主动着陆标记

相关申请的交叉引用

本申请要求2022年6月9日提交的名称为“ACTIVE LANDING MARKER”的印度临时申请202211033013号的优先权，该临时申请的内容全文并入本文。

背景技术

美国联邦航空管理局(FAA)已经批准了城市空中交通(UAM)操作的目视飞行规则(VFR)。精确着陆对于包括UAM/无人机/电动垂直起降(eVTOL)交通工具在内的所有飞行器而言至关重要。在VFR下，由用于UAM/无人机/eVTOL交通工具的基于标记着陆(MBL)引导的自主精确着陆需要晴朗的日光条件。对于MBL，使用具有独特图案的标记来标识着陆点并为交通工具着陆提供引导参考。独特图案的示例是科尔多瓦大学增强现实(ArUco)图案。

通常，不同尺寸和图案的印刷着陆标记在着陆点处相对于彼此定位。一旦交通工具的实时捕获图像的照相机捕获到着陆标记的图像并且身份被验证，交通工具就使用MBL算法来启动和控制下降到着陆点或着陆区。MBL算法提供由交通工具用来控制下降的实时位置估计。例如，基于着陆标记的图像，MBL算法可以使用北东地(NED)坐标系中的欧拉角和全球定位姿态航向参考系统(GPAHRS)传感器融合系统，以使得能够在实现交通工具的精确着陆时进行交通工具的垂直和水平校正。

精确着陆对于包括UAM/无人机/eVTOL交通工具在内的所有飞行器而言至关重要。对于这些类型的无人驾驶交通工具，由于不具有清楚地检测着陆标记的能力，因此在指定的着陆点执行精确着陆的能力受到阻碍。不能够清楚地检测着陆标记可能是由于环境条件，诸如黄昏、黎明、夜晚、烟雾、雾、雪、雨等。

此外，预期还将要求UAM操作与包括VFR和仪表飞行规则(IFR)的数字飞行规则(DFR)一起操作。DFR的目标是在所有能见度、全天候条件下向所有参与的交通工具操作者提供对空域的安全且无约束的访问，而不会招致IFR甚至VFR固有的操作灵活性限制。

出于上述原因以及对于本领域技术人员在阅读和理解本说明书后将变得明显的下述其他原因，需要可以在变化的环境条件期间使用的着陆标记。

发明内容

以下发明内容是以举例的方式而不是限制的方式作出的。提供发明内容的目的仅仅是有助于读者理解所述主题的一些方面。实施方案提供了一种生成可在不同环境条件期间被清楚地识别的独特图案的主动着陆标记。

在一个实施方案中，提供了一种包括壳体、盖板、标记板和能量源的主动着陆标记。盖板联接到壳体，盖板由偏振半透明材料制成。标记板定位在壳体内。标记板包括多个选择性定位的能量吸收部分和多个能量传输部分。能量源包含在壳体内。标记板定位在能量源与盖板之间。从能量源辐射的能量穿过标记板的多个能量传输部分并穿过盖板，从而生成具有独特标记图案的主动信号标记。主动信号标记在变化的环境条件期间帮助交通工具着陆。

在另一实施方案中，一种主动着陆标记包括壳体、盖板、标记板和至少一个能量源。盖板联接到壳体。盖板由偏振半透明材料制成。标记板定位在盖板与壳体之间。标记板包括多个选择性定位的能量吸收部分和多个能量传输部分。至少一个能量源定位成将能量引导到标记板。从能量源辐射的能量由标记板的能量吸收部分吸收并且由能量传输部分引导出盖板，以生成具有独特标记图案的主动信号标记。主动信号标记帮助交通工具着陆。

在又一实施方案中，提供了一种生成主动着陆标记的方法。方法包括在具有多个能量吸收部分和多个能量传输部分的标记板中形成独特图案；生成由能量吸收部分吸收并且从能量传输部分传输的能量；以及使所传输的能量偏振以利用所传输的能量限定独特图案，该独特图案在变化的环境条件期间帮助交通工具着陆。

附图说明

当根据具体实施方式和如下附图考虑时，本发明可以更容易地理解并且本发明的进一步的优点和用途将更为显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的示例性方面的主动着陆标记的框图；

