CN107655362A - 多模式无人驾驶航空飞行器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及多模式无人驾驶航空飞行器。一种***，该***包括无人航空驾驶飞行器(UAV)(100)，该无人驾驶航空飞行器被配置成，响应于上行线路信号(451)和/或场景变化的自发的确定，从末段自导引模式(510)转变(520)到目标搜索模式(530)。

Description

多模式无人驾驶航空飞行器
本申请是申请日为2010年2月2日，申请号为201080013403.X，发明名称为“多模式无人驾驶航空飞行器”的申请的分案申请。
本申请要求以下专利申请的优选权和权益：于2009年2月2日提交的美国临时专利申请序列号No.61/149,304、于2009年11月9日提交的美国临时专利申请序列号No.61/241,017、于2009年11月9日提交的美国临时专利申请序列号No.61/240,985、于2009年11月9日提交的美国临时专利申请序列号No.61/240,987、于2009年11月9日提交的美国临时专利申请序列号No.61/240,996、于2009年11月9日提交的美国临时专利申请序列号No.61/241,001，为了所有目的，所有这些申请都以其整体以引用的方式并入本文。
技术领域
在本发明的若干个实施方式中，本发明涉及无人驾驶航空飞行器(UAV)，且尤其涉及小型和/或单兵携带UAV(man-portable UAV)。
背景技术
***的效力，例如，制导炸弹以及具有向前定向的***性和/或被配置为将飞行器的动能赋予目标物的打击导弹的效力，可以以收缩锥体有效空间(shinking coniceffectiveness volume)为特征，该收缩锥体有效空间限定其进行操纵的能力的极限，并且在围绕目标的闭环末段自导引期间期望包括目标。这样的***以及导弹能满足传统的战场，在传统的战场中，可以更容易地，至少在一定程度上，相对于非目标，例如，平民，限定目标。侦察机，包括侦察UAV，通常经由通信信道来进行坐标定位，以便于打击导弹，例如，炮兵打击，打击所确定的目标。携带导弹或***的UAV可具有经由从UAV发射或释放导弹或***而较快响应的能力。然而，导弹或***从UAV的释放也会经受前述收缩有效锥体。非传统的战斗恶化了对最小的附带损害的需要，然而，在使用导弹或具有限定的有效性(即，可操纵性)锥体的***的情况下，使得其越来越不可能在导弹或制导炸弹靠近目标时改变目标或移动离开目标，这是因为自导引飞行器的收缩操纵时间以及有限的可操纵性。图1A是可从诸如飞机5的承载器发射的可操纵的制导装置的操纵锥体的平面描述。所示出的制导装置具有在图中右面所示的地面速度并且经历拖拉和重力的效果。制导装置10的名义期望的轨道可使其靠近布置在地面30上的名义目标20。取决于其空气动力学效应器的调节和/或其压力中心或质量中心的偏移，制导装置10可导致其实际的轨道落入操纵锥体的空间中，如在图1A的平面图中示出为操纵区域40。在最大程度向下转弯的情况下，制导装置将跟随被示出为轨道的从名义目标开始的最上射程的轨道，即，操纵锥体40的上射程的操纵受限边界42。在最大程度向上转弯的情况下-利用制导装置的最佳滑动斜面特征，制导装置将跟随被示出为轨道的从名义目标开始的最下射程，即，操纵锥体40的下射程的操纵受限边界41。操纵锥体40的基部的下射程覆盖区45可被限定为沿着地面30从与地面30交叉43的上射程的操纵受限边界42到与地面30交叉44的下射程的操纵受限边界41的距离。图1B是图1A的制导装置10的操纵锥体50的平面图示，但在飞行时间的后期。操纵锥体50的基部的下射程覆盖区55可被限定为沿着地面30从与地面30交叉53的上射程的操纵受限边界52到与地面30交叉54的下射程的操纵受限边界51的距离。可能会注意到，图1B的下射程覆盖区55小于图1A的下射程覆盖区45。也就是说，比较图1A与图1B，可用于制导装置来进行目标拦截的地面区域随着操纵打击飞行器靠近名义目标而收缩。
发明概述
本发明包括无人驾驶航空飞行器(UAV)实施方式以及其他装置实施方式，其中，UAV可包括处理单元，该处理单元被配置成将所述UAV从第一模式转变到第二模式，其中，所述第一模式是末段自导引模式。所述UAV的所述处理单元的所述末段自导引模式还可包括向目标空间自导引。在一些实施方式中，所述处理单元还被配置成响应于上行线路信号而将所述UAV从所述末段自导引模式转变到所述第二模式。在一些实施方式中，所述处理单元还被配置成响应于由以下中的至少一项产生的指示而将所述UAV从所述末段自导引模式转变到所述第二模式：所述处理单元的机上处理；操作者；以及指示发送设备。在一些实施方式中，有效载荷与所述UAV是一体的。在一些实施方式中，所述有效载荷被配置成在靠近所述目标空间处从所述UAV发射。在一些实施方式中，所述处理单元包括以下中的至少一项：被配置成执行计算机可执行的指令的中央处理器；电气回路；电子回路；以及逻辑门阵列。在一些实施方式中，第二模式是目标搜索模式。UAV实施方式中还可包括目标传感器。UAV实施方式还可包括目标传感器***，其中，所述UAV的所述目标传感器***包括以下中的至少一项：光电照相机、长波红外照相机、短波红外照相机、射频接收器以及射频收发器。在一些实施方式中，所述UAV的特征在于重量值，并且其中，所述UAV还被配置成，当处于所述第二模式时，维持至少UAV重量的值的提升幅值。在一些实施方式中，所述UAV还可被配置成，当处于所述第二模式时，维持至少水平飞行。UAV的实施方式在飞行中经由化学电池存储器供以动力，所述化学电池存储器存储范围在10至1000瓦特小时的能量，并且其中，所述UAV能够从末段自导引模式轨道转变到目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。UAV的一些实施方式在飞行中经由化学电池存储器供以动力，所述化学电池存储器存储少于44瓦特小时的能量，并且其中，所述UAV能够从末段自导引模式轨道转变到目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。UAV的实施方式的特征可在于小于23公斤的质量值。UAV的实施方式的特征可在于至少0.5公斤的质量值，并且该UAV在飞行中经由化学电池存储器以及电马达驱动的推进器供以动力，并且其中，所述UAV能够从末段自导引模式轨道转变到侦察模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。UAV的实施方式的特征可在于至少1.3公斤的质量值，并且该UAV在飞行中经由化学电池存储器以及电马达驱动的推进器供以动力，并且其中，所述UAV能够从末段自导引模式轨道转变到侦察模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。UAV的实施方式可被配置成从末段自导引模式轨道转变到目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道，其中，所述UAV的特征可在于小于23公斤的发射质量的值，并且其中，所述UAV可被配置成在飞行中经由推进器产生推力，所述推进器由以下中的至少一项提供动力：(a)化学电池存储器；和/或(b)燃烧发动机。所述UAV的实施方式可被配置成从末段自导引模式轨道转变到目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道，其中，所述UAV的特征在于小于23公斤的质量值，并且其中，所述UAV可被配置成在飞行中经由涡轮发动机产生推力。所述UAV的实施方式可被配置成被供以动力来进行飞行，以便如果所述处理单元确定上行线路信号表示从包括朝向目标空间的自导引的末段自导引模式到目标搜索模式的模式转变，并且如果在所述UAV实现其最靠近所述目标空间之前至少两秒所表示的上行线路信号在所述UAV处被接收，则操纵到目标搜索模式轨道。
