CN104246641A - Uav的安全紧急降落 - Google Patents

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Abstract

一种用于在引擎故障的情况下使带有动力装置的无人驾驶飞行器(UAV)进行自主安全紧急降落的方法。产生降落进场轨道，其包括起始于轨道的起始点的顺风路段、终止于选定着陆点的逆风路段、以及接合在顺风路段和逆风路段之间的U型转弯路段。UAV被引导至起始点以沿顺风路段而行。基于当前飞行状况来反复地确定UAV的滑翔比。基于所确定的滑翔比沿顺风路段反复地确定当前转向点，U型转弯路段起始于当前转向点。当UAV到达当前转向点时，引导UAV沿U型转弯路段和逆风路段而行，以便使UAV在选定着陆点降落。

Description

UAV的安全紧急降落
技术领域
本发明通常涉及无人驾驶飞行器(UAV)领域，并且具体地，涉及在引擎故障情况下UAV的安全紧急降落的***和方法。
背景技术
UAV的性能已经很大程度地被开发，使得UAV被普遍地用于各种工作和任务(并不一定是与军事相关的)。现如今，可以基于预先编程的飞行计划来远程控制或自动操作UAV。然而，UAV的主要缺点在于，在诸如引擎故障或者与远程控制UAV的操作人员失去联系的严重技术故障情况下UAV可能失控。在这些情况下，UAV最终可能会坠毁，由此除了所造成的损坏成本高或者UAV及其机载***完全损失之外，出现严重的安全威胁，尤其在人群聚集区域附近。因此，UAV飞行的授权空域被严格限制并且通常不允许UAV飞过民用空域。这种限制使得更难操作UAV而且限制了其潜在用途。
在与UAV的操作人员失去联系的情况下或者在严重技术故障的情况下，机载自治***可以有助于UAV的连续受控操作并且可以有助于飞行和降落过程。这些***通常是基于计算机的***，其可以确定UAV的飞行路线或者选择可能的降落点。不过，使UAV安全降落(对于环境和UAV来说安全)以及使UAV在引擎故障的情况下安全降落，不是一个简单的任务。除了安全性和防止损坏方面的考虑之外，在这种情况下的安全降落能力可以有利于对UAV飞行的更少的限制。
现在参考图1，其是现有技术已知的长号式(trombone)降落进场的俯视示意图，总体上标记为10。长号式降落进场是在直线降落不可行或者不期望时接近机场跑道的有人驾驶飞机常常采用的一种环形或曲线降落进场或动作(也称为“绕场降落”动作)。存在若干通用的绕场方案模式，其包括若干路段(飞行段)以及相对于跑道或前一路段为不同角度的一个或多个转弯。
图1所示的长号式降落进场10通常包括顺风路段30、基本路段40以及逆风路段50。有人驾驶飞机20沿着长号式降落进场10飞行，从而降落在跑道70上。顺风路段30基本上是顺风引导的并且基本上平行于跑道70。逆风路段50基本上是逆风引导的并且与跑道70的中心线60对齐，以有助于飞机20降落在跑道70上。顺风路段30和逆风路段50基本上是直线的而且平行。基本路段40允许飞机20执行从顺风路段30至逆风路段50的180°转向。
应该注意，这种降落进场由于其几何形状与长号乐器的形状和操作方式相似而常被称为“长号式”。乐器包括套筒式滑件，其允许演奏者改变管长从而产生不同音高。按照相同的方式，可以通过改变长号形降落进场的顺风路段的长度来获得不同的降落进场。因此，长号式降落进场在要求飞机之间的间距时对机场的空中交通控制人员尤其有利，因为该降落进场通过调节顺风路段长度提供了灵活性。
曲线和环形方案在现有技术中已经被用作在引擎故障情况下有人驾驶飞机的降落进场(也称为：“滑翔方案”、“迫降方案”或“180°停机方案”)。飞行员在轻型飞机上的飞行训练期间通常采用这些方案，以便进行停机降落。
Spinelli的题为“Determining Suitable Areas for Off-Airport Landing”的美国专利申请7,689,328公开了用于有助于有人驾驶飞机或者人工或自动驾驶的UAV的安全紧急降落的***和方法。该***包括路线分析和计划工具，其利用路由算法来处理诸如GPS数据、飞机仪表数据和性能参数的信息。在飞行计划模式下，路线分析和计划工具可以提供与可到达的安全降落区域相关的信息以及与到达该区域的路线相关的信息。在飞行(实时)模式下，飞机***可以提供与飞机的位置、速度、航向和高度以及风速有关的信息。路线数据还可以基于飞机***提供的当前数据并且可以包括安全选项限制(SOL)信息和垂直趋势指标(VTI)。相应地，SOL包络提供了与当前引擎出滑翔限制和可用降落地点相关的信息。VTI示出了配置变化对滑翔距离的影响。飞机的***可以包括飞机性能自动学习***。在操作时，自动学习***可以采用飞机性能算法来根据飞行动作产生性能数据。该***使用当前飞行数据持续更新性能数据。
Price的题为“Glide Range Depiction for Electronic FlightInstrument Displays”的美国专利申请6,573,841公开了用于在引擎故障后描绘有人驾驶飞机的滑翔范围的方法。显示器描绘了安全滑翔范围。飞行员可以选择紧急降落的滑翔范围内的机场。安全滑翔范围是持续计算的，并且基于天气和刮风信息、气流速度、航向和理论滑翔高度的计算(理论滑翔高度的计算至少考虑了飞机的高度和滑翔比)。可能影响滑翔比的其它信息可以被考虑。这种信息可以被存储并再次调用或由传感器确定。
Nichols等人的题为“Automatic Contingency Generator”的美国专利7,512,462公开了用于UAV的自动应急发电机(ACG)，优选地是自发的，用于响应于UAV经历的诸如引擎故障的意外事件而自动确定应急路线。ACG持续产生至替换目标点的新路线。在确定这种路径时，ACG使用UAV的能量状态，包括相对高度。能量状态被用于确定UAV的滑翔范围并用于识别滑翔范围内的候选降落地点。预报的及实际的刮风数据被用来动态地针对风对转弯半径以及爬升/下降性能能力的影响而调整所有路线。ACG可以针对进场模式或设计的跑道(包括进场)来构建路线。进场模式可以被存储作为任务数据的一部分。
Artini等人的题为“Method to Determine and Guide AircraftApproach Trajectory”的美国专利7,330,781公开了一种方法，用于引导有人驾驶飞机并自动确定进行战术性降落的第一轨道和第二轨道之间的变换点，由此在预定飞行条件下到达第二轨道的起始点。轨道具有直线段的形式。预定飞行条件至少包括：飞机的速度、高度、空气动力配置以及减速度。
Dwyer等人的题为“Flight Control System and Method for anAircraft Circle-to-Land Maneuver”的美国专利6,438,469公开了一种飞行控制***和方法，用于使用机载区域导航设计和控制有人驾驶飞机的绕场降落(CTL)动作。飞行员选择将用于降落的跑道。该***根据接收的输入(包括位置数据、飞机速度数据和大气条件)来确定适当的CTL动作。此外，***被配置为从飞行员接收预输入或实时数据，例如转弯半径和最终进场长度。
新西兰的民航局出版的“Forced Landing Practice”中的VECTOR Pointing to Safer Aviation(2007年1月/2月)在3-7页中公开了一些用于在轻型单引擎飞机没有动力的情况下进行迫降的基本技术。这些技术包括大部分由飞行员手动或视觉地执行的步骤，包括确认风向和速度、选择降落点和规划进场。这种进场通常包括顺风路段、基本路段和最终进场。基本路段可以变化以根据需要调整飞行高度(即，在飞机太高时转弯离开降落点或者在飞机太低时转弯朝向降落点)。
发明内容
因此，根据所公开的技术的一个方面，提供了一种用于在引擎故障的情况下使带有动力装置(powered)的无人驾驶飞行器(UAV)进行自发安全紧急降落的方法。所述方法包括步骤：产生降落进场轨道，降落进场轨道包括：顺风路段，其起始于轨道的起始点；逆风路段，其终止于选定着陆点；以及U型转弯路段，其接合在顺风路段和逆风路段之间。该方法还包括步骤：将UAV引导至起始点以沿降落进场轨道的顺风路段而行；以及基于UAV的当前飞行状况来反复地确定UAV的滑翔比。该方法还包括步骤：反复地确定沿所述顺风路段的用于使UAV在选定着陆点上降落的当前转向点，U型转弯路段起始于当前转向点，其中当前转向点的确定基于所确定的滑翔比。当UAV到达当前转向点时，该方法进一步包括步骤：引导UAV沿降落进场轨道的U型转弯路段和逆风路段而行，以便使UAV在选定着陆点处降落。反复地确定当前转向点的步骤可以每次针对先前确定的转向点执行。该方法还包括步骤：基于所确定的滑翔比来反复地确定与当前转向点对应的着陆点，其中针对与先前确定的转向点相对应地先前确定的着陆点以及选定着陆点之间的差来执行确定当前转向点的步骤。该方法可以进一步包括步骤：选择选定着陆点，其中UAV在选定着陆点上方的所确定的预期高度足以使UAV能够在选定着陆点执行安全紧急降落，并且其中预期高度是基于所确定的滑翔比确定的；以及一旦出现引擎故障，就引导UAV朝着选定着陆点滑翔。可以从数据库中选择选定着陆点，数据库包括与用于紧急降落的多个着陆点相关的信息的集合。信息可以包括：各个着陆点所在的跑道的方向；以及各个着陆点的地理位置。该方法可以进一步包括步骤：基于所确定的滑翔比来确定UAV在选定着陆点上方的预期高度；基于UAV的预期高度是否超过预先定义的能够在选定着陆点进行安全紧急降落的最小高度，确定沿等待轨道滑翔是否是可能的；以及如果被确定为是可能的，则引导UAV沿等待轨道滑翔。该方法可以进一步包括步骤：产生等待轨道，包括：产生位于选定着陆点附近的区域上方的等待航线；确定沿等待航线的接合点；确定沿等待航线的出口点，UAV能够从出口点开始沿降落进场轨道而行；引导UAV在接合点处接入等待航线；引导UAV沿等待航线滑翔；以及引导UAV在出口点离开等待航线。等待航线可以是圆形的。一旦UAV下降至低于预定出口高度，则UAV可以被引导以离开等待航线，预定出口高度具有足够的高度来使UAV在选定着陆点处执行安全紧急降落。等待轨道可以与降落进场轨道的顺风路段相切，其中等待轨道的出口点和降落进场轨道的起始点被确定为处于等待轨道和顺风路段的切点处。该方法可以进一步包括步骤：利用UAV上安装的传感器持续测量当前飞行状况。飞行状况可以包括：UAV的位置和导航信息；UAV机载的燃料水平；以及UAV附近的大气状况。确定UAV的滑翔比的步骤可以包括通过迭代地确定滑翔比直到收敛至定值来自动学习滑翔比，其中自动学习至少部分地是基于经验的。一旦UAV开始沿降落进场轨道而行，就启动自动学习。UAV可以自主操作。U型转弯路段可以是半圆形的。
