用于监测无人驾驶飞行器的状态的系统和方法
阅读：442发布：2020-05-12
专利汇可以提供用于监测无人驾驶飞行器的状态的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且监测无人驾驶 飞行器 状态的系统，其具有：第一通信单元；第二通信单元；用于传输飞行器的状态数据的状态传输单元；用于接收控制命令的接收单元；用于验证飞行器状态的计算单元；以及外部的控制与监测单元，其与计算单元连接并且具有输入装置。计算单元被配置成用于：实现飞行器的仿真模型，通过由模型误差校正项适配仿真模型的函数元素来使仿真状态向量追踪先前测量的飞行状态数据的子集，以及监测模型误差校正项的曲线，并且在模型误差校正项超出预先规定的区间极限时，将警告 信号 发送到控制与监测单元。控制与监测单元还被配置成用于：在接收到警告信号时向用户发出警告提示；显示飞行器的飞行状态数据；以及将控 制模 式改变为由用户直接控制。，下面是用于监测无人驾驶飞行器的状态的系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于监测无人驾驶飞行器的状态的系统(2)，所述系统具有：
-第一通信单元(15)，
-第二通信单元(17)，所述第二通信单元能够整合到所述飞行器(4)中，
-状态传输单元(10)，所述状态传输单元能够整合到所述飞行器(4)中，用于传输所述飞行器(4)的状态数据，
-计算单元(6)，所述计算单元与所述飞行器(4)相关联，用于验证所述飞行器(4)的状态，以及
-外部的控制与监测单元(8)，所述控制与监测单元与所述计算单元(6)连接，所述控制与监测单元具有输入装置，
其中所述计算单元(6)被配置成用于：
-实现所涉及的飞行器(4)的仿真模型，其中所述仿真模型基于对具有仿真状态向量的方程组的数值积分，
-通过由至少一个模型误差校正项逐步地适配所述仿真模型的至少一个函数元素(46，
48，50，54，59，62)来反复地使所述仿真状态向量追踪先前测量的飞行状态数据的至少一个子集，以及
-监测所述至少一个模型误差校正项的曲线，并且在所述模型误差校正项一次或反复地超出预先规定的区间极限时，将警告信号发送到所述控制与监测单元(8)，其中所述控制与监测单元(8)被配置成用于：在接收到警告信号时立即向用户(30)发出警告提示；连续地显示由所述状态传输单元传输的所述飞行器(4)的飞行状态数据；以及通过将对应的切换命令发送到所述飞行器(4)来将所述飞行器(4)的控制模式改变为由所述用户(30)直接控制。
2.根据权利要求1所述的系统(2)，其中所述至少一个函数元素(46，48，50，54，59，62)具有递归的滤波算法，所述滤波算法能够受所述模型误差校正项影响。
3.根据权利要求1或2所述的系统(2)，其中所述至少一个函数元素(46，48，50，54，59，
62)具有卡尔曼滤波器。
4.根据以上权利要求之一所述的系统(2)，其中所述控制设备是内部控制设备。
5.根据权利要求1至3之一所述的系统(2)，其中所述控制设备是外部控制设备，并且其中所述外部控制设备被设计成通过通信单元接收所述飞行器(4)的状态数据。
6.根据权利要求5所述的系统(2)，
其中所述计算单元(6)被配置成用于对所述通信装置以及与所述通信装置联接的装置的固有的时间延迟进行仿真。
7.根据以上权利要求之一所述的系统(2)，
所述系统具有多个计算单元(6)，所述多个计算单元分别与一个独立的飞行器相关联并且共同与单一的控制与监测单元(8)联接。
8.根据权利要求7所述的系统(2)，
