确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的制作方法

1.本公开涉及用于确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的方法和系统，特别地涉及使用激光雷达(“光探测和测距”或“激光成像、探测和测距”，有时也称为3d激光扫描)来确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的方法和系统。


背景技术：

2.在飞行器中，经常期望监测起落架组件的部件的位置，例如以确认起落架组件已经正确地伸出或缩回。这通常使用传感器比如接近传感器来完成。然而，这种系统的缺点在于，需要大量传感器来监测起落架组件的各种不同部件。在一些情况下，可能需要多达五十个传感器。
3.已知通常除了使用诸如接近传感器之类的其他传感器之外，还使用相机来允许飞行员观察起落架组件，使得可以在视觉上确定部件的位置。然而，不期望依赖于飞行员对起落架组件的部件的位置进行的人工确定，并且根据环境条件，这种人工确定可能不容易进行。
4.还已知使用其他位置感测系统来确定起落架组件的部件的位置。2021年3月31日公布的gb 2587416 a(airbus operations limited，空中客车运营有限公司)公开了使用包括激光雷达系统的各种感测系统来确定起落架组件的部件的位置。然而，这种系统的缺点在于，它们可能需要相当多的处理资源来根据感测系统提供的数据进行确定。另外，能够以更高的准确性和可靠性根据感测数据确定部件的位置的系统将是期望的。
5.本发明争取解决和/或减轻上述问题中的一些或所有问题。替代性地和/或附加地，本发明争取提供用于确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的改进的方法和系统。


技术实现要素：

6.根据第一方面，本发明提供了一种确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的方法，该方法包括以下步骤：
7.利用激光雷达系统扫描起落架组件的一个或更多个部件以生成一组位置数据点，其中，每个位置数据点包括一组三个正交位置值；
8.将该组位置数据点划分成一个或更多个集群，其中，在两个位置数据点的距离度量在阈值以下的情况下，这两个位置数据点被确定为在同一集群中；
9.对于集群中的一个或更多个集群中的每个集群，确定起落架组件的一个或更多个部件中的该集群所表示的部件；以及
10.对于起落架组件的部件中的一个或更多个部件中的每个部件，根据表示该部件的集群中的位置数据点确定该部件的位置；
11.其中，第一位置数据点和第二位置数据点的距离度量的值表示第一位置数据点的三个正交位置值中的第一位置值与第二位置数据点的三个正交位置值中的对应第一位置
值之间的差。
12.以这种方式，起落架组件的不同部件(即，零件或零件的相关集合)的位置可以通过找出对应于部件的位置数据点的集群并且然后确定该集群的位置来确定。距离度量用于决定两个位置数据点是否属于同一集群。距离度量仅使用三个可能的正交位置值中的一个正交位置值来给出两个位置数据点之间的距离，因此，当位置数据点沿着该位置值所使用的轴具有相同的距离时，无论位置数据点沿着其他正交位置值所使用的轴有多近或多远，该距离度量都会给出相同的结果。这使得确定距离度量在计算上更有效，因为它只需要找到两个值之间的差，而不需要找到位置数据点之间的实际空间距离、即欧氏距离，该欧氏距离将需要涉及找到所有三个正交位置值之间的差，并且然后对这些差中的所有三个差执行计算。此外，已经令人惊讶地发现，仅使用来自每个位置数据点的单个位置值来确定距离度量不会导致起落架组件的部件的位置的确定不太准确。事实上，更令人惊讶的是，已经发现通过避免特征遮挡的问题，仅使用来自每个位置数据点的单个位置值来确定距离度量引起更高的准确性。
13.将理解的是，由该方法生成的集群可以包括不与起落架系统的任何部件对应的集群。例如，由激光雷达系统扫描的区域可能包括不是起落架系统的一部分的部件，例如安装在飞行器下侧的传感器。在这种情况下，可以简单地忽略不与起落架系统的部件对应的集群。
14.位置数据点的三个正交位置值可以是水平位置值、竖直位置值和深度位置值。在这种情况下，距离度量可以表示第一位置数据点的水平位置值与第二位置数据点的水平位置值之间的差。起落架组件可以包括一组起落架轮，并且位置数据点的水平位置值可以指示沿着与起落架轮在起落架组件伸出时移动通过的平面垂直的线的位置。位置数据点的竖直位置值可以指示沿着与安装有起落架组件的飞行器本体的底表面垂直的线的位置。位置数据点的深度位置值可以指示沿着从激光雷达系统到起落架组件平行于安装有起落架组件的飞行器本体的底表面的线的位置。
