医生、地勤人员、其他交通工具等)无线通信。任务管理器808可以被配置成将反映任务有效载荷830、对策832的数据和/或其他数据发送到地勤人员834(例如，hsi装置514、货物系统、辅助系统等)或另一个系统836(例如，医疗系统)。类似地，任务管理器808可以被配置成从传感器接收指示地面威胁820或伤亡人员818的数据。任何处理器和/或其他硬件可以由电源供电，所述电源可以是交流电或直流电(例如，传统的线电流、电池电源、太阳能、风能等)。

为了有助于包裹递送系统的各种功能，包裹递送系统可以采用一个或多个处理器，该一个或多个处理器可操作地联接到：(1)存储器装置、(2)一个或多个传感器，和/或(3)本文公开或本领域已知的其他系统。例如，为了处理和操纵数据，处理器可以被配备成运行可存储到rom、ram或一个或多个其他计算机可读存储介质的软件。类似地，由包裹递送系统收集或创建的数据可以存储到ram、rom或另一种合适的存储介质以用于长期保留。包裹递送系统可以经由所述处理器来接收和发射与其位置、速度、ugv等相关的数据。飞行控制器802还可以包括用户接口(例如，经由hsi装置514)，所述用户接口允许操作者(例如，人或计算机实现的操作者，其中的任一者可以是本地的或远程的)输入命令、控制操作和/或调整包裹递送系统的设置。用户接口可以是远程联接的，和/或可以包括例如计算机、键盘、鼠标、触摸屏、操纵杆等。

任务管理器808。任务管理器可以包括：(1)任务序列发生器；(2)stanag到机器人操作系统(ros)桥；(3)ros到stanag桥；(4)任务规划服务；(5)路线监测器；以及(6)路线馈送器。

(1)任务序列发生器。任务序列发生器管理包裹递送系统的整体行为，包括航空器102以及在需要的情况下包括ugv512。任务序列发生器可以采用多个状态机，一个状态机用于管理航空器的整体行为，并且其他状态机用于管理由主作战基地112和战斗前哨110、hsi装置514等发出的命令。任务序列发生器可以跟踪航空器102所定位的路点，发起与战斗前哨110的通信以进行着陆协商，并且如果需要的话，经由任务命令指示路线馈送器向轨迹规划器发送新路线。任务序列发生器还可以向路线馈送器传送航空器102正在执行哪个路线或路线的哪个阶段(例如，初始化和配置202、起飞204、途中206、接近208等)。

(2)stanag到ros桥。stanag到ros桥充当以下之间的桥梁：由主作战基地112和航空器的交通工具管理系统使用的stanag4586协议、动态路线规划器(506)(可以或可以不使用stanag-4586协议来通信)、由包裹递送系统的任务管理器、轨迹规划器、感知系统814和其他部件使用的ros协议。stanag到ros桥允许与常用的stanag4586消息传递标准集成，从而提高包裹递送系统的可移植性。stanag到ros桥可以执行以下服务：(1)将一系列stanag4586消息聚合成单个任务规划ros消息并且通过ros协议来发布该消息。任务规划数据可以包括一组路线(名义上：起飞、飞行、接近、意外事件a和意外事件b)，每个路线可能具有其自身的一组路点。每个任务规划的任务规划数据可以具有源标识符，其指示该规划是来自主作战基地112还是动态路线规划器；(2)将其他stanag4586消息转换为例如等效的ros消息并且通过ros协议发布这些消息；以及(3)订阅选择ros消息并将其转换回stanag4586消息，以用于在stanag4586多播网络上广播，从而由vms内的交通工具特定模块(vsm)、主作战基地112、可能是动态路线规划器以及可能是战斗前哨110收听。虽然在本文中公开和描述了ros协议，但它只是可以在包裹递送系统内发布消息的多种方式中的一种。因此，本领域普通技术人员将认识到其他协议诸如dds是可能的。因此，包裹递送系统不应当限于与ros协议一起使用。

(3)ros到stanag桥。ros到stanag桥基本上执行stanag到ros桥的反向功能；它将ros数据转换成stanag消息并且支持包裹递送系统的内部部件与主作战阵地112之间的输出接口。

