本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量飛行器的航空測(cè)量圖像捕獲系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

測(cè)量飛行器通常包括被布置為捕獲地面圖像的航空相機(jī)系統(tǒng)。通常，航空相機(jī)系統(tǒng)安裝到測(cè)量飛行器的底側(cè)部分，并且在測(cè)量飛行器沿著定義的飛行路線移動(dòng)時(shí)捕獲地面圖像。該系統(tǒng)被布置為捕獲每個(gè)地面特征的多個(gè)圖像，這使得諸如光束平差處理的攝影測(cè)量解決方案能夠應(yīng)用到所捕獲的圖像，以針對(duì)與所使用的每個(gè)相機(jī)以及由每個(gè)相機(jī)捕獲的圖像相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部和外部定向信息確定最佳解決方案。由光束平差處理產(chǎn)生的解決方案然后可以用于諸如3D重建之類的進(jìn)一步處理，以及用于產(chǎn)生諸如低點(diǎn)和/或斜點(diǎn)照相地圖以及高程數(shù)據(jù)集之類的輸出產(chǎn)品。

為了改善由光束平差處理產(chǎn)生的攝影測(cè)量解決方案，必須增加針對(duì)每個(gè)地面特征獲取的圖像數(shù)量，并且這通常通過以下方式實(shí)現(xiàn)：通過更頻繁地捕獲圖像使得提高連續(xù)捕獲的圖像之間的重疊，通過確保在相鄰的飛行路線之間存在足夠的重疊，以及通過針對(duì)地面上的每個(gè)點(diǎn)確保從合適的角度獲取圖像。

為了產(chǎn)生好的攝影測(cè)量解決方案，通常需要大約10的冗余，但隨著關(guān)于每個(gè)圖像的相對(duì)較長(zhǎng)的相關(guān)聯(lián)焦距以及相對(duì)大的圖像重疊，在圖像捕獲的相機(jī)位置之間的距離與到目標(biāo)的距離之比(基-高比(base-to-height ratio))相對(duì)較小，這影響攝像測(cè)量解決方案的精度。

航空相機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力根據(jù)在給定分辨率下每小時(shí)捕獲的地面區(qū)域的量確定。因此，由于飛行成本主要是根據(jù)小時(shí)率確定的，所以若系統(tǒng)每小時(shí)捕獲更多地面區(qū)域，則每單元區(qū)域的成本下降。此外，期望僅捕獲針對(duì)給定區(qū)域所要求的最小量的數(shù)據(jù)，以對(duì)其進(jìn)行處理而達(dá)到期望的精度，并輸出產(chǎn)品要求。

根據(jù)“儀表飛行規(guī)則(Instrument Flight Rules)”在受控制的空域中的所有飛行器運(yùn)行都被要求始終與其它飛行器保持最小間隔。這由監(jiān)視受控制的空域中的所有飛行器的位置和速度并且向飛行器提供指導(dǎo)以確保飛行安全的足夠間隔的空管員完成。

全球的空域管轄區(qū)域要求實(shí)現(xiàn)以下兩條間隔條件：

1、關(guān)于在同一或相似高度飛行的飛行器的最小水平間隔；以及

2、關(guān)于在同一或相似緯度和經(jīng)度飛行的飛行器的最小垂直間隔。

空管員運(yùn)用間隔標(biāo)準(zhǔn)，以將在所控制的空域中以及在具有運(yùn)行控制塔的機(jī)場(chǎng)處運(yùn)行的飛行器分開一最小距離。

當(dāng)兩架飛行器分開的距離小于由空域分類定義的最小間隔距離時(shí)，認(rèn)為存在間隔不足LOS(loss of separation)的情況，提醒空管員進(jìn)行干預(yù)以指示一架或兩架飛行器的飛行員采取積極的規(guī)避動(dòng)作。LOS并不一定表示兩架涉事飛行器存在實(shí)際碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，而是沒有保持根據(jù)相關(guān)空域分類的間隔標(biāo)準(zhǔn)。

可以被改變以在靠攏的飛行路線上的飛行器之間提供足夠的間隔的參數(shù)包括航線、速率或高度，并且可以對(duì)飛行器中的每個(gè)或兩個(gè)飛行器進(jìn)行這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的改變。

航空測(cè)量飛行器被要求沿著大體以固定間距平行的預(yù)定飛行路線飛行?？梢匀萑梯p微偏離定義的飛行路線并且可以繼續(xù)圖像采集。然而，與定義的飛行路線嚴(yán)重地垂直或水平地偏離需要暫停圖像采集。只能在飛行器在之前暫停圖像采集的位置返回中斷的飛行路線時(shí)才重新開始圖像采集。

空管員在做出關(guān)于讓靠攏飛行路線上的兩架飛行器中的哪架轉(zhuǎn)道的決定時(shí)，在大部分空域管轄中，定期旅客運(yùn)輸(RPT)飛行器相對(duì)于其他民用飛行器具有優(yōu)先權(quán)。與其它空域使用者相比，測(cè)量飛行器通常具有最低的優(yōu)先權(quán)。結(jié)果，在受控制的空域中運(yùn)行的測(cè)量飛行器會(huì)具有比其它航空交通參與者更大的與各自計(jì)劃的飛行路線偏離的可能性。

然而，測(cè)量飛行器與計(jì)劃的飛行路線偏離引起測(cè)量生產(chǎn)能力的重大損失，這是因?yàn)闇y(cè)量飛行的暫停和重新開始之間損失了測(cè)量時(shí)間以及因?yàn)樾枰母郊拥娜加汀?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本說明書中，將理解的是，“最近接近點(diǎn)”(CPA)是指示飛行器相對(duì)于彼此移動(dòng)時(shí)兩架飛行器之間的預(yù)測(cè)的最小距離的距離值。CPA值指示兩架飛行器之間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