根据所公开的技术的另一方面，还提供了一种带有动力装置的无人驾驶飞行器(UAV)，其可操作来在引擎故障的情况下执行自主安全紧急降落。UAV包括用于控制UAV的飞行的飞行控制***以及与飞行控制***耦合的安全紧急降落***。飞行控制***包括处理单元。安全紧急降落***包括可由飞行控制***的处理单元读取的存储装置，存储装置有形地体现指令程序，指令程序可由处理单元执行以执行用于在引擎故障的情况下使无人驾驶飞行器进行安全紧急降落的方法步骤。所述方法步骤包括：产生降落进场轨道，降落进场轨道包括：顺风路段，其起始于轨道的起始点；逆风路段，其终止于选定着陆点；以及U型转弯路段，其接合在顺风路段和逆风路段之间。所述方法步骤进一步包括：将降落进场轨道提供给飞行控制***，以便将UAV引导至起始点以沿顺风路段而行；以及基于UAV的当前飞行状况来反复地确定UAV的滑翔比。所述方法步骤进一步包括：反复地确定沿顺风路段的用于使UAV在选定着陆点上降落的当前转向点，U型转弯路段起始于当前转向点，其中当前转向点的确定基于所确定的滑翔比。所述方法步骤进一步包括：反复地将当前转向点提供给飞行控制***，以便引导UAV朝着当前转向点滑翔；以及当UAV到达当前转向点时，指示飞行控制***以引导UAV沿降落进场轨道的U型转弯路段和逆风路段而行，以便使UAV在选定着陆点降落。UAV的飞行状况可以包括：UAV的位置和导航信息；UAV机载的燃料水平；以及UAV附近的大气状况。UAV还可以包括：用于持续提供位置和导航信息的传感器；用于持续指示燃料水平的传感器；和/或用于持续提供UAV附近的大气信息的传感器。安全紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行方法步骤：基于所确定的滑翔比来反复地确定与当前转向点对应的着陆点，其中针对与先前确定的转向点相对应地先前确定的着陆点以及选定着陆点之间的差来执行确定当前转向点的步骤。安全紧急降落***可以与飞行控制***合并。UAV可以进一步包括数据库，数据库包括UAV的紧急降落的(多个)着陆点的集合。安全紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行方法步骤：从着陆点的集合中选择选定着陆点，其中UAV在选定着陆点上方的所确定的预期高度足以使UAV在选定着陆点执行安全紧急降落，并且其中预期高度是基于所确定的滑翔比确定的。紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行方法步骤：基于所确定的滑翔比来确定UAV在选定着陆点上方的预期高度；基于UAV的预期高度是否超过预先定义的能够在选定着陆点进行安全紧急降落的最小高度，确定沿等待轨道滑翔是否是可能的；以及如果被确定为是可能的，则指示飞行控制***以引导UAV沿等待轨道滑翔。紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行方法步骤：产生等待轨道，包括下述子步骤：产生位于选定着陆点附近的区域上方的等待航线；确定沿等待航线的接合点；以及确定沿等待航线的出口点，UAV能够从出口点开始沿降落进场轨道而行。所述方法步骤还可以包括：将所产生的等待轨道提供给飞行控制***以引导UAV在接合点处接入等待航线，沿等待航线滑翔，以及在出口点处离开等待航线。确定UAV的滑翔比的方法步骤可以包括通过迭代地确定滑翔比直到收敛至定值来自动学习滑翔比，其中自动学习至少部分地是基于经验的。
根据所公开的技术的又一方面，提供了安装在带有动力装置的无人驾驶飞行器(UAV)上以允许UAV在引擎故障的情况下执行安全紧急降落的***。该***耦合至UAV的飞行控制***。该***包括可由飞行控制***的处理单元读取的存储装置，存储装置有形地体现指令程序，指令程序可由处理单元执行以执行方法步骤。所述方法步骤包括：产生降落进场轨道，降落进场轨道包括：顺风路段，其起始于轨道的起始点；逆风路段，其终止于选定着陆点；以及U型转弯路段，其接合在顺风路段和逆风路段之间。所述方法步骤还包括：将降落进场轨道提供给飞行控制***，以便将UAV引导至起始点以沿顺风路段而行；基于UAV的当前飞行状况来反复地确定UAV的滑翔比。所述方法步骤还包括反复地确定沿顺风路段的用于使UAV在选定着陆点上降落的当前转向点，U型转弯路段起始于当前转向点，其中当前转向点的确定基于所确定的滑翔比。所述方法步骤还包括：反复地将当前转向点提供给飞行控制***，以便引导UAV朝着当前转向点滑翔；以及当UAV到达当前转向点时，指示飞行控制***以引导UAV沿降落进场轨道的U型转弯路段和逆风路段而行，以便使UAV在选定着陆点降落。
附图说明
通过结合附图进行下述详细说明，将更完整地理解和明白所公开的技术，其中：
图1是现有技术中已知的长号式降落进场的俯视示意图；
图2A是根据所公开的技术的实施例构建及操作的沿长号式降落进场轨道滑翔的存在引擎故障的UAV的俯视图的示意图示；
图2B是沿长号式降落进场轨道滑翔的图2A的UAV的侧视图；
图3A是根据所公开的技术的另一实施例操作的用于UAV的安全紧急降落的方法的框图；
图3B是根据图3A的方法的用于产生将与长号式降落进场轨道接合的等待轨道并沿其滑翔的方法的框图；
图4是根据图3A和3B的方法构建及操作的与示例性长号式降落进场轨道接合的示例性等待轨道的俯视示意图；
图5是根据图3A的方法构建及操作的将沿长号式降落进场轨道滑翔的UAV的转向点的确定视觉化的俯视示意图；以及
图6是根据所公开的技术的又一实施例构建及操作的包括安全紧急降落***的UAV机载飞行***的布局的示意框图。
具体实施方式
所公开的技术通过提供使UAV在引擎故障的情况下能够在选定着陆点处自主安全降落的***和方法，克服了现有技术的缺点。所公开的技术的***和方法使UAV(远程驾驶的或者自主操作的)能够安全降落，而不会危害周围的人群，并且对UAV及其机载***的损害(如果不是没有)最小。总体上，所公开的技术的***和方法通过采用根据UAV的当前飞行状况及其确定的滑翔比而实时调节并提高的被称为“长号式进场”的降落进场实现这种安全降落。通过自动学习工具以迭代方式实时地执行UAV滑翔比的确定，从而提供具体且相对精确的比。实际滑翔比的确定以及具体长号类型的轨道的产生(它们是根据当前飞行状况调节的)允许UAV以高度精确的方式在选定着陆点降落。
此处使用的术语“飞机”涵盖有人驾驶及无人驾驶的飞机，包括UAV。此处使用的术语“UAV”涵盖带有动力装置的无人驾驶的飞机，包括遥控UAV或自主操作的UAV。此处使用的术语“U型转弯”指的是基本上180°的转弯，其可能遵循半圆形路径(即，半圆的形状)，但是不是必须的，而且例如可以包括直线段。此处使用的术语“水平”及其变型指的是相对于地球表面的水平方向。此处使用的对根据所公开的技术进行操作或处理的描述性术语“持续/连续”和“反复/重复”及其变型可以指代至少执行一次和以恒定或可变时间间隔执行的连续或重复操作或处理，除非另有说明。此处使用的术语“飞行状况”可以指代诸如空气温度、空气密度或气压以及风向和风速之类的大气状况，以及诸如总重量(即，包括燃料重量)和UAV的高度之类的与UAV相关的状况。此处使用的术语“海拔高度”指的是高于海平面的垂直距离。此处使用的术语“高度”指的是高于地面的地形(通常是高于着陆点，除非另有说明)的垂直距离。此处用于描述两个事件之间的相对时序的术语“一旦”可以指代一个事件与另一事件同时发生，或者在另一事件发生之前或之后的某个时间发生。此处使用的短语“在着陆点处降落”及其变型指的是在着陆点的非常接近的地方降落，优选在相对于着陆点的预定距离内。此处使用的术语“确定”及其变型涵盖计算、估计、测量或设置的操作。此处使用的术语“自动学习”及其变型指的是以自动方式学习的操作或处理。
现在参考图2A和图2B，其是根据所公开的技术的实施例构建及操作的UAV(总体标记为110)经历引擎故障并且沿长号式降落进场轨道(总体标记为100)滑翔的俯视图的示意图示。图2A是UAV 110沿长号式降落进场轨道100滑翔的俯视图的示意图示。正在经历引擎故障的UAV 110沿长号式降落进场轨道100滑翔，以降落至选定着陆点120。长号式降落进场轨道100包括顺风路段150、U型转弯路段160和逆风路段170。逆风路段170沿逆风路径130水平延伸。逆风路径130基本上是笔直的，其与着陆点120交叉并且基本上水平地逆风引导。顺风路段150沿顺风路径140水平延伸。顺风路径140基本上是笔直的，其在与逆风路径130相距一个选定的水平距离135(也标记为R)处基本上水平地顺风引导。因此，顺风路段150和逆风路段170基本上笔直且平行。U型转弯路段160连接在顺风路段150和逆风路段170之间。U型转弯路段160是半圆形并且具有水平转弯半径155，转弯半径155等于R/2并且允许UAV 110执行从顺风路段150至逆风路段170的基本上180°的U型转弯。U型转弯路段160并且因此逆风路径130和顺风路径140之间的距离135受到UAV 110的最小转弯半径的限制。此处使用的术语“最小转弯半径”指的是允许飞机执行半圆形的U型转弯的飞机最短转弯半径。最小转弯半径是根据飞机性能确定的。因此，UAV的最小转弯半径是预定的且已知的。
根据所公开的技术，长号式降落进场轨道的长度优选地尽量短，因为着陆的误差(即，实际着陆点和选定着陆点之间的差)正比于该长度。此外，长号式降落进场轨道越短，UAV的滑翔越靠近选定着陆点。靠近选定着陆点滑翔降低了在人群密集区域上方滑翔的可能性并且避免了与之相关的危险。因此，根据所公开的技术的长号式降落进场轨道的优选半圆形U型转弯路段的半径长度大致等于UAV的最小转弯半径。
根据所公开的技术的长号式降落进场轨道还可以是矩形的，即具有基本笔直的U型转弯路段，其带有弯曲边缘，以允许从顺风路段至逆风路段的180°转弯。沿矩形长号式降落进场轨道滑翔的UAV将沿顺风路段基本笔直地滑翔，然后朝着U型转弯路段转弯并沿U型转弯路段基本笔直地滑翔，然后再次朝着逆风路段转弯。这些转弯由于被设计成仅仅有助于方向的变化，因此并不要求精确。与之相比，半圆形U型转弯路段要求UAV沿着圆形轨道精确地滑翔，因此不得不进行极其严格的飞行控制。另一方面，半圆形U型转弯路段提供了更好的降落精度(即，相对于与选定着陆点的差)，因此还允许更短的轨道。