图2图示了根据本发明的示例性方面的标记板的示例；

图3图示了根据本发明的示例性方面的主动着陆标记的另一框图；

图4图示了根据本发明的示例性方面的主动着陆标记的又一框图；

图5图示了根据本发明的示例性方面的主动着陆标记的再一框图；并且

图6图示了根据本发明的示例性方面的用于生成主动着陆标记的过程的流程图。

根据惯例，所描述的各种特征部未必按比例绘制，而是用于强调与本发明相关的特定特征部。参考符号在所有附图和正文中表示类似的元件。

具体实施方式

在下面的具体实施方式中，参照了附图，这些附图构成具体实施方式的一部分，并且在这些附图中，以说明的方式示出了可实施本发明的具体实施方案。对这些实施方案进行了充分详细地描述，以使本领域技术人员能够实施本发明，并且应当理解，可以利用其他实施方案并且可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下进行变化。因此，以下具体实施方式不是限制性的，并且本发明的范围仅由权利要求书以及其等同物限定。

如上所述，当前的着陆标记使用印刷标记。印刷着陆标记是被动标记，因为它们依赖于从标记反射的环境光来提供着陆标记的唯一标识符的标识。因此，当存在足够的环境光时，被动着陆标记通常仅可在白天着陆操作期间使用。

实施方案提供自含式主动着陆标记。主动着陆标记使得能够在所有能见度条件下使用交通工具的MBL系统，而不会招致IFR甚至VFR固有的操作灵活性限制。在实施方案中，来自能量源的辐射能量用于形成独特标记图案，该独特标记图案由交通工具用于在变化的环境条件下识别并执行交通工具的精确着陆。

在一个示例中，独特标记图案由标记板制成，该标记板包括吸收来自能量源的能量的吸收部分和辐射来自主动着陆标记的能量的能量传输部分。所辐射的能量由交通工具上的系统检测。由能量制造的图案标识相关联着陆点并为交通工具的MBL系统提供参考以帮助实现在着陆点处的精确着陆。

图1图示了示例性实施方案的主动着陆标记100的框图。主动着陆标记100包括壳体102。盖板104用于与壳体102一起形成封闭腔体105。在一个示例中，盖板104由半透明材料制成，该半透明材料辐射来自位于主动着陆标记100的腔体105内的能量源的能量110。在一个示例中，盖板104由偏振材料制成以仅在一个选定方向上辐射能量，从而帮助限定和识别由主动着陆标记100生成的独特图案。另外，在一个示例中，盖板104由半透明白色偏振材料制成。在再一示例中，盖板104由半透明琥珀色偏振材料制成。在又一实施方案中，盖板104由具有近红外(NIR)特性的半透明偏振材料制成，该半透明偏振材料响应于来自能量源的NIR辐射能量而发射NIR光。

如上所述，盖板可以包括偏振材料。在交通工具上的图像传感器(照相机)的视场中捕获的不期望的反射可能在试图识别着陆标记并实现MBL系统时产生问题。这可能例如由于从主动着陆标记100的明亮区域或浅色部分反射的明亮阳光而发生。盖板中的偏振材料解决了这个问题。在一个示例中，偏振材料包括线性偏振膜103，诸如但不限于二向色薄膜。在另一示例中，可以使用线栅偏振器。偏振材料吸收在除了一个平面(其偏振轴)之外的所有平面中振荡的入射光，从而产生线性偏振。随机偏振光源的线性偏振还可以将光源的强度降低百分之五十至百分之六十五。这使得偏振材料有效地使主动着陆标记100的照射区域的领域内的照射水平均匀。盖板104还可以包括防眩涂层107和耐刮擦覆盖物109中的一者。

图1所示的示例中的能量源是能量产生元件，诸如但不限于多个发光二极管(LED)111、112和113。在这个示例中，LED 111、112和113定位在壳体102的腔体105内。在LED示例中，LED 111、112和113联接到LED驱动器114以调节从电源118到一串或多串LED111、112和113的功率。

在一个示例中，不同的LED 111、112和113透射不同颜色的光。例如，LED 111可以被配置为透射白光，LED 112可以被配置为透射琥珀色光，并且LED 113可以被配置为透射红光或绿光或蓝光，或者可以是RGB光的组合。此外，在一个示例中，盖板104可以由半透明的白色或琥珀色聚碳酸酯或另一材料(如硬化玻璃)制成。