在本說明書中還將理解的是，“最小間隔距離”是在存在間隔不足(LOS)的情況下兩架飛行器之間的由空域分類定義的距離，并且要求航空交通控制進(jìn)行干預(yù)以向飛行器中的一架或兩架飛行器提供指示，來對(duì)航行方向做出改變。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于使用包括高度、速率和方向的導(dǎo)航參數(shù)可導(dǎo)航的測(cè)量飛行器的航空測(cè)量圖像捕獲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

被布置為隨著測(cè)量飛行器在定義的飛行路線上航行捕獲該測(cè)量飛行器下方的地面的連續(xù)圖像的相機(jī)系統(tǒng)，該相機(jī)系統(tǒng)具有指示相機(jī)系統(tǒng)的圖像捕獲特征的相關(guān)聯(lián)相機(jī)參數(shù)；

用于測(cè)量飛行器的間隔不足(LOS)避免系統(tǒng)；

LOS避免系統(tǒng)被布置為：

接收指示測(cè)量飛行器的位置和移動(dòng)的信息，并且接收指示在測(cè)量飛行器附近的鄰近飛行器的位置和移動(dòng)的信息；

基于接收到的指示測(cè)量飛行器的位置和移動(dòng)的信息以及接收到的指示鄰近飛行器的位置和移動(dòng)的信息，確定測(cè)量飛行器與鄰近飛行器之間的預(yù)測(cè)的最近接近點(diǎn)(CPA)距離；

將CPA距離和與間隔不足(LOS)相對(duì)應(yīng)的定義的最小間隔距離進(jìn)行比較；并且

確定測(cè)量飛行器的、為使CPA距離保持高于定義的最小間隔距離所要求的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)的估計(jì)；

該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：

被布置為響應(yīng)于所估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)產(chǎn)生修改后的相機(jī)系統(tǒng)參數(shù)的相機(jī)參數(shù)產(chǎn)生器，該修改后的相機(jī)系統(tǒng)參數(shù)修改相機(jī)系統(tǒng)的圖像捕獲的特征，以在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)至少部分地補(bǔ)償測(cè)量效率的變化。

在實(shí)施例中，相機(jī)參數(shù)修改器包括圖像捕獲控制器，圖像捕獲控制器被布置為控制相機(jī)系統(tǒng)的捕獲圖像率，以在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)至少部分地補(bǔ)償測(cè)量效率的變化。

圖像捕獲控制器可以被布置為提高或降低相機(jī)系統(tǒng)的捕獲圖像率，以在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)至少部分地補(bǔ)償測(cè)量效率的變化。

圖像捕獲控制器可以被布置為提高或降低相機(jī)系統(tǒng)的捕獲圖像率，以在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)修改相鄰的捕獲圖像之間的重疊量。

在實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括圖像捕獲率計(jì)算器，圖像捕獲率計(jì)算器被布置為計(jì)算為了在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)至少部分地補(bǔ)償測(cè)量效率的變化而要求的圖像捕獲率。圖像捕獲率計(jì)算器被布置為向所述圖像捕獲控制器提供所計(jì)算的要求的圖像捕獲率。

在實(shí)施例中，圖像捕獲率計(jì)算器被布置為使用以下方程計(jì)算圖像捕獲率：

其中T_cycle是以秒為單位的圖像捕獲率，F(xiàn)oV是圖像足跡的以度為單位的沿徑視場(chǎng)，A是測(cè)量飛行器的以米為單位的高度，并且O是相鄰的捕獲圖像的航向重疊(％)。

在實(shí)施例中，相機(jī)參數(shù)修改器包括相機(jī)移動(dòng)控制器，相機(jī)移動(dòng)控制器被布置為控制相機(jī)系統(tǒng)的移動(dòng)特征，以在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)至少部分地補(bǔ)償測(cè)量效率的變化。

在實(shí)施例中，相機(jī)系統(tǒng)包括被布置為在捕獲圖像時(shí)進(jìn)行掃視的相機(jī)組件，并且相機(jī)移動(dòng)控制器被布置為提高或降低相機(jī)組件的掃視速率或掃視范圍，以在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)修改相鄰的捕獲圖像之間的重疊量。

相機(jī)移動(dòng)控制器可以被布置為控制相機(jī)系統(tǒng)的移動(dòng)特征，以在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航并且由圖像捕獲率計(jì)算器計(jì)算的圖像捕獲率處于或高于相機(jī)系統(tǒng)的最大圖像捕獲率時(shí)，至少部分地補(bǔ)償測(cè)量效率的變化。

在實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括被布置為接收指示測(cè)量飛行器附近的鄰近飛行器的位置和移動(dòng)的信息的ADS-B數(shù)據(jù)接收裝置。該ADS-B數(shù)據(jù)接收裝置可以位于測(cè)量飛行器上或者位于測(cè)量飛行器附近的地面位置。

在實(shí)施例中，系統(tǒng)包括位于測(cè)量飛行器上的GPS裝置，該系統(tǒng)被布置為使用GPS裝置產(chǎn)生指示測(cè)量飛行器的位置和移動(dòng)的信息。

在實(shí)施例中，測(cè)量飛行器的、為使CPA距離保持高于定義的最小間隔距離所要求的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)的估計(jì)是在地面位置確定的并且被無線地傳送給測(cè)量飛行器。

在實(shí)施例中，指示測(cè)量飛行器的位置和移動(dòng)的信息包括高度、速率、位置和方位信息。

在實(shí)施例中，指示鄰近飛行器的位置和移動(dòng)的信息包括高度、速率、位置和方位信息。

在實(shí)施例中，該系統(tǒng)被布置為基于指示鄰近飛行器的位置和移動(dòng)的信息以及指示測(cè)量飛行器的位置和移動(dòng)的信息計(jì)算到最近接近點(diǎn)(CPA)距離的時(shí)間。

在實(shí)施例中，該系統(tǒng)被布置為使用計(jì)算的到最近接近點(diǎn)(CPA)距離的時(shí)間來計(jì)算最近接近點(diǎn)(CPA)距離。

