专利名称：用于自动绕圈飞行的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明一般来说涉及用于飞行器的飞行控制系统领域，尤其涉及用于在选择的固定或运动点周围，实现和保持圆圈(circular)飞行路径的系统。
背景技术：
经常期望使飞行器在感兴趣的指定的区域(如事故现场或正在搜索的区域)周围，以描述闭环的地面轨迹(ground track)的路径飞行。一个好处是飞行器与该区域保持距离，从飞行器朝向感兴趣的区域提供连续的视线。
当飞行器在手动控制下飞行时，不管由飞行器上的飞行员或由遥控地操作飞行器的飞行员，通过观察感兴趣的区域、以及响应该观察控制飞行器的飞行，飞行员可以保持在该区域周围期望的路径。这可被实现的一种方法是飞行员使飞行器以倾斜转弯姿态(banked attitude)飞行，保持通常恒定的旋转(turn)以在感兴趣的区域绕圈。飞行员可以尝试在特定点的周围，使飞行器以圆圈路径飞行，该特定点可以由传统的导航手段如无线电信号，或通过使用全球定位系统来定位。为保持圆圈路径，飞行员必须与选择的点保持恒定的半径距离。
用于飞行闭环的可替换的方法是，通过飞往航路点(waypoint)并且按环形序列，将飞行器转向下一个航路点。在图1中图示了该方法，该图描述了在感兴趣的区域11周围的通常的圆圈路径13。路径13由多个航路点和连接相邻各航路点的飞行区段(segment)定义。如所示，路径13包括8个航路点，标为A至H，尽管路径13可能包括更多或更少的航路点。飞行员使飞行器从每个航路点飞行到相邻的航路点，并且可以以任一方向飞行该路径。例如，飞行器可以在航路点A开始路径13，并且沿区段15直接飞向航路点B。在航路点B，飞行员将飞行器转向直接朝向航路点C，沿区段17飞行飞行器。飞行员沿笔直的各段继续飞往后来的各航路点，并且通过沿区段19从航路点H飞向航路点A，完成路径13。飞行员然后可以通过再一次飞往航路点B，继续路径13。
机上或远处的飞行员手动地使飞行器按期望的路径飞行的要求，增加了飞行员的工作负荷，并且降低了飞行员观察感兴趣区域的能力。而且，在绕圈的同时，特别是在有风的状况下，飞行员也可能难以与该地点(location)保持期望的距离。对于用以描述圆圈路径的航路点方法，该路径必须具有大的半径和/或许多航路点。选择这样一组航路点可能是困难并且耗费时间的。
许多现代飞行器，包括有人驾驶和无人驾驶的飞行器，都具有用来保持选择的各飞行参数在或接近各选择值的飞行控制系统。这些参数可以包括高度、航向(heading)、地面轨迹、姿态、和/或速度，并且控制系统通过发送到飞行器的飞行控制系统的命令，保持每个参数。速度可以被控制为飞行器的空速(airspeed)或惯性速度。空速被定义为飞行器相对于该飞行器在其中飞行的气团的向前的速度，而惯性速度被定义为飞行器相对于该飞行器在其上飞行的地面的速度。
现有的飞行控制系统提供通过飞向各航路点来沿闭环路径的自动飞行。或者，飞行器可能被命令徘徊在周围或附近区域，在该区域中，飞行控制系统使飞行器以复杂的图案或地面轨迹飞行。例如，有些系统将控制飞行器在地面上选择的点(该点可以GPS坐标或由其它坐标系给出)上方飞行，然后使飞行器转向，以再次飞越该相同的点。这些路径的地面轨迹可以是规则的图案，如“8字形”图案，或这些路径可以是不规则的形状。这些系统的缺点是，它们可能不提供连续的视线，或可能需要重新定位飞行器上的观察器或设备，以连续观察感兴趣的区域。
发明内容
需要一种飞行控制系统，其提供以命令的高度和速度环绕命令的中心和半径的圆圈的自动飞行。