本发明的实施方式可包括一种装置，该装置包括：无人驾驶航空飞行器(UAV)机体，其被配置成将有效载荷输送到目标空间；以及所述UAV机体上的处理单元，其中，所述处理单元包括以下中的至少一项：被配置成执行计算机可执行的指令的中央处理单元；电气回路；电子回路；以及逻辑门阵列；并且其中，所述处理单元被配置成将所述装置从第一模式转变到第二模式，其中，所述第一模式是末段自导引模式，其中，所述末段自导引模式包括所述UAV自导引向所述目标空间；并且其中，所述处理单元还被配置成响应于由以下中的至少一项产生的指示而将所述装置从所述末段自导引模式转变到所述第二模式：所述处理单元的机上处理；操作者；以及指示发送设备。装置第二模式的一些实施方式的所述第二模式是目标搜索模式，并且其中，所述装置还包括目标传感器，所述目标传感器被配置成在至少所述目标搜索模式期间从目标搜索空间接收电磁发射。所述装置的实施方式还可被配置成当处于所述目标搜索模式时维持至少水平飞行。
本发明包括这样的方法和***，该方法和***使得无人驾驶航空飞行器(UAV)能够响应于信号或值而从末段自导引模式转变到不同的模式，该不同的模式可以是侦察模式、监视模式、待机模式、观察模式、远离模式和/或目标搜索模式中的任一种，所述UAV的机上处理将所述信号或值识别为模式转变启动指示，该模式转变启动指示被提供给UAV上行线路以作为来自第三方飞行器的机上指示发送设备或第三方发送站的信号，和/或作为来自例如手持式使用者界面的操作器的信号，和/或被产生为场景变化的自发的决定。示例性的***可包括UAV，该UAV包括可以是侦察、观察和/或目标传感器的至少一个传感器以及处理单元，其中，所述处理单元被配置成响应于上行线路信号而从末段自导引模式转变到不同的模式，例如，目标搜索模式。所述UAV的至少一个传感器，例如，目标传感器，可包括成像设备，并且所述处理单元可被配置成基于一个或多个图像改变条件而将所述UAV从末段自导引模式转变到不同的模式，例如，目标搜索模式。此外，所述UAV可被供以动力，以从末段自导引模式轨道转变到不同的模式轨道，例如，目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。
UAV的一些实施方式可在飞行中经由化学电池存储器供以动力，所述化学电池存储器存储小于100瓦特小时的能量，并且为UAV推进器马达提供动力，以将所述UAV从末段自导引模式轨道转变到不同的模式轨道，例如，目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。所述UAV的一些实施方式可具有1.0至1.4公斤的质量，并且可在飞行中经由化学电池存储器以及电马达驱动的推进器供以动力，以将所述UAV从末段自导引模式轨道转变到不同的模式轨道，例如，目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。所述UAV的一些实施方式小于1.4公斤的质量，具有电动的至少一个推进器。具有大约4至25公斤质量的所述UAV的一些实施方式可具有由电马达或燃烧发动机和/或电燃烧混合发动机供以动力的至少一个推进器。所述UAV的一些实施方式可具有大约25公斤或更少的质量，并且可以由燃烧或涡轮发动机供以动力。
UAV的一些实施方式被配置成，在从末段自导引模式轨道转变到例如目标搜索模式轨道的不同的模式轨道期间，产生一定幅度的提升(空气动力学升力)，其大于当地重力加速度与飞行器质量的乘积或大于飞行器的重量。所述UAV的一些实施方式可被配置成，在从末段自导引模式轨道转变到例如目标搜索模式轨道的不同的模式轨道期间，为产生推力的推进器提供动力。UAV在飞行中在大致正交于其中心线的方向的加速度被称为“横向加速度”，并且其沿其中心线的加速或减速可被称为“纵向加速度”。相应地，所述UAV的实施方式被配置成，与水平飞行所要求的相比，横向加速得更多，即，以克服重力，并且在包括多个模式转变的持续时间期间这样做。也就是说，由于大于当地重力加速度的提升，所述UAV需要第一幅度的加速度，以便保持水平飞行，并且在本发明中，由于大于当地重力加速度的提升，所述UAV能够产生一定幅度的加速度，以从末段自导引模式轨道转变到不同的模式轨道，例如，目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。作为转变的一部分，飞行器可启动推进器或增加推进器转动速率。所述UAV的实施方式可在飞行中被供以动力以实现上述不同的模式，例如，目标搜索模式轨道—如果所述处理单元确定上行线路信号表示从末段自导引模式朝向例如目标搜索模式的不同的模式的模式转变，并且如果所述上行线路信号在所述UAV处被接收，以使得所述UAV及时操纵远离目标，例如，在一些实施方式中，在所述UAV最靠近目标之前至少两秒种。这种操纵远离可以防止与目标相撞或操纵以维持所述UAV距离目标最小的距离。
被配置成在飞行模式之间转变，在从目标自导引模式转变到不同的模式，例如，目标搜索或侦察模式，并且任选地回到目标自导引模式期间，UAV的实施方式能够将所存储的化学能量，例如电池和/或可燃烧的燃料，转化成飞行器势能，例如，增加的飞行高度和/或动能，例如，空速。
本发明的机器可行的工艺的实施方式包括转变无人驾驶航空飞行器(UAV)的飞行模式的方法，该方法包括：(a)当处于自动的末段自导引模式时，通过UAV处理器测试模式变化；(b)基于场景变化，从外部源和/或自发地产生的信号接收模式变化命令信号；以及(c)基于所述模式变化命令信号而转变到不同的模式，例如，目标搜索模式，并且改变飞行命令。相应地，对于一些实施方式，UAV的至少一个传感器，例如，目标传感器，可包括成像设备，并且其中，处理单元被配置成，基于一个或多个图像变化条件，例如，像素状态的质量和/或大小在阀值之上的变化或者图像或图像的部分的信息内容中的变化，例如，图像的时差离散时间傅里叶转变，将所述UAV从末段自导引模式转变到不同的模式，例如目标搜索模式。无人驾驶航空飞行器(UAV)的转变飞行模式的示例性的方法可包括：(a)当处于自动的末段自导引模式时，通过UAV处理器测试模式变化；(b)接收模式变化命令信号；以及(c)转变到末段前自导引模式，例如，目标检测和/或目标获得的不同的模式；以及(d)基于所述模式变化命令信号，改变飞行命令。对于一些实施方式，接收模式变化命令信号的步骤可基于一个或多个图像变化条件进行。对于一些实施方式，接收模式变化命令信号的步骤可基于外部源，例如，地面操作站或机载发射器进行。对于一些实施方式，末段前自导引模式可以是目标搜索模式，并且该目标搜索模式可进一步包括末段前提交空间。所述UAV的实施方式可下行线路图像和飞行状态数据，但是来自图像传感器的所确定的跟踪角度、角速率陀螺仪、线性加速度计以及GPS接收器的飞行数据可全被带到机载处理单元中，以经由控制表面致动器和/或推进器旋转速率实现飞行控制改变。
末段自导引通常包括足够急剧以使得推进***可减少其功率输出的下降，或可以根本不要求，以使UAV维持足够或最小、接近的飞行速度。这种最小的飞行速度可以是所述UAV的失速和/或最小的操纵速度。功率的这种减少导致了降低的声特征。
