验证无人飞行器ADS-B接收器可操作性的制作方法

验证无人飞行器ads-b接收器可操作性
技术领域
1.本公开一般涉及广播式自动相关监视(ads-b)接收器，并且特别但非排他地涉及无人飞行器(uav)ads-b输入接收器的可操作性验证。


背景技术：

2.广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast，ads-b)是源自卫星的飞行器定位系统，其结合了飞行器的定位源、飞行器航空电子设备和地面基础设施，以在飞行器和空中交通管制之间创建准确的监察接口。ads-b设备大致分类为ads-b输出(ads-b out)和ads-b输入(ads-b in)，分别对应于输出ads-b数据的能力和接收ads-b数据的能力。例如，装备有ads-b输出应答器(transponder)的飞行器能够以比传统的基于雷达的监察系统更高的速率广播指示飞行器位置、高度和速度矢量的ads-b数据，以使得能够对广播飞行器的准确、实时和动态的跟踪。
3.ads-b数据可能对于无人飞行器(uav)特别重要，uav总体上变得越来越受欢迎，并且为货物在物理位置之间的运输(例如，从零售商到消费者)提供了机遇。uav是能够在没有物理上存在的人类操作员的情况下行驶的载具，其可能能够至少部分地自主操作。当uav以遥控模式操作时，远程位置处的飞行员或驾驶员可以通过经由无线链路发送命令到uav来控制uav。当uav以自主模式操作时，无人载具(unmanned vehicle)通常基于预编程的导航航路点、动态自动化系统或其组合来移动。此外，一些无人载具可以以遥控模式和自主模式两者操作，并且在一些情况下可以同时这样做。例如，远程飞行员或驾驶员可能希望将导航留给自主系统，同时手动执行另一任务。
附图说明
4.参照以下附图描述本发明的非限制性和非穷尽性的实施例，其中，除非另有说明，否则贯穿各视图中相同的附图标记表示相同的部分。并非元素的所有实例都必须被标记，以免使适当的附图变得混乱。附图并不一定按照比例来绘制，相反，其重点在于说明所描述的原理。
5.图1示出了根据本公开的实施例的某一时刻的地理区域的航空地图。
6.图2示出了根据本公开的实施例的经由交通估计器和ads-b健康监视器连续监视多个uav的ads-b接收器的流程图。
7.图3示出了根据本公开的实施例的利用ads-b监视器验证ads-b可操作性的流程图。
8.图4示出了根据本公开的实施例的包括多个uav、外部计算设备和第三方数据提供者的计算系统的功能框图。
具体实施方式
9.本文描述了用于验证无人飞行器ads-b接收器可操作性的系统、装置和方法的实
施例。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文描述的技术可以在没有一个或多个所述具体细节的情况下实践，或者利用其他方法、组件、材料等来实践。在其他情况下，熟知的结构、材料或操作并没有被详细地示出或描述，以避免模糊某些方面。
10.以下详细说明的某些部分以计算机存储器内数据比特操作的算法和符号表示形式呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地向本领域的其他技术人员传达他们的工作实质的手段。算法在这里通常被认为是导致期望结果的自洽的步骤序列。这些步骤要求对物理量进行物理操作。通常，尽管不是必须的，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。主要出于通用的原因，将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等有时被证明是方便的。
11.然而，应当记住，所有这些和类似术语均与适当的物理量相关，仅是应用于这些量的方便标签。除非特别声明，否则从下面的讨论中被理解的是，在整个描述中，利用诸如“接收”、“提供”、“估计”、“确定”、“验证”、“组合”、“分割”、“生成”、“识别”、“标记”、“调整”、“映射”、“显示”、“中止”等术语的讨论指的是计算机系统或类似的电子计算设备的动作和过程，其将表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(例如，电子)量的数据操纵和转换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他诸如信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
12.本文呈现的算法和显示并非固有地与任何特定的计算机或其他装置相关。根据本文的教导，各种通用系统可以与程序一起使用，或者可以证明构造更专用的装置来执行要求的方法步骤是方便的。各种这些系统所要求的结构将在下面的描述中出现。此外，没有参考任何特定的编程语言来描述本公开的实施例。将理解，可以使用多种编程语言来实现本文描述的本公开的教导。
13.贯穿本说明书中提及的“一个实施例”或“实施例”是指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在本说明书各处的出现不一定都指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。
