用于无人机系统的机载命令单元、包括该机载命令单元的无人机和无人机系统的制作方法

本发明涉及无人飞行器领域，无人飞行器也通过术语“无人机”来表示，尤其是能够悬停的无人机，诸如旋翼飞行器。更具体地，本发明涉及应用于特定任务的用于无人机和无人机系统的命令设备。

背景技术：

可商购的无人机可以应用于不同的任务。无人机命令系统包括飞行控制系统，该飞行控制系统使驾驶员能够从地面站命令飞行器。由此，包括地面站和无人机的无人机系统包括数据链路。这些无人机一般用于在专用和相对清晰的空间中飞行。

目前小型无人机得到广泛商用，并且一般配备有诸如机载gps的地理定位系统以及相机。命令无人机的操作员例如，经由数据链路接收地理定位信息以及相机拍摄的图像的数据表示。因此，只要小型无人机保持在操作员的视野内，操作员就可以容易地命令小型无人机。这种类型的无人飞行器尤其旨在以低成本提供简化的命令系统。然而，证明在无人机行进到操作员的视野之外的情况下，无人机的命令更加艰巨。

用于较复杂的无人机系统的命令系统可以包括红外传感器、遥测传感器或者甚至致动器的命令的管理。然而，这种类型的无人机系统需要特别高的开发成本。而且，此类无人机一般仍然用于包括在专用和相对清晰的空间中实现的起飞、飞行和着陆的任务。尤其在操作员的视野之外的飞行基于例如，利用详细地图，与地面站相关联的无人机的地理定位，以允许操作员控制无人机。然而，证明这种类型的无人机系统在发生改变地理环境的自然灾害(诸如洪水或地震)的地方是不足的。某些地面站也可能需要若干操作员的协同行动，以便管理例如，领航和观测系统的控制。

因此，需要提供一种能够实现复杂任务的执行，同时便于操作员的行动，并且需要合理的开发成本的无人机系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过提出一种机载命令单元来克服现有技术的缺陷，该机载命令单元旨在简化用于各种任务的无人机系统的实现，同时能够实现合理的开发成本。

该目标通过一种机载命令单元来实现，该机载命令单元用于飞行平台，飞行平台包括控制飞行平台的至少一个推进单元的飞行控制系统，飞行控制系统包括用于管理飞行命令的自动驾驶模块，所述机载命令单元的特征在于：

-机载命令单元包括数据处理和存储单元，并且被配置为连接至飞行控制系统，并且生成寻址到自动驾驶模块的飞行命令序列；

-机载命令单元被配置用于管理生成表示飞行平台的环境的数据的至少一个环境传感器；

-机载命令单元存储用于执行确定任务的数据，并且根据来自所述环境传感器的数据，以使表示环境的数据适于执行任务的方式，执行表示环境的数据的处理，并且相对于与用于执行初始编程的所述确定任务的数据相对应的飞行命令，生成至少一个新的飞行命令。

有利地，根据本发明的命令单元可以提高无人机的自主性，以及其执行任务的适应性，飞行平台没有必要针对这些任务进行初始设计。而且，命令单元能够实现执行复杂任务，尤其是在未知或仅部分已知的环境中。

一般而言，根据本发明的机载命令单元可以修改无人飞行器中初始编程的飞行计划。飞行计划的这种修改可以通过自主性的方式发生，而不需要地面上的操作员。实际上，机载命令单元使用来自环境传感器的数据，并且关于包括为无人飞行器初始设计的飞行计划的任务数据，对来自环境传感器的数据进行解译。如果检测到例如，能够防止任务进展的因素，则命令单元以自主性的方式触发安全功能。这样的因素可以是例如，意外障碍物或者接近着陆点的地形的地图上未标明的改变。命令单元采取的决策可以包括例如，飞行器的飞行计划的修改，以便躲避障碍物，或者搜索新的着陆点。命令单元还可以在触发其他行动之前决定使飞行器保持飞行，其他行动是例如，返回起飞点。

飞行计划的自主性修改也可以响应于指派给无人飞行器的任务的需要。其可以是例如，检查形状未知的物体的任务。在这样的情形下，根据本发明的机载命令单元可以修改无人飞行器的飞行参数，以便维持飞行器与要检查的物体的表面之间的恒定距离，同时扫描感兴趣的表面。

有利地，机载命令单元适于处理来自环境传感器的数据，并且尤其是通过与无人机的自动驾驶模块的通信链路，命令单元可以修改飞行器的飞行命令，以便例如提高任务安全性。被编程的任务包括例如，飞行计划以及与一个或多个环境传感器、一个或多个致动器或者其他机载仪器或设备相关的其他指令。这一能力使得可以例如，即使在失去与地面站的数据链路的情况下也可以保障任务。这一能力还使得可以在操作员不能从地面站以足够的精确度评估情形的情况下，增加基于机载传感器提供的数据做出的决策的可靠性。有利地，本发明促进了多任务无人飞行器的设计，每个任务能够被相继编程。通过命令单元，无人飞行器可以与飞行平台相独立地快速地适用于执行不同类型的任务。

