飞行器交通分离系统的制作方法

专利名称：飞行器交通分离系统的制作方法
技术领域：
本公开大体涉及飞行器，并且具体地涉及管理飞行器的运动。更加具体地，本公开涉及用于维持飞行器之间的期望分离水平的方法和设备。
背景技术：
空中交通管制/空中交通控制(ATC)是用于引导地面上和空中的飞行器的服务。这种服务可以用于控制飞行器，例如无人驾驶飞机(UAV)、直升机和/或其他适当类型的飞行器。当前，通过基于地面的空中交通控制系统和人类空中交通控制者来提供空中交通控制。通常，这些基于地面的空中交通控制系统和人类空中交通控制者向飞行员和/或飞行 器的其他操作者提供信息，其用于加速地面上和空中的空中交通流。此外，飞行器的飞行员和/或其他操作者可以使用这些信息以及它们自己对于情况的认知来维持地面上和空中的飞行器之间的分离。各种法规和规章可以管理一个飞行器和另一飞行器之间的期望分离水平。在一些情况下，这种分离可以被定义为在任意个方向中距该飞行器的最小距离。例如，这种分离可以被定义为相对于横向、竖直和/或纵向方向距该飞行器的最小距离。空中交通管制会是劳动密集型且大成本的。例如，空中交通控制系统会需要比期望中更多的处理源、人员和/或其他资源。此外，即使空中交通控制系统会向飞行器提供指令来维持距另一飞行器的期望分离水平，但是飞行器的飞行员仍负责来操作飞行器以便实际上维持这种分离水平。此外，例如天气情况、可见性状况、降低的形式感知能力、疲劳、压力、经验水平和/或其他适当因素的因素会影响飞行器的飞行员做出决定且进行飞行器机动动作以维持该飞行器和另一飞行器间的期望分离水平的能力。这些相同的因素还会影响人类空中交通控制者向飞行器飞行员提供更准确的信息和/或指令的能力。因此，有利的是具有一种方法和设备，其考虑到了上述问题以及其他可能问题中的至少一些问题。

发明内容
在一种有利实施例中，提供用于管理交通工具之间的分离/间隔(s印aration)的方法。预测沿第一路径行进的第一交通工具与沿第二路径行进的第二交通工具之间的最接近点。通过使用该最接近点以及第一交通工具和第二交通工具之间的期望分离水平来产生用于改变第一交通工具的第一路径的若干补偿命令。若干补偿命令与用于第一交通工具的若干控制命令相合并以形成最终若干控制命令，所述最终若干控制命令被配置成机动/操纵(maneuver)第一交通工具以便基本维持第一交通工具和第二交通工具之间的期望分离水平。第一交通工具对最终若干控制命令的响应是期望响应。在另一有利实施例中，系统包括分离管理模块。分离管理模块被配置成通过使用第一路径和第二路径来预测沿第一路径行进的第一交通工具与沿第二路径行进的第二交通工具之间的最接近点。分离管理模块还被配置成通过使用该最接近点以及第一交通工具和第二交通工具之间的期望分离水平来产生用于改变第一交通工具的第一路径的若干补偿命令。该分离管理模块还被配置成将所述若干补偿命令与用于第一交通工具的若干控制命令相合并以形成最终若干控制命令，所述最终若干控制命令被配置成机动第一交通工具以便基本维持第一交通工具和第二交通工具之间的期望分离水平。第一交通工具对最终若干控制命令的响应是期望响应。特征、功能和优点可以在本发明的各种实施例中独立地实现，或者可以合并在其他实施例中，其中进一步细节可以参考下述说明和附图看出。


在所附权利要求中列出了本公开的确信为新颖特性的特征。不过，结合附图参考本公开的有利实施例的下述详细描述，将最佳地理解公开内容本身及其优选使用方式、其 他目标和优点，附图中图I是根据有利实施例的框图形式的交通工具管理环境的示图；图2是根据有利实施例的期望分离水平的边界的示图；图3是根据有利实施例的空中交通管理环境的示图；图4是根据有利实施例的另一空中交通管理环境的示图；图5是根据有利实施例的提供碰撞回避/防撞的航空电子系统的框图的示图；图6是根据有利实施例的碰撞回避系统/防撞系统的框图的不图；图7是根据有利实施例的用于预测两个飞行器之间的最接近点的方程的示图；图8是根据有利实施例的以交通工具为中心的回避系统的不图；图9是根据有利实施例的碰撞回避模块的示图；图10是根据有利实施例的动态轨迹生成器的示图；图11是根据有利实施例的用于向飞行器提供碰撞回避的系统的示图；图12是根据有利实施例的分离补偿部件的示图；图13是根据有利实施例的两个飞行器之间的相遇的示图；图14是根据有利实施例的两个飞行器之间的另一相遇的示图；图15是根据有利实施例的两个飞行器之间的相遇的示图；图16是根据有利实施例的两个飞行器之间的相遇的示图；图17是根据有利实施例的在空中飞行的两个飞行器的示图；图18是根据有利实施例的用于管理交通工具的过程的流程图的示图；图19是根据有利实施例的数据处理系统的示图；以及图20是根据有利实施例的飞行器的侧视图的示图。
具体实施例方式不同有利实施例认识到并考虑到一个或更多个不同考量。例如，不同有利实施例认识到并考虑到当前在飞行器上使用的回避/躲避(avoidance)系统为空中交通控制系统所提供的观测和方向提供了后备。不同有利实施例认识到并考虑到当两个或更多个飞行器过于靠近彼此飞行时当前可用的回避系统会向飞行器提供警告。此外，这些回避系统还可以向一个或更多个飞行器提供可以降低碰撞风险的建议调遣/机动动作(maneuver)。不过，不同有利实施例认识到并考虑到可能期望的是在飞行器上具有能够飞行器以便降低该飞行器和其他飞行器之间的碰撞风险的回避系统。此外，不同有利实施例认识到并考虑到可能期望的是具有在不需要来自飞行器的操作者的输入的情况下能够控制飞行器降低碰撞风险的回避系统。例如，不同有利实施例认识到并考虑到可能期望的是具有在不需要操作者输入的情况下能够改变飞行器的飞行路径和/或导致飞行器执行机动动作来降低该飞行器和其他飞行器之间的碰撞风险的回避系统。使用这种类型的回避系统，不同有利实施例认识到并考虑到可以减少人类错误的可能性并且/或者操作者执行将增加碰撞风险的机动动作的风险。此外，不同有利实施例认识到并考虑到通过使用在飞行器上的、在不需要操作者输入的情况下能够控制飞行器降低碰撞风险的回避系统，会减少人类空中交通控制者和空中交通控制系统的工作量。因此，这些人类空中交通控制者和空中交通控制系统能够管理 更多飞行器的飞行。此外，不同有利实施例认识到并考虑到，在不需要操作者输入的情况下能够控制飞行器以降低该飞行器和其他飞行器之间的碰撞风险的回避系统可以用于无人驾驶飞行器(UAV)。因此，需要更少的处理源和/或人员来监控执行商业和/或军事操作的无人驾驶飞行器的飞行。因此，不同有利实施例提供用于管理交通工具之间的分离的方法和设备。在一种有利实施例中，提供用于管理交通工具之间的分离的方法。预测沿第一路径行进的第一交通工具和沿第二路径行进的第二交通工具之间的最接近点。通过使用该最接近点以及第一交通工具和第二交通工具之间的期望分离水平来生成用于改变第一交通工具的第一路径的若干补偿命令。该若干补偿命令与用于第一交通工具的若干控制命令相合并以形成最终若干控制命令，所述最终若干控制命令被配置成机动/调遣第一交通工具以便基本维持第一交通工具和第二交通工具之间的期望分离水平。第一交通工具对最终若干控制命令的响应是期望响应。现在参考附图，并且具体地参考图I，根据有利实施例以框图形式描述了交通工具管理环境的示图。在这些示意性示例中，交通工具管理环境100包括多个交通工具102。多个交通工具102中的交通工具可以选自飞行器、无人驾驶飞机、直升机、潜艇、水面舰艇、导弹、宇宙飞船、地面交通工具或一些其他适当类型的交通工具中的一者。作为一个示意性示例，多个交通工具102中的第一交通工具可以是第一飞行器104，并且多个交通工具102中的第二交通工具可以是第二飞行器105。在第一飞行器104和第二飞行器105中的至少一者正在运转的同时这两个飞行器之间的分离106可以通过使用分离管理模块112来管理。可以通过使用硬件、软件或二者组合来实现分离管理模块112。在这些示意性示例中，可以在计算机系统108中实现分离管理模块112。在这些示例中，计算机系统108采取若干计算机110的形式。如这里所用，若干项目意味着一个或更多个项目。例如，若干计算机意味着一个或更多个计算机。根据实施方式，若干计算机110可以位于第一飞行器104、第二飞行器105、多个交通工具102中的另一交通工具、地面站、空中交通控制站或一些其他适当位置中的至少一者。如这里所用的，当参考项目列表使用时，短语“至少一个”意味着可使用所列项目中的一个或更多个项目的不同组合，并且可能仅需要列表中各项目中的一个。例如，“项目A、项目B和项目C中的至少一个”可以包括但不限于例如项目A，或者项目A和项目B。这个示例还可以包括项目A、项目B和项目C，或者项目B和项目C。在其他示例中，“至少一个”可以例如但不限于是两个项目A、一个项目B和十个项目C ;四个项目B和七个项目C ；以及其他适当组合。在这些所示示例中，具有分离管理模块112的计算机系统108被置于第一飞行器104上。具体地，分离管理模块112被配置成提供当第一飞行器104在地面上和/或在空中时第一飞行器104和多个交通工具102中的其他飞行器之间的分离106。在这些示意性示例中，第一飞行器104和第二飞行器105在空域114中行进。分离管理模块112被配置成提供第一飞行器104和第二飞行器105之间的分离106以便降低空 域114中第一飞行器104和第二飞行器105之间的碰撞风险115。此外，分离管理模块112可以被配置成提供第一飞行器104和多个交通工具102中其他交通工具之间的分离106。如所示，分离管理模块112识别第一飞行器104的第一路径116和第二飞行器105的第二路径118。