14.图1示出了根据本公开的实施例的某一时刻(instance of time)的地理区域的航空地图100。航空地图100示出了无人机(drone)递送服务的服务区域(例如，预定的地理区域)的一部分，其中，多个uav 101以半自主或全自主的方式在不同位置之间操作并提供货物的运输和递送。多个uav中的每一个可以装备有ads-b接收器，其能够接收由给定uav的接收范围(例如，第一uav 101-a在时间t1的170-a和第二uav 101-b在时间t1的170-b)内的附近飞行器(例如，装备有ads-b输出应答器的有人飞行器或其他飞行器，诸如飞行器190-a和190-b)广播的ads-b消息，这可以用于包括在多个uav 101中的给定uav和飞行器190之间的交通和/或碰撞避免。例如，当多个uav中的一个接收的ads-b消息指示飞行器190距离uav 101小于阈值距离时，则uav 101可以调整飞行路径、着陆或以其他方式改变航线，以至少保持uav 101和飞行器190之间的阈值距离。
15.具有ads-b输出能力的飞行器190可以以预定速率(例如，每秒一次)和预定射频(例如，1090mhz或968mhz)自动广播ads-b消息(例如，包含唯一标识符、纬度、经度、高度、速率、速度矢量等)，以基本实时地向接收范围(例如，200海里，但也取决于服务区域的地理)
内的飞行器(例如，多个uav 101中的任何一个)通知它们的位置信息。例如，在所示实施例中的时间t1，第一uav 101-a正在进行沿着飞行路径150-a将包裹从发射场110递送到地产a的私家车道(driveway)，而第二uav 101-b正在进行沿着飞行路径150-b将包裹从发射场110递送到地产b的后院。在时间t1，第一uav 101-a可以从飞行器190-a接收ads-b消息，而没有从飞行器190-b接收ads-b消息，因为飞行器190-b在第一uav 101-a的ads-b接收器的接收范围170-a之外。然而，第二uav 101-b经由用于飞行器190-a和190-b两者的ads-b接收器接收ads-b消息，因为在时间t1两个飞行器都在第二uav 101-b的接收范围170-b内。如上所述，ads-b消息可以提供与附近飞行器位置相关的关键信息，这些信息可以被多个uav 101用来确保安全操作。
16.在一些实施例中，多个uav 101中的一个或多个的ads-b接收器可以为仅ads-b输入接收器(例如，能够接收ads-b消息，但不能发送ads-b消息)，或者可以在仅ads-b接收状态下操作(例如，避免ads-b频率的饱和)。由于可以预期ads-b接收器在多个uav 101的整个寿命期间都是可操作的，所以自动和实时的健康检查可能是期望的，以确保每个uav正在可靠地接收来自附近交通的ads-b消息。有利地，多个uav的定期(regular)健康检查使得能够及时识别、修理、替换和/或校准有缺陷的ads-b接收器、耦合到ads-b接收器的天线或与ads-b接收器相关联的其他有缺陷的组件。然而，对于不能广播ads-b消息的uav，验证其ads-b接收器的可操作性并不简单，因为发送-接收的自检可能不是可用的或不期望的。
17.本文描述的是实时监视器的实施例，其能够通过核对多个uav 101接收的ads-b输入数据和/或使用与多个uav 101服务区域内的ads-b报告的交通的其他已知“真实”源来交叉检查可操作性，验证多个uav 101中的每一个的ads-b接收器的可操作性，从而为uav机群提供低成本和实时健康监视解决方案。健康监视可以连续地、周期性地和在uav操作的任何阶段执行(例如，作为飞行前健康检查、飞行中健康检查和/或飞行后健康检查)。
18.应理解，可以对具有ads-b接收器的任何载具执行实时健康监视，包括任何数量的uav(例如，第一uav 101-a和第二uav 101-b)、有人飞行器或服务区域内操作的其他载具。还应当理解，所示的鸟瞰图100是为了讨论而缩放的(例如，示出多个uav 101的接收范围170相对于所示的几何区域和飞行器190的重叠和非重叠部分)，并且不应当被认为是限制性的。此外，注意，实时健康监视不一定限于无人机递送服务，而是可以同样适用于期望ads-b可操作性验证的任何情形。
19.图2示出了根据本公开的实施例的用于经由交通估计器220、ads-b健康监视器230和可选的第三方数据210连续监视多个uav 201(例如，第一uav-1、第二uav-2和直至任何数量n的uav)的ads-b接收器的流程图200。流程图200中一些或所有处理块出现的顺序不应被视为限制性的。相反，受益于本公开的本领域普通技术人员将理解，一些处理块可以以未示出的各种顺序执行，或者甚至并行执行。此外，几个处理块描绘了可选的并且可以省略的步骤。
20.交通估计器220和ads-b健康监视器230可以对应于存储在计算机可读或机器可读介质中的一个或多个算法或指令集，在一些实施例中，其可设置在计算系统的逻辑或电路中，或以其他方式由计算系统的逻辑或电路表示(见下文，图4)。计算系统可以是分布式系统，因此对应于交通估计器220和ads-b健康监视器230的算法或指令集可以分布在存储器中或作为遍及多个uav 201的其他电路、外部计算资源(例如，管理多个uav 201的一个或多
个处理系统)等。