在图1中还图示了标记板200，在这个示例中，该标记板被接纳在壳体102的邻近盖板104的腔体105内。如图2中最佳图示的，标记板200限定了主动着陆标记100的独特图案202，该独特图案由交通工具用来识别位置，诸如着陆点，并为精确着陆提供参考。独特图案202由多个能量传输部分220和多个能量吸收部分240制成。在图1的示例中，能量传输部分220是允许从LED 113、112和111生成的能量穿过的半透明部分，并且能量吸收部分240由阻挡来自LED 113、112和111的光穿过的多个不透明部分制成。通过能量传输部分220传输的能量穿过包括偏振材料的盖板104。

在一个示例中，独特图案202是ArUco图案。标记板200的能量吸收部分240提供ArUco图案的二进制零，而能量传输部分220提供ArUco图案的二进制一。在一个示例中，交通工具中的着陆识别点系统基于检测到的ArUco图案来识别期望的着陆点，并且交通工具的MBL系统使用一个或多个主动着陆标记100的独特ArUco图案来实现交通工具的精确着陆。

在一个示例中，主动着陆标记100的标记板200的独特图案202被设计成改变的。在一个示例中，使用具有不同独特图案202的不同标记板200来仅替换当前标记板200。在另一示例中，标记板200可被设计成选择性地重新配置其独特图案。例如，标记板可以由选择性地阻挡或允许光透射的多个可调光玻璃部分或液晶板制成。在可调光玻璃部分示例中，将包括棒状纳米级颗粒的悬浮颗粒装置(SPD)悬浮在玻璃或塑料片之间的液体中。悬浮颗粒在没有电压的情况下被随机组织。随机组织的颗粒阻塞并吸收能量，使得该部分不透明。当施加电压时，悬浮颗粒排列成让能量穿过。在另一示例中，机械能吸收遮光器系统可用于修改标记板的选定部分以实现期望的独特图案202。

在标记板中包括可变部分的示例中，控制器120可用于选择性地将来自电源118的电压施加到选定部分，以在标记板200中产生期望的独特图案。控制器120可以与存储由控制器120实现的操作指令的存储器122通信。此外，控制器120可以与无线通信单元124通信。无线通信单元124可用于接收与标记板200中的期望的独特图案相关的远程操作信号，或向远程位置(诸如寻找着陆点或地面站的交通工具)广播当前独特图案。

一般来讲，控制器120可包括处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或等效的离散或集成逻辑电路中的任一者或多者。在一些示例性实施方案中，控制器120可包括多个部件，诸如一个或多个微处理器、一个或多个控制器、一个或多个DSP、一个或多个ASIC、一个或多个FPGA以及其他分立或集成逻辑电路的任何组合。归因于本文的控制器120的功能可具体体现为软件、固件、硬件或它们的任何组合。控制器120可以是系统控制器或部件控制器的一部分。存储器122可以包括计算机可读操作指令，该计算机可读操作指令在由控制器120执行时提供在标记板200中产生期望的独特图案的功能。可将计算机可读指令编码在存储器122内。存储器122是合适的非暂时性存储介质，包括任何易失性、非易失性、磁性、光学或电介质，诸如但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存存储器或任何其他存储介质。

还可以期望改变从主动着陆标记传输的能量的波长。这可能是由于环境条件的改变。在一个示例中，控制器120还可以充当开关，在LED 112或LED 111或LED 113之间切换以实现选定波长的期望辐射能量。可以使用改变辐射能量的波长的其他系统，包括但不限于通过遮光器系统滤波。对于给定的环境条件，来自主动着陆标记100的辐射能量110可以被设置在选定波长处。给定的环境条件可由一个或多个传感器126或通过经由无线通信单元124接收到的远程通信信号来确定。可以使用的传感器126的类型的示例包括但不限于光传感器、温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器等。

此外，在考虑当前可用环境光和眩光的示例中，可以电子地控制来自主动着陆标记100的辐射能量的发光度。这可以由控制器120利用来自至少一个传感器126的光通量传感器信号来实现。

