一种EVTOL飞行监管系统的制作方法

一种evtol飞行监管系统
技术领域
1.本发明属于evtol飞行器监控的技术领域，具体涉及一种evtol飞行监管系统。


背景技术：

2.近年来，电动垂直起降evtol飞行器受到了广泛关注，电动垂直起降evtol飞行器未来潜在应用涉及到城市客运、区域客运、货运、个人飞行器、紧急医疗服务等多种场景。
3.evtol飞行器的航行过程包括启动升空、空中航行、降落停机三个过程，其中在空中航行过程中，为了保障evtol飞行器的安全性，需要对evtol飞行器的航行过程进行监管。现有的航行监管系统主要应用在小型无人机以及大型飞机上，传统小型无人机的监管系统监管的航行数据较为单一，且传统的小型无人机的运行环境远远没有evtol飞行器的运行环境复杂，因此传统小型无人机的监管系统对evtol飞行器进行监管的可靠性、安全性、稳定性无法得到保障。而应用在大型飞机上的航行监管系统，则存在体积大、重量大、成本高昂的问题，也不适用于evtol飞行器的航行监管。
4.因此，针对现有的航行监管系统不适用于evtol飞行器的问题，本发明公开了一种evtol飞行监管系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种evtol飞行监管系统，采用双冗余异构方式建立监管系统，能够对evtol飞行器的航行过程进行准确监管，并对航行过程中evtol飞行器与evtol飞行器之间以及evtol飞行器与航行环境之间的冲突进行实时监控与反馈，能够保证evtol飞行器进行安全可靠的飞行作业。
6.本发明通过下述技术方案实现：一种evtol飞行监管系统，包括防撞告警模块、摄像感知模块、航迹数据监测模块、监管模块，所述防撞告警模块、摄像感知模块、航迹数据监测模块均采用软硬件双冗余异构方式与监管模块连接，所述监管模块与飞控计算机和/或地面指挥系统连接；所述航迹数据监测模块用于实时采集监测evtol飞行器的航迹数据，并将航迹数据发送至防撞告警模块；所述防撞告警模块对航迹数据进行融合处理得到融合数据，并根据三维地形数据对融合数据进行冲突探测与避撞引导计算；所述摄像感知模块用于拍摄evtol飞行器的航行外环境图像与evtol飞行器的航行内环境图像，同时采集evtol飞行器的航行周边环境数据；所述监管模块将冲突探测与避撞引导计算的结果、航行图像、航行周边环境数据发送至飞控计算机和/或地面指挥系统。
7.为了更好地实现本发明，进一步的，所述航迹数据监测模块包括机载数据监视模块、导航共享数据模块，所述机载数据监视模块用于对evtol飞行器的机体多源航迹数据进行监测采集，所述导航共享数据模块用于对evtol飞行器的航行参数数据进行监测采集，并与其他的无人机进行航行参数数据交互；所述防撞告警模块对机体多源航迹数据、航行参数数据进行融合解算，进而得到包含evtol飞行器与evtol飞行器之间关系以及evtol飞行
器与外部环境之间关系的融合数据，并根据三维地形数据对融合数据进行冲突探测与避撞引导计算。
8.为了更好地实现本发明，进一步的，所述防撞告警模块包括数据融合处理模块、冲突告警引导模块，所述数据融合处理模块分别与机载数据监视模块、导航共享数据模块连接，所述数据融合处理模块用于将机体多源航迹数据、航行参数数据进行融合解算得到融合数据；所述冲突告警引导模块根据三维地形数据与融合数据解算evtol飞行器与evtol飞行器之间以及evtol飞行器与外环境之间是否发生航线冲突或碰撞风险，并对存在航线冲突与碰撞风险的evtol飞行器进行告警。
9.为了更好地实现本发明，进一步的，所述机载数据监视模块包括atar雷达数据模块、ads-b模块、remote id模块、eo/ir模块、高度表。
10.为了更好地实现本发明，进一步的，所述导航共享数据模块包括组合导航仪、机间数据链模块。
11.为了更好地实现本发明，进一步的，所述摄像感知模块包括摄像模块、环境参数检测模块，所述摄像模块设置在evtol飞行器的驾驶舱内部以及evtol飞行器的机身外部，设置在evtol飞行器的驾驶舱内部的摄像模块用于拍摄航行内环境图像并将航行内环境图像通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；设置在evtol飞行器的机身外部的摄像模块用于拍摄航行外环境图像并将航行外环境图像通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；所述环境参数检测模块用于检测evtol飞行器航行过程中外环境的空气温度与湿度数据。
