CN105404291A - 用于无人飞行器运载工具的跟随*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于导航飞行器的***。该***包括具有第一通信单元(12)的第一飞行器(10)和具有第二通信单元(22)的第二飞行器。第一飞行器(10)适于确定航点(40)的位置的坐标。第一通信单元(12)适于将航点(40)的位置的坐标传送给第二通信单元(22)。第二飞行器(20)适于导航到航点(40)的位置。若干航点(40)可以这种方式提供以便建立飞行轨迹(41)，第二飞行器(20)可沿着该飞行轨迹(41)跟随第一飞行器(10)。本发明还涉及一种用于导航飞行器的***，其中第二飞行器(20)适于基于接收的识别信号跟随第一飞行器(10)。利用该***可能在第二飞行器(20)的***失效的情况下第二飞行器(20)仍可跟随第一飞行器(10)。本发明还涉及用于导航飞行器的方法。

Description

用于无人飞行器运载工具的跟随***

技术领域

本发明大体上涉及飞行器导航***。具体而言，本发明涉及用于导航飞行器的***和用于导航飞行器的方法。

背景技术

目前，从地面站远程控制无人飞行器***(UAS)。因此，地面上的远程向导控制无人飞行器***的飞行操纵。可能还存在地面上的远程向导和空中交通管制(ATC)之间的通信，但是这种通信往往取决于数据链路可用性。由于这方面以及其它某些要求，不容许无人飞行器***在某些空域内飞行，比如民用空域。因此，容许无人飞行器飞行的空域在许多情况下是受限的。容许无人飞行器飞行的空域受限于军事隔离空域或其他没有民用飞行器操作的空域。因此，无人飞行器的使用(尤其是在欧洲)是极为困难且不灵活的。在大多数情况下，政府法规限制无人飞行器***在某些空域内使用。

CA2836870(A1)描述了用于操纵无人飞行器(UAV)的方法和***。无人飞行器的飞行计划基于它必须跟踪的目标的轨迹。因此，不同的传感器集成在无人飞行器内，所述传感器适于计算无人飞行器的轨迹。

US2009/030566(A1)描述了编队中的无人飞行器的导航。描述了用于控制无人飞行器的编队飞行的导航算法。

发明内容

本发明的目的在于为飞行器提供增强的导航***。

该目的通过独立权利要求的主题实现。进一步的示例性实施例从从属权利要求和以下描述是显而易见的。

根据本发明的第一方面，描述了用于导航飞行器的***。该***包括具有第一通信单元的第一飞行器和具有第二通信单元的第二飞行器。第一飞行器适于确定航点的位置的坐标。可集成在第一飞行器中的第一通信单元适于将航点的位置的坐标传送给第二通信单元。第二飞行器适于导航到航点的位置。

借助于第一通信单元和第二通信单元，可建立第一飞行器和第二飞行器之间的联系。航点的位置的坐标可描述空域内的不同点。因此，可相对于不同的参考***由第一计算元件(其也可集成在第一飞行器中)确定空间坐标。第一飞行器还可包括在主动模式或被动模式下工作的雷达以及向导显示器。向导显示器可提供用于向导的信息，例如像第一飞行器和第二飞行器的操作上的飞行数据。参考***(在其中限定航点的位置的坐标)可为世界测地***1984(WGS84)，该***是地球中心固定***、惯性***和/或飞行器坐标***。第一通信单元和第二通信单元可为双向通信***。利用双向通信***可能同时接收和传送或发送数据。例如，第一飞行器的第一计算元件确定航点(其为空域中的不同点)的位置的坐标并且经由第一通信单元将航点的位置的这些坐标传送给第二通信单元，并因此传送给第二飞行器。航点的位置的坐标由第二通信单元接收后，第二飞行器中的第二计算元件可处理航点的位置的坐标。处理航点的位置的坐标之后，第二飞行器可自动地导航到该航点的位置。可能的是，航点是空域中第一飞行器在某个时间点飞过的一个点。换句话说，第一飞行器飞过空域中的不同点，确定不同点的位置的坐标(其被称为航点)，并且然后传送该航点的坐标，使得第二飞行器可导航到该航点以便如第一飞行器在较早的时间点飞过的那样飞过该航点。因此，这种飞行操纵可称为跟随过程。在这种飞行操纵中，第一飞行器可包括引导段且第二飞行器可包括跟随段。第一飞行器可在物理上相对于飞行方向位于第二飞行器的前方。在跟随过程期间第一飞行器还可高于、低于第二飞行器或在第二飞行器后方或者在任何其他地方。换言之，可能并不一定第二飞行器导航到第一飞行器飞过的航点。因此，第二飞行器导航到的航点可由第一飞行器飞过的另一确定的航点的空间变换来确定。然而，当第二飞行器跟随第一飞行器时，第一飞行器和第二飞行器可彼此之间相距预定的距离飞行。可能的是，除了航点的位置的坐标，用于航点的时间值由第一飞行器的第一计算元件确定。例如，该时间值可为第一飞行器飞过航点时的时间点。由于航点可包括描述航点的位置的三个空间坐标以及时间值，该航点也可表征为4-D航点(四维航点)。第一飞行器可适于确定若干航点的位置的坐标。然后其中每个航点由三个空间坐标和一个时间值限定。这样，第一飞行器的速度信息可从由第一飞行器飞过的至少两个不同航点获取。第一飞行器的该速度信息可传送到第二飞行器，该第二飞行器然后可使其速度适配第一飞行器的速度。然而，可能的是，第一飞行器使其速度适配第二飞行器的速度并且因此也适配第二飞行器的能力。这是由于第二飞行器的速度取决于其飞行能力(例如飞行包线)。换言之，第二飞行器可由4-D飞行计划(其由若干4-D航点限定)驱动。第一飞行器可为具有固定翼或旋转翼的飞行器。第一飞行器还可为民用飞行器或军用飞行器，例如像战术飞行器、运输机或战斗机。第二飞行器可为无人飞行器(UAV)、无人飞行器***(UAS)或远程向导飞行器***(RPAS)。还可能的是，第二飞行器为有人驾驶飞行器。不管怎样，第一飞行器适于确定一个航点的位置的坐标或若干航点的位置的坐标并将这些坐标传送给第二飞行器。第一飞行器还可适于从第二飞行器接收信息，例如像关于第二飞行器的位置、定向和/或速度的信息。不管怎样，第二飞行器可适于导航到该航点的位置或到该多个航点的位置以便跟随第一飞行器。