(4)任务规划服务。任务规划服务订阅由stanag到ros节点发布的任务规划ros消息，并且存储(在非易失性存储器中)，以及组织所接收的任务规划数据以供任务管理器的元件和可能的其他ros节点使用。每当任务规划服务接收并处理新任务规划数据时，它可以发布配置ros消息，其指定配置完成并指示任务规划数据内的关键路点标识符，当前是集结、通知和接近路点标识符。任务规划服务将确保以对应于路线所指示的访问顺序的上升数字顺序来保持路点标识符(例如，如果路线表明交通工具应当访问罗马、巴黎和伦敦，则以此顺序，罗马将具有在数字上比巴黎更低的路点，巴黎将继而具有在数字上比伦敦更低的路点标识符)。每当任务规划服务接收到来自另一个ros节点的路线数据请求时，它可以使用先前的路线和路点标识符获取对应的路点系列，并且将具有所请求数量的路点的路线数据回复发送回请求者。一个请求可以请求交通工具正朝向的当前路点以及路线上的所有后续路点。

(5)路线监测器。路线监测器订阅两个传感器消息，一个传感器消息来自由交通工具通过stanag4586报告的惯性状态(通过stanag到ros节点被转换成ros消息)，以及由轨迹规划器使用来自感知系统的数据而提供的轨迹状态消息。路线监测器将选择或合并来自这两个源的信息，并且以单个浮点值报告沿着路线的进度，所述单个浮点值表示与上一个过去的路点相距的小数距离(例如，2.3表示在路点2与沿着该路线的下一个路点之间的约30％)。这可以是与轨迹规划器所报告的格式相同的格式，尽管该信息可能不一定仅来自轨迹规划器。这可以提供在内部从输入的混合产生该信号的选项。路线监测器还测量路线偏差，并且将与路线进度一起嵌入路线状态内的布尔标志(booleanflag)发送到任务序列发生器。

(6)路线馈送器。基于由任务序列发生器提供的当前路线、由路线监测器提供的当前交通工具位置，以及由任务规划服务提供的路线路点组，路线馈送器块可以创建到轨迹规划器的任务命令。在接收到来自任务序列发生器的路线选择以及来自路线监测器的交通工具位置时，路线馈送器从任务规划服务请求一组路点(当前是从当前交通工具位置到路线的末端)。任务规划服务以所请求的路点组进行回复。然后，路线馈送器可以以任务命令的形式形成和发布路点。轨迹规划器可以接收这些路点并且相应地调整其轨迹。

动态路线规划器806。可以经由被称为“4d-d*”的软件算法来促进路线规划，所述软件算法使用来自地图的数据，以及来自搭载传感器的递增地发现的信息的组合明确地解决了为多个交通工具确定路线的问题。该软件在两个具体方式上不同。第一，它明确地考虑了由x,y,z和时间组成的4d空间，从而允许明确地考虑移动的障碍物，诸如天气或必须避开的其他交通工具。第二，它使用来自被称为field-d*的众所周知的路径规划算法的概念，以在新信息变得可用时最佳地更新轨迹。这具有以下优点：通过在接收新信息时修改旧轨迹而不是必须完全重新计算，可以在几毫秒内计算出大地图上的全新轨迹。取决于任务紧急程度或向节约燃料给予的优先级，不同的路径可以是优选的。该算法将选择优化一组大量标准的路径，其中一些标准可在任务期间发生改变。算法复杂度(计算时间)可以实现“任何时间”版本，所述版本将在给定时间内连续改进解决方案，但在可请求答案的任何时间产生答案(在一些情况下是次优的)。

运动规划器804。在给定来自任务规划器的初始路径的情况下，运动规划器基于多个目标(包括与障碍物的接近度、期望的着陆向量(基于风向)、交通工具动力学特性和定位准确度)来计算轨迹。轨迹产生方案还基于指定的标准来不断改进和优化轨迹。所述轨迹产生方案快速产生新的命令路径并对其进行迭代，所述新的命令路径避开任何检测到的障碍物并且交通工具可以沿着所述路径。该方法的优点可以是并行规划算法的保真度与可用计算能力成比例。如果资源是有限的，则可仅探索搜索空间的一小部分，同时仍获得“足够好的”解决方案。所述规划系统是鲁棒的并且适应于货运航空器102的变化的动力学特性，因为它们将取决于重量和风况而改变。可以基于在随机最优控制框架中传播不同目标的不确定性和执行不确定性来验证命令。这提高了对规划执行的信心并且允许对交通工具进行高性能控制。还可以采用与从倾斜地形起飞以及着陆在倾斜地形上相关的特殊操纵。该算法可以被配置成通过添加隐藏状态来说明交通工具动力学特性中的意外不连续性，例如与未检测到的地面特征的接触。此类任务级和运动规划算法可以适用于广阔范围的航空器。它们实时组合多个目标和约束，以较高的保真度控制将动力学特性结合并适配到运动规划中，并且在倾斜着陆时针对鲁棒控制传播不确定性。