现在参考图2B，其为UAV 110在地面180上方沿长号式降落进场轨道100滑翔的侧视图。如本领域已知的那样，滑翔飞机的下降通常由其滑翔比确定。因此，UAV 110的下降曲线(profile)，如图2B的长号式降落进场轨道100的侧视图所示，可以由其滑翔比确定，即，相同时间间隔内的向前滑翔距离(标记为ΔS)与向下滑翔距离(标记为ΔH)之比，如下所示：
其中γ指定了滑翔角度。滑翔比等于在假定恒定速度和不变的空气状况时的飞机的升阻比。飞机的滑翔比通常取决于其空气动力特性及其重量。滑翔比通常随着空速和飞机滑翔的海拔高度而变化。滑翔比还受到风的影响，因为风改变了飞机的地面速度(例如，尾风将增大滑翔比，而顶头风将减小滑翔比)。
应该注意，虽然图2A和图2B所示的U型转弯路段160是左向转弯，但是根据所公开的技术的长号式降落进场轨道的U型转弯路段可以是相对于UAV的左向转弯或右向转弯。还应该注意，由于UAV 110没有动力(由于引擎故障)并且因此滑翔，所以UAV 110很可能持续下降，同时将势能转换成速度。
现在参考图3A，其为根据所公开的技术的另一实施例操作的用于UAV的安全紧急降落的方法的框图。进一步参考图4和图5描述方法。图4是根据图3A和图3B的方法构建及操作的与示例性长号式降落进场轨道(总体标为510)接合的示例性等待轨道(总体标为500)的俯视示意图。图5是根据图3A的方法构建及操作的将沿长号式降落进场轨道(总体标为610)滑翔的UAV(总体标为600)的转向点的确定视觉化的俯视示意图。
在步骤200中，着陆点被选择为允许UAV在引擎故障事件下安全降落。可以持续执行着陆点的选择，并且可以在出现引擎故障之前启动着陆点的选择。例如，可以从飞行开始持续执行着陆点的选择，直到出现引擎故障。着陆点的每个瞬时选择都基于UAV的当前飞行状况，包括UAV的当前位置。替换地，可以仅在出现了引擎故障之后再执行着陆点的选择。
可以从数据库选择着陆点，数据库包含相关信息，例如与用于紧急降落的着陆点的集合相关的信息或者数字地图。与具体着陆点相关的信息优选地至少包括具体着陆点所处的跑道的方向、以及选定着陆点的地理位置(即，经度、纬度和海拔高度)。数据库可以位于UAV上，或者处于远程位置，例如地面站。安全着陆点(即，使UAV能够安全紧急降落的着陆点)与UAV的当前位置之间的距离必须允许UAV以足够的高度(即，势能)到达着陆点附近，以根据所公开的技术执行长号式降落进场。所需的最小高度可以相应地预先确定(例如，针对UAV的具体类型根据经验确定)。此处使用的术语“最小高度”指的是UAV在着陆点上方的高度(即，相对于着陆点的海拔高度)的阈值，其指示UAV为了采用根据所公开的技术的长号式降落进场来在相应的着陆点上降落所需的最小高度。
通常，除非另有说明，否则通过假设从UAV的当前位置朝向期望位置的基本笔直的滑翔轨道以及通过考虑所确定的UAV的滑翔比和当前飞行状况，执行根据所公开的技术来确定UAV在期望位置(例如，可能的着陆点)上方的预期高度。
可以以各种精度执行根据所公开的技术的UAV的滑翔比的确定。根据所公开的技术确定滑翔比的相对更精确的方式通过利用自动学习步骤来执行，该自动学习步骤自动地学习UAV的滑翔比(参见下文的步骤280)。在选择着陆点的阶段，优选地以相对不太精确但足以满足该任务并且节省计算资源的方式确定滑翔比。滑翔比确定可以反复地执行，并且假设UAV从UAV的当前位置(即，经度、纬度和海拔高度)开始在预定风速下失去动力的滑翔，并且还考虑当前飞行状况。UAV上的传感器可以持续测量或监控UAV上机载的燃油量或燃油重量、UAV的海拔高度、UAV附近的大气状况(包括风向及风速)，或者如果可能的话，由地面站或外部***持续地提供上述信息。一旦出现引擎故障或在此之前，具体地，一旦激活着陆点选择步骤，可以启动滑翔比的确定。此处使用的术语“所确定的滑翔比”指的是滑翔比的定值(definite value)，如果该定值被提供或者获得(例如，通过利用自动学习步骤)，否则该术语指的是瞬时确定的滑翔比。
一旦识别出安全着陆点，可以立即选择它，或者替换地，可以通过执行其它步骤来提高着陆点的选择，其他步骤包括定位多个可能的安全着陆点并接着选择最适合的一个。这种着陆点可以是所确定的UAV的预期高度最大的点。UAV在选定着陆点上方的更大的所确定的预期高度增大了UAV以足以根据所公开的技术执行长号式降落进场的高度而实际达到选定着陆点附近的可能性。可以考虑其它标准，例如飞行任务计划的目的、UAV的当前位置与安全着陆点之间的距离、到达安全着陆点上方的时间、朝着安全着陆点沿轨道的刮风情况或者安全着陆点的隔离程度(例如，与人群聚集区域或可损坏财产的距离)。
可以由机载***或远程***自动执行着陆点的选择，或者可以由UAV的远程操作人员执行着陆点的选择。如果着陆点的选择是由UAV机载***自动执行的，则远程操作人员或远程***可以监控该选择，并且如果其它着陆点更好，则可以取代(override)选定着陆点。应该注意，用于为飞机紧急降落选择着陆点的不同***和方法在本领域是已知的，并且可以并入所公开的技术和/或根据所公开的技术实现。
在步骤210中，一旦发生引擎故障，UAV被引导朝着当前选定的着陆点滑翔。如果在发生引擎故障之前没有选择着陆点，则在步骤210之前根据步骤200执行着陆点的选择。优选地，引导UAV沿基本笔直的轨道朝着选定着陆点，以与其当前总重量对应的预定空速滑翔。
在步骤220中，UAV的飞行状况、滑翔比和选定着陆点上方的预期高度被持续确定。基于所确定的滑翔比以及当前飞行状况来执行UAV在选定着陆点上方的预期高度的持续确定。
在UAV在选定着陆点上方的所确定的预期高度降到最小高度以下的情况下，可以在该阶段执行可选的中止步骤，使得UAV不再执行根据所公开的技术的长号式降落进场。替换地，在UAV的当前海拔高度(如UAV的飞行***持续监控的)是使得其当前高度降到最小高度以下的情况下，可以激活这种中止步骤。中止步骤可以包括引导UAV执行紧急降落，如本领域已知的那样。如果UAV是远程操作的，则可以将这个事件通知给操作人员，并且操作人员可以引导UAV朝向可能基本上实现紧急降落的不同的着陆点。
通常，最迟一旦选择着陆点的步骤(即，步骤200)被激活，步骤220开始(总体地或者部分地，这取决于具体要求)，并且在图3A和图3B的方法的实施期间持续执行步骤220。
在步骤230中，产生等待航线(waiting pattern)。这个步骤可以在方法的后续阶段执行，例如，在考虑等待轨道的可能性(即，步骤250)之前或之后，或者可以作为用于产生等待轨道并沿等待轨道滑翔的方法的一部分(例如，图3B的步骤340)执行。如果在执行根据所公开的技术的长号式降落进场之前期望UAV的高度降低，则可以使用等待航线。UAV可以在其沿等待轨道滑翔的等待时间段期间降低其高度。
根据所公开的技术的等待轨道包括等待航线、接合点和出口点。等待航线定义了根据所公开的技术的等待轨道的形状、尺寸和相对于选定着陆点的位置。等待航线优选地是圆形的。等待航线处于选定着陆点附近的区域上方并且优选地围绕选定着陆点，使得等待航线的中心基本处于选定着陆点上方。可以使用等待轨道的各种形状或航线，例如基本正方形的航线，或者没有必要围绕选定着陆点的航线。UAV可以沿其而行的最小圆形等待航线是半径等于UAV的最小转弯半径的圆形。此外，优选的等待航线与长号式降落进场轨道的顺风路径正切，以便使UAV能够在离开等待轨道之后立即开始沿长号式降落进场轨道而行。否则，将需要使用辅助轨道，以便使UAV能够以适当的取向到达长号式降落进场轨道的起始点，从而沿长号式降落轨道而行。UAV的等待航线可以是预定的。替换地，通过考虑当前飞行状况或其他相关标准，可以从若干可选航线中选择最合适的航线。
参见图4，等待轨道500具有圆形等待航线(未示出)，其围绕选定着陆点520(也表示为“EMR”)，使得着陆点520处于圆形等待航线的中心。等待航线的半径等于UAV的转弯半径(表示为R/2)的两倍，并相应地表示为R。可以通过定义四个航路点WP1、WP2、WP3和WP4来产生圆形等待航线，这四个航路点将圆形航线等分成四个90°弧。
等待航线的另一期望结构是半径大致等于UAV转弯半径的圆形等待航线。更小的半径提供了更短的等待轨道，按照所公开的技术这可以是更有利的(例如，提供更大的降落精度或更靠近选定着陆点)。回来参考图4，该等待航线将具有等于R/2的半径。此外，该等待轨道将优选地越过选定着陆点。
在步骤240中，用于产生根据所公开的技术的长号式降落进场轨道的原始数据(在此称为“原始长号式轨道数据”)被确定。原始长号式轨道数据至少包括转弯半径、顺风路径和起始点。UAV的转弯半径可以是预定的。如上所述，优选转弯半径大致等于UAV的最小转弯半径。顺风路径是水平路径，其基本笔直并且与选定着陆点所处的跑道平行。顺风路径定义了当UAV穿过长号式降落进场轨道的顺风路段时滑翔所沿的水平方向或路径。顺风路径在与选定着陆点相距基本等于两倍转弯半径的地方基本水平布置，从而允许UAV从顺风路径进行U型转弯，并且朝着选定着陆点(即，沿逆风路径)在直线轨道滑翔。
作为步骤的一部分，还可以确定逆风路径。逆风路径定义了UAV在朝着选定着陆点进行U型转弯之后穿过长号式降落进场轨道的逆风路段时滑翔所沿的水平方向或路径。逆风路径是水平路径，其基本笔直并且基本沿选定着陆点所处的跑道的中心线(例如，图1的中心线60)延伸，使得其水平地与选定着陆点交叉。因此，逆风路径基本平行于顺风路径，并且转弯半径确定顺风路径和逆风路径之间的距离。顺风路径顺风引导，逆风路径逆风引导。顺风方向和逆风方向是相对于选定着陆点所处的跑道的取向来定义的。因此，跑道的一个方向被确定为顺风方向，而相反方向被确定为逆风方向。根据所公开的技术(例如，步骤220)，持续提供或确定风向(例如，基于空速和地面速度的持续测量)。因此，基于当前风向并相对于跑道定义的方向来确定顺风方向和逆风方向。参见图4，跑道(未示出)在东北和西南(南方向标记为“N”，东方向标记为“E”)之间延伸。跑道的方位角标记为“RWY_AZM”。根据示例性风向，顺风方向被确定为西南，逆风方向被确定为东北。
起始点定义了沿顺风路径的UAV开始沿长号式降落进场轨道而行以及由此沿顺风路段而行的位置。起始点基本沿着顺风路径并且优选地处于着陆点附近。此外，起始点优选地位于等待航线和顺风路径的切点处，以便允许UAV一旦离开等待航线就沿长号式降落进场轨道而行。参见图4，转弯半径是预定的(标为R/2)。选定着陆点520沿与顺风路径540平行的逆风路径550布置。逆风路径550和顺风路径540之间的距离等于两倍转弯半径，相应地标记为R。顺风路径540在航路点WP1正切于等待航线，航路点WP1被确定为长号式降落进场轨道510的起始点530。