其中所述控制与监测单元(8)具有显示装置，并且
其中所述控制与监测单元(8)被配置成用于当飞行器(4)表现出不期望的行为时至少将所涉及的飞行器(4)的飞行状态数据在所述显示装置上光学地置于前景中。
9.根据以上权利要求之一所述的系统(2)，
其中所述飞行状态数据从一组飞行状态数据中选出，所述组具有：
-平移的和旋转的加速度，
-系统状态数据，
-位置数据，以及
-姿态角。
10.一种用于监测无人驾驶飞行器的状态的方法，所述方法具有以下步骤：
-通过在计算单元(6)中将具有仿真状态向量的方程组进行数值积分来实现所涉及的飞行器(4)的仿真模型，
-通过由至少一个模型误差校正项逐步地适配所述仿真模型的至少一个函数元素(46，
48，50，54，59，62)来反复地使所述仿真状态向量追踪先前测量的飞行状态数据的至少一个子集，
-监测所述至少一个模型误差校正项的曲线，并且在检测到所述模型误差校正项一次或反复地超出预先规定的区间极限时，将警告信号发送到所述控制与监测单元(8)，以及-在接收到警告信号时在与所述计算单元(6)联接的控制与监测单元(8)处发出警告提示；连续地显示由位于所涉及的飞行器(4)中的状态传输单元发送的所述飞行器(4)的飞行状态数据；以及通过将对应的切换命令发送到位于所述飞行器(4)中的通信单元(17)来将所述飞行器(4)的控制模式改变为由用户直接控制。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中适配所述至少一个函数元素(46，48，50，54，59，62)具有以下步骤：执行递归的滤波算法，所述滤波算法能够受所述至少一个模型误差校正项影响。
12.根据权利要求10或11所述的方法，
其中所述至少一个函数元素(46，48，50，54，59，62)具有卡尔曼滤波器。
用于监测无人驾驶飞行器的状态的系统和方法
技术领域
背景技术
[0002] 对飞行器进行认证的机构(例如EASA)在无人驾驶飞行器的民用准入法规的草案中提出要求，每台飞行器必须由责任飞行员控制。这与该飞行员在飞机的驾驶舱中还是在地面上位于地面控制站中无关。通过地面控制站控制飞行器的飞行员可以通过对应的数据链接将控制命令发动到飞行器并且同时监测飞行器。
发明内容
[0003] 在考虑所提到的法规的情况下，利用现有技术的装置监测并且控制多台无人驾驶飞行器只有借助同样多的地面控制站才能实现。这可能导致飞行员的数量相当多，这些飞行员分别监测并且控制单一飞行器。
[0004] 因此，本发明的目的在于，提出一种系统，该系统允许以所规定的可靠性和安全性来监测并且控制多个无人驾驶飞行器，而无需同样多的飞行员。
[0006] 提出一种用于监测无人驾驶飞行器的状态的系统，所述系统具有：第一通信单元；第二通信单元，所述第二通信单元能够整合到所述飞行器中；状态传输单元，所述状态传输单元能够整合到所述飞行器中，用于传输所述飞行器的状态数据；计算单元，所述计算单元与所述飞行器相关联，用于监测所述飞行器的状态；以及外部的控制与监测单元，所述控制与监测单元与所述计算单元连接，所述控制与监测单元具有输入装置，其中所述计算单元被配置成用于：实现所涉及的飞行器的仿真模型，其中所述仿真模型基于对具有仿真状态向量的方程组的数值积分，接收所述状态传输单元的飞行状态数据，通过由至少一个模型误差校正项逐步地适配所述仿真模型的至少一个函数元素来反复地使所述仿真状态向量追踪先前测量的飞行状态数据的至少一个子集，以及监测所述至少一个模型误差校正项的曲线，并且在所述模型误差校正项一次或反复地超出预先规定的区间极限时，将警告信号发送到所述控制与监测单元，其中所述控制与监测单元被配置成用于：在接收到警告信号时立即向用户发出警告提示；连续地显示由所述状态传输单元发送的所述飞行器的飞行状态数据；以及通过将对应的切换命令发送到所述飞行器来将所述飞行器的控制模式改变为由所述用户直接控制。