因此，本发明的目的是提供一种飞行控制系统，其提供以命令的高度和速度环绕命令的中心和半径的圆圈的自动飞行。
一种飞行器的飞行控制系统被配置来接收命令信号，该命令信号表示地球空间点的地点和关于地球空间点的半径的命令值，以便定义圆圈的地面轨迹。传感器确定飞行器的地球空间地点，并且提供表示飞行器地点的地点信息。用于命令飞行器上的各飞行控制设备的控制器控制所述飞行器的飞行，并且被配置来接收各命令信号和地点信号。控制器利用各命令信号和地点信号来操作各飞行控制设备，以便控制飞行器的飞行，从而指导飞行器通常朝向圆圈的地面轨迹的切点，然后保持沿该圆圈的地面轨迹的飞行路径。
本发明提供几个优势，包括(1)系统自动操作飞行器以便绕具有选择的中心和半径的圆圈飞行的能力；以及(2)从位于圆圈内部的或外部的初始点，与圆圈相交并绕圈飞行的能力。
为了更全面地理解本发明，包括它的特征和优点，现在引入结合附图对本发明进行的详细描述，在附图中，相同的标号指相同的部件，在附图中图1是当利用现有技术航路点方法，用来使飞行器在感兴趣的区域周围飞行时，飞行路径的原理性视图；图2A是根据本发明并且配置来供遥控驾驶的飞行器使用的、飞行控制系统的原理性视图；图2B是图2A的飞行控制系统的部分的流程图视图；图3是具有图2A中所示的飞行控制系统的飞行器的透视图；图4是飞行器飞行的地面轨迹图，飞行器的飞行由图2A的系统控制，以顺时针方向飞行圆圈路径，该飞行器已从指定圆圈外部启动；图5是飞行器飞行的地面轨迹图，飞行器的飞行由图2A的系统控制，以逆时针方向飞行圆圈路径，该飞行器已从指定圆圈外部启动；图6是飞行器飞行的地面轨迹图，飞行器的飞行由图2A的系统控制，以顺时针方向飞行圆圈路径，该飞行器已从指定圆圈内部启动；图7是飞行器飞行的地面轨迹图，飞行器的飞行由图2A的系统控制，以逆时针方向飞行圆圈路径，该飞行器已从指定圆圈内部启动；以及图8是飞行器飞行的地面轨迹图，飞行器的飞行由图2A的系统控制，以逆时针方向飞行圆圈路径，该飞行器已从朝向指定圆圈中心的地点开始；具体实施方式
本发明贯注于配置来自动控制飞行器飞行的飞行控制系统，使得飞行器飞向选择的感兴趣的区域，并且以指定的半径、高度和速度环绕该区域中选择的点。特别地，该系统产生倾斜转弯命令，以使飞行器在转弯时(in a turn)倾斜，并且该倾斜转弯命令跟速度和高度误差信号一起使用，以飞行所选择的圆圈路径。控制系统只要求空间中的一个点和半径，以定义圆圈，并且该控制系统对于控制所有类型的有人驾驶和无人驾驶的飞行器(包括直升机、旋翼和固定翼飞行器)是有用的。该系统尤其适合用于执行侦察(surveillance)、搜索、救援和军事任务的飞行器。
例如，当用于运送受伤病人的医用疏散(evacuation)直升机被派遣到事故现场时，可使用该系统。派遣者可给直升机机组人员(crew)提供事故的坐标，并且该系统将使直升机能以最快的可能的时间到达那里，而不需要跟随地标。同样，执法的直升机能够被派遣到指定的地点，环绕该地点而不需要飞行员的输入。另一实例是，使用该系统以便直升机用来提供交通报道，该直升机能够快速地和容易地到达指定的事故或交通地点，然后环绕该区域。军用飞行器能够使用本发明的系统用于武装直升机，允许该飞行器环绕识别的目标。
本发明的系统通过选择以下参数，命令飞行器在任一选择的点(经度和纬度，或在已经被编程到飞行控制系统内的另一个参照系统中指定)周围，自动地以圆圈路径飞行(1)圆圈的中心点或圆点(circle point)；(2)圆圈的半径；(3)要飞行的空速或惯性速度；(4)要飞行的高度；以及(5)围绕要飞行的圆圈盘旋的方向。应当注意，通过连续地改变半径和/或命令的空速，可以容易地改变圆圈图案为任一维的螺旋。也没有必要保持圆圈的中心点固定。中心点可以是移动的目标，只要该中心点的速度小于飞行器的命令的速度。
