无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统及方法
【专利摘要】本发明涉及无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统及其调度方法，包括数据接口，机载自主调度系统通过所述数据接口与无人机或载人航空器的机载系统实现数据互联，所述机载自主调度系统集成在无人机或载人航空器的机载系统中；所述机载自主调度系统包括融合接口，用于与其他提供空中间隔配备功能的机载感知规避系统和机载防撞系统有效融合。在无人机和载人航空器共存的运营环境下，尤其是在无空管直接控制的降落设施和周边空域，该发明描述的机载自主调度系统可以确保所有飞行器安全高效的降落。所述的机载自主调度系统也可以在其分布式系统协调决策机制的基础上扩展到其他自主调度指令，例如编队完成指定飞行程序等。
【专利说明】
无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统及方法
技术领域
[0001] 本发明设及无人机的机载自主调度领域，具体设及一种无人机与载人航空器共存 环境下机载自主调度系统及方法。
【背景技术】
[0002] 我国的通用航空产业受益于社会的快速进步与经济的蓬勃发展已经成为国家十 =五计划重点扶持的支柱产业，相应的基础设施建设也已纳入到中央和各级地方政府的经 济规划中。我国已有多个省或直辖市出台通航机场建设规划来支撑通航产业的发展。可W 预见在不久的将来，我国将出现大量的无空管直接控制的降落设施，例如无塔台的单跑道 机场和紧急降落着陆点等。在空中交通流量有限的现在，我们仍然可W依靠极为保守的程 序控制(例如为每个需要降落的航空器预留有足够安全余量的降落时间)保证安全的降落， 显然运样的控制手段效率极为低下。但是我国通航产业的快速发展必将引发通航作业量的 井喷增长，与此同时无人机产业的迅猛发展也将导致更多的无人机运营融合到现在载人航 空器主导的国家空域体系。无人机的一个未来趋势就是完全自动化"智能"飞行，不仅能够 自动避开障碍，而且能安全无缝的融入到现有的国家空域体系。那么在无空管直接控制的 降落设施W及周边空域，并且在无人机与载人航空器共存的运营环境下如何安全高效的完 成复杂的编队降落操作，是国家空中交通运输系统下一代革新的重要课题。
[0003] 现有的技术和研究主要还是集中在保障空中间隔配备的机载决策辅助系统，而且 其运营场景都建立在仅有载人航空器参与的前提之下。无空管直接控制的降落设施已有的 自主调度降落系统都为地面系统，其运行原理仍为由地面系统决策的中央控制机制，仅仅 是用地面自动化系统取代传统空管人员的职能。而且从失效分析的角度出发我们也面临着 地面中央控制系统失效或失灵运个单点故障将造成整个降落设施运营环境擁痕的问题。目 前为止尚没有完善的解决方案从分布式系统的角度去解决在无空管直接控制的降落设施 安全高效的完成复杂的编队降落操作的问题，尤其是在无人机和载人航空器共存的运营环 境中。世界航空发达国家(尤其是通用航空)都在致力于从政策法规、技术、W及运营程序各 方面逐步将无人机运营融合到载人航空器主导的国家空域体系。我国作为商用无人机的生 产和应用大国，同时在通航产业即将腾飞的时代背景下，完善的机载自主调度系统解决方 案将在无人机和载人航空器共存的运营环境下发挥关键的作用。
[0004] 技术发展和政策法规的总体趋势决定了在国家空域体系的运营环境中空管中央 控制机制将逐渐过渡到分布式系统协调决策机制。在过渡的过程中，更多的管理职能(现由 空管人员或替代其职能的中央控制自动化系统执行)将被机载自主系统所取代。在无人机 和载人航空器共存的运营环境下，尤其是在无空管直接控制的降落设施和周边空域，没有 一个机载自主调度系统可W确保所有飞行器安全高效的降落。
【发明内容】
[0005] 为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种无人机与载人航空器共 存环境下机载自主调度系统及方法，本发明描述的机载自主调度系统可W确保所有飞行器 安全高效的降落。该发明也意识到将来无人机和载人航空器共存的运营环境将越来越复 杂，所述的机载自主调度系统也可W在其分布式系统协调决策机制的基础上扩展到其他自 主调度指令。