12.为了更好地实现本发明，进一步的，所述摄像感知模块还包括外置存储模块、电源模块、显示控制终端，所述外置存储模块用于存储备份拍摄的航行内环境图像、航行外环境图像、空气温度与湿度数据，并将航行内环境图像、航行外环境图像、空气温度与湿度数据通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；所述电源模块为摄像模块、环境参数检测模块供电；所述显示控制终端设置在evtol飞行器的驾驶舱内或设置在地面指挥系统，所述显示控制终端用于实时显示空气温度与湿度数据。
13.为了更好地实现本发明，进一步的，所述航行外环境图像包括evtol飞行器的外表面图像以及evtol飞行器航行过程中周边外环境图像。
14.为了更好地实现本发明，进一步的，所述监管模块包括设置在evtol飞行器的机舱内部的显示终端，所述显示终端用于实时显示冲突探测与避撞引导计算的结果、航行图像、航行周边环境数据。
15.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明基于双冗余异构的方式分别设置与监管模块连接的防撞告警模块、摄像感知模块、航迹数据监测模块，通过双冗余异构模块的设置以及冗余热备份系统的配合，提高了整体监管系统的可靠性与安全性，即使一侧模块出现问题，能够通过另一侧的模块保证整体监管系统的正常运行；同时，本发明通过航迹数据监测模块实时采集交互航行过程中evtol飞行器与evtol飞行器之间以及evtol飞行器与航行环境之间的航迹数据，进而通过防撞告警模块对航迹数据进行融合解算，进而实时判断航行过程中evtol飞行器是否发生冲突或碰撞，并将冲突探测与避撞引导计算的结果、航行图像、航行周边环境数据发送至飞控计算机和/或地面指挥系统，以对航行过程的实时情况进行反馈，进而通过航行过程的实
时情况对evtol飞行器进行准确及时的监管，保障evtol飞行器能够安全顺利进行飞行作业。
附图说明
16.图1为飞行监管系统的示意图；图2为航迹数据监测模块的示意图；图3为remote-id模块的示意图；图4为摄像感知模块的示意图。
具体实施方式
17.实施例1：一种evtol飞行监管系统，如图1所示，包括防撞告警模块、摄像感知模块、航迹数据监测模块、监管模块，所述防撞告警模块、摄像感知模块、航迹数据监测模块均采用软硬件双冗余异构方式与监管模块连接，所述监管模块与飞控计算机和/或地面指挥系统连接；所述航迹数据监测模块用于实时采集监测evtol飞行器的航迹数据，并将航迹数据发送至防撞告警模块；所述防撞告警模块对航迹数据进行融合处理得到融合数据，并根据三维地形数据对融合数据进行冲突探测与避撞引导计算；所述摄像感知模块用于拍摄evtol飞行器的航行外环境图像与evtol飞行器的航行内环境图像，同时采集evtol飞行器的航行周边环境数据；所述监管模块将冲突探测与避撞引导计算的结果、航行图像、航行周边环境数据发送至飞控计算机和/或地面指挥系统。
18.evtol飞行监管系统是监管evtol飞行器各系统状态、周围环境，可实现evtol飞行器更可靠、更安全、更稳定的飞行，同时也为飞控计算机以及地面指挥系统提供重要的系统状态因素、周围环境因素和三方因素等决策参考，evtol飞行监管系统包括防撞告警模块、摄像感知模块、航迹数据监测模块、监管模块。
19.航迹数据监测模块主要用于实时监测evtol飞行器在启动前、启动航行过程中、停机后的航迹数据，航迹数据包括evtol飞行器的位置信息、速度、航向、航行姿态、雷达数据、remote-id数据、高度数据、导航线路数据等，防撞告警模块通过上述数据能够融合解算出evtol飞行器相对于外部环境以及evtol飞行器相对于其他evtol飞行器的关系，进而判断evtol飞行器在整个航行过程中是否会与外部环境以及其他evtol飞行器发生冲突或碰撞，并将解算的冲突探测与避撞引导计算的结果发送至飞控计算机和/或地面指挥系统，飞控计算机和地面指挥系统即可根据冲突探测与避撞引导计算的结果对evtol飞行器的航行过程进行全程实时监管以及实时调控，有效避免evtol飞行器之间以及evtol飞行器与外部环境之间发生冲突以及碰撞的情况发生。防撞告警模会在出现冲突与碰撞结果时及时对evtol飞行器驾驶员、飞控计算机、地面指挥系统发出告警信息。
20.在evtol飞行器的航行过程中，摄像感知模块会实时拍摄evtol飞行器的航行图像，航行图像包括evtol飞行器的航行内环境图像与航行外环境图像，航行内环境图像用以表征航行过程中evtol飞行器驾驶舱内部的实时情况，航行外环境图像用以表征航行过程中evtol飞行器外表面以及外部环境的实时情况。摄像感知模块将拍摄的航行图像通过监管模块发送至飞控计算机与地面指挥系统，进而实时准确的对evtol飞行器的航行过程进
id模块的形式直接附加在evtol飞行器上。remote-id模块采用冗余异构的设计方式，从软件层和硬件层都采用异构冗余设计，保证其可靠性和稳定性。remote-id模块可通过蓝牙、wifi、云端、蜂窝数据链、三方平台等方式进行数据、图像和视频等广播。