在實(shí)施例中，該系統(tǒng)被布置為在測(cè)量飛行器上顯示測(cè)量飛行器的、為使CPA距離保持高于定義的最小間隔距離所要求的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)。

在實(shí)施例中，該系統(tǒng)被布置為產(chǎn)生指示測(cè)量飛行器的、為使CPA距離保持高于定義的最小間隔距離所要求的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)的可聽信息。

在實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)包括測(cè)量飛行器的航行速率。

在實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)包括測(cè)量飛行器的高度。

在實(shí)施例中，至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)包括測(cè)量飛行器的航線。

在實(shí)施例中，該系統(tǒng)被布置為確定測(cè)量飛行器和鄰近飛行器是否在不同高度向同一高度靠攏，如果是，則該系統(tǒng)被布置為計(jì)算在CPA距離處測(cè)量飛行器和鄰近飛行器的預(yù)測(cè)高度。

在實(shí)施例中，如果處于CPA距離的測(cè)量飛行器的高度和處于CPA距離的鄰近飛行器的高度并不大致相同，則該系統(tǒng)被布置為使得不確定測(cè)量飛行器的航行速率和/或方向的估計(jì)。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種在使用包括高度、速率和方向的導(dǎo)航參數(shù)可導(dǎo)航的測(cè)量飛行器中捕獲航空測(cè)量圖像的方法，該方法包括：

隨著測(cè)量飛行器在定義的飛行路線上航行使用相機(jī)系統(tǒng)捕獲測(cè)量飛行器下方的地面的連續(xù)圖像，該相機(jī)系統(tǒng)具有指示相機(jī)系統(tǒng)的圖像捕獲特征的相關(guān)聯(lián)相機(jī)參數(shù)；

接收指示測(cè)量飛行器的位置和移動(dòng)的信息；

接收指示測(cè)量飛行器附近的鄰近飛行器的位置和移動(dòng)的信息；

基于接收到的指示測(cè)量飛行器的位置和移動(dòng)的信息以及指示鄰近飛行器的位置和移動(dòng)的信息，確定測(cè)量飛行器與鄰近飛行器之間的預(yù)測(cè)的最近接近點(diǎn)(CPA)距離；

將CPA距離和與間隔不足(LOS)相對(duì)應(yīng)的定義的最小間隔距離進(jìn)行比較；

如果CPA距離小于定義的最小間隔距離，則確定測(cè)量飛行器的、為使CPA距離保持高于定義的最小間隔距離所要求的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)的估計(jì)；

響應(yīng)于所估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)產(chǎn)生修改后的相機(jī)系統(tǒng)參數(shù)，該修改后的相機(jī)系統(tǒng)參數(shù)修改相機(jī)系統(tǒng)的圖像捕獲的特征，以在利用估計(jì)的至少一個(gè)導(dǎo)航參數(shù)對(duì)測(cè)量飛行器進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)至少部分地補(bǔ)償測(cè)量效率的變化。

附圖說明

現(xiàn)將僅以示例的方式參考所附附圖描述本發(fā)明，其中：

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的航空測(cè)量圖像捕獲系統(tǒng)的框圖；

圖2是表示圖1中示出的系統(tǒng)的目標(biāo)速率估計(jì)器的框圖；

圖3是表示相機(jī)參數(shù)修改器響應(yīng)飛行器導(dǎo)航參數(shù)的變化的特征的框圖；

圖4是圖示測(cè)量飛行器和位于該測(cè)量飛行器附近的飛行器的各自飛行方向的圖表表示；

圖5是圖示測(cè)量飛行器和位于該測(cè)量飛行器附近的飛行器的各自飛行路線以及在不同時(shí)間飛行器之間的距離的圖表表示；

圖6是圖示避免測(cè)量飛行器與位于該測(cè)量飛行器附近的飛行器之間的間隔不足(LOS)的方法的流程圖；以及

圖7是圖示即使飛行器導(dǎo)航參數(shù)發(fā)生改變，仍大致保持測(cè)量效率的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)是一種飛行器使用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)確定自己的位置并且定期地廣播位置信息的合作監(jiān)視技術(shù)。該信息可以由空中交通控制地面站接收，以作為輔助雷達(dá)的替換或補(bǔ)充。該位置信息還可以由其他飛行器接收，以提供態(tài)勢(shì)感知并且允許其他飛行器的運(yùn)行者自我管理這兩架飛行器之間的間隔距離。

本系統(tǒng)使用例如設(shè)置在測(cè)量飛行器上的ADS-B數(shù)據(jù)接收裝置來監(jiān)視靠近測(cè)量飛行器的所有飛行器的身份、位置、速率、朝向、高度以及上升/下降速率，確定鄰近飛行器中的任何一個(gè)是否正在與該測(cè)量飛行器靠攏，以及預(yù)測(cè)測(cè)量飛行器與鄰近飛行器之間的最近接近點(diǎn)(CPA)。如果存在潛在的間隔距離不足情況，則系統(tǒng)估計(jì)為確保飛行器之間的要求的最小間隔被滿足所要求的測(cè)量飛行器速率的變化，并且向飛行器運(yùn)行者顯示或者以另外的方式傳送所估計(jì)的速率。

在該系統(tǒng)的變體中，系統(tǒng)可以計(jì)算并且顯示為了保持最小間隔距離而要求的高度變化，而不計(jì)算并且向飛行器運(yùn)行者顯示為保持測(cè)量飛行器之間的最小間隔距離而要求的測(cè)量飛行器速率變化。

將被理解的是，對(duì)ADS-B數(shù)據(jù)的監(jiān)視以及速率變化的計(jì)算可以在測(cè)量飛行器中、或者在地面站發(fā)生，并且將在地面站產(chǎn)生的結(jié)果傳送至飛行器。