[0006] 本发明所采用的技术方案为：
[0007] 无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统，包括数据接口，机载自主调 度系统通过所述数据接口与无人机或载人航空器的机载系统实现数据互联，所述机载自主 调度系统集成在无人机或载人航空器的机载系统中；所述机载自主调度系统包括融合接 口，用于与其他提供空中间隔配备功能的机载感知规避系统和机载防撞系统有效融合。
[000引进一步的，所述无人机的机载系统包括集成广播式自动相关监视-发送/接收设 备、通信设备、GPS接收机、机载感知规避系统、机载防撞系统、机载气象避让系统、飞行控制 系统W及其他机载传感系统和避障系统；当机载自主调度系统安装在无人机上时，所述机 载自主调度系统的数据接口与无人机的广播式自动相关监视-发送/接收设备、通信设备、 GPS接收机、机载感知规避系统、机载防撞系统、机载气象避让系统、飞行控制系统W及其他 机载传感系统和避障系统实现数据互联。
[0009] 进一步的，所述机载自主调度系统包括局部数据库，用于存储每个飞行器的广播 式自动相关监视-发送/接收消息；
[0010] 所述机载自主调度系统将从广播式自动相关监视-发送/接收设备获得周边空中 交通信息，包括所有周边飞行器的位置和速度;所述机载自主调度系统将通过机载通信设 备广播自主调度降落指令和接收周边飞行器的确认信息；
[0011] 进一步的，当机载自主调度系统安装在载人航空器上且载人航空器为低端通航飞 机时，所述机载自主调度系统作为软件独立插件与机载广播式自动相关监视-发送/接收设 备集成；当载人航空器为高端公务机或运输类大型飞机时，所述机载自主调度系统作为软 件独立插件与具备空中间隔配备保障功能的飞行控制系统集成。
[0012] 进一步的，所述机载自主调度系统通过广播式自动相关监视-发送/接收设备获取 周边所有飞行器的飞行状态信息，包括维位置、速度、垂直速度、航向、飞行路径意图W 及上述状态信息相对应的时间戳;所述机载自主调度系统由优化算法计算出能够保障空中 间隔配备的自主调度降落指令；
[0013] 所述机载自主调度系统包括飞行状态信息更新模块，当无人机和载人航空器共同 运营在无空管直接控制的降落设施和周边空域时，任何飞行器通过所述机载自主调度系统 的飞行状态信息更新模块用于启动飞行状态信息更新流程;通过执行飞行状态信息更新流 程运营场景中的所有飞行器及时同步的更新飞行状态信息，并W此掌握运营场景中空中交 通的当前全局信息。
[0014] 进一步的，所述机载自主调度系统包括自主调度模块，当运营场景中某飞行器需 要降落时通过所述机载自主调度系统启动自主调度模块，用于提供自主调度流程，通过执 行自主调度流程主飞行器计算生成自主调度降落指令；
[0015] 所述机载自主调度系统包括语音提示模块和视频模块，运营场景中载人航空器在 接收主飞行器广播的自主调度降落指令时，通过语音提示模块为机组人员提供语音提示或 通过视频模块为机组人员提供视觉提示。
[0016] 本发明还提供了一种无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统的调度 方法，所述调度方法采用机载自主调度系统的优化算法实现，所述优化算法建立在分布式 系统协调决策机制的基础之上；
[0017] 所述调度方法根据下述场景进行相应的处理：
[0018] (1)当无人机和载人航空器共同运营在无空管直接控制的降落设施和周边空域 时，任何飞行器通过所述机载自主调度系统的飞行状态信息更新模块启动飞行状态信息更 新流程；
[0019] (2)当运营场景中主飞行器需要降落时通过所述机载自主调度系统的自主调度模 块启动自主调度流程，通过执行自主调度流程主飞行器将计算生成自主调度降落指令；
[0020] (3)运营场景中载人航空器在接收主飞行器广播的自主调度降落指令时，所述机 载自主调度系统的语音提示模块为机组人员提供语音提示或通过视频模块为机组人员提 供视觉提示;取决于飞行器的机载设备功能和在自主调度降落指令中降落序列的位置，自 主调度降落指令的原始格式将被进一步解析；
