BRPI0914088B1 - sistema de direcionamento de um veículo aéreo não tripulado em fase de aproximação de uma plataforma em vista de sua aterrissagem - Google Patents

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Abstract

sistema de direcionamento de um veículo aéreo não tripulado em fase de aproximação de uma plataforma em vista de sua aterrissagem a presente invenção revela um sistema de direcionamento de um veículo aéreo não tripulado em fase de aproximação de uma plataforma em particular naval em vista de sua aterrissagem,plataforma é dotada de uma instalação de indicador de inclinação de descida, que emite um leque (2) de feixes óticos de direcionamento sobre um setor angular predeterminado a partir da horizontal e pelo fato de que o veículo aéreo não tripulado é dotado de uma câmera (6) de aquisição de feixe, conectada a meios (7) de análise de imagens e a meios (8) de cálculo de ordens de comando destinadas a meios (9) de pilotagem automática do veículo aéreo não tripulado, a fim de fazê-lo seguir os feixes de direcionamento.

Description

“SISTEMA DE DIRECIONAMENTO DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO EM FASE DE APROXIMAÇÃO DE UMA PLATAFORMA EM VISTA DE SUA ATERRISSAGEM”
Campo da Invenção [001] A presente invenção trata de um sistema de direcionamento de um veículo aéreo não tripulado em fase de aproximação de uma plataforma.
Antecedentes da Invenção [002] Mais particularmente, a presente invenção trata de um sistema de direcionamento de um veículo aéreo não tripulado em fase de aproximação de uma plataforma, por exemplo, naval, em particular em vista de sua aterrissagem.
[003] Sabe-se que esse problema de direcionamento é um problema crucial que têm tido repercussões há já vários anos.
[004] De fato, já foram propostas soluções de direcionamento para esse tipo de aplicações à base de tecnologias GPS ou radar.
[005] Entretanto, quando se trata da aplicação particular a uma plataforma naval, esses sistemas requerem o controle dessa plataforma e em particular o conhecimento de seus movimentos e de seus equipamentos.
[006] Soma-se a esses problemas uma dificuldade para garantir a recuperação do veículo aéreo não tripulado, quando a posição desse veículo aéreo não tripulado é frequentemente medida com GPS cuja disponibilidade não está garantida a todo momento em virtude dos saltos de constelação, dos trajetos múltiplos, ou ainda das interferências, etc.
[007] A finalidade da presente invenção é, portanto, resolver esses problemas.
Descrição da Invenção [008] Para esse fim, a presente invenção tem por objeto um
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2/9 sistema de direcionamento de um veículo aéreo não tripulado em fase de aproximação de uma plataforma, em particular naval, em vista de sua aterrissagem, caracterizado pelo fato de que a plataforma é dotada de uma instalação de indicador de inclinação de descida, que emite um leque de feixes óticos de direcionamento sobre um setor angular predeterminado a partir da horizontal e pelo fato de que o veículo aéreo não tripulado é dotado de uma câmera de aquisição do feixe, conectada a meios de análise de imagens e a meios de cálculo de ordens de comando destinadas aos meios de pilotagem automática do veículo aéreo não tripulado, a fim de fazê-lo seguir os feixes de direcionamento.