本发明的各种UAV实施方式可以经由若干***来发射，例如，(a)从地面发射的管；(b)从一些其他空中平台发射或降落；(c)从固定不动的或移动的地面或水上运载工具发射。
本申请还包括以下内容：
1)一种无人驾驶航空飞行器(UAV)，包括：
处理单元，其被配置成将所述UAV从第一模式转变到第二模式，其中，所述第一模式是末段自导引模式；并且其中，所述UAV还被配置成将有效载荷输送到目标空间内。
2)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述末段自导引模式包括一个或多个指令，用于使所述UAV自导引向所述目标空间。
3)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述处理单元还被配置成响应于上行线路信号而将所述UAV从所述末段自导引模式转变到所述第二模式。
4)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述处理单元还被配置成响应于由以下中的至少一项产生的指示而将所述UAV从所述末段自导引模式转变到所述第二模式：所述处理单元的机上处理；操作者；以及指示发送设备。
5)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述有效载荷与所述UAV是一体的。
6)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述有效载荷被配置成在靠近所述目标空间处从所述UAV发射。
7)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述处理单元包括以下中的至少一项：被配置成执行计算机可执行的指令的中央处理器；电气回路；电子回路；以及逻辑门阵列。
8)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述第二模式是目标搜索模式。
9)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV还包括目标传感器。
10)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，还包括目标传感器***，其中所述UAV的所述目标传感器***包括以下中的至少一项：光电照相机、长波红外照相机、短波红外照相机、射频接收器以及射频收发器。
11)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV的特征在于重量值，并且其中，所述UAV还被配置成，当处于所述第二模式时，维持至少所述UAV重量的值的提升幅值。
12)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV还被配置成，当处于所述第二模式时，维持至少水平飞行。
13)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV在飞行中经由化学电池存储器供以动力，所述化学电池存储器存储范围在10至1000瓦特小时的能量，并且其中，所述UAV能够从末段自导引模式轨道转变到目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。
14)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV在飞行中经由化学电池存储器供以动力，所述化学电池存储器存储少于44瓦特小时的能量，并且其中，所述UAV能够从末段自导引模式轨道转变到目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。
15)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV的特征在于小于23公斤的质量值。
16)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV的特征在于至少0.5公斤的质量值，并且所述UAV在飞行中经由化学电池存储器以及电马达驱动的推进器供以动力，并且其中，所述UAV能够从末段自导引模式轨道转变到侦察模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。
17)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV的特征在于至少1.3公斤的质量值，并且所述UAV在飞行中经由化学电池存储器以及电马达驱动的推进器供以动力，并且其中，所述UAV能够从末段自导引模式轨道转变到侦察模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道。
18)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV被配置成从末段自导引模式轨道转变到目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道，其中，所述UAV的特征在于小于23公斤的发射质量的值，并且其中，所述UAV被配置成在飞行中经由推进器产生推力，所述推进器由以下中的至少一项提供动力：(a)化学电池存储器；以及(b)燃烧发动机。
19)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV被配置成从末段自导引模式轨道转变到目标搜索模式轨道，然后再转变到末段自导引模式轨道，其中，所述UAV的特征在于小于23公斤的质量值，并且其中，所述UAV被配置成在飞行中经由涡轮发动机产生推力。
20)如1)所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述UAV被配置成被供以动力来进行飞行，以便如果所述处理单元确定上行线路信号表示从包括朝向目标空间的自导引的末段自导引模式到所述目标搜索模式的模式转变，并且如果在所述UAV实现最靠近所述目标空间之前至少两秒在所述UAV处接收到所表示的上行线路信号，则所述UAV操纵到目标搜索模式轨道。
21)一种装置，包括：
无人驾驶航空飞行器(UAV)机体，其被配置成将有效载荷经由自导引向所述目标空间而输送到所述目标空间；以及
所述UAV机体上的处理单元，其中，所述处理单元包括以下中的至少一项：被配置成执行计算机可执行的指令的中央处理单元；电气回路；电子回路；以及逻辑门阵列；并且其中，所述处理单元被配置成将所述装置从第一模式转变到第二模式，其中，所述第一模式是末段自导引模式，其中，所述末段自导引模式包括一个或多个指令，用于使所述UAV自导引向所述目标空间；并且其中，所述处理单元还被配置成响应于由以下中的至少一项产生的指示而将所述装置从所述末段自导引模式转变到所述第二模式：所述处理单元的机上处理；操作者；以及指示发送设备。
22)如21)所述的装置，其中，所述第二模式是目标搜索模式，并且其中，所述装置还包括目标传感器，所述目标传感器被配置成在至少所述目标搜索模式期间从目标搜索空间接收电磁发射。
23)如22)所述的装置，其中，所述装置还被配置成当处于所述目标搜索模式时维持至少水平飞行。
24)一种转变无人驾驶航空飞行器(UAV)的飞行模式的方法，包括：
当处于第一模式时，通过UAV处理单元测试模式变化，其中，所述第一模式是自动的末段自导引模式，用于将有效载荷输送到目标空间；
接收模式变化命令信号；以及
基于所述模式变化命令信号而转变到第二模式。