[0021] 所述机载自主调度系统的优化算法使用的分布式协调模型通过有限状态机的形 式实现;所述分布式协调模型包含多个相对独立的流程，包括自主调度流程和飞行状态信 息更新流程;每个独立的流程都通过包含多个有效离散状态和状态之间的转换逻辑组成， 且状态之间的转化逻辑都由事件触发。
[0022] 进一步的，所述场景（1)中，飞行状态信息更新流程的状态包括：
[0023] 状态1:全局初始化;触发事件为进入运营场景指令;执行指令为:初始化运营场景 内所有飞行器的状态信息:包括生成用于存储每个飞行器的广播式自动相关监视-发送/接 收消息的局部数据库；当特定触发事件发生时转换到状态2;
[0024] 状态2:飞行状态信息更新流程初始化，触发事件为:在没有其他当前活动的飞行 状态信息更新流程的前提下飞行器i启动飞行状态信息更新流程;执行指令为:记录启动飞 行状态信息更新流程的飞行器编号，此飞行器为主飞行器;记录飞行状态信息更新流程编 号；当特定触发事件发生时转换到状态3;
[0025] 状态3:飞行状态信息广播;触发事件为:主飞行器广播其飞行状态信息;执行指令 为:通知运营场景中其他飞行器在其广播式自动相关监视-发送/接收消息的局部数据库中 更新主飞行器的飞行状态信息；所述其他飞行器为跟随飞行器；当特定触发事件发生时转 换到状态4;
[0026] 状态4:确认接收飞行状态信息更新通知;触发事件为:所有跟随飞行器确认接收 到主飞行器广播的飞行状态信息更新消息;执行指令为:所有跟随飞行器在其广播式自动 相关监视-发送/接收消息的局部数据库中更新主飞行器的飞行状态信息;在设定指令执行 时间到达后转换到状态1。
[0027] 进一步的，所述场景(2)中，自主调度降落指令的格式为：
[00%] {自主调度流程编号，飞行器#1，飞行器#2…飞行器#(n-l)，飞行器#n};
[0029] 自主调度流程的状态包括：
[0030] 状态1:全局初始化;触发事件为:进入运营场景指令;执行指令为:初始化运营场 景内所有飞行器的状态信息:例如生成用于存储每个飞行器的广播式自动相关监视-发送/ 接收消息的局部数据库；当特定触发事件发生时转换到状态2;
[0031] 状态2:自主调度流程初始化;触发事件为:在没有其他当前活动的自主调度流程 的前提下飞行器i启动自主调度流程;执行指令为:记录启动自主调度流程的飞行器编号； 此飞行器为主飞行器;记录自主调度流程编号；
[0032] 主飞行器检验通过广播式自动相关监视-发送/接收设备获取的运营场景内其他 飞行器飞行状态信息的时间戳，如有任何跟随飞行器的飞行状态信息的时间戳过期，转换 到状态1，如所有跟随飞行器的飞行状态信息都为当前信息，设置自主调度流程子状态为1; 所述其他飞行器为跟随飞行器;当特定触发事件发生时转换到状态3;
[0033] 状态3:等待"锁定确认"；触发事件为:主飞行器广播"锁定自主调度时间窗口"消 息执行指令为:通知运营场景中所有跟随飞行器锁定其飞行状态信息更新并反馈"锁定确 认"消息，跟随飞行器反馈的"锁定确认"消息中需包含其当前飞行状态信息;设置自主调度 流程子状态为2;当特定触发事件发生时转换到状态4或5;
[0034] 状态4:自主调度流程锁定；触发事件为：主飞行器确认收到所有跟随飞行器反馈 的"锁定确认"消息;执行指令为:主飞行器计算生成自主调度指令;设置自主调度流程子状 态为3;当特定触发事件发生时转换到状态5或6;
[0035] 状态5:自主调度流程超时；触发事件为：主飞行器没有在预定时间内收到所有跟 随飞行器反馈的"锁定确认"消息或不能在预定时间内计算生成自主调度指令的收敛解;执 行指令为:确认自主调度流程用时超时并设置自主调度流程子状态为4;在设定超时时间到 达后转换到状态1;
[0036] 状态6:自主调度流程解锁;触发事件为：主飞行器广播"解锁自主调度时间窗口" 消息和自主调度指令的收敛解;执行指令为:所有跟随飞行器解锁飞行状态信息更新并执 行主飞行器广播的自主调度指令;设置自主调度流程子状态为5;在设定指令执行时间到达 后转换到状态1。