21.在所示实施例中，第一时间段期间(例如，如图1所示，包括特定时刻)，多个uav 201正在服务区域内被共同操作(例如，在不同位置之间递送和/或运输货物)。应当理解，包括在多个uav 201中的每个uav可以在相应的操作区域(例如，包括在多个uav 201中的第一uav的第一操作区域)中操作，这些操作区域不必跨越整个服务区域。例如，包括在多个uav中的给定uav可能进行多个行程和/或停靠，这些行程和/或停靠可能仅覆盖服务区域的一部分。换句话说，多个uav 201的服务区域至少部分地与多个uav 201中的每一个的操作区域重叠。
22.在第一时间段期间(例如，任何持续时间)，附近飞行器可以广播ads-b消息，指示该附近飞行器的唯一标识符、高度、经度、纬度、速率(例如，速度矢量)、当地时间和其他位置、时间或状态信息。多个uav 201中的每一个包括相应的ads-b接收器(例如，仅ads-b输入接收器)，以接收由ads-b接收器的接收范围内的任何附近飞行器广播的ads-b消息。接收的ads-b消息可以由接收方uav记录(例如，存储在存储器中)为ads-b数据，其表示在第一时间段期间查看的交通。注意，多个uav 201中的每一个不一定需要在飞行中接收和记录附近飞行器的ads-b消息(例如，即使当给定的uav在行程之间空闲或者在飞行中不活跃时，也可以记录ads-b消息)。
23.如图所示，多个uav 201中的每一个可以将ads-b数据发送至交通估计器220(例如，经由有线或无线连接)。更具体地，交通估计器220接收被分割成观察的交通的不同轨迹的ads-b数据，这些轨迹表示分别由多个uav201接收的ads-b消息。例如，第一uav-1获得的ads-b数据可以对应于观察的交通的不同轨迹中的第一轨迹，并且表示在第一时间段期间由第一uav-1的ads-b接收器的接收范围内的交通所广播的ads-b消息。不同于第一uav-1的ads-b数据的附加交通数据也可以被发送到交通估计器220。附加数据可以对应于附加的ads-b数据(例如，由uav-2至uav-n的ads-b接收器获得的观察的交通的不同轨迹)和/或聚合的第三方聚合的ads-b数据(例如，在服务区域内广播并由第三方服务提供者聚合的ads-b消息，诸如flightradar24 ab的flightradar24、opensky网络协会的opensky网络等)。在一些实施例中，仅基于相应uav的接收的ads-b消息，不同轨迹中的每一个可以表示第一时间段期间服务区域的近似的交通环境。然而，即使多个uav 201中的每一个具有全功能的ads-b接收器，观察的交通的不同轨迹中的每一个也不一定是相同的。例如，在同一服务区域中操作的uav之间的操作区域中的差异可能会导致不同的交通观察。因此，交通估计器220接收并核对或组合来自多个uav 201的观察的交通，并生成统一的交通环境(例如，交通环境的单一估计)。
24.响应于接收观察的交通数据(例如，来自uav-1的ads-b数据，来自uav-2至n的附加ads-b数据，和/或第三方聚合的ads-b数据)，交通估计器220至少部分基于从第一uav-1获得的ads-b数据和附加数据，估计多个uav的服务区域的交通环境。在一些实施例中，可以使用阈值(thresholding)、概率贝叶斯估计器、其组合或其他方式来组合观察的交通的不同轨迹，以生成在第一时间段期间交通环境的单一估计。在一个实施例中，阈值匹配可以对应于识别在第一时间段期间的一个或多个时刻由多个uav 201的阈值数量或百分比(例如，大于50％、大于70％、大于90％或其他)观察的共同飞行器。例如，如果ads-b数据指示包括在多个uav 201中的10个uav中的7个在第一时间段期间的第一时刻观察到具有第一标识符的
飞行器(例如，观察的百分比大于阈值百分比)，则交通环境的单一估计可以确定在第一时刻存在具有第一标识符的飞行器。该过程可以由交通估计器220在第一时间段内的任意数量的时刻进行重复，以生成交通环境的单一估计。
25.在相同或其他实施例中，交通估计器220可以利用概率贝叶斯估计器生成单一估计。概率贝叶斯估计器可以对应于卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器、无迹卡尔曼滤波器或其他类型的数据融合算法，以将ads-b数据的不同轨迹融合到交通环境的单一估计中。
26.在一些实施例中，交通估计器220将估计的交通环境(例如，单一估计)与从第三方210接收的第三方聚合的ads-b数据进行比较，以验证估计交通环境的准确性。例如，在第一时间段内的一个或多个时刻，估计的交通环境内的飞行器的速率、高度、纬度或经度可以与第三方聚合的ads-b数据进行比较或交叉检查。如果估计的交通环境和第三方聚合的ads-b数据之间存在显著差异，则估计的交通环境可被标记为潜在无效。
27.应理解，在一些实施例中，可以基本实时地生成估计交通环境，并持续更新(例如，当多个uav 201接收ads-b消息时，可以将观察的交通数据流送(stream)至交通估计器220)，以实现对多个uav 201的ads-b接收器的实时监视。换句话说，估计的交通环境可以随着时间被持续更新，以结合接收的ads-b数据。
