控制飞行器的系统和方法
阅读说明：本技术 控制飞行器的系统和方法 (System and method for controlling an aircraft ) 是由 S.J.坎迪多 S.S.庞达 于 2018-07-26 设计创作，主要内容包括：公开了用于控制飞行器的系统、设备和方法。一种示例性方法可以包括：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；根据盛行风模式数据，选择飞行器的航向；和使飞行器根据所选择的航向来调整飞行器的高度。(Systems, devices, and methods for controlling an aircraft are disclosed. An exemplary method may include: receiving data indicative of a position and altitude of an aircraft; receiving prevailing wind pattern data regarding wind at an aircraft location and altitude; selecting the course of the aircraft according to the prevailing wind mode data; and causing the aircraft to adjust the altitude of the aircraft according to the selected heading.)
技术领域
本公开涉及控制飞行器的飞行，并且更具体地，涉及用于计划飞行器的飞行路径并在可获得新数据时更新这种飞行路径的系统和方法。
背景技术
无人飞行器可以在非常高的高度上行驶，包括在平流层中比地球表面高出约20公里的高度，该高度远高于飞行器、野生生物和天气事件的高度。在平流层中，风是分层的，并且每层风的速度和/或方向都可能变化。可以使用这样的风来移动飞行器，并且可以基于平流层各层中的风来控制飞行器的移动方向和/或速度。然而，在计划和/或控制飞行器的飞行路径中，仅依靠预测天气数据可能是不合需要的，因为预测天气数据可能局部不准确和/或过时。下文描述了用于飞行器的路线规划和运动控制的系统和方法的改进。
发明内容
根据本公开的实施例提供的是用于控制飞行器的系统。在本公开的一方面中，示例性系统包括飞行器和计算设备。计算设备包括：处理器；和存储指令的存储器，当指令由处理器执行时，该指令使计算设备：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；根据盛行风模式数据，选择飞行器的航向；和使飞行器根据所选择的航向来调整飞行器的高度。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：接收指示飞行器的目标的数据；确定飞行器位于目标的预定距离之内。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：基于盛行风模式数据规划飞行器的飞行路径以朝向目标移动。
在本公开的另一方面，所述指令还使所述计算设备在地图上显示飞行路径。
在本公开的另一方面，预定距离是当选择飞行器的航向是均匀加权飞行器的速度和飞行器的移动方向处的距离。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：确定飞行器正朝向目标点移动；确定飞行器的速度大于一阈值；和使飞行器将飞行器的高度调整到飞行器将以低速移动的高度。
在本公开的另一方面，其中，该阈值与飞行器的位置和目标点之间的距离相关。
在本公开的另一方面，目标点包括在指示飞行器的目标的数据中。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：确定飞行器没有朝向目标点移动；和使飞行器将飞行器的高度调整到飞行器将朝向目标点移动处的高度。
在本公开的另一方面，确定飞行器没有朝向目标点移动包括：确定飞行器正在与所选择的航向的方向相差预定量的方向中移动。
在本公开的另一方面，所述的系统还包括：位置传感器，其中从位置传感器接收指示飞行器的位置和高度的数据。
在本公开的另一方面，所述位置传感器耦合至所述飞行器。
在本公开的另一方面，其中，所述飞行器是气球。
在本公开的另一方面，其中，从外部源接收盛行风模式数据。
在本公开的另一方面，其中，从包括在飞行器中的传感器接收盛行风模式数据。
在本公开的另一方面，其中，盛行风模式数据是基于从外部源和从包括在飞行器中的传感器接收的数据的组合的。
在本公开的另一方面，其中，盛行风模式数据基于风矢量。
在本公开的另一方面，其中，所述指令还使所述计算设备在地图上显示所选择的航向。
根据本公开的实施例提供的是用于控制飞行器的方法。在本公开的一方面中，示例性方法包括接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；根据盛行风模式数据，选择飞行器的航向；和使飞行器根据所选择的航向来调整飞行器的高度。