有利地，根据本发明的机载命令单元可以适用于可商购无人机。为此，例如仅需要将软件驱动器集成到可商购无人机的自动驾驶模块的根据本发明的机载命令单元中。机载命令单元还可以包括其他通信端口和其他驱动器，用于控制或接收来自无人机的其他仪器的数据，其他仪器诸如其相机、imu或gps。由此，尤其通过连接至其自动驾驶模块，有可能容易地恢复从可商购无人机衍生出的飞行平台。机载命令单元继而将能够通过向自动驾驶模块传输指令而与飞行平台的飞行控制系统交互。

有利地，机载命令单元管理飞行的排序，并且可以基于其环境传感器生成的数据，修改旨在向自动驾驶模块传输的初始飞行命令序列。还可以预见的是，在不超出本发明的范围的情况下，环境传感器形成飞行平台的一部分，并且生成被命令单元接收和使用的数据，用以通过转而向自动驾驶仪传输修改的命令的序列来修改飞行计划。

通过根据本发明的机载命令单元，显著提高了任务的安全性，诸如成功完成任务的概率。

可以通过容易的方式恢复和使用可商购无人机，以构造新的无人机系统，使得可以通过增强的适应性和决策做出能力而增加无人机的自主性。这包括例如，无人机即使在与地面站的数据链路故障的情况下也能够继续任务。无人机可以例如根据原地生成的并且地面站的操作员无法访问的捕获数据，而精细地调整其飞行命令。从而，针对特定任务的开发，有可能集中于管理例如，一个或多个环境传感器的命令单元的开发。

进一步有利地，机载命令单元可以包括若干功能模块，举例而言，诸如接近检测模块、用于检测着陆区域的模块或者跟随表面模块。命令单元的这些软件或电子模块可以单独使用或组合使用。

有利地，例如，可以从专门为观察而设计的可商购无人机而开发出用于以安全和稳妥的方式运输载荷的新的无人机。这样的载荷例如，旨在被卸载在不是特定为着陆而提供的地点。其可以是旨在保留在一个地点或者随后由无人机重新获得以便运输到不同的地点的载荷。

根据本发明的机载命令单元还可以包括以下特征中的一个或多个，这些特征单独考虑或者根据其所有技术上可能的组合来考虑：

-环境传感器形成命令单元的一部分，并且是与集成在飞行平台中的其他仪器不同的类型；

-数据处理和存储单元包括数据采集模块，该数据采集模块以这样的方式布置：执行表示环境的带有日期的数据的存储器写入，合并飞行平台的带有日期的定位数据，并且根据定位数据校正表示环境的带有日期的数据；

-机载命令单元包括这样的模块，其用于格式化用于自动驾驶模块的命令并且向自动驾驶仪重新传输这些命令，命令格式化模块能够根据飞行平台及其飞行控制模块而被更新；

-机载命令单元包括通信模块，该通信模块用于与地面站通信，以执行由命令单元生成的监测数据的传输；

-机载命令单元包括障碍物检测和躲避模块，所述环境传感器是相对于平台的环境中的物体一定距离的至少一个检测器的形式，并且在编程的位移的方向上定向，障碍物检测和躲避模块在检测到的距离低于确定阈值的情况下，触发以下行动中的一个或多个：

ο原地停飞，

ο躲避障碍物，

ο返回安全位置，

ο通过线性或转动位移搜索第一新轨迹；

-机载命令单元包括地图化模块，该地图化模块存储与飞行平台的至少定位数据合并的、表示障碍物的数据，这些数据表示检测到的障碍物的地图化；

-机载命令单元以这样的方式配置：根据表示检测到的障碍物的地图化的数据来执行新轨迹的搜索；

-机载命令单元包括着陆模块，该着陆模块用于执行飞行平台垂直下方的障碍物的检测，以确定构成面积在确定阈值以上并且平坦度在确定阈值以下的着陆地点的点集合；

-命令单元被配置用于在准备飞行平台的下降期间，通过连续迭代来确定构成着陆地点的所述点集合；

-机载命令单元包括热检测器、红外辐射检测器或无线通信终端检测器类型的至少一个环境传感器，命令单元在检测到的参数在确定阈值以上的情况下触发以下行动中的一个或多个：

-在确定的持续时间中停止对环境的深入分析，

-在确定的持续时间中放慢对环境的深入分析的速度，或者直到所述检测到的参数返回检测阈值以下，

-搜索第二新轨迹以用于放大检测到的参数，

检测到的参数能够是确定强度的热签名、确定程度的热图像、确定强度的数字射频信号的形式。

本发明的另一目的涉及一种无人机，该无人机包括配备有飞行控制系统的至少一个飞行平台，飞行控制系统控制飞行平台的至少一个推进单元，飞行控制系统包括用于管理飞行命令的自动驾驶模块，该无人机还包括根据本发明的机载命令单元。

根据另一特性，无人机包括用于运输旨在卸载在确定地点的载荷的设备。

根据本发明的无人机还可以包括以下特征中的一个或多个，这些特征单独考虑或者根据其所有技术上可能的组合来考虑：

-无人机包括旋翼飞行平台，该旋翼飞行平台包括用于支撑由能源供应模块供应的推进装置的至少一个机械结构；

-无人机包括飞行控制系统，飞行控制系统包括控制推进装置的自动驾驶模块。

有利地，可以针对复杂的任务，以合理的成本开发根据本发明的无人机。实际上，智能集成在这样的特定用于任务的无人机中的开发继而对应于集成在命令单元中的附加高水平软件层的开发。