15.起落架组件可以包括一组起落架轮，并且该组起落架轮可以是起落架组件的一个或更多个部件中的部件。替代性地，起落架轮和支柱——其上安装有起落架轮——的组合可以是起落架组件的一个或更多个部件中的部件。起落架组件可以包括一个或更多个门，并且所述一个或更多个门中的每个门可以是起落架组件的一个或更多个部件中的部件。换句话说，在每种情况下，为被认为构成起落架组件的单个部件的零件或零件集合确定单个位置。
16.起落架组件可以包括一组起落架轮，并且激光雷达系统可以定位在起落架组件伸出时起落架轮移动通过的平面中。
17.起落架组件的一个或更多个部件中的部件的位置可以被确定为表示该部件的集群中的位置数据点的质心。然而，将理解的是，可以使用其他方法根据集群所包含的位置数据点来确定该集群的位置，其中各种方法对于本领域技术人员来说将是已知的。
18.该方法还可以包括在将该组位置数据点划分成一个或更多个集群的步骤之前从该组位置数据点中移除深度位置值大于阈值的位置数据点的步骤。替代性地和/或附加地，该方法还可以包括在将该组位置数据点划分成一个或更多个集群的步骤之前从该组位置数据点中移除深度位置值小于阈值的位置数据点的步骤。在每种情况下，这允许在对位置
数据点进行集群之前忽略期望区域之外的位置数据点。例如，这允许忽略起落架组件所伸出的区域之外的任何东西。
19.当起落架组件从缩回位置移动至伸出位置或者从伸出位置移动至缩回位置时，可以对飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置进行追踪。
20.根据第二方面，本发明提供了一种飞行器，该飞行器包括：
21.起落架组件，该起落架组件包括一个或更多个部件；
22.激光雷达系统，该激光雷达系统布置成扫描起落架组件的一个或更多个部件并生成一组位置数据点，其中，每个位置数据点包括一组三个正交位置值；以及
23.计算机系统，该计算机系统布置成根据上述方法中的任一方法根据该组位置数据点确定起落架组件的一个或更多个部件的位置。
24.这种计算机系统可以包括处理器和存储器，并且可以是常规的计算机系统、专门设计成用于在飞行器中使用的计算机系统或者任何其他合适的计算机系统。
25.根据第三方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读介质，其包括用于确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码在飞行器的计算机系统中执行时布置成使计算机系统根据上述方法中的任一方法根据一组位置数据点确定起落架组件的一个或更多个部件的位置，该飞行器包括：
26.起落架组件，该起落架组件包括一个或更多个部件；以及
27.激光雷达系统，该激光雷达系统布置成扫描起落架组件的一个或更多个部件并生成一组位置数据点，其中，每个位置数据点包括一组三个正交位置值。
28.当然，将理解的是，关于本发明的一个方面所描述的特征可以结合到本发明的其他方面中。例如，本发明的方法可以结合参考本发明的设备描述的特征中的任何特征，并且反之亦然。
附图说明
29.现在将仅通过示例的方式参照所附示意图来描述本发明的实施方式，在附图中：
30.图1a和图1b分别示出了包括根据本发明的示例实施方式的系统的飞行器的前视图和立体图；
31.图2示出了飞行器机身的底部部分在前起落架区域中的侧视图；
32.图3示出了根据本发明的示例实施方式的确定起落架组件的一个或更多个部件的位置的方法的流程图；
33.图4a示出了通过由激光雷达系统扫描前起落架而获得的位置数据点的2d图；
34.图4b示出了图4a的经过滤的位置数据点的2d图；
35.图5示出了通过激光雷达系统获得的位置数据点的3d图；
36.图6示出了通过激光雷达系统获得的位置数据点的3d图，这些数据点被划分为集群；以及
37.图7a和图7b示出了由集群指示的位置随时间变化的图。
具体实施方式
38.图1a和图1b分别示出了包括根据本发明的实施方式的系统的飞行器1的前视图和
立体图。飞行器包括机身8，机身8具有安装在两侧的机翼6a和6b。如特别地从图1a中可以看到的，安装在机身8下侧的前起落架2和分别安装在机翼6a和6b下侧的主起落架4a和4b都处于伸出构型。
39.图2示出了机身8的底部部分在前起落架2的区域中的侧视图。如可以看到的，前起落架2包括轮布置结构14，轮布置结构14包括安装在支柱12上的轮11。机身8的下侧8a中的前起落架2的右侧(当面向飞行器1的机头观察时)门13a处于打开位置，使得前起落架2能够伸出。前起落架2还包括图2中未示出的对应的左侧门13b，左侧门13b也处于打开位置。