第一路径116可以是第一飞行器104的第一飞行路径。第二路径118可以是第二飞行器105的第二飞行路径。在这些示意性示例中，用于识别交通工具的路径的信息可以包括速度、速率、航向、行进方向、位置、取向、姿态、航线、路线、转弯速率、攀升速率和交通工具的其他适当信息中的至少一者。速度是交通工具的位置的变化的速率(rate)和方向的测量值。以此方式，速度包括交通工具位置变化的大小和方向两个方面。速度的大小是交通工具的速率(speed)。在这些示意性示例中，分离管理模块112可以通过使用从若干来源获得的信息来识别第一飞行器104的第一路径116。这些来源可以包括例如但不限于机载于第一飞行器104上的飞行控制系统111、机载于第一飞行器104上的传感器系统113、空中交通控制系统以及其他适当信息来源中的至少一者。飞行控制系统111可以包括自动驾驶系统、飞行管理系统、飞行指引器、导航系统和用于控制第一飞行器104操作的若干适当系统中的至少一者。在一个示意性示例中，分离管理模块112可以通过使用存储在飞行控制系统111中的导航系统中的预定飞行路径来识别第一路径116。此外,机载于第一飞行器104上的传感器系统113包括若干传感器。这些传感器可以包括例如但不限于全球定位系统单元、惯性测量单元、照相机系统、雷达系统、监视系统、激光测距仪、位置识别系统、海拔表和其他适当类型传感器中的至少一者。在一些示意性示例中，分离管理模块112可以通过使用由传感器系统113生成的传感器数据来识别第一飞行器104的第一路径116。此外，分离管理模块112还可以通过使用从若干不同来源获得的信息来识别第二飞行器105的第二路径118。这些来源可以例如包括但不限于机载于第二飞行器105上的飞行管理系统、机载于第二飞行器105上的传感器系统、机载于第一飞行器104上的传感器系统113、空中交通控制系统和其他适当信息来源中的至少一者。在一个示意性示例中，可以通过使用从第二飞行器105和/或空中交通控制系统接收的第二飞行器105的预定飞行路径来识别第二飞行器105的第二路径118。在另一示意性示例中，可以通过由机载于第一飞行器104上的传感器系统113所生成的传感器数据来识别第二路径118。如这个示例中所示，第一路径116包括第一飞行器104的第一速度122。第二路径118包括第二飞行器105的第二速度124。在一些示意性示例中，分离管理模块112还可以被配置成识别出相对速度119。根据实施方式，相对速度119可以是第二飞行器105相对于第一飞行器104的速度或者是第一飞行器104相对于第二飞行器105的速度。分离管理模块112通过使用第一飞行器104的第一路径116和第二飞行器105的第二路径118来预测第一飞行器104和第二飞行器105之间的最接近点(CPA) 121。在这些示意性示例中，如果第一飞行器104沿第一路径116连续行进并且第二飞行器105沿第二路径118连续行进，则在第一路径116上行进的第一飞行器104和在第二路径118上行进的第二飞行器105之间的最接近点121被预测发生在第一飞行器104和第二飞行器105之间的距离123具有最小值时。 换言之，在预测最接近点121时，如果第一飞行器104沿第一路径116连续行进并且第二飞行器105沿第二路径118连续行进，则分离管理模块112预测在第一飞行器104和第二飞行器105之间预期是最小值的距离123。被预测处于最接近点121的第一飞行器104和第二飞行器105之间的距离123还可以被称为错开距离。此外，在预测最接近点121时，分离管理模块112还预测第二飞行器105相对于第一飞行器104的方向127。方向127是当第一飞行器104和第二飞行器105之间的距离123被预测具有最小值时第二飞行器105相对于第一飞行器104的方向。在这些示意性示例中，最接近点121处的距离123和方向127定义了在最接近点121处第一飞行器104和第二飞行器105之间的航距(range)。这个航距是当两个飞行器沿其相应路径行进时预测在这两个飞行器之间发生的最小航距。此外，这个航距可以被表示为具有大小和方向的矢量，其中该大小是最接近点121处的距离123，该方向是最接近点121处的方向127。以此方式，最接近点121可以被表示为矢量。此外，分离管理模块112还通过使用第一飞行器104的第一路径116和第二飞行器105的第二路径118来预测到最接近点121的时间120。到最接近点121的时间120是从当前时间到发生最接近点121的时间的时间段。换言之，时间120是从当前时间到第一飞行器104和第二飞行器105之间的距离123具有最小值的时间的时间段。在这些示意性示例中，到最接近点121的时间120还可以被称为到最接近点121的剩余时间/飞行时间(time-to-go)。在一些示意性示例中，可以通过使用已经被预测的到最接近点121的时间120来预测最接近点121处的距离123。在另一些示意性示例中，可以通过使用已经被预测的在第一飞行器104和第二飞行器105之间的距离123来预测到最接近点的时间120。在这些示意性示例中，当前航距125还被用于预测在第一飞行器104和第二飞行器105之间的最接近点121。当前航距125包括在第一飞行器104和第二飞行器105之间的当前距离126以及第二飞行器105相对于第一飞行器104的当前方向129。在一个示意性示例中，可以使用第一飞行器104的当前位置和第二飞行器105的当前位置来识别当前航距125。在一些示意性示例中，可以在不需要识别第二飞行器105和第一飞行器104的位置的情况下识别当前航距125。例如，可以通过使用雷达系统、激光测距仪和/或一些其他适当类型的航距识别系统来识别当前航距125。基于第一飞行器104和第二飞行器105之间的当前航距125，当前在第一飞行器104和第二飞行器105之间可能存在期望分离水平128。不过，随着第一飞行器104和第二飞行器105分别沿第一路径116和第二路径118行进，在第一飞行器104和第二飞行器105之间的期望分离水平128会丧失。期望分离水平128的这种丧失可以被称为在第一飞行器104和第二飞行器105之间的分离丧失。在这些所示示例中，分离管理模块112做出第一飞行器104和第二飞行器105是否被预测在最接近点121处第一飞行器104和第二飞行器106之间具有期望分离水平128的判定。换言之，分离管理模块112确定在最接近点121处预测的第一飞行器104和第二飞行器105之间的距离123是否提供了期望分离水平128。期望分离水平128被选择成降低和/或消除第一飞行器104和第二飞行器105之 间的碰撞风险115。换言之，期望分离水平128可以被选择成使得减小和/或回避第一飞行器104和第二飞行器105之间的碰撞可能性。做出预测最接近点121处的距离123没有提供期望分离水平128的判定表明了在第一飞行器104和第二飞行器105飞行期间的某点处会发生分离丧失。分离管理模块112可以将第一飞行器104控制成使得维持期望分离水平128并且防止分离损失的发生。例如，分离管理模块112可以被配置成为第一飞行器104生成若干补偿命令130。在这些示意性示例中，若干补偿命令130还可以被称为若干回避命令。若干补偿命令130可以被配置成导致第一飞行器104改变第一路径116。例如，若干补偿命令130可以被配置成改变第一飞行器104的第一路径116以便增加在最接近点121处预测的第一飞行器104和第二飞行器105之间的距离123。增加在最接近点121处预测的第一飞行器104和第二飞行器105之间的距离123可以在最接近点121处提供期望分离水平128。例如，若干补偿命令130可以导致第一飞行器104执行机动动作132的集合以便维持第一飞行器104和第二飞行器105之间的期望分离水平128。如这里所用的，集合项目意味着零个或更多个项目。例如机动动作的集合意味着零个、一个或更多个机动动作。此夕卜，集合可以是空集或零集。机动动作132的集合中的机动动作可以选自转弯机动动作、攀升机动动作、下降机动动作、倾斜机动动作、加速机动动作、减速机动动作和其他适当机动动作类型中的至少一者。在一些示意性示例中，当基于第一飞行器104和第二飞行器105之间预测的最接近点121存在期望分离水平128时机动动作132的集合可以是空集。在这些示意性示例中，若干补偿命令130合并于飞行控制系统111生成的用于控制第一飞行器104的操作的若干控制命令133。若干控制命令133包括控制飞行器104在空域114中飞行的命令。例如，若干控制命令133可以包括攀升加速命令、转弯速率命令、攀升速率命令、海拔命令、俯仰命令、偏航命令、横滚命令、加速命令、减速命令、横向加速命令和其他适当命令中的至少一者。以此方式，若干控制命令133被配置成在空域114中机动/调遣第一飞行器104。