[0007] 在此，根据本发明的系统还允许通过一个单一的控制与监测单元监测多个无人驾驶飞行器，该控制与监测单元由单一飞行员操纵。然而还为每个飞行器提供由用户自主、独立且直接地控制并且监测的可能性。在此，飞行器与飞行员的数量比率例如可能通过实际系统误差率和误报率的最差情况来定义。可能合适的是，通过根据本发明的系统监测一组最多5个、10个、20个或50个飞行器，其中仅存在一个单一的控制与监测单元。
[0008] 通过根据本发明的系统，控制与监测单元可以在检测到非常规状况(该非常规状况导致用于仿真模型追踪的耗费突然增加)时立即指向或聚焦于所涉及的飞行器。该系统基本上基于三个核心部件，这些核心部件被称为状态发送单元、计算单元以及控制与监测单元。这些核心部件将在下文中关于其功能进行阐述。
[0009] 在这一点上应注意的是，飞行器配备有适合于执行受控飞行的装置。其中尤其可能包括产生推力的装置、一个或多个产生升力的装置以及呈控制襟翼等形式的用于影响空气动力的装置。此外，还可能存在至少一个内部调节单元，该内部调节单元能够将所接收的控制命令直接转换成对这些装置的影响。还可以存在至少一个通信单元，利用该通信单元可以使飞行器与外部装置通信。经此既可以接收控制命令也可以传输状态数据。
[0010] 计算单元可以是完全被整合到飞行器中的内部计算单元。在特殊情况下，计算单元可能能够通过响应于外部控制命令至少部分地控制飞行器并且为此被整合到飞行器的控制或调节过程中。这些控制命令可以以不同的层级表达。可设想的是，通过计算单元例如仅预先规定飞行路径或飞行路线，使得飞行器通过对调节单元的适当控制来自主地采取该飞行路径或飞行路线。然而，在特殊情况中，计算单元还可能执行直接的控制命令，这些控制命令直接导致当前飞行状态的改变。然而，这些功能还可能仅存在于另一个装置(例如所提到的调节单元)中，使得计算单元专用于实现仿真模型以及与该仿真模型相关的可能的功能。
[0011] 状态传输单元应理解为飞行器机载的装置，该装置尤其可以将传感器数据传输至计算单元或传输至控制与监测单元。传输可以由上文提到的通信单元实施。在此，状态传输单元尤其可以与第二通信单元相连并且通过该第二通信单元将相关状态数据传输到第一通信单元。为此，第一通信单元与计算单元以及控制与监测单元联接。如果计算单元是内部计算单元，则还可以在状态传输单元与计算单元之间实现更简单的、有线的通信。如果飞行器仅配备有一个单一的计算单元，该计算单元设置有用于控制飞行器以及用于实现仿真的全部功能，则将飞行状态数据传输到计算单元的实现仿真模型的逻辑段也可以通过基于软件的接口来进行。
[0012] 飞行状态数据尤其可以包括所有三个空间方向上的加速度、绕所有(例如在对飞行器固定的坐标系中测量的)空间轴的转向速率、气压学的空气压力、动力学的空气压力、襟翼位置、产生推力的单元的状态等。应尽可能选择并且传输以下状态数据，这些状态数据可以代表飞行器的运动并且可以给出关于飞行器目前处于何种状态的说明。