这提供了满足无人飞行器***可超出隔离的军事空域操作的要求的机会。这是由于从地面控制的无人飞行器***可在紧急情况下恢复。紧急情况可能是无人飞行器***和地面上的远程向导之间的数据链路的丢失或者导致无人飞行器***的不受控飞行的导航失效。由于无人飞行器***可借助于确定的航点自动跟随有人驾驶飞行器，有人驾驶飞行器有可能操作为导引无人飞行器的引导机，以便使无人飞行器离开不允许其飞进的空域或在需要紧急降落的紧急情况下离开空域。所描述的用于飞行器的导航***可应用到不允许在某些空域内飞行的所有飞行器，例如，没有导航和监视***(比如S模式应答器或交通警戒和防撞***)的飞行器。于是，无人飞行器***可在所有空域中集成，例如像民用空域，且因此并不限于隔离军事空域。这还可提供让无人飞行器***在具有非合作飞行器的非受控空域(例如像E、F和G空域)内飞行的机会。另一个优点是，有效负载的主要部分装在第一飞行器上，而不需要现有的无人飞行器***的改变或仅需要微小的改变。

根据本发明的另一方面，描述了用于导航飞行器的***。该***包括具有第一通信单元的第一飞行器和具有第二通信单元的第二飞行器。第一飞行器适于将识别信号传送给第二飞行器。第二飞行器适于在接收识别信号后跟随第一飞行器。该识别信号可为航标信号。

因此，第二飞行器可包括雷达***，该雷达***适于接收由第一飞行器发送或发射的识别信号以便验证第一飞行器的身份。识别信号可由第一飞行器的第一通信单元发送或发射。验证第一飞行器的身份后，第二飞行器跟随第一飞行器(例如在紧急情况下)。雷达***可为第二通信单元的一部分，但它也可与第二通信单元物理地分离并连接至第二通信单元使得第二通信单元和雷达***都集成在第二飞行器内。然而，第二飞行器可基于其自身的雷达***跟随第一飞行器，因此通过第一飞行器对航点的确定不是将第二飞行器导航到预定位置所必需的。第二飞行器可包括借助于识别信息确定第一飞行器的当前位置的跟踪功能。第二飞行器的雷达***可例如在被动模式下通过跟踪识别信号确定第一飞行器的角位置或定位。雷达***还可适于借助于蒙皮回波引导第一飞行器的角位置，该蒙皮回波在第一飞行器处反射并且然后可由第二飞行器的雷达***在主动模式下接收该蒙皮回波。然而，可应用雷达的主动模式(例如使用蒙皮回波)来确定第一飞行器和第二飞行器之间的范围或距离。第一飞行器的位置的确定以及第二飞行器的未来飞行路线或飞行轨迹可由第二飞行器的计算元件来确定。

根据本发明的一个实施例，第一飞行器为有人驾驶飞行器。因此，第一飞行器可由导航第一飞行器的向导来操作，以便设置由第一计算元件确定的航点。

根据本发明的另一实施例，第二飞行器为无人飞行器。第二飞行器可为无人飞行器运载工具、无人飞行器***或远程向导飞行器***。第二飞行器可为适于由地面上的远程向导进行操作的军用飞行器。因此，第二飞行器提供通信链路到地面上的通信单元。第二飞行器可包括第二计算元件，第二计算元件经由第二通信单元从地面通信单元接收信息以便导航第二飞行器。第二飞行器的第二计算单元还可从第一飞行器的第一通信单元接收此信息。该信息至少包括航点的位置的坐标。在优选的实施例中，该信息包括若干航点的位置的坐标。由于这些航点可描述第一飞行器的飞行路线，第二飞行器的第二计算元件可导航第二飞行器以便跟随第一飞行器。