参照附图，图2A是根据本发明的控制系统的一个实施例的原理性视图。控制系统21被具体地配置来供无人的、遥控驾驶的飞行器(如图3的飞行器23)使用，尽管系统21可以可替换地被配置来供任一类型的有人驾驶的或无人驾驶的飞行器使用。飞行器23是由推进旋翼25(prop-rotor)推进的倾转旋翼(tiltrotor)飞行器，该推进旋翼25可旋转地安装到可移动的发动机舱(nacelle)27。每个发动机舱27能够相对于相关联的机翼(wing)29，在对应于图中所示的飞机飞行模式的位置、和对应于直升机模式(其中推进旋翼25通常在水平面中旋转)的位置之间，在枢轴上转动(pivot)。推进旋翼由容纳在机身(fuselage)31内或在每个发动机舱27中一个或更多的发动机(未示出)提供动力。转舱(turret)33可旋转地安装在机身31上，以便为各传感器(未示出)提供可旋转的安装(mount)，该传感器可以包括光学的、红外的或其它类型的传感器。图2的系统21基于计算机，并且优选地被携带在飞行器23内，尽管系统21的各部分可以远离飞行器放置。
再参照图2A和图2B，系统21包括自动绕圈飞行控制系统35，该控制系统35通过在飞行器23上携带的接收机37，接收从地面控制站(GCS)36传输的命令数据，该命令数据表示用于命令的绕圈控制(maneuver)的各参数。此外，系统35也提供表示飞行器23的地点、速度、以及高度的数据。地点数据由至少一个位置(position)传感器39，如惯性导航传感器(INS)、RADAR(雷达)系统、或能够从全球定位系统(GPS)信号计算位置的传感器提供。至少一个速度传感器41提供表示飞行器23的各速度的数据，并且该速度可作为空速和/或惯性速度测量，用于和绕圈控制时将飞行的命令的速度比较。在所示的实施例中，命令的和测量的速度为飞行器23的空速。高度传感器43提供高度数据，该高度数据可以以海拨高度或本地陆(terrain)上高度提供。系统35利用传感器39、41和43提供的数据、和来自接收机37的命令数据，来操作飞行器23上的各飞行控制设备45，以使飞行器23根据命令的各参数飞行。
图2B是绕圈飞行控制系统35的流程图视图，该控制系统35包括三个系统部分(section)47、49和51，每个部分47、49和51执行影响飞行器23飞行的一个方面的计算。部分47产生倾斜转弯命令信号53，部分49产生空速误差信号55，以及部分51产生高度误差信号57。信号53、55和57的组合允许系统35命令各飞行控制设备45按命令的路径操纵(maneuver)飞行器23。
在操作中，系统35的部分47在步骤59中，计算命令的圆点的范围和方位。通过比较通过接收机37提供的圆点的位置、和由位置传感器39提供的飞行器的地点，算出这些计算结果。然后，这些计算结果在步骤61中，被用来确定地面轨迹，该地面轨迹是从飞行器23上面、从飞行器23当前的位置到与命令的圆圈相切的点看时、飞行器23的飞行路径的二维投影。通过使用选择的半径(该半径指示从该圆圈的中心到该切点)，并且通过使用环绕该圆圈行进的方向(该方向确定地面轨迹将与圆圈的哪一侧相截(intercept))，来计算地面轨迹。地面轨迹优选地为与该圆圈的半径在切点垂直的直路径，尽管必要时，如避免陆地或规避检测，可以使用其它的路径。选择的半径和行进的方向(顺时针或逆时针)也通过接收机37提供到系统35。取决于给系统21命令时，相对于圆圈的飞行器速度和位置，可以从圆圈的外侧或内侧接近圆圈。