优选地，一旦UAV接近选定着陆点，则执行原始长号式轨道数据的确定，但是也可以(至少部分地)在更早的阶段执行。可以确定阈值，其指示UAV与该步骤(240)应该被启动的选定着陆点相距的距离。在使用等待轨道的情况下，原始长号式轨道数据或其一部分(根据需要)的确定可以作为与产生等待轨道或沿其滑翔相关的步骤(步骤230或图3B的方法)的一部分而执行。应该注意，可以仅仅以方向信息的形式或者任何已知形式或方式产生顺风路径和逆风路径所表示的信息(例如，在利用航路点产生轨道时)。
在可选步骤250中，考虑使用等待轨道的可能性，并且做出相应的决定。可以仅当UAV在选定着陆点上方的所确定的预期高度超过最小高度时，UAV沿等待轨道而行。沿等待轨道滑翔允许UAV在开始长号式降落进场之前降低其超标高度。以较低高度开始根据所公开的技术的长号式降落进场将涉及更短的降落轨道，这将降低着陆误差并且保持UAV靠近选定着陆点。对于UAV在选定着陆点上方的预期高度的每次确定(步骤220)，确定采用等待轨道的可能性。因此，根据瞬时飞行状况反复地执行是否应用等待轨道的确定。如果等待轨道是可能的，则UAV将被引导为沿所产生的等待轨道滑翔。最小等待高度可以被确定，以便有利于确定沿等待轨道滑翔是否是可能的。最小等待高度通常定义了UAV相对于选定着陆点的高度的阈值，UAV在该阈值下将具有相对于最小高度的足够的超标高度，以便沿等待轨道滑翔。该最小等待高度可以是预先确定的。当UAV到达与选定着陆点相距某个距离时，可以开始反复确定等待轨道是否是可能的。
图3B示出用于产生与根据所公开的技术的长号式降落进场轨道接合的等待轨道的方法，并且下文将详细描述。可以使用用于产生等待轨道的替换方法。根据图3A的步骤250，在等待轨道是可能的情况下可以使用该方法。如前面所述，根据所公开的技术的等待轨道包括等待航线、接合点和出口点。
在步骤340中，产生等待航线。步骤340类似于图3A的步骤230，并且可以替换地执行(即，仅仅在图3A的步骤250中决定执行等待轨道时产生等待轨道)。参见图4，等待航线在航路点530(也标为WP1)正切于顺风路径540。半径基本等于UAV的转弯半径的等待航线可以在两个点正切顺风路径540和逆风路径550，这两个点分别是航路点530和着陆点520。
在步骤350中，沿等待航线确定接合点。接合点优选地被选择为使得允许UAV直接沿等待航线而行，而不要求调整UAV的取向。否则，将需要附加的辅助轨道。而且，接合点优选地尽量靠近UAV，以便避免降低UAV的高度。从几何角度来说，可以通过引导UAV沿正切于圆形等待航线的基本笔直的线滑翔，同时切点被选择为接合点，以此实现前面提到的优选要求。可以在更早的阶段确定接合点，例如，作为图3A的方法的步骤230的一部分。参见图4，到达着陆点520附近的UAV可以被引导以在航路点WP0、WP1、WP2或WP3中的一个处接合等待航线。优选地，最近的航路点被选择为接合点。
在步骤360中，UAV被引导以在接合点接合等待航线。参见图4，UAV可以从任意方向接近等待航线并在所确定的接合点(即，航路点之一：WP0，WP1，WP2或WP3，优选最近的一个)与之接合。如上所述，通过引导UAV水平地沿着在接合点处正切于接合航线的笔直轨道滑翔，可以执行等待轨道的平滑过渡。
在步骤370中，UAV被引导为沿等待航线水平滑翔，并且出口点被确定。UAV可以仅仅沿等待轨道的等待航线滑翔一次。可以通过穿过整个等待航线并随后在到达出口点时离开，或者替换地可以通过简单地从接合点滑翔至出口点，来执行这种单次滑翔。替换地，UAV可以反复地沿着等待航线滑翔，从而由于UAV下降而沿螺旋形轨道而行。滑翔的方式(即，沿等待航线滑翔一次或反复滑翔)可以是预先确定的，或者它可以实时地根据当前飞行状况或预定参数来确定。例如，可以确定高度阈值，使得如果UAV在接入等待航线之前的高度低于或等于阈值，则引导UAV仅仅沿等待航线滑翔一次。相反，如果UAV在接入等待航线之前的高度高于阈值，则引导它反复滑翔。与沿等待航线仅滑翔一次相比，沿等待航线反复滑翔通常涉及更大的高度下降。
优选地，根据UAV离开等待轨道时为了允许它立刻沿长号式降落进场轨道而行所需的取向来确定沿等待航线滑翔的方向(即，顺时针或逆时针)以及出口点的位置。因此，等待轨道被确定为使得UAV在离开等待轨道时将被取向为顺风。
参考图4，由于圆形等待航线相对于选定着陆点520是对称的，所以沿等待航线的滑翔方向不重要。UAV可以沿等待航线顺时针或逆时针滑翔并且仍然在与逆风路径550相距相同距离处顺风地离开。两个可选滑翔方向之间的差表现在顺风路径540、对应的顺风路段和出口点530的位置，以及UAV将转弯同时执行长号式降落进场的方向。在图4中，顺风方向是西南并且由沿顺风路径540和相应顺风路段的箭头标记表示。顺风路径540被布置成在航路点WP1(其相应地被确定为出口点530)正切于等待航线。因此，为了允许UAV在出口点530离开同时顺风地取向(即，西南)，沿等待航线的滑翔方向将被确定为顺时针(未示出)。相应地，UAV将执行右侧U型转弯，同时沿长号式降落进场轨道510滑翔。相反，为了使UAV沿等待航线逆时针滑翔并仍然顺风离开，顺风路径540应当被产生为在航路点WP3正切于等待航线，航路点WP3随后被确定为出口点530。相应地，UAV将在执行长号式降落进场轨道510时执行左侧U型转弯。然而，当采用不围绕选定着陆点的等待航线时，例如具有UAV的转弯半径并与选定着陆点交叉的圆形等待航线，那么仅一个滑翔方向将有助于UAV在顺风取向时离开。例如，参考图4，与选定着陆点520和航路点WP1交叉的这种圆形等待航线将要求顺时针方向的滑翔，以便在顺风取向时离开。在该情况下，必须在接入等待航线之前确定顺风方向和逆风方向。
在步骤380中，UAV的当前高度被反复地与出口高度进行比较。仅在选择反复滑翔时执行该步骤，以便确定UAV应该什么时候离开等待航线。“出口高度”表示UAV一旦到达出口点时即被引导离开等待航线所处的或低于的高度。出口高度的值优选地被确定为高于最小高度的值，并且使得这两个值之间的差大于沿等待航线滑翔一次时所确定的UAV高度下降。因此，UAV可以在足够的高度离开等待航线以执行长号式降落进场，以便降落在选定着陆点。该出口高度可以是预先定义的。如果UAV的当前高度高于出口高度，则UAV被引导为根据步骤370保持沿等待航线而行。如果UAV的当前高度处于或低于出口高度，则UAV根据步骤390(下文将描述)在其到达出口点时即被引导离开等待航线。在UAV被引导沿等待航线滑翔一次的情况下，不执行步骤380，并且UAV根据步骤390在其到达出口点时被引导离开等待航线。在该情况下，在确定等待轨道长度时必须考虑最小高度，以便允许UAV在等于或高于最小高度的高度处离开等待轨道。不管怎样，一旦UAV开始沿等待轨道而行时UAV的高度的值与最小高度的值之差，必须等于或大于UAV在沿等待航线滑翔一次时所确定的高度下降值。
在步骤390中，一旦UAV到达出口点，UAV就被引导离开等待航线。参见图4，UAV被引导在出口点530处离开等待轨道500，出口点530也是长号式降落进场轨道510的起始点。由于等待航线在出口点和起始点530处正切于顺风路径540，因此UAV被布置成适当取向，以在离开等待轨道500时立即开始沿顺风路径540而行。因此，UAV一旦离开等待轨道500就立即开始沿长号式降落进场轨道510而行。在该阶段，图3B的方法终止并且图3A的方法继续于步骤260。
应该注意，可以使用不经过或包括根据所公开的技术的长号式降落进场轨道的起始点的等待航线。在这种情况下，必须产生并考虑将等待轨道的出口点与长号式降落进场轨道的起始点连接的辅助轨道。此外，这种辅助轨道应当允许UAV以使得UAV能够沿长号式降落进场轨道而行的适当取向到达起始点。而且，如果需要辅助轨道，则应该考虑UAV在沿该轨道而行时的高度下降。
在步骤260中，产生初始的长号式降落进场轨道。初始的长号式降落进场轨道总体上类似于图2A和图2B的长号式降落进场轨道100。根据所公开的技术的长号式降落进场轨道包括起始点、顺风路段、U型转弯路段、逆风路段和着陆点。起始点、期望的着陆点(即，选定着陆点)、转弯半径以及顺风路径和逆风路径或长号式降落进场方向是已知的或者可以在该阶段确定。因此，可以通过确定UAV可从顺风路径转弯以接入逆风路径的转向点，来产生长号式降落进场轨道。转向点的确定定义了长号式降落进场轨道的顺风路段和逆风路段。相应地，确定了初始的转向点，其中转向点沿顺风路径布置并基于UAV沿长号式降落进场轨道滑翔时所确定的预期高度。因此，初始的转向点被确定，并且可以相应地产生初始的长号式降落进场。如果不考虑沿等待轨道滑翔的可能性(即，如果步骤250和图3B的方法不被执行)，则步骤260可以与步骤240(确定原始长号式轨道数据)合并。
在步骤270中，UAV被引导为朝着所确定的起始点滑翔并沿初始长号式降落进场轨道的顺风路段而行。参见图4，UAV被引导朝向长号式降落进场轨道510的起始点530，这也是等待轨道500的出口点。替换地，通过引导UAV滑翔至起始点并沿顺风路径而行，步骤270可以在步骤260之前执行。这样，初始长号式降落进场轨道可以根据步骤260产生。
在步骤280中，使用自动学***均值，可以实现进一步的精确性。由于UAV滑翔的海拔高度影响滑翔比的值(由于空气温度、密度或压力的变化)，所以UAV在每个路段的所确定的海拔高度的平均值可以被用来调整每个路段的所确定的滑翔比。
在步骤290中，反复地确定当前转向点(即，在给定时间段内针对每个时刻连续确定多个转向点)。所有转向点都沿顺风路径布置并且处于UAV的当前位置之前。可以每次相对于先前确定的转向点的位置确定每个转向点沿顺风路径的位置。用于这种确定的标准可以是所估计的着陆点(即，通过估计确定实际着陆点)，即先前确定的着陆点(其对应于先前确定的转向点)，和选定着陆点之间的差。因此，着陆点和转向点的迭代确定连续地反复执行，直到UAV到达当前转向点。可以使用该标准，因为转向点的位置和对应着陆点的位置(即，估计的)之间存在关联。下文中步骤300详细描述了对应着陆点的确定。在这种情况下，相对于步骤260中所确定的初始转向点确定第一转向点。转向点的确定可以以恒定时间间隔执行，例如每秒一次。基于UAV的所确定的滑翔比来确定沿顺风路径的每个转向点的海拔高度。
在步骤300中，针对每个所确定的转向点重复地确定对应着陆点。可以通过估计的方式执行对应着陆点的确定。针对在步骤260中确定的初始转向点来确定第一对应着陆点，并且其与初始转向点对应。每个转向点定义不同的长号式降落进场轨道，其包括长度不同的顺风路段和逆风路段。相应地，预期每个长号式降落进场轨道在不同着陆点终止。可以基于UAV将在各转向点从顺风路径转向以接入逆风路径的假设，估计每个对应着陆点。基于所确定的滑翔比来执行对应着陆点的估计。