[0013] 计算单元的根据本发明的特点在于所涉及的飞行器的仿真模型的实现。理论上，这种仿真模型可以基于对方程组进行定时的数值积分，所述方程组可以是线性方程组或非线性方程组。在特殊情况中，通过方程组可以建立尤其升力、重力、惯性力、推力和阻力的力平衡并且由此得出飞行器的平移和旋转的加速度。在一个有利的实施方式中，方程组因此是飞行力学方程组。这些所得出的值(其也落入术语仿真状态中)中的一些值再次被代入回去，以便用这些值在下一个计算步骤中再次计算针对下一个时间增量的加速度。在此，仿真模型应如真实的飞行器那样具有所有输入值。这尤其涉及用于移动襟翼以及用于影响推力的控制命令。
[0014] 在这种情况下应注意的是，不存在针对这种飞行器的状态向量的内容的规定标准。仿真模型的构思以及因此对所需状态值的选择可以取决于飞行器的类型、尺寸和动力学。
[0015] 目的是使在计算单元中实现的仿真模型与所涉及的飞行器的飞行同步。因此，仿真模型应准确地或大体上准确地遵循飞行器的实际运动。然而，在没有这种追踪的情况下，仿真模型和飞行器的真实飞行随时间彼此偏离，原因在于一方面并非仿真模型的所有参数都是确切已知到能够实现无偏移地准确仿真。另一方面，飞行器面对的气象关系和风力关系在每个仿真时间点处也不是确切地已知的。因此通过追踪可以实现仿真模型的同步。为此，根据本发明，通过模型误差校正项来逐步地适配所述仿真的至少一个函数元素。
[0016] 所述至少一个函数元素可以是具有至少一个算法函数的已存在于常见仿真模型中的元素并且经历了每个计算步骤。函数元素例如可以具有在频域或时域内的特定传递行为的数学表达式，该函数元素由一个或多个参数共同确定。通过模型误差校正项可以例如有目的地改变这种参数。由此，所涉及的所述至少一个函数元素在其传递行为方面逐渐地(即在每个彼此相继的计算步骤中)被适配，使得至少在单独的时间段中消除真实飞行与仿真模型之间的偏移。
[0017] 此外，至少一个函数元素还可以具有滤波算法，即使在所测量的状态中存在明显误差时，该滤波算法也可以通过使用模型误差校正项例如离散地或递归地改进所仿真的状态值的精确度。
[0018] 一般来说应注意的是，受模型误差校正项影响的状态值也可以是不可测量的状态值，但该不可测量的状态值自身影响与所测量的状态值进行比较的另一个状态值。仿真模型对飞行器的飞行的追踪尤其可以取决于仿真模型的结构，并且因此可以将校正项或受影响的状态值的类型独立地适配于飞行器。
[0019] 在简单的情况下，监测状态值可以具有以下步骤：从所测量的状态值和所仿真的状态值中连续地得出差值。随后，根据对函数元素的影响的类型和实施方式不同，从差值得出校正项。该校正项可以通过标量值、矢量值或矩阵来表征。随后进行的与预先确定的区间极限的比较允许评估仿真模型追踪真实飞行状态的耗费有多大。
[0020] 在飞行器的正常运行中进行如下假设，即，影响所述至少一个函数元素导致仿真模型一直追循真实飞行并且逐步消除模型误差(如果所述模型误差在仿真模型的行为中表现出来)。此外，至少在计算步骤的起始组之后校正项应非常小或趋近于零。
[0021] 由于仿真模型的不同状态值的多种依赖性(这些依赖性通过飞行力学方程具有相对彼此交叉互连的类型)，因此在飞行器运行以及在建立用于不直接计算飞行力学值的函数元素的校正项时，所涉及的飞行力学值的非常规状况例如是明显的。如果该项例如在零附近摆动或该项位于可容许的标准差内，则突然的偏离可能意味着，突然只有在高数学计算量下才能实现仿真的追踪。
[0022] 因此，如果校正项一次或反复地离开预先确定的区间极限，则这被计算单元评价为飞行器的行为并非如期望的那样的指示物。由于提到的状态值的多重依赖性，还可以在许多情况下通过监测并且追踪完全不同的状态值来发现特定状态值的不期望的行为。这导致在识别不期望的行为时的特别有利的冗余。根据本发明，在发现不期望的行为的情况下，将警告信号发送到控制与监测单元。