当到切点的距离大于命令的圆圈半径时，部分47控制飞行器23向切点飞行。一旦当飞行器23与切线相截(或在选择的切点范围内)时，发生步骤63，部分47开始产生倾斜转弯命令53，以连续地使飞行器23沿圆圈的周线(circumference)飞行。在步骤65，飞行器23的地点连续地与圆圈半径地点比较，以确定飞行器23与圆心的距离。如果该距离大于命令的半径，指示半径误差，则步骤65改变到各飞行控制设备45的倾斜转弯命令53，以驱动半径误差为零。
在图2B的实施例中，系统35的部分49计算空速误差55，该空速误差55用于控制飞行器23上的各节流阀(throttle)或其它设备，以保持选择的空速。该选择的空速是当飞行器23飞向期望的圆圈的切点时的命令的空速(“飞往(fly-to)”空速)，或是当环绕圆圈飞行时、飞行器23要保持的命令的空速(绕圈空速)。此外，部分49包括缓变(ramp)功能，如果各空速值不相同，则用于将飞行器23的空速从“飞往”空速变为绕圈空速。缓变率表示为空速改变率，例如1kt/sec.
在部分49开始时，步骤67提供与圆圈距离的计算，在该距离处，应当开始来自现有空速命令的缓变率，使得大概在飞行器23与圆圈交叉的同时，飞行器23将以选择的圆圈空速行进。该距离输出，在图中显示为“B”，与步骤69的输出比较，其使用从部分47的步骤59中输出的选择的半径和到圆心的范围，确定到切点的范围。表示到切点的范围的输出值在图中显示为“A”。
在步骤71中，比较值A和B以确定是否A小于B。如果不是，则这意味着飞行器23还离切线截点太远，而不开始缓变空速，并且系统35继续使用之前的“飞往”空速命令作为输出到节点73的空速命令。用表示飞行器23的当前空速的反馈信号与空速命令输出求和，用于产生空速误差55，该空速误差55用于操作飞行器23上的各设备以控制空速，使得空速误差被最小化。如果A小于B，则这意味着飞行器23与切点处于或小于需要以选择的比率缓变空速的距离。步骤75产生新空速命令输出，用于以选择的比率，将空速命令输出从之前的命令缓变到绕圈空速命令，并且在节点73，对该空速命令输出和空速反馈信号求和，以计算空速误差55。
按照与在部分49中所使用的计算空速误差的相同方式，部分51计算高度误差57，该高度误差用于操作在飞行器23上的各飞行控制表面或其它设备，以保持选择的高度。该选择的高度是当飞行器23飞向期望圆圈的切点时的命令的高度(“飞往”高度)，或是当环绕圆圈飞行时、飞行器23要保持的命令的高度(绕圈高度)。此外，部分51包括缓变功能，以便如果各高度值不同，就将飞行器的高度从“飞往”高度改变到绕圈高度。缓变率表示为高度改变率，例如1000ft/min。
在部分51开始时，步骤77提供与圆圈的距离的计算，在该距离处，应当开始来自现有高度命令的缓变率，使得大约在飞行器23与圆圈相截的同时，飞行器23将开始在选择的绕圈高度行进。该距离输出在图中显示为“C”，并且在步骤79中，与步骤69中的“A”比较，以判断是否A小于C。如果不是，飞行器23仍然离切线截点太远，而不开始缓变高度，并且系统35继续使用之前的“飞往”高度命令，作为到节点81的高度命令输出。该高度命令输出与代表飞行器23的当前高度的反馈信号求和，用于产生高度误差57，该高度误差57用于操作飞行器23上的各设备，以控制高度，使得高度误差57被最小化。如果A小于C，则飞行器23与切点处于或小于需要以选择的比率缓变高度的距离。步骤83产生新的高度命令输出，以便用选择的比率，将高度命令输出从之前的命令缓变到绕圈高度命令，并且该高度命令输出在节点81与高度反馈信号求和，用以计算高度误差57。