根据本发明的另一实施例，第一飞行器适于确定多个航点的位置的坐标，该多个航点相对于参考***确定。其中，该多个航点中的每个航点一起限定第一飞行器的飞行轨迹。

其中每个航点之间的相对距离可为相同的。但是也可能其中每个航点之间的相对距离是变化的。第一飞行器的飞行轨迹可由任意数量的航点来描述。第一飞行器的飞行轨迹的精确度描述的越高，越多的航点用于限定第一飞行器的飞行轨迹。然而，该飞行轨迹可为第二飞行器在其从航点导航到航点时所沿着飞行的路径。参考***可为WGS84***、飞行器坐标***或惯性***。

根据本发明的另一实施例，第一飞行器适于确定该多个航点中的每个航点的时间值。

这样，第一飞行器(例如第一飞行器的第一计算元件)在不同的时间点确定描述航点的位置的四个维度。获知了第一飞行器飞过不同的航点所处的时间，有可能确定第一飞行器的速度。当带有适当的时间值的若干航点的位置的坐标传送到第二通信单元时，第二飞行器的第二计算单元便可处理此数据以便导航到该若干航点的位置，并使第二飞行器的速度适配第一飞行器的速度。然而，在多数情况下，第一飞行器的速度可适配第二飞行器的速度，这在第二飞行器的能力或性能受限时可能是必需的。

根据本发明的另一实施例，第二飞行器适于在第一飞行器和第二飞行器的飞行操作期间跟随第一飞行器的飞行轨迹。

因此，即使在第二飞行器的飞行操作期间中断或丢失到地面向导的数据链路或通信，仍有可能导航第二飞行器。当将第二飞行器导航到预定的航点时，第一飞行器也可处于飞行操作中。由于第一飞行器和第二飞行器之间的距离在两个飞行器的飞行操作期间可任意调整，有可能在第一飞行器和第二飞行器之间使用受限于短距离通信的数据链路或通信手段。换句话说，可使用具有最大范围的通信手段，因为第一飞行器可接近第二飞行器直到两个飞行器足够接近使得所选择的通信手段正常工作。

根据本发明的另一实施例，第一飞行器还包括第一处理单元。第一处理单元可包括计算元件，例如第一计算元件。第一处理单元适于基于从第二通信单元发送到第一通信单元的信号来确定第二飞行器的位置。

可相对于任何坐标或参考***(例如像WGS84、惯性***或飞行器***)确定第二飞行器的位置。例如，从第二通信单元发送的信号可由天线接收。因此，第一通信单元可包括能在主动模式和/或被动模式下操作的雷达。雷达可包括电子式可操纵天线。第一飞行器的雷达可从第二飞行器接收信息。因此，第一飞行器的雷达可适于覆盖在第一飞行器的后方的某些角扇区。例如，雷达的定向可在垂直和/或水平方向上在50度内调整。雷达可因此可旋转地安装在第一飞行器中。

根据本发明的另一实施例，该信号为编码信号。第一飞行器的第一处理单元适于解码从第二通信单元发送到第一通信单元的编码信号。

编码该信号可防止将第二飞行器(例如无人飞行器)的信息传送给未经授权的访问。换句话说，首先，第一飞行器在开始与第二飞行器进行通信之前必须验证它的身份。验证第一飞行器的身份之后，第一通信单元可接收从第二飞行器的第二通信单元发送的信号，该信号可包括关于第二飞行器的位置的信息。还可能的是，在验证之后，第一通信单元请求第二飞行器的身份，使得可确保第一飞行器正在跟踪或与之通信的是正确的飞行器。

提供编码信号需要加密代码，这是建立第一飞行器和第二飞行器之间的链路所必需的。加密代码可能是安全性相关的并且可能需要特定过程的建立以便提供第一飞行器和第二飞行器之间的信息传送。

根据本发明的另一实施例，第一处理单元适于确定第二飞行器的操作数据，该操作数据选自包括速度、高度和负载因数的组。

利用该数据，可确定第二飞行器的飞行包线。然而，基于飞行器类型和通过健康监测状态传送的第二飞行器可能的退化或性能下降(这将稍后说明)，飞行包线也可为事先已知的。飞行包线经由向导显示器提供给第一飞行器的向导。第一飞行器的向导然后可使第一飞行器的操作数据适配第二飞行器的操作数据。换句话说，第一飞行器的性能可适配第二飞行器(例如无人飞行器)的性能。例如，第一飞行器的速度可适配第二飞行器的速度使得第二飞行器能跟随第一飞行器。因此，有可能的是，第一飞行器的向导手动地适配第一飞行器的飞行特征或操作数据以及第二飞行器的飞行特点或操作数据。还有可能是，这种适配过程可由例如第一飞行器的第一计算元件自动地进行。例如，操作数据可包括飞行器的速度和高度。

根据本发明的另一实施例，第一飞行器还包括显示器，其中，该显示器适于至少显示第二飞行器的操作数据。

因此，第一飞行器和第二飞行器之间的高度、范围，第一飞行器和第二飞行器两者的速度和飞行包线可显示在第一飞行器的显示器上。这样，关于飞行特征的显示信息(例如第一飞行器和/或第二飞行器的操作数据)可有助于向导适配第一飞行器的飞行特征(例如操作数据)与第二飞行器的飞行特征。