40.如图2中所示的前起落架2位于介于其缩回构型与伸出构型之间的位置。在缩回构型中，支柱12逆时针旋转(当从图2中的侧面观察时)成使得轮布置结构14处于机身8的下侧8a上方，并且右侧门13a和左侧门13b可以关闭。为了移动至伸出构型，右侧门13a和左侧门13b打开，并且支柱12顺时针旋转至图2中所示的构型。然后，右侧门13a和左侧门13b再次关闭，以给出伸出构型。
41.激光雷达扫描仪15安装在前起落架2的后内壁(即，距飞行器1的机头最远的壁)上，位于关闭时的右侧门13a和左侧门13b的水平上方。激光雷达扫描仪15在由图2中的箭头d标记的方向上进行扫描，即，在轮布置结构14的大体方向上进行扫描。然而，在其他实施方式中，激光雷达扫描仪可以被定位在例如起落架系统的前内壁或侧内壁上，或者被定位在任何其他位置，从该位置，起落架的部件可以被激光雷达扫描仪扫描。
42.现在参照图3的流程图描述使用激光雷达扫描仪15确定前起落架2的部件的位置的方法。
43.最初，激光雷达扫描仪15对前起落架2的部件所处的一般区域进行扫描。这产生原始激光雷达帧52，即，通过激光雷达扫描仪15获得的一组位置数据点。每个位置数据点包括一组三个正交位置值。根据标准方法，每个位置数据点的正交位置值由激光雷达扫描仪15基于激光雷达扫描仪15的激光指向的方向和激光的光返回所花费的时间来确定。
44.位置数据点的三个正交位置值是：水平位置值，其对应于当面向飞行器1的机头时所考虑的水平位置；竖直位置值，其对应于当面向飞行器1的机头时所考虑的竖直位置；以及深度位置值，其对应于距激光雷达扫描仪15的距离。位置数据点52的示例集合在图4a中示出为2d图，在该2d图中，位置数据点的水平位置值由标绘点在水平轴上的位置指示，竖直位置值由标绘点在竖直轴上的位置指示，并且深度位置值由标绘点的颜色指示。如可以看到的，存在对应于右侧门13a的位置数据点13a'的子集、对应于左侧门13b的位置数据点13b'的子集、以及对应于轮布置结构14的位置数据点14'的子集。还存在对应于由激光雷达扫描仪15扫描的飞行器1的其他部分的位置数据点20'的子集，所述其他部分不是前起落架2的部件。
45.一旦已从激光雷达扫描仪15获得了位置数据点52的集合，则使用阈值53从位置数据点的集合中移除异常值(步骤51)。阈值53限定每个位置数据点的深度位置值的最大值和最小值，其中，深度位置值超出阈值53的位置数据点被从位置数据点的集合中移除。位置数据点的移除产生了经过滤的激光雷达帧54，即，图4a中所示的经过滤的位置数据点的集合，如在图4b中再次作为2d图示出的。如可以看到的，选择阈值53使得保留分别对应于前起落架2的右侧门13a、左侧门13b和轮布置结构14的位置数据点13a'、13b'和14的子集，同时移除对应于飞行器1的其他部分的位置数据点20'的子集。将理解的是，这可以通过以下操作
来完成：选择与前起落架2的部件的最接近激光雷达扫描仪15的任何部分相对应的深度位置值作为最小阈值，并且选择与前起落架2的部件的最远离激光雷达扫描仪15的任何部分相对应的深度位置值作为最大阈值。
46.将理解的是，在实施方式中，阈值也可以应用于水平位置值和/或竖直位置值。此外，特别是但不排他地，在激光雷达扫描仪安装在相对于起落架的不同位置、例如安装到起落架侧面的情况下，可以使用仅使用水平位置值和/或竖直位置值的阈值。最后，阈值可以基于正交位置值的组合。
47.接下来，将集群算法应用于经过滤的位置数据点54的集合(步骤56)。集群算法将与前起落架2的相同部件相对应的位置数据点组合在一起来形成集群57的集合。本领域技术人员将了解各种集群算法，并且将理解的是，可以使用任何合适的集群算法。在实施方式中，使用众所周知的dbscan(density-based spatial clustering of applications with noise，具有噪声的应用的基于密度的空间集群)算法。
48.集群算法使用距离度量、即两个位置数据点之间的距离值来确定两个位置数据点是否应当属于同一集群。通常，使用两个位置数据点之间的欧氏距离，即，实际空间距离。图5是通过激光雷达系统获得的位置数据点的3d图，其将两个位置数据点之间的欧氏距离示出为距离d。如可以看到的，欧氏距离d需要根据两个位置数据点之间的水平距离x、竖直距离y和深度距离z计算得出。
49.与集群算法的这种常规用法不同，在实施方式中，仅将两个位置数据值中的每个位置数据值的正交位置值中的一个正交位置值之间的差用作距离度量55。特别地，仅使用每个位置数据值的水平位置值之间的差，如通过图5中的水平距离x所示的。已经发现，这避免了特征遮挡的问题，并且与使用欧氏距离时相比，给出了更好的集群结果。另外，由于仅需要两个正交位置值之间的差，因此使用该距离度量55比使用欧氏距离在计算上更有效，欧氏距离需要涉及所有三个正交位置值的差的计算。