应当注意，图中所示的实施例包括使用各空速命令以控制飞行器的速度，尽管各惯性速度命令也可以或替换地用来命令用系统35控制的飞行器的速度。同样，必须遵循某些约束以实现命令的圆圈。例如，所指定的速度和半径必须兼容，以防止飞行器连续地超出圆圈的圆周。
在系统21中，对于系统35的命令，显示为从地面控制站(GCS)传输到飞行器，尽管可以使用其它的输入命令的方法。例如，在飞行飞行器之前，将所有的命令输入到系统35中，并且当飞行器飞行预定的路径到圆形时，该方法可以是有用的，使用该命令的各参数绕圈飞行一段选择的时间量，然后返回到发射点或着陆在替代地点(alternate location)。或者，在飞行前只有各选择的命令可以被输入，例如“飞往”速度和/或各高度值。也应当注意到，通过连续地改变选择的半径，可以容易地使用系统35，使该飞行器以任何指定维度的螺旋飞行。
对于有人驾驶的飞行器，感兴趣的地点能够被预先编程到系统35中，飞行员能够在目标被识别时输入数据，或是感兴趣的地点能够从任意数量的来源发送给飞行员。在全自动系统中，飞行员将不必操纵飞行器。系统35还能够用在具有或不具有全自动地飞行圆圈的能力的有人驾驶的飞行器上。在飞行导向器(director)的帮助下，飞行员能够通过跟随由系统35提供的视觉线索，被给予必要的信息，以便手动地使飞行器飞行到指定的圆圈切点，并且保持环绕该圆圈飞行。
有两种类型的情形，其中，系统35行动以与圆圈相切(intercept)1)当绕圈命令给到系统35，飞行器在命令的圆圈外部时；并且2)当绕圈命令被给到系统35，飞行器在命令的圆圈内部时。图4至8图示用于使用系统35的飞行器的地面轨迹，用于当接收到绕圈命令(或如果在飞行前输入，按绕圈命令行动)时，使飞行器向北飞行(0度航向)的情形。图4和5图示了飞行器在指定的圆圈外部的情形，以及图6至8图示了飞行器在指定的圆圈内部的情形。各地面轨迹未示出飞行器的高度，因为它们是飞行路径的二维俯视视图。
当从圆圈外部接近圆圈时，系统35执行以下序列1.计算飞行器到命令的圆圈的切点的距离和方向2.命令飞行器飞行路径，以在与环绕圆圈旋转的命令的方向相应的切点，与圆圈相切3.计算速度/距离概图(profile)(使用指定的速度缓变率)，以便得到与圆圈相切时的绕圈速度4.保持当前的命令的速度，直到有必要改变速度以便以所述绕圈速度与圆圈相切，然后遵循计算的速度/距离概图5.计算高度/距离概图(使用指定的高度缓变率)，以便得到当与圆圈相切时的绕圈高度6.保持当前的命令的高度，直到有必要改变高度以在所述绕圈高度处与圆圈相切，然后遵循计算的高度/距离概图7.当飞行器到达切点指定的范围极限内的点时，提供倾斜转弯命令，来产生瞬时的转弯角速度，以保持飞行器在圆圈中心周围的圆圈半径上8.继续命令速度、高度和转弯角速度(turn rate)，以连续飞行命令的圆圈9.如果当圆形参数给出时所述速度过高，并且飞行器穿过计算的切点，则飞行器将通过从它的当前地点重新计算切点，来尝试另一次接近，并且飞行合适的路径到该点，并且实现所述的圆圈图4显示了飞行器由系统35命令来相切、并且环绕具有中心89和半径91的圆圈87飞行的地面轨迹85。地面轨迹85画在距离图上，该距离图指示圆圈半径91为1000ft，并且圆圈中心89位于飞行器的航向和初始位置以东2000ft、以及在飞行器初始位置以北2000ft。