25)如24)所述的方法，其中，所述末段自导引模式还包括所述UAV自导引向所述目标空间。
26)如24)所述的方法，其中，接收模式变化命令信号的步骤是基于一个或多个图像变化条件进行的。
27)如24)所述的方法，其中，接收模式变化命令信号的步骤中的所述模式变化命令信号是基于经由UAV机载目标传感器检测的一个或多个图像变化条件的。
28)如24)所述的方法，其中，接收模式变化命令信号的步骤还包括基于外部源接收模式变化命令信号。
29)如24)所述的方法，其中，所述第二模式是目标搜索模式。
30)如24)所述的方法，其中，所述第二模式是包括末段前提交UAV飞行空间的目标搜索模式。
31)如24)所述的方法，其中，基于所述模式变化命令信号转变到第二模式是通过经由所述处理单元的机上处理而自动地改变一个或多个UAV飞行命令来实现的。
附图说明
在附中通过举例并且以非限制性的方式示出了本发明的实施方式，附图中：
图1A是可操纵的打击飞行器的操练极限的图示；
图1B是可操纵的打击飞行器的收缩操纵锥体的平面图示；
图2A是本发明的航空飞行器实施方式的平面图；
图2B是本发明的航空飞行器实施方式的侧视图；
图3是本发明的***结构实施方式的最高级的功能框图；
图4是本发明的实施方式的操作部署的示意性图示；
图5是本发明的实施方式的示意性模式逻辑的最高级流程图；
图6是本发明的实施方式的操作部署的另一示意性图示；
图7是本发明的实施方式的操作部署的另一示意性图示；
图8是本发明的实施方式的示意性模式逻辑的另一最高级流程图；
图9是处于跑道样式中的UAV的示例性描述，转变到向地面目标自导引，从末段自导引中断并且返回到跑道样式；
图10描述了由于飞行器的操纵极限而使UAV得不到的空间的示例性体积；
图11描述了在早期的末段自导引阶段中具有操纵极限和范围极限的示例性UAV；以及
图12描述了在后期的末段自导引阶段中具有操纵极限和范围极限的UAV。
具体实施方式
将参照示出本发明的示例性实施方式的附图。图2A示出了本发明的UAV部分100的示例性实施方式的俯视图。该示例性的UAV包括前端110，该前端110具有：寻的传感器111，例如，用于感测可见光和/或红外光的像素阵列；以及可部署的有效负荷112，例如，本质上可致命的或不可致命的用于精确投放的弹头或其他有效负荷，即，可部署的电子子组件、色素胶囊(pigmenting capsule)。前端可被配置为支撑各种弹头，例如那些可能是高爆***(HE)、穿甲弹、锥形装药、杀伤性的、抗放射性的、电磁脉冲(EMP)和/或定向性***物。这些弹头可以是可移除的和/或可替换的。代替或部分代替弹头单元，前端可以配置为支撑额外的电池组，这可以扩展UAV的范围。UAV的实施方式可具有传感器***，包括传感器111和115，其包括诸如以下各项的被动和/或主动接收器中的一种或多种：雷达成像传感器，例如，毫米波***；激光接收器和/或发送器；激光成像***，例如，光检测和测距(LiDAR)装置；以及其他电磁检测器，例如，无线电波接收器。用于这些示例性的前端传感器的商业源包括Micron MT9P031、Boise的Micron Technology,Inc.的5Mp CMOS Digital ImageSensor、ID 83707-0006。前端110还可包括电子组件(EA)113或航空电子设备，其可包含包括引导指令的制导处理器，当被执行时，所述引导指令接受有关UAV位置、线性和/或旋转速度、线性加速度和/或姿态的信息，并产生用于自动驾驶仪处理和/或发动机控制处理或远程人工驾驶仪处理的指令。前端110或EA113还可包括侧视传感器或照相机115(示出在图2A和图2B中)，该侧视传感器或照相机115被定位成当UAV绕着物体或目标转弯时允许观察物体或目标。例如，通过使UAV带坡度转弯以使侧视传感器115被朝向地面，传感器115可以在UAV绕着目标旋转的同时观察目标。传感器115可以是本文中提到的用于传感器111的任何示例性的传感器。
UAV可包括：一个或多个功率源114，例如，电池单元、包括内燃发动机的燃烧发动机、涡轮或燃料电池，以及功率调节电路。此外，推进式功率源可增强或代替推进器***，例如，涡轮发动机或者固体或液体火箭马达。UAV的实施方式可包括化学电池存储器，例如存储大约44瓦特小时的能量，以用于在1到1.5公斤重的范围内的UAV的10到30分钟的飞行中为包括推进器马达的机上电装置提供动力。UAV的实施方式可以更小和/或具有较短的飞行时间和/或具有更小的质量和/或不同的升阻比，并因此可要求小于44瓦特小时。UAV的实施方式可以更大和/或具有较长的飞行时间，并因此可要求大于44瓦特小时。因为飞行器的质量可能超过大约1.3公斤，所以有效的末段自导引锥体的推力和升力要求可能会驱动飞行器包括增强电池电力***的燃烧发动机，其具有大于44瓦特小时，例如，混合***，或者用内燃发动机和/或涡轮发动机代替电池电力***。UAV可包括飞行器专用的传感器，例如，GPS天线和GPS接收器，例如，作为EA和/或姿态和/或速率陀螺和/或线性加速度计的一部分，其可接近EA和/或飞行器的重心。UAV可包括推力产生模式，例如，推进器130和推进器马达131，并且，其他实施方式可分开地或组合地使用涡轮马达和/或火箭马达。
UAV可具有提升表面，例如，右舷翼141、左翼142、左舷尾部144、右舷尾部143和方向舵145、146。翼元件141、142可具有促动的控制表面147、148，作为升降舵辅助翼来操作，或可以被实施为具有作为升降舵操作的表面的翼。UAV的实施方式可具有最小的水平飞行，其带有大约是重力加速度的1.2至2.0倍的机动限度，能够维持出击的大部分持续时间。在末段自导引模式以及在中断飞行的最后可能的点，UAV的实施方式具有大约是重力加速度的2.0至2.5倍的机动限度。以较高的加速度为特征的驾驶性能可能是令人期望的，但认识到，这些较高的水平是通过较大的翼和/或较高的提升、翼面来实现的，而这些都需要额外的重量和体积。UAV的实施方式可具有0.049平方米(大约76平方英寸)的翼面积，并且可以在0.016平方米(大约15平方英寸)至1.0平方米(大约1550平方英寸)的范围。
将参照于2009年9月9日提交的题为“Elevon Control System”的美国临时专利申请第61/240,985号，该专利申请被以引用方式并入本文。尾部元件143、144可具有作为副翼或升降舵操作的促动的控制表面。UAV的方向舵145、146可以是主体固定的，即，方向舵145、146用作垂直稳定器，并且相应地，UAV可以在偏航时静止稳定，即，在飞行器重心的压力尾部的偏航中心。UAV偏航稳定性可通过一个或多个方向舵表面的关节型的、受控的尾部或表面而得到增强。UAV的一些实施方式可具有安装在可旋转的平台上的两个方向舵组件，所述可旋转的平台符合UAV机身的形状以实现偏航控制方面的增强。在一些实施方式中，UAV被封装在UAV发射容器里并且是可由单兵携带的。将参照于2009年9月9日提交的题为“Unmanned Aerial Vehicle Portable Launch Tube”的美国临时专利申请第61/240,987号，该专利申请被以引用方式并入本文。UAV可具有0.5至25公斤的质量。相应地，UAV的一些实施方式可被配置为从末段自导引模式轨道转变为目标搜索模式轨道，并且然后转变到末段自导引模式轨道，其中，UAV具有小于25公斤质量的起飞重量质量，并且在飞行中经由通过化学电池存储器、燃烧发动机或这二者驱动的推进器提供动力。在一些实施方式中，UAV可由涡轮发动机提供动力。UAV的实施方式可被配置为从末段自导引模式轨道转变为目标搜索模式轨道，并且然后转变到末段自导引模式轨道，同时具有在50至120节的范围内的空速以及大约20分钟的飞行时间，其中，UAV具有1.0至2.0公斤质量的起飞重量质量，并且在飞行中经由通过化学电池存储器、燃烧发动机或这二者驱动的推进器提供动力。
