用于无人机的WWAN无线电链路质量导航的制作方法

用于无人机的wwan无线电链路质量导航
1.本技术是2019年01月11日提交的、申请号为201780043320.7、发明名称为“用于无人机的wwan无线电链路质量导航”的申请的分案申请。
2.相关申请
3.本技术要求享受于2016年7月15日提交的、标题为“wwan radio link quality navigation for an unmanned aerial vehicle”的美国临时专利申请62/362,826的优先权，故以引用方式将该申请的全部内容并入本文。


背景技术：

4.无人自主车辆(uav)或无人机可以使用无线广域网(wwan)通信用于在低空进行多方面的操作。因此，网络连接的可用性和可靠性对于安全的无人机操作是非常重要的。此外，由于无人机几乎可以在任何地方(例如，不受道路限制)和许多不同的高度进行操作，因此，设计一个能够在无人机可以进行操作的所有位置处都提供所需的网络性能的网络是有挑战性的。


技术实现要素：

5.各个实施例包括导航无人机的方法。各个实施例可以包括：当无人机沿着设定路线飞往目的地时，确定是否已发生与同该无人机的通信相关联的无线电链路质量触发事件。该无线电链路质量触发事件可以对应于无线电链路质量的预定特性。各个实施例可以包括：响应于确定已发生所述无线电链路质量触发事件，操控所述无人机遵循搜索行动(search maneuver)，以提高无线电链路质量。该搜索行动可以遵循在确定是否已发生所述无线电链路质量触发事件之前被配置的、并且偏离所述设定路线的预先配置的偏离模式。
6.在一些实施例中，所述搜索行动可以是独立于无线电链路质量信息来确定的。在一些实施例中，所述搜索行动可以不被配置为将所述无人机指引到已知位置。在一些实施例中，所述预先配置的偏离模式可以包括从包含下面各项中的至少一项的模式中选择的至少一个运动特性：螺旋、几何形状、海拔的变化、维持固定的海拔、至少部分地沿着所述设定路线的方向的运动、以及上述的组合。在一些实施例中，所述预先配置的偏离模式可以将无人机限制到预期wwan通信在其中将满足无线电链路质量的最低标准的区域。
7.一些实施例可以包括：确定是否有任何搜索行动被分配供所述无人机立即使用；以及响应于确定没有搜索行动被分配供立即使用，确定用作所述搜索行动的一组运动，其中，操控所述无人机遵循所述搜索行动使用所确定的一组运动。一些实施例可以包括：确定一组运动是否被分配供所述无人机立即使用作为所述搜索行动，其中，使用所分配的一组运动来操控所述无人机遵循所述搜索行动是响应于确定所述一组运动被分配供所述无人机立即使用来执行的。
8.在一些实施例中，所述搜索行动可以包括考虑下面各项中的至少一项的所述预先配置的偏离模式的修改版本：所述预先配置的偏离模式的初始周期的大小、针对所述预先配置的偏离模式的一个或多个后续周期的所述初始周期的大小的变化、所述预先配置的偏
离模式的运动特性的变化、对物体或者障碍物的躲避、导航限制或者所述无人机的可用功率水平。在一些实施例中，所述搜索行动可以包括考虑检测到的对与该无人机的通信的无线电链路质量干扰的无线电链路阻碍的所述预先配置的偏离模式的修改版本，其中，所述预先配置的偏离模式的所述修改版本被指引远离所检测到的无线电链路阻碍。
9.在一些实施例中，可以响应于对与所述无人机的通信的无线电链路质量的测量值下降到低于无线电链路质量门限，发生所述无线电链路质量触发事件。在一些实施例中，还可以响应于对无线电链路质量的所述测量值保持低于所述无线电链路质量门限长过低质量超时门限，发生所述无线电链路质量触发事件。在一些实施例中，可以响应于对与所述无人机的通信的无线电链路质量的测量值指示无线电链路失败长过无线电链路失败超时门限，发生所述无线电链路质量触发事件。在一些实施例中，可以响应于无线电链路质量恶化率超过恶化率门限，发生所述无线电链路质量触发事件。
10.一些实施例可以包括：响应于操控所述无人机遵循所确定的搜索行动，确定是否可以对检测的导频信号进行解调。一些实施例可以包括：响应于操控所述无人机遵循所确定的搜索行动，确定预定的数据传输速率是否可用于检测的导频信号。