在一个示例中，主动着陆标记100可以被配置为基于来自至少一个传感器126的光通量传感器输入端来辐射白光。在这个示例中，用白光光学地照射独特图案202的每个能量传输部分220。能量吸收部分240可以包括非反射黑色部分。可以利用光通量传感器输入端相对于环境光和眩光来电子地控制光的发光度。在清晰能见度环境条件或清晰目视气象条件(VMC)期间，白光可用于白天和夜晚着陆。交通工具可以使用用于MBL系统的低光电子光学照相机。

在另一示例中，黄光可以与主动着陆标记100一起使用。在一个示例中，滤波技术可用于所生成的白光和琥珀色光以辐射580nm波长的黄光。在仪表气象条件(IMC)下的低能见度着陆条件下，可以在白天和夜晚着陆期间使用黄光。

在另一示例中，多于一种颜色的光可以用于生成独特图案。在一个示例中，使用红色LED、蓝色LED、绿色LED或RGB颜色LED的组合。例如，标记板200可以利用标记板200的用特定颜色光源光学地照射的部分形成色度标签代码，这可以利用滤波和/或偏振技术或不同的LED 111、112和113来实现。这种配置可以用于在VMC下的清晰和低能见度着陆条件下的白天和夜晚着陆。主动着陆标记或一组主动着陆标记的颜色代码也为编码数据提供了更多选择，这提供了增强的安全要素。

在又一示例中，主动着陆标记100被设计成辐射NIR光谱中的能量。在一个示例中，使用滤波器和/或涂层以及偏振技术，用大于850nm波长的NIR光对独特图案的能量传输部分220进行光学照射。这种配置对于在仪表气象条件(IMC)下的极低能见度着陆条件下的夜晚着陆工作良好。交通工具将使用近红外照相机从主动着陆标记捕获独特图案。

除了LED之外的其他类型的能量源可以用于利用标记板200产生期望的独特图案。例如，加热源可用于生成远红外能量，诸如热表面远红外(FIR)能量，该远红外能量用于生成期望的独特图案。当在可见光难以检测的恶劣天气条件下使用时，这种类型的基于主动标记的着陆系统可能是有用的。

包括热源312以生成FIR能量的主动着陆标记300的示例在图3中图示。主动着陆标记300包括壳体302。盖板304用于与壳体302一起形成封闭腔体305。在一个示例中，盖板304由导热材料制成，该导热材料辐射来自位于主动着陆标记300的腔体305内的热源312的热能310。盖板304还可以包括耐刮擦覆盖物309。

在一个示例中，热源312是陶瓷筒式加热器。诸如热控制器的控制器320可以控制来自能量源322的能量以调节来自热源312的所生成FIR能量。这个示例还包括与热源312间隔开一定距离的热电冷却垫318。热电冷却垫318将热量从腔体305传递到壳体302的框架以调节该壳体中的腔体305内的温度，从而防止部件过热和一致的独特图案。诸如热控制器324的控制器324可以控制来自能量源322的能量以调节由热控制器324提供的热传递。

在一个示例中，使用包括导热材料的能量传输部分332和吸热材料的能量吸收部分334的标记板330，以生成由主动着陆标记300提供的独特图案。在另一示例中，热源312本身以期望的独特图案布置并且邻近盖板304定位，以生成穿过盖板304的独特图案。

图4图示了主动着陆标记400的另一示例。在这个示例中，在标记板430中利用冷部分产生独特图案。该独特图案可以用交通工具中的热图像捕获装置读取。主动着陆标记400包括用于冷却标记板430的选定能量传输部分432中的材料的热电冷却垫412。主动着陆标记400包括壳体402。盖板404用于与壳体402一起形成封闭腔体405。在一个示例中，盖板404由导热材料制成。热电冷却垫412位于主动着陆标记400的腔体405内。盖板404还可以包括耐刮擦覆盖物409。

标记板430包括导热材料制成的由热电冷却垫412冷却的能量传输部分432，以及吸热材料制成的能量吸收部分434，该能量吸收部分对热电冷却垫进行热曝晒(insolate)以生成由主动着陆标记400提供的独特图案。