图2B示出了示例性的UAV的侧视图，其中，左翼142被示出为具有处于运动中的拖尾控制表面148以及从机身201延伸的两个天线210、220(不成比例)。一个天线元件可以用作上行线路210，尤其是用于接收模式控制信号，该模式控制信号影响从末段自导引模式到目标搜索模式或待机模式的转变，或从目标搜索模式到诸如末段自导引模式的自导引模式的转变。另一个天线元件可用作下行线路220，用于传送诸如现场视频、自动视频跟踪状态、飞行参数和/或UAV状态的数据。当具备收发器能力时，单个天线元件可用于两种功能。虽然视频数据和飞行状态数据可以向下传输，但UAV经由机上处理器处理来自诸如回转仪、加速度计的各种机上飞行传感器的输出、GPS接收器输出以及来自图像传感器或其他前端目标探寻器/***传感器的目标数据，以产生控制表面致动命令，并相应地针对目标搜索阶段和末段自导引阶段及其之间的转移来引导UAV。当在GPS频率波段内由几乎透明(低损耗)的材料制成时，GPS天线230可被一致地安装或安装在机身内，即，在机身蒙皮的后面。一般来说，GPS天线可被安装或以其他方式布置在UAV机身上或沿着UAV机身，以便能够从GPS卫星星座接收信号。
图3示出了UAV处理以及制导和控制子***300的示例性功能框图，其中，制导传感器310提供有关涉及探寻器或***传感器320的探寻或跟踪处理的外部环境的信息。制导传感器，且更一般地，制导传感器***，可包括被动的和/或主动的雷达子***、红外检测子***、红外成像子***、可见光成像子***比如基于视频照相机的子***、紫外线检测子***及其组合。探寻器处理器320可包括图像处理和目标跟踪处理以及目标指定或再指定输入321，其可从上行线路接收器335接收和/或作为制导处理器330的输出。图像处理和/或目标跟踪信息322可经由下行线路发送器323发送，该下行线路发送器323可以是上行线路/下行线路收发器的一部分。在执行制导处理的指令时，制导处理器330可从探寻器处理320接收目标信息324，以及从GPS接收器331和/或回转仪和加速度计332(如果有的话)接收UAV飞行状态信息，例如，位置、速度和/或姿态。接收导航航路点和/或目标搜索优化轨道的制导处理器330可参照记忆存储333。对于***的实施方式，制导处理330可在例如发射前阶段通过外部数据端口334或在例如发射后阶段通过上行线路接收器335接收和/或上传导航航路点和/或目标搜索优化轨道。制导处理器330，作为执行指令以决定飞行路径、轨道或路线操纵角度和方向的部分，可参照航路点和/或监视优化轨道信息，尤其是在不处于末段自导引模式时。将参照于2009年9月9日提交的题为“Unmanned Aerial Vehicle System withRemotely Operated UAV in an RF Transparent Lanunch Tube”的美国临时专利申请第61/241,001号，该专利申请被以引用方式并入本文。制导处理器330可经由上行路线接收器335接收命令以转换或以其他方式从末段自导引模式转变到目标搜索模式，即，非末段自导引模式，以及从目标搜索模式转换到末段自导引模式。UAV可自动地或响应于上行线路而处理来自在侧面安装的照相机，即，传感器115，或其他场景感测传感器的图像，并转换到在前面安装的照相机或其他场景感测传感器。例如，探寻器处理320的视觉目标锁定可参照GPS坐标而被跟踪，并可被集成到末段自导引解决方案中，该末段自导引解决方案可迭代地由制导处理器330决定，而该制导处理器330执行涉及决定可修改的末段解决方案的指令。制导处理330可包括由GPS接收器辅助的捷联式导航解决方案，并且可相应地支持在从末段自导引中断后存储末段前的提交点或返回航路点，前述末段自导引可由外部上行线路启动或在末段自导引阶段基于场景的变化而自动启动。之后，UAV可返回到其启动之前的末段阶段的相同空间体积内、接近该相同空间体积或大体上是该相同空间体积的一定空间体积。航空电子学传感器的实施方式可包括以下示例性的装置，比如，数码相机，其具有五兆象素的分辨率、60Hz的图像比率、例如1X至3X的数字变焦、局部副帧以及自动亮度控制；和/或具有640x480FPA格式的长波红外照相机；Geneva的STMicroelectronics，Switzerland ARMTM9微控制器，STMicroelectronics LIS3L02DQ MEMS 3轴线性加速度计，Norwood的AnalogDevices,Inc.，Massachusetts ADXRS612回转仪，Milpitas的Silicon Microstructures,Inc.，California SM5872空气速度传感器，作为气压计和高度计的China SCP1000-D01/D11压力传感器的VTI Technologies,Inc.，Plymouth的Honeywell,Inc.，Minnesota HMC1043磁力计以及Thalwil的uBlox和Switerland NEQ-5Q GPS(L1，C/A代码)接收器和补片式L1GPS天线。根据军事和期望的环境条件，可以使用其他GPS接收器和天线。
UAV的飞行空气速度的实施方式可以在57至130英里每小时(50-112节)的范围内，然而，其他空气速度也是可能的。末段自导引模式的一个例子可以利用驱逐机及比例导航式制导和重力偏置以及加速度偏置的组合，所述重力偏置可应用于末段自导引模式的打击子模式，所述加速度偏置可应用于末段自导引模式的空中拦截子模式。制导处理330和自动驾驶仪处理340可执行指令以在例如升降副翼实施方式中实现侧滚转弯引导，以主要借助于横滚角和抬升以及额外地借助于推进器减速通过重新定向其速度向量来使航空飞行器改变方向。例如，一个或多个控制表面可借助于一个或多个控制表面致动器350而被重新定向，所述一个或多个控制表面致动器350产生力和力矩以重新定向航空飞行器及其线性加速度中正交于其速度向量的部分。航空飞行器的线性加速度中沿着速度向量的部分受到空气气动阻力的极大影响，并且线性加速度可借助于马达处理器360和推进器马达370而增加。对于具有完整的三轴控制的实施方式，可以执行额外的控制型态，包括侧滑转弯以及其他比例积分微分引导和控制结构。探寻器处理、制导处理、马达处理和/或自动驾驶仪处理可由具有可访问存储器的单个微处理器来执行，和/或这些处理可经由数据总线而以分布式通信被分配给两个或多个微处理器。
图4是本发明的模式转变的简化的示意图400。UAV 410可以处于飞行420的跑道、圆形(即，绕着接地点或潜在目标的旋转)或其他样式中，作为目标搜索模式、待机模式、监视模式、侦察模式和/或其他观察模式的一部分。探寻器处理连同制导处理和/或来自例如地面命令节450的命令节的上行线路可将UAV 410设置为末段自导引打击模式430。UAV 410然后可向例如地面运载工具的地面目标440自导引，以努力接近，从而足以有效地部署有效载荷，例如，使弹头***、投放烟火或分配色素，和/或与目标相撞。在部署有效载荷之前，UAV 410可从命令节450接收模式转变信号451，并且响应于该模式转变信号451，UAV 410返回到之前的目标搜索、待机、监视、侦察或观察模式420(或至少大体上相同)或新的目标搜索、待机、监视、侦察或观察模式460。