[0023] 控制与监测单元被设置成在接收到警告信号时立即将所涉及的飞行器的状态数据显示给位于控制与监测单元处的飞行员，并且启动由用户进行的手动控制。这可以伴随声学和/或光学的警告，使得飞行员可以立即获得在飞行器中出现与期望行为偏离的提示。通过将(部分)自动运行的控制模式直接切换至直接控制确保了由飞行员直接监测并且控制飞行器。此外，可整合在飞行器机上的第二通信单元可以接收用于切换控制模式的对应的控制命令并且将其传输到对应的部件。
[0024] 如果一系列飞行器分别配备有或联接有这种计算单元并且至少一个此类控制与监测单元被用于全部飞行器，则一名单一的飞行员就可以监测并且控制(可清晰观察的)多个飞行器。不必舍弃某些可靠性或安全性并且不必舍弃减少飞行员数量的优点。
[0025] 在一个有利的实施方式中，所述至少一个函数元素具有递归的滤波算法，所述滤波算法能够受所述模型误差校正项影响。因此，函数元素可以具有滤波元素。滤波算法尤其可以具有一种类型的预测-修正方法，该预测-修正方法在考虑到对应的所测量的状态值的情况下基于所实施的仿真模型的计算步骤来允许估算所产生的状态值。通过在两个彼此相继的仿真计算步骤之间递归地使用滤波算法，所获得的、作为后续仿真计算步骤基础的状态值可以受到影响。
[0026] 此外有利的是，所述至少一个函数元素具有卡尔曼滤波器。有利地，卡尔曼滤波器可能是多维卡尔曼滤波器。尤其，该卡尔曼滤波器可以被整合到由飞行力学运动方程组成的方程组中。在一般的方法中，卡尔曼滤波器通过对未来时间点的状态矩阵的建模来表达，该建模除了当前时间点的状态矩阵之外还包含确定性的和随机性的外部影响。在时间上离散地实现卡尔曼滤波器中，对所预测状态的校正可以通过校正项来进行，该校正项可以要求从所测量的状态值和所仿真的(所预测的)状态值的差值来确定所谓的新息、确定新息协方差和卡尔曼滤波器矩阵。校正项尤其可以与该新息成正比。校正项越大，追踪的耗费就越大。
[0027] 优选地，所述控制设备可以是内部控制设备。这可以简化仿真模型的追踪，原因在于用于仿真模型的追踪所需的状态数据直接存在于飞行器的机上。内部控制设备可以实现为专用于实现仿真的计算单元。替代于此，飞行器的传统的内部计算单元也可以满足多种任务，这些任务也包括实现仿真模型并且此外还可以包括针对飞行器的控制和调节任务。
[0028] 优选地，控制与监测单元可以被配置成用于在通向飞行器的并且尤其是通向内部计算单元的数据连接丢失的情况下发出警告。
[0029] 此外，所述计算单元还可以是外部计算单元，该外部计算单元与飞行器在物理上分开并且与该飞行器独立地运行。为此尤其需要已经提到的通信单元，该通信单元可以接收由状态传输单元发送的数据，使得可以执行仿真模型的追踪。此外，通信单元可以是双向的，使得计算单元还可以将控制命令发送到飞行器，以便控制飞行器。
[0030] 在一个有利的实施方式中，所述计算单元被配置成用于对通信单元以及与所述通信单元联接的装置的固有的时间延迟进行仿真。在通信单元中被接收的飞行状态数据经受一定的时间延迟，该时间延迟取决于与飞行器的距离以及途经的部件的处理时间。该时间延迟可以被仿真，使得在计算单元中实现的仿真对于真实的飞行状态后推这个时间延迟。因此，追踪不在已经过时的飞行状态数据上进行。