根据本公开的实施例提供的是用于存储控制飞行器的程序的非暂时性计算机可读存储介质。在本公开的一方面中，示例性程序包括指令，这些指令在由处理器执行时使计算设备：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；根据盛行风模式数据，选择飞行器的航向；和使飞行器根据所选择的航向来调整飞行器的高度。
在本公开的一方面中，示例性系统包括飞行器和计算设备。计算设备包括：处理器；和存储指令的存储器，当指令由处理器执行时，该指令使计算设备：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目的地的数据；确定从飞行器的位置到飞行器的目的地的矢量；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；根据盛行风模式数据，规划飞行器的路径以沿矢量移动；和使飞行器根据盛行风模式数据和规划路径来调整飞行器的高度。
在本公开的另一方面，所述的系统还包括：位置传感器，其中从位置传感器接收指示飞行器的位置和高度的数据。
在本公开的另一方面，所述位置传感器耦合至所述飞行器。
在本公开的另一方面，所述飞行器是气球。
在本公开的另一方面，从外部源接收盛行风模式数据。
在本公开的另一方面，从包括在飞行器中的传感器接收盛行风模式数据。
在本公开的另一方面，盛行风模式数据是基于从外部源和从包括在飞行器中的传感器接收的数据的组合的。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：确定飞行器没有沿着规划的路径移动；确定飞行器的新高度；和使飞行器将飞行器的高度调整到新的高度。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：接收有关飞行器位置和新高度处的风的附加盛行风模式数据；和确定飞行器正在沿规划路径移动。
在本公开的另一方面，基于所述高度与所述新高度之间的距离来确定所述新高度。
在本公开的另一方面，所述附加数据是从包括在所述飞行器中的传感器接收的。
在本公开的另一方面，将所述飞行器的高度调节到所述新高度包括增加所述飞行器的高度。
在本公开的另一方面，将所述飞行器的高度调节到所述新高度包括减小所述飞行器的高度。
在本公开的另一方面，确定所述飞行器没有沿所述规划路径移动包括：确定所述飞行器正在沿与所述规划路径中的方向相差预定量的方向移动。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：确定新高度上盛行风模式将导致飞行器向目的地移动的概率；和确定该概率超过阈值。
在本公开的另一方面，所述概率基于自接收到所述另外的盛行风模式数据以来的时间。
在本公开的另一方面，所述概率基于从外部源接收的数据。
在本公开的另一方面，盛行风模式基于风的速度和方向。
根据本公开的实施例提供的是用于控制飞行器的方法。在本公开的一方面中，示例性方法包括接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目的地的数据；确定从飞行器的位置到飞行器的目的地的矢量；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；根据盛行风模式数据，规划飞行器的路径以沿矢量移动；和使飞行器根据盛行风模式数据和规划路径来调整飞行器的高度。
根据本公开的实施例提供的是用于存储控制飞行器的程序的非暂时性计算机可读存储介质。在本公开的一方面中，示例性程序包括指令，这些指令在由处理器执行时使计算设备：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目的地的数据；确定从飞行器的位置到飞行器的目的地的矢量；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；根据盛行风模式数据，规划飞行器的路径以沿矢量移动；和使飞行器根据盛行风模式数据和规划路径来调整飞行器的高度。
在本公开的一方面中，示例性系统包括飞行器和计算设备。计算设备包括：处理器；和存储指令的存储器，当指令由处理器执行时，该指令使计算设备：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目的地的数据；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；确定飞行器位于目的地的预定距离之内；确定飞行器正在移动的速度；和使飞行器根据盛行风模式数据和确定的速度来调整飞行器的高度。
在本公开的另一方面，所述的系统还包括：位置传感器，其中从位置传感器接收有关飞行器的位置和高度的数据
在本公开的另一方面，所述的系统还包括：监视传感器，其中基于从监视传感器接收的数据确定飞行器正在移动的速度。
在本公开的另一方面，所述飞行器是气球。
在本公开的另一方面，从外部源接收盛行风模式数据。
在本公开的另一方面，从包括在飞行器中的传感器接收盛行风模式数据。
在本公开的另一方面，盛行风模式数据是基于从外部源和从包括在飞行器中的传感器接收的数据的组合的。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：确定飞行器正在移动的速度大于第一阈值；确定飞行器的新高度；和使飞行器将飞行器的高度调整到新的高度。