现在参考图5，其示出了标为600的UAV沿总体标为610的示例性长号式降落进场轨道滑翔。长号式降落进场轨道610总体上类似于图2A和图2B的长号式降落进场轨道100。长号式降落进场轨道610包括顺风路段630、U型转弯路段640和逆风路段650。顺风路段630沿基本顺风引导的顺风路径690水平延伸。逆风路段650沿基本逆风引导的逆风路径700水平延伸。选定着陆点620沿逆风路径700布置。顺风路径690和逆风路径700基本平行。沿顺风路径690的当前转向点A、B和C被分别标为670A、670B和670C。转向点670A是初始转向点。每个转向点670A，670B和670C确定了沿顺风路径690的对应顺风路段(未清楚地标示，因为它们与路段630重叠)，它们具有各自的长度。每个顺风路段之后分别是对应的U型转弯路段640A、640B和640C。每个U型转弯路段640A、640B和640C分别具有转弯半径660A、660B和660C。转弯半径660A、660B和660C基本上等于UAV的预定的转弯半径。每个U型转弯路段640A、640B和640C之后分别是对应的逆风路段(未标示)。因此，根据所公开的技术的转向点的确定唯一地确定了对应的顺风路段和逆风路段的长度，因此唯一地确定了UAV沿其而行的长号式降落进场轨道的长度。初始转向点670A确定初始长号式降落进场轨道(即，与U型转弯路段640A和对应逆风路段接合)。着陆点680A、680B和680C是分别与转向点670A、670B和670C对应的估计的着陆点。初始转向点670A被确定为例如允许在UAV 600到达初始转向点670A之前有足够的时间来确定UAV 600的滑翔比。基于自动学习的滑翔比来估计对应着陆点680A，或者如果自动学习滑翔比的步骤(步骤280)还没有完成，则基于瞬时确定的滑翔比来估计对应着陆点680A。对应着陆点680A和选定着陆点620之间的差被确定(标记为ΔDA)。相对于初始转向点670A并且根据差ΔDA确定转向点670B。着陆点680A沿逆风路径700超过选定着陆点620布置，表明在初始着陆点670A转弯太早。因此，针对之前确定的差ΔDA迭代地确定另一转向点670B。转向点670B沿顺风路径690超过初始转向点670A布置。随着转向点670B被确定，对应着陆点680B的位置被估计，并且所估计的着陆点680B和选定着陆点620之间的差ΔDB被确定。如所示，着陆点680B仍然沿逆风路径700超过选定着陆点620布置。因此，重复该过程，针对之前确定的差ΔDB迭代地确定另一转向点670C。转向点670C沿顺风路径690超过初始转向点670B布置。随着转向点670C被确定，对应着陆点680C的位置被估计，并且所估计的着陆点680C和选定着陆点620之间的差ΔDC被确定。
如图5的示例所示，后面确定的差ΔDC小于先前确定的差ΔDB，ΔDB继而小于更早确定的差ΔDA。调整转向点的位置的重复步骤(如步骤290中叙述的)将产生所确定的对应着陆点至选定着陆点的收敛。因此，相对于与先前确定的转向点对应的着陆点，每个对应着陆点将绝对地更接近选定着陆点(后来确定的着陆点总是以更小的差确定)。可以使用附加的标准，以便提高与当前确定的转向点对应的着陆点朝着选定着陆点的收敛。例如，可以确定与距离选定着陆点一预定范围内的着陆点相关联的转向点。
当UAV 600到达当前转向点(其为最近更新的转向点)时，可以中断(cut-off)着陆点和转向点的连续确定。在步骤310中，一旦UAV到达当前确定的转向点(在此也是“当前”转向点)，UAV被引导进行U型转弯，以接入逆风路径。参见图5，点670C是当前转向点。因此，如果UAV 600经过与所估计的着陆点680C相关联的转向点670C的位置(并且在不同的转向点被确定之前)，则UAV 600被引导朝着逆风路径700进行U型转弯并且沿逆风路径700而行。如果UAV 600在距转向点一预定距离内滑翔，则它可以经过转向点的位置。因此，UAV 600将沿对应U型转弯路段640C转弯并且将接入逆风路径700。
在步骤320中，UAV被引导为沿逆风路径水平滑翔直到着陆。具体地，UAV沿长号式降落进场轨道的逆风路段朝着选定着陆点滑翔。参见图5，UAV 600沿逆风路径700而行以形成逆风路段650。UAV600沿逆风路径700而行以便在选定着陆点620着陆。基于UAV的当前转向点(即，转向点670C)以及对应着陆点的确定(即，根据步骤300)，预期UAV 600在着陆点680C降落，这足够靠近选定着陆点620。现在返回参考图4，转向点被指示为航路点WP1T。因此，长号式降落进场轨道510包括从航路点WP0T(即，出口点530)延伸至航路点WP1T的顺风路段、从转向点(即，航路点WP1T)延伸至航路点WP2T的U型转弯路段、以及从航路点WP2T延伸至选定着陆点520的逆风路段。应该注意，该方法的目的是收敛至基本上与选定着陆点处于相同位置的着陆点，并且使得UAV将基本上在选定着陆点上降落，如图4所示。
选择着陆点的步骤(即，步骤200)可以由提供安全着陆点的步骤代替。可以根据任意其它方法或通过用于选择着陆点的任意其它***执行安全着陆点的提供，如本领域已知的那样。替换地，远程操作人员可以提供该着陆点。
图3A和图3B的方法尤其可以被实现为UAV的飞行控制***程序的一部分。替换地，该方法可以被集成至现有飞行控制***程序和UAV机载飞行***。
所需的参数，例如转弯半径、滑翔空速、最小高度、最小等待高度或产生等待航线或启动等待轨道决定的距离(例如，图3A的步骤250)，可以是预先定义的，并且可以存储在UAV上或由远程操作人员或***提供。
应该注意，UAV滑翔优选地被控制来避免由于风而导致偏离所确定的轨道。这种控制可以由机载飞行***提供。
图3A的方法还可以包括与降落和地面行动有关的步骤。这些步骤可以包括调整用于未带有动力装置的UAV的紧急降落的带有动力装置的飞机的已知的自动降落例程，包括地面操控例程。一旦UAV降低到或低于选定着陆点上方的预定高度，可以启动这些步骤。这些步骤可以包括展开、直接拉升控制、地面识别和地面操控，如本领域已知的那样。
图6是根据本发明另一实施例构建及操作的包括安全紧急降落***的UAV机载飞行***的布局(总体标为800)的示意框图。布局800包括安全紧急降落***810、导航装置和各种传感器的布置820、飞行控制***830、数据库840、燃料指示器850和通信设备860。布局800包括传感器，用于持续提供基本信息，例如当前导航和位置信息、当前大气信息以及指示当前燃料水平。紧急降落***810包括紧急降落轨道产生器812、滑翔比自动学习工具814和圆形轨道控制器816。布置820包括全球定位***(GPS)822、惯性导航***(INS)824、皮氏管826和激光范围查找器(LRF)828。应该注意，可以使用对上述所列装置和传感器替换的装置和传感器，如本领域已知的那样。紧急降落***810可以包括处理单元或存储器单元(未示出)。处理单元可以与紧急降落轨道产生器812集成。
紧急降落***810耦合至布置820、飞行控制***830、数据库840、燃料指示器850以及通信设备860。紧急降落***810可以以有线或无线的方式耦合至UAV机载***。紧急降落***810可以间接地(即，经由其它UAV机载***)耦合至一些UAV机载***。例如，紧急降落***810可以经由飞行控制***830耦合至布置820。如果这样，来自布置820的导航和检测数据经由飞行控制***830提供给紧急降落***810。UAV可以包括管理***(未示出)，其使用集中式架构来控制不同UAV机载***。在这种情况下，紧急降落***810可以耦合至这种管理***，并且可以经由该管理***与其它机载***(全部或一部分)通信。滑翔比自动学习工具814和圆形轨道控制器816耦合至紧急降落轨道产生器812。
UAV控制站870无线地耦合至通信设备860，从而向UAV提供方向和所需信息，或者监控UAV的飞行和性能。UAV控制站870可以是机载的或者处于地面上。UAV和控制站之间的通信可以是单向的或者双向的。应该注意，所公开的技术的***可以自主操作，因此可以被安装在未必包括通信设备并且未必链接至控制站的UAV上并且进行操作。
紧急降落***810、紧急降落轨道产生器812或滑翔比自动学习工具814可以被实体化成可读存储装置，其包括可执行程序代码或指令(例如可由处理单元执行或者由UAV的飞行控制***中包含的处理单元执行)。紧急降落***810可以集成作为UAV飞行控制***的一部分，或者可以耦合到现有的飞行控制***。
紧急降落***810的操作总体上类似于参考图3A和图3B描述的方法并与之一致。
紧急降落***810可以在一旦出现引擎故障时或者在此之前激活，例如，通过在整个飞行期间反复选择安全的紧急着陆点或反复确定UAV的滑翔比。一旦出现引擎故障或在此之前，紧急降落轨道812为UAV的安全紧急降落选择着陆点。安全着陆点的选择可以类似于图3A的步骤200。数据库840可以向紧急降落轨道812提供关于UAV的紧急降落的可能的着陆点相关的所需信息。替换地，这种信息可以由远程数据库或***的远程控制器经由通信设备860提供给紧急降落轨道812。数据库840，或者替换地，紧急降落***810的存储器单元，可以存储预定参数的值或紧急降落***810根据所公开的技术操作所需的任意其它数据。
紧急降落轨道812产生朝向选定着陆点的轨道。按照类似于图3A的步骤210的方式产生轨道。所产生的轨道包括水平方向信息。所产生的轨道被提供给飞行控制***830，其引导UAV朝着选定着陆点并沿着所产生的轨道滑翔。
替换地，安全着陆点的选择或朝向选定着陆点的轨道的产生可以由其它机载***执行，如本领域已知的那样。在这种情况下，选定着陆点被提供给紧急降落轨道产生器812。
一旦到达选定着陆点附近，紧急降落轨道812产生初始长号式降落进场轨道，其类似于图2A和图2B的长号式降落进场轨道100。初始长号式降落进场轨道的产生可以类似于图3A的步骤240和260执行。