本发明的另一目的涉及一种无人机系统，其包括与根据本发明的无人机通信链接的地面站。

附图说明

出于指示性的目的并且不以限制性的方式，参考通过示例的方式给出的附图，本发明的其他特征和优点将从下文给出的描述而变得清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明的包括机载命令单元的无人机的示例的示图；

图2示出了图1中图示的机载命令单元的示图的示例以及机载命令单元中包括的子模块；

图3示出了通过图2中图示的命令单元实现的“感测和躲避”类型功能的实施方式的示例；

图4示出了通过图2中图示的机载命令单元实现的“安全着陆”类型功能的实施方式的示例；

图5示出了通过图2中图示的命令单元实现的“跟随表面”类型功能的实施方式的示例；

图5a和图5b每个示出了感兴趣区域的覆盖的示例；

图6示出了根据本发明的无人机的示图，尤其是根据本发明的机载命令单元与无人飞行器的自动驾驶模块之间的链路的示图；

图7详细示出了在“安全着陆”类型功能的实现的情况下的飞行排序；

图8示出了根据本发明的无人机系统的示图；

图9图示了程序化任务的飞行计划的示例。

定义

机载命令单元是指用于处理数据的设备，包括例如处理器和存储器，存储器例如存储程序数据、驱动程序或者表示一个或多个传感器的环境的数据。机载命令单元例如，能够记录和处理数据，诸如任务数据和来自环境传感器的数据。命令单元包括实现功能的模块，在被另一模块调用的情况下，模块能够被任意地指定为模块或子模块。

飞行平台是指包括尤其是能够在飞行和飞行命令的执行期间保证无人飞行器的稳定性的承载结构、推进器和飞行控制系统的组件。飞行控制系统还包括能够实现所接收的飞行命令的执行的自动驾驶模块。这些命令可以涉及例如，在任务提供的飞行空间内位移、旋转或轨迹的执行。

针对任务而被特定编程的命令单元是指存储了实现包括例如，着陆点或轨迹的具体任务所需的数据的命令单元。被编程的任务从而包括初始编程的飞行计划。用于控制环境或者各种其他行动的各种操作可以与飞行计划相关联。这些任务数据可以在任务开始之前存储在命令单元中，继而根据尤其是环境传感器而在任务期间进行调整或者阐明。

环境传感器是指生成表示其环境的数据的传感器，例如，能够测量无人机与无人机的环境中的物体之间的一个或多个距离的传感器，用于接收声音信号或者数字或模拟电磁信号的传感器，用于接收光信号的传感器。遥测计可以测量例如，根据传感器的视角，沿着点的线的距离。视角可以布置在例如，无人机下方或者无人机前方。遥测计还可以在无人机周围的不同视场中进行测量。遥测计例如是“测距仪”类型，诸如激光雷达(lidar)。

具体实施方式

图1根据分解视图示出了根据本发明的包括命令单元uc的无人机d。命令单元uc包括例如，数据处理和存储单元um以及一个或多个环境传感器ce。

命令单元uc安装在飞行平台p100上，飞行平台p100包括飞行控制系统sv。该控制系统尤其包括自动驾驶模块ap。飞行平台p100例如是旋翼或固定翼类型的。如图1中所表示的，飞行平台可以是六旋翼的形式。此处，该六旋翼是从可商购无人机衍生而来的，其中射频命令模块例如被作为安全装置而保留，与能够由根据本发明的命令单元实现的命令序列相比，即使操作员以手动模式接管命令，也将仅能使其可能实现近似的操纵控制。

数据处理和存储单元um是计算设备，该计算设备尤其包括由通信、寻址和控制总线链接的处理器和存储器，以及与飞行平台的飞行控制系统sv，并且特别地与其自动驾驶仪链接的接口和通信线路。用于建立命令单元和飞行控制系统之间的该数据链路的装置可以是例如，以太网链路或者经由usb端口的链路的形式。

自动驾驶模块ap能够管理飞行平台的飞行命令。自动驾驶模块例如，能够执行直接指令，诸如从gps坐标的第一确定点移动到gps坐标的第二确定点，或者覆盖给定轨迹，或者代替地维持飞行平台在给定点上方悬停。自动驾驶仪还可以配置为执行诸如以确定的速度向前移动、向后移动或者向右移动或向左移动的指令。自动驾驶仪还可以配置为执行以确定的速度向上或向下位移或者代替地向右或向左旋转的指令。

飞行控制系统sv还可以包括：

-射频发射机/接收机，如上所述，用于由操作员出于安全原因而直接收回命令，

-gps模块，尤其能够实现飞行命令的执行，飞行命令包括确定的地理坐标之间的轨迹，

-惯性测量单元(imu)，

-相机。

发射机-接收机能够实现例如，由操作员出于安全原因而直接收回命令，但是事实证明，即使在实践中，对于本发明的实现来说也不是绝对必需的，该射频发射机-接收机将由于附加安全的原因被保留或者处于停用状态。