若干补偿命令130可以合并于若干控制命令133以便调整若干控制133以致第一飞行器104执行机动动作132的集合。例如，分离管理模块112可以生成若干补偿命令130，该若干补偿命令130可以合并于若干控制命令133从而将第一飞行器104的第一路径116改变成新路径131。新路径131还可以被称为经改变飞行路径。新路径131可以包括第一飞行器104的新速度、新速率、新航向和新行进方向中至少一者。在这些示意性示例中，若干补偿命令130与若干控制命令133的合并可以形成最终若干控制命令143，其用于机动/调遣第一交通工具105以便在第一飞行器104和第二飞行器105之间基本维持期望分离水平128。具体地，这种合并可以以如下方式被执行，即使得第一飞行器104对最终若干控制命令143的响应是期望响应145。更具体地，最终若干控制命令143被配置成由第一飞行器104产生期望响应145。换言之，若干补偿命令130合并于若干控制命令133以致第一飞行器104以期望方式执行机动动作132的集合。以此方式，期望响应145还可以被称为第一飞行器104的 期望机动响应。期望响应145可以包括例如但不限于第一飞行器104飞行的期望/行驶品质/平稳性(ride quality)、飞行期间期望乘客舒适度、期望加速度范围、期望响应时间、期望转弯速率和第一飞行器104的响应中的其他适当因素中的至少一者。期望响应时间可以例如是希望第一飞行器104以多快来响应最终若干控制命令143。在一些情况下，期望响应时间可以是一旦已经发出最终若干控制命令143希望第一飞行器104以多快来开始机动动作132的集合。此外，在一些情况下，飞行器的期望响应145还可以包括一段期望时间，在该段时间中将改变飞行的飞行器104的飞行路径116以致在新的预测最接近点处第一飞行器104和第二飞行器105之间预测的新分离提供期望分离水平128。在其他情况下，期望响应145可以包括在已经于预测最接近点提供了期望分离水平128之后将再次获取第一路径116之前的期望时间。在这些示意性示例中，分离管理模块112被配置成连续地监测第一飞行器104和多个交通工具102中其他交通工具之间的分离106。在其他示意性示例中，分离106可以被周期性监测。例如，分离管理模块112可以被配置成每十分之一秒、每秒、每几秒或基于一些其他适当时间段来监测第一飞行器104和第二飞行器105之间的分离106。在一个示意性示例中，分离管理模块112可以执行识别第二飞行器105的第二路径118的操作、预测最接近点121的操作以及每十分之一秒判断一次在最接近点121处是否存在期望分离水平128的操作。在其他示意性示例中，第一飞行器104的人类操作者可以开始、停止和/或影响这些操作。如所示，期望分离水平128可以选自所需分离水平136、安全分离水平138和强制分离水平140之一。所需分离水平136可以基于例如但不限于空中交通控制系统所提供的要求和/或规则。此外，所需分离水平136可以是基于除空中交通控制系统所提供的要求和/或规则之外的以及/或者代替空中交通控制系统所提供的要求和/或规则的因素。这些因素可以例如包括但不限于飞行器类型和/或飞行器类别、工作参数、尺寸、当前飞行阶段、计划飞行阶段、海拔和/或与第一飞行器104和/或第二飞行器105相关的其他适当因素。
在这些示意性示例中，用于确定所需分离水平136的参数可以针对第一飞行器104的飞行基本保持恒定。在其他示意性示例中，在第一飞行器104飞行期间，用于限定所需分离水平136的参数会改变。例如，在第一飞行器104飞行期间，用于限定所需分离水平136的参数会响应天气情况的变化、能见度情况、环境情况的变化、第一飞行器104任务的变化、空域114的不同部分和/或其他事件类型而改变。安全分离水平138是比所需分离水平136更高的分离水平。安全分离水平138包括所需分离水平136和附加分离量。这个附加分离量可以考虑到与最接近点121的预测有关的任意不确定性或误差。具体地，安全分离水平138考虑到在预测最接近点121处的距离123时会存在的任意不确定性。此外，强制分离水平140是比安全分离水平138更高的分离水平。强制分离水平140包括安全分离水平138和附加分离量。这个附加分离量可以考虑到由分离管理模块112引发的第一飞行器104响应以改变第一路径116时的任意可预测误差。图I中交通工具管理环境100的图示不意味着暗示对实施有利实施例的方式的物·理或架构限制。除了及/或代替所示部件，可以使用其他部件。一些部件可以是不必需的。同样，方框被呈现以示出不同功能性部件。在有利实施例中实施时，这些框中的一个或更多个可以合并及/或分割成不同块。例如，在一些其他示意性示例中，分离管理模块112可以被配置成管理第一飞行器104和除多个交通工具102中的第二飞行器105之外和/或代替该第二飞行器105的附加交通工具之间的分离106。此外，在一些示意性示例中，在第二飞行器105正在空域114中飞行时，第一飞行器104可以在地面上是静止的或运动的。在另一些示意性示例中，可以相对于第二飞行器105而不是第一飞行器104来定义期望分离水平128。例如，期望分离水平128可以被定义为第一飞行器104在空域114中行进时距第二飞行器105应该保持的距离。此外，在其他示意性示例中，时间120可以是产生最接近点121时的实际时间，而不是相对于当前时间产生最接近点121之前的时间段。现在参考图2，根据有利实施例示出了期望分离水平的边界的示图。在这个示意性示例中，边界200定义了在空域203中行进的第一飞行器202和另一飞行器之间期望的不同分离水平。第一飞行器202和第二飞行器204分别是图I中第一飞行器104和第二飞行器105的实施方式的示例。在这个示意性示例中，来自图I的分离管理模块112可以被配置成在第一飞行器202和第二飞行器204正在空域203中行进时管理第一飞行器202和第二飞行器204之间的分离。如所示，相对于第二飞行器204定义第一飞行器202的边界200。例如，边界200包括边界206、边界208和边界210。这些边界相对于第二飞行器204定义了空域203中第一飞行器202和第二飞行器204 二者不应该同时存在的部分。例如，边界206提供了第一飞行器202和第二飞行器204之间的所需分离水平。这个分离水平是图I中所需分离水平136的示例。边界206距第二飞行器204处于距离207处。距离207是第二飞行器205和第一飞行器202之间的所需分离距离换言之，距离207是第一飞行器204应该保持以提供在第一飞行器202和第二飞行器204之间的所需分离水平的、距第二飞行器204的最小距离。
在这些示意性示例中，可以由例如第一飞行器202的飞行员、空中交通控制系统、第一飞行器202所属的航空公司或一些其他适当机构来选择距离207。可以基于例如安全规章、第一飞行器202的大小、第一飞行器202的工作参数、第一飞行器202的机动能力、第一飞行器202正执行的任务类型和/或其他适当因素的因素来选择距离207。边界208提供在第一飞行器202和第二飞行器204之间的安全分离水平。这个分离水平是图I中的安全分离水平138的示例。边界206距第二飞行器204处于距离209处。距离209是第二飞行器204和第一飞行器202之间的安全分离距离换言之，距离209是第一飞行器204应该保持以提供在第一飞行器202和第二飞行器204之间的安全分离水平的、距第二飞行器204的距离。在这些示意性示例中，可以使用距离207通过来自图I的分离管理模块112来计算距离209。例如，距离209可以被计算成所需距离加上估计不确定性和增益的乘积。换言之，距离209可以通过使用下述方程来计算
m姓=m編+IiniGni ⑴其中1^是增益，Oni是估计不确定性。估计不确定性是对于预测第一飞行器202和第二飞行器204之间的最接近点时的不确定性的估计。具体地，估计不确定性是对于在第一飞行器202和第二飞行器204之间预测的最接近点处在第一飞行器202和第二飞行器204之间预测的距离220的不确定性的估计。距离220还被称为在第一飞行器202和第二飞行器204之间的最接近点处的错开距尚ΓΠ。在这些示意性示例中，不确定性是基于第一飞行器202和第二飞行器204飞行期间产生的偏差。这些偏差可以包括例如第一飞行器202和第二飞行器204之间的航距、第一飞行器202和/或第二飞行器204的航向、第二飞行器204相对于第一飞行器202的相对速度以及/或者其他参数的偏差。这些偏差可以响应于例如但不限于天气情况、风力情况、传感器噪声、跟踪误差和/或其他适当因素而产生。此外，这个不确定性可以基于识别第一飞行器202的飞行路径和第二飞行器204的飞行路径时的估计误差。这些误差可以包括例如识别第一飞行器202和/或第二飞行器204的速度和位置时估计的误差。边界210提供在第一飞行器202和第二飞行器204之间的强制分离水平。这个分离水平是图I中强制分离水平140的示例。在这个示意性示例中，这个强制分离水平是第一飞行器202和第二飞行器204之间期望的分离水平。不过，在其他示意性示例中，所需分离水平和/或安全分离水平可以被选择成期望分离水平。边界210是距离第二飞行器204的距离211。距离211是第二飞行器204和第一飞行器202之间的强制分离距离msa。距离211是安全距离Hii^除以用于识别最接近点的系统的稳态响应增益Css。换言之，距离209是m 强制=(m 所需 +km o J /Css ⑵在这个示意性示例中，速度矢量212代表第一飞行器202的速度。此外，在这个示意性不例中，相对速度矢量214代表第一飞行器202相对于第二飞行器204的相对速度。如所示，航距矢量216表明了第一飞行器202和第二飞行器204之间的距离以及第二飞行器204的位置相对于第一飞行器202的位置的方向。角度218是相对速度矢量214和航距矢量216形成的角度。在这个示意性示例中，如果第一飞行器202和第二飞行器204以相同速度继续其相应的飞行路径，则到达这两个飞行器之间预测的最接近点的时间被定义如下tCPA = Rcos( θ )/ν相对(3)其中tCPA是到达最接近点的时间，R是航距矢量216的大小，Θ是角度218，并且V 是相对速度矢量214的大小。如所示，矢量221代表第一飞行器202和第二飞行器204之间的最接近点。矢量221的大小是距离220。如前所述，距离220是第一飞行器202和第二飞行器204之间的错开距离m。