紧急降落轨道产生器812可以额外地产生等待轨道。在这种情况下，紧急降落轨道产生器812验证沿等待轨道的滑翔是可能的。可以根据图3A的步骤250验证等待的可能性。紧急降落轨道产生器812向飞行控制***830提供等待轨道信息，这继而引导UAV接入等待航线、沿轨道滑翔和在所产生的等待轨道的出口点离开。在沿等待航线反复滑翔的情况下，轨道产生器816可以指示飞行控制***830什么时候离开等待航线。预定出口高度可以被存储在数据库840中或***810的存储器单元中，并且被提供给轨道产生器812。可以根据步骤230并根据图3B的方法产生等待轨道。可以由紧急降落***810之外的UAV机载***替换地产生等待轨道，或者控制等待滑翔，如本领域已知的那样。
圆形轨道控制器816是可选的，并且可以在安全紧急降落***810产生并使用圆形轨道(包括形成圆形的一部分(例如，半圆形)的轨道，或者是部分地圆形的(即，包括作为圆形的部分的段)的轨道)时被使用。圆形轨道控制器816激活极其严格的控制以允许UAV以相对精确的方式沿圆形轨道而行。
关于所产生的初始长号式降落进场轨道的信息被提供给飞行控制***830，其引导UAV滑翔至起始点并沿所产生的初始轨道而行。
滑翔比自动学习工具814反复确定UAV的滑翔比，并且可以按照各种精度对其进行确定。滑翔比自动学习工具814将瞬时确定的滑翔比持续提供给轨道产生器812。轨道产生器812基于自动学习工具814提供的滑翔比的当前确定的值来持续确定UAV的预期高度(例如，高于可能的或选定的着陆点)。
滑翔比自动学***提供给自动学习工具814。UAV的净重(即，排除燃料重量)可以由数据库840或由安全紧急降落***810的存储器单元提供给自动学习工具814。UAV的当前总重量可以由自动学习工具814持续确定，或者替换地，可以由紧急降落***810之外的UAV机载***持续地提供给自动学习工具814。风向和速度信息由自动学习工具814基于当前空速和地面速度信息而持续确定，或者可以由紧急降落***810之外的UAV机载***(例如，飞行控制***830)持续提供给自动学习工具814。布置820可以包括替换的或附加的测量和检测***或装置，用于提供根据所公开的技术所需的测量结果或所需的信息。
滑翔比自动学习工具814可以按照图3A的步骤220中描述的方式(其相对于所公开的技术精确度低)确定滑翔比。自动学习工具814可以通过使用图3A的步骤280中描述的反复过程来自动学习UAV的具体的当前滑翔比。UAV的布置820中包含的测量***，例如GPS822和INS 824，可以持续地向自动学习工具814提供向前滑翔的距离和每个时间间隔损失的高度的经验测量值。优选地在UAV沿顺风路段滑翔期间执行UAV的滑翔比的精确值的自动学习，并且优选地一旦UAV开始沿初始长号式降落进场轨道而行，就启动它。
紧急降落轨道产生器812确定与UAV的初始转向点对应的着陆点的位置。随后，轨道产生器812确定所确定的对应着陆点和选定着陆点之间的绝对差。随后，轨道产生器812根据前述确定的差来调整初始转向点的位置(图3A的步骤290、300及其结合图5的描述)。因此，另一点被确定为当前转向点。轨道产生器812按照相同的方式反复地调整转向点的位置。因此，反复地并且连续地确定转向点，同时所确定的对应着陆点收敛至选定着陆点。转向点的反复选择类似于图3A的步骤290至300。
一旦UAV经过当前转向点，轨道产生器812指示飞行控制***830让UAV朝着选定着陆点进行U型转弯并且沿逆风路段而行。通过确定UAV的实际转向点，由此确定U型转弯路段和逆风路段，轨道产生器812确定并且完成将被沿其而行以便基本降落在选定着陆点上的长号式降落进场轨道的产生。随后，根据紧急降落***810的轨道产生器812提供的信息，飞行控制830引导UAV在选择的转向点转弯并沿逆风路段而行，直到着陆。
通信设备860可以向紧急降落***810提供来自例如UAV控制站870中的远程操作人员或远程***的所需的信息或方向。通信设备860还可以被用于监控紧急降落和UAV的性能，并且在特定情况下通过向安全紧急降落***810或飞行控制***830提供包括取代方向的方向而进行干涉。
UAV还可以练习带有动力装置的飞机的自动降落和地面操控步骤，例如展开、直接拉升控制、地面识别和地面操控。当使用这些步骤时，激光范围查找器828(表示为LRF)或用于距离测量的任意其它替换装置可以持续地指示当UAV沿根据所公开的技术的长号式降落进场轨道的逆风路段并朝着着陆点滑翔时从UAV至地面的范围。当UAV下降至或低于地面上方的预定高度时，自动降落步骤可以被启动。
安全紧急降落***810可以包括附加部件，其允许执行这些步骤，例如地面逻辑***和地面运行控制。替换地，安全紧急降落***810可以通过根据所公开的技术调整它们对紧急降落情形的操作来利用这些UAV机载***。
根据所公开的技术的***或方法可以与以自主方式操作的UAV集成，与以半自主方式操作的UAV集成，或者与远程控制的UAV集成。此处使用的术语“半自主”指的是可以由处于远程的***或操作人员辅助或支持的UAV，该***或操作人员向UAV提供特定信息或者在特定情况下可以控制UAV的操作。
当选择着陆点、产生轨道或滑翔时，所公开的技术的方法和***可以由不同***辅助，例如防撞***和数字地图(例如，数字地形或高程模型)，如本领域已知的那样。这些***和地图可以是远程布置的(例如，在地面控制站中)或者是UAV机载的。
本领域技术人员应该理解，所公开的技术并不限于此处具体示出并描述的内容。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于在引擎故障的情况下使带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV进行自主安全紧急降落的方法，所述方法包括下述步骤：
产生降落进场轨道，所述降落进场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点；
逆风路段，其终止于选定着陆点；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述UAV引导到所述起始点，以沿所述降落进场轨道的所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点上降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比，并且每次相对于之前确定的转向点执行所述当前转向点的确定；
基于所确定的滑翔比来反复地确定与所述当前转向点对应的着陆点，其中针对以下之间的差来执行确定当前转向点的步骤：(i)与先前确定的转向点相对应地先前确定的着陆点，和(ii)所述选定着陆点；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点降落。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述顺风路段沿顺风路径延伸，并且所述逆风路段沿与所述顺风路径基本平行的逆风路径延伸，所述逆风路径沿所述选定着陆点所在的跑道延伸。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
选择选定着陆点，其中所述UAV在所述选定着陆点上方的所确定的预期高度足以使所述UAV在所述选定着陆点执行所述安全紧急降落，并且其中所述预期高度是基于所述所确定的滑翔比确定的；以及
一旦出现所述引擎故障，则引导所述UAV朝着所述选定着陆点滑翔。
5.根据权利要求4所述的方法，其中从数据库中选择所述选定着陆点，所述数据库包括与用于紧急降落的多个着陆点相关的信息的集合，所述信息包括：
各个着陆点所在的跑道的方向；以及
各个着陆点的地理位置。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
基于所述所确定的滑翔比来确定所述UAV在所述选定着陆点上方的预期高度；
基于所述UAV的预期高度是否超过预先定义的能够在所述选定着陆点处进行所述安全紧急降落的最小高度，确定沿等待轨道滑翔是否是可能的；以及
如果被确定为是可能的，则引导所述UAV沿所述等待轨道滑翔。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括以下步骤：
产生所述等待轨道，包括下述子步骤：
产生处于所述选定着陆点附近的区域上方的等待航线；
确定沿所述等待航线的接合点；
确定沿所述等待航线的出口点，所述UAV能够从所述出口点开始沿所述降落进场轨道而行；
引导所述UAV在所述接合点处接入所述等待航线；
引导所述UAV沿所述等待航线滑翔；以及
引导所述UAV在所述出口点离开所述等待航线。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述等待航线是圆形的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中一旦所述UAV下降至低于足以使所述UAV在所述选定着陆点处执行所述安全紧急降落的预先定义的出口高度，则引导所述UAV离开所述等待航线。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述等待轨道与所述降落进场轨道的所述顺风路段正切，并且其中所述等待轨道的出口点和所述降落进场轨道的起始点被确定为处于所述等待轨道和所述顺风路段的切点处。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用安装在所述UAV上的传感器持续测量所述当前飞行状况的步骤，其中所述飞行状况选自由下述项组成的列表：
所述UAV的位置和导航信息；
所述UAV机载的燃料水平；以及
所述UAV附近的大气状况。
12.根据权利要求1所述的方法，其中反复地确定所述UAV的滑翔比的步骤包括通过迭代地确定所述滑翔比直到收敛至定值来自动学习滑翔比，其中所述自动学习至少部分是经验的。
13.根据权利要求12所述的方法，其中一旦所述UAV开始沿所述降落进场轨道而行，就启动所述自动学习。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述UAV自主操作。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述U型转弯路段是半圆形的。
16.一种带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV，其可操作来在引擎故障的情况下执行自主安全紧急降落，所述UAV包括：
飞行控制***，其用于控制所述UAV的飞行，所述飞行控制***包括处理单元；