在实施方式中，在之前的模式420或新的模式460中，在UAV 410处于侧滚转弯时，安装在侧面的或面对的传感器，例如，如本文所阐述的被定位在UAV 410上朝向侧滚转弯的内侧的侧面传感器115，能够观察大致定位在转弯中心的地面目标490。然后，当UAV被转变到末段自导引模式430时，UAV可转换到在前面定位的或面对的传感器，例如，如本文所阐述的传感器111(图2A)。在其他实施方式中，当在模式420和/或模式460中时，UAV 410可在不同的传感器之间转换，例如，在侧面和前面照相机之间转换，以维持对目标的观察。
UAV可利用诸如直升机470的航空飞行器参与末段自导引空对空模式，并且命令节可以是机载480。响应于进入末段自导引空对空模式的信号，UAV可利用或转换到更好地适用于末段自导引空对空模式目标跟踪的制导传感器。UAV 410然后可在空中目标470上自导引，以努力接近，从而足以有效地部署有效载荷，例如，使弹头***和/或与空中目标470相撞。在部署有效载荷之前，UAV 410可从诸如机载命令节480的命令节接收模式转变信号481。响应于该模式转变信号481，UAV 410返回到之前的侦察模式420或新的或可替换的目标搜索模式或待机模式460。任务可被定义为在出击的过程中或在UAV飞行以及运转的同时执行的、实施的以及实现的一系列事件、模式和/或目标。在执行任务的过程中，在一些实施方式中，UAV可接收多个模式转变信号，并且执行多次模式转变。在一些实施方式中，末段自导引模式可在弹头***时或在与目标接触时或与地面接触时或在空对空未击中时终止。
UAV 410能够在操作模式之间转换的能力，不论是一次还是重复地，允许UAV的操作者在一段时间内在较远的距离处以相对广的视野进行监视，并且还允许一次或多次较近地靠近，以获得更详细的信息。在UAV处于监视位置的情况下，为操作者提供的广阔或宽广的视野允许操作者对所监视的区域以及正在发生的事件形成综合的或战略性的理解。也就是说，操作者不仅可观察到特定的潜在的目标，而且还可观察到周围区域，即，可能包括多个其他可能的目标和非战斗员的领域位置的区域。这给予了操作者灵活性，作为UAV使用的选项以及所伴随的可能的动作。例如，在UAV处于监视模式并且处于相对高的高度时，操作者可看到建筑物以及围绕其的区域，以观察飞行器和人员的到达或离开，并且在作出是否参与UAV的决定之前进行观察，并且如果观察了，则以哪个物体为目标。
然而，如本文所描述的，在相对小的固定的照相机的固有局限下(没有或仅有有限的摇摄-倾斜变焦能力)，例如，可用在小型和/或单兵携带的UAV中的那些，在UAV处于监视位置时所提供的细节的量可能不足以满足操作者的需求以决定开始参与和设定目标。也就是说，当细节足以选择特定的建筑或区域时，可能不足以允许选择或区分特定的飞行器或生命体。
在这样的情况下，本发明的实施方式允许操作者启动末段自导引模式以朝向所选择的/设定的目标引导UAV 410，以便在UAV靠近目标时获得更详细的信息。在这个靠近的过程中，操作者可以按很多不同的方式使用该详细的信息，包括确认选择或取消对初始目标的选择，选择另一目标，评估所选择的靠近，和/或其他潜在的目标靠近，获得对目标或目标区域的更好的理解，识别特定的人、飞行器、建筑物或其他物品，或其他这样的动作。如本文所提到的，在这个末段自导引阶段，操作者和/或UAV的处理器可控制模式转变，以使UAV410从末段自导引转变回监视或目标搜索模式。在执行任务的过程中，操作者可参与几种末段自导引靠近，了解其将在到达潜在的目标或部署有效载荷之前发生转变，以便获得有关潜在目标和/或周围区域的期望的信息。
图5是示出模式转变的逻辑的例子的最高级流程图500。UAV可以处于自动的末段自导引模式510并且不断地检查模式变化输入520。在这个例子中，如果来自外部源的模式变化命令信号是在部署有效载荷之前接收的，则UAV可转变到目标搜索/监视模式530或待机模式，而不部署有效载荷。UAV模式逻辑处理可在该模式530中继续，直到，例如，满足一个或多个目标标准540以启动自动的末段自导引，或UAV可以经由上行线路命令550而被设置为末段自导引。末段模式可包括打击，即，地面目标拦截和/或空对空拦截或有效载荷部署子模式，并且有效载荷部署子模式模式可包括子子模式，例如，子子模式可包括烟火部署，之后是色素分散。
如图4中示出的一些实施方式还包括被配置为存储例如xyz的三维空间、北-东-下(NED)、例如自导引后航路点的返回点的坐标和/或提交点的处理。例如，图6示出了UAV410，其处于飞行420的跑道、圆形或其他样式中，作为目标搜索模式、监视模式/侦察模式、待机模式和/或观察模式的一部分。探寻器或探寻器处理连同制导处理和/或来自例如地面命令节450的命令节的上行线路可在提交点610或空间中的提交空间处将UAV410设置为末段自导引打击模式430。提交点610或空间可包括UAV的定向，以放置在目标上或至少定位UAV，以使得UAV自导引和/或目标传感器能够获得跟踪的目标或为跟踪的目标成像。然后，UAV 410相对于例如地面运载工具的地面目标440自导引。在部署有效载荷之前，UAV 410可从命令节450接收模式转变信号451，并且响应于该模式转变信号451，UAV 410然后将返回到之前的目标搜索或侦察/监视或待机模式420或返回到新的目标搜索或侦察/监视模式(未示出)或待机模式460，如图4所示，且尤其可返回到提交空间或提交点610或至少大体上返回到该空间或点。用于处理的另一选项，例如，是UAV前进到待机和/或提交点的新的位置，例如最近和/或最快地使UAV返回到目标或至少被充分地重新定位以使得自导引和/或目标传感器能够获得目标或为目标成像的新的提交点。例如，UAV可经由源自UAV的机上照相机的下行线路进给的显示而被引导到新的位置，该新的位置允许操作者观察目标，并启动对该目标的攻击。UAV在提交点610处的定向有助于UAV的自导引/目标传感器和/或引航以再次参与目标。在实施方式中，当UAV到达或接近待机和/或提交点610时，UAV可以例如经由下行线路通知使用者。相应地，操作者可经由下行线路供给而接收对所感兴趣的区域的增加的观察，这可增强操作者的位置意识，并从而减少操作者识别将要在其上进行末段自导引的有活力的目标所需要的时间。
如之前在图4中所示出的一些实施方式还包括被配置为存储例如xyz的三维空间、NED、例如自导引后航路点的返回点的坐标和/或提交点的处理。例如，图7示出了UAV 410，其处于飞行420的跑道、圆形或其他样式中，作为监视模式/侦察模式、目标搜索模式或待机模式的一部分。目标传感器处理连同制导处理和/或来自例如地面命令节450的命令节的上行线路可在提交点610或空间中的提交空间处将UAV 410设置为末段自导引打击模式430。然后，UAV 410相对于例如地面运载工具的地面目标440自导引。在部署有效载荷之前，UAV410可自发地将其自身设置成模式转变并返回到之前的监视模式420或返回到新的目标搜索、侦察/监视或待机模式460，如图4所示，且尤其可返回到提交空间或提交点610。例如，直升机470可在目标运载工具440和UAV 410之间飞行。UAV的机上图像处理可在目标探寻器图像内容中察觉出突然的变化，并且自发地改变飞行模式以返回到提交空间610或模式420。例如，图像处理可包括阀值测试，其中，确定了在像素状态中帧对帧变化或若干帧之间的变化或者在像素状态中帧对帧的部分的变化，并且如果超过代表晴天(VFR)导航加上较次的天气条件效果的阀值水平，则阀值可代表目标的物体模糊，例如，使其自身介于目标和自导引UAV之间的航空飞行器的物体模糊，和/或阀值可代表例如经由烟幕掩饰其自身的目标区域或移动进入遮蔽物的目标。其他测试可包括基于经由帧对帧变化或若干帧之间的变化的图像中的变化的阀值化以及测试，在例如包含目标的图像的区域中的图像的一部分的离散傅里叶变换(DFT)中，帧之间或若干帧之间的DFT的突然变化可指示使从末段自导引到侦察模式的转变成为必需的模糊。