最初，飞行器沿地面轨迹85的段(portion)93飞行，段93为正北并且沿着指示0ft东的垂直线。当飞行器已经飞行大约500ft时，按绕圈命令行动，并且飞行器转向沿着东北“飞往”段95飞行，以与圆圈87的西边部分相切，并且以顺时针方向环绕圆圈87飞行。当飞行器在切点97选择的距离之内时，系统35提供倾斜转弯命令，该倾斜转弯命令用来在中心89周围的半径91保持飞行器飞行路径。如图中所示，飞行器可以最初飞行稍微偏离圆圈87的圆周的曲线路径，尽管这在系统35采用倾斜转弯命令操作以最小化误差时将被校正。
图5显示了用于飞行器的地面轨迹99，所述飞行器由系统35命令以从圆圈101外部相切并且保持圆圈101。类似图4的圆圈87，圆圈101具有1000ft的半径103，以及位于飞行器的航向和初始位置以东2000ft、和飞行器的初始位置以北2000ft的中心105。在该示例中，飞行器将以逆时针方向飞行环绕圆圈101，并且飞行器从段107到“飞往”段109最初转向，指导飞行器朝向切点111，该切点在圆圈101的南边部分。一旦飞行器在切点111指定的范围内，则系统35提供倾斜转弯命令，以在选择的高度和速度，使飞行器环绕圆圈101飞行。
当飞行器已经在期望的圆圈的圆周内时，飞行器可接收命令绕行。当从圆圈的内部接近圆形时，系统35执行以下序列1.计算从圆圈内部接近圆圈半径的速度和方向-如果初始速度过高，则有必要穿到圆圈外部，并且从外部接近2.命令速度和方向，以与圆圈半径相交3.开始上升或下降以实现绕圈高度-如果在到达高度之前达到了圆圈半径，则继续上升或下降，直到到达期望的高度4.当飞行器到达圆圈半径指定的范围限制内的点时，提供倾斜转弯命令，以产生瞬时转弯角速度，以保持飞行器在圆圈半径上5.继续命令所述速度、高度、以及转弯角速度，以继续飞行命令的圆圈图6显示飞行器由系统35命令来飞行圆圈115的地面轨迹113。圆圈115具有4000ft的半径117，以及位于飞行器的初始位置正东3000ft的中心119，这使得飞行器位于圆圈115内1000ft。在该示例中，飞行器以逆时针方向环绕圆圈115飞行，并且飞行器从最初的段121到倾斜转弯段123的最初的转向，指导飞行器朝向截点125，该截点在圆圈115的西北部分。飞行器可能已经以足够高的速度行进，使得飞行器穿过圆圈115，在这种情况中，飞行器将继续倾斜转弯操纵，以达到期望的半径。在此时间期间，系统35将命令飞行器加速或减速，以达到期望的绕圈速度。系统35也将命令飞行器上升或下降，以到达期望的绕圈高度。
图7显示了飞行器由系统35命令以在逆时针方向飞行圆圈129的地面轨迹127。与图6中的示例相似，图7的地面轨迹显示飞行器的初始位置在圆圈129内，该圆圈129具有4000ft的半径，以及位于飞行器的初始位置正东3000ft的中心133。飞行器从最初的段135到倾斜转弯段137的初始转向，指导飞行器朝向截点139，该截点在圆圈129的西南边部分。因为系统35命令飞行器在段137从圆圈129翻圈飞行，所以飞行器能够在少许或没有过头(overshoot)的情况下飞到截点139，然后倾斜转弯以达到并保持期望的圆圈半径。在此期间，系统35将命令飞行器加速或减速，以达到期望的绕圈速度。系统35还将命令飞行器上升或下降，以到达期望的绕圈高度。