11.各个实施例可以包括：获得与广域网(wwan)通信在其中可用的区域对应的无线电链路质量数据；使用所获得的无线电链路质量数据，确定用于到达目的地的设定路线，其导致所述无人机穿过可以在其中维持wwan通信的区域；操控所述无人机遵循所确定的设定路线。
12.在一些实施例中，确定所述设定路线可以包括：将所述无人机限制到预期wwan通信在其中将满足无线电链路质量的最低标准的区域。在一些实施例中，确定所述设定路线可以包括：使用所获得的无线电链路质量数据来制订设定路线，其中该设定路线提供了关于在通过该设定路线时wwan通信将被维持的经定义的最小可能性。
13.一些实施例可以包括：测量在所述无人机的位置处的wwan通信的无线电链路质量；向远程计算设备发送包括所测量的无线电链路质量的无线电链路质量报告。可以在前往所述目的地的途中，定期地重复关于测量wwan通信的所述无线电链路质量和发送所述无线电链路质量报告的操作。
14.一些实施例可以包括：确定所测量的无线电链路质量是否等于或超过指定的最低质量值，并且发送所述无线电链路质量报告可以是响应于确定所测量的无线电链路质量等于或超过所述指定的最低质量值来执行的。在一些实施例中，获得无线电链路质量数据可以包括：从先前占据了特定位置或者体积区域的至少一个其它无人机获得所述无线电链路质量数据。
15.一些实施例可以包括：检测前往所述目的地途中的无线电链路失败；以及基于所获得的无线电链路质量数据来操控所述无人机，以重新建立wwan通信。在一些实施例中，操控所述无人机以重新建立wwan通信可以包括：执行随机模式以搜索连接性。
16.另外的实施例可以包括具有无线收发机和配置为执行上面所概述的方法的操作的处理器的无人机。另外的实施例可以包括用于执行上面所概述的方法的功能的单元。另外的实施例可以包括其上存储有处理器可执行指令的非临时性处理器可读存储介质，其中所述处理器可执行指令被配置为使所述无人机的处理器执行上面所概述的方法的操作。
附图说明
17.被并入本文并且构成本说明书一部分的附图描绘了本技术权利要求书的示例性实施例，并连同概括描述以及本文给出的详细描述一起用来解释本技术权利要求书的特征。
18.图1是包括在各种实施例中使用的各种优质wwan区域的环境的透视图。
19.图2是包括有在各种实施例中使用的不同水平和大小的优质wwan区域的环境的平面图。
20.图3是示出适合于在各种实施例中使用的典型无人机和地面站的部件的框图。
21.图4是根据各种实施例，示出无人机使用地面站与服务器进行通信的示意图。
22.图5是根据各种实施例，示出用于导航无人机的方法的处理过程流程图，其包括确定是否发生了无线电链路质量触发事件。
23.图6是根据各种实施例，示出用于导航无人机的方法的处理过程流程图，其包括使用干扰引擎来生成搜索行动。
24.图7a-7g是根据各种实施例，包括预先配置的偏离模式的搜索行动的示意图表示。
25.图8是根据各种实施例，示出用于导航无人机的方法的处理过程流程图。
具体实施方式
26.参照附图来详细地描述各个实施例。在可行的地方，贯穿附图使用相同的附图标记来指代相同或者类似的部件。对于特定示例和实现方案的引用只是用于说明目的，而不是旨在限制本技术权利要求书的保护范围。
27.各个实施例包括在无人机中实现的的方法，用以使该无人机能够通过获得可以用于规划前往目的地的路线的无线电链路质量数据，来在前往目的地时尝试维持去往和来自该无人机的无线广域网(wwan)网络通信。无线电链路质量数据可以提供与一个或多个区域对应的信息，其中在所述一个或多个区域中，wwan通信可用于供无人机在向目的地行进时使用。无人机可以使用所获得的无线电链路质量数据，以确定用于到达目的地的路线并操控无人机遵循所确定的路线。当在无人机在前往目的地的途中时无线电链路质量下降到低于可接受的水平时，无人机可以发起无线电链路搜索行动以重新获得通信或者以提高无线电链路质量水平。该无线电链路搜索行动可以包括遵循从该无人机的设定路线的一个或多个预先配置的偏离模式的运动。可以对这些预先配置的偏离模式进行设计，以提供关于与该无人机的通信的无线电链路质量水平将增加的可能性。该无线电链路搜索行动可以考虑阻碍、天气、导航限制、可用功率、以及其它考量。这些预先配置的偏离模式可以不仅仅是简单地逆转航向或者折回最近的行驶路线。