50.在其他实施方式中，可以使用另一正交位置值来提供距离度量的差，例如每个位置数据值的竖直位置值之间的差，或者每个位置数据值的深度位置值的差。
51.图6示出了经过滤的位置数据点54的集群57的3d图。如可以看到的，存在三个集群，以绿色示出的集群13a”对应于前起落架2的右侧门13a，以蓝色示出的集群13b”对应于前起落架2的左侧门13b，并且以橙色示出的集群14”对应于前起落架2的轮布置结构14。
52.接下来，对于集群57中的每个集群，确定一代表性位置点(步骤58)。这些代表性位置点是集群57的质心59，即，集群位置数据点的算术平均值。因此，质心57为前起落架2的每个部件提供了空间中代表该部件位置的单一位置。在其他实施方式中，可以使用集群的不同代表位置点，例如集群最外层位置数据点的中心点。对于本领域技术人员而言，识别代表性位置点的各种其他方法将是明显的。
53.然后，质心59可以用于给出前起落架2的部件的位置。例如，质心的竖直位置——y坐标60——可以用于通过确定前起落架2的部件的竖直位置是否如预期的那样来确定前起落架2是否已正确地伸出或缩回。
54.还可以在前起落架2从缩回构型移动至伸出构型或者从伸出构型移动至缩回构型时通过随时间变化重复图2的方法来追踪部件的位置。图7a和图7b示出了当前起落架2从伸出构型移动至缩回构型时质心59的位置变化，其中图7a示出了集群57的质心59随时间变化
的y坐标60(即，竖直位置)，而图7b示出了水平位置。如特别地从图7a中可以看到的，起落架2最初处于伸出构型，右侧门13a和左侧门13b关闭，并且轮布置结构14处于下降位置。对应于右侧门13a的质心13a”'和对应于左侧门13b的质心13”'于是在右侧门13a和左侧门13b打开时向下移动。对应于轮布置结构14的质心14”在轮布置结构14缩回时向上移动，而右侧车门13a和左侧车门13b保持在原位。最后，一旦轮布置结构14已经缩回，质心13a”'和13b”'在右侧门13a和左侧门13b关闭时向上移动。
55.虽然已经参考特定实施方式描述和说明了本发明，但本领域普通技术人员将理解的是，本发明本身适用于本文未具体说明的许多不同的变型。
56.特别地，尽管已经参考前起落架对上述实施方式进行了描述，但将理解的是，本发明同样适用于其他起落架，比如主起落架以及以与上述方式不同的方式在缩回构型与伸出构型之间移动的前起落架或其他起落架，以及/或者包括与上述部件不同的部件的前起落架或其他起落架。(例如，具有以不同的方式定位和/或移动的不同数目的门、或者根本没有门的起落架；以及/或者具有以不同的方式操作的不同的轮组件、或者不包括轮的起落架。)
57.在上述描述中提及具有已知的、明显的或可预见的等同物的整体或部件的情况下，则此类等同物如同单独阐述一样并入本文。应当参考权利要求来确定本发明的真实范围，其应当解释为包含任何此类等同物。读者还将理解的是，本发明的描述为优选的、有利的、方便的等的整体或特征是可选的，并且不限制独立权利要求的范围。此外，应当理解的是，这些可选的整体或特征虽然在本发明的一些实施方式中可能有益，但在其他实施方式中也许并不可取，并且因此可能不存在。

技术特征：
1.一种确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的方法，所述方法包括下述步骤：利用激光雷达系统扫描所述起落架组件的所述一个或更多个部件以生成一组位置数据点，其中，每个位置数据点包括一组三个正交位置值；将所述一组位置数据点划分成一个或更多个集群，其中，在两个位置数据点的距离度量在阈值以下的情况下，所述两个位置数据点被确定为在同一集群中；对于所述一个或更多个集群中的每个集群，确定该集群所表示的所述起落架组件的所述一个或更多个部件中的部件；以及对于所述起落架组件的所述一个或更多个部件中的每个部件，根据表示该部件的所述集群中的位置数据点确定该部件的位置；其中，第一位置数据点和第二位置数据点的距离度量的值表示所述第一位置数据点的三个正交位置值中的第一位置值与所述第二位置数据点的三个正交位置值中的对应第一位置值之间的差。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述位置数据点的所述三个正交位置值为水平位置值、竖直位置值和深度位置值。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述距离度量表示所述第一位置数据点的水平位置值与所述第二位置数据点的水平位置值之间的差。