在本公开的另一方面，基于所述高度与所述新高度之间的距离来确定所述新高度。
在本公开的另一方面，第一阈值与飞行器的位置和目的地之间的距离相关。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：确定新高度上盛行风模式将导致飞行器以低速移动的概率；和确定该概率超过第二阈值。
在本公开的另一方面，所述概率基于自上次接收到第二高度处的盛行风模式相关数据以来的时间。
在本公开的另一方面，所述概率基于从外部源接收的数据。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备：接收有关飞行器新高度处的风的附加盛行风模式数据；确定飞行器没有朝向目的地移动；确定飞行器的第三高度；和使飞行器将飞行器的高度调整到第三高度。
在本公开的另一方面，确定飞行器的第三高度包括：确定第三高度上盛行风模式将导致飞行器向目的地移动的概率；和确定该概率超过第三阈值。
在本公开的另一方面，所述附加盛行风模式数据是从包括在所述飞行器中的传感器接收的。
在本公开的另一方面，盛行风模式基于风的速度和方向。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备确定飞行器已经到达目的地。
根据本公开的实施例提供的是用于控制飞行器的方法。在本公开的一方面中，示例性方法包括接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目的地的数据；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；确定飞行器位于目的地的预定距离之内；确定飞行器正在移动的速度；和使飞行器根据盛行风模式数据和确定的速度来调整飞行器的高度。
根据本公开的实施例提供的是用于存储控制飞行器的程序的非暂时性计算机可读存储介质。在本公开的一方面中，示例性程序包括指令，这些指令在由处理器执行时使计算设备：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目的地的数据；接收有关飞行器位置和高度处的风的盛行风模式数据；确定飞行器位于目的地的预定距离之内；确定飞行器正在移动的速度；和使飞行器根据盛行风模式数据和确定的速度来调整飞行器的高度。
在本公开的一方面中，示例性系统包括飞行器和计算设备。计算设备包括：处理器；和存储指令的存储器，当指令由处理器执行时，该指令使计算设备：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目标的数据；接收盛行风模式数据；根据位置、高度、目标和盛行风模式数据选择飞行器的航向；和使飞行器根据所选择的航向来调整飞行器的高度。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使所述计算设备基于盛行风模式数据生成一图表，其中选择飞行器的航向包括基于图表确定飞行器的多个潜在航向。
在本公开的另一方面，多个潜在航向基于与飞行器的位置对应的多个高度处的风矢量。
在本公开的另一方面，如果飞行器包括与预设时间量的航向相对应的高度，则多个潜在航向的每一个包括飞行器将移动的方向和距离。
在本公开的另一方面，选择飞行器的航向还包括针对多个潜在航向的每一个确定飞行器到达目标将花费的预估时间。
在本公开的另一方面，选择飞行器的航向还包括从多个潜在航向中选择将使飞行器在最小时间量内朝向目标移动的航向。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使得计算设备致使飞行器将飞行器高度调整到对应于与所选择的航向相关的高度。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使得计算设备：确定已经接收到新的盛行风模式数据；确定飞行器的第二多个潜在航向；针对第二多个潜在航向的每一个确定飞行器到达目标将花费的预估时间；从第二多个潜在航向中选择将使飞行器在最小时间量内朝向目标移动的新航向；和使飞行器将飞行器高度调整到对应于与所选择的新航向相关的高度。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使得计算设备：确定飞行器没有朝向目标移动；和使飞行器将飞行器的高度调整到与飞行器将朝向目标移动的航向相关联的高度。
在本公开的另一方面，确定飞行器没有朝向目标移动包括确定飞行器正在与所选择的航向的方向相差预定量的方向中移动。
在本公开的另一方面，所述指令在由所述处理器执行时，还使得计算设备：基于所选择的航向规划飞行器的飞行路径以朝向目标移动；和在地图上显示该航向。
在本公开的另一方面，所述的系统还包括：位置传感器，其中从位置传感器接收指示飞行器的位置和高度的数据。
在本公开的另一方面，所述位置传感器耦合至所述飞行器。
在本公开的另一方面，所述飞行器是气球。
在本公开的另一方面，从外部源接收盛行风模式数据。
在本公开的另一方面，从包括在飞行器中的传感器接收盛行风模式数据。