28.ads-b模块由ads-b应答机、ads-b接收机和ads-b天线组成。ads-b模块采用冗余异构设计方式，ads-b模块的软件系统采用冗余异构热备份方式，可在一套ads-b模块失效情况下通过另一套ads-b模块进行无扰工作。ads-b模块具备ads-b out功能，接收1090mhz（1090es）数据；也具备ads-b in功能，接收978mhz（uat）数据，ads-b模块还具备空管二次雷达监控与应答功能，同时具备广播飞机飞行四维信息，地面能够实时接收到飞机的四维信息。
29.本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
30.实施例4：本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上进行改进，如图4所示，所述摄像感知模块包括摄像模块、环境参数检测模块，所述摄像模块设置在evtol飞行器的驾驶舱内部以及evtol飞行器的机身外部，设置在evtol飞行器的驾驶舱内部的摄像模块用于拍摄航行内环境图像并将航行内环境图像通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；设置在evtol飞行器的机身外部的摄像模块用于拍摄航行外环境图像并将航行外环境图像通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；所述环境参数检测模块用于检测evtol飞行器航行过程中外环境的空气温度与湿度数据。
31.所述摄像感知模块还包括外置存储模块、电源模块、显示控制终端，所述外置存储模块用于存储备份拍摄的航行内环境图像、航行外环境图像、空气温度与湿度数据，并将航行内环境图像、航行外环境图像、空气温度与湿度数据通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；所述电源模块为摄像模块、环境参数检测模块供电；所述显示控制终端设置在evtol飞行器的驾驶舱内或设置在地面指挥系统，所述显示控制终端用于实时显示空气温度与湿度数据。
32.所述航行外环境图像包括evtol飞行器的外表面图像以及evtol飞行器航行过程中周边外环境图像。
33.摄像感知模块的功能：（1）障碍物感知和高清成像：通过摄像模块对evtol飞行器周围的障碍物进行高清成像，获得障碍物的图片或者视频，把障碍物的图片或者视频直接传送给飞控计算机，由飞控计算机进行自主决策处理，或者通过数据链传输给地面指控中心，由地面指控人员进行识别处理。
34.（2）空气温、湿度感知和数据检测：环境参数检测模块包括温度传感器、湿度传感器，并与摄像模块耦合集成一体化设置。摄像模块工作时会通过环境参数检测模块自动感知evtol飞行器周围直径100米内的周围环境的温度、湿度并进行实时记录和传送给飞控计算机及驾驶舱内的显示系统，一方面给飞控计算机提供evtol飞行器周围的空气温度、湿度数据以辅助飞控计算机决策飞机的控空速感器处理措施和机翼处理措施等；另一方面是给机组人员提供空气环境参数。
35.（3）飞机表面监控：通过摄像模块感知evtol飞行器表面情况并进行清成像，获得evtol飞行器外表面图像或者视频，并将外表面图像或者视频存储在外置存储模块中，通过
监管模块的数据链将外表面图像或者视频传输给地面指挥系统，由地面指控人员进行观察机体状态和设备宏观运行状态。
36.（4）拍照和录像：在巡航和起降阶段，拍摄evtol飞行器的周围环境，通过数据链传输给地面指挥系统，以便监管人员进行观察，实时了解evtol飞行器的起降情况和飞行情况，以为突发情况做出合理的措施以及事后分析依据来源。
37.本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
38.实施例5：本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上进行改进，所述监管模块包括设置在evtol飞行器的机舱内部的显示终端，所述显示终端用于实时显示冲突探测与避撞引导计算的结果、航行图像、航行周边环境数据。
39.本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