根据本发明的另一实施例，相对于地球参考***确定第二飞行器的位置。例如，相对于WGS84***确定第二飞行器的位置。还有可能相对于飞行器***或惯性***确定第二飞行器的位置。该位置可借助于笛卡尔坐标、球面坐标或柱面坐标确定。然而，第二飞行器利用主动模式和被动模式下的雷达来定位或作为备选通过用于测量角方向和范围的任何其他装置来定位。例如，可在本地参考框架中(例如像飞行器***或惯性***)定位第二飞行器，其中，本地参考***可用作定位的计算中的中间步骤。这样的中间步骤随后可为第二飞行器的最终定位，该最终定位相对于全球定位***(例如像世界测地***1984(WGS84))进行。

根据本发明的另一实施例，第一通信单元包括雷达，该雷达在被动模式下适于接收从第二通信单元发送的航标信号，使得可确定第二飞行器相对于第一飞行器的角位置。

第一通信单元和雷达还可为分开的构件，其可互相连接或连接到计算元件，例如，雷达在空间上与第一通信单元分开。雷达可在第一飞行器内可旋转地布置，使得来自第二飞行器的信号可由雷达接收。雷达可为第一飞行器的第一通信单元的一部分。为了从第二通信单元接收信号，可旋转地安装在第一飞行器内的雷达可被引导到不同的方向。在被动模式下，雷达检测和跟踪由第二飞行器发送的协同信号(例如航标信号)，以便确定第二飞行器相对于第一飞行器的角方向。协同信号由被跟踪的飞行器(例如第二飞行器)有意地发送。可相对于第一飞行器的飞行器坐标***通过第二飞行器的位置来限定第二飞行器相对于第一飞行器的角位置。还可相对于地球参考***(例如WGS84)来确定第二飞行器相对于第一飞行器的角位置。还可通过蒙皮回波而不是跟踪航标信号来确定第二飞行器的角位置或定位。因此，雷达可在主动模式下工作。

根据本发明的另一实施例，第一通信单元包括雷达，该雷达在主动模式下适于接收从第二通信单元发送的信号或在第二飞行器处反射的信号，使得可确定第一飞行器和第二飞行器之间的范围。由主动模式下的雷达接收的信号可为蒙皮回波。当第二飞行器由第一飞行器的主动模式下的雷达照到时，第二飞行器的蒙皮回波可为非协同信号。蒙皮回波可为从第二飞行器反射回到第一飞行器的信号。

该范围描述第一飞行器和第二飞行器之间的距离。借助于第二飞行器相对于第一飞行器的范围和角方向这两项，可进行第二飞行器的定位。因此，在两个飞行器的飞行操作期间可确定跟随第一飞行器的第二飞行器的当前位置。蒙皮回波可为这样的信号，该信号在第一飞行器的雷达处开始，行进到第二飞行器，在第二飞行器处被反射，并且然后返回到第一飞行器的雷达。可计算该信号的行进时间以便计算第一飞行器和第二飞行器之间的距离。例如，该信号可在第二飞行器的外蒙皮上反射。然而，当雷达在主动模式下工作时，蒙皮回波还可用于确定第二飞行器的角位置。同样，还有可能的是，第二飞行器可借助于蒙皮回波确定第一飞行器的角方位或位置。因此，第二飞行器能够发射信号，该信号在第一飞行器的表面上反射并且然后作为蒙皮回波返回到第二飞行器，使得可相对于第二飞行器确定第一飞行器的角位置，例如借助于集成在第二飞行器内的雷达。换句话说，用于确定另一飞行器的角位置以及相距的范围的雷达可集成在第一飞行器或第二飞行器上。此外，任何角度定位和测距装置可集成或安装在第一飞行器上或第二飞行器上，例如像光电(EO)***和/或红外(IR)***。也可应用其它***，例如像光探测和测距(LIDAR)***和/或类似于那些在导弹***中的制导***。

根据本发明的另一实施例，从第二通信单元发送到第一通信单元的信号包括关于第二飞行器的身份的信息。

使用发送到第一飞行器(例如向导飞行器)的航标信号，容许使用雷达的相对小的天线以用于接收和跟踪航标信号。航标信号可足够强以确保利用飞行器雷达的小天线对第二飞行器的精确单脉冲跟踪。借助于航标信号，可向第一飞行器发送不同的数据，例如像第二飞行器的当前位置或第二飞行器的健康监测状态。健康监测状态可包括关于第二飞行器的***的失效的信息，这种失效降低第二飞行器的飞行性能。例如，这种失效可能是不工作的引擎产生的结果。结冰也可能发生在飞行器***上，其降低飞行器的性能。

在另一个实施例中，第一飞行器可发送航标信号到第二飞行器并且第二飞行器配备有跟踪***，使得第二飞行器借助于从第一通信单元发送到第二通信单元的航标信号跟踪第一飞行器。