飞行控制器802。飞行控制器802可以与运动规划器804、交通工具动力学特性查找模块810和交通工具动力学特性模块816可操作地联接。在操作中，飞行控制器802至少部分地基于例如从运动规划器804以及一个或多个传感器(例如，radalt816b、空气数据传感器816c，和/或gps/ins装置816d)接收的数据来产生飞行控制信号数据。由飞行控制器802产生的飞行控制信号数据可以被传送到飞行部件816a或用于控制飞行部件816a。例如，示例飞行部件816a包括旋翼航空器飞行控制装置(例如，共同的、循环的踏板、节流阀、辅助部件等)以及固定翼航空器控制装置(例如，副翼、方向舵、配平调整片、升降舵、节流阀等)。

在一个方面中，例如，飞行控制器802还可以采用用户接口，以及可操作地联接到存储器/数据存储装置和一个或多个传感器的处理器。例如，为了处理和操纵数据，处理器可以被配备成运行可存储到rom、ram或一个或多个其他计算机可读存储介质的软件。类似地，由飞行控制器802收集或创建的数据可以存储到ram、rom或另一种合适的存储介质以用于长期保留。飞行控制器802可以经由所述处理器来接收和发射与位置、速度、姿态等相关的数据。飞行控制器802还可以包括远程定位的用户接口，其允许操作者(例如，人或计算机实现的操作者，其中的任一者可以是本地的或远程的)输入命令和/或控制飞行控制器802的操作。所述远程定位的用户接口可以与用于控制包裹递送系统的远程定位的用户接口相同。用户接口可以与飞行控制器802联接，并且可以包括例如计算机、键盘、鼠标、触摸屏、操纵杆等。为了监测各种飞行条件，飞行控制器802还可以采用一个或多个传感器(例如，气象雷达、发动机传感器、垂直/定向陀螺仪、加速度计、温度计、高度计等)。

感测和感知814。上述的目标是通过使航空器102知道其环境，从而使得航空器102能够在起飞、巡航和下降期间安全地进行操作。因此，包裹递送系统的目标可以是确保安全的最终接近和稳定的降落，以及在起飞和/或巡航期间了解环境。例如，aacu感知可以：(1)支持高达250节的巡航速度；(2)允许在2分钟到4分钟内经过五英里接近着陆区；以及(3)被配置成在视觉劣化和gps拒止的环境中进行操作。为了实现这些目标，传感器封装和感知算法优选地紧密联接。传感器封装的显著设计特征可以是：范围(传感器的范围越大，可支持的接近速度就越高)、范围分辨率(分辨率越精细，越容易检测地形的粗糙度和坡度)，以及能视域(for)(可能需要大的for以能够在从远侧接近着陆地点正上方的视点时一直对着陆区成像)。在视觉劣化环境中的操作还需要穿透障碍物的传感器，并且gps拒止操作将需要采用可用的传感器来实现替代性导航方法。最后，对于在前方基地作战的地面部队将接受的自主航空器，如果航空器102出现在着陆地点处，则航空器102本身可以明确地识别由着陆支持专家使用的常见人类手势(诸如“复飞”)。对各种军用航空器任务的分析表明，激进的低空飞行剖面(诸如通常在恶劣条件下执行的那些)可以是用于确定无碰撞飞行的最小传感器范围的限制性情况。这假设最终接近在与着陆地点相距600米的位置处以110节(当前示例阈值)开始。在该速度下，假定通过转向和减速的组合来避开碰撞，则可能需要朝前方感测约300米。在巡航期间可预期250节的目标速度，并且可能需要前视约1km。与确定着陆时的确切刹车位置相关的最终参数可以是避开15cm(6”)的物体，这意味着测距的分辨率和准确度必须优于5cm。通过基于形状(粗糙/光滑、平坦/水平)以及语义(泥泞/干燥、植被/贫瘠)对指定降落区周围的地形进行分类，传感器套件可以进行降落区(lz)验证。在巡航飞行期间以及在最后接近期间，传感器套件可以用于发现障碍物506，诸如可能未提前知道的建筑物、树木、电线和塔。第三，传感器套件可以用于在由于干扰或由于地形阻塞而可能发生的gps拒止或中断的情况下估计交通工具位置。出发点设计包括冗余的互补传感器。