[009] De acordo com outros aspectos da presente invenção, o sistema de direcionamento compreende uma ou mais das seguintes características:
- o leque de feixes de direcionamento comporta três feixes de cores diferentes justapostos em elevação a partir da horizontal,
- o primeiro feixe é de cor vermelha, o segundo feixe de cor verde e o terceiro feixe de cor amarela,
- o primeiro feixe apresenta um ângulo de abertura em elevação de 4°, o segundo de 2° e o terceiro de 8°,
- os feixes apresentam um ângulo de abertura em azimute de 30°,
- os feixes estão divididos em azimute em um primeiro setor angular a bombordo de 27° e em um segundo setor angular de 3° a estibordo do primeiro setor bombordo,
- no primeiro setor angular bombordo, o feixe vermelho pisca com um período de 1 segundo, o feixe verde não pisca e o feixe amarelo pisca com um período de 2 segundos, enquanto no segundo setor angular estibordo todos os feixes piscam com um período de 0,5 segundo,
- os meios de análise de imagens são adaptados para emitir para
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3/9 os meios de cálculo de informações de cor do feixe e de setor a partir do período de pisca-pisca desse feixe, percebidas pela câmera e os meios de cálculo das ordens de comando dos meios de pilotagem automática do veículo aéreo não tripulado são adaptados para estabelecer as velocidades longitudinais Vx, lateral Vy e ascensional Vz deste último, de acordo com as seguintes relações:
- se a cor do feixe percebido for vermelha, nesse caso Vx =Vcruzeiro* 0,22 e Vz=Vzmax, sendo Vcruzeiro a velocidade de cruzeiro do veículo aéreo não tripulado e Vzmax sua velocidade ascensional máxima, e essas velocidades são predeterminadas em m/s:
- se a cor do feixe percebido for verde, nesse caso Vx = Vcruzeiro* 3/5 e Vz=Vzmax
- se a cor do feixe percebido for amarela, nesse caso Vx=Vcruzeiro* 3/5 e Vz=-Vzmax, e
- nenhum feixe for percebido, nesse caso Vx= 0 e Vz =Vzmax e,
- se o setor percebido for o primeiro setor bombordo, nesse caso Vy=-2
- se o setor percebido for o segundo setor estibordo, nesse caso Vy = 7, e
- se nenhum setor for percebido, nesse caso Vy = 0,
- os meios de cálculo são adaptados para levar em conta a velocidade de deslocamento da plataforma, e
- a plataforma é um navio de superfície e a instalação de indicação de inclinação de descida é estabilizada em oscilação transversal e em oscilação longitudinal nesse navio.
Descrição Resumida dos Desenhos [0010] A presente invenção será mais bem entendida por meio da
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4/9 descrição a seguir dada exclusivamente a título de exemplo e feita em relação aos desenhos anexos nos quais:
- a figura 1 representa uma plataforma naval dotada de uma instalação de indicador de inclinação de descida que entra na constituição de um sistema de direcionamento de acordo com a presente invenção,
- a figura 2 representa um leque de feixes óticos emitidos por essa instalação,
- as figuras 3, 4 e 5 ilustram a trajetória ideal a ser seguida por um veículo aéreo não tripulado durante seu direcionamento, e
- a figura 6 mostra um esquema sinótico que ilustra diferentes meios integrados em um veículo aéreo não tripulado para realizar esse monitoramento.
Descrição de Realizações da Invenção [0011] A figura 1 ilustra, de fato, um sistema de direcionamento de um veículo aéreo não tripulado em fase de aproximação de uma plataforma, em particular naval.
[0012] Essa plataforma é designada pela referência geral 1 nessa figura e apresenta, por exemplo, na parte posterior uma zona de aterrissagem do veículo aéreo não tripulado.
[0013] De fato, essa plataforma é dotada de uma instalação de indicador de inclinação de descida, que emite um leque de feixes óticos de direcionamento, sobre um setor angular predeterminado a partir da horizontal.
[0014] O veículo aéreo não tripulado, por sua vez, é dotado de uma câmera de aquisição de feixes, conectada a meios de análise de imagens e a meios de cálculo de ordens de comando destinadas a meios de pilotagem automática desse veículo aéreo não tripulado, a fim de fazer com que ele siga os feixes de direcionamento.
[0015] Nessa figura 1, o leque de feixes óticos de direcionamento
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5/9 é designado pela referência geral 2.
[0016] De fato, o leque de feixes de direcionamento pode comportar três feixes de cores diferentes justapostas em elevação a partir da horizontal como, por exemplo, os feixes designados pelas referências 3, 4 e 5 respectivamente nessa figura 1.
[0017] O primeiro feixe 3 pode então ser de cor vermelha, o segundo feixe 4 de cor verde e o terceiro feixe 5 de cor amarela.
[0018] Além disso, o primeiro feixe pode apresentar um ângulo de abertura em elevação de 4°, o segundo de 2° e o terceiro de 8°.
[0019] Esses feixes podem igualmente apresentar um ângulo de abertura em azimute de 30°, e esses feixes estão divididos em azimute, em um primeiro setor angular bombordo de 27° e em um segundo setor angular de 3° a estibordo do primeiro setor bombordo.