28.如本文所使用地，术语“无人机”指代可以在不具有机载人类飞行员/驾驶员的情况下进行操作的各种类型的自主车辆或半自主车辆(例如，航空器、陆地车辆、水上交通工具或者其组合)中的一种。无人机可以包括被配置为在无需(诸如来自于人类操作员或者远程计算设备的)遥控操作指令的情况下(即，自主地)驾驶和/或操作无人机的机载计算设备。替代地或另外地，无人机的机载计算设备可以被配置为经由通信从远程计算设备接收操作指令和/或更新指令。可以以多种已知方式中的任何一种来推动无人机飞行或者进行其它运动。例如，多个推进单元(其每一个包括一个或多个转子)可以为无人机和该无人机
携带的任何负荷提供推进力或升力。另外地或替代地，无人机可以包括车轮、油箱踏板或其它非惯性运动装置，以使得能够在水上、水下运动或者以组合方式进行运动。此外，无人机可以由一种或多种类型的电源(例如，电气、化学、电化学或其它动力储存)供电，其中这些电源可以对推进单元、机载计算设备和/或其它机载部件进行供电。
29.如本文所使用地，表述“无线电链路”指代经由无线电频率信令(诸如，通过wwan通信)建立的无线数据通信连接。无线电链路实现无人机和可以包括计算设备的地面系统之间的通信(即，信息和命令的传输)。此外，如本文所使用地，表述“无线电链路质量”指代诸如数据交换速率、差错率、干扰的测量、信号强度等等之类的无线电链路的不同属性或者特性。
30.某些导航系统(诸如航空系统)可以具有网络可用性的监管需求，其包括发送和/或接收某些类型的信息(诸如，遥测报告和/或地面控制指令)。遥测报告可以将无人机收集的测量值和其它数据提供给远程计算机(例如，地面控制站)。此外，地面控制站可以向无人机发送紧急的操作指令和/或导航指令，以便无人机可以响应不可预见的情况并对无人机的安全做出反应。对于可能在高达400英尺处的高度处进行操作以及在包括建筑物、峡谷和/或其它障碍物的地区中行进的无人机来说，满足这种监管网络可用性要求可能是挑战性的。在前往目的地的途中在通信节点邻近的障碍和/或不与通信节点邻近可能导致与无人机的通信的无线电链路质量下降。该无线电链路质量可能会降得低到丢失与无人机的通信(即，不能够进行无线电链路)或者变得不可靠(例如，比特差错率超过通信链路内的纠错措施的补偿容量)。在一些实例中，对于某些类型的通信，特别是对于需要高带宽(例如，视频传输)的应用来说，无线电链路质量可能降低到可接受的水平以下。
31.监管网络可用性要求可以指定无人机在其中进行操作的区域(例如，空域)的体积的百分比，其中该区域的体积的百分比必须提供或者可能提供用于传送去往或来自该无人机的关键和/或安全信息的网络连接。该网络连接可能只是定期需要的。例如，无人机可能只需要在特定的周期内(例如，每10分钟)与网络通信进行通信，这意味着无人机可能需要遵循某条路线，该条路线包括和/或操控无人机朝向可能在其中发生所需通信的区域。根据监管要求，可以允许无人机在其中进行操作的区域的体积的指定百分比，以便提供有限的网络连接。
32.如果允许无人机在不考虑与wwan通信网络的连接的情况下向目的地进行导航和运动，则无人机可以自然地采用最短路线或者基于其它考虑(例如，省电、躲避人口稠密地区等等)的路线。但是，当穿过在不考虑与wwan通信网络的连接能力的情况下选择的路线时，无人机可能会经历低于可接受水平的网络连接性能下降(即，无线电链路质量的降低)。
33.为了解决该问题，各种实施例将无人机的导航路径限制为已知具有或者至少可能具有更好的网络可用性的路线。在前往目的地的途中，无人机或者与无人机通信的远程计算设备的处理器可以确定被设计为优化wwan通信的可用性的设定路线、以及被配置为共同确保满足可用性要求的其它因素。因此，各个实施例使无人机能够在于其中网络通信(并因此与地面控制系统的通信)可用且满足一些最低链路质量要求的区域的一部分内进行操作。