在本公开的另一方面，盛行风模式数据是基于从外部源和从包括在飞行器中的传感器接收的数据的组合的。
在本公开的另一方面，盛行风模式基于风矢量。
根据本公开的实施例提供的是用于控制飞行器的方法。在本公开的一方面中，示例性方法包括接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目标的数据；接收盛行风模式数据；根据位置、高度、目标和盛行风模式数据选择飞行器的航向；和使飞行器根据所选择的航向来调整飞行器的高度。
根据本公开的实施例提供的是用于存储控制飞行器的程序的非暂时性计算机可读存储介质。在本公开的一方面中，示例性程序包括指令，这些指令在由处理器执行时使计算设备：接收指示飞行器的位置和高度的数据；接收指示飞行器的目标的数据；接收盛行风模式数据；根据位置、高度、目标和盛行风模式数据选择飞行器的航向；和使飞行器根据所选择的航向来调整飞行器的高度。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合本公开的以上方面和实施例中的任何一个。
附图说明
下面参考附图描述本公开的各个方面和特征，其中：
图1是根据本公开的实施例的可用于控制飞行器的飞行路径的示例性系统的示意图；
图2是形成图1的系统的一部分的示例性计算设备的简化框图；
图3A至图3D示出了根据本公开的实施例的用于控制飞行器的飞行路径的示例性方法的流程图；和
图4示出了根据本公开的实施例的可以由图2的计算设备显示的示例性图形用户界面。
具体实施方式
本公开涉及用于控制飞行器的飞行路径的系统和方法。更具体地，本公开涉及基于盛行风模式来规划飞行器的飞行路径或路线，并基于盛行风模式中的不确定性来寻找使飞行器沿期望的航向和/或以期望的速度运动的最优高度。可以基于从外部源接收到的天气数据和/或基于由包括在和/或耦合到飞行器中的传感器和/或设备进行的观察来确定最优高度。可以针对各种航向和高度确定风向，并且可以允许飞行器在期望的航向中移动预定的时间量和/或直到接收到新的盛行风模式数据为止。在预定的时间量之后，或者如果确定飞行器没有沿着期望的航向移动或以其他方式不满足目标，则可以调整飞行器的高度以分析不同高度处的盛行风模式，以便确定不同高度的盛行风模式是否会使飞行器沿所期望的矢量移动。然后可以再次选择用于飞行器沿着期望的航向移动的最优高度，并且可以基于在所选高度处的盛行风模式来更新飞行器的飞行路径或路线。
参考图1，示出了根据本公开的实施例的用于控制飞行器的系统100的示意图。系统100可以包括飞行器110、用于飞行器120的控制器、各种传感器125和计算设备150。飞行器110可以是任何受风影响的飞行器，例如携带有效载荷的气球。然而，本领域技术人员将认识到，本文公开的系统和方法可以类似地适用于各种其他类型的飞行器并且可以被其使用。因此，飞行器110可以是任何受风影响的飞行器。
控制器120可以是被配置为控制飞行器110的计算设备和/或其他逻辑电路。在一个实施例中，控制器120可以被耦合至飞行器110。控制器120可以包括或耦合至各种传感器125。传感器125可以包括一个或多个位置传感器，例如全球定位系统(GPS)传感器、诸如加速度计和陀螺仪的运动传感器、诸如高度计的高度传感器、诸如风向标和风速计的风速和/或方向传感器、诸如温度计的温度传感器、电阻温度检测器和声速传感器、诸如气压计和差压传感器的压力传感器等。传感器的这些示例并不旨在进行限制，并且本领域技术人员将理解，除了上述示例之外，在不背离本公开范围的前提下，传感器125还可以包括其他传感器或传感器的组合。在一些实施例中，传感器125耦合至从控制器120伸出的一根或多根电缆，例如，悬挂在控制器120下方的电缆，以便获得与飞行器110不同的高度的数据。控制器120可进一步包括或耦合至成像设备，例如朝下的摄像头和/或星跟踪仪。
计算设备150可以是配置为控制控制器120和飞行器110的操作的计算设备。计算设备150可以是本领域技术人员已知的可配置用于控制和/或规划飞行器110的飞行路径的任何计算设备。例如，计算设备150可以是台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、服务器和终端配置、和/或本领域技术人员已知的任何其他计算设备。在一些实施例中，计算设备150和控制器120是耦合到飞行器110的单个统一设备。在其他实施例中，计算设备150可以作为与控制器120分离的设备耦合到飞行器110。在又一些实施例中，计算设备150可以位于远离飞行器110的位置，并且可以经由网络与控制器120通信和/或控制控制器120的操作。在一个实施例中，计算设备150是位于地面上，例如在控制设施处的数据中心，并且经由网络与控制器120通信。如下面进一步描述的，系统100，特别是计算设备150，可以用于基于关于盛行风模式的数据来计划用于飞行器110的飞行路径或路线，以使飞行器110沿着期望的航向移动。设想了系统100的各种配置，并且以下描述的过程的各种步骤和/或功能可以在系统100的各种设备之间共享，或者可以分配给特定的设备，即计算设备150和/或控制器120。