环境传感器，例如是遥测计类型的传感器，也就是能够测量无人机d与其环境的一个或多个物体之间的一个或多个距离的传感器。

遥测计类型的环境传感器的示例是激光雷达、雷达(radar)或者“测距仪”类型的任何其他传感器。

有利地，命令单元uc能够利用来自环境传感器的数据，以通过向飞行控制系统sv传输修改的命令，特别地通过将修改的飞行命令给予自动驾驶模块ap，来修改无人机d的命令，而不需要来自地面站的操作员行动的干预。另外，命令单元uc基于由环境传感器ce提供的环境数据而做出的决策能够实现对不同任务类型的适应性。例如，尽管有某些不完整数据，诸如部分已知的地图数据，针对任务而特定编程的命令单元也可以执行任务。

例如，任务的示例是事故区域的探索，包括例如在检测的情况下搜索移动终端，用于建立足够质量的通信链路的接近阶段，继而是利用检测到的移动终端进行数据交换的悬停阶段。数据交换包括例如，信息或问题的传输以及等待响应或者接收的确认。用于搜索移动终端以及与移动终端通信的传感器，例如与遥测计协同使用，遥测计检测无人机周围的障碍物，以便在检测到障碍物的情况下停止搜索飞行或者接近飞行。

任务的另一示例包括例如，在未知或定义不明确的区域中着陆，这将在下文中更加详细地描述。

任务的另一示例包括例如，在未知或定义不明确的地理区域中卸载载荷。此类载荷可以是有效载荷本身，包括在现场部署的一个或多个传感器和通信装置。载荷也可以是包裹的形式，以便放置在建筑物的阳台上。

命令单元uc的架构

图2以示意性的方式表示根据本发明的机载命令单元uc的架构的示例。机载命令单元uc包括例如，其环境传感器ce，其生成表示无人机的环境的数据，该数据存储在数据处理和存储单元um的存储器中。此处，数据的采集由数据采集模块tc管理。数据处理和存储单元um还可以向环境传感器ce传输参数化数据。

包括例如，处理器和存储器的数据处理和存储单元um能够实现程序的执行，程序可以调用子程序来实现用于处理所存储的数据的功能和子功能。由此，功能模块包括由一个或多个程序或子程序实现的一个或多个功能或子功能。

计算器尤其执行能够实现向自动驾驶模块ap传输飞行命令序列的所存储的程序。模块sf05实现自动驾驶仪的驱动器的功能，其能够实现可以由自动驾驶仪解译的命令序列的传输。

图2中以非限制性的方式图示出的不同模块包括：

-模块sf04和模块sf08，分别用于经由与地面站s的通信链路接收和传输数据；

-障碍物躲避模块s&a，用于障碍物检测和躲避类型的障碍物检测和躲避功能的实现，也称为“感测和躲避”；

-安全着陆模块sl，用于实现安全着陆；

-跟随表面模块fs，用于定位在与表面一定距离处并且在无人机的位移期间维持该距离的功能的实现；

-驱动器模块sf05，用于与平台的飞行控制系统sv，并且特别是与自动驾驶模块ap的通信；

-模块tc，用于采集数据，尤其是来自环境传感器的数据，或者代替地，由imu和gps提供的、来自飞行平台的飞行控制系统sv的数据，诸如定位数据，

-模块ex，用于执行所存储的程序任务。

图2中示意性地示出的模块可以是命令单元um中物理连接的电子模块，或者可以是命令单元uc的存储器中安装的程序或子程序。

用于与地面站通信的模块sf04和sf08可以建立与地面站的数据链路。实际上，例如对于探测任务，无人机实现任务一般需要无人机的信息反馈。地面站s也可以尤其是根据由环境传感器生成的数据来传输参数，以修改任务。有利地，也可以根据任务的类型而停用与地面站的链路。障碍物躲避模块s&a可以躲避在初始编程的轨迹上发现的已知障碍物，或者在该轨迹上意外出现的障碍物，诸如移动物体。障碍物躲避模块的实现的细节将在下文中进行详细描述。

有利地，可以容易地实现具有对部分未知环境的适应性或者对变化环境的适应性的复杂功能的无人机。

着陆模块sl尤其能够实现通过命令单元对着陆地点的修改、发现、评估或选择。例如，初始提供的着陆地点不再可进入，或者例如没有预先确定精确的着陆点。着陆模块的实施方式的示例将在下文中更加详细地描述。

跟随表面模块fs可以例如，在不精确地知道桥立柱的布置的情况下，例如方便所述立柱的检查。跟随表面模块也可以用于检查感兴趣的另一物体，或者用于实现接近阶段。跟随表面模块的实施方式的示例将在下文中更加详细地描述。

有利地，这些功能通过允许无人机对多种情形作出反应而向无人机提供了附加自主性。由此，丢失其通信链路的无人机例如，将能够继续其任务，或者通过安全着陆以安全的方式停止任务。可以独立地或者组合地执行这些功能。

从而，具有增强的决策自主性的无人机可以实现复杂的任务。任务的复杂性可能起因于例如，环境的地图化数据的不确定性，或者要检测或者检查无人机在其中移动的目标相关的数据的不确定性。