28.如图所示，交通估计器220将估计交通环境发送至ads-b健康监视器230，其被配置为至少部分基于给定uav的观察的交通(例如，第一uav-1的ads-b数据)和基于估计的交通环境确定的预期的观察的交通，验证多个uav 201的ads-b接收器的可操作性。例如，当第一uav-1在第一时间段期间沿着飞行路径穿越服务区域时，估计的交通环境中包括的具有在ads-b接收器的接收范围内的位置的任何飞行器可以预期被第一uav-1观察到。然后，可以将第一uav的预期的观察的交通与根据第一uav-1在第一时间段期间接收的ads-b数据的实际观察的交通进行比较，以验证第一uav-1的ads-b接收器是否标称地操作。在一些实施例中，ads-b健康监视器230将向多个uav 201提供持续更新，从而指示多个uav 201的ads-b接收器的操作状态(例如，标称或次标称)。例如，如果多个uav 201中的任何一个的ads-b接收器没有标称地操作(例如，次标称)，那么ads-b健康监视器230可以发出(send)指示ads-b接收器可操作性状态的信号。
29.图3示出了根据本公开的实施例的用于以ads-b监视器验证ads-b接收器可操作性的流程图300。流程图300是由图2所示的流程图200的交通估计器220和ads-b健康监视器230执行的过程的一种可能的实施方式。例如，图3的处理块305和310可以对应于图2的交通估计器220，并且图3的处理块315-350可以对应于图2的ads-b健康监视器230。回到图3，流程图300中出现的一些或所有处理块的顺序不应被视为限制性的。相反，受益于本公开的本领域普通技术人员将理解，一些处理块可以以未示出的各种顺序执行，或者甚至并行执行。此外，几个处理块描绘了可选的并且可以省略的步骤。
30.框305示出了在第一时间段期间接收表示服务区域内交通的观察的交通数据。观察的交通数据被数据源分割成不同的轨迹。在一些实施例中，多个数据源可以对应于由包括在多个uav中的相应uav的ads-b接收器获得的ads-b数据。例如，包括在不同轨迹中的第一轨迹可以对应于由包括在多个uav中的第一uav的ads-b接收器获得的ads-b数据。从与包括在多个uav中的相应uav相关联的多个ads-b接收器获得的附加ads-b数据也可以被包括在观察的交通数据中，并且相应地被分割。在一个实施例中，也可以从第三方源接收第三方
聚合的ads-b数据。
31.框310示出了通过将不同轨迹组合到交通环境的单一估计中，基于观察的交通数据，估计在第一时间段期间服务的交通环境。在一个实施例中，估计的交通环境至少部分地跨越第一uav的第一操作区域。在相同或其他实施例中，至少部分地基于第一uav获得的ads-b和不同于从第一uav获得的ads-b数据的附加交通数据(例如，从多个uav获得的附加ads-b数据、第三方数据及其组合)来估计所述估计的交通环境。在一些实施例中，使用概率贝叶斯估计器或阈值匹配中的至少一个，将被分割成不同轨迹的观察的交通组合或融合在一起，以生成交通环境的单一估计。在一些实施例中，概率贝叶斯估计器是卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器或无迹卡尔曼滤波器。
32.框315和345示出了监视包括在多个uav中每个uav的ads-b接收器的循环(loop)。设置在框315和345之间的处理块可以包括ads-b健康监视器用来验证被监视的uav中包括的ads-b接收器的可操作性的步骤。
33.框320示出了在第一时间段期间接收由uav(例如，包括在多个uav中的第一uav)的ads-b接收器获得的ads-b数据。ads-b数据表示在第一时间段期间由ads-b接收器的接收范围内的交通所广播的ads-b消息。然而，应当理解，在一些情况下，由uav的ads-b接收器获得的ads-b数据可能是空值，或者以其他方式指示在第一时间段期间缺少观察的交通(例如，在实际上没有观察的交通的情形下，ads-b接收器正在次标称地操作，或者以其他方式)。
34.框325示出了通过基于估计的交通环境、uav的飞行路径、uav的ads-b接收器的接收范围及其组合，识别uav在第一时间段期间预期观察的一个或多个飞行器，确定uav(例如，第一uav)在第一时间段期间的预期观察的交通。例如，在第一时刻，uav的飞行路径可以指示uav的位置。然后，基于估计的交通环境，相对于uav在第一时刻的位置，位于ads-b接收器的接收范围内的任何飞行器可以预期被uav观察到。在一些实施例中，用于识别预期被观察的一个或多个飞行器的过程可以重复多个时刻，以确定在第一时间段的整个持续时间内uav的预期观察的交通。
35.框330示出了计算一个或多个比较度量，该比较度量比较预期观察的交通(例如，从处理块325确定)和与从uav的ads-b接收器获得的ads-b数据相关联的交通。在一个实施例中，一个或多个比较度量包括确定基于识别的一个或多个飞行器的第一uav预期观察的飞行器总数与基于与uav的ads-b数据相关联的交通观察的飞行器的实际总数之间的差异。在相同或另一实施例中，一个或多个比较度量包括确定从估计的交通环境识别的一个或多个飞行器中的每一个的预期观察持续时间和从uav的ads-b数据确定的一个或多个飞行器的实际观察持续时间之间的差异。
36.框335示出了基于uav的预期观察的交通和与uav的ads-b接收器接收的ads-b数据相关联的交通之间的比较(例如，一个或多个比较度量)来验证ads-b接收器(例如，第一uav)的可操作性。更具体地，取决于一个或多个比较度量是否在阈值范围内，uav的ads-b接收器可以被标记为标称或次标称。在一个实施例中，基于估计的交通环境识别uav在第一时刻预期观察的第一飞行器(例如，如框325所示)。在同一实施例中，当uav获得的ads-b数据不包括对应于第一时刻的第一飞行器的ads-b消息时，ads-b接收器可以被标记为次标称。相反，当uav获得的ads-b数据确实包括对应于第一时刻的第一飞行器的ads-b消息时，ads-b接收器可以被标记为标称。