[0037] 进一步的，所述场景（3)中，自主调度降落指令的原始格式将被进一步解析，解析 内容包括：
[0038] ①作为降落序列中的第一个飞行器，自主调度降落指令将被解析为一个直接的 "领飞"引导指令;如果该飞行器是载人航空器，机组人员观察到"领飞"引导指令的语音或 视觉提示后手动或自动执行（如果该飞行器安装了自动驾驶仪)相应的仪表或目视进近程 序完成降落操作;该飞行器安装了自动驾驶仪;如果该飞行器是无人机，所述机载自主调度 系统将与其他提供空中间隔配备功能的机载规避/防撞系统有效融合W保障空中避障，并 通过机载飞控系统自动引导飞行器完成降落操作；
[0039] ②作为降落序列中的其他飞行器，自主调度降落指令将被解析为"跟飞飞行器# j"，飞行器#j是自主调度降落指令中降落序列中该飞行器的前一架飞行器；
[0040] 所述解析内容②包括：
[0041] <1〉如果该飞行器是载人航空器且没有安装具备空中间隔配备保障功能的飞行管 理系统，机组人员通过视觉或借助提供空中交通的当前全局信息图形显示的机载设备捕捉 飞行器#j，从而跟飞W完成降落操作；
[0042] <2〉如果该飞行器是载人航空器且安装了具备空中间隔配备保障功能的飞行管理 系统，"跟飞飞行器指令进一步转化为目标速度引导指令，该指令通过飞行管理系统最 终转化为飞行引导仪指令和自动驾驶仪指令;机组人员根据飞行引导仪指令手动操纵飞机 或使用自动驾驶仪自动完成降落操作；
[0043] <3〉如果该飞行器是无人机，所述机载自主调度系统将与其他提供空中间隔配备 功能的机载规避/防撞系统有效融合W保障空中避障，并通过机载飞控系统提供的自动驾 驶功能自动引导飞行器完成降落操作。
[0044] 本发明的有益效果为：
[0045] 本发明采用上述技术方案:无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统， 包括数据接口，机载自主调度系统通过所述数据接口与无人机或载人航空器的机载系统实 现数据互联，所述机载自主调度系统集成在无人机或载人航空器的机载系统中。
[0046] 机载自主调度系统的优化算法建立在分布式系统协调决策机制的基础之上，其设 计原理在保障空中间隔配备的基础上确定运营场景中所有飞行器的全局最优降落序列。在 无人机和载人航空器共存的动态运营环境装有所述系统的飞行器将具备自主调度能力。
[0047] 在无人机和载人航空器共存的运营环境下，尤其是在无空管直接控制的降落设施 和周边空域，该发明描述的机载自主调度系统可W确保所有飞行器安全高效的降落。该发 明也意识到将来无人机和载人航空器共存的运营环境将越来越复杂，所述的机载自主调度 系统也可W在其分布式系统协调决策机制的基础上扩展到其他自主调度指令，例如编队完 成指定飞行程序等。
[0048] 为了上述W及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求 中特别指出的特征。下面的说明W及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是 各个实施例的原则可W利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下 面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有运些方面W及它们 的等同。
【附图说明】
[0049] 图1是本发明提供的有限状态机概念实现示意图；
[0050] 图2是本发明提供的飞行状态信息更新流程的状态和状态之间的转换逻辑图；
[0051 ]图3是本发明提供的自主调度流程的状态和状态之间的转换逻辑图；
[0052] 图4是本发明提供的载人飞行器自主调度降落指令转化过程图；
[0053] 图5是本发明提供的无人机自主调度降落指令转化过程图；
[0054] 图6是本发明提供的无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统的结构示 意图。
【具体实施方式】