扫描lidar824。lidar(也称为激光扫描器)是指能够通过用激光照射目标并分析反射光来测量距离的技术。因此，从400米开始，可以使用双轴扫描lidar来提供高分辨率成像以便能够以例如高达135节的速度进行“直接着陆”。对于非常大的能视域(180°)，扫描lidar可以用作用于环境感知的主要传感器，由此激光测距能够穿透除了繁重的遮挡物之外的所有遮挡物。相同的lidar可以用于人员的姿势识别，该姿势指示着陆或复飞的最终批准。适当定位的小型lidar还可以用于确定航空器102是否在植被或软地形中下沉，并且在涉及蹬舵转向的起飞期间避免尾部撞击。

雷达826。雷达诸如前视雷达可以用于在着陆期间通过天气条件和严重灯火管制条件提供低分辨率成像。前视雷达可以被配置成测量与物体(诸如距离高达2km处的输电塔、树线和其他交通工具)相距的距离。此外，这种模态可以用于在gps拒止环境中执行“巡航导弹”式导航。

eo/ir成像器828。无源电光红外(eo/ir)成像器通常可以用于在gps拒止环境中的导航、用于地形分析以及水和植被的检测。

立体视觉838。立体视觉相机系统838可以采用彼此水平移位的两个相机以获得区域的两个不同视图(例如，航空器视野516内的区域)。通过比较这两个图像，可以以视差图的形式获得相对深度信息，所述视差图对于对应图像点的水平坐标的差异进行编码。该视差图中的值与对应像素位置处的景深成反比。

通信812。包裹递送系统体系结构800可以与一个或多个通信收发器可操作地联接，所述一个或多个通信收发器可以用于在航空器102与远程系统(诸如cop110、mob112、fob114、hsi装置514和/或另一个系统822)之间无线地传送数据信号。例如，无线通信装置可以被配置成与一个或多个远程系统进行数据(例如，监视数据、任务规划数据、飞行控制信号数据、ugv导航命令等)通信。为了有助于可选的无线通信，航空器102还可以包括能够使用一个或多个天线(例如，顶部和底部)发射(“tx”)和接收(“rx”)数据的空中通信链路。可以经由可操作地联接到rf开关的处理器来控制天线。因此，使用有线通信链路或无线通信链路，由包裹递送系统的体系结构800收集或创建的数据可以与远程系统和/或能够进行有线或无线通信的任何其他装置进行通信。

丢失通信。例如，包裹递送系统可以在以下之间提供三个或更多个通信链路，例如：(1)mob112与航空器102，(2)cop110与航空器102，(3)fob114与航空器102，(4)ugv512与航空器102，(5)hsi装置514与航空器102，以及(6)在mob112、cop110、fob114、ugv512和/或hsi装置514中的一个或多个之间。可以通过建立任何两个通信链路来维持通信。例如，如果与主作战基地112和战斗前哨110两者的通信都丢失，则配备有包裹递送系统的航空器102可以执行丢失通信意外事件。如果存在与任一者的通信，则配备有包裹递送系统的航空器102可以继续其任务，除了需要特定通信的情况(例如，需要来自战斗前哨110的着陆确认)之外。在此类情况下，可以针对该情形明确地指定配备有包裹递送系统的航空器的行为。可以根据stanag标准来限定丢失与主作战基地112的通信。丢失与战斗前哨110的通信可以被限定为在预定时间(例如，10秒到300秒，更优选地20秒到100秒，最优选地约30秒)内缺少心跳消息。如果在执行丢失通信紧急事件后重新建立通信，则操作者可以通过上传并执行新的任务规划数据来推翻配备有包裹递送系统的航空器的行为。这可以包括命令航空器102执行其当前加载的任务。主作战基地112具有上传新任务规划数据的能力，而战斗前哨110则没有。因此，战斗前哨110可以执行的唯一功能是命令配备有包裹递送系统的航空器102重新建立其着陆在先前指定的降落区(或其替代区)的任务。