在一个示例中，热源418被包括在主动着陆标记400的腔体405中以在需要时调节腔体405内的温度。诸如热控制器的控制器420可以控制来自能量源422的能量以调节由热源418生成的热。诸如热控制器的另外的控制器424可以控制来自能量源422的能量以调节热电冷却垫412的冷却。在另一示例中，可以使用单个控制器来控制热电冷却垫412和热源418两者。

上述图3和图4的示例提供了主动着陆标记300和400，该主动着陆标记提供了远红外/热辐射能量信号。主动着陆标记300和400的相应标记板330和430的每个部分332、334、432和434是热控制的。能量吸收部分334和434中的吸热材料是考虑到环境温度和其他变化而指定的高效热障。主动着陆标记300和400可在白天或夜晚在极低能见度条件下使用。交通工具将包括用于MBL的热感照相机。

图5中示出了主动着陆标记500的另一示例。在这个示例中，壳体502内是电源506和控制器504。在一个示例中，控制器504是选择性地向能量生成源510提供电力的简单开关。来自能量生成源510的辐射能量被投射或引导到由能量吸收部分534和能量反射部分532构造的具有独特图案的标记板530。能量吸收部分534吸收辐射能量514，而能量反射部分532反射辐射能量514。由偏振材料制成的盖520引导来自能量反射部分532的反射辐射能量515，以限定将由交通工具中的照相机成像系统检测到的独特图案。在一个示例中，外部能量生成源510定位在主动着陆标记500的拐角处。这种类型的主动着陆标记500在夜晚和低能见度条件期间提供独特图案的良好能见度。

参考图6，图示了主动着陆标记流程图600。流程图600作为一系列相继步骤而被提供。在其他实施方案中，序列可以按不同次序发生或甚至并行发生。因此，实施方案不限于图6所列的框的相继次序。

流程图600开始于框602，其中在标记板中形成独特图案。如上所述，独特图案由多个能量吸收部分和多个能量传输部分组成。制成该部分的材料取决于用于生成主动独特图案的能量信号的类型。独特图案是由交通工具的着陆识别系统识别的图案，并且交通工具的MBL系统使用独特图案中的一个或多个独特图案作为参考来实现交通工具的精确着陆。

主动着陆标记可以包括改变基于当前环境条件生成的能量信号的功能。在这个示例中，在框604处监视环境条件。这可以通过使用一个或多个传感器以及基于来自一个或多个传感器的信号来选择能量信号的控制器来完成。在另一实施方案中，通过无线通信单元从远程源提供当前环境条件。

在框606处生成能量。在一个示例中，能量的类型取决于环境条件。能量的类型可以基于最适于传送用于当前环境条件的独特图案的波长来选择。这可以例如通过在能量源之间切换或者在不同LED之间切换或者通过如上所述的滤波技术来完成。同样如上所述，在框(607)处，能量穿过能量传输部分或从能量传输部分反射并通过偏振材料的覆盖物，从而以独特图案辐射能量。

在框608处，确定是否需要新的独特图案。这可以基于经由无线通信单元在控制器处接收到的远程指令来实现。如果不需要新图案，则该过程在框604处继续监视环境条件。如果需要新的图案，则在框602处在标记板中形成新的独特图案。

示例性实施方案

实施例1是一种包括壳体、盖板、标记板和能量源的主动着陆标记。所述盖板联接到壳体，所述盖板由偏振半透明材料制成。所述标记板定位在所述壳体内。所述标记板包括多个选择性定位的能量吸收部分和多个能量传输部分。所述能量源包含在所述壳体内。所述标记板定位在所述能量源与所述盖板之间。从所述能量源辐射的能量穿过所述标记板的所述多个能量传输部分并穿过所述盖板，从而生成具有独特标记图案的主动信号标记。所述主动信号标记在变化的环境条件期间帮助交通工具基于标记的着陆。

实施例2包括根据实施例1所述的主动着陆标记，其中所述主动信号标记是ArUco标记，所述标记板的所述多个能量吸收部分提供ArUco标记的二进制零，并且所述多个能量传输部分提供ArUco标记的二进制一。