[0031] 在一个有利的实施方式中，所述系统具有多个计算单元，所述多个计算单元分别与一个独立的飞行器相关联并且共同与单一的控制与监测单元联接。如上文阐述的，由此可以由在控制与监测单元处的一个单一的飞行员以足够的可靠性和安全性确定飞行器的行为是否如期望的那样，使得从法律上许可的角度可以被看作是将所有飞行器作为独立的飞行器由一个飞行员进行控制。特别优选地，所述控制与监测单元被设计成，在显示装置上仅显示表现出不期望行为的飞行器。在此，其余飞行器可以在背景中通过同步仿真被继续监测。如果这些飞行器之一表现出不期望的行为，则可以至少将所涉及飞行器的飞行状态数据在所述显示装置上光学地置于前景中。
[0032] 此外，控制与监测单元可能能够根据用户的手动要求选择性地显示所涉及飞行器中的每个飞行器。可设想的是，显示装置具有多个屏幕。这些屏幕之一可以被设置成用于提供全部飞行器的有序显示。显示装置还可以具有至少一个专用的屏幕，所述专用的屏幕被设置成用于分别显示一个独立的飞行器。
[0033] 在一个有利的实施方式中，所述飞行状态数据从一组飞行状态数据中选出，所述组具有平移的和旋转的加速度、系统状态数据、位置数据和姿态角。平移的加速度可以具有沿着尤其对飞行器固定的或对飞行路线固定的坐标系的纵向轴线、竖直轴线和横向轴线加速度。这些加速度可以被在飞行器机上的初始测量单元测量。这同样适用于旋转的加速度，这些加速度可绕所提到的三条轴线确定。这六个值尤其可以表征飞行器在空间中的移动并且可能适合于仿真模型的追踪。在一个同样有利的实施方式中，飞行状态数据具有系统状态数据。系统状态数据可以涉及代表系统的状态的数据。除了产生推力的装置的运行状态以及所有的襟翼位置之外，这些数据还可能具有起落架状态。系统状态数据还可以具有对飞行器的飞行状态的影响。在另一个有利的实施方式中，飞行状态数据具有位置数据。位置数据可以不被直接地测量，而是例如通过卫星导航来确定。由于仿真模型还可能考虑周围环境数据，因此还可能从得出的速度分别已知飞行器的位置。如果这里得出的飞行器的位置与所仿真的位置同样存在偏离，则这可能归结于有误差的气象数据、卫星导航的故障或飞行控制器的受限的功能。同样有利地，飞行状态数据可以具有姿态角。
[0034] 由于仿真中状态值的多重依赖性，因此不必监测所有提到的并且可通过飞行状态数据追踪的状态值(如上文已经提到的)。如果飞行器例如执行以恒定的、相对低的仰角为特征的水平飞行，则例如在纯追踪纵向加速度时，当纵向加速度与产生推力的装置的状态不匹配时，可以确定飞行器的不期望的行为。如果例如产生相对高的推动力，而测量并且追踪到负的纵向加速度，则这可能是由有误差的状态值或产生推力的装置的故障引起的，即对飞行器仰角的有误差的测量值或其他事件。随后，通过方程组关联状态值导致所得出的高模型误差。通过适当地选择提到的区间极限可以检测到超出了可容许的模型误差校正项。
[0035] 此外，本发明还涉及一种具有主权利要求特征的用于监测飞行器的状态的方法。提出一种用于监测无人驾驶飞行器的状态的方法，所述方法具有以下步骤：通过在计算单元中将具有仿真状态向量的方程组进行数值积分来实现所涉及的飞行器的仿真模型，通过由至少一个模型误差校正项逐步地适配所述仿真模型的至少一个函数元素来反复地使所述仿真状态向量追踪先前测量的飞行状态数据的至少一个子集，监测所述至少一个模型误差校正项的曲线，并且在检测到所述模型误差校正项一次或反复地超出预先规定的区间极限时，将警告信号发送到所述控制与监测单元，以及在接收到警告信号时在与所述计算单元联接的控制与监测单元处发出警告提示；连续地显示由位于所涉及的飞行器中的状态传输单元发送的所述飞行器的飞行状态数据；以及通过将对应的切换命令发送到位于所述飞行器中的通信单元来将所述飞行器的控制模式改变为由用户直接控制。