[0020] Além disso, os feixes, nos diferentes setores assim definidos, podem igualmente piscar em diferentes períodos.
[0021] É assim, por exemplo, que no primeiro setor angular bombordo o feixe vermelho pode piscar com um período de 1 segundo, o feixe verde não pisca, ao passo que o feixe amarelo pode piscar com um período de 2 segundos.
[0022] No segundo setor angular estibordo, todos os feixes piscam com um período de 0,5 segundo.
[0023] Isso está esquematizado na figura 2 em que se reconhece o efeito dos primeiro, segundo e terceiro feixes respectivamente 3, 4 e 5 de cores vermelho, verde e amarela respectivamente.
[0024] Essa figura 2 ilustra igualmente a abertura em azimute de 30° desses feixes com o primeiro setor de 27° e o segundo setor de 3°.
[0025] Constata-se então, como ilustram as figuras 3, 4 e 5, que é possível definir uma trajetória ideal do veículo aéreo não tripulado em
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6/9 aproximação da plataforma, fazendo-o acompanhar um trilho tal como ilustrado em traço mais forte, nessas figuras, na junção entre os setores bombordo e estibordo dos segundo e terceiro feixes óticos.
[0026] Para esse fim, o veículo aéreo não tripulado é dotado como ilustra a figura 6, de uma câmera de aquisição de feixes designada pela referência geral 6 nessa figura, cuja saída está conectada a meios de análise de imagens designados pela referência geral 7.
[0027] Esses meios de análise estão por sua vez conectados a meios de cálculo de ordens de comando destinados a meios de pilotagem automática do veículo aéreo não tripulado, a fim de fazer com que ele siga os feixes de direcionamento, e os meios de cálculo de ordens são designados pela referência geral 8 e os meios de pilotagem automática do veículo aéreo não tripulado são designados pela referência geral 9.
[0028] Constata-se então que essa cadeia permite que meios de análise de imagens emitam para os meios de cálculo informações de cor do feixe e de setor determinado a partir do período em que ele pisca tais como percebida pela câmera, de modo que os meios de cálculo das ordens de comando dos meios de pilotagem automática do veículo aéreo não tripulado estabeleçam velocidades longitudinal Vx, lateral Vy e ascensional Vz desse veículo aéreo não tripulado.
[0029] O algoritmo de cálculo dessas diferentes velocidades pode então ser o seguinte.
[0030] Se a cor do feixe percebido for vermelha, nesse caso Vx = Vcruzeiro*0.22 e Vz = Vzmax, sendo Vcruzeiro a velocidade de cruzeiro do veículo aéreo não tripulado e Vzmax sua velocidade ascensional máxima, e essas velocidades estão predeterminadas em metro/segundo, por exemplo, pelo construtor do veículo aéreo não tripulado.
[0031] Em compensação, se a cor do feixe percebido for verde,
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7/9 nesse caso Vx = Vcruzeiro*3/5 e Vz = Vzmax.
[0032] Finalmente, se a cor do feixe percebido for amarela, nesse caso Vx = Vcruzeiro*3/5 e Vz = -Vzmax.
[0033] Em compensação, se nenhum feixe for percebido, nesse caso Vx = 0 e Vz = -Vzmax.
[0034] Da mesma forma, se o setor percebido for o primeiro setor bombordo, nesse caso Vy = -2 e se o setor percebido for o segundo setor estibordo, nesse caso Vy = 7.
[0035] Se nenhum setor for estabelecido, nesse caso Vy é estabelecido em 0.
[0036] Constata-se então que essas ordens de pilotagem permitem que o veículo aéreo não tripulado acompanhe, com uma precisão mais ou menos grande a trajetória ideal tal como definida anteriormente.
[0037] Deve-se notar igualmente que no caso da plataforma ser um navio tal como, por exemplo, um navio de superfície, a instalação de indicador de inclinação de descida é então estabilizada em oscilação transversal e em oscilação longitudinal de modo convencional.
[0038] Da mesma forma, os meios de cálculo podem ser adaptados para levar em conta a velocidade de deslocamento da plataforma para melhorar ainda mais a precisão do acompanhamento da trajetória.