34.无论无人机是否遵循一条预期具有良好的网络可用性的路线，无人机都可能偶尔地遭遇受限的网络连接或者没有网络连接。无人机可以根据降低的无线电链路质量(其包
括无线电链路的完全丢失和/或其它状况)来检测这些条件。因此，根据各个实施例，无人机的处理器可以对无线电链路质量进行监测，以便检测被称为“无线电链路质量触发事件”的一个或多个不满意的状况。响应于确定已发生无线电链路质量触发事件，无人机可以发起搜索行动以提高无线电链路质量。无人机可以使用缺省/预先设置的搜索行动，从一个以上的预定的搜索行动中进行选择，生成新的搜索行动，或者其某种组合。
35.在各个实施例中，搜索行动可以通过可由无人机的处理器执行的一系列命令来定义，并被配置为控制无人机的运动以搜索更好的无线电链路质量。每一个搜索行动可以包括遵循预先配置的偏离模式的一组运动或行动，该预先配置的偏离模式旨在系统地和有效地搜索与沿着当前设定路线测量的无线电链路质量相比改进的无线电链路质量。搜索行动可以包括一个以上的预先配置的偏离模式，不同的搜索行动可以包括彼此之间不同的一个或多个不同的预先配置的偏离模式。如本文所使用地，表述“预先配置的偏离模式”指代：被提前配置以使无人机沿着具有可辨别的相干形式的路径而偏离设定路线的无人机运动或行动。由于预先配置的偏离模式是被提前配置的，所以预先配置的偏离模式是独立于无线链路质量条件来确定的。预先配置的偏离模式可以在可识别的相干形式的循环完成时进行重复。
36.图1根据各种实施例，示出了无人机可以在其中进行操作的环境100的透视图，其包括可以在确定通过城市的设定路线时考虑的具有足够质量的无线通信链路所处的各种位置(本文称为“优质wwan区域”150)。优质wwan区域150表示无人机可以在其中发送和接收wwan通信信号以支持遵循最低标准或者任务/监管要求的网络连接性的空间(例如，飞行空间)体积地区。优质wwan区域150内的无线通信的质量取决于很多因素，包括干扰的源(例如，雷达站点和电视发射塔)、居间的结构(例如，建筑物)、以及到地面站的距离。
37.虽然为了说明起见，优质wwan区域150在图1中被示出成圆顶形状的半球形区域，但根据地面站传输和接收特性以及周围环境，也可以是其它形状。此外，优质wwan区域150中的各个区域可以具有不同水平的wwan通信连接性。因此，各个优质wwan区域150的无线电链路质量水平可能不是均一的。此外，多个优质wwan区域150可以重叠并进行组合以集总地生成更大连续区域的wwan通信连接性。
38.无人机可以沿着起始位置105和目的地195之间的大量路线中的任意路线飞行。最短路线110被示出为起始位置105和目的地195之间的直线路线。图1中所示出的最短路线110也是便捷的，这是由于沿着该路径没有障碍物。但是，在图1所示出的例子中，最短路线110大部分位于优质wwan区域150之外。
39.根据各个实施例，可以为无人机确定优质通信路线120，其通过穿过如由实线所示出的一系列优质wwan区域150来提供足够的无线通信连接性。优质通信路线120不是直线，因此是比最短路线110长的路线。但是，优质通信路线120提供了通过起始位置105和目的地195之间的大部分航线(如果不是全部的话)的网络连接。
40.无人机或者与无人机通信的远程计算机中的处理器可以获得与广域网(wwan)通信在其中可用的3-d区域对应的无线电链路质量数据。该3-d区域可以涵盖整个环境100、其子集或者更广的区域。该3-d区域还可以包括多个较小的区域，其包括或靠近起始位置105、目的地195、周围区域、或者之间的区域。无线电链路质量数据可以在数据库(例如，位于通过互联网可访问的服务器上的数据库)中获得。无线网络提供商可以通过正式调查或者其
它方法，经由由无人机提供的并随时间被汇总的链路质量报告，来填充这种数据库。可以在诸如任务开始时，将无线电链路质量数据库中的一部分上传到无人机的存储器中，以使无人机处理器能够从本地存储器中访问该数据。