此外或者可替換地，可以額外地使用提供諸如航班時(shí)刻表之類的關(guān)于飛行器飛行目的地的額外信息的任何其他交通數(shù)據(jù)集來預(yù)測(cè)想要的飛行路線變化。

該系統(tǒng)還被布置為響應(yīng)于測(cè)量飛行器導(dǎo)航參數(shù)的改變，自動(dòng)地修改諸如圖像捕獲參數(shù)和/或相機(jī)組件移動(dòng)參數(shù)之類的相機(jī)參數(shù)，以避免測(cè)量效率的重大改變。

為了避免LOS而對(duì)測(cè)量飛行器導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行的改變可能影響例如以下方面的測(cè)量效率：測(cè)量期間產(chǎn)生的圖像的質(zhì)量和/或圖像處理能力或效率的降低。

例如，如果飛行器運(yùn)行者改變了測(cè)量飛行器的速率而沒有改變圖像捕獲的時(shí)序，則在與測(cè)量飛行器的航行方向平行的方向上相鄰的捕獲圖像之間的重疊量將改變。測(cè)量飛行器速率的提高將導(dǎo)致圖像重疊的下降，而測(cè)量飛行器速率的下降將導(dǎo)致圖像重疊的提高。這對(duì)于圖像處理，尤其是對(duì)于諸如光束平差處理之類的攝影測(cè)量解決方案具有重大影響，這是因?yàn)闉榱双@得關(guān)于與所使用的每個(gè)相機(jī)以及由每個(gè)相機(jī)捕獲的圖像相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部和外部定向信息的最佳解決方案，需要相鄰圖像之間的特定量的重疊。

為了至少部分地補(bǔ)償由飛行器速率改變而引起的圖像重疊的變化，系統(tǒng)可以被布置為自動(dòng)地修改圖像捕獲的速率。例如，如果飛行器的速率被降低以避免LOS情況，則相鄰圖像之間的重疊量將提高。作為響應(yīng)，系統(tǒng)可以被布置為自動(dòng)地提高連續(xù)圖像的捕獲之間的時(shí)間，以對(duì)這進(jìn)行補(bǔ)償，并進(jìn)而降低相鄰的捕獲圖像之間重疊。

可替換地，在包括橫向地進(jìn)行掃視以在與測(cè)量飛行器的航行方向垂直的方向上捕獲多個(gè)圖像的相機(jī)組件的測(cè)量飛行器中，可以通過改變相機(jī)組件的掃描周期來實(shí)現(xiàn)圖像重疊變化的至少部分補(bǔ)償。例如，可以改變相機(jī)組件的旋轉(zhuǎn)速率或者掃描掃視的最大范圍。

重要的方面是，對(duì)諸如圖像捕獲的時(shí)序或相機(jī)組件的移動(dòng)特征之類的相機(jī)參數(shù)自動(dòng)地進(jìn)行修改，以至少部分地補(bǔ)償由于諸如飛行器速率、高度或航行方向之類的導(dǎo)航參數(shù)的改變而引起的圖像捕獲特性的改變。

參照附圖，圖1示出了航空測(cè)量圖像捕獲系統(tǒng)10，在此示例中該捕獲系統(tǒng)10位于測(cè)量飛行器上。

系統(tǒng)10包括飛行器導(dǎo)航參數(shù)估計(jì)器，在此示例中包括被布置為計(jì)算目標(biāo)測(cè)量飛行器速率的目標(biāo)速率估計(jì)器12，目標(biāo)測(cè)量飛行器速率指示最小間隔距離被保持的測(cè)量飛行器速率。目標(biāo)速率是使用從廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)數(shù)據(jù)接收裝置14獲得的指示臨近飛行器的位置和移動(dòng)的位置和移動(dòng)數(shù)據(jù)以及從測(cè)量飛行器上的GPS裝置16獲得的指示測(cè)量飛行器的位置和移動(dòng)的位置和移動(dòng)數(shù)據(jù)來計(jì)算的。計(jì)算的目標(biāo)速率在顯示器18上呈現(xiàn)給飛行器運(yùn)行者，但是可以口頭傳送給飛行器運(yùn)行者，或者直接輸入到飛行器以自動(dòng)地改變飛行器的速率。

計(jì)算的速率還提供給相機(jī)參數(shù)修改器17，相機(jī)參數(shù)修改器17用于確定對(duì)相機(jī)系統(tǒng)19進(jìn)行的諸如圖像捕獲的時(shí)序或相機(jī)系統(tǒng)的相機(jī)組件的移動(dòng)特性之類的相機(jī)系統(tǒng)修改，以便至少部分地補(bǔ)償由于諸如飛行器速率、高度或航行方向之類的導(dǎo)航參數(shù)的改變而引起的圖像捕獲特性的改變。相機(jī)系統(tǒng)19使用由相機(jī)參數(shù)修改器17確定的被確定的相機(jī)系統(tǒng)修改，以修改諸如圖像捕獲的時(shí)序或相機(jī)組件移動(dòng)特性之類的相機(jī)系統(tǒng)操作的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。例如，在相機(jī)系統(tǒng)被布置為在捕獲圖像時(shí)進(jìn)行橫向掃視的布置中，可以修改相機(jī)組件的掃視速率或掃視范圍。

將被理解的是，可以使用對(duì)飛行器進(jìn)行的實(shí)際速率改變，而不使由目標(biāo)速率估計(jì)器12計(jì)算的目標(biāo)測(cè)量飛行器速率，這是因?yàn)閷?duì)飛行器實(shí)際進(jìn)行的速率改變可能不同于目標(biāo)速率估計(jì)器12所建議的飛行器速率改變。