应当理解，确定角方向和距离这两者以便相对于第一飞行器定位第二飞行器。该定位需要两种不同的雷达模式。在雷达的被动模式下可确定第二飞行器相对于第一飞行器的角方向，该雷达利用单脉冲跟踪模式跟踪强大的航标信号。在雷达的主动模式下确定第二飞行器到第一飞行器的距离，使得通过测量从第一飞行器开始的信号或蒙皮回波需要行进到第二飞行器并从第二飞行器返回到第一飞行器的时间来确定该距离。该信号可在第二飞行器的外蒙皮处反射，因此该信号可被称为蒙皮回波。蒙皮回波在其在第二飞行器的外蒙皮处反射后可由第一通信单元(例如雷达)接收。

其它角定位和测距装置(利用它们可确定其他飞行器的位置和定向)可作为备选集成到第一飞行器和/或到第二飞行器中。这样的装置可使用光电(EO)***和/或红外(IR)***。可应用其它***，例如像光探测***和测距(LIDAR)***和/或类似于那些在导弹***中的制导***。这样的***可例如替代在被动模式和主动模式下工作的雷达或者作为其备选使用。

根据本发明的另一方面，描述了一种用于导航飞行器的方法，该方法包括不同步骤。在该方法的一个步骤中，由第一飞行器确定航点的位置的坐标。在该方法的另一个步骤中，航点的位置的坐标从第一飞行器的第一通信单元传送到第二飞行器的第二通信单元。在该方法的另一个步骤中，第二飞行器导航到航点的位置。将第二飞行器导航到航点的位置可基于所传送的航点的位置的坐标，该坐标由第一飞行器确定。该方法可包括其它步骤，例如像由第一飞行器对第二航点的位置的坐标的确定。第二航点的位置的坐标然后可从第一飞行器的第一通信单元传送到第二飞行器的第二通信单元。在另一个步骤中，第二飞行器被导航到第二航点的位置。相同的过程可对于任何数目的航点重复，使得可提供基于多个航点的飞行轨迹给第二飞行器。利用这种方法可能的是，第二飞行器例如在紧急情况下可跟随第一飞行器。

如果技术上可行但没有明确提及，如上文和下文中所描述的本发明的任何实施例的组合也可为用于导航飞行器的***的实施例。

从下文描述的实施例以及参考它们进行的说明，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的具有第一通信单元、第一处理单元、显示器以及雷达的第一飞行器。

图2示出了根据本发明的实施例的具有第二通信单元和第二处理单元的第二飞行器。

图3示出了根据本发明的实施例的第一飞行器基于确定的航点导航第二飞行器。

图4示出了根据本发明的实施例的第一飞行器和第二飞行器的圆形飞行路线。

图5示出了根据本发明的实施例的从第二飞行器发送到第一飞行器的通信信号的接收。

图6示出了根据本发明的实施例的由第一飞行器确定的用于导航第二飞行器的航点。

图7示出了根据本发明的实施例的第一飞行器的显示器，其显示关于第一飞行器和第二飞行器的操作数据的信息。

图8示出了根据本发明的实施例的用于导航飞行器的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了第一飞行器10，其包括不同的构件或有效负载，诸如第一处理单元11、第一通信单元12、雷达13和显示器14。第一通信单元12可为双向通信***，其既能发送又能接收数据和/或信息。这些构件可集成或安装在第一飞行器10内。第一处理单元11可包括第一计算元件，其适于处理来自其他飞行器或来自地面的接收数据，例如空中交通管制(ATC)。第一飞行器可为有人驾驶飞行器或无人飞行器。优选地，第一飞行器为有人驾驶飞行器，例如像运输机、军用机或直升机。然而，第一飞行器可为固定翼飞行器或旋转翼飞行器，例如旋翼机。第一飞行器10的雷达13可为第一通信单元12的一部分。雷达13包括电子式可操纵天线，利用电子式可操纵天线可灵活地调整雷达13的覆盖区域。因此，雷达13可设置使得可覆盖第一飞行器10的后部周围的区域。例如，雷达13可在垂直和/或水平方向上旋转达到50度。雷达13可在被动模式下操作，在被动模式下可检测和/或跟踪从另一个飞行器发送的信号。雷达13也可在主动模式下操作，在主动模式下可确定第一飞行器10和另一飞行器之间的范围。这样，例如在飞行操作期间，可确定相对于第一飞行器10的位置的另一飞行器的位置。第一通信单元12(例如雷达13)可适于对于相对短的距离(例如像500米到2000米)确定第一飞行器10和其它飞行器之间的范围。

图2示出了包括第一处理单元21和第二通信单元22的第二飞行器20。第二通信单元22可为双向通信***，其既能发送又能接收数据和/或信息。这些构件可集成或安装在第二飞行器20内。第二通信单元22可适于与第一飞行器10的第一通信单元12交换信息和/或数据。第二通信单元22可将航标信号发送到第一飞行器10(例如向导飞行器)。航标信号可由雷达13接收，使得第一处理单元11能借助于所发送的航标信号确定第二飞行器20的角位置。航标信号可足够强以便利用飞行器雷达13的小天线确保第二飞行器20的精确单脉冲跟踪。单脉冲跟踪意味着第二飞行器20相对于第一飞行器10的角方向或角位置(其在飞行操作期间变化)可由航标信号的单个信号脉冲确定。因此雷达13可为单脉冲雷达。然而，还可能的是，数据可经由航标信号从第二通信单元22发送至第一通信单元12(例如雷达)。借助于航标信号和蒙皮回波，可计算和/或确定第二飞行器20的当前位置。由航标信号发送的其它数据可包括健康监测状态，其例如给出第二飞行器20内的缺陷和***失效的指示。第二通信单元22还可从第一飞行器10的第一通信单元12接收信息和/或数据。这样，可能的是，基于所接收的信息和/或数据，第二飞行器20导航到预定的航点或可被导航到预定的航点。