图8也显示了由系统35命令、以从圆圈143内的初始位置按逆时针方向飞行圆圈143的地面轨迹141。圆圈143具有1000ft的半径145，以及位于飞行器初始位置正北大约800ft的中心147。在显示的示例中，飞行器具有足够高的初始速度，使得如果飞行器将执行从初始部分151到切点149的转向，则飞行器将穿过圆圈143的圆周。因此，系统35命令飞行器在倾斜转弯段153最初转向东，以在倾斜转弯段155上转向切点之前，降低飞行器的速度。这允许飞行器在或接近切点149处，在几乎没有过头或不足的情况下与圆圈143相交，然后系统35命令倾斜转弯角度保持期望的圆圈半径。在此时间期间，系统35将命令飞行器加速或减速，以达到期望的绕圈速度。系统35还将命令飞行器上升或下降，以到达期望的绕圈高度。
尽管上文使用了无人驾驶的飞行器描述，但是本发明的系统适用于各种飞行器类型，包括有人驾驶的飞行器。本发明的系统还可以结合其它的特征，包括自动的或自主的搜索模式；检测、跟随、并且环绕目标的能力；碰撞规避能力；以及将控制返给飞行员的超控(override)方法。
本发明具有几个优势，包括(1)系统自动地操作飞行器，以便飞行具有选择的中心和半径的圆圈的能力；以及(2)从位于圆圈内部或外部的初始点，与圆圈相切并绕圈飞行的能力。
尽管参照示例性实施例描述了本发明，然而该描述意图不在于被理解为限制的意思。示例性实施例以及本发明其它实施例的各种修正和组合在参照该描述时，对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。
权利要求
1.一种用于飞行器的飞行控制系统，该系统包括接收命令信号的装置，该命令信号表示地球空间点的地点、以及关于该地球空间点的半径的各命令值，以定义圆圈的地面轨迹；确定飞行器的地球空间点的地点、以及提供表示所述飞行器的地点的地点信号的装置；以及用于命令飞行器上的各飞行控制设备以便控制飞行器的飞行的控制器，所述控制器还被配置来接收各命令信号和地点信号；其中所述控制器利用各命令信号和地点信号来操作各飞行控制设备，以控制飞行器的飞行，以便指导飞行器朝向所述圆圈地面轨迹的切点，用于与所述圆圈地面轨迹相切，然后通常保持沿圆圈地面轨迹的飞行路线。
2.如权利要求1所述的飞行控制系统，还包括用于确定飞行器的速度、并且提供表示所述飞行器的速度的速度信号的装置；其中所述各命令信号也表示绕圈速度的命令的值；并且其中所述控制器还被配置来接收速度信号，并且操作各飞行控制设备，以达到并且通常保持沿所述圆圈地面轨迹的绕圈速度。
3.如权利要求2所述的飞行控制系统，其中所述控制器包括缓变功能，用于基于飞行器到所述切点的距离，将飞行器当前的速度改变为绕圈速度。
4.如权利要求1所述的飞行控制系统，还包括用于确定飞行器高度、并且提供表示飞行器的高度的高度信号的装置；其中所述各命令信号也表示绕圈高度的命令的值；并且其中控制器也被配置来接收高度信号，并且操作各飞行控制设备，以便到达并且通常保持沿所述圆圈地面轨迹的绕圈高度。
5.如权利要求4所述的飞行器控制系统，其中所述控制器包括缓变功能，用于基于飞行器到切点的距离，将飞行器当前的高度改变到绕圈高度。
6.如权利要求1所述的飞行器控制系统，其中用于接收各命令信号的装置是接收机，所述接收机放置在飞行器上、并且配置来接收从远离飞行器的地点发送的各命令信号。
7.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中用于接收各命令信号的装置是接收机，所述接收机放置在飞行器上、并且配置来接收从远离飞行器的地点发送的各命令信号，并且其中所述各命令信号从地面控制站发送。
8.如权利要求1所述的飞行控制系统，其中用于接收各命令信号的装置是放置在飞行器上的输入设备。
9.一种用于控制飞行器飞行的方法，该方法包括a)输入各命令值到飞行控制器，所述各值表示地球空间的地点和半径，其中所述地点和半径定义了命令的圆圈地面轨迹；b)利用控制器计算从飞行器的当前地点到命令的圆圈地面轨迹的切点的距离和方向；c)利用控制器操作飞行器的至少一个飞行控制设备，以指导飞行器朝向所述切点；d)当飞行器到达所述切点的指定范围内的地点时，利用控制器操作至少一个飞行控制设备，以便产生飞行器的瞬时转弯角速度，用于通常保持飞行器沿命令的圆圈地面轨迹的飞行路径。
10.如权利要求9所述的方法，还包括输入表示命令的绕圈速度的命令值到飞行控制器中；以及利用控制器操作至少一个飞行控制设备，以便使飞行器通常保持沿命令的圆圈地面轨迹的命令的绕圈速度。
11.如权利要求10所述的飞行控制系统，还包括基于飞行器到切点的距离，将飞行器的速度从飞行器当前的速度缓变到命令的绕圈速度。
12.如权利要求9所述的方法，还包括输入表示命令的绕圈高度的命令值到飞行控制器中；以及利用控制器操作至少一个飞行控制设备，以便使飞行器通常保持沿命令的圆圈地面轨迹的命令的绕圈高度。
13.如权利要求12所述的飞行控制系统，还包括基于飞行器到所述切点的距离，将飞行器的高度从飞行器当前的高度缓变到命令的绕圈高度。
14.一种飞行器，包括飞行控制设备，用于控制飞行器飞行路径、速度和高度；以及飞行控制系统，包括用于接收各命令信号的装置，该命令信号表示地球空间点的地点、以及关于地球空间点的半径的各命令值，用于定义圆圈的地面轨迹；用于确定飞行器的地球空间点的地点并且提供表示所述飞行器的地点的地点信号的装置；以及用于命令各飞行控制设备的控制器，所述控制器还被配置来接收各命令信号和地点信号；其中所述控制器利用各命令信号和地点信号来操作各飞行控制设备，以控制飞行器的飞行，以便指导飞行器朝向所述圆圈地面轨迹的切点，使得与所述圆圈地面轨迹相交，然后通常保持沿圆圈地面轨迹的飞行路径。
15.如权利要求14所述的飞行器，其中所述飞行器是无人驾驶的航空飞行器。
16.如权利要求14所述的飞行器，其中用于接收各命令信号的装置是放置在飞行器上的接收机，并且所述各命令信号被从远离飞行器的地点发送到所述接收机。
17.如权利要求14所述的飞行器，还包括用于确定飞行器的速度、并且提供表示所述飞行器的速度的速度信号的装置；其中所述各命令信号还表示绕圈速度的命令的值；并且其中所述控制器还被配置来接收速度信号，并且操作各飞行控制设备，以达到并且通常保持沿所述圆圈地面轨迹的绕圈速度。
18.如权利要求14所述的飞行器，还包括用于确定飞行器的高度并且提供表示飞行器的高度的高度信号的装置；其中所述各命令信号还表示绕圈高度的命令的值；并且其中控制器还被配置来接收高度信号，并且操作各飞行控制设备到达并且通常保持沿所述圆圈地面轨迹的绕圈高度。
全文摘要
一种用于飞行器的飞行控制系统，其被配置来接收各命令信号，该命令信号表示地球空间点的地点、以及关于该地球空间点的半径的各命令值，以定义圆圈的地面轨迹。传感器确定飞行器的地球空间地点，并提供表示该飞行器地点的地点信号。用于命令飞行器上的各飞行控制设备的控制器，控制飞行器的飞行，并被配置来接收各命令信号和地点信号。该控制器利用各命令信号和地点信号来操作各飞行控制设备，以控制该飞行器的飞行，以便指导飞行器通常朝向圆圈地面轨迹的切点，然后沿圆圈地面轨迹保持飞行路径。
文档编号G05D1/00GK101095090SQ200580045405
公开日2007年12月26日 申请日期2005年11月15日 优先权日2005年11月15日
发明者肯尼思·E·比尔塔, 詹姆斯·E·哈里斯, 比利·K·戈尔 申请人:贝尔直升机泰克斯特龙公司