gps/ins816d。在可用时，gps/ins装置816d可以用于提供纬度和经度信息以及海拔。gps/ins装置816d使用gps卫星信号来校正或校准来自ins的解决方案。gps提供绝对无漂移位置值，其可以用于重置ins解决方案或者可以通过使用数学算法诸如卡尔曼滤波与ins混合。可以根据来自gps的一系列位置更新来推断单元的角定向。相对于gps的位置的误差改变可以用于估计未知角度误差。使用gps与ins的益处是ins可以通过gps信号进行校准，并且ins可以以比gps更快的速率提供位置和角度更新。对于高动态交通工具(诸如导弹和航空器)，ins填充了gps位置之间的空隙。附加地，gps可能丢失其信号，并且ins可以在丢失gps信号期间继续计算位置和角度。

当gps/ins装置816d不可用(例如，gps拒止操作)时(这可能是由于不良的接收或故障)，包裹递送系统的体系结构800在gps信号中断的情况下保持起作用；例如，所述中断由于主动干扰或来自地形的遮挡。一般而言，包裹递送系统可以使用视觉地标来导航航空器102以用于在下降期间进行导航。具体地，该区域的卫星地图连同数字地形评估数据(dted)可以用于离线确定显著特征。因此，可以使用可存储到存储器/数据存储装置的一个或多个数据库来存储有关(但不限于)dted、建筑物和结构、地理地图、军事地图的信息，和/或可用于辅助导航航空器的任何其他信息。在任务期间，将来自搭载相机的特征与地图进行比较以产生导航解决方案。通常，准确度可以是此类应用的行进距离的1％。在任务期间显著特征持续可用的情况下，可以显著减小导航的漂移。飞行测试表明，在不同地形上的飞行一小时内，导航误差可以最多是10米(3σ)。

途中巡航期间的遮挡物穿透(obscurantpenetration)和障碍物检测。视觉劣化的环境在作战行动中是常见的，并且可能使自主的低标高飞行的过程复杂化。在接近云层飞行或在云层内飞行时，或者在着陆区可能受灯火管制的阻碍的最终接近期间，确保无碰撞飞行可能需要特别考虑。对此的解决方法可能是双重的。第一，lidar能够使用被称为全波形分析的方法以通过中度遮挡物的光进行测距。与使用超越阈值的第一回波(return)来计算范围的大多数激光测距装置相比，该方法查看来自激光器“啁啾”的所有回波以确定最远的不透明物体。中间回波可以在传感器硬件中被自动标记。由于激光测距不能穿透最厚的遮挡物，并且因为高巡航速度可能需要km级的测距，所以可以包括雷达(例如，w波段(94ghz))以用于在灯火管制环境中操作航空器102。在巡航速度下，可以增加针对物体(诸如输电塔和山脊线)的雷达前视距离(在导航失败的情况下相关)。在最后接近期间，雷达可以提供与地面物体诸如交通工具、建筑物和电力线对应的回波。来自安装到下降至着陆区中的航空器102的前部的algw波段(94ghz)雷达的雷达回波可以在接近着陆区期间被绘制到飞行员的显示器上。

用于与着陆支持专家进行通信的手势识别。可以使用用于着陆区验证的lidar来检测现场人员的手势。用于执行着陆区验证和产生范围图像的lidar可检测简单手势。此种图像对于环境照明来说是鲁棒性的，或要求人员使用任何固定的基础设施向航空器发信号。海上着陆支持专家和军队探路者已经在使用的手和/或身体姿势可用于提供对着陆或着陆复飞的最终确认。

感知系统至少提供三个优点，包括：(1)将扫描lidar和雷达组合提供了在劣化视觉环境(“dve”)中的远距离检测和高分辨率以用于确定最佳着陆区；(2)根据需要可以基于eo/ir成像器/lidar/雷达的位置估计(仅eo/ir成像器可用于隐身)，其用于提供鲁棒性(例如，对于gps中断)和高性能；以及(3)基于几何形状(来自lidar)和植被属性(eo/ir成像器)两者的地形分析。主传感器(扫描lidar)是航空测量的常用装置的衍生产品，并且与其他传感器诸如闪光lidar相比提供更高的准确度、更大的自适应视野和更低的价格。雷达传感器可以被配置成穿透天气和灯火管制条件以提供无碰撞飞行的保证。