41.作为自主路线规划的一部分，处理器可以获得并使用无线电链路质量数据，以确定用于到达目的地195的设定路线。此外，处理器可以基于所获得的无线电链路质量数据以及其它标准，将优质通信路线120识别成通过该3-d区域的最佳路线(即，对于wwan通信来说最佳)。通过使用优质通信路线120而不是最短路线110，无人机可以在前往目的地195途中经历改善的通信。
42.不是作为精确或精准的飞行线路，优质通信路线120或者其它设定路线可以包括边界或者约束范围，在该边界或者约束范围内，无人机可以停留以便提供足够的或者最低可接受的wwan通信可用性。这些边界或约束范围的大小可以取决于优质wwan通信的可用性和/或对区域进行约束的物理边界(例如，禁飞区、山脉、运动障碍物、危险区等等)。此外，优质通信路线120可以无法保证wwan通信吞吐量。例如，优质通信路线120可以增加关于能够建立wwan通信的可能性，定期地提供通信机会，和/或在前往目的地195的途中的特定时间或者航路点处提供通信机会。
43.除了考虑无线电链路质量数据之外或者结合考虑无线电链路质量数据，可以基于传统的导航规划考量来确定优质通信路线120。例如，确定优质通信路线120可以包括：使油耗减到最小、增加或者确保无人机或者其负荷的安全性、避免在人口稠密地区上方飞行、以及其它路线规划标准。
44.图2根据各种实施例，示出了包括不同水平和大小的优质wwan区域的环境200的平面图。参见图1-2，环境200包括围绕并包括起始位置205和目的地295的区域。各个优质wwan区域通过圆形或者椭圆形来标记。每一个圆形或者椭圆形的大小对应于各个优质wwan区域所覆盖的区域。
45.各个优质wwan区域的特性可以通过该区域内的无线电链路质量的水平来描绘。可以通过各种属性(例如，用于维持和/或建立无线电链路的概率数)，来测量无线电链路质量的水平。在图2中，使用点填充来标记具有最低水平的优质wwan区域(即，无线电链路质量水平1)；使用对角线填充来标记具有中间水平的优质wwan区域(即，无线电链路质量水平2)；使用交叉线填充来标记具有最高水平的优质wwan区域(即，无线电链路质量水平3)。
46.在环境200中，使用虚线来标记最短路线210，最短路线210包括围着高楼结构10的拐弯。然而，最短路线210没有穿过很多优质wwan区域，并且只在开始时穿过具有无线电链路质量水平1的一个区域。
47.执行导航规划优化的处理器可能想要考虑无线电链路质量数据，以便在前往目的地295的途中至少确保最低水平的wwan通信。因此，在确定至少包括最低水平的wwan通信的设定路线时，处理器虽然可以确定比最短路线210长且不是直线的第一优质通信路线220，但可以在其前半部分期间频繁地至少提供某种(包括最低水平)连接性(即，无线电链路质量水平1和2)。
48.替代地，执行导航规划优化的处理器可以通过确定具有关于维持无线电链路的最高概率的设定路线，使wwan通信的可用性最大化。第二优质通信路线230被示出为与第一优质通信路线220相比在相同的方向上开始，但稍后在第一中间位置215转向。随后，第二优质
通信路线230与第一优质通信路线220在第二中间位置285处会合(meet backup)，之后，第一优质通信路线220和第二优质通信路线230彼此之间是吻合的。与第一优质通信路线220相比，第二优质通信路线230甚至更长，但穿过几个表现出最高水平的连接性(即，无线电链路质量水平i-3)的优质wwan区域，并且通过在该路线的更高百分比上的优质wwan区域前往目的地295。因此，确定了用于到达目的地的使wwan通信的可用性最大化的设定路线的处理器可以确定类似于第二优质通信路线230的设定路线，特别是对于需要频繁但不恒定的通信和/或高带宽无线通信的任务而言更是如此。
49.各个实施例可以在各种各样的无人机中实现，在图3中示出了适合于结合各个实施例使用的具有四转子无人机的形式的例子。参见图1-3，无人机300可以包括由塑料、金属或者适合于飞行的其它材料来制造的主体301