圖2更詳細(xì)地示出了目標(biāo)速率估計(jì)器12，目標(biāo)速率估計(jì)器12包括到CPA的時(shí)間(t_CPA)計(jì)算器20，其被布置為基于來自ADS-B數(shù)據(jù)接收裝置14和GPS裝置16的位置和移動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算到CPA距離處的估計(jì)時(shí)間。在此示例中，來自ADS-B裝置14的位置和移動(dòng)數(shù)據(jù)包括鄰近飛行器的GPS坐標(biāo)22、鄰近飛行器的速度值24以及鄰近飛行器的方位值26。相似地，來自GPS裝置16的位置和移動(dòng)數(shù)據(jù)包括測(cè)量飛行器的GPS坐標(biāo)30、測(cè)量飛行器的速度值32和測(cè)量飛行器的方位值34。

目標(biāo)速率估計(jì)器12還包括被布置為使用所計(jì)算的到CPA的時(shí)間(t_CPA)計(jì)算CPA距離的CPA距離計(jì)算器36以及被布置為將CPA距離與最小間隔距離進(jìn)行比較的距離比較器37。如果CPA距離大于最小間隔距離，則忽略鄰近飛行器。

目標(biāo)速率估計(jì)器12還包括目標(biāo)速率計(jì)算器38，目標(biāo)速率計(jì)算器38被布置為計(jì)算為了將CPA距離保持為高于最小間隔距離并且因此避免LOS情況的目的測(cè)量飛行器應(yīng)當(dāng)飛行的速率的估計(jì)。目標(biāo)速率計(jì)算器38計(jì)算CPA距離小于或者近似等于最小間隔距離時(shí)的速率估計(jì)。

盡管在此示例中，飛行器導(dǎo)航參數(shù)估計(jì)器計(jì)算導(dǎo)航參數(shù)(在本實(shí)施例中為估計(jì)的飛行器速率)以避免LOS情況，不過飛行器導(dǎo)航參數(shù)估計(jì)器還可以考慮圖像捕獲和后續(xù)圖像處理方面的測(cè)量效率，并且還可以考慮使用的燃油方面的測(cè)量效率。

圖3更加詳細(xì)地示出了示例性相機(jī)參數(shù)修改器17，相機(jī)參數(shù)修改器17包括被布置為計(jì)算為了在飛行器速率改變時(shí)保持在與飛行器基本恒定地航行的方向平行的方向上鄰近的捕獲圖像之間的圖像重疊而要求的圖像捕獲率。相機(jī)參數(shù)修改器17還包括圖像捕獲控制器39，圖像捕獲控制器39響應(yīng)計(jì)算的圖像捕獲率，并且產(chǎn)生用于相機(jī)組件41的控制信號(hào)，以控制通過相機(jī)組件41的相機(jī)進(jìn)行的圖像捕獲的時(shí)序。

在此示例中，相機(jī)參數(shù)修改器17還包括相機(jī)移動(dòng)控制器40，相機(jī)移動(dòng)控制器40響應(yīng)計(jì)算的圖像捕獲率和/或速率和/或高度30的改變，并且產(chǎn)生用于相機(jī)組件41的控制信號(hào)，以控制相機(jī)組件的其他參數(shù)(在此示例中為相機(jī)組件41的相機(jī)的移動(dòng)參數(shù))。

在包括圖像捕獲率計(jì)算器37和被布置為控制通過相機(jī)組件41的相機(jī)進(jìn)行的圖像捕獲的時(shí)序的圖像捕獲控制器39的系統(tǒng)中，如果計(jì)算的相機(jī)捕獲率高于相機(jī)組件能夠容許的相機(jī)捕獲率，則可以例如使用相機(jī)移動(dòng)控制器40修改相機(jī)組件的一個(gè)或多個(gè)可替換參數(shù)。在包括被布置為在捕獲圖像時(shí)進(jìn)行橫向掃視的相機(jī)組件41的示例中，相機(jī)移動(dòng)控制器40被布置為響應(yīng)計(jì)算的圖像捕獲率，并且產(chǎn)生用于控制相機(jī)組件41的掃視速率或掃視范圍的控制信號(hào)。

然而，盡管此示例中的相機(jī)參數(shù)修改器17包括修改圖像捕獲率或相機(jī)系統(tǒng)的相機(jī)的移動(dòng)參數(shù)的功能，不過將領(lǐng)會(huì)的是，相機(jī)參數(shù)修改器17可以包括相機(jī)系統(tǒng)的與影響可設(shè)想的圖像捕獲和/或圖像處理方面的測(cè)量效率的任何其他參數(shù)相關(guān)聯(lián)的功能。

參照?qǐng)D4和圖5，示出了在箭頭44所指示的方向上航行的測(cè)量飛行器42的示例，以及在箭頭48所指示的不同方向上航行的鄰近飛行器46。測(cè)量飛行器的速率為u，鄰近飛行器的速率為v，測(cè)量飛行器的位置向量為P_A，而鄰近飛行器的位置向量為P_B。

如在圖5中更詳細(xì)地示出的，測(cè)量飛行器42與鄰近飛行器46之間的間隔距離為d，并且示出了間隔距離在不同時(shí)間的三個(gè)值d1,d2和d3。

如果間隔距離d在任何時(shí)間均小于根據(jù)相關(guān)空域分類所規(guī)定的最小間隔距離，則LOS情況存在，并且空管員將干預(yù)并指示一個(gè)或兩個(gè)飛行員改變航線。

以下描述了一種計(jì)算為了將間隔距離保持為高于最小間隔距離并且因此避免LOS情況、測(cè)量飛行器應(yīng)當(dāng)飛行的目標(biāo)速率的示例性方法。然而，將理解的是，可以設(shè)想任何合適的計(jì)算方法。

針對(duì)由測(cè)量飛行器從該測(cè)量飛行器附近的其他飛行器接收的每個(gè)ADS-B傳輸，目標(biāo)速率估計(jì)器12確定為了避免潛在的間隔不足(LOS)情況、測(cè)量飛行器所要求的速率。