[0039] Constata-se então que nesse sistema, esses meios permitem observar o indicador de inclinação de descida piscar através da câmera do veículo aéreo não tripulado e dar ordens de velocidades longitudinal e lateral ao veículo aéreo não tripulado para que ele siga a zona de transição das frequências desse indicador de inclinação de descida como um trilho de descida a ser mantido.
[0040] A trajetória realizada pode ser aproximada da de um helicóptero que se aproxima para que os controles visuais de segurança sejam
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8/9 idênticos para o oficial aeronáutico embarcado, por exemplo, a bordo da plataforma.
[0041] Esse sistema é então inteiramente ótico e permite recuperar um veículo aéreo não tripulado em uma zona em que o sinal GPS possa eventualmente sofrer interferências deliberadamente ou de uma forma ou de outra, tornando indisponível, até o alcance ótico desse indicador de inclinação de descida.
[0042] Em caso de perda definitiva de ligação entre a plataforma e o veículo aéreo não tripulado ou ainda de interferência do GPS, e se o veículo aéreo não tripulado estiver fora de alcance ótico, a plataforma pode então se deslocar para ir buscá-la emitindo o leque de feixes na direção estimada desse veículo aéreo não tripulado.
[0043] No caso da instalação de indicador de inclinação de descida estar estabilizada em oscilação transversal e em oscilação longitudinal, a trajetória desse veículo aéreo não tripulado é igualmente independente da oscilação transversal e da oscilação longitudinal da plataforma e seguindo o trilho de descida, o veículo aéreo não tripulado recupera então o movimento de ziguezague do navio.
[0044] De modo geral, pode-se estimar que em última análise a inclinação ideal de descida pode ser estabelecida em 4°.
[0045] Esse sistema permite então direcionar um veículo aéreo não tripulado de um ponto de encontro fixado em altitude e longe atrás da plataforma, na medida em que a instalação de indicador de inclinação de descida pode ter um alcance de 1,5 NM até um ponto em que o veículo aéreo não tripulado passa a depender de um sensor de aterrissagem de precisão curto alcance.
[0046] Essa instalação permite igualmente trazer de volta o veículo aéreo não tripulado sem ligação, por exemplo, rádio frequência.
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9/9 [0047] Deve-se também notar que uma melhora da precisão de direcionamento pode ser conferida de modo significativo quando os meios de cálculo levarem em conta a velocidade de deslocamento da plataforma.
[0048] De fato, o erro em relação ao trilho de direcionamento ótimo é então mais estável.
[0049] Isso permite reduzir o procedimento de aterrissagem, pois o veículo aéreo não tripulado segue um caminho muito mais direto e oscila menos em torno do trilho.
[0050] De fato, deve-se igualmente observar que a frequência de aquisição e de tratamento do leque de feixes desempenha um papel muito importante na precisão do direcionamento.
[0051] Simulações validaram um direcionamento de um veículo aéreo não tripulado até uma distância de 20 metros na parte posterior de uma fragata com força do mar 5 com uma vaga de 45° por detrás, com o veículo aéreo não tripulado efetuando sua aproximação a mais de 5 metros por segundo.
[0052] Constata-se então que este sistema apresenta um certo número de vantagens em relação às estruturas já conhecidas do estado da técnica.
[0053] É evidente que embora o exemplo de realização descrito como a implantação de uma instalação desse tipo sobre uma plataforma naval, o sistema de acordo com a presente invenção pode igualmente ser aplicado a qualquer outra plataforma de aterrissagem e que a instalação de indicador de inclinação de descida pode igualmente ser constituída por um módulo móvel que pode ser instalado de modo provisório e temporário sobre uma plataforma naval ou sobre qualquer outra plataforma tal como, por exemplo, uma plataforma terrestre de aterrissagem.