图8是示出模式转变的逻辑的示例的最高级的流程图800。UAV可以处在自动的末段自导引模式810中，并且不断地检查条件以设定模式转变820。在该例子中，UAV可处理经由机上照相机接收的所有图像或图像的一部分，并且可测试场景内容在部署有效载荷之前是否在设定的时间段内明显地变化。如果没有，则图像处理可设定一模式变化旗帜，该模式变化旗帜可将飞行模式转变为已经被保存的末段自导引提交空间830，或目标搜索侦察/监视或待机模式，而不部署有效载荷。UAV模式逻辑处理可在该模式830中继续，直到，例如，满足一个或多个目标标准840以启动自动的末段自导引，或UAV可以经由上行线路命令850而被设置为末段自导引。场景变化测试的例子可包括像素振动的最小百分比至一组帧上的所感测的强度范围的百分比。图像区域，尤其是靠近由图像***覆盖的区域的图像区域的突然的强度变化可表示布置在目标和UAV之间的物体或错误的明确的跟踪方案。场景变化测试的另一个例子可以是与所选择的间隔处的图像的部分的二维频率转换的比较，以确定是否已经发生了明显的场景构成变化。图像的一部分的频率内容中的突然变化，即，图像复杂度，尤其是靠近由图像***覆盖的区域的图像复杂度中的变化，可表示布置在目标和UAV之间的物体或错误的明确的跟踪方案。UAV的实施方式具有机载处理，其允许UAV继续任务，并在失去与操作者的信号联系的情况下有可能将模式改变回监视。例如，经由用户界面以及上行线路，基于地面的操作者可指定一目标，并且，响应于该指定，UAV于是可启动末段自导引阶段。随着UAV靠近地面，操作者和UAV之间的单点线程可例如由于山和/或树而遗失。视线通信的遗失可经由机上处理来触发UAV，以从末段阶段改变模式，并使UAV在足以重新获得视线信号连接的高度回到监视模式。UAV可在一点处或一点之后或检测到视线通信中的中断处机上记录一个或多个图像帧，并且一旦恢复视线通信，UAV可经由下行线路传送一个或多个所存储的帧。
因为需要来控制和引导或引航UAV的处理完全机载地位于UAV上，所以UAV可以独立于远程使用者、操作者或机下处理器操作。也就是说，UAV的操作不取决于维持与分开的机下处理器和/或操作者的通信连接。在实施方式中，机上处理器被设定程序，以使得在遗失与操作员的通信之后，UAV维持其现有的模式或自动地转变到预定的分开的或可替换的模式和/或所限定的一系列动作或模式。例如，在目标上处于末段自导引模式的UAV可以被设定程序，以在通信信号被中断的情况下，维持末段自导引。以这种方式，UAV的机上处理和***可以引导UAV，使得其继续并完成末段自导引，并自发地输送有效载荷，而没有来自操作者、使用者和/或机下处理器的任何额外的输入或引导。
UAV实施方式可包括机上功率源，例如，电池，以例如经由电源给处理提供功率，并且可具有一个或多个电池，以作为用于一个或多个电机械致动器的电路和推进器驱动电路的共同的电源。UAV的实施方式的空速可以在50-120节的范围。相应地，UAV的尺寸可以形成为参照其速度向量具有大于地面运载工具的大的横向加速度，并且其尺寸可以额外地形成为具有大于缓慢地操纵的目标的加速度的横向加速度，即，正交于飞行器中心线的加速度。例如，地面运载工具可以按0.1G的加速度加速或减速，并且如果制动的话，可以更高，其中，G是名义上的重力加速度，并且直升机可以按0.3G的加速度加速或减速，而且如果爬升或驱动的话，可以更高。UAV的空气动力学响应性或机动响应性的特征在于操纵时间常数，该操纵时间常数由UAV获得63％的所要求的横向加速度所花费的时间限定。对于针对操纵目标的UAV应用，即，针对在末段自导引阶段期间正在改变它们的速度向量的方向和/或大小的那些目标，所述速度向量的特征在于逃避时间常数，UAV操纵时间常数可以小于目标逃避时间常数。例如，具有人工操作者的地面运载工具可用三秒的逃避时间常数减速，并且相应地，成功的末段自导引UAV可具有小于三秒的逃避时间常数，以便与UAV的速度方向重新对准，以实现碰撞和/或充分地靠近目标，因为有效载荷和/或弹头可要求任务有效性。
末段自导引轨道可以以大于十倍的UAV操纵时间常数的拦截时间或撞击时间启动。UAV可以按二到30秒的时间朝向目标点设置成末段自导引模式，直到实现最靠近目标点。人工操作者可为时间线增加0.5至1.5秒的时间以从末段自导引模式产生中断。因此，来自使用者的输入，或三秒的自动***阀值直到最接近目标的旅途可以是足够的时间，以任选地在有动力的飞行下将UAV操纵远离目标和朝向航路点。机上UAV能量是足够的，使得几乎完整的末段自导引阶段的执行，即，持续若干操纵时间常数的自导引轨道阶段，留下了足够的机上能量，这些能量可被UAV吸收以将其自身设置成目标搜索、侦察、监视和/或待机轨道或飞行路径。UAV的一些实施方式可在这样一种模式中执行飞行的末段阶段，这种模式为推进器马达提供较少的动力或不提供动力。UAV可为推进器马达提供动力，以执行中止末段阶段的操纵。可用于示例性的UAV推进动力大于所要求的用于水平飞行的水平，从而有利于UAV在中止末段阶段之后返回到航路点或飞行样式的选择，例如，目标搜索、侦察、监视和/或待机轨道或模式。也就是说，在从目标自导引回到目标搜索、侦察、监视和/或待机模式期间，UAV的实施方式能够将所存储的化学能，例如，电池存储和/或燃料储存器，经由增加的高度而转化为飞行器势能，并经由增加的速度而转化为动能。
图9描绘了处于跑道样式910中的UAV 905，其在地面目标920上转变为自导引911，并且自发地或经由第三方从末段自导引中断，并且返回912到跑道样式910。可飞行的大气空间930被描绘为由UAV 905的机上电源以及UAV 905的最大高度能力931限定的圆顶形的空间。由于其可操纵性、机载电源以及在势能和动能之间转换的能力，该例子中描述的UAV905具有以多种方式利用可飞行的大气空间930的容量和能力以有利于其任务和/或其操作者的需要和/或要求。例如，UAV 905可在可飞行的大气空间930中移动，以执行目标搜索、侦察、监视、待机和/或在一距离处以其他方式观察目标920，或等待开始目标920的自导引参与911，UAV 905可进入一个或多个自导引阶段911，以参与或评估目标，或者UAV可经由诸如路径912的任何路经重新定位其自身，以实现期望的姿态/高度和/或到达目标空间921内的目标920的接近角和/或方向。人们可以注意到，这种例子中的任何一种或其他类似的动作可以在可飞行的大气空间930中在任何可行的或有效地未受限制的数量的不同高度、姿态、空间和位置处实现。当UAV 905继续在可飞行的大气空间930中飞行时，并且当机上电源被用尽时，UAV 905的可飞行的大气空间930的地面覆盖区的半径(在图9的描述中被线性地表示为范围940)将单调减少。例如，1.0至2.0公斤质量的范围并且具有40-50瓦特小时的锂电池存储电池的示例性UAV实施方式可以使用管内的一个或多个产生气体的元件进行管发射以实现60-120mph的管退出速度，并且，面对重复的末段参与以及自导引故障，使用电动推进器，UAV可以维持收缩的可飞行的空间930，以侦察高度大约十到30分钟。