到CPA的時(shí)間計(jì)算器20確定到CPA距離的時(shí)間(t_cpa)的量，在此示例中使用以下方法。

測(cè)量飛行器42的經(jīng)緯坐標(biāo)(LL_A)和鄰近飛行器46的經(jīng)緯坐標(biāo)(LL_B)分別由GPS裝置16以及ADS-B數(shù)據(jù)接收裝置14提供。在本示例中，經(jīng)緯坐標(biāo)為:

GPS裝置16和ADS-B數(shù)據(jù)接收裝置14還分別提供測(cè)量飛行器的高度(A_A)、飛行方向(φ_A)和速率(V_A),以及鄰近飛行器的高度(A_B)、飛行方向(φ_B)和速率(V_B)。在本示例中，高度、飛行方向和速率為：

A_A：＝30200ft

A_B：＝31000ft

V_A：＝220kts

V_B：＝450kts

測(cè)量飛行器42被用作坐標(biāo)參考系原點(diǎn)(北向朝上)，因此其位置向量為：

鄰近飛行器46的相對(duì)初始位置可以使用簡(jiǎn)單的等矩形投影(equi-rectangular projection)計(jì)算，這是由于給定的距離相比較于地球的曲率較小，因此誤差較小。將高度假定為在海平面(以6371km為絕對(duì)的地球中心)，這是因?yàn)橄鄬?duì)于所需的精度，高度對(duì)計(jì)算的影響是微不足道的。鄰近飛行器46的相對(duì)初始位置由以下方程給出:

而針對(duì)以上提供的鄰近飛機(jī)的經(jīng)緯坐標(biāo)，給出：

針對(duì)各個(gè)飛行器速度u和v，將速度大小和方位值轉(zhuǎn)換為卡迪爾向量分量(Cartesian vector component)：

針對(duì)以上提供的鄰近飛機(jī)46，給出：

并且針對(duì)以上給出的測(cè)量飛行器42，給出：

測(cè)量飛行器42的位置向量可以通過以下形式參數(shù)化地表示為時(shí)間t的函數(shù)：

P_A(t)：＝P_A+t·k·u

其中P_A為與測(cè)量飛行器42的當(dāng)前位置相對(duì)應(yīng)的位置向量，P_A(t)為與測(cè)量飛行器42在時(shí)間t的位置相對(duì)應(yīng)的位置向量，k為表示測(cè)量飛行器42的速度修改的速率因數(shù)。

鄰近飛行器46的位置向量相似地被參數(shù)化地表示，但鄰近飛行器46被假定為勻速飛行，所以不需要速率因數(shù)：

P_B(t)：＝P_B+t·v

其中P_B為與鄰近飛行器46的當(dāng)前位置相對(duì)應(yīng)的位置向量，P_B(t)為與鄰近飛行器46在時(shí)間t的位置相對(duì)應(yīng)的位置向量。

測(cè)量飛行器42與鄰近飛行器46之間的初始距離由以下給出：

w_o：＝P_A(0)-P_B(0)

距離向量的參數(shù)化形式為：

w(t，k)：＝w₀+t·(k·u-v)

因此，距離向量的大小為：

d(t，k)：＝|w(t，k)|

定義：

D(t，k)：＝d(t，k)²

給出：

D(t，k)＝(k·u-v)·(k·u-v)·t²+2·w₀·(k·u-v)·t+w₀·w₀

由于在D(t，k)為最小值時(shí)，d(t，k)也為最小值，所以最小d(t，k)通過以下求解得出：

這提供了在最近接近點(diǎn)(CPA)處t和給定k的解：

以及通過將t_CPA帶回到d(t，k)而提供在CPA處的飛行器之間的距離(指定的d_CPA)的解。

在本示例中，k＝1(沒有測(cè)量飛行器速率的修改)，在CPA處的距離為11.084NM。即，對(duì)于k＝1：

d(t_CPA(k)，k)＝11.084NM

如在圖5中圖示的，在各個(gè)時(shí)間t＝1,2,3時(shí)的距離向量的長(zhǎng)度d(1)、d(2)、d(3)的變化示出了靠攏的飛行器在t_CPA時(shí)朝向最小距離d(t_CPA)移動(dòng)，然后分離。如果t_CPA為負(fù)數(shù)則飛行器分離，即之前發(fā)生了CPA。

如果最小距離d(t_CPA)小于最小間隔距離，則必須改變測(cè)量飛行器速率，以使得將確定的最小距離d(t_CPA)提高至大于所要求的最小間隔距離。

為此所要求的測(cè)量飛行器速率通過改變速率因數(shù)k直到產(chǎn)生在CPA距離處提供大于最小間隔距離的要求的間隔距離d(t_CPA)的飛行器速度值，由目標(biāo)速率計(jì)算器38迭代地計(jì)算出。

在目標(biāo)速率計(jì)算器38計(jì)算出目標(biāo)速率之后，向飛行器運(yùn)行者顯示或者以另外的方式傳送目標(biāo)速率，并且飛行器運(yùn)行者將飛行器的速率修改為匹配該目標(biāo)速率。

以此方式，在測(cè)量期間避免了LOS情況，并且測(cè)量飛行器從交通控制接收采取規(guī)避動(dòng)作的指示的可能性大大降低。

將領(lǐng)會(huì)的是，由于測(cè)量飛行器不大可能從交通控制接收采取規(guī)避動(dòng)作的指示，所以測(cè)量飛行器被要求從計(jì)劃的測(cè)量路線偏離的可能性大大降低。

參照?qǐng)D6，示出了流程圖54，該流程圖54圖示了用于避免測(cè)量飛行器與位于該測(cè)量飛行器附近的飛行器之間的間隔不足(LOS)的方法的步驟56-82。

在步驟56、58和60處，計(jì)算出到CPA距離處的時(shí)間(t_CPA)，并且基于計(jì)算出的t_CPA值確定測(cè)量飛行器與鄰近飛行器是否正在靠攏或分離，例如基于計(jì)算出的t_CPA值是正數(shù)還是負(fù)數(shù)進(jìn)行確定。如果這兩架飛行器正在分離(62)，則放棄(82)鄰近飛行器。