与所述飞行控制***耦合的安全紧急降落***，所述安全紧急降落***包括可由所述飞行控制***的所述处理单元读取的存储装置，所述存储装置有形地体现指令程序，所述指令程序可由所述处理单元执行以执行用于在引擎故障的情况下使所述无人驾驶飞行器进行安全紧急降落的方法步骤，所述方法步骤包括：
产生降落进场轨道，所述降落进场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点；
逆风路段，其终止于选定着陆点；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述降落进场轨道提供给所述飞行控制***，用于将所述UAV引导至所述起始点，以沿所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点处降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比，并且每次相对于之前确定的转向点执行所述当前转向点的确定；
基于所确定的滑翔比来反复地确定与所述当前转向点对应的着陆点，其中针对以下之间的差来执行确定当前转向点的步骤：(i)与先前确定的转向点相对应地先前确定的着陆点，和(ii)所述选定着陆点；
反复地将所述当前转向点提供给所述飞行控制***，用于引导所述UAV朝着所述当前转向点滑翔；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，指示所述飞行控制***以引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点处降落。
17.根据权利要求16所述的UAV，其中所述飞行状况选自由下述项组成的列表：
所述UAV的位置和导航信息；
所述UAV的燃料水平；以及
所述UAV附近的大气状况。
18.根据权利要求17所述的UAV，进一步包括选自由下述项组成的列表的至少一个传感器：
用于持续提供所述位置和导航信息的传感器；
用于持续指示所述燃料水平的传感器；
用于持续提供所述大气信息的传感器。
19.根据权利要求16所述的UAV，其中所述顺风路段沿顺风路径延伸，并且所述逆风路段沿与所述顺风路径基本平行的逆风路径延伸，所述逆风路径沿所述选定着陆点所在的跑道延伸。
20.根据权利要求16所述的UAV，其中所述安全紧急降落***与所述飞行控制***合并。
21.根据权利要求16所述的UAV，进一步包括数据库，所述数据库包括用于所述UAV的紧急降落的着陆点的集合，其中所述安全紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行从所述着陆点的集合中选择所述选定着陆点的方法步骤，其中所述UAV在所述选定着陆点上方的所确定的预期高度足以使所述UAV能够在所述选定着陆点处执行所述安全紧急降落，并且其中所述预期高度是基于所述所确定的滑翔比确定的。
22.根据权利要求16所述的UAV，其中所述紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行下述方法步骤：
基于所述所确定的滑翔比来确定所述UAV在所述选定着陆点上方的预期高度；
基于所述UAV的预期高度是否超过预先定义的能够在所述选定着陆点处进行所述安全紧急降落的最小高度，确定沿等待轨道滑翔是否是可能的；以及
如果被确定为是可能的，则指示所述飞行控制***以引导所述UAV沿所述等待轨道滑翔。
23.根据权利要求22所述的UAV，其中所述紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行下述方法步骤：
产生所述等待轨道，其包括下述子步骤：
产生位于所述选定着陆点附近的区域上方的等待航线；
确定沿所述等待航线的接合点；以及
确定沿所述等待航线的出口点，所述UAV能够从所述出口点开始沿所述降落进场轨道而行；
将所产生的等待轨道提供给所述飞行控制***，用于引导所述UAV在所述接合点处接入所述等待航线，沿所述等待航线滑翔，以及在所述出口点离开所述等待航线。
24.根据权利要求16所述的UAV，其中反复地确定所述UAV的滑翔比的方法步骤包括通过迭代地确定所述滑翔比直到收敛至定值来自动学习滑翔比，其中所述自动学习至少部分是经验的。
25.一种安装在带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV上以允许所述UAV在引擎故障的情况下进行安全紧急降落的***，所述***耦合至所述UAV的飞行控制***，所述***包括：
可由所述飞行控制***的处理单元读取的存储装置，所述存储装置有形地体现指令程序，所述指令程序可由所述处理单元执行以执行下述方法步骤：
产生降落进场轨道，所述降落进场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点；
逆风路段，其终止于选定着陆点；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述降落进场轨道提供给所述飞行控制***，以便将所述UAV引导至所述起始点，以沿所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点处降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比，并且每次相对于之前确定的转向点执行所述当前转向点的确定；
基于所确定的滑翔比来反复地确定与所述当前转向点对应的着陆点，其中针对以下之间的差来执行确定当前转向点的步骤：(i)与先前确定的转向点相对应地先前确定的着陆点，和(ii)所述选定着陆点；
反复地将所述当前转向点提供给所述飞行控制***，以便引导所述UAV朝着所述当前转向点滑翔；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，指示所述飞行控制***以引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点处降落。
26.一种用于在引擎故障的情况下使带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV进行自主安全紧急降落的方法，所述方法包括下述步骤：
产生降落近场轨道，所述降落近场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点，所述顺风路段沿顺风路径延伸；
逆风路段，其终止于选定着陆点，所述逆风路段沿与所述顺风路径基本平行的逆风路径延伸，所述逆风路径沿所述选定着陆点所在的跑道延伸；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述UAV引导至所述起始点以沿所述降落近场轨道的所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点上降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点处降落。
27.一种带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV，其可操作来在引擎故障的情况下执行自主安全紧急降落，所述UAV包括：
飞行控制***，其用于控制所述UAV的飞行，所述飞行控制***包括处理单元；
与所述飞行控制***耦合的安全紧急降落***，所述安全紧急降落***包括可由所述飞行控制***的所述处理单元读取的存储装置，所述存储装置有形地体现指令程序，所述指令程序可由所述处理单元执行以执行用于在引擎故障的情况下使所述无人驾驶飞行器进行安全紧急降落的方法步骤，所述方法步骤包括：
产生降落进场轨道，所述降落进场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点，所述顺风路段沿顺风路径延伸；
逆风路段，其终止于选定着陆点，所述逆风路段沿与所述顺风路径基本平行的逆风路径延伸，所述逆风路径沿所述选定着陆点所在的跑道延伸；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述降落进场轨道提供给所述飞行控制***，以便将所述UAV引导至所述起始点以沿所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点上降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比；
反复地将所述当前转向点提供给所述飞行控制***，以便引导所述UAV朝着所述当前转向点滑翔；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，指示所述飞行控制***以引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点处降落。
28.一种安装在带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV上以允许所述UAV在引擎故障的情况下执行安全紧急降落的***，所述***耦合至所述UAV的飞行控制***，所述***包括：
可由所述飞行控制***的处理单元读取的存储装置，所述存储装置有形地体现指令程序，所述指令程序可由所述处理单元执行以执行下述方法步骤：
产生降落进场轨道，所述降落进场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点，所述顺风路段沿顺风路径延伸；
逆风路段，其终止于选定着陆点，所述逆风路段沿与所述顺风路径基本平行的逆风路径延伸，所述逆风路径沿所述选定着陆点所在的跑道延伸；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述降落进场轨道提供给所述飞行控制***，以便将所述UAV引导至所述起始点以沿所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点上降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比；
反复地将所述当前转向点提供给所述飞行控制***，以便引导所述UAV朝着所述当前转向点滑翔；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，指示所述飞行控制***以引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点处降落。