换言之，距离220是在到最接近点的时间预测的第一飞行器202距第二飞行器204的距离。当距离220小于距离211时，在最接近点处没有预测到产生期望分离水平。在最 接近点处获得期望分离水平所需的距离可以被计算成从强制距离减去错开距离。这个距离还可以被称为恢复距离。具体地，恢复距离是恢复期望分离水平所需的距第二飞行器204的附加距离。恢复距离可以由下述方程给出d 恢复=(m 强制-m)。(4)在这些示意性示例中，可以产生命令从而导致第一飞行器202改变其飞行路径以致在第一飞行器202和第二飞行器204之间维持期望分离水平。第一飞行器202可以通过改变航向、攀升、下降、转弯、减速、加速或执行一些其他适当操作来改变其飞行路径。现在参考图3，根据有利实施例示出了空中交通管理环境的示图。空中交通管理环境300是图I中交通工具管理环境100的一个实施方式的示例。如所示，第一飞行器302和第二飞行器304正在空中交通管理环境300中在空域305中行进。第一飞行器302可以是图I中第一飞行器104的一个实施方式的不例。第二飞行器304可以是图I中第二飞行器105的一个实施方式的示例。第一飞行器302可以装备有碰撞回避系统,被称为以交通工具为中心的碰撞回避系统。以交通工具为中心的碰撞回避系统是被配置用于其上布置有该系统的特定交通工具的系统。在第一飞行器302中的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以包括分离管理模块，例如图I中的分离管理模块112，其被配置成降低第一飞行器302和第二飞行器304之间的碰撞风险。例如，在第一飞行器302上的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以被配置成导致第一飞行器302执行脱险机动动作以回避与空中交通管理环境300中的第二飞行器304和/或另一飞行器(未示出)碰撞。如所示，第一飞行器302在空域305中正在飞行路径306上行进，同时第二飞行器304在空域305中正在飞行路径308上行进。在这个示意性示例中，第一飞行器302当前沿飞行路径306处于位置307，并且第二飞行器304当前沿飞行路径308处于位置309。第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以被配置成相对于第一飞行器302预测第一飞行器302和第二飞行器304之间的最接近点(CPA)310。最接近点310表明了当第一飞行器302和第二飞行器304分别继续在飞行路径306和飞行路径308上飞行时预测会发生的在第一飞行器302和第二飞行器304之间的最小航距。如所示，预测最接近点310将发生在第一飞行器302沿飞行路径306处于预测位置320且第二飞行器304沿飞行路径308处于预测位置322时。最接近点310可以被表示成具有相对于第一飞行器302的大小和方向的航距矢量。在这些示意性示例中，矢量的大小表明在最接近点310处第一飞行器302和第二飞行器304之间的距离。换言之，大小是第一飞行器302的预测位置320和第二飞行器304的预测位置322之间的距离。如前所述，在最接近点310处第一飞行器302和第二飞行器304之间的距离还可以被称为在最接近点310处这两个飞行器之间的错开距离。此外，最接近点310的矢量的方向表明在最接近点310处第二飞行器304的预测位置322相对于第一飞行器302的预测位置320的方向。此外，第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以预测到达最接近点310的时间。换言之，第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以预测将在第一飞行器302和第二飞行器304之间产生最接近点310的时间。在一些示意性示例中，到最接近点310的时间可以被称为第一飞行器302到达最接近点310之前的预测剩余时间/飞行时间(time-to-go)或预测时间段。 在这些示意性示例中，做出对最接近点310的预测可以包括识别在第一飞行器302和第二飞行器304之间的当前航距。当前航距包括在处于位置307的第一飞行器302和处于位置309的第二飞行器304之间的当前距离。此外，当前航距还可以包括第二飞行器304的位置309相对于第一飞行器302的位置309的方向。如所示，可以在第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统中预定义分离周界316。分离周界316可以是定义相对于第一飞行器302的期望分离水平的边界。在一些示意性示例中，边界可以在距第一飞行器302基本沿所有方向相等的距离处。当分离周界316是三维的时，分离周界316还可以被称为分离周界层。例如，分离周界316可以被定义为以球形式围绕第一飞行器302的三维层或表面。以此方式，分离周界316表明沿任意数量的方向可以提供在第一飞行器302和空域305中的另一飞行器之间的期望分离水平的距离第一飞行器302的距离。第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统被配置成维持在第一飞行器302和另一飞行器之间的这个期望分离水平。因而，当处于最接近点310的第一飞行器302和第二飞行器304之间的航距落入或“违背”预定分离周界316时，第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以产生回避命令。换言之，当第二飞行器304在处于最接近点310时的预测位置322相对于第一飞行器302在处于最接近点310时的预测位置320落入第一飞行器302的分离周界316内时,可以产生回避命令。在一些示意性示例中，可以仅当到最接近点的时间落入选定时间边界内时产生回避命令。例如，如果到最接近点310的时间超过五分钟，则第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统不会产生回避命令，直到到最接近点310的时间大约是一分钟。产生的回避命令可以被配置成改变第一飞行器302的飞行路径306。在一些情况下，产生的回避命令还可以改变飞行器的速率。例如，第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以响应第二飞行器304的预测位置322落入第一飞行器302具有预测位置320时的分离周界316内，产生使得第一飞行器302回应地将第一飞行器302的飞行路径306改变成经改变飞行路径314的回避命令。以此方式，第一飞行器302中的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以自动地确保基本在所有时刻在第一飞行器302和第二飞行器304之间均保持适当分离，如分离周界316所定义的。当第一飞行器302的飞行路径306被改变成经改变飞行路径314时，第一飞行器302中的以交通工具为中心的碰撞回避系统预测在第一飞行器302和第二飞行器304之间不同于最接近点310的新最接近点。新最接近点被预测发生于第一飞行器302沿经改变飞行路径314在预测位置324处时。当第一飞行器302处于沿经改变飞行路径314的预测位置324处时空域305被限定在分离周界316内的部分不同于当第一飞行器302处于沿飞行路径306的预测位置322处时空域305被限定在分离周界316内的部分。第一飞行器302的经改变飞行路径314可以被选择成使得新最接近点在当第一飞行器302在该新最接近点的预测位置324处时第一飞行器302的分离周界316之外。 在第一飞行器302在经改变飞行路径314上的同时，第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以继续监测空域305中的飞行器交通。具体地，第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以随着第一飞行器302和第二飞行器304在空域305中行进而继续识别第一飞行器302的最接近点。此外，以交通工具为中心的碰撞回避系统可以继续预测在针对最接近点所预测的时间处第二飞行器304是否将处于空域305在分离周界316内的部分内。以此方式，第一飞行器302可以继续产生回避命令来使得第一飞行器302改变其飞行路径，直到在针对第一飞行器302和第二飞行器304之间的最接近点所预测的时间处第二飞行器304不再被预测落入第一飞行器302的分离周界316内。换言之，当第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统确定不再存在违背分离周界316的可能时第一飞行器302会返回到飞行路径306。在其他示意性示例中，在第一飞行器302的以交通工具为中心的碰撞回避系统中可以预定义多个分离周界。例如，分离周界316可以包括多个期望分离水平或分离周界层。如下文进一步描述的，可以基于时间参数、飞行器速度、飞行器运动速率、距离参数、相对速度、相对运动速率和/或其他适当参数来定义多个分离周界层。现在参考图4，根据有利实施例示出了另一个空中交通管理环境的示图。在这个示意性示例中，空中交通管理环境400是图I中的交通工具管理环境100的一种实施方式的另一不例。如所示，图4中的空中交通管理环境400包括第一飞行器402和第二飞行器404。在这种所述示例中，第一飞行器402和第二飞行器404 二者可以均装备有以交通工具为中心的碰撞回避系统。