40.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种evtol飞行监管系统，其特征在于，包括防撞告警模块、摄像感知模块、航迹数据监测模块、监管模块，所述防撞告警模块、摄像感知模块、航迹数据监测模块均采用软硬件双冗余异构方式与监管模块连接，所述监管模块与飞控计算机和/或地面指挥系统连接；所述航迹数据监测模块用于实时采集监测evtol飞行器的航迹数据，并将航迹数据发送至防撞告警模块；所述防撞告警模块对航迹数据进行融合处理得到融合数据，并根据三维地形数据对融合数据进行冲突探测与避撞引导计算；所述摄像感知模块用于拍摄evtol飞行器的航行外环境图像与evtol飞行器的航行内环境图像，同时采集evtol飞行器的航行周边环境数据；所述监管模块将冲突探测与避撞引导计算的结果、航行图像、航行周边环境数据发送至飞控计算机和/或地面指挥系统。2.根据权利要求1所述的一种evtol飞行监管系统，其特征在于，所述航迹数据监测模块包括机载数据监视模块、导航共享数据模块，所述机载数据监视模块用于对evtol飞行器的机体多源航迹数据进行监测采集，所述导航共享数据模块用于对evtol飞行器的航行参数数据进行监测采集，并与其他的无人机进行航行参数数据交互；所述防撞告警模块对机体多源航迹数据、航行参数数据进行融合解算，进而得到包含evtol飞行器与evtol飞行器之间关系以及evtol飞行器与外部环境之间关系的融合数据，并根据三维地形数据对融合数据进行冲突探测与避撞引导计算。3.根据权利要求2所述的一种evtol飞行监管系统，其特征在于，所述防撞告警模块包括数据融合处理模块、冲突告警引导模块，所述数据融合处理模块分别与机载数据监视模块、导航共享数据模块连接，所述数据融合处理模块用于将机体多源航迹数据、航行参数数据进行融合解算得到融合数据；所述冲突告警引导模块根据三维地形数据与融合数据解算evtol飞行器与evtol飞行器之间以及evtol飞行器与外环境之间是否发生航线冲突或碰撞风险，并对存在航线冲突与碰撞风险的evtol飞行器进行告警。4.根据权利要求3所述的一种evtol飞行监管系统，其特征在于，所述机载数据监视模块包括atar雷达数据模块、ads-b模块、remote id模块、eo/ir模块、高度表。5.根据权利要求3所述的一种evtol飞行监管系统，其特征在于，所述导航共享数据模块包括组合导航仪、机间数据链模块。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种evtol飞行监管系统，其特征在于，所述摄像感知模块包括摄像模块、环境参数检测模块，所述摄像模块设置在evtol飞行器的驾驶舱内部以及evtol飞行器的机身外部，设置在evtol飞行器的驾驶舱内部的摄像模块用于拍摄航行内环境图像并将航行内环境图像通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；设置在evtol飞行器的机身外部的摄像模块用于拍摄航行外环境图像并将航行外环境图像通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；所述环境参数检测模块用于检测evtol飞行器航行过程中外环境的空气温度与湿度数据。7.根据权利要求6所述的一种evtol飞行监管系统，其特征在于，所述摄像感知模块还包括外置存储模块、电源模块、显示控制终端，所述外置存储模块用于存储备份拍摄的航行内环境图像、航行外环境图像、空气温度与湿度数据，并将航行内环境图像、航行外环境图像、空气温度与湿度数据通过监管模块传输至飞控计算机和/或地面指挥系统；所述电源模块为摄像模块、环境参数检测模块供电；所述显示控制终端设置在evtol飞行器的驾驶舱内或设置在地面指挥系统，所述显示控制终端用于实时显示空气温度与湿度数据。
8.根据权利要求7所述的一种evtol飞行监管系统，其特征在于，所述航行外环境图像包括evtol飞行器的外表面图像以及evtol飞行器航行过程中周边外环境图像。9.根据权利要求1-5任一项所述的一种evtol飞行监管系统，其特征在于，所述监管模块包括设置在evtol飞行器的机舱内部的显示终端，所述显示终端用于实时显示冲突探测与避撞引导计算的结果、航行图像、航行周边环境数据。

技术总结
本发明公开了一种EVTOL飞行监管系统，基于双冗余异构的方式构建飞行监管系统，即使一侧模块出现问题，能够通过另一侧的模块保证整体监管系统的正常运行，提高了整体监管系统的可靠性与安全性；本发明通过航迹数据监测模块实时采集交互航行过程中EVTOL飞行器与EVTOL飞行器之间以及EVTOL飞行器与航行环境之间的航迹数据，进而通过防撞告警模块对航迹数据进行融合解算，进而实时判断航行过程中EVTOL飞行器是否发生冲突或碰撞，并将冲突探测与避撞引导计算的结果、航行图像、航行周边环境数据发送至飞控计算机和/或地面指挥系统，以对航行过程的实时情况进行反馈，进而通过航行过程的实时情况对EVTOL飞行器进行准确及时的监管，保障EVTOL飞行器能够安全顺利进行飞行作业。业。业。


技术研发人员：郎仁华 罗涛 王红彬
受保护的技术使用者：成都赫尔墨斯科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/14