37.在相同或其他实施例中，当一个或多个比较度量中的至少一个在阈值范围内时，uav的ads-b接收器被标记为标称，或相反，当一个或多个比较度量中的至少一个在阈值范围外时，uav的ads-b接收器被标记为次标称。在存在一个或多个比较度量中的一个以上的一些实施例中，一个或多个比较度量中的一个在阈值范围外的单个实例可能导致uav的ads-b接收器被标记为次标称。在一些实施例中，从估计的交通环境识别的一个或多个飞行器中的每一个的预期观察持续时间和从ads-b数据确定的一个或多个飞行器的实际观察持续时间之间的差异的阈值范围对应于百分比差异(例如，对于每个观察的飞行器，uav实际观察持续时间是预期观察持续时间的至少50％、70％、90％、95％或不同百分比)。在相同或其他实施例中，uav预期观察的飞行器总数与观察的飞行器实际总数之间的差异的阈值范围是阈值百分比(例如，uav预期观察的飞行器的至少50％、70％、90％、95％或不同百分比在第一时间段期间被uav实际观察到)。在一些实施例中，阈值范围的百分比差异可能有上限(例如，不大于100％)。
38.框340示出了确定要采取的行动以解决uav的ads-b接收器为标称或次标称。在一些实施例中，解决uav的ads-b接收器为标称而采取的动作可以按调度而继续(例如，递送包裹等)。在相同或其他实施例中，标称ads-b的验证可以导致在特定时间或事件发生时(例如，包裹递送、uav着陆等)调度ads-b接收器的下一次健康检查。在一些实施例中，解决uav的ads-b接收器为次标称而采取的动作可以包括调整uav的飞行路径。可以调整uav的飞行路径，以确保与所识别的飞行器保持阈值距离，添加到发射场或维修中心进行维修的停靠，和/或立即着陆uav。在一些实施例中，当uav的ads-b接收器被标记为次标称时，在为了维修而重新路由(reroute)之前，uav仍然可以在完成包裹的递送。
39.框345示出了在框315开始的循环的终端的结束。应当理解，包括在多个uav中的uav可以顺序和/或同时验证它们的ads-b接收器的可操作性。还应当理解，在一些实施例中，多个uav的ads-b接收器可以被连续实时监视，随着多个uav接收ads-b数据，估计的交通环境被更新。
40.框350示出了在完成与框315至345相关联的循环后，为多个uav中的每一个验证的ads-b接收器可操作性。应当理解，在一些实施例中，框350可以前进到框305(例如，获得另外的观察的交通数据，更新估计交通环境，以及继续监视多个uav的ads-b接收器)。
41.图4示出了根据本公开的实施例的计算系统400的功能框图，该计算系统400包括多个uav 401(例如，401-1、401-2、401-3、
…
、401-n)、外部计算设备461和可选的第三方数据提供者495。计算系统400是一种可能的系统，其可以实现图2所示的流程图200和图3所示的流程图300中的任何一个，以实现ads-b接收器可操作性验证。
42.在图4描述的实施例中，多个uav 401中的每一个(例如，第一uav 401-1)包括供电系统403、通信系统405、控制电路407、推进单元409(例如，一个或多个螺旋桨、引擎等，用于定位uav 401)、图像传感器411(例如，一个或多个cmos或其他类型的图像传感器和对应的镜头，用于捕捉服务区域的图像)、其他传感器413(例如，惯性测量单元，用于确定uav、lidar相机、雷达等的位姿信息)、数据存储装置415和有效载荷417(例如，用于收集和/或接收包裹、货物等)。供电系统403包括充电电路419和电池421。通信系统405包括gnss接收器423和天线425，以及ads-b接收器427(例如，仅ads-b输入接收器)。控制电路407包括控制器429和机器可读存储介质433。控制器429包括一个或多个处理器431(例如，专用处理器、现
场可编程门阵列、中央处理单元、图形处理单元、张量(tensor)处理单元和/或其组合)。机器可读存储介质433包括程序指令435，并且可以包括对应于交通估计器437和ads-b健康监视器439的附加指令。数据存储装置415包括估计的交通环境441(例如，从外部计算设备461接收，通过交通估计器437的执行而生成，或其组合)和ads-b数据443(例如，由ads-b接收器427获得的记录的ads-b消息和/或从包括在多个uav 401中的其他uav接收的附加ads-b数据)。uav 401的每个组件可以经由互连件450彼此耦合(例如，电耦合)。
43.供电系统403向通信系统405、控制电路407、推进单元409、图像传感器411、其他传感器413、数据存储装置415和uav 401的任何其他部件提供操作电压。供电系统403包括充电电路419和电池421(例如，碱性电池、锂离子电池等)以便为uav 401的各种组件供电。电池421可以用充电电路419直接充电(例如，经由外部电源)，感应充电(例如，经由用作能量采集天线的天线425)，和/或可以在电荷耗尽时在uav 401内更换。
44.通信系统405提供通信硬件和协议，用于与外部计算设备461进行无线通信(例如，经由天线405)和感测地理空间定位卫星，以确定uav 401的坐标和高度(例如，经由gps、glonass、伽利略、北斗或任何其他全球导航卫星系统)。代表性的无线通信协议包括但不限于wi-fi、蓝牙、lte、5g等。ads-b接收器427可以耦合到天线425或者包括单独的天线，以接收由ads-b接收器427的接收范围内的飞行器广播的ads-b消息。