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述起落架组件包括一组起落架轮，并且其中，位置数据点的水平位置值指示沿着与所述起落架组件的所述起落架轮在所述起落架组件伸出时移动通过的平面相垂直的线的位置。5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，位置数据点的竖直位置值指示沿着与安装有所述起落架组件的飞行器本体的底表面相垂直的线的位置。6.根据权利要求2或3所述的方法，其中，位置数据点的深度位置值指示沿着从所述激光雷达系统到所述起落架组件、平行于安装有所述起落架组件的飞行器本体的底表面的线的位置。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述起落架组件包括一组起落架轮，并且所述一组起落架轮是所述起落架组件的一个或更多个部件中的部件。8.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，所述起落架组件包括一组起落架轮，所述起落架组件的所述起落架轮安装在可移动的支柱上，并且所述起落架轮和所述支柱的组合是所述起落架组件的一个或更多个部件中的部件。9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述起落架组件包括一个或更多个门，并且所述一个或更多个门中的每个门是所述起落架组件的一个或更多个部件中的部件。10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述起落架组件包括一组起落架轮，并且其中，所述激光雷达系统定位在所述起落架组件伸出时所述起落架轮移动通过的平面中。11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述起落架组件的一个或更多个部件中的部件的位置被确定为表示该部件的集群中的位置数据点的质心。12.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在将所述一组位置数据点划分成一个或更多个集群的步骤之前从所述一组位置数据点中移除深度位置值大于阈值的位置数据
点的步骤。13.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在将所述一组位置数据点划分成一个或更多个集群的步骤之前从所述一组位置数据点中移除深度位置值小于阈值的位置数据点的步骤。14.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，当所述起落架组件从缩回位置移动至伸出位置或者从所述伸出位置移动至所述缩回位置时，对所述飞行器的所述起落架组件的所述一个或更多个部件的位置进行追踪。15.一种飞行器，包括：起落架组件，所述起落架组件包括一个或更多个部件；激光雷达系统，所述激光雷达系统布置成扫描所述起落架组件的所述一个或更多个部件并生成一组位置数据点，其中，每个位置数据点包括一组三个正交位置值；以及计算机系统，所述计算机系统布置成根据权利要求1至14中的任一项所述的方法、根据所述一组位置数据点确定所述起落架组件的所述一个或更多个部件的位置。16.一种非暂态计算机可读介质，包括用于确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码在被所述飞行器的计算机系统执行时被布置成使所述计算机系统根据权利要求1至14中的任一项所述的方法、根据一组位置数据点确定所述起落架组件的一个或更多个部件的位置，所述飞行器包括：起落架组件，所述起落架组件包括一个或更多个部件；以及激光雷达系统，所述激光雷达系统布置成扫描所述起落架组件的所述一个或更多个部件并生成一组位置数据点，其中，每个位置数据点包括一组三个正交位置值。

技术总结
本发明涉及一种确定飞行器的起落架组件的一个或更多个部件的位置的方法、一种飞行器以及一种非暂态计算机可读介质。利用激光雷达系统扫描起落架组件的一个或更多个部件以生成一组位置数据点，每个位置数据点包括一组三个正交位置值。使用距离度量将位置数据点划分成一个或更多个集群。每个集群被确定为表示起落架组件的部件。然后，根据集群中的位置数据点来确定部件的位置。第一位置数据点和第二位置数据点的距离度量的值表示第一位置数据点的三个正交位置值中的第一位置值与第二位置数据点的三个正交位置值中的对应第一位置值之间的差。之间的差。之间的差。


技术研发人员：欧丁瑜
受保护的技术使用者：空中客车营运有限公司
技术研发日：2022.09.28
技术公布日：2023/3/30