第一飞行器402和第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统是可以以与图3中的第一飞行器402的以交通工具为中心的碰撞回避系统所述的方式类似的方式运作。如所示，第一飞行器402在空域405中正在飞行路径406上行进，同时第二飞行器404在空域405中正在飞行路径408上行进。第一飞行器402当前沿飞行路径408处于位置407。第二飞行器404当前处于位置409。第一飞行器402的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以被配置成相对于第一飞行器402预测最接近点410。类似地，第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以被配置成相对于第二飞行器404预测最接近点412。最接近点410和最接近点412指示出当第一飞行器402和第二飞行器404分别继续在飞行路径406和飞行路径408上继续飞行时预测会发生在第一飞行器402和第二飞行器404之间的最小航距。在这种示意性示例中，预测最接近点410和最接近点412将发生在第一飞行器402沿飞行路径406处于预测位置420且第二飞行器404沿飞行路径408处于预测位置422时。此外，第一飞行器402的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以针对第一飞行器402预测到达最接近点410的时间，并且第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以针对第二飞行器404预测到达最接近点412的时间。此外，做出对最接近点410和最接近点412的预测可以包括识别在第一飞行器402和第二飞行器404之间的当前航距。当前航距包括第一飞行器402的位置407和第二飞行器404的位置409之间的距离，以及第二飞行器404的位置409相对于第一飞行器402的位置407的方向。
可以在第一飞行器402的以交通工具为中心的碰撞回避系统中预定义第一飞行器402的分离周界414。类似地，可以在第二飞行器404的交通工具碰撞回避系统中预定义第二飞行器404的分离周界416。因而，当处于最接近点410的第一飞行器402和第二飞行器404之间的航距落入或“违背”预定分离周界414时，第一飞行器402的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以产生回避命令。换言之，在第一飞行器402处于预测位置420时，当第二飞行器404的预测位置422落入第一飞行器402的分离周界414内时，可以产生回避命令。根据相应方式，当处于最接近点412的第一飞行器402和第二飞行器404之间的航距落入或“违背”预定分离周界416时，第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以产生回避命令。换言之，在第二飞行器404处于预测位置422时，当第一飞行器402的预测位置420落入第二飞行器404的分离周界416内时，可以产生回避命令。第一飞行器402和第一飞行器402的以交通工具为中心的碰撞回避系统中的每个所产生的回避命令会导致第一飞行器402和第二飞行器404分别改变飞行路径406和飞行路径408。此外，在一些示意性示例中，回避命令还可以改变飞行器的速率。例如，如图4所示，第一飞行器402的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以产生一个或更多个回避命令来导致第一飞行器402反应性地将飞行路径406改变成经改变飞行路径418。类似地，第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以产生一个或更多个回避命令来导致第二飞行器404将飞行路径408改变成经改变飞行路径419。第一飞行器402和第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以预测经改变飞行路径418和经改变飞行路径419的新最接近点。新最接近点可以被预测将发生于第一飞行器402在预测位置424处且第二飞行器404在预测位置426处。如图4所示，在针对新最接近点所预测的时间，第一飞行器402的预测位置424处于第二飞行器404的分离周界416之外，并且第二飞行器404的预测位置426处于第一飞行器402的分离周界414之外。以此方式，第一飞行器402和第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以自动地确保基本在所有时刻均保持适当分离，分别如分离周界414和分离周界416所定义的。不过，当第一飞行器402和/或第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统确定分别不再存在违背分离周界414和/或分离周界416的可能时这些飞行器会分别返回到飞行路径406和/或飞行路径408。在其他示意性示例中，在第一飞行器402和/或第二飞行器404的以交通工具为中心的碰撞回避系统中可以预定义多个分离周界层。例如，分离周界414和/或分离周界416可以包括多个分离周界层。如下文进一步描述的，可以基于时间参数、飞行器速度、飞行器运动速率、距离参数、相对运动速率、相对速度和/或其他适当参数来定义多个分离周界层。时间参数中的一个可以是到达最接近点的时间。因此，自动改变飞行器的飞行路径的能力可以减少或消除由于人工错误、与当前碰撞回避系统的误通信和/或其他因素所导致的碰撞可能。此外，飞行器的以交通工具为中心的回避系统可以通过减少基于地面的空中交通控制者对于缓解飞行器碰撞风险的参与来减轻其工作量。图3和图4的描绘不意味着暗示对于可以实现不同有利实施例的方式。例如，在 一些示意性示例中，除了第一飞行器302和第二飞行器304之外的其他飞行器可以存在于空中交通管理环境300中。作为一种示意性示例，第一飞行器402的以交通工具为中心的碰撞回避系统可以被配置成，当预测到在预测将发生最接近点410的时间将有一个以上的飞行器存在于第一飞行器402的分离周界414内时，其产生回避命令从而将第一飞行器402的飞行路径406改变成除经改变飞行路径418之外的经改变飞行路径。现在参考图5，根据有利实施例示出了提供碰撞回避的航空电子系统的框图的示图。航空电子系统500可以被实现在飞行器中，例如图I中的第一飞行器104、图3中的第一飞行器302、图4中的第一飞行器402和/或图4中的第二飞行器404。图3中的第一飞行器302的以交通工具为中心的回避系统以及图4中的第一飞行器402和第二飞行器404可以被实现在航空电子系统500中。在这些示意性示例中，航空电子系统500中的一个或更多个部件可以被实现在计算机系统501中。计算机系统501是图I中的计算机系统108的一种实施方式的示例。在这些示例中，计算机系统501采取若干个计算机的形式。当计算机系统501中存在一个以上计算机时，这些计算机可以彼此通信。例如，航空电子系统500可以包括导航系统502、飞行路径数据库504、自动驾驶506、飞行指引器508、交通传感器510和碰撞回避计算机512。导航系统502、自动驾驶506、飞行指引器508和碰撞回避计算机512可以被实现在计算机系统501中的一个或更多个计算机中。此外，导航系统502、自动驾驶506和飞行指引器508中的一个或更多个可以被实现在图I中的飞彳丁控制系统111中。导航系统502可以被用于提供飞行期间飞行器的地理位置。飞行器的地理位置是使用地理坐标系来定义的飞行器位置。导航系统502可以包括惯性基准系统(IRS)、姿态航向和参考系统(AHRS)、全球定位系统(GPS)和其他类似系统。这些系统中的一部分可以被实现在计算机系统501中，而这些系统中的另一部分可以包括计算机系统501外部的传感器和/或其他装置。在这些示意性示例中，导航系统502可以包括机载在飞行器上的飞行路径数据库504。飞行路径数据库504为飞行器提供飞行路径信息。飞行路径信息包括飞行器的预定飞行路径。在一些示意性示例中，飞行路径信息可以包括飞行器的预定路线。飞行器的路线是飞行器的行进方向或航向。这个行进方向可以被定义为例如相对于真实北极的角度。飞行器的路线还可以被称为航向。自动驾驶506通常被配置成在无人干涉的情况下驾驶飞行器。在各种实施方式中，自动驾驶506可以从导航系统502获得飞行信息。这个飞行信息可以包括例如飞行器的位置、航向、姿态、速率和/或其他适当类型的飞行信息。自动驾驶506还可以从飞行路径数据库504获得飞行路径信息。通过比较飞行信息和飞行路径信息，自动驾驶506可以发出控制命令从而将飞行器维持在具体飞行路径上。例如，自动驾驶506可以计算出油门设定并且发出飞行控制面命令。飞行指引器508通常被配置成在特定飞行期间计算并显示飞行器的期望飞行路 径给一个或更多个飞行员。例如，当飞行员正遵循飞行器的预定路线时，飞行指引器508可以与飞行路径数据库504和自动驾驶506交互从而计算并显示沿预定路线行进的必要飞行动作给飞行员。在这些示意性示例中，飞行指引器508可以包括飞行指引指示仪(FDI)、水平情况指示仪(HSI)、模式选择器和飞行指弓I计算机。此外，飞行指弓I指示仪可以包括显示器，其可以呈现姿态指示仪、固定飞行器符号、倾斜和坡转命令条、下滑指示仪、定位信标偏差指示仪和/或其他适当类型的指示仪。飞行指引器508可以向飞行员提供获得并保持期望路线或飞行路径所必须的操纵命令。