Claims (25)

1.一种用于在引擎故障的情况下使带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV进行自主安全紧急降落的方法，所述方法包括下述步骤：
产生降落进场轨道，所述降落进场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点；
逆风路段，其终止于选定着陆点；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述UAV引导到所述起始点，以沿所述降落进场轨道的所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点上降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点降落。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每次相对于之前确定的转向点执行反复确定当前转向点的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括基于所确定的滑翔比来反复地确定与所述当前转向点对应的着陆点的步骤，其中针对与先前确定的转向点对应地先前确定的着陆点和所述选定着陆点之间的差来执行确定当前转向点的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
选择选定着陆点，其中所述UAV在所述选定着陆点上方的所确定的预期高度足以使所述UAV在所述选定着陆点执行所述安全紧急降落，并且其中所述预期高度是基于所述所确定的滑翔比确定的；以及
一旦出现所述引擎故障，则引导所述UAV朝着所述选定着陆点滑翔。
5.根据权利要求4所述的方法，其中从数据库中选择所述选定着陆点，所述数据库包括与用于紧急降落的多个着陆点相关的信息的集合，所述信息包括：
各个着陆点所在的跑道的方向；以及
各个着陆点的地理位置。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
基于所述所确定的滑翔比来确定所述UAV在所述选定着陆点上方的预期高度；
基于所述UAV的预期高度是否超过预先定义的能够在所述选定着陆点处进行所述安全紧急降落的最小高度，确定沿等待轨道滑翔是否是可能的；以及
如果被确定为是可能的，则引导所述UAV沿所述等待轨道滑翔。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括以下步骤：
产生所述等待轨道，包括下述子步骤：
产生处于所述选定着陆点附近的区域上方的等待航线；
确定沿所述等待航线的接合点；
确定沿所述等待航线的出口点，所述UAV能够从所述出口点开始沿所述降落进场轨道而行；
引导所述UAV在所述接合点处接入所述等待航线；
引导所述UAV沿所述等待航线滑翔；以及
引导所述UAV在所述出口点离开所述等待航线。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述等待航线是圆形的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中一旦所述UAV下降至低于足以使所述UAV在所述选定着陆点处执行所述安全紧急降落的预先定义的出口高度，则引导所述UAV离开所述等待航线。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述等待轨道与所述降落进场轨道的所述顺风路段正切，并且其中所述等待轨道的出口点和所述降落进场轨道的起始点被确定为处于所述等待轨道和所述顺风路段的切点处。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用安装在所述UAV上的传感器持续测量所述当前飞行状况的步骤，其中所述飞行状况选自由下述项组成的列表：
所述UAV的位置和导航信息；
所述UAV机载的燃料水平；以及
所述UAV附近的大气状况。
12.根据权利要求1所述的方法，其中反复地确定所述UAV的滑翔比的步骤包括通过迭代地确定所述滑翔比直到收敛至定值来自动学习滑翔比，其中所述自动学习至少部分是经验的。
13.根据权利要求12所述的方法，其中一旦所述UAV开始沿所述降落进场轨道而行，就启动所述自动学习。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述UAV自主操作。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述U型转弯路段是半圆形的。
16.一种带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV，其可操作来在引擎故障的情况下执行自主安全紧急降落，所述UAV包括：
飞行控制***，其用于控制所述UAV的飞行，所述飞行控制***包括处理单元；
与所述飞行控制***耦合的安全紧急降落***，所述安全紧急降落***包括可由所述飞行控制***的所述处理单元读取的存储装置，所述存储装置有形地体现指令程序，所述指令程序可由所述处理单元执行以执行用于在引擎故障的情况下使所述无人驾驶飞行器进行安全紧急降落的方法步骤，所述方法步骤包括：
产生降落进场轨道，所述降落进场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点；
逆风路段，其终止于选定着陆点；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述降落进场轨道提供给所述飞行控制***，用于将所述UAV引导至所述起始点，以沿所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点处降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比；
反复地将所述当前转向点提供给所述飞行控制***，用于引导所述UAV朝着所述当前转向点滑翔；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，指示所述飞行控制***以引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点处降落。
17.根据权利要求16所述的UAV，其中所述飞行状况选自由下述项组成的列表：
所述UAV的位置和导航信息；
所述UAV的燃料水平；以及
所述UAV附近的大气状况。
18.根据权利要求17所述的UAV，进一步包括选自由下述项组成的列表的至少一个传感器：
用于持续提供所述位置和导航信息的传感器；
用于持续指示所述燃料水平的传感器；
用于持续提供所述大气信息的传感器。
19.根据权利要求16所述的UAV，其中所述安全紧急降落***的所述指令程序可执行以进一步执行基于所述所确定的滑翔比来反复地确定与所述当前转向点对应的着陆点的方法步骤，其中针对与先前确定的转向点相对应地先前确定的着陆点和所述选定着陆点之间的差来执行确定当前转向点的步骤。
20.根据权利要求16所述的UAV，其中所述安全紧急降落***与所述飞行控制***合并。
21.根据权利要求16所述的UAV，进一步包括数据库，所述数据库包括用于所述UAV的紧急降落的着陆点的集合，其中所述安全紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行从所述着陆点的集合中选择所述选定着陆点的方法步骤，其中所述UAV在所述选定着陆点上方的所确定的预期高度足以使所述UAV能够在所述选定着陆点处执行所述安全紧急降落，并且其中所述预期高度是基于所述所确定的滑翔比确定的。
22.根据权利要求16所述的UAV，其中所述紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行下述方法步骤：
基于所述所确定的滑翔比来确定所述UAV在所述选定着陆点上方的预期高度；
基于所述UAV的预期高度是否超过预先定义的能够在所述选定着陆点处进行所述安全紧急降落的最小高度，确定沿等待轨道滑翔是否是可能的；以及
如果被确定为是可能的，则指示所述飞行控制***以引导所述UAV沿所述等待轨道滑翔。
23.根据权利要求22所述的UAV，其中所述紧急降落***的指令程序可执行以进一步执行下述方法步骤：
产生所述等待轨道，其包括下述子步骤：
产生位于所述选定着陆点附近的区域上方的等待航线；
确定沿所述等待航线的接合点；以及
确定沿所述等待航线的出口点，所述UAV能够从所述出口点开始沿所述降落进场轨道而行；
将所产生的等待轨道提供给所述飞行控制***，用于引导所述UAV在所述接合点处接入所述等待航线，沿所述等待航线滑翔，以及在所述出口点离开所述等待航线。
24.根据权利要求16所述的UAV，其中反复地确定所述UAV的滑翔比的方法步骤包括通过迭代地确定所述滑翔比直到收敛至定值来自动学习滑翔比，其中所述自动学习至少部分是经验的。
25.一种安装在带有动力装置的无人驾驶飞行器即UAV上以允许所述UAV在引擎故障的情况下进行安全紧急降落的***，所述***耦合至所述UAV的飞行控制***，所述***包括：
可由所述飞行控制***的处理单元读取的存储装置，所述存储装置有形地体现指令程序，所述指令程序可由所述处理单元执行以执行下述方法步骤：
产生降落进场轨道，所述降落进场轨道包括：
顺风路段，其起始于所述轨道的起始点；
逆风路段，其终止于选定着陆点；以及
U型转弯路段，其接合在所述顺风路段和所述逆风路段之间；
将所述降落进场轨道提供给所述飞行控制***，以便将所述UAV引导至所述起始点，以沿所述顺风路段而行；
基于所述UAV的当前飞行状况来反复地确定所述UAV的滑翔比；
反复地确定沿所述顺风路段的用于使所述UAV在所述选定着陆点处降落的当前转向点，所述U型转弯路段起始于所述当前转向点，其中所述当前转向点的确定基于所确定的滑翔比；
反复地将所述当前转向点提供给所述飞行控制***，以便引导所述UAV朝着所述当前转向点滑翔；以及
当所述UAV到达所述当前转向点时，指示所述飞行控制***以引导所述UAV沿所述降落进场轨道的所述U型转弯路段和所述逆风路段而行，以便使所述UAV在所述选定着陆点处降落。
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