[0055] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0056] W下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，W使本领域的技术人员能够 实践它们。其他实施方案可W包括结构的、逻辑的、电气的、过程的W及其他的改变。实施例 仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可W 变化。一些实施方案的部分和特征可W被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发 明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，W及权利要求书的所有可获得的等同 物。在本文中，本发明的运些实施方案可W被单独地或总地用术语"发明"来表示，运仅仅是 为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任 何单个发明或发明构思。
[0057] 本发明假想在无人机和载人航空器共存的运营环境中所有飞行器都集成了广播 式自动相关监视-发送/接收设备和提供飞行器之间通信的设备。该发明中所述机载自主调 度系统作为独立插件与无人机或载人航空器现有的机载系统集成，结构图示意图如图6所 示：
[0058] 当安装在无人机上时，所述机载自主调度系统将提供数据接口与无人机现有的机 载系统(集成广播式自动相关监视-发送/接收设备、通信设备、GPS接收机、机载感知规避系 统、机载防撞系统、机载气象避让系统、飞行控制系统、W及其他机载传感系统和避障系统） 实现数据互联。所述系统应预留与其他提供空中间隔配备功能的机载规避/防撞系统有效 融合的接口。所述机载自主调度降落系统将从广播式自动相关监视-发送/接收设备获得周 边空中交通信息（例如，所有周边飞行器的位置和速度等）；所述机载自主调度系统将通过 机载通信设备广播自主调度降落指令和接收周边飞行器的确认信息。
[0059] 当安装在载人航空器上时，取决于载人航空器现有机载系统的系统架构和功能， 所述系统可灵活选择安装实现方案。例如当载人航空器为低端通航飞机时，所述系统可作 为软件独立插件直接与现有机载广播式自动相关监视-发送/接收设备集成。当载人航空器 为高端公务机或运输类大型飞机时，所述系统可作为软件独立插件直接与具备空中间隔配 备保障功能的飞行管理系统集成。
[0060] 本实施例中，机载自主调度系统通过广播式自动相关监视-发送/接收设备获取周 边所有飞行器的下列飞行状态信息维位置;速度;垂直速度;航向；飞行路径意图；W及 运些状态信息相对应的时间戳。在此基础上所述机载自主调度系统由优化算法计算出能够 保障空中间隔配备的自主调度降落指令。
[0061 ]所述机载自主调度系统的优化算法建立在分布式系统协调决策机制的基础之上， 其设计原理在保障空中间隔配备的基础上确定运营场景中所有飞行器的全局最优降落序 列。在无人机和载人航空器共存的动态运营环境装有所述系统的飞行器将具备自主调度能 力。
[0062] 所述机载自主调度系统的优化算法使用的分布式协调模型通过有限状态机的形 式设计和实现。所述分布式协调模型包含多个相对独立的流程，例如自主调度流程和飞行 状态信息更新流程。每个独立的流程都通过包含多个有效离散状态和状态之间的转换逻辑 组成，且状态之间的转化逻辑都由事件触发。有限状态机的概念实现如图1所示。有限状态 机的基于事件触发的确定性逻辑可W确保在在无人机和载人航空器共存的动态运营环境 任何飞行器在任何时间用于生成自主调度指令所需的信息都是完全相同的，从而保证生成 的自主调度指令也是一致的。
[0063] 当无人机和载人航空器共同运营在无空管直接控制的降落设施和周边空域时，任 何飞行器可通过所述机载自主调度系统启动飞行状态信息更新流程。通过执行飞行状态信 息更新流程运营场景中的所有飞行器(主飞行器和跟随飞行器)可W及时同步的更新飞行 状态信息，并W此掌握运营场景中空中交通的当前全局信息。
[0064] 飞行状态信息更新流程的状态和状态之间的转换逻辑的实现如表1和图2所示：