障碍物躲避模块

图3中图示了检测和躲避功能的示例。环境传感器例如，可以是安装在飞行平台上的激光雷达类型传感器的形式，该激光雷达类型传感器的视角向前，由该传感器生成的数据用于无人机前方发现的障碍物的检测。

检测和躲避模块s&a例如，调用若干子模块。由此，通过数据采集模块tc，检测和躲避模块s&a可以将所存储的时间信息或“时间戳”与环境传感器ce获取的数据的每个项目相关联。以类似的方式，通过数据采集模块tc，检测和躲避模块s&a将时间戳与自动驾驶模块ap提供的定位数据的每个项目相关联。经关联的定位数据包括例如，由imu生成的数据和由gps生成的数据。imu尤其生成俯仰和翻滚倾角数据。gps尤其生成经度、纬度和海拔数据。

数据采集模块tc包括例如，子模块sf01，其用于存储器写入来自环境传感器和飞行控制系统的带有日期的数据。

接下来由合并子模块sf02将所存储的来自环境传感器的带有日期的数据与来自飞行控制系统的带有日期的定位数据进行合并。定位数据尤其包括由惯性测量单元imu提供的倾角。

由此获得的元数据接下来通过校正子模块sf03而被格式化，根据飞行平台的定位信息来处理表示环境的数据，以便获得更加精确的信息。校正例如，包括将无人机相对于水平面的俯仰和翻滚倾角考虑在内，例如用以消除实际上与位于无人机下方的水平的平坦地面相对应的被检测区域。

经校正的信息显示，例如在所述无人机前方存在足够接近无人机的表面，该表面将被认为是障碍物。

例如，根据无人机的前进速度来调整由检测和躲避模块s&a提供的检测阈值。

有利地，校正子模块sf03使得所采集的数据的解译能够评估检测到的物体是否构成相关的障碍物。由此，不考虑位于无人机所跟随的轨迹之外的检测到的物体，并且不触发躲避行动。

当障碍物被检测到时，检测和躲避模块s&a触发躲避行动。躲避行动包括，例如无人机停飞和处于悬停飞行。躲避行动还可以包括对传输到自动驾驶仪的飞行命令序列的修改，尤其造成方向的改变，以便绕开障碍物。

检测和躲避模块s&a例如仍然是活跃的，并且以确定的频率周期性地执行相关于检测阈值而检测到的校正距离的验证。

在障碍物检测的情况下，检测和躲避模块s&a还可以触发地图化子模块sf06的激活，地图化子模块sf06在存储器中分类已经触发了障碍物检测的校正信息。接下来可以利用与无人机的地理位置相关联的、与检测到的障碍物有关的所有所述信息，这些数据表示障碍物的地图化。通过触发绕开行动，无人机继而构成障碍物的越来越丰富的地图化，其中，由无人机自身计算出障碍物区域。检测和躲避模块s&a包括，例如用于在若干确定的躲避行动之间选择行动的子模块sf09。

子模块sf09为选择躲避行动所采取的决策可能造成例如：

-用于重新计算轨迹的子模块sf07的激活，包括尤其是障碍物地图化数据作为输入参数，以及新的飞行命令序列的传输；

-例如针对旋翼飞行器类型的无人机，固定飞行中的紧急停止和稳定；

-减速；

-返回安全位置；

-向地面站发送针对指令的请求。

新轨迹的确定导致例如，向模块驱动器sf05传输新的飞行命令序列，以便向自动驾驶模块ap传输。模块驱动器sf05继而执行寻址到自动驾驶仪的命令的格式化。

有利地，通过简单地改变模块驱动器sf05，易于实现针对其他平台的障碍物检测和躲避功能或其他功能。此类其他飞行平台例如，来自可商购无人机。

如果子模块sf09为了选择躲避行动而采取的决策是停止飞行，并且将平台置于悬停飞行，则例如，经由驱动器模块sf05向自动驾驶模块ap传输该指令。

如果子模块sf09为了选择躲避行动而采取的决策是询问来自地面站的指令，则例如，向模块sf08发送针对指令的请求，以用于向地面站传输。

一旦接收到来自地面站的消息，接收子模块sf04就执行例如，机载命令单元中的指令的接收和寻址。

用于选择躲避行动的子模块sf09也可以同时或顺序地触发若干行动。

此处，再一次地，命令单元uc及其障碍物躲避模块s&a可以向无人机提供增强的自主性。

障碍物躲避模块s&a也可以调用子模块sf08，该子模块sf08用于处理数据以及向地面站发送数据，诸如来自环境传感器ce的数据。

机载处理和存储单元包括无线电发射机-接收机70，其与地面站通信链接。

着陆模块

图4中图示了着陆模块sl的实施方式的示例。其目的是例如，通过布置在无人机垂直下方的其视野内的环境传感器ce(诸如激光雷达)，来执行无人机d的目的地区域的扫描以及可接受的着陆点的搜索。