内部接口。从任务规划服务发送到任务序列发生器的配置指示配置是否完整，并且包含特定行动路点的目录：(1)集结路点218——起飞路线的最后路点——用于从起飞改为飞行路线；(2)通知路点222——包裹递送系统从战斗前哨110请求着陆的许可的点；以及(3)接近路点——飞行路线的最后路点以及接近路线的第一路点。配置还包含有关更新的任务的状态和路线偏差阈值，在超过所述阈值时可能需要路线重新规划。

路线数据请求。路径数据请求是对任务规划服务的同步ros服务调用的一半，其用于请求沿给定路径的一组路点。请求包含路线标识符、要获取的起始路点标识符，以及要获取的连续路点的数量，或要获取路径中的所有剩余路点的标志阀。在接收该请求后，任务规划服务将以路点阵列进行回复。

路点。该ros消息是对路线数据请求的响应。它包括路点阵列，其从请求中指示的路点标识符开始并包含所请求的数量的路点。如果请求指示所有剩余路点，则该响应将包含沿路线的所有剩余路点。

路线状态。路线状态消息指示：交通工具相对于路线的路点的当前位置，以及指示交通工具是否已经偏离规划路线过远地转向的布尔标志。交通工具的路点位置可以被表述为浮点的路点标识符，其中整数部分指示最近经过的路点，并且小数部分指示所经过的路点与交通工具正飞向的下一个路点之间的小数距离(这可以是与轨迹状态相同的表示)。布尔标志指示交通工具飞行路径是否已从规划路径偏离超过某个限度，并且如果由任务序列发生器如此确定则可以触发重新规划。

人-系统接口(hsi)。目标是大体使自主航空器尽可能无缝地配合货物递送和伤亡人员撤离过程。包裹递送系统的优点不仅来自于技术成果，而且还来自于在任务各个阶段与交通工具交互而没有专门培训的人员容易采用的其过程。由于在偏远位置作战的单元的资源受到严重限制，因此从历史观点上说，在未经准备的地点着陆需要特别注意。与交通工具的交互必须能够用最少的设备和基础设施实现。因此，现场人员能够从配备有包裹递送系统的航空器请求服务以用于货物再供应和casevac。该接口必须是直观的并且围绕在货物和伤亡人员撤离期间使用直观接口完成的任务进行定向。在一些情况下，可能必要的是，交通工具不取决于操作者来进行着陆，因为它可能被指导到没有地面人员或通信的位置。因此，在关键着陆阶段期间，操作者的最有用作用可能是增强安全性，从而与机器或人类飞行员自身相比，允许完整的人-机系统以更高的能力水平执行。人-系统交互还使得在搭载系统发生故障或其性能可能劣化的情况下实现一定水平的冗余。

接口技术可以根据其对于mob112、fob114和cop110操作者的有用程度进行定制。例如，在mob112处，这可引起具有智能板的联网pc。在略微更严峻的fob114处，具有用于简单协商的触摸屏的ugcs-400接口可以提供可能方案。在非常严峻的cop110处，尺寸、重量和功率特别受到约束，并且我们将考虑手机应用和功能。更复杂的功能(诸如fob114处的多交通工具任务分配，或在cop110处与fob和交通工具两者的复杂协商)是有可能的。

模块化和开放式系统体系结构。包裹递送系统可以设置有可适于各种航空器和任务的模块化平台无关处理器、传感器套件和软件，由此降低了总体拥有成本以及将已开发技术集成到现场系统中所需的时间。复杂体系结构的当前解决方案依赖于各自具有专用接口的一系列点到点装置。为了降低这些系统中的部件数量，通常使用为特定硬件、操作系统、应用程序和目标平台开发的紧密联接的代码在一个装置内组合许多功能。传统的体系结构需要大量时间和资金资源以集成、认证和升级，同时将生命周期维护限于一个主集成器。然而，包裹递送系统将受益于允许功能模块可与明确限定的接口互相操作的经改进体系结构。此外，所述体系结构还需要在任务期间支持对出故障的计算机过程的健康监测、诊断和重新启动，所有这些都不需要交通工具上的人员的参与。