[0065] 表1飞行状态信息更新流程的状态和状态之间的转换逻辑表
[0066]
[(
[0068] 当运营场景中某飞行器（主飞行器）需要降落时可通过所述系统启动自主调度流 程。通过执行自主调度流程主飞行器将计算生成自主调度降落指令。其格式为：
[0069] {自主调度流程编号，飞行器#1，飞行器#2…飞行器#(n-l)，飞行器#n}
[0070] 自主调度流程的状态和状态之间的转换逻辑的实现如表2和图3所示：
[0071] 表2自主调度流程的状态和状态之间的转换逻辑表
[0073]
[0074] 运营场景中载人航空器在接收主飞行器广播的自主调度降落指令时，可为机组人 员提供语音或视觉提示。取决于飞行器的机载设备功能和在自主调度降落指令中降落序列 的位置，自主调度降落指令的原始格式将被进一步解析：
[0075] 作为降落序列中的第一个飞行器，自主调度降落指令将被解析为一个直接的"领 飞"引导指令。如果该飞行器是载人航空器，机组人员观察到"领飞"引导指令的语音或视觉 提示后可W手动或自动（如果该飞行器安装了自动驾驶仪)执行相应的仪表或目视进近程 序完成降落操作。如果该飞行器是无人机，所述机载自主调度系统将与其他提供空中间隔 配备功能的机载规避/防撞系统有效融合W保障空中避障，并通过机载飞控系统自动引导 飞行器完成降落操作。
[0076] 作为降落序列中的其他飞行器，自主调度降落指令将被解析为"跟飞飞行器#j" (飞行器#^'是自主调度降落指令中降落序列中该飞行器的前一架飞行器）：
[0077] 如果该飞行器是载人航空器且没有安装具备空中间隔配备保障功能的飞行管理 系统，机组人员可W通过目视或借助提供空中交通的当前全局信息图形显示的机载设备捕 捉飞行器#^'，从而跟飞W完成降落操作。
[0078] 如果该飞行器是载人航空器且安装了具备空中间隔配备保障功能的飞行管理系 统，"跟飞飞行器#j"指令可W进一步转化为目标速度引导指令，该指令可W通过飞行管理 系统最终转化为飞行引导仪指令和自动驾驶仪指令。机组人员可W根据飞行引导仪指令手 动操纵飞机或使用自动驾驶仪自动完成降落操作。指令的转换过程见图4所示。
[0079] 如果该飞行器是无人机，所述机载自主调度系统将与其他提供空中间隔配备功能 的机载规避/防撞系统有效融合W保障空中避障，并通过机载飞控系统提供的自动驾驶功 能自动引导飞行器完成降落操作。其指令的转换过程如图5所示。
[0080] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种 形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技 术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度系统，其特征在于，包括数据接口，机 载自主调度系统通过所述数据接口与无人机或载人航空器的机载系统实现数据互联，所述 机载自主调度系统集成在无人机或载人航空器的机载系统中；所述机载自主调度系统包括 融合接口，用于与其他提供空中间隔配备功能的机载感知规避系统和机载防撞系统有效融 合。2. 如权利要求1所述的机载自主调度系统，其特征在于，所述无人机的机载系统包括集 成广播式自动相关监视-发送/接收设备、通信设备、GPS接收机、机载感知规避系统、机载防 撞系统、机载气象避让系统、飞行控制系统以及其他机载传感系统和避障系统；当机载自主 调度系统安装在无人机上时，所述机载自主调度系统的数据接口与无人机的广播式自动相 关监视-发送/接收设备、通信设备、GPS接收机、机载感知规避系统、机载防撞系统、机载气 象避让系统、飞行控制系统以及其他机载传感系统和避障系统实现数据互联。3. 如权利要求1所述的机载自主调度系统，其特征在于，所述机载自主调度系统包括局 部数据库，用于存储每个飞行器的广播式自动相关监视-发送/接收消息； 所述机载自主调度系统将从广播式自动相关监视-发送/接收设备获得周边空中交通 信息，包括所有周边飞行器的位置和速度;所述机载自主调度系统将通过机载通信设备广 播自主调度降落指令和接收周边飞行器的确认信息。4. 