着陆模块sl包括例如，数据采集模块tc本身，如前文所述，数据采集模块tc本身包括：

-子模块sf01，用于存储器写入来自环境传感器和飞行控制系统的带有日期的数据，

-子模块sf02，用于合并例如，来自飞行控制系统的带有日期的定位数据，

-校正子模块sf03，用于根据飞行平台的定位信息来处理表示环境的数据。

着陆模块sl还可以包括地图化子模块sf06。可以使用表示障碍物的地图的数据，但是也可以通过表示地面上检测到的障碍物的数据来丰富这些数据。根据环境传感器的类型和配置，在地图化子模块sf06的激活期间，例如存储若干类型的障碍物。

子模块sf10使用由地图化子模块sf06更新的地图来选择用于无人机d的着陆区域。着陆点或着陆区域的选择是基于预先确定的标准而做出的，诸如必须具有相对平缓的坡度、确定的区域范围的平坦表面，或者代替地，没有移动障碍物。障碍物地图显示例如，扩展的固定区域，针对该扩展的固定区域，用于选择着陆区域的子模块sf10已经计算了在所存储的可接受阈值以下的坡度和倾角。用于选择着陆区域的子模块sf10继而存储表示该经验证的着陆区域的地理定位的数据。

继而可以由着陆模块sl激活用于计算轨迹的子模块sf07，以确定直到所存储的经验证着陆区域的轨迹。

接下来，向用于对命令进行格式化的子模块sf05提供由用于计算轨迹的子模块sf07生成的直到经验证的着陆区域的飞行命令序列，接下来向自动驾驶仪ap传输格式化的飞行命令序列。

在用于选择着陆区域的子模块sf10无法确定用于安全着陆的有效区域的情况下，无人机可以执行探索行动，包括障碍物地图化数据的丰富。

也可以同时激活安全着陆子模块sf11。在高度下降期间，安全着陆子模块sf11根据数据采集模块tc提供的数据触发着陆区域的评估，该评估的精度随着无人机的高度下降而提高。安全着陆子模块sf11还可以包括紧急停止功能，使得例如仍然在飞行的无人机停飞。安全着陆子模块sf11尤其可以使着陆区域无效，以便触发新的着陆区域的搜索。

跟随表面模块

图5中图示了跟随表面模块fs的实施方式的示例。其目的是例如，通过布置在相对于无人机的前方或侧方的其视野内的环境传感器ce(诸如激光雷达)，执行与要覆盖的基本垂直的区域具有一定高度和距离处的监测。例如，通过另一分析传感器或者飞行平台的相机来同时分析由此覆盖的区域。将由此收集的经分析的数据，例如与检测到的环境数据或者由飞行平台生成的定位数据相关联。从而可以以快速和精确的方式分析桥立柱。从而，可以检查物体的表面，该物体的布置尤其是其外表面和其定向预先是未知的。也有可能设想跟随移动物体上的表面。

跟随表面模块fs包括例如，数据采集模块tc本身，如前文所述，数据采集模块tc本身包括：

-子模块sf01，用于存储器写入来自环境传感器和飞行控制系统的带有日期的数据，

-子模块sf02，用于合并例如，来自飞行控制系统的带有日期的定位数据，

-校正子模块sf03，用于根据飞行平台的定位信息来处理表示环境的数据。

根据由数据采集模块tc提供的表示无人机与所检查的表面之间的距离的数据，用于控制无人机d与感兴趣表面之间的距离的子模块sf12生成飞行命令，以便一方面维持该距离恒定，另一方面覆盖确定的存储区域。相对于障碍物的恒定距离被维持在容忍阈值内，存储在存储器中。生成用于沿着进行测量的方向靠近移动或远离移动的命令，以便将无人机保持在期望的距离处。另外，可以根据线性覆盖模式，如图5a中表示的二维覆盖模式，或者如图5b中表示的三维覆盖模式，来覆盖要检查的区域。

二维覆盖例如，通过所存储的输入点b95、输出点e97、检查高度h99、检查步长s96和检查宽度d98来确定。

三维覆盖例如，通过所存储的输入点b92、输出点e93、检查高度h94、检查宽度w91、检查深度l90和检查步长s89来确定。

子模块sf12从而适于生成飞行命令，以便在覆盖该表面时，维持无人机d与要检查的表面之间基本恒定的距离。继而永久地实现了任务的适应性。

由此确定的飞行命令被提供给格式化驱动器子模块sf05，该格式化驱动器子模块sf05对其进行处理，并且将其以可执行的形式向自动驾驶模块ap传输。

跟随表面模块fs调用例如，子模块sf08，该子模块sf08将旨在用于地面站的数据进行格式化。该模块sf08传送例如：

-由分析传感器生成的表面的分析数据，

-由gps或imu生成的定位数据，

-由飞行平台(p100)的相机提供的数据，

-由数据采集模块tc提供的、由环境传感器生成的数据。

有利地，表面检查模块fs方便表面检验的实现。当基于无人机对其环境的增强的适应性时，表面检验更有效。

再一次，有利地，某些高级模块调用相同的子模块，这方便了命令单元的实现，并且方便了若干模块的并行运行。

图6示出了包括不同材料组件的根据本发明的无人机d的示例。

机载命令单元uc包括环境传感器ce以及数据处理和存储单元um。机载命令单元uc还包括能源供应模块e。

根据本发明的无人机d包括飞行平台p100，飞行平台p100包括自动驾驶仪，并且被命令单元命令。飞行平台p100包括与命令单元通信的飞行控制系统sv和支撑结构p以及一个或多个推进单元。每个推进单元包括例如，用于驱动推进器的马达。