航点的位置可由第一飞行器10的第一处理单元11确定。将航点的位置信息从第一通信单元12发送到第二通信单元22后，航点的位置可由第二处理单元21分析和处理，使得第二飞行器20朝着所确定的航点引导并导航到所确定的航点。由于所确定的航点可描述空域中第一飞行器10飞过且随后第二飞行器20也飞过的位置，将第二飞行器20导航到由第一飞行器10设置的航点的过程可想象为跟随过程。第二计算元件(其可为第二处理单元21的一部分)可确定或计算这些航点的位置。当第一飞行器经过该航点时，航点的位置可因此由第一处理单元11(例如第一计算元件)确定。由于第一飞行器10在飞行操作过程期间移动，第一处理单元11可连续地确定多个航点，它们一起描述第一飞行器10的飞行轨迹。换句话说，航点一个接一个地确定。确定航点意味着计算这些航点的位置。这些位置由三个空间坐标和一个时间值描述，使得四个维度是清楚地确定一个航点所必需的。时间值可描述第一飞行器10经过某个航点所处的时间点，并且第一处理单元11确定该航点的位置。第二计算元件可发送指令到第二飞行器20的飞行管理***和飞行控制***，使得第二飞行器20可自动地导航到所确定的航点。这些指令可因此包括关于已确定航点的位置的信息。第二飞行器20可为无人飞行器***和/或远程向导飞行器***。

在容许第一通信单元12和第二通信单元22交换信息之前，第一飞行器10可由第二飞行器20或由位于地面上的空中交通管制托管。例如，第二飞行器20的注册号由第一飞行器10的向导输入以便容许第一通信单元12和第二通信单元22之间的链路。经由界面将第二飞行器20的注册号输入到第一处理单元11中之后，可计算建立两个通信单元12、22和因此两个飞行器10、20之间的链路所必需的加密代码。加密代码可为安全性相关的，并且可建立特定程序以用于产生和/或传送加密代码。输入注册号还可提供或展现关于第二飞行器20的飞行包线的信息，使得第一飞行器10的飞行性能可适配第二飞行器20的飞行性能。

图3示出了第一飞行器10基于确定的航点40导航第二飞行器20。在图3中可看到，航点40限定第一飞行器10的飞行路线或飞行轨迹。因此，第一飞行器10的航点40及因而飞行轨迹41可被第二飞行器20跟随。第一飞行器10可借助于第一通信信号43将关于确定的航点40的位置的信息发送到第二飞行器20。相应地，第二飞行器20可经由第二通信信号42将关于其位置的信息发送到第一飞行器10以加强相对定位计算的可靠性。应当指出的是，经由通信信号42、43发送的信息还可包括除了航点40的位置和第二飞行器20的位置之外的其他信息。

图4示出了初始化跟随过程的第一步骤。其中，可识别第一飞行器10和第二飞行器20的圆形飞行路线。例如，第二飞行器20(即无人飞行器***)在已知高度的某位置处巡航。巡航50可为具有一定半径的圆形巡航。第二飞行器20的地点、高度和半径由地面上的远程向导或由空中交通管制提供和/或控制。第一飞行器10(例如向导飞行器或有人驾驶飞行器)在距第二飞行器20一定高度和距离处开始另一圆形巡航51。该高度和距离可选择成使得第一飞行器10和第二飞行器20之间没有碰撞的风险(例如通过预先确定和保持最小距离)。还可预先确定第一飞行器10和第二飞行器20之间的最大距离以便确保第一通信单元12和第二通信单元22之间的正确的信号和信息传送。第一飞行器10可经由第一通信信号43通知第二飞行器20跟随过程开始。换句话说，第二处理单元21(即第二计算元件)期望确定的航点40的传送，使得第二处理单元21可将第二飞行器20导航到航点40以便跟随第一飞行器10的飞行轨迹41。

图5示出了初始化跟随过程的第二步骤。其中，来自第二飞行器20的第二通信信号43由第一飞行器10接收。雷达13包括电子式可操纵天线，使得雷达13的覆盖区域60可灵活地调整。该天线可调整为在第一飞行器10的向后方向将区域60覆盖，其中，向后方向限定为与第一飞行器10的飞行方向大致相反的方向，如在图5中可看出的那样。雷达13可枢转地安装，使得可在水平方向上以及在垂直方向上覆盖第一飞行器10后方的不同区域。其中，水平方向可由恒定高度限定。从第二飞行器20的第二通信单元22发送的第二通信信号42可为航标信号。该航标信号可为编码信号，使得由第一通信单元12接收航标信号后，第一处理单元11能确保跟踪正确的飞行器(例如第二飞行器20)。换句话说，第二飞行器20的身份可由从第二通信单元22发送到第一通信单元12的编码信号验证。雷达13可具有集成的单脉冲跟踪特性，其容许借助于航标信号20对第二飞行器20的角位置进行计算。因此，第二飞行器20可位于雷达13的覆盖区域60内。在主动模式下，雷达然后可借助于蒙皮回波计算第一飞行器10和第二飞行器20之间的范围，蒙皮回波可为来自第二飞行器的反射信号。