然而如果這兩架飛行器正在靠攏(62)，并且這兩架飛行器處于相似高度并且正保持同一高度(64)，則計(jì)算(74)處于CPA距離處的飛行器之間的距離(d_CPA)并且將其與最小間隔距離進(jìn)行比較(76)。如果存在足夠的間隔，則放棄(82)鄰近飛行器。如果處于CPA距離處的飛行器之間的距離(d_CPA)不充分(76)，則計(jì)算該測(cè)量飛行器的、與處于CPA距離處的飛行器之間的大于最小間隔距離的距離(d_CPA)相對(duì)應(yīng)的新速率，并且將該新速率傳送給該測(cè)量飛行器的飛行員。

如果這兩架飛行器正在靠攏(62)，并且這兩架飛行器處于不同高度但朝向彼此移動(dòng)，則計(jì)算(70)在CPA距離處投影的高度。如果這兩架飛行器在CPA處具有相似的高度(72)，則計(jì)算(74)處于CPA距離處的飛行器之間的距離(d_CPA)。

如以上所述，如果存在足夠的間隔，則放棄(82)鄰近飛行器。如果處于CPA距離處的飛行器之間的距離(d_CPA)不充分(76)，則計(jì)算(78)該測(cè)量飛行器的、與處于CPA距離處的飛行器之間的大于最小間隔距離的距離(d_CPA)相對(duì)應(yīng)的新速率，并且將該新速率傳送給該測(cè)量飛行器的飛行員。

如果這兩架飛行器在CPA處不具有相似的高度(72)，則放棄(82)鄰近飛行器。

參照?qǐng)D7，示出了流程圖90，該流程圖90圖示了即使飛行器導(dǎo)航參數(shù)發(fā)生改變，仍大致保持測(cè)量效率的示例性方法的步驟92-100。

流程圖90涉及一種相機(jī)系統(tǒng)，該相機(jī)系統(tǒng)包括被布置為在捕獲圖像時(shí)進(jìn)行橫向掃視的相機(jī)組件，并且可修改的相機(jī)參數(shù)包括圖像捕獲的時(shí)序、相機(jī)組件的掃視速率以及相機(jī)組件的掃視范圍。然而，將理解的是，本系統(tǒng)和方法可應(yīng)用于具有影響測(cè)量效率(尤其是產(chǎn)生的圖像的數(shù)量和質(zhì)量和/或圖像處理的效率)的其他可修改相機(jī)參數(shù)的其他相機(jī)系統(tǒng)。

在步驟92處，例如根據(jù)圖6中示出的流程圖54預(yù)測(cè)對(duì)測(cè)量飛行器所要求的速率改變或高度改變，并且在步驟94處，相機(jī)參數(shù)修改器17確定：為了至少大致地保持測(cè)量效率、圖像捕獲率的修改是否是可能的。如果是，則修改(96)圖像捕獲速率以補(bǔ)償飛行器速率或高度的變化。如果否，則修改其他相機(jī)參數(shù)，在此示例中，修改相機(jī)組件41的掃視速率或掃視范圍。

作為替換方案，可以修改(96)圖像捕獲速率和至少一個(gè)其他相機(jī)參數(shù)兩者，以補(bǔ)償飛行器速率或高度的變化。

利用具有包括被布置為在捕獲圖像時(shí)進(jìn)行橫向掃視的相機(jī)組件的相機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量飛行器，如果掃視范圍響應(yīng)于測(cè)量飛行器的導(dǎo)航參數(shù)的變化而降低或提高，這可能導(dǎo)致捕獲的圖像的非對(duì)稱足跡(footprint)。為了對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，該系統(tǒng)可以被布置為在下一條飛行路線上的與掃視范圍的降低相對(duì)應(yīng)的位置處提高掃視范圍，或者可以調(diào)整后續(xù)飛行路線的間距以確保存在期望的最小重疊。

在可替換示例中，響應(yīng)于預(yù)期的LOS情況，提高或降低測(cè)量飛行器的高度，而不是速率。當(dāng)高度被提高時(shí)，捕獲的圖像的有效分辨率下降而相鄰圖像之間的重疊提高。為了保持圖像重疊大體相同，相機(jī)參數(shù)修改器17可以降低圖像捕獲的速率和/或降低掃視時(shí)間(如果相機(jī)組件被布置為在捕獲圖像時(shí)進(jìn)行橫向掃視)。可選地，還可以提高飛行速率，使得相機(jī)以最佳速率運(yùn)行。

當(dāng)高度下降時(shí)，捕獲的圖像的有效分辨率提高而相鄰圖像之間的重疊下降。為了保持圖像重疊大體相同，相機(jī)參數(shù)修改器17可以提高圖像捕獲的速率和/或提高掃視時(shí)間(如果相機(jī)組件被布置為在捕獲圖像時(shí)進(jìn)行橫向掃視)。

在另一可替換示例中，如果修改飛行器航線而不修改測(cè)量飛行器的速率和/或高度以補(bǔ)償預(yù)測(cè)的LOS情況，則如果可能，可以對(duì)相機(jī)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行合適的修改，以至少部分地補(bǔ)償由于測(cè)量飛行器方向的變化而對(duì)測(cè)量效率造成的影響。

例如，響應(yīng)于飛行器方向的改變，可以控制相機(jī)系統(tǒng)以便在不對(duì)稱區(qū)域(swathe)移動(dòng)，或者提高掃視范圍，以保持相鄰圖像之間的側(cè)邊重疊，或者可以降低飛行器速率以提供提高的掃描時(shí)間。