飞行平台p可以是旋翼或固定翼飞行平台。飞行平台也包括能源供应模块。

除了自动驾驶模块ap之外，飞行平台p100还包括飞行仪器c，诸如gps、imu(惯性测量单元)或相机。

飞行平台p100从而能够执行其被给予的飞行命令。

飞行控制系统sv还可以包括射频通信模块，该射频通信模块用于与地面站通信，尤其可以由于安全原因而收回来自地面站的命令，如前文所解释的。

环境传感器包括例如：

-遥测计或“测距仪”类型，其测量无人机d与无人机d的环境中存在的物体之间的一个或多个距离，或者甚至若干遥测计覆盖无人机周围的区域中的若干区域，

-光学传感器，其具有对任务特定的特性，或者这些传感器中的若干传感器覆盖无人机周围的若干区域，

-热检测器或红外检测器，或者甚至这些检测器中的若干检测器覆盖无人机周围的若干区域。

飞行平台p100还可以包括用于运输载荷的系统，该系统能够实现物体的简单递送或者载荷的原地部署，诸如与地面站通信链接的测量仪器。

包括用于运输载荷的系统的无人机d使得可以实现例如，向事故现场递送急救包的任务。

再一次，基于合理的技术、人力和财力措施，通过本发明可以实现该类型的复杂任务。

图7图示了在着陆功能的情况下对无人机d的飞行进行排序的示例。如图7中所示，由命令单元um执行飞行排序给予无人机相当大的自主性。

更特别地，图7图示了由命令单元uc实现的功能与飞行平台p100的飞行阶段之间的关系。飞行阶段包括：

-“迁移(transit)”：无人机d沿预定轨迹的位移；

-“接近”：无人机接近其目的地；

-“保持飞行”：在等待将给予自动驾驶模块ap的指令时保持飞行。

在接近着陆区域时，根据本发明，命令单元uc可以例如，执行对着陆区域的分析以便确定适于无人机d着陆的点。分析可以是例如，借助于环境传感器执行的对地面的扫描。

如果命令单元uc标识了满足安全着陆标准的点，则命令单元uc向自动驾驶模块ap给予指令，以进行着陆过程，也称为“着陆”。

在该着陆阶段期间，命令单元uc还可以激活障碍物躲避模块，以便检测着陆区域前方可能遭遇的意外障碍物。在检测此类障碍物的情况下，命令单元uc继而可以采取中断着陆过程，并且返回基站或者搜索另一着陆区域的决策。

例如，如果在搜索着陆区域的阶段期间，没有检测到合适的点，则命令单元可以通过扫描地面而触发搜索。在确定数目的搜索着陆区域的不成功尝试之后，命令单元也可以触发返回基站或者其起飞点。通过向基站发送确定的请求，还可以触发针对来自基站的指令的待机模式。

例如，如果无人机的电池水平batt过低，则命令单元uc还可以触发降级模式的紧急着陆。在该降级模式中，可以例如根据倾角和平坦度，但是根据更大的容忍阈值或者根据较不严苛的标准来选择着陆区域。

由于无人机的相当大的自主性，包括无人机d和地面站的无人机系统s也适用于很多任务。例如，尽管在与地面站的数据链路临时中断的情况下任务也可以继续。无人机尤其能够触发用于重建该数据链路的行动。任务还可以包括部分已知的探索区域，并且向地面站反馈信息。

图8图示了根据本发明的无人机系统s的示例，包括：

-用于地面的元件81；

-根据本发明的无人机d；

-数据传输装置80；

-能源供应工具79。

用于地面的元件81基本上包括地面站b。

地面站b可以包括供应装置、数据处理和存储装置、与无人机通信的装置。

基站b使得可以恢复由根据本发明的无人机d发送的信息，包括在命令单元uc无法做出决策的情况下潜在的针对指令的请求。地面上的操作员例如，可以使用基站b向无人机d发送参数。

根据本发明的无人机d包括命令单元uc和飞行平台p100。

飞行平台包括：

-能源供应模块e，其包括电池batt和配电模块pdm；

-飞行控制系统sv，其包括射频通信模块、gps模块、惯性测量单元imu、自动驾驶模块ap、相机flc；

-飞行平台p，其包括机械支撑结构str和推进装置prop。

命令单元uc包括：

-单元um，用于处理和存储任务数据以及来自环境传感器ce的数据；

-一个或多个环境传感器，其取决于任务；

-载荷运输模块c；

-“地面/机载通信”射频通信模块，也如在图3至图5中表示。

flc相机可以包括在机载命令单元uc或者飞行控制单元sv中。

命令单元uc由此包括允许其既与飞行平台p100对接又解译尤其由其环境传感器ce获取的数据的模块。

根据本发明的无人机系统s使得可以例如，以自主性的方式执行要完成的复杂任务，而不需要地面上的操作员的任何干预。

数据通信装置80包括在地面上的通信接口gl与飞行中通信接口al之间建立的通信链路l。在本说明书中，该飞行中通信接口包括在机载命令单元中，除非另有说明。

能源供应工具79尤其包括地面站b的电池。机载命令单元例如，由飞行平台的电池来供应能源。

图9表示针对确定的任务而存储的飞行计划的示例。飞行计划例如，初始由机载命令单元存储。飞行计划包括例如，起飞点p50、着陆点p51和不同的航线点，诸如p49和p48。每个点包括其海拔、经度和纬度。相对于地图化参考系来计算高度。也存储不同高度处的飞行的简况47。例如，在地面站上的背景中呈现地图，同时显示飞行计划。