45.控制电路407包括耦合至机器可读存储介质433(包括程序指令435)的控制器429、交通估计器437和ads-b健康监视器439。当控制器429执行程序指令435、交通估计器437和/或ads-b健康监视器439时，系统400被配置为执行操作。例如，程序指令435可以编排uav 401的组件的操作来递送包裹。根据本公开的实施例，在一些实施例中，交通估计器437的执行可以使得系统400估计服务区域的交通环境，并且ads-b健康状况监视器439的执行可以使得系统400验证ads-b接收器427的可操作性。应当理解，控制电路407可能没有示出所有的逻辑模块、程序指令等，所有这些都可以用在通用微处理器上运行的软件/固件、硬件(例如，专用集成电路)或两者的组合来实现。
46.在一些实施例中，uav 401可以无线地(例如，经由通信链路499)耦合至外部计算设备461，以经由处理器463提供外部计算能力，访问数据存储装置469，其可以包括服务区域的估计的交通环境471、从多个uav 401接收的ads-b数据473和从第三方数据提供者495接收的聚合的第三方ads-b数据475。外部计算设备461包括用于与多个uav 401通信的天线465。处理器463基于包括在机器可读存储介质467中的程序指令477、交通估计器479和ads-b健康监视器481来编排外部计算设备461的操作。例如，根据本公开的实施例，外部计算设备461可以被配置为接收多个uav 401中的每一个的ads-b数据443，并生成估计的交通环境471。在一些实施例中，外部计算设备461还可以被配置为将估计的交通环境471作为估计的交通环境441发送给多个uav 401(例如，使得多个uav可以经由ads-b健康监视器439自主地执行ads-b接收器健康检查)。在相同或其他实施例中，ads-b健康状况监视器481的执行可以使得外部计算设备461监视多个uav 401中的每一个的ads-b接收器427，并且周期性地向多个uav中的每一个发送验证信号，以指示ads-b接收器427是在标称状态还是次标称状态下操作。
47.应理解，数据存储装置415、机器可读存储介质433、机器可读存储介质467和数据存储装置469为非暂时性机器可读存储介质，其可以包括但不限于系统400的组件可读的任
何易失性(例如ram)或非易失性(例如rom)存储系统。还应当理解，系统400可能没有示出所有的逻辑模块、程序指令等。所有这些都可以在通用微处理器上执行的软件/固件、硬件(例如，专用集成电路)或两者的组合中实现。
48.应理解，本文所引用的“无人”飞行器或uav同样适用于自主和半自主飞行器。在完全自主的实施方式中，飞行器的所有功能都是自动化的；例如经由响应来自各种传感器的输入和/或预定信息的实时计算机功能来预编程或控制。在半自主实施方式中，飞行器的一些功能可以由人类操作员控制，而其他功能自主执行。此外，在一些实施例中，uav可以被配置为允许远程操作员接管原本可以由uav自主控制的功能。例如，在一些实施例中，功能可以包括操作用于拾取对象的机械系统、用于拍摄航空照片的万向节和相机等。此外，给定类型的功能可以在一个抽象水平被远程控制，而在另一个抽象水平被自主执行。例如，远程操作员可以控制uav的高水平导航决策，诸如指定uav应该从一个位置行进到另一个位置(例如，从郊区的仓库到附近城市的递送地址)，而uav的导航系统自主地控制更细粒度的导航决策，诸如在两个位置之间采取的特定路线、在导航该路线时实现该路线并避开障碍物的特定飞行控制输入等等。
49.上述过程根据计算机软件和硬件进行描述。所描述的技术可以构成具现在有形或非暂时性机器(例如，计算机)可读存储介质中的机器可执行指令，当由机器执行时，这些指令将使机器执行所描述的操作。此外，这些过程可以具现在硬件中，诸如专用集成电路(“asic”)或其他。
50.有形机器可读存储介质包括以机器(例如，计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、具有一组一个或多个处理器的任何设备等)可访问的非暂时性形式提供(即，存储)信息的任何机制。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备等)。
51.本发明的示出的实施例的上述描述，包括摘要中的描述，并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的具体形式。虽然出于说明的目的本文描述了本发明的具体实施例和示例，但是相关领域的技术人员将会认识到，在本发明的范围内的各种修改是可能的。
52.根据以上详细描述，可以对本发明进行这些修改。所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的特定实施例。相反，本发明的范围将完全由所附权利要求来确定，这些权利要求将根据权利要求解释的既定原则来解释。

技术特征：