现在转向图2，示出了根据本公开的实施例的形成图1的系统100的一部分的计算设备150的简化框图。计算设备150包括存储数据库240和应用程序280的存储器202。应用程序280可以包括指令，当由处理器204执行时，这些指令使计算设备150执行各种步骤和/或功能，如下所述。应用程序280还包括用于生成图形用户界面(GUI)285的指令。数据库240可以存储各种算法和/或数据，包括有关盛行风模式、空中飞行器110的过去和当前位置的数据和/或在这样的位置检测的风观测，如下所述。存储器202可包括用于存储可由处理器204执行的数据和/或软件的任何非暂时性计算机可读存储介质，和/或可用于存储信息并且可由处理器204访问以控制计算设备150的操作的任何其他介质。
计算设备150可以进一步包括显示器206，网络接口208，输入设备210和/或输出模块212。显示器206可以是任何显示设备，计算设备150可以通过该显示设备进行输出和/或诸如经由GUI 285显示数据。网络接口208可以被配置为连接到诸如局域网(LAN)之类的网络，该局域网包括有线网络、无线网络、广域网(WAN)、无线移动网络、
参考图3A至图3D，示出了根据本公开的实施例的用于控制飞行器的示例性方法300的流程图。虽然下面以有序的顺序描述了方法300的各个步骤，但是本领域技术人员将认识到，在不背离本公开的范围的前提下，可以按不同的次序或顺序执行，重复和/或省略方法300的一些或全部步骤。
现在转向图3A，方法300可以在步骤S302开始，其中计算设备150接收关于飞行器110的当前位置和当前高度的数据。关于飞行器110的当前位置的数据可以从一个或多个传感器125接收，例如GPS传感器。在一些实施例中，关于飞行器的当前位置的数据可以是从诸如地面上的传感器或另一个已知位置的外部传感器接收的三角测量数据。还可以基于诸如卫星图像和/或在飞行器110外部的其他数据源的图像，或由诸如向下的摄像头和/或星跟踪仪的耦合到飞行器110的成像装置捕获的图像，来确定或生成关于飞行器110的当前位置的数据。在其他实施例中，例如通过使用输入设备210，可以由用户输入关于飞行器110的当前位置的数据。
类似地，可以从诸如高度计，气压计和/或压差传感器等的一个或多个传感器125接收关于飞行器110的当前高度的数据。在一些实施例中，关于飞行器110当前高度的的数据可以基于气球内部的压力来确定。也就是说，可以将飞行器110的高度确定为海拔或另一表面上方的距离(例如，高度)，和/或基于飞行器110内部或外部的压力。在另一个实施例中，用户可以例如使用输入设备210来输入飞行器110的有关当前高度的数据。
此后，或与此同时，在步骤S304，计算设备150接收有关飞行器110的目标的数据。例如，该目标可以是用户例如使用输入设备210输入的预定目的地。在实施例中，目的地可以是地理区域和/或区域(例如城市、州或国家等)或以纬度和经度定义的特定地理点。在另一个示例中，目标可以是一条飞往和/或经过特定区域(例如，飞越大西洋，飞越直布罗陀海峡或飞越阿格拉斯角)的指令。在另外的示例中，目标可以是在(例如基于飞行器110上的资源确定的)最大时间量内保持尽可能接近特定地理点，以最小化飞行器110的速度或最大化飞行器110的飞行时间，同时避开特定地理区域。在其他示例中，目标可以是通常沿预定方向或航向移动的指令。如本领域技术人员将理解的，这里描述的目标仅出于示例性目的，并且在不脱离本公开的范围的情况下也可以提供各种其他目标。在实施例中，计算设备150可以确定从在步骤S302处接收的飞行器110的当前位置到在步骤S304处接收的目标的矢量。
接下来，在步骤S306，计算设备150接收关于盛行风模式的数据。关于盛行风模式的数据可以包括一个或多个高度上的盛行风矢量(即风向和风速)。例如，关于盛行风模式的数据可以包括在飞行器110的当前位置和当前高度处的盛行风矢量，和/或在与飞行器110的当前位置相对应的各种其他高度处的盛行风矢量。在实施例中，关于盛行风模式的数据可以包括全球数据，即，关于盛行风模式的数据可以包括在全球各地的不同位置和/或高度的盛行风矢量。在一些实施例中，关于盛行风模式的数据可以由一个或多个传感器125(例如风向标和/或风速计)检测，并发送到计算设备150。另外或可替代地，可以从一个或多个外部数据源接收关于盛行风模式的数据：例如气象台或气象服务，其示例包括美国国家海洋和大气管理局(NOAA)和欧洲中距离天气预报中心(ECMWF)。也可以从例如在距飞行器110预定距离内的飞行器之类的其他飞行器中包括的传感器接收关于盛行风模式的数据。在一些实施例中，可以基于例如外部源的源和/或传感器125的组合来确定关于盛行风模式的数据。可以在飞行器110的操作期间连续地或以各种间隔接收盛行风模式数据，并且如下面进一步描述的，飞行器110的航向和/或飞行路径可以是根据新的或其他盛行风模式数据迭代地调整和/或更新。
此后，在步骤S308中，计算设备150确定飞行器110可以从在步骤S302中接收的飞行器110的当前位置沿着其移动的多个航向。可以基于在步骤S306接收的盛行风模式数据来确定多个航向，并且可以包括飞行器将沿着其在各种海拔高度移动的矢量。例如，计算设备150可以基于在各种高度处的盛行风矢量来确定如果飞行器110将特定高度保持预定时间量，则飞行器110将移动的方向和距离。因此，在不同高度的风速和/或风向的差异会导致来自同一位置的不同的可能航向。