[0036] 在一个有利的实施方式中，适配所述至少一个函数元素可以具有以下步骤：执行递归的滤波算法，所述滤波算法能够受所述至少一个模型误差校正项影响。
[0038] 本发明的其他特征、优点和应用可能性由以下对实施例和附图的说明得出。在此，所有所描述的和/或图示的特征自身和以任意组合构成本发明的主题，而与其在单独权利要求中或其所引用的权利要求中的关系无关。在附图中相同的附图标记代表相同或相似的物体。
[0039] 图1示出根据本发明的系统的示意图。
[0040] 图2示出验证过程的示意图。
具体实施方式
[0041] 图1在非常示意性的视图中示出根据本发明的用于监测无人驾驶飞行器4的状态的系统2。系统2针对每台无人驾驶飞行器4具有一个计算单元6，所述计算单元与一个单一的控制与监测单元8连接。该控制与监测单元还可以被称为“远程飞行站”。计算单元6示例性地被实施为外部计算单元，该外部计算单元与飞行器4分开并且示例性地位于地面上。
[0042] 为了展示根据本发明的系统2的基本特征，在这里仅展示单一的计算单元6。实际上，可以设置多个飞行器4，为这些飞行器分别与一个计算单元6相关联。所有计算单元6与控制与监测单元8联接。可以设置的是，以此方式将最多5个、10个、20个、50个或更多个飞行器4与一个单一的控制与监测单元8相关联。此外，在每个飞行器4中设置状态发送单元10，所述状态发送单元被设计成用于发送在飞行器4的机上测量的飞行器4的飞行状态数据。
[0043] 控制与监测单元8被设计为用于将控制命令12传输到飞行器4并且由此至少暂时地控制该飞行器。为此存在数据连接14，该数据连接在地面上的第一通信单元15与飞行器4中的第二通信单元17之间延伸。在本实例中，数据连接14被设计为用于执行双向的数据传输。计算单元6通过接收单元18例如被设计成用于接收由状态传输单元10发送的飞行状态数据16。传输控制命令例如可以具有以下步骤：传输飞行计划。通过对应的命令算法可以经此生成命令数据。
[0044] 计算单元6被设计为实现飞行器4的仿真。为此，计算单元6能够尽可能完全地以仿真的形式再现飞行器4的运行。为此实施对飞行力学方程组的定时的数值积分并且在考虑所有出现的力和力矩的情况下计算飞行器4在空间中的加速度、速度、位置和姿态角。
[0045] 在实现仿真时产生仿真数据20，从这些仿真数据中可以生成仿真状态向量24。此外，从传输的飞行状态数据16中生成实际状态向量22，所述实际状态向量具有先前测量的状态数据中的至少一个子集。计算单元6被设计为通过由至少一个模型误差校正项逐步地适配仿真模型的至少一个函数元素来反复地使仿真状态向量24进行追踪。
[0046] 模型误差校正项由验证单元26生成，所述验证单元可以是计算单元6的逻辑段。在那里监测所述至少一个模型误差校正项的曲线，并且在所述模型误差校正项一次或反复地超出预先规定的区间极限时，将警告信号28发送到所述控制与监测单元8。
[0047] 由此促使控制与监测单元8将用户30的控制命令直接传输到飞行器4。因此，飞行器4的控制模式从自动控制改变为直接控制。状态向量22和24的验证例如在图2中更详细地展示。
[0048] 仿真可以通过仿真单元31执行，该仿真单元可以以可执行的计算机程序的形式在计算单元6中实现。仿真单元31示例性地被设计为用于对多个子系统32、34、36以及飞行控制器38进行仿真。这涉及一系列机械的、液压的和/或电力的系统，例如通过执行器操作的襟翼、起落架、发动机等，这导致系统状态39。这些系统状态39可以直接与飞行器4的所获得的系统状态40进行比较。由此得出第一差值42，所述第一差值流向验证算法44。第一差值42可以具有一系列标量、矢量或矩阵，所述标量、矢量或矩阵包含独立的所仿真的系统状态与所测量的系统状态的偏差。