1.一种其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，所述逻辑响应于由计算系统的一个或多个处理器执行，使得所述计算系统执行用于验证广播式自动相关监视(ads-b)接收器的可操作性的动作，所述动作包括：由计算系统接收由包括在第一无人飞行器(uav)中的ads-b接收器获得的ads-b数据，所述ads-b数据表示在第一时间段期间由ads-b接收器的接收范围内的交通所广播的ads-b消息；由计算系统估计在第一时间段期间至少部分跨越第一uav的第一操作区域的服务区域的交通环境，其中，至少部分地基于第一uav获得的ads-b数据和不同于ads-b数据的附加交通数据来估计所述交通环境；由计算系统基于估计的交通环境，确定第一uav在第一时间段期间的预期观察的交通；以及由计算系统基于第一uav的预期观察的交通和与第一uav的ads-b接收器接收的ads-b数据相关联的交通之间的比较来验证第一uav的ads-b接收器的可操作性。2.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述ads-b接收器是仅ads-b输入接收器，并且其中，第一uav不包括具有ads-b输出能力的应答器。3.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述ads-b消息包括在第一时间段内的一个或多个时刻的交通中包括的一个或多个飞行器的唯一标识符、纬度、经度、高度或速率中的至少一个。4.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述附加交通数据对应于由多个ads-b接收器获得的附加ads-b数据，每个ads-b接收器与在第一时间段期间在服务区域内操作的多个uav中包括的相应uav相关联。5.根据权利要求4所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述多个uav的附加ads-b数据被分割成在第一时间段期间的观察的交通的不同轨迹，每个不同轨迹与多个uav中相应的一个相关联。6.根据权利要求5所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述不同轨迹还包括与第一uav的ads-b数据相关联的观察的交通的第一轨迹。7.根据权利要求5所述的非暂时性计算机可读介质，其中，估计交通环境还包括：将观察的交通的每个不同轨迹组合到交通环境的单一估计中。8.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读介质，其中，使用概率贝叶斯估计器或阈值匹配中的至少一个来组合观察的交通的不同轨迹，以生成交通环境的单一估计。9.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述概率贝叶斯估计器是卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器或无迹卡尔曼滤波器。10.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述比较对应于确定一个或多个比较度量，所述一个或多个比较度量比较预期观察的交通和与ads-b数据相关联的交通，并且其中，当所述一个或多个比较度量中的至少一个在阈值范围内时，第一uav的ads-b接收器的可操作性被验证为标称。11.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质，其中，确定第一uav的预期观察的交通包括：至少部分地基于在第一时间段期间第一uav的飞行路径，在第一时间段内的一个或多
个时刻识别在第一uav的ads-b接收器的接收范围内包括在估计的交通环境中的一个或多个飞行器。12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，其中，在基于识别的一个或多个飞行器的第一uav预期观察的飞行器的总数和基于与ads-b数据相关联的交通观察的飞行器的实际总数之间的差异被包括在一个或多个比较度量中。13.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，其中，在从估计的交通环境中识别的一个或多个飞行器中的每一个的预期观察持续时间和从ads-b数据中确定的一个或多个飞行器的实际观察持续时间之间的差异被包括在一个或多个比较度量中。14.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，验证第一uav的ads-b接收器的可操作性是基本实时地确定的。15.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述动作还包括：由计算系统基本实时地接收ads-b数据和附加交通数据；由计算系统基于估计的交通环境来识别第一uav在第一时刻预期观察的第一飞行器；以及当ads-b数据不包括与第一时刻的第一飞行器对应的ads-b消息时，将第一uav的ads-b接收器标记为次标称；以及确定要采取的行动以解决第一uav的ads-b接收器处于次标称。16.根据权利要求1所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述动作还包括：将估计的交通环境与第三方聚合的ads-b数据进行比较，以验证估计的交通环境的准确性。17.