在一些示意性示例中，飞行指引器508可以进一步向自动驾驶506提供操纵命令，该自动驾驶506可以将其转变成用于飞行器的飞行控制面的命令。交通传感器510可以被配置成获得交通飞行器的位置。交通飞行器包括可以在所述飞行器正行进通过的空域内行进的任意数量的其他飞行器。根据各种实施例，交通传感器510可以被配置成从交通报警和碰撞回避系统(TCAS)、自动相关监视(ADS)系统、基于地面的空中交通控制(ATC)系统、机载交通监视雷达系统和/或其他空中交通探测系统。如这个示例中所示，碰撞回避计算机512具有处理能力和存储器以适于存储和执行计算机可执行指令。在一个实施例中，碰撞回避计算机512包括一个或更多个处理器514和一个存储器516。存储器516可以包括易失和非易失存储器、可擦写和不可擦写介质，以被实现在任意方法或技术中以用于存储信息，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。这样的存储器包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储技术、光盘、只读存储器(⑶-ROM)、数字光盘(DVD)或其他光学存储器、卡式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储装置、磁盘阵列(RAID)存储系统或者能够被用于存储期望信息且能够由计算机系统读取的任意其他媒介。存储器516包含能够使得碰撞回避系统512执行各种功能的模块。这些模块可以包括自动驾驶接口模块518、数据库接口模块520、飞行指引器接口模块522、碰撞回避模块524、命令合并模块526、交通传感器接口模块528和数据库530。存储器516中的碰撞回避模块524和一组其他模块可以被用于实现图I中的分离管理模块112。此外，自动驾驶接口模块518、数据库接口模块520、飞行指引器接口模块522、碰撞回避模块524、命令合并模块526、交通传感器接口模块528和数据库530可以被实现成被一个或更多个处理器513执行来实现下述功能的软件和/或计算机可执行指令。自动驾驶接口模块518被配置成使得碰撞回避计算机512能够与自动驾驶506通信。通信可以建立于电连接、光学连接等等。在这些示意性示例中，自动驾驶接口模块518可以被配置成使得自动驾驶506能够在碰撞回避计算机512的引导下执行碰撞回避。数据库接口模块520使得能够从数据库530读取数据以及向数据库530写入数据。在这些示意性示例中，数据库接口模块520可以由存储器516中的其他模块激活，如下文进一步描述的。数据库530可以被配置成存储可以用于将飞行器维持在各种飞行路径上以及回避碰撞的信息。例如，数据库530可以包含轨迹和速率规则。轨迹和速率规则可以规定飞行器的性能能力和机动动作能力。此外，数据库530还可以存储飞行器分离限制和飞行器响应限制。 飞行器分离限制可以用于定义分离周界，例如图3所述的分离周界316。这些被存储的限制可以用于确定分离周界的尺寸和形状。例如，参数可以指定例如直径、宽度、长度和海拔的测量值以及/或者其他测量值以便定义分离周界。如下文进一步描述的，飞行器响应限制可以规定该飞行器和另一飞行器直径的最大期望接近度以及飞行器要改变其飞行路径来缓解碰撞风险的最小时间。当然，其他信息也可以用于确定分离周界的形状。这些因素可以包括例如但不限于天气情况、海拔、能见度情况、风力情况、飞行器飞行经过的地形、飞行器内的乘客数量以及/或者其他适当因素。飞行器指弓I器接口模块522可以有助于飞行器指弓I器508和碰撞回避模块524之间的通信。因此，飞行器指引器接口模块522可以使得飞行器指引器508能够向飞行员提供必要操纵命令。交通传感器接口模块528可以被配置成将来自交通传感器510的交通传感器数据提供给碰撞回避计算机512。碰撞回避计算机512中的碰撞回避模块524可以分析从交通传感器接口模块528接收的交通传感器信息。如果飞行器沿当前飞行路径不能维持该飞行器和另一飞行器之间具有期望分离水平，则碰撞回避模块524可以改变该飞行器的当前飞行路径。命令合并模块526可以被配置成使用自动驾驶接口模块518和飞行器指弓I器接口模块522来分别发送碰撞回避命令、飞行路径改变和/或新飞行路径信息给自动驾驶506和飞行指引器508。现在参考图6，根据有利实施例示出了碰撞回避系统的框图的示图。在这个示意性示例中，系统600是碰撞回避系统。具体地，系统600可以用于实现飞行器中的以交通工具为中心的碰撞回避系统，该飞行器例如图I中的第一飞行器104、图3中的第一飞行器302、图4中的第一飞行器402和/或图4中的第二飞行器404。如所示，系统600可以包括飞行控制模块602和碰撞回避模块604。飞行控制模块602被大体配置成当飞行器在各目的地之间飞行时将该飞行器维持在预定飞行路径上。碰撞回避模块604被配置成产生可以提供碰撞回避的回避命令。碰撞回避模块604和飞行控制模块602可以通过使用软件、硬件或二者组合来实现。
在这个示意性示例中，飞行控制模块602可以包括轨迹生成函数/功能元件(function)606、控制命令函数608以及命令修改函数610。这些函数可以通过图5的航空电子系统500中的导航系统502、自动驾驶506和飞行指引器508中的一个或更多个来实现。轨迹生成函数606被配置成基于飞行器的预定航路点来生成飞行器的飞行轨迹。在这些示意性示例中，飞行器的飞行轨迹是针对该飞行器识别的在飞行期间经过以致飞行器维持期望飞行路径的多个航路点。航路点是空域中的位置。这些位置可以是通过使用例如地理坐标系定义的位置。在这些示意性示例中，飞行轨迹所识别的多个航路点包括将要经过的未来航路点并且可以不包括飞行期间飞行器已经经过的航路点。在一些情况下，飞行轨迹可以包括当飞行器维持期望飞行路径时该飞行器预测要经过的多个航路点。在一些示意性示例中，飞行轨迹还可以指出飞行器要行经的多个航路点中的每对航路点之间的路径。以此方式，飞行轨迹可以包括期望飞行路径以及对于沿期望飞行路径将要经过的多个航路点的识别。·飞行轨迹还可以包括飞行器将要经过多个航路点的时间。当飞行轨迹包括时间信息时，飞行轨迹可以被称为四维(4D)飞行轨迹。当飞行轨迹不包括时间信息时，飞行轨迹可以被称为三维飞行轨迹。控制命令函数608被配置成相对于飞行器的当前位置和当前速度来比较生成的飞行轨迹。控制命令模块608确定飞行器是否正在且/或将要偏离于生成的飞行轨迹并且是否需要飞行轨迹校正。飞行轨迹校正是对于飞行器正遵循的当前飞行路径和/或航向的改变。当需要飞行路径校正时，控制命令函数608可以产生根据轨迹和速率控制规则实现飞行路径校正的控制命令。控制命令可以被配置成改变飞行器的推进系统的油门设定以及/或者操控飞行器的飞行控制面的操作。在一些示意性示例中，控制命令函数608产生的控制命令还可以在被实现在推进系统和相应飞行控制面上之前被命令修改函数610处理。具体地，命令修改函数610可以被配置成通过使用增益将控制命令实现成飞行状况的函数，所述增益也被称为权重和/或限制。例如，当飞行器严重偏离飞行路径时命令修改函数610可以将大权重值赋予一个或更多个控制命令。大权重值可以导致一个或更多个控制命令高程度地加速实现以便导致飞行器快速返回到指定飞行路径。相反地，当飞行器仅稍偏离于飞行路径时命令修改函数610可以将小权重值赋予一个或更多个控制命令。在这种情况下，逐渐地实现控制命令以便飞行器更平缓或平稳地返回到指定飞行路径。此外，可以以考虑到乘客舒适度、行驶品质、安全因素和/或其他适当因素的方式来实现控制命令。在这些示意性示例中，碰撞回避模块604可以与飞行控制模块602交互从而当需要时改变飞行期间飞行器的飞行路径以便提供碰撞回避。图5的碰撞回避计算机512中的碰撞回避模块524可以被用于实现碰撞回避模块604中执行的函数。如所示，系统600的碰撞回避模块604可以发出与飞行控制模块602提供的控制命令抗衡的回避命令。以此方式，回避命令可以改变飞行器的飞行轨迹和/或飞行路径以便提供碰撞回避。在这些示意性示例中，碰撞回避模块604包括轨迹分析函数612、计算函数616、分离限制618、响应限制620和回避修改函数622。轨迹分析函数612可以被配置成预测该飞行器相对于另一交通飞行器的飞行路径的飞行路径。轨迹分析函数612可以经由图5中的交通传感器接口模块528从交通传感器510获得交通知识614。交通知识614可以包括交通飞行器的位置、速度、航向、航向变化速率、攀升速率、下降速率、速度变化速率和轨迹。在其他情况下，交通知识614还可以包括具体交通飞行器的飞行计划。飞行计划包括该具体交通飞行器的预定飞行轨迹。换言之，飞行计划可以包括该具体交通飞行器的预定飞行路径以及与沿该预定飞行路径的不同航路点关联的时间。例如，如果交通飞行器已经提交了飞行计划，则轨迹分析函数612可以从地面来源获得该飞行计划，例如从基于地面的控制站获得飞行计划。获得的飞行计划可以向轨迹分析函数612提供与该交通飞行器在具体时刻将要处于的位置有关的详细知识。 不过，在其他示意性示例中，交通飞行器的飞行管理系统(FMS)可以能够向另一飞行器发送位置和速率数据。在这些示例中，轨迹分析函数612还可以从该交通飞行器直接获得交通知识614。此外，轨迹分析函数612可以从轨迹生成函数606获知实现系统600的飞行器的预测飞行路径。在这些示意性示例中，其上实现了系统600的飞行器还可以被称为本体飞行器(self-aircraft)。一旦轨迹分析函数612已经从各来源接收到了轨迹数据，则轨迹分析函数612可以处理所述数据从而确定期望轨迹信息。