[0049] 基于子系统32至36和飞行控制器38的仿真，可以基于飞行力学方程组得出在飞行器4上产生的加速度和力矩。为此，飞行器4的特性在仿真模型中被充分精确地定义，使得可以产生力平衡和力矩平衡。这个过程在框46中展示。
[0050] 在此考虑到了所有质量和惯量48并且得出平移的和旋转的加速度50，这些平移的和旋转的加速度通过框46反馈到仿真。该过程可以进一步追踪所测量的速度、气流角和/或转向速率52，这些速度、气流角和/或转向速率作为所测量的飞行状态数据经由状态传输单元10被传输到计算单元6。并非所有这些状态都是为了使仿真追踪真实飞行状态所必需的。反而，为了实现仿真与真实飞行的同步，仅使用子集可能就足够了。
[0051] 通过对平移的和旋转的加速度50进行积分来计算速度、气流角和转向速率54。这些速度、气流角和转向速率可以与真实的速度、气流角和转向速率52进行比较。由此得出的第二差值56也被输送至验证算法44。
[0052] 从进一步积分中最终得出飞行器在空间中的位置59，将该位置与飞行器4的实际位置58进行比较。由此得出的第三差值60也被输送至验证算法44。同样地，仿真出的姿态角62与实际姿态角64进行比较，第四差值66被输送至验证算法44。
[0053] 框46、48、50、54、59和62在下文中还可以被称为函数元素。这些框分别可以具有一系列参数和算法，这些参数和算法确定函数元素46、48、50、54、59和62的行为。通过例如影响仿真参数、输入值或输出值可以实现仿真的追踪。
[0054] 此外，验证算法44可以通过差值42、56、60和66获得对模型误差的认知。由此可以根据仿真的追踪的类型生成一个或多个模型误差校正项，这些模型误差校正项可以被用于影响函数元素46、48、50、54、59和62中的一个函数元素。目的是实现连续消除模型误差。
[0055] 此外，函数元素46、48、50、54、59和62中的至少一个函数元素可以具有卡尔曼滤波器。卡尔曼滤波器可以与仿真的计算步骤无关地以递归方式实施。前述模型误差可以用于影响卡尔曼滤波器。此外，卡尔曼滤波器还可以将滤波值传输到验证算法44，使得这些滤波值流向验证或监测或者在很大程度上确定验证或监测。
[0056] 而验证算法被适配于为所设置的模型误差校正项提供可容许的区间极限。如果在验证算法中建立的模型误差校正项一次或多次离开所述区间极限，则使仿真追踪实际飞行状态的耗费可以被评估为是在数学上非常高耗费的。这被评价为通过飞行力学方程式而彼此多重依赖的状态值至少暂时彼此不匹配的证据。如果是这种情况，则应发出警告信号28。
[0057] 由于飞行器与计算单元6之间在传输数据时存在延迟，因此还对指向计算单元6的连接68的时间延迟以及指向飞行器4的连接70的时间延迟进行仿真。这产生延迟元素72，该延迟元素位于仿真单元31的上游。此外还值得注意的是，仿真单元31和飞行器4被供应相同的输入值74，所述输入值例如包含控制命令12，使得尤其仿真模型和真实的飞行器设有相同的控制命令。
[0058] 补充性地可以指出，“具有”并不排除其他的元件或步骤，并且“一个/一种”不排除多数。此外还可以指出，可以使用已经参照上述实施例之一描述的特征还有与上文描述的另外实施例的其他特征的组合。权利要求书中的参考数字不应视为限制。
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