在特定示例中，航空測(cè)量圖像捕獲系統(tǒng)安裝在測(cè)量飛行器上。航空測(cè)量圖像捕獲系統(tǒng)包括被安裝在飛行器的底側(cè)部分并且被布置為使得至少一個(gè)固定分幅相機(jī)的視場(chǎng)朝向地面向飛行器的下方延伸的相機(jī)系統(tǒng)。相機(jī)組件包括在圖像捕獲期間至少部分地補(bǔ)償飛行器的移動(dòng)的航向追蹤光學(xué)補(bǔ)償，例如被布置為以與飛行器的速率相對(duì)應(yīng)的速率圍繞橫軸旋轉(zhuǎn)的鏡子。

在此示例中，每個(gè)固定分幅相機(jī)的焦距為300mm，并且在正常操作期間以80％航向重疊和65％側(cè)邊重疊獲得12000×12000像素的圖像。每個(gè)相機(jī)的圖像足跡的沿徑視場(chǎng)為11.421°。

在此示例中，由于每個(gè)相機(jī)沒有被布置為隨著圖像被捕獲而移動(dòng)，因此其實(shí)質(zhì)上是固定的，例如在捕獲圖像時(shí)相機(jī)不橫向掃視，并且飛行器在15000英尺(4.572km)的高度飛行。

相機(jī)循環(huán)時(shí)間(相機(jī)拍攝率)、飛行器速率以及航向重疊％之間的關(guān)系根據(jù)以下方程確定：

其中T_cycle是以秒單位的圖像拍攝率，F(xiàn)oV是以度為單位的圖像足跡的沿徑視場(chǎng)，A是以米為單位的飛行器的高度，O是相鄰的捕獲圖像的航向重疊(％)。

使用此方程，可以看出在150ktas(77.167m/s)的飛行器速率下，針對(duì)80％航向圖像重疊所要求的相機(jī)拍攝率為2.37s；在200ktas(102.89m/s)的飛行器速率下，針對(duì)80％航向圖像重疊所要求的相機(jī)拍攝率為1.78s；并且在250ktas(128.61m/s)的飛行器速率下，針對(duì)80％航向圖像重疊所要求的相機(jī)拍攝率為1.42s。

因此，使用上述方程并且基于相鄰捕獲的沿徑圖像之間的定義的目標(biāo)重疊，通過響應(yīng)于飛行器速率的修改而修改相機(jī)拍攝率來大致保持沿徑重疊是可能的。

在另一示例中，航空測(cè)量圖像捕獲系統(tǒng)包括安裝在飛行器的底側(cè)部分并且被布置為使得至少一個(gè)相機(jī)的視場(chǎng)朝向地面向飛行器的下方延伸的相機(jī)系統(tǒng)。相機(jī)組件包括在捕獲圖像期間至少部分地補(bǔ)償飛行器的移動(dòng)的航向追蹤光學(xué)補(bǔ)償，例如被布置為以與飛行器的速率相對(duì)應(yīng)的速率圍繞橫軸旋轉(zhuǎn)的鏡子。相機(jī)組件還被布置為沿軌道進(jìn)行掃描，以便隨著飛行器向前飛行而在橫向方向上捕獲多個(gè)圖像。

在每次掃描中沿軌道進(jìn)行拍攝次數(shù)、相機(jī)循環(huán)時(shí)間(相機(jī)拍攝率)、以毫秒為單位的拍攝位置之間的步進(jìn)時(shí)間以及以毫秒為單位的在每個(gè)拍攝位置處進(jìn)行曝光的停滯時(shí)間之間的關(guān)系根據(jù)以下方程計(jì)算：

其中T_cycle是以秒為單位的相機(jī)拍攝率，N_shots是在沿軌道的每個(gè)掃描中拍攝的數(shù)量，T_step是拍攝位置之間的步進(jìn)時(shí)間，T_dwell是在每個(gè)拍攝位置處進(jìn)行曝光的停滯時(shí)間。

使用以上方程(1)，可以看出在150ktas(77.167m/s)的飛行器速率下，針對(duì)80％航向圖像重疊所要求的相機(jī)拍攝率為2.37s?；?0ms的最小T_step(其限制掃描系統(tǒng)的速度、加速度或加加速度)以及25ms的最小T_dwell(基于快門/曝光時(shí)間，以及系統(tǒng)在一個(gè)步驟之后停頓所需的任何時(shí)間)，并且使用上述方程(2)，應(yīng)當(dāng)沿軌道進(jìn)行31次拍攝。

相似地，在200ktas(102.89m/s)的飛行器速率下，針對(duì)80％航向圖像重疊所要求的相機(jī)拍攝率為1.78s。基于50ms的最小T_step以及25ms的最小T_dwell，并且使用上述方程(2)，應(yīng)當(dāng)沿軌道進(jìn)行23次拍攝。

相似地，在250ktas(128.61m/s)的飛行器速率下，針對(duì)80％航向圖像重疊所要求的相機(jī)拍攝率為1.42s。基于50ms的最小T_step以及25ms的最小T_dwell，并且使用上述方程(2)，應(yīng)當(dāng)沿軌道進(jìn)行18次拍攝。

相應(yīng)地，測(cè)量飛行器可以以200ktas的巡航速率(燃油燃燒最小)操作，沿軌道進(jìn)行23此拍攝。在需要提高飛行器的速率(例如提高到250ktas)以避免LOS情況時(shí)，在此示例中，進(jìn)行拍攝的次數(shù)降低到18次。還可以將掃描方向輕微偏移到一側(cè)，以便保持與現(xiàn)有的捕獲影像的重疊。

在下一飛行路線上，在與進(jìn)行拍攝的次數(shù)降低的位置相對(duì)應(yīng)的位置處，可以將飛行器速率降低至150ktas，并且將沿軌道進(jìn)行拍攝的次數(shù)提高到31次，也向一側(cè)偏移。以此方式，提供一補(bǔ)償度，以保持期望的重疊和覆蓋，而不需要調(diào)整飛行路線，或者重飛一條路線。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的修改和變形被視為處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。