这个期望轨迹信息可以包括本体飞行器的位置、本体飞行器的速率、本体飞行器的计划轨迹、每个交通飞行器的位置、每个交通飞行器的速率以及每个交通飞行器的计划轨迹。如这里所用，本体飞行器和每个交通飞行器的速率可以包括航向变化速率、攀升速率、下降速率、速度和速度改变速率。速度改变速率还可以被称为加速度。以此方式，轨迹分析函数612可以预测已经被提供有数据的每个飞行器的期望飞行路径。轨迹分析函数612可以被配置成向计算函数616发送预测轨迹。计算函数616可以被配置成处理不同飞行器的预测轨迹并且当识别出丧失分离时向本体飞行器提供回避命令。具体地，不同飞行器的预测轨迹可以被用于预测在本体飞行器和每个交通飞行器之间的最接近点处任意交通飞行器是否将“违背”本体飞行器的预定分离周界。例如，如果预测到至少一个交通飞行器在该交通飞行器和本体飞行器之间的最接近点处将处于分离周界内，则分离周界被预测为将被“违背”。当计算函数616做出这种预测时，计算函数616可以被配置成发出回避命令。这些回避命令可以提前改变本体飞行器的飞行路径以便在预测最接近点处不“违背”分离周界。以此方式，计算函数616产生在该飞行器和另一飞行器之间提供期望分离水平所需的回避命令。此外，类似于碰撞回避模块604的碰撞回避模块可以存在于每个交通飞行器上并且在必要时可以向每个交通飞行器发出回避命令。在这些所示示例中，计算函数616使用分离限制618来确定飞行器的分离周界的尺寸。在一个示意性示例中，分离限制618可以定义沿所有方向延伸的最小分离距离。以此方式，分离周界可以是球形形式。例如，可以基于沿所有方向均是一英里的分离距离来建立分离周界。换言之，如果在本体飞行器和交通飞行器之间预测的最接近点处该交通飞行器被预测将距离该飞行器一英里以内，则该交通飞行器被看成“违背”该本体飞行器的分离周界。在其他示意性示例中，分离限制618可以被配置成提供其他分离周界形状。例如分离限制618可以定义沿所有经度方向和维度方向延伸的半径以及沿竖直轴线从所述经度方向和维度方向延伸的所有点的固定距离。在这种情况下，分离限制618是圆筒形形状。当然，在其他示意性示例中，分离限制618可以被配置成定义各种其他三维形状，例如椭球、球状体、半球、立方体、八面体和/或一些其他适当的三维形状。换言之，三维形状可以不是对称的。在一些情况下，预测最接近点时的不确定性会是取决于方向的。换言之，不确定性·相对于飞行器在不同方向是不同的。因此，当预测最接近点时的不确定性相对于飞行器在不同方向是不同的时，分离限制618所定义的形状可以是不对称的。此外，分离限制618可以基于不同飞行器类型为飞行器定义不同的分离周界三维形状。例如，当本体飞行器是一个具体飞行器类型时，针对该本体飞行器和第一类型的交通飞行器所定义的分离周界可以不用于针对该本体飞行器和第二类型的交通飞行器所定义的分离周界。作为一个示意性示例，分离限制618所定义的分离周界的三维形状可以是基于本体飞行器的种类和/或交通飞行器种类。飞行器的种类可以例如是大型商用飞行器、小型私用飞行器、喷气式飞行器、直升机和/或一些其他适当飞行器种类。分离周界的三维形状还可以基于本体飞行器和/或交通飞行器的机动性以及本体飞行器和/或交通飞行器的速
率被定义。计算函数616还可以被配置成在生成回避命令时使用响应限制620。响应限制620可以确定执行回避命令的及时性。例如，响应限制620可以被建立成使得当预测将在距离本体飞行器当前位置基本等于或大于某选定阈值的距离处在本体飞行器和交通飞行器之间产生预测最接近点时，计算函数616可以延迟提供一个或更多个回避命令。相反地，如果预测将在距离本体飞行器当前位置小于该选定阈值的距离处在本体飞行器和交通飞行器之间产生预测最接近点时，则计算函数616可以立即提供所述一个或更多个回避命令以便由本体飞行器执行。在一些示意性示例中，计算函数616可以被配置成计算到最接近点的时间UciJ。该时间也可以被称为距最接近点的剩余时间。在这些示例中，响应限制620还可以包括时间限度。例如，如果预测到最接近点的时间将发生在未来基本等于或迟于某选定阈值的时间处，则计算函数616可以延迟回避命令执行。例如，到最接近点的时间可以比选定阈值迟了超过预定时间间隔的时间。这个预定时间间隔可以是任意时间增量单位，例如秒、分钟、小时和/或一些其他时间增量。相反地，最接近点的时间即将迫近。例如，当预测到最接近点的时间将发生在早于某选定阈值的时间时，例如在流逝预定时间间隔之前，则计算函数616可以更快速地提供用于执行的回避命令。此外，如果到最接近点的时间是负的，则最接近点已经发生并且飞行器正在运动远离彼此。在这种情况下，回避命令可以被设定到零。以此方式，计算函数616可以基于与多个交通飞行器中每一个的可能碰撞的急迫性来安排回避命令生成的优先次序。例如，计算到最接近点的时间和实施响应限制620中的时间限度可以适用于针对最接近点具有较长的剩余时间/飞行时间的飞行器之间的碰撞回避。针对最接近点的较长剩余时间可以预测发生在如下两个飞行器之间，即它们在气层中沿平行路径接近地飞行、一个追随另一个或在彼此远离的具有零最接近点距离的轨迹上航行。在这些示意性示例中，回避修改函数622可以被配置成将增益或回避权重分配到计算函数616生成的一个或更多个回避命令。回避权重可以用于建立回避和操纵命令的相对强度。例如，回避修改函数622针对远程第一分离周界层包含小增益并且针对近程第二分离周界层包含大增益。在这个示例中，第一分离周界层可以能够通过使用远程的最小路径修正来实现分离。同样在这个示例中，第二周界层可以在近程通过使用较大增益确保回 避命令克服飞行控制模块602中控制命令函数608所发出的正常控制命令。因此，回避计算函数616和回避修改函数622可以增加本体飞行器接近交通飞行器时改变其飞行路径的倾向。此外，将意识到回避修改函数622可以被配置成针对每个分离周界和每个交通飞行器将各种增益分配给回避命令。在其他示意性示例中，回避修改函数622还可以被配置成分配选择性执行一部分回避命令的增益。例如，回避修改函数622可以被配置成当飞行器低于预定最小海拔时不向导致该飞行器俯冲的回避命令分量分配权重。这可以防止飞行器执行不良飞行路径改变。在一些示意性示例中，回避修改函数622可以被配置成将基本零权重分配给使得飞行器沿具体方向(例如向左或向右)转向的回避命令分量。回避修改函数622还可以被配置成使用控制限制来约束回避命令。例如，当可忽略距飞行路径的偏离时回避修改函数622可以提供阻止回避命令被执行的控制限制。在其他示例中，命令修改函数610和回避修改函数622 二者均可以使用控制限制来防止飞行器的径向运动或飞行器中飞行控制系统的命令饱和。一旦回避修改函数622已经将必要增益和/或限制分配给回避命令，则回避命令被传达到例如图5中的命令合并模块526。命令合并模块526可以实现由合并部件623和命令合并模块624执行的函数。具体地，合并部件623将回避命令应用到控制命令并且将这些合并命令发送到命令合并模块624。如下所述，控制命令由控制命令函数608生成并且由命令修改函数610修改。产生的回避命令可以包括例如航向速率变化命令、攀升或下降速率修改命令、力口速和减速命令以及/或者其他操纵命令，如速率、海拔和航向改变命令。换目之，回避命令可以被配置成影响命令合并模块624中推力和飞行控制面设定的计算。在各种实施例中，命令合并模块624可以实施回避命令以便它们与控制命令函数608发出的且被命令修改函数610加权和限制的控制命令抗衡。以此方式，当碰撞回避模块604预测到预期“违背”分离周界时碰撞回避模块604可以改变飞行器的飞行路径。此外，命令合并模块624还可以将位置和速率读数回馈给控制命令函数608和轨迹分析函数612。此外，位置和速度读数可以被回传给航空电子系统500中的自动驾驶506、飞行指引器508和/或一些其他系统。进而，控制命令函数608可以使用反馈位置和速度读数以便在如上所述相同的过程中产生进一步的控制命令。类似地，轨迹分析函数612可以使用反馈位置和速度读数来连续地更新其飞行轨迹预测。将意识到，碰撞回避模块604可以被配置成连续监控本体飞行器和交通飞行器的轨迹并且预测该飞行器和另一飞行器之间的最接近点对分离周界的未来“违背”。这种连续监控可以确保在每次预测到分离丧失时均改变飞行器的飞行路径。不过，当飞行器和交通飞行器的轨迹指示出最接近点不再违背分离周界时，碰撞回避模块604可以停止回避命令的输出。以此方式，可以连续地做出小的飞行路径改变以便减少碰撞的潜在风险。在一些示意性示例中，即使在飞行器控制飞行器时碰撞回避模块604仍可以产生回避命令。现在参考图7，根据有利实施例示出了用于预测两个飞行器之间的最接近点的方 程的示图。具体地，示出了用于预测第一飞行器702和第二飞行器704之间的最接近点的方程的示例。这些方程是用于预测图I中的第一飞行器104和第二飞行器105之间的最接近点121的一种实施方式的示例。此外，图7还示出了回避命令的生成。如图7所示，假设第一飞行器702和第二飞行器704沿笔直路径以恒定速度继续行进，在第一飞行器702和第二飞行器704之间的最接近点可以由如下方程表示= /s；十 I = κ ..... PP—! i-·
^ i(5)其中^是最接近点矢量的矢量706，f是第一飞行器702和第二飞行器704之间的当前航距的矢量708，元是在当前时间和最接近点的时间之间第二飞行器704相对于第一飞行器702行进的预测距离的矢量710，并且是第二飞行器704相对于第一飞行器702的速度的矢量712。此外，最接近点的时间可以由如下方程表示t =-,^7 = ........(6)
p IF2,1 V2r-V2,.