实施例3包括根据实施例2所述的主动着陆标记，其中所述标记板的所述多个能量吸收部分和所述多个能量传输部分形成ArUco标记图案。

实施例4包括根据实施例1至3中任一项所述的主动着陆标记，其中所述标记板的所述多个能量吸收部分是非反射黑色部分。

实施例5包括根据实施例1至3中任一项所述的主动着陆标记，其中所述盖板的所述偏振半透明材料是半透明白色偏振材料，所述半透明白色偏振材料被配置为响应于所述能量源的辐射能量而发射白光。

实施例6包括根据实施例1至3中任一项所述的主动着陆标记，其中所述盖板的所述偏振半透明材料是半透明琥珀色偏振材料，所述半透明琥珀色偏振材料被配置为响应于来自所述能量源的辐射能量而发射琥珀色光。

实施例7包括根据实施例1至3中任一项所述的主动着陆标记，其中所述盖板的所述偏振半透明材料是半透明NIR偏振材料，所述半透明NIR偏振材料被配置为响应于来自所述能量源的辐射能量而发射NIR光。

实施例8包括根据实施例1至7中任一项所述的主动着陆标记，其中所述能量源包括来自NIR光源和LED光源中的一者的光源。

实施例9包括根据实施例1至8中任一项所述的主动着陆标记，其中所述盖板还包括防眩涂层和耐刮擦涂层中的至少一者。

实施例10包括根据实施例1至4中任一项所述的主动着陆标记，其中所述盖板包括导热和隔热材料，并且其中所述能量源包括来自加热源和冷却源中的一者的热源。

实施例11包括根据实施例10中任一项所述的主动着陆标记，其中所述能量源包括通过所述盖板生成远红外(FIR)能量信号的热能量源以及热电冷却垫中的至少一者。

实施例12包括根据实施例1至11中任一项所述的主动着陆标记，其中所述标记板可重新配置为改变所述主动信号标记的所述独特图案。

实施例13包括一种包括壳体、盖板、标记板和至少一个能量源的主动着陆标记。所述盖板联接到所述壳体。所述盖板由偏振半透明材料制成。所述标记板定位在所述盖板与所述壳体之间。所述标记板包括多个选择性定位的能量吸收部分和多个能量传输部分。所述至少一个能量源定位成将能量引导到所述标记板。从所述至少一个能量源辐射的能量由所述标记板的所述多个能量吸收部分吸收，并且由所述多个能量传输部分引导出所述盖板，以生成具有独特标记图案的主动信号标记。所述主动信号标记帮助交通工具着陆。

实施例14包括根据实施例13所述的主动着陆标记，其中所述至少一个能量源定位在所述壳体和所述壳体外部中的一者中。

实施例15包括根据实施例13至14中任一项所述的主动着陆标记，其中所述多个能量传输部分是允许能量穿过的多个能量传输部分和反射能量的多个能量反射部分中的一者。

实施例16包括根据实施例13至15中任一项所述的主动着陆标记，所述主动着陆标记还包括电源和控制器。所述电源用于为所述能量源提供动力以生成所述能量。所述控制器用于选择性地将所述电源联接到所述至少一个能量源以选择性地生成所述能量。

实施例17包括根据实施例16所述的主动着陆标记，所述主动着陆标记还包括存储器、无线通信单元和至少一个传感器。所述存储器用于存储由所述控制器实现的操作指令。所述无线通信单元与所述控制器通信。所述至少一个传感器用于感测环境条件。所述控制器被配置为基于来自所述至少一个传感器的至少传感器数据和所存储的操作指令来控制所述能量源。

实施例18包括一种生成主动着陆标记的方法。所述方法包括在具有多个能量吸收部分和多个能量传输部分的标记板中形成独特图案；生成由所述能量吸收部分吸收并且从所述能量传输部分传输的能量；以及使所传输的能量偏振以利用所传输的能量限定所述独特图案，所述独特图案在变化的环境条件期间帮助交通工具着陆。

实施例19包括根据实施例18所述的方法，所述方法还包括基于当前环境条件来改变所生成的能量。

实施例20包括根据实施例18至19中任一项所述的方法，所述方法还包括改变所述标记板中的所述独特图案。

尽管本文已说明和描述了特定实施方案，但本领域的普通技术人员将认识到，经计算以实现相同目的的任何布置可替代所展示的特定实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何修改或变型。因此，显而易见的是，本发明仅受权利要求书以及其等同物所限制。