应注意，如图10所示，虽然UAV 905可利用所有可飞行的大气空间，但如所限定的，其进行操纵的能力是受限制的，并且可通过环形空间来描绘，在本文的图10中横截面被示出为椭圆形1021、1022。UAV实施的被供以动力的飞行以及能量监测和管理使得UAV能够避免锥形的或以其他方式受限制的操纵包络线，在几乎所有其飞行时间内，除了在末段自导引阶段的晚期或在其可利用的飞行时间的晚期，其在平面中被描绘为大致为倾斜的三角形区域1030，因为受到电池寿命以及势能和动能的限制。
在制导导弹和飞弹中，由于其固有地缺乏操纵和/或缺乏足够的可得到的和/或可应用的能量，而这些能量限定了从导弹或飞弹投射的固定的和/或封闭的操纵锥体，该操纵锥体由其可操纵性极限限定并在地面、结构或其他不能通行的物体处终止，与制导导弹和飞弹不同，本发明的实施方式的UAV具有足够的可操纵性以及可得到的和/或可应用的能量，以允许其在例如图9和图10中示出的给定的区域或空间内自由地到处移动。也就是说，在本发明的实施方式中，UAV可进入末段自导引模式，该末段自导引模式朝向地面或其他不能通行的物体引导UAV，即，以大致类似于制导导弹或飞弹的操作但不同于制导导弹或飞弹的方式经由自导引引导到地面上的目标，UAV具有足够的可操纵性和可应用的能量以避免与地面或其所对准的其他不能通行的物体发生碰撞。也就是说，本发明的实施方式的UAV开始和/或并不总是在其运动上被限制为封闭的操纵极限锥体，该封闭的操纵极限锥体要求其与地面或不能通行的物体交叉或相撞，例如有关制导导弹或飞弹的情况。相比之下，UAV具有操纵性，并且可应用足够的能量以例如，当UAV从末段自导引模式转变到目标搜索、侦察、监视和/或待机模式时，允许其经由转向轨道或逃避轨道提升，以至少一次并且可能多次地避免撞击地面、目标或其他不能通行的物体。
也就是说，在地面目标上自导引的制导导弹或飞弹必然将撞击操纵锥体的地面覆盖区内的目标或附近点，这是特定的制导导弹或飞弹的操纵局限的特征。相比之下，本发明的处于末段自导引模式的UAV实施方式可与地面目标脱离接合并且向上和远离地面目标操纵。之后，该UAV实施方式可进行侦察、再参与原始目标或通过转变到第二目标的分开的或新的末段自导引模式来参与第二目标。
例如，图11示出了处于末段自导引阶段的UAV 905，其中，目标空间921中的目标920在UAV的范围极限1110和UAV的操纵能力这二者之内。相应地，UAV可及时地中断末段自导引阶段，并且经由示例性的转向轨道1120而飞行到较高的高度，从而潜在地将其一部分动能转化为势能，并且潜在地增加来自推力应用的能量，例如来自推进器的操作，这可由机上电源，例如，化学电池，产生。UAV实施方式包括机上电源，例如，化学电池，例如，锂电池，其足以使UAV按需要返回到监视高度或更高的高度。也就是说，如果在驱动和恢复期间，仅有势能到动能再到势能的转化，例如，没有增加来自所增加的推进器的推力，则能量损失，例如，空气阻力，将减少UAV所具有的所有能量，并阻止UAV回到与UAV在末段自导引阶段或驱动开始时所具有的高度和速度相同的高度和速度。与制导导弹和打击导弹相比，本发明的UAV实施方式被配置为将来自电池的动力转换为UAV的飞行能量，并且因此，UAV可具有与UAV在末段自导引阶段或模式或驱动开始时所具有的高度和速度相同或更高的高度和速度。
图12示出了这样一种情况，在这种情况下，即使有供有动力的飞行以及能量监测和管理，在最后几个操纵时间常数期间，UAV 905将受到操纵极限锥体1210的限制。相应地，图12示出了由于飞行器目标几何尺寸和UAV 905自身的横向加速度的限制而具有操纵极限的UAV 905。在图12的该图示中，示例性的UAV 905可能预期不能返回到目标搜索、侦察、监视或待机模式，并且可能撞击目标空间921中的目标920或地面1203。也就是说，所示出的示例性的UAV 905的横向可操纵性，从响应性以及最大横向加速度的角度来看，不足以使向目标的接近速度和范围实现成功的转向操纵。
在本发明的实施方式中，将形成由UAV的操纵极限和诸如地面和/或例如由操纵极限锥体1210示出的目标的不可通过的物体限定的封闭的操纵锥体，并且当UAV撞击到目标、地面或不可通过的物体的时间是大约二到三秒时，UAV将不能够实现逃避轨道，例如，转向轨道1120中所示出的。在本发明的实施方式中，将形成由UAV的操纵极限和诸如地面和/或例如由操纵极限锥体1210示出的目标的不可通过的物体限定的封闭的操纵锥体，并且当UAV距离目标、地面或不可通过的物体的距离是大约UAV的速度乘以大约二到三秒时，UAV将不能够实现逃避轨道，例如，转向轨道1120中所示出的。
预期可以作出上述实施方式的特定特征和方面的各种组合和/或子组合，并且仍然落在本发明的范围内。因此，应理解，所公开的实施方式的各种特征和方面可以互相组合或互相替换，以便形成所公开的本发明的各种模式。此外，并不表明本文通过举例方式公开的本发明的范围受到以上所描述的特定的公开的实施方式的限制。

Claims (10)

1.一种无人驾驶航空飞行器UAV，包括：
处理单元，其被配置成将所述UAV从第一模式轨道转变到第二模式轨道，其中，所述第一模式轨道是末段自导引模式轨道；其中，所述UAV还被配置成当处于所述末段自导引模式轨道时将有效载荷输送到目标空间内，其中，目标在所述目标空间内；以及
其中，如果所述处理单元确定上行线路信号表示从包括朝向所述目标空间的自导引的末段自导引模式到目标搜索模式的模式转变，并且在所述UAV实现最靠近所述目标空间之前的至少选择的时间段在所述UAV处接收到所表示的上行线路信号，则所述UAV被配置成被供以动力来进行飞行以操纵到目标搜索模式轨道。
2.如权利要求1所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所选择的时间段至少为两秒。
3.如权利要求1所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述上行线路信号来自外部源。
4.如权利要求1所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述模式转变允许所述UAV的操作者在一段时间内在远离所述目标的距离处以相对广的视野进行监视。
5.如权利要求4所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述模式转变还允许所述UAV的操作者一次或多次较近地靠近，以获得所述目标的更详细的信息。
6.如权利要求5所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述模式转变还允许所述UAV的操作者观察所述目标和周围区域，其中，所述周围区域能够包括多个其他可能的目标和非战斗员的领域位置。
7.如权利要求1所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述有效载荷与所述UAV是一体的。
8.如权利要求1所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述有效载荷被配置成在靠近所述目标空间处从所述UAV发射。
9.如权利要求1所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述处理单元包括以下中的至少一项：被配置成执行计算机可执行的指令的中央处理器；电气回路；电子回路；以及逻辑门阵列。
10.如权利要求1所述的无人驾驶航空飞行器，其中，所述第二模式轨道是目标搜索模式轨道。
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