接下来，在步骤S310中，计算设备150基于每个航向确定飞行器110达到或完成在步骤S304中接收的目标所需的时间。该确定可以基于在步骤S306接收的盛行风模式数据和在步骤S308确定的多个航向。例如，计算设备150可以生成并分析从在步骤S302处接收的飞行器110的当前位置到在步骤S304处接收的目标(例如目的地)的行驶时间的图表。如本文所使用的，术语“图表”是指多个点的地图，该点的地图指示了基于各种高度的当前盛行风模式从飞行器110的当前位置到目标的预计行驶时间。例如，行驶时间可以以天、小时、分钟和/或任何其他相关度量来度量。基于对图表的分析，计算设备150可以针对在步骤S308确定的多个航向中的每个航向确定飞行器110达到目标的预测行驶时间。
然后，在步骤S312中，计算设备150选择最优航向。例如，如在步骤S310处确定的，计算设备150可以选择将在最短的时间内将飞行器110朝着目标移动的航向。在其他示例中，当选择最优航向时，计算设备150可以权衡飞行器110的速度、飞行器110的移动方向和/或距在步骤S304处接收的目标的距离。在一些示例中，飞行器110的当前位置处的盛行风模式可导致具有到目标的最短行驶时间的航向成为不是最直接路线的航向。
计算设备150还可基于在步骤S306接收的盛行风模式数据、在步骤S310产生的图表和/或在步骤S312中选择的航向，确定或计划从在步骤S302接收的飞行器110的当前位置到在步骤S304接收的目标的飞行路径。飞行路径可以是飞行器110将基于风速和沿着投影路线的方向从当前位置行驶到目标的投影路线。在实施例中，基于从当前位置到目标的(基于盛行风模式确定的)最快路线来确定飞行路径。在其他实施例中，基于从当前位置到目标的最直接路线和/或矢量来确定飞行路径。在另外的实施例中，基于沿着用户定义的路线的一个或多个航路点来确定飞行路线。例如，飞行路径可包括：对于用于投影路线的各个部分，飞行器110应沿其移动的一个或多个航向；和/或飞行器110应在沿预计路线的各个点上被调整到的一个或多个高度。然后，计算设备150可以使诸如显示器206之类的显示设备显示诸如GUI 285之类的图形用户界面，该图形用户界面示出了所选择的航向和/或飞行路径，如图4所示(如下所述)。用户然后可以查看所选择的航向和/或飞行路径，并且可以向计算设备150提供输入，以调整和/或接受所选择的航向和/或飞行路径。
接下来，在步骤S314中，计算设备150可以使飞行器110将其高度调整为与在步骤S312中选择的航向相对应的高度。在实施例中，计算设备150可以向控制器120发送信号或数据分组，该数据分组包括与所选择的航向相对应的高度，此后，控制器120使飞行器110基于在步骤S312计划的飞行路径来调整其高度。在另外的实施例中，计算设备150可以向控制器120发送信号或数据分组，该数据分组包括与期望速度相对应的高度，此后控制器120使飞行器110基于飞行器110正在移动的速度和/或飞行器110应该移动的期望速度来调整其高度。例如，如果在步骤S312选择的航向对应于低于飞行器110的当前高度的高度(如在步骤S302处接收的)，则计算设备150使飞行器110降低其高度。同样，如果在步骤S312选择的航向对应于高于飞行器110的当前高度的高度(如在步骤S302中接收的)，则计算设备150使飞行器110增加其高度。在飞行器110的当前高度(如在步骤S302中接收的)与对应于在步骤S312中选择的航向的高度相同的情况下，计算设备150不使飞行器110在步骤S314中调整其高度。
此后，在步骤S316，计算设备150确定是否已经接收到新的盛行风模式数据。计算设备150可以进一步基于新的盛行风模式数据来确定是否已经生成了新的图表。如果计算设备150确定已经接收到新的盛行风模式图数据，则处理返回到步骤S308，其中计算设备150再次基于新的风模式数据确定可以在其中移动飞行器110的多个航向。可替代地，如果计算设备150确定尚未接收到新的盛行风模式数据，则处理进入步骤S318。
在步骤S318中，计算设备150确定飞行器110是否在目标的预定距离内。根据目标的类型，不同的距离可以定义目标周围的边界或阈值。例如，边界可以被定义为当选择用于飞行器的最优航向时飞行器110的速度依照飞行器110的移动方向均匀地加权的距离。即，当飞行器110与在步骤S302中接收的目标相距预定距离以上时，计算装置150在选择飞行器的最优航向时对飞行器的移动方向的加权大于对飞行器110的速度的加权。同样地，当飞行器110与在步骤S302中接收的目标相距小于预定距离时，计算装置150在选择飞行器110的最优航向时对飞行器110的速度的加权大于对飞行器110的移动方向的加权。预定距离可以基于从用户接收到的输入和/或盛行风模式数据。例如，在一些实施例中，预定距离可以基于多个飞行器110的协调，例如机队管理。如果计算设备150确定飞行器110在目标的预定距离之内，则处理前进到步骤S330。可替代地，如果计算设备150确定飞行器110不在目标的预定距离内，则处理进行到步骤S320。