一种用于验证广播式自动相关监视(ads-b)接收器的可操作性的方法，该方法包括：接收由包括在第一无人飞行器(uav)中的ads-b接收器获得的ads-b数据，所述ads-b数据表示在第一时间段期间由ads-b接收器的接收范围内的交通所广播的ads-b消息；估计在第一时间段期间至少部分跨越第一uav的第一操作区域的服务区域的交通环境，其中，至少部分地基于第一uav获得的ads-b数据和不同于ads-b数据的附加交通数据来估计所述交通环境；基于估计的交通环境，确定第一uav在第一时间段期间的预期观察的交通；以及基于第一uav的预期观察的交通和与第一uav的ads-b接收器接收的ads-b数据相关联的交通之间的比较来验证第一uav的ads-b接收器的可操作性。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述附加交通数据对应于由多个ads-b接收器获得的附加ads-b数据，每个ads-b接收器与在第一时间段期间在服务区域内操作的多个uav中包括的相应uav相关联。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个uav的附加ads-b数据被分割成在第一时间段期间的观察的交通的不同轨迹，每个不同轨迹与多个uav中相应的一个相关联。20.根据权利要求19所述的方法，其中，估计交通环境还包括：将观察的交通的每个不同轨迹组合到交通环境的单一估计中。21.根据权利要求20所述的方法，其中，使用概率贝叶斯估计器或阈值匹配中的至少一个来组合观察的交通的不同轨迹，以生成交通环境的单一估计。
22.一种系统，包括：多个无人飞行器(uav)，被配置为在第一时间段期间在服务区域内操作，其中，所述多个uav中的每一个包括ads-b接收器，以当多个uav处于操作中时，接收表示由ads-b接收器的接收范围内的交通所广播的ads-b消息的ads-b数据；交通估计器，被配置为共同接收多个uav的ads-b数据作为共同ads-b数据，并且估计至少部分跨越包括在多个uav中的第一uav的第一操作区域的第一时间段的交通环境，其中，所述估计的交通环境至少部分地基于共同ads-b数据；以及ads-b健康监视器，被配置为基于从估计的交通环境确定的第一uav的预期观察的交通和与第一uav的ads-b接收器接收的ads-b数据相关联的交通之间的比较，验证包括在多个uav中的第一uav的ads-b接收器的可操作性。23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述多个uav中的每一个的ads-b接收器是仅ads-b输入接收器，并且其中，所述多个uav中的每一个不包括具有ads-b输出能力的应答器。24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述共同ads-b数据对应于在第一时间段期间服务区域内被分割成不同轨迹的观察的交通，每个不同轨迹与多个uav中相应的一个相关联，并且其中，所述交通估计器还被配置为通过使用概率贝叶斯估计器或阈值匹配中的至少一个将不同轨迹组合到交通环境的单一估计来估计交通环境。25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述ads-b健康监视器还被配置为通过确定一个或多个比较度量来执行所述比较，所述一个或多个比较度量比较第一时间段期间第一uav的预期观察的交通和与第一时间段期间第一uav获得的ads-b数据相关联的交通，并且其中，当一个或多个比较度量中的至少一个在阈值范围内时，第一uav的ads-b接收器的可操作性被验证为标称。26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述ads-b健康监视器还被配置为通过至少部分地基于在第一时间段期间第一uav的飞行路径，在第一时间段内的一个或多个时刻识别第一uav的ads-b接收器的接收范围内的、包括在估计的交通环境中的一个或多个飞行器，来确定第一uav在第一时间段期间的预期观察的交通。27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述一个或多个比较度量包括以下至少一个：基于识别的一个或多个飞行器的第一uav预期观察的飞行器总数和基于与第一uav获得的ads-b数据相关联的交通观察的飞行器的实际总数之间的差异；或者从估计的交通环境中识别的一个或多个飞行器中的每一个的预期观察的持续时间和从第一uav获得的ads-b数据中确定的一个或多个飞行器的实际观察持续时间之间的差异。

技术总结
在一些实施例中，提供了用于验证包括在第一无人飞行器(UAV)中的广播式自动相关监视(ADS-B)接收器的可操作性的技术，其包括在第一时间段期间接收表示由ADS-B接收器的接收范围内的交通所广播的ADS-B消息的ADS-B数据，在第一时间段期间估计至少部分跨越第一UAV的第一操作区域的服务区域的交通环境，基于估计的交通环境，确定第一UAV在第一时间段期间的预期观察的交通，并且基于第一UAV的预期观察的交通和与第一UAV的ADS-B接收器接收的ADS-B数据相关联的交通之间的比较来验证第一UAV的ADS-B接收器的可操作性。B接收器的可操作性。B接收器的可操作性。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：WING航空有限责任公司
技术研发日：2021.07.20
技术公布日：2023/6/14