如权利要求1所述的机载自主调度系统，其特征在于，当机载自主调度系统安装在载 人航空器上且载人航空器为低端通航飞机时，所述机载自主调度系统作为软件独立插件与 机载广播式自动相关监视-发送/接收设备集成；当载人航空器为高端公务机或运输类大型 飞机时，所述机载自主调度系统作为软件独立插件与具备空中间隔配备保障功能的飞行控 制系统集成。5. 如权利要求3所述的机载自主调度系统，其特征在于，所述机载自主调度系统通过广 播式自动相关监视-发送/接收设备获取周边所有飞行器的飞行状态信息，包括:三维位置、 速度、垂直速度、航向、飞行路径意图以及上述状态信息相对应的时间戳;所述机载自主调 度系统由优化算法计算出能够保障空中间隔配备的自主调度降落指令； 所述机载自主调度系统包括飞行状态信息更新模块，当无人机和载人航空器共同运营 在无空管直接控制的降落设施和周边空域时，任何飞行器通过所述机载自主调度系统的飞 行状态信息更新模块用于启动飞行状态信息更新流程;通过执行飞行状态信息更新流程运 营场景中的所有飞行器及时同步的更新飞行状态信息，并以此掌握运营场景中空中交通的 当前全局信息。6. 如权利要求5所述的机载自主调度系统，其特征在于，所述机载自主调度系统包括自 主调度模块，当运营场景中某飞行器需要降落时通过所述机载自主调度系统启动自主调度 模块，用于提供自主调度流程，通过执行自主调度流程主飞行器计算生成自主调度降落指 令； 所述机载自主调度系统包括语音提示模块和视频模块，运营场景中载人航空器在接收 主飞行器广播的自主调度降落指令时，通过语音提示模块为机组人员提供语音提示或通过 视频模块为机组人员提供视觉提示。7. -种如权利要求1-6中任一项所述的无人机与载人航空器共存环境下机载自主调度 系统的调度方法，其特征在于，所述调度方法采用机载自主调度系统的优化算法实现，所述 优化算法建立在分布式系统协调决策机制的基础之上； 所述调度方法根据下述场景进行相应的处理： (1) 当无人机和载人航空器共同运营在无空管直接控制的降落设施和周边空域时，任 何飞行器通过所述机载自主调度系统的飞行状态信息更新模块启动飞行状态信息更新流 程； (2) 当运营场景中主飞行器需要降落时通过所述机载自主调度系统的自主调度模块启 动自主调度流程，通过执行自主调度流程主飞行器将计算生成自主调度降落指令； (3) 运营场景中载人航空器在接收主飞行器广播的自主调度降落指令时，所述机载自 主调度系统的语音提示模块为机组人员提供语音提示或通过视频模块为机组人员提供视 觉提示;取决于飞行器的机载设备功能和在自主调度降落指令中降落序列的位置，自主调 度降落指令的原始格式将被进一步解析； 所述机载自主调度系统的优化算法使用的分布式协调模型通过有限状态机的形式实 现;所述分布式协调模型包含多个相对独立的流程，包括自主调度流程和飞行状态信息更 新流程;每个独立的流程都通过包含多个有效离散状态和状态之间的转换逻辑组成，且状 态之间的转化逻辑都由事件触发。8. 如权利要求7所述的调度方法，其特征在于，所述场景（1)中，飞行状态信息更新流程 的状态包括： 状态1:全局初始化;触发事件为进入运营场景指令;执行指令为:初始化运营场景内所 有飞行器的状态信息:包括生成用于存储每个飞行器的广播式自动相关监视-发送/接收消 息的局部数据库；当特定触发事件发生时转换到状态2; 状态2:飞行状态信息更新流程初始化，触发事件为:在没有其他当前活动的飞行状态 信息更新流程的前提下飞行器i启动飞行状态信息更新流程;执行指令为:记录启动飞行状 态信息更新流程的飞行器编号，此飞行器为主飞行器;记录飞行状态信息更新流程编号；当 特定触发事件发生时转换到状态3; 状态3:飞行状态信息广播;触发事件为：主飞行器广播其飞行状态信息；执行指令为： 通知运营场景中其他飞行器在其广播式自动相关监视-发送/接收消息的局部数据库中更 新主飞行器的飞行状态信息；所述其他飞行器为跟随飞行器；当特定触发事件发生时转换 到状态4; 状态4:确认接收飞行状态信息更新通知；触发事件为:所有跟随飞行器确认接收到主 飞行器广播的飞行状态信息更新消息;执行指令为:所有跟随飞行器在其广播式自动相关 监视-发送/接收消息的局部数据库中更新主飞行器的飞行状态信息;在设定指令执行时间 到达后转换到状态1。