在步骤S320中，计算设备确定是否已经经过预定时间量。预定时间量可以基于自选择飞行器110的航向起的时间、自上次接收到新的盛行风模式数据以来的时间、自上次产生新的图表以来的时间和/或自上次调整了飞行器110的高度的时间量来测量。例如，预定时间量可以是预期盛行风模式数据准确的时间量，和/或基于在步骤S308中确定多个航向的时间量。如果计算设备150确定已经过去了预定时间量，则处理前进到步骤S350。可替代地，如果计算设备150确定尚未经过预定时间量，则处理进入步骤S322。
在步骤S322中，计算设备150确定飞行器110是否正在沿着在步骤S312中选择的航向移动。替代地或另外，计算设备150可以确定飞行器110是否正在沿着在步骤S312确定的飞行路径移动。例如，计算设备150可以接收和处理关于飞行器110的更新的位置的附加数据。计算设备150然后可以基于飞行器110的更新的位置来确定飞行器110是否正在沿着在步骤S312选择的航向，在步骤S312确定的飞行路径，和/或满足在步骤S304接收的目标来移动。在实施例中，确定飞行器110是否正在沿着在步骤S312中选择的航向和/或在步骤S312中确定的飞行路径移动可以包括确定飞行器110正在移动的方向是否与选择的航向和/或飞行路径的不同大于预定量。在进一步的实施例中，确定飞行器110是否正在沿着在步骤S312中选择的航向和/或在步骤S312中确定的飞行路径移动可以包括确定飞行器110正在移动的方向是否在在步骤S312中选择的航向和/或在步骤S312中确定的飞行路线的阈值或范围内。例如，计算设备150可以确定飞行器110正在移动的方向是否在与在步骤S312选择的航向和/或在步骤S312确定的飞行路径相差预定度数之内。在又一些实施例中，确定飞行器110是否满足在步骤S304接收的目标可以包括确定飞行器110的更新的位置与特定点、地理位置和/或可以使用的用于评估飞行器110的移动是否满足目标的任何其他相关度量之间的距离。如果确定飞行器110没有沿着所选的航向或飞行路径移动和/或不满足目标，则处理前进到步骤S350。可替代地，如果确定飞行器110正在沿着所选航向或飞行路径移动，则处理返回到步骤S316，在此，计算设备150再次确定是否已经接收到新的盛行风模式数据。
现在转向3B，在步骤S330，计算设备150确定飞行器110是否正在朝着目标点移动。替代地或另外，计算设备150可以确定飞行器110是否正在沿着在步骤S312确定的飞行路径移动。例如，目标点可以是在目标周围的边界内以纬度和经度定义的特定点。在实施例中，目标点是围绕其定义边界的中心点。计算设备150可以基于飞行器正在移动的方向来确定飞行器110是否正在朝着目标点移动。例如，计算设备150可以确定飞行器当前正在移动的方向是否与目标点相交。如果计算设备150确定飞行器没有朝着目标点移动，则处理前进到步骤S350。可替换地，如果计算设备150确定飞行器110正在朝着目标点移动，则处理进行到步骤S332。
在步骤S332，计算设备150确定飞行器110正在移动的速度。可以基于一个或多个传感器125(例如，加速度计)和/或基于盛行风模式数据来确定速度。此后，在步骤S334，计算设备150确定飞行器110正在移动的速度是否大于阈值。例如，阈值可以基于和/或关联于飞行器110与目标点之间的距离来计算。即，随着飞行器110与目标点之间的距离变小，阈值降低。如果计算设备150确定飞行器110正在移动的速度大于阈值，则处理前进到步骤S370。可替代地，如果计算设备150确定飞行器110正在移动的速度不大于阈值，则处理进入步骤S336。
在步骤S336，计算设备150确定飞行器110是否已经到达目标点。例如，计算设备150可以基于与从一个或多个传感器125接收的关于飞行器110的更新位置的数据来确定飞行器110已经到达目标点。如果计算设备150确定飞行器110尚未到达目标点，则处理返回到步骤S330。可选地，计算设备150确定飞行器110已经到达目标点，处理结束。
现在转向图3C，在步骤S350，计算设备150确定飞行器110的新高度。例如，计算设备150可以接收和处理关于飞行器110的当前位置处的其他高度处的盛行风模式的附加数据，以确定飞行器110的新高度。另外或可替换地，该确定可以基于在各种高度的风矢量的一种或多种模型。该确定可以进一步基于飞行器110的当前高度和新高度之间的距离。例如，更接近飞行器110的当前高度的高度可能优于距飞行器110的当前高度更大距离的高度。在实施例中，确定用于飞行器110的新高度可以考虑调整飞行器110的高度的能量。例如，将飞行器110的高度调整到较高的高度要比调整到较低的高度消耗更多的能量，因此与较高的高度相比，潜在地有利的较低的高度可能是优选的。另外，在可能的情况下，例如为了节省能量和/或限制机械磨损，高度调整可能不利于较小的调整。