图6示出了初始化跟随过程的第三步骤，其中，第一处理单元11借助于所接收的航标信号和主动测距(例如蒙皮回波)计算第二飞行器20(例如无人飞行器***)的相对位置。此后，关于第二飞行器20所计算的位置以及所确定的高度的信息从第一通信单元12发送到第二通信单元22，以将该信息提供给第二处理单元21(例如第二计算元件)。例如，如果第二飞行器20由于导航***的失效不能够确定其位置，这可能是有利的。还可能利用第一飞行器10的导航数据来同步第二飞行器20的导航数据。

第一飞行器10可调整其速度以便将第一飞行器10的圆形巡航51的状态(phase)同步到第二飞行器20的圆形巡航50的状态。如图6中由第一箭头70所示，第一飞行器10离开圆形巡航51，例如沿切向方向。可能的是，第一飞行器10经由通信单元12、22通知第二飞行器20，第一飞行器10已离开圆形巡航51。第一处理单元11还产生关于确定的航点40(其可沿着第一飞行器10的飞行轨迹41定位)的信息。关于航点的信息(其至少包括航点40的位置和时间值)一个接一个地从第一通信单元12发送到第二通信单元22。在任意的时间间隔，第一处理单元11计算航点40，然后将航点40提供给第二飞行器20以用于导航目的。航点40的时间值可由第一飞行器到达该航点40或飞过该航点40的时间限定。航点40的时间值也可由这样的时间来限定，该时间为第一飞行器10到达该航点40的时间包括一定的时间延时。时间延迟计算得包括安全边际以便避免第一飞行器10和第二飞行器20之间的碰撞。

这样，第二处理单元21可创建和更新包括四个维度的飞行计划，例如，描述空域中的不同点的三个空间坐标以及时间值。飞行计划可因此解释为四维飞行计划或4-D飞行计划。第二处理单元21可校正飞行特征，尤其是第二飞行器20的飞行方向，使得第二飞行器20以恒定的时间延时跟随第一飞行器10。因此，第二处理单元21提供更新的飞行计划给第二飞行器20的飞行控制***或飞行管理***。因此第二飞行器20也离开其巡航50，这由图6中的另一箭头71示出。

第一飞行器10可适于定期检查第二飞行器20的位置，例如借助于从第二通信单元22发送的航标信号和从第一飞行器行进到第二飞行器并然后返回到第一飞行器的信号或蒙皮回波。航标信号由被动模式下的雷达13接收，使得可确定第二飞行器相对于第一飞行器的角方向。测距由主动模式下的雷达确定，例如通过测量信号或蒙皮回波的行进时间。换句话说，信号从第一通信单元21发送到第二飞行器20，该信号在第二飞行器20处(例如在第二飞行器20的外蒙皮上)反射。反射后，该信号作为蒙皮回波传送到第一通信单元21(例如雷达)。在第一通信单元21处发送信号和接收信号之间的时间跨度可指示第一飞行器10和第二飞行器20之间的距离。

此外，关于第二飞行器20的位置的更新信息可经由通信单元12、22传送到第二飞行器20。在第二飞行器20的导航***或定位***没有失效的情况下，还有可能的是，第二飞行器20可独立地计算其位置，并且然后经由通信单元12、22将关于其位置的信息传送到第一飞行器10。这样，可提高位置控制的可靠性。第二飞行器20的当前位置可显示在第一飞行器10的显示器14上，使得第一飞行器10的向导可持久地检查第二飞行器20的当前位置，并且还因此检查第二飞行器20是否正确地跟随第一飞行器10。第一飞行器10的显示器14例如可为向导控制屏幕。

在降低第二飞行器20的飞行性能的失效或故障的情况下(其例如由于飞行器***的不操作的引擎或结冰的结果而发生)，健康监测代码可经由通信单元12、22发送到第一飞行器。健康监测代码可包括关于第二飞行器20的飞行性能由于失效的限制的信息。该信息可显示在第一飞行器10的向导的控制屏幕上，以使向导然后可将飞行性能调整为限制的飞行性能并因此调整到第二飞行器20的当前飞行包线。

图7示出第一飞行器10的显示器14，其显示了关于第一飞行器10和第二飞行器20的操作数据的信息。显示器14可分成不同的部分，其中每个部分指示关于第一飞行器10和/或第二飞行器20的某些信息。例如，在显示器14的第一部分80中，显示了指示第二飞行器20的当前可实现的性能(例如高度和速度)的飞行包线。在显示器14的第二部分中，可显示第二飞行器20的故障。在显示器14的第三部分83中，可显示关于牵引或跟随过程的正确性的信息，即，它可指示第二飞行器20是否导航到航点40并因此正确地跟随第一飞行器10。在显示器14的第四部分82中可显示第一飞行器10和第二飞行器20之间的范围，其指示可能的碰撞风险。