Claims (5)

  1. Reivindicações
    1. SISTEMA DE DIRECIONAMENTO DE UM VEÍCULO
    AÉREO NÃO TRIPULADO EM FASE DE APROXIMAÇÃO DE UMA PLATAFORMA (1) EM VISTA DE SUA ATERRISSAGEM, tendo uma câmera (6), conectada a meios de análise de imagens (7) e a meios de cálculo (8) de ordens de comando destinadas a meios de pilotagem automática (9) do veículo aéreo não tripulado, em que a câmera (6), os meios de análise (7) e os meios de cálculo (8) são instalados no veículo aéreo não tripulado;
    caracterizado pelo sistema de direcionamento ser destinado a equipar uma plataforma naval (1) formada por um navio de superfície;
    em que o sistema de direcionamento é dotado de uma instalação de indicador de inclinação de descida instalado na plataforma naval (1), a instalação de indicador de inclinação de descida sendo estabilizada em oscilação transversal e em oscilação longitudinal sobre o navio de superfície e emitindo um leque (2) de feixes óticos de direcionamento sobre um setor angular predeterminado a partir da horizontal, em que:
    o leque (2) de feixes de direcionamento comporta três feixes (3, 4, 5) de cores diferentes justapostos em elevação a partir da horizontal;
    os feixes (3, 4, 5) apresentando um ângulo de abertura em azimute de 30°;
    em que os feixes (3, 4, 5) estão divididos em azimute em um primeiro setor angular a bombordo de 27° e em um segundo setor angular a estibordo de 3°;
    no primeiro setor angular, o primeiro feixe (3) pisca com um primeiro período, o segundo feixe (4) não pisca e o terceiro feixe (5) pisca com um segundo período diferente do primeiro período, ao passo que no segundo setor angular, todos os feixes (3, 4, 5) piscam com um terceiro período diferente dos primeiro e segundo períodos;
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  2. 2/3 a câmera (6) é uma câmera de aquisição de feixe, e é conectada aos meios de análise de imagens (7) e aos meios de cálculo (8) de ordens de comando, a fim de fazer o veículo aéreo não tripulado seguir os feixes de direcionamento;
    os meios (7) de análise de imagens são adaptados para emitir para os meios de cálculo (8) informações de cor do feixe (3, 4, 5) e de setor determinado a partir do período de pisca-pisca do feixe (3, 4, 5), percebidos pela câmera (6), e em que os meios de cálculo (8) das ordens de comando dos meios de pilotagem automática (9) do veículo aéreo não tripulado são adaptados para estabelecer velocidades longitudinal Vx, lateral Vy e ascensional Vz do veículo aéreo não tripulado de acordo com as seguintes relações:
    - se a cor do feixe percebido for a do primeiro feixe (3), nesse caso Vx =Vcruzeiro*0,22 e Vz=Vzmax, sendo Vcruzeiro a velocidade de cruzeiro do veículo aéreo não tripulado e Vzmax sua velocidade ascensional máxima, as velocidades sendo predeterminadas em m/s:
    - se a cor do feixe percebido for a do segundo feixe (4), nesse caso Vx = Vcruzeiro* 3/5 e Vz=Vzmax;
    - se a cor do feixe percebido for a do terceiro feixe (5), nesse caso Vx=Vcruzeiro* 3/5 e Vz=-Vzmax, e
    - se nenhum feixe (3, 4, 5) for percebido, nesse caso Vx= 0 e Vz =-Vzmax
    - se o setor percebido for o primeiro setor a bombordo, nesse caso Vy=-2;
    - se o setor percebido for o segundo setor a estibordo, nesse caso Vy = 7; e
    - se nenhum setor for percebido, nesse caso Vy = 0.
    2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado
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  3. 3/3 pelo fato de que o primeiro feixe (3) é de cor vermelha, o segundo feixe (4) é de cor verde e o terceiro feixe (5) é de cor amarela.
    3. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro feixe (3) apresenta um ângulo de abertura em elevação de 4°, o segundo feixe (4) de 2° e o terceiro feixe (5) de 8°.
  4. 4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no primeiro setor angular a bombordo, o primeiro feixe (3) pisca durante um período de 1 segundo, o segundo feixe (4) não pisca e o terceiro feixe (5) pisca com um período de 2 segundos, ao passo que no segundo setor angular a estibordo todos os feixes (3, 4, 5) piscam com um período de 0,5 segundo.
  5. 5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios de cálculo (8) são adaptados para levar em conta a velocidade de deslocamento da plataforma (1).
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