包裹递送系统功能体系结构可以集成在鲁棒性的开放式体系结构框架内以提供平台无关的自动化，从而用于快速再供应和casevac。为了打开开发生态系统，可以采用开放式体系结构和/或全局开放式体系结构层(goal)以利用模块划分、硬件和软件抽象、功能模块的松散联接，以及中央标准化数据交换层的概念。例如，goal可以被实现为面向服务的体系结构(soa)，其使用数据分配服务(dds)国际标准来通过共享正准数据模型交换数据。在此类体系结构中轻松地替换平台/任务专用模块。dds可以是匿名发布/订阅中间件标准，其提供针对实时处理和嵌入式应用的低开销和低延迟解决方案。dds允许广泛控制服务质量属性，所述属性确保可靠性、带宽、递送期限、资源限制、优先级、安全性和信息保证。与硬件和操作系统抽象组合，该体系结构有助于部件重用，服务“即插即用”、开发和集成的开放式竞争、平台无关的功能，以及系统部件与其他系统之间的互操作性。该体系结构还允许其他进步(如系统健康监测和感测及规避)轻松集成到配备有整个包裹递送系统的航空器。goal启用通用aacu服务以经由政府控制的接口标准来控制“即插即用”平台、传感器和设备。

图9示出了由功能模块组成的所提出的体系结构的高级视图，所述功能模块中的每个执行明确限定的接口。顶层可以包括多个通用服务，诸如任务接口902、任务管理904、路线规划906、传感器感知和融合908、运动规划910和控制装置接口912。通用服务中的一个或多个可以与dds开放标准数据总线914通信地联接。一个或多个即插即用硬件部件层可操作地联接到dds开放标准数据总线914。例如，可以提供和设计操作系统抽象916，以使操作环境抽象化为至少一个目标操作系统。操作系统抽象916可以实现用于特定底层操作系统和硬件平台的操作系统应用程序编程接口(api)。因此，抽象层提供了底层操作系统可能不支持的功能的直接实现。例如，示例抽象层可以包括硬件抽象层918、硬件和驱动程序抽象层920，其可以操作地联接硬件诸如通信和设备922、传感器924和平台926。

系统体系结构。包裹递送系统可以由一组顶级子系统组成。这些子系统是：地面单元(例如，前方作战基地114、主作战基地112和战斗前哨110)以及机载单元(例如，vms/vsm、任务管理器、轨迹规划器、感知系统和飞行控制系统)。主作战基地112和战斗前哨110是地面控制单元，主作战基地112是完全成熟的地面控制系统并且战斗前哨110是用于现场的小型手持装置。除了作为航空器一部分的vms和飞行控制系统之外，机载单元包括包裹递送系统的大部分。

任务管理器体系结构。任务管理器通常负责协调交通工具的主要自主操作，包括：(a)对交通工具的主要自主操作(诸如对命令前哨的通知、接收与处理复飞和中止等)进行排序；(b)监测期望的位置信息(路点)并向轨迹规划器提供所述期望的位置信息；(c)在发生与期望飞行路线的显著偏差时，或发生任务的操作区域(安全风量)的改变时，请求对飞行路线的自动重算；(d)可以通过以下方式确保本公开的可移植性和开放度：(i)开放通信标准(例如，用户数据报协议(udp))；以及(ii)将逻辑与消息传递格式分离以便有助于未来迁移到全球开放式体系结构；(e)易用性可以：(i)通过支持与配备有包裹递送系统的航空器进行基于ip的无线电通信来确保；(ii)使用在现代移动装置应用程序(诸如apple的ios或google的android)中可用的人机接口(hmi)方法来开发；以及(iii)通过利用现代通信技术的移动可打包的装置来控制。

虽然已经关于目前被认为是优选实施例的内容描述了本公开，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释以便包含所有此类修改以及等同的结构和功能。本文引用的所有文件(包括期刊文章或摘要、已公布或对应的美国或外国专利申请、已授权或外国的专利，或任何其他文件)均各自通过引用以其整体并入本文，包括引用文件中提出的所有数据、表格、附图和文本。