B.I其中tepa是最接近点处的时间，并且Ir+是预测在第一飞行器702和第二飞行器
IhHI
704之间将要行进的相对距离5的矢量范数/矢量模数710比第二飞行器704相对于第一飞行器702的速度矢量的矢量范数710。生成以交通工具为中心的命令&的控制回避控制规则可以由如下方程表示
>■'< P
;V、 y
丁了、， (7)11；'I I= '1 >· + 々Μ . b 十 ijzP,η ■ h(Λ)
并且其中P代表分离周界层的数量，η代表用于生成回避命令的交通飞行器的数量。此外，Kp, η可以是在本体飞行器评估情况下针对每个相应交通飞行器η且针对多个相应分离周界层P中的任意周界层被应用到相应控制方向的控制增益。此外，
包括在生成一个或更多个回避命令时使用的对应碰撞回避命令分量。根則》种文施例，可以如下被选择
权利要求
1.用于管理交通工具(102)之间的分离(106)的方法，该方法包括 预测沿第一路径(116)行进的第一交通工具与沿第二路径(118)行进的第二交通工具之间的最接近点(121)； 通过使用该最接近点(121)以及所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的期望分离水平(106)来生成用于改变所述第一交通工具的所述第一路径(116)的若干补偿命令(130);以及 将所述若干补偿命令(130)合并于所述第一交通工具的若干控制命令(133)以形成最终若干控制命令(143)，所述最终若干控制命令(143)被配置成机动所述第一交通工具以便基本维持所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的期望分离水平(106)，其中所述第一交通工具对所述最终若干控制命令(143)的响应是期望响应(145)。
2.根据权利要求I所述的方法，还包括 预测到所述最接近点(121)的时间(120)，其中所述最接近点(121)被预测将发生于如果所述第一交通工具继续沿所述第一路径(116)行进且所述第二交通工具继续沿所述第二路径(118)行进时在所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的距离(123)具有最小值的时候。
3.根据权利要求2所述的方法，其中预测所述最接近点(121)的步骤包括 预测如果所述第一交通工具继续沿所述第一路径(116 )飞行且所述第二交通工具继续沿所述第二路径(118)飞行则在所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的距离(123)具有最小值时的该距离(123);以及 预测所述距离具有所述最小值时所述第二交通工具相对于所述第一交通工具的方向(127)。
4.根据权利要求2-3中任一权利要求所述的方法，其中生成所述若干补偿命令(130)的步骤包括 通过使用所述最接近点(121)、所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的所述期望分离水平(106)以及到所述最接近点(121)的所述时间(120)来生成用于改变所述第一交通工具的所述第一路径(116)的所述若干补偿命令(130)。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其中所述第一交通工具是第一飞行器(104)并且所述第二交通工具是第二飞行器(105)，并且其中通过使用所述第一飞行器(104)内的飞行控制模块(602)来生成所述若干控制命令(133)，并且还包括 将限制函数的第一集合施加到所述若干控制命令(133);并且 将限制函数的第二集合施加到所述若干补偿命令(130)，其中所述限制函数的第一集合和所述限制函数的第二集合被配置成降低所述第一飞行器(140)以不良方式飞行的可能性。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的方法，还包括 选择若干参数来生成所述若干补偿命令(130)，其中所述若干参数被选择成使得所述第一交通工具对所述若干最终控制命令(143)的响应是所述期望响应。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的方法，其中所述期望分离水平(106)选自所需分离水平(136)、安全分离水平(138)和强制分离水平(140)其中之一。
8.根据权利要求1-4和6-7中任一权利要求所述的方法，其中所述第一交通工具是第一飞行器(104)，所述第二交通工具是第二飞行器(105)，所述第一路径(116)是第一飞行路径，并且所述第二路径是第二飞行路径，并且还包括 响应所述若干最终控制命令(143)来机动所述第一飞行器(104)从而改变所述第一飞行器(104)的所述第一飞行器路径从而形成所述第一飞行器(104)的经改变飞行路径(314)，其中所述经改变飞行路径(314)在所述第一飞行器(104)和所述第二飞行器(105)之间的所述最接近点(121)处提供所述期望分离水平(106)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中机动步骤包括 响应所述若干最终控制命令(143)改变所述第一飞行器(104)的行进速率、加速度和方向(127)中至少一者以形成所述经改变飞行路径(314)，其中所述经改变飞行路径(314)在所述第一飞行器(104)和所述第二飞行器(105)之间的所述最接近点(121)处提供所述期望分离水平(106)。
10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的方法，其中所述期望响应(145)包括期望行驶品质、期望乘客舒适度、期望加速范围、期望响应时间和期望转弯速率中的至少一者。
11.根据权利要求1-10中任一权利要求所述的方法，其中生成所述若干补偿命令(130)的步骤包括 通过使用对所述最接近点的预测中的不确定性来识别在所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的所述期望分离水平。
12.根据权利要求1-4、6_7和10-11中任一权利要求所述的方法,其中所述第一交通工具和所述第二交通工具选自飞行器、无人驾驶飞机、直升机、潜艇、水面舰艇、导弹、宇宙飞船和地面交通工具中的至少一者。
13.—种系统,包括 分离管理模块(112)，其被配置成通过使用第一路径(116)和第二路径(118)来预测沿所述第一路径(116)行进的第一交通工具与沿所述第二路径(118)行进的第二交通工具之间的最接近点(121);通过使用该最接近点(121)以及在所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的期望分离水平(106)来产生用于改变所述第一交通工具的所述第一路径(116)的若干补偿命令(130);以及将所述若干补偿命令(130)合并于所述第一交通工具的若干控制命令(133)以形成最终若干控制命令(143)，所述最终若干控制命令(143)被配置成机动所述第一交通工具以便基本维持所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的期望分离水平(106)，所述第一交通工具对所述最终若干控制命令(143)的响应是期望响应(145)。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述分离管理模块(112)还被配置成预测到所述最接近点(121)的时间(120)，其中所述最接近点(121)被预测将发生于如果所述第一交通工具继续沿所述第一路径(I 16)行进且所述第二交通工具继续沿所述第二路径(I 18)行进时在所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的距离(123)具有最小值的时候。
15.根据权利要求14所述的系统，其中在被配置成预测所述最接近点(121)时，所述分离管理模块(112)被配置成预测当所述第一交通工具继续沿所述第一路径(116)行进且所述第二交通工具继续沿所述第二路径(118)行进时在所述第一交通工具和所述第二交通工具之间的距离(123)具有最小值时的该距离(123);以及预测所述距离具有所述最小值时所述第二交通工具相对于所述第一交通工具的方向(127)。
全文摘要
提供用于管理交通工具之间的分离的方法和设备。预测沿第一路径行进的第一交通工具与沿第二路径行进的第二交通工具之间的最接近点。通过使用该最接近点以及第一交通工具和第二交通工具之间的期望分离水平来产生用于改变第一交通工具的第一路径的若干补偿命令。若干补偿命令与用于第一交通工具的若干控制命令相合并以形成最终若干控制命令，所述最终若干控制命令被配置成机动第一交通工具以便基本维持第一交通工具和第二交通工具之间的期望分离水平。第一交通工具对最终若干控制命令的响应是期望响应。
文档编号G08G5/04GK102915652SQ20121027340
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者G·S·布什内尔 申请人:波音公司