此后，在步骤S352，计算设备150确定在新高度的盛行风模式将使飞行器110朝步骤S304接收的目标和/或目标点移动的概率。在实施例中，计算设备150可以基于新高度处的盛行风模式是否将使飞行器110沿小于与步骤S312确定的飞行路径相差预定量的方向移动，来确定概率。例如，计算设备150可以进一步处理在步骤S350处接收的另外的盛行风模式数据以确定该概率。例如，计算设备150可以将从传感器125接收的数据与从外部源接收的数据进行比较以确定从外部源接收的数据的局部精度，从而确定在新高度的盛行风模式将使飞行器110朝着目标移动的概率。另外地或可替代地，该确定可以基于在各种高度处的风矢量的一个或多个模型。该概率可以进一步基于自上次接收到新高度处的有关盛行风模式的数据以来的时间。例如，自上次接收到新高度处的有关盛行风模式的数据以来的较长时间可以指示盛行风模式可能已经改变的更大机会，因此可以导致更高的概率。可替代地，自上次接收到新高度处的有关盛行风模式的数据以来的较短时间可以指示盛行风模式已经改变的更小机会，并且可以导致更低的概率。该概率还可以基于新高度与飞行器110的当前高度之间的距离和/或可获得盛行风模式数据的高度。
此后，在步骤S354中，计算设备150确定该概率是否大于阈值。如果计算设备150确定概率不大于阈值，则处理返回到步骤S350，在步骤S350中确定另一个新的高度。可替代地，如果计算设备150确定该概率大于阈值，则处理进入步骤S356。
在步骤S356中，将飞行器110的高度调整为在步骤S350中确定的新高度。例如，计算设备150可以使控制器120将飞行器110的高度改变为新高度。如果新高度高于飞行器110的当前高度，则可以增加飞行器110的高度。可替代地，如果新高度低于飞行器110的当前高度，则可以降低飞行器110的高度。
此后，在步骤S358中，计算设备150在飞行器110的新高度处接收附加的盛行风模式数据。例如，可以由一个或多个传感器125收集和/或从一个或多个传感器125接收附加的盛行风模式数据。然后，在步骤S360，计算设备150确定飞行器110是否在目标的预定距离或边界之内，如在步骤S318确定的(如上所述)。如果计算设备150确定飞行器110在目标的预定距离内，则处理返回到步骤S330。可替代地，如果计算设备150确定飞行器110不在目标的预定距离内，则处理返回到步骤S316。
现在转向图3D，在步骤S370，计算设备150确定飞行器110的新高度。例如，计算设备150可以接收并处理关于飞行器110的当前位置处的其他高度处的盛行风模式的附加数据，以确定飞行器110的新高度。附加地或可替代地，该确定可以基于在各种高度的风矢量的一种或多种模型。该确定可以进一步基于飞行器110的当前高度和新高度之间的距离。例如，与距飞行器110的当前高度更大距离的高度相比，更倾向于更接近于飞行器110的当前高度的高度。
此后，在步骤S372中，计算设备150确定新高度处的盛行风模式将以较低的速度移动飞行器110的概率。例如，计算设备150可以进一步处理在步骤S350处接收的另外的盛行风模式数据以确定该概率。另外地或可替代地，该确定可以基于在各种高度处的风矢量的一个或多个模型。该概率可以进一步基于自上次接收到新高度处的有关盛行风模式的数据以来的时间。例如，自上次接收到新高度处的有关盛行风模式的数据以来的较长时间可以指示盛行风模式可能已经改变的更大机会，因此可以导致更高的概率。可替代地，自上次接收到新高度处的有关盛行风模式的数据以来的较短时间可以指示盛行风模式已经改变的更小机会，并且可以导致更低的概率。
此后，在步骤S374中，计算设备150确定该概率是否大于阈值。如果计算设备150确定概率不大于阈值，则处理返回到步骤S370，在步骤S370中确定另一个新的高度。可替代地，如果计算设备150确定该概率大于阈值，则处理进入步骤S376。
在步骤S376中，将飞行器110的高度调整为在步骤S370中确定的新高度。例如，计算设备150可以使控制器120将飞行器110的高度改变为新高度。如果新高度高于飞行器110的当前高度，则可以增加飞行器110的高度。可替代地，如果新高度低于飞行器110的当前高度，则可以降低飞行器110的高度。
此后，在步骤S378中，计算设备150在飞行器110的新高度处接收附加的盛行风模式数据。例如，附加的盛行风模式数据可以由一个或多个传感器125收集和/或从其接收。然后，处理返回到步骤S330。
参照图4，示出了根据本公开的实施例的可以由计算设备150诸如经由显示器206来显示的示例性图形用户界面(GUI)400。GUI 400可以包括示出了对飞行器110的当前位置410的指示的地图。GUI400可以进一步示出与在步骤S312中选择的航向相对应的飞行器110的航向420的指示。还可以示出飞行器110先前行进的路径的指示430和计划的飞行路径440的指示。另外，也可以示出指示移动的可接受范围的圆锥体450。圆锥体450可以在航向420上居中，并且可以基于在步骤S312选择的航向示出飞行器可以在其中移动的方向范围。如上所述，用户可以查看航向420和/或计划的飞行路径440，并且可以例如通过调整锥体450的宽度和/或方向来调整航向420和/或飞行路径440。
本文描述了设备、结合了这种设备的系统以及使用其的方法的详细实施例。然而，这些详细的实施例仅是本公开的示例，其可以以各种形式实施。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为允许本领域的技术人员以适当详细的结构以各种方式利用本公开的代表性基础。
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