9. 如权利要求7所述的调度方法，其特征在于，所述场景(2)中，自主调度降落指令的格 式为： {自主调度流程编号，飞行器#1，飞行器#2···飞行器#(n-l)，飞行器#n}; 自主调度流程的状态包括： 状态1:全局初始化;触发事件为:进入运营场景指令;执行指令为:初始化运营场景内 所有飞行器的状态信息:例如生成用于存储每个飞行器的广播式自动相关监视-发送/接收 消息的局部数据库；当特定触发事件发生时转换到状态2; 状态2:自主调度流程初始化;触发事件为:在没有其他当前活动的自主调度流程的前 提下飞行器i启动自主调度流程;执行指令为:记录启动自主调度流程的飞行器编号；此飞 行器为主飞行器;记录自主调度流程编号； 主飞行器检验通过广播式自动相关监视-发送/接收设备获取的运营场景内其他飞行 器飞行状态信息的时间戳，如有任何跟随飞行器的飞行状态信息的时间戳过期，转换到状 态1，如所有跟随飞行器的飞行状态信息都为当前信息，设置自主调度流程子状态为1;所述 其他飞行器为跟随飞行器;当特定触发事件发生时转换到状态3; 状态3:等待"锁定确认"；触发事件为:主飞行器广播"锁定自主调度时间窗口"消息执 行指令为:通知运营场景中所有跟随飞行器锁定其飞行状态信息更新并反馈"锁定确认"消 息，跟随飞行器反馈的"锁定确认"消息中需包含其当前飞行状态信息；设置自主调度流程 子状态为2;当特定触发事件发生时转换到状态4或5; 状态4:自主调度流程锁定;触发事件为：主飞行器确认收到所有跟随飞行器反馈的"锁 定确认"消息；执行指令为：主飞行器计算生成自主调度指令;设置自主调度流程子状态为 3;当特定触发事件发生时转换到状态5或6; 状态5:自主调度流程超时；触发事件为：主飞行器没有在预定时间内收到所有跟随飞 行器反馈的"锁定确认"消息或不能在预定时间内计算生成自主调度指令的收敛解;执行指 令为:确认自主调度流程用时超时并设置自主调度流程子状态为4;在设定超时时间到达后 转换到状态1; 状态6:自主调度流程解锁;触发事件为：主飞行器广播"解锁自主调度时间窗口"消息 和自主调度指令的收敛解;执行指令为:所有跟随飞行器解锁飞行状态信息更新并执行主 飞行器广播的自主调度指令;设置自主调度流程子状态为5;在设定指令执行时间到达后转 换到状态1。10.如权利要求9所述的调度方法，其特征在于，所述场景（3)中，自主调度降落指令的 原始格式将被进一步解析，解析内容包括： ① 作为降落序列中的第一个飞行器，自主调度降落指令将被解析为一个直接的"领飞" 引导指令;如果该飞行器是载人航空器，机组人员观察到"领飞"引导指令的语音或视觉提 示后手动或自动执行（如果该飞行器安装了自动驾驶仪)相应的仪表或目视进近程序完成 降落操作；；如果该飞行器是无人机，所述机载自主调度系统将与其他提供空中间隔配备功 能的机载规避/防撞系统有效融合以保障空中避障，并通过机载飞控系统自动引导飞行器 完成降洛操作； ② 作为降落序列中的其他飞行器，自主调度降落指令将被解析为"跟飞飞行器#j"，飞 行器#j是自主调度降落指令中降落序列中该飞行器的前一架飞行器； 所述解析内容②包括： 〈1>如果该飞行器是载人航空器且没有安装具备空中间隔配备保障功能的飞行管理系 统，机组人员通过视觉或借助提供空中交通的当前全局信息图形显示的机载设备捕捉飞行 器扪，从而跟飞以完成降落操作； 〈2>如果该飞行器是载人航空器且安装了具备空中间隔配备保障功能的飞行管理系 统，"跟飞飞行器扪"指令进一步转化为目标速度引导指令，该指令通过飞行管理系统最终 转化为飞行引导仪指令和自动驾驶仪指令;机组人员根据飞行引导仪指令手动操纵飞机或 使用自动驾驶仪自动完成降落操作； 〈3>如果该飞行器是无人机，所述机载自主调度系统将与其他提供空中间隔配备功能 的机载规避/防撞系统有效融合以保障空中避障，并通过机载飞控系统提供的自动驾驶功 能自动引导飞行器完成降落操作。
【文档编号】G08G5/00GK105957404SQ201610301282
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】丁元沅
【申请人】丁元沅