应当提到，用于导航第二飞行器20的***可不仅仅在第二飞行器20飞行的情况下应用。例如，如果第二飞行器20位于跑道上，它也可应用。在这种情况下，第一飞行器(例如向导飞行器)起飞并立即将其4-D飞行路线发送到第二飞行器20，使得第二飞行器20可跟随此飞行路线。换句话说，第一飞行器10确定若干航点40，它们一起限定由第二飞行器20跟随的飞行路线。当第二飞行器20在跟随过程期间跟随第一飞行器时，第一飞行器10和第二飞行器20之间的时间延时可持久地调整，这意味着第二飞行器20的当前速度可适配第一飞行器10的当前速度。然而，第一飞行器10的当前速度可适配第二飞行器20的当前速度并因此适配第二飞行器20的当前能力。为了安全起见，速度的适配也可在两个飞行器10、20的起飞和爬升阶段期间发生。速度信息可由第一飞行器10确定，因为每个航点位置对应于另一时间值，其中，该时间值限定第一飞行器10飞过相应的航点40所处的时间点。

图8示出了用于导航飞行器的方法的流程图。该方法可包括若干步骤。在该方法的步骤S1中，航点40的位置的坐标由第一飞行器10确定。这可包括三个空间坐标和至少一个时间值的确定。在另一步骤S2中，航点40的位置的坐标从第一飞行器10的第一通信单元12传送到第二飞行器20的第二通信单元22。在该方法的另一步骤S3中，第二飞行器20被导航到航点40的位置。应当提到的是，该方法并不限于这里所描述的步骤。

虽然在附图和前面的描述中已经详细说明和描述了本发明，这些说明和描述被认为是说明性和示例性的，而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。对所公开的实施例的各种变形可由本领域技术人员理解和实现以及通过实施要求保护的发明、从对附图、公开内容和所附权利要求的研究而理解和实现。在权利要求中，用语“包括”不排除其他元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。仅仅是事实的是，在相互不同的从属权利要求中叙述的某些措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应认为限制了保护的范围。

Claims (15)

1.用于导航飞行器的***，包括：

具有第一通信单元(12)的第一飞行器(10)；

具有第二通信单元(22)的第二飞行器(20)；

其中所述第一飞行器(10)适于确定航点(40)的位置的坐标；

其中所述第一通信单元(12)适于将所述航点(40)的所述位置的坐标传送给所述第二通信单元(22)；并且

其中所述第二飞行器(20)适于导航到所述航点(40)的所述位置。

2.用于导航飞行器的***，包括：

具有第一通信单元(12)的第一飞行器(10)；

具有第二通信单元(22)的第二飞行器(20)；

其中所述第一飞行器(10)适于将识别信号传送给所述第二飞行器(20)；

其中所述第二飞行器(20)适于在接收所述识别信号后跟随所述第一飞行器(10)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述第一飞行器(10)为有人驾驶飞行器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述第二飞行器(20)为无人飞行器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述第一飞行器(10)适于确定多个航点(40)的位置的坐标，所述航点(40)相对于参考***确定；并且

其中，所述多个航点(40)中的每个航点一起限定所述第一飞行器(10)的飞行轨迹(41)。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述第一飞行器(10)适于确定用于所述多个航点(40)中的每个航点的时间值。

7.根据权利要求5到6中任一项所述的***，其特征在于，所述第二飞行器(20)适于在所述第一飞行器(10)和所述第二飞行器(20)的飞行操作期间跟随所述第一飞行器(10)的所述飞行轨迹(41)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述第一飞行器还包括：

第一处理单元(11)；

其中所述第一处理单元(11)适于基于从所述第二通信单元(22)发送到所述第一通信单元(12)的信号确定所述第二飞行器(20)的位置。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述第一处理单元(11)适于确定所述第二飞行器(20)的操作数据，所述操作数据选自包括负载因数、速度和高度的组。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述第一飞行器还包括：

显示器(14)；

其中所述显示器(14)适于至少显示所述第二飞行器(20)的所述操作数据。

11.根据权利要求8到10中任一项所述的***，其特征在于，所述第二飞行器(20)的所述位置相对于地球参考***确定。

12.根据权利要求8到11中任一项所述的***，其特征在于，从所述第二通信单元(22)发送到所述第一通信单元(12)的所述信号(42)为航标信号，所述航标信号包括关于所述第二飞行器(20)的身份的信息。

13.根据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述第一通信单元(12)包括雷达(13)，所述雷达(13)在被动模式下适于接收从所述第二通信单元(22)发送的航标信号，使得可确定所述第二飞行器(20)相对于所述第一飞行器(10)的角位置。

14.根据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述第一通信单元(12)包括雷达(13)，所述雷达(13)在主动模式下适于从所述第二飞行器(22)接收蒙皮回波(42)，使得可确定所述第一飞行器(10)和所述第二飞行器(20)之间的范围。

15.用于导航飞行器的方法，包括下列步骤：

通过第一飞行器确定航点(40)的位置的坐标(S1)；

将所述航点(40)的所述位置的坐标从所述第一飞行器(10)的第一通信单元(12)传送到第二飞行器的第二通信单元(22)(S2)；以及

将所述第二飞行器(20)导航到所述航点的所述位置(S3)。