使用本发明的示例情况

救援类型任务

在救援类型任务期间，真实环境一般会改变，因此用于救援计划的区域的可能地图化过时了。根据本发明的无人机具有可用的功能，可用的功能使得其通过考虑例如，用于执行其救援任务的环境参数而适用于该情形。

例如，通过使感兴趣的区域对无人机s已知，还可以以简单的方式在飞行期间将无人机s参数化。操作员标识例如，被视作对于搜索潜在受害者来说感兴趣的区域，并且将该感兴趣的区域的坐标传输给无人机。操作员从与无人机通信链接的地面站与无人机通信。简单的参数允许无人机实时调适其任务。适应性实际上在很大程度上基于环境传感器。

在飞行期间，根据本发明的无人机d实际上借助于环境传感器(例如，激光遥测计或红外检测器)或者借助于专用于移动终端的检测的传感器来检测其环境，移动终端通过诸如，wifi、蓝牙、gsm、lte的无线电进行通信。被检测的环境可以在无人机下方、无人机上方、无人机前方、后方或者其侧方。由无人机执行的检测在向地面站传输之前，例如被存储和格式化，同时与相对应的地理位置相关联。操作员将具有例如，与检测到的蜂窝电话建立通信的能力，以便直接从受害者询问信息。受害者给予的响应可以由受害者自身进行格式化，或者由生理参数测量设备自动地格式化。

一旦感兴趣区域已经被完全覆盖，无人机例如，返回其起始点。

例如，在洪水或地震之后，根据本发明的无人机系统可以很容易地针对受害者救援任务而进行编程。无人机实现的功能将是例如：

-受害者的检测及其位置的定位，例如，通过移动电话与受害者建立通信链接。

-发送例如sms类型的消息，以利用尤其是接收消息的确认以及包括与个体的健康状态有关的数据的返回消息，检测智能电话的响应，并且检测受害者的位置。

-利用精确定位数据来显示用于可视化受害者的位置的地图，尤其通过指示优先受害者或者根据检测到的环境找到幸存者的不同概率，该地图随后可能由地面上的救援队使用，

-检测障碍物及其性质，诸如山崩、起火区域或洪水区域。

载荷部署类型任务

另一使用示例，例如与载荷的部署相关。其包括例如，将传感器类型设备放置在地面上或者简单地递送包裹。

此处看来，根据本发明的无人机s可以考虑其真实环境以完成其任务，而无需预先进行高精度的精确定位。无人机本身在操作域中获取数据以便着陆，例如着陆在建筑物的阳台或屋顶上，或者草地上。

根据本发明的无人机s通过着陆在未知或近似已知的区域中而以简化的方式实现有效部署。实际上，载荷的有效部署需要环境和着陆区域的准确的精确定位。

无人机d在靠近感兴趣区域时，例如将检测和查找具有足够安全水平的着陆区域。

在着陆之后，无人机d激活例如，所运输的载荷。

继而可以提供无人机到其起飞点或者为其着陆提供的另一点的飞行。

有毒气体的检测

另一示例关于根据本发明的无人机d对例如，形成云的有毒气体的检测。实际上，一些工厂需要能够检测可能从其场所形成的有毒云。

根据本发明的无人机系统能够实现简单地并且以低成本执行该类型的任务。可以以预防的方式或者在场所发生事故的情况下执行该类型的有毒云检测。

无人机d例如，在其存储器中包括其中有毒云可能存在的感兴趣区域。可以由地面站，经由与无人机建立的通信链路al对表示地理探测区域的这些数据与任务同时进行编程或者实时更新。操作员可以在确认地理探测数据的更新的接收之后，确认任务的执行。

无人机可以在其飞行期间使用例如，一个或多个检测器ce来评估其环境。例如，所使用的环境传感器ce是用于检测不透明烟雾或者有毒云特定的颜色的光学传感器，或者代替地，是用于检测化学成分尤其是有毒气体的探针。这样的探针将维持在与无人机一定距离处，以便限制无人机产生的空气动力扰动。在所搜索的元素的检测期间，表示环境的数据例如，与定位数据相对应地存储在存储器中。无人机的定位数据包括例如，纬度，经度和高度以及无人机的倾角。因此，仅对感兴趣的区域进行环境数据的存储。当在值得注意的区域之外返回到较快速度之前，命令单元还可以放慢其速度，或者甚至短时间暂停，以便更精确地检验其环境。

一旦无人机已经覆盖了感兴趣的区域，所述无人机就返回例如，其起飞点或者另一预先定义的着陆点。

烟雾云或者热源的检测也构成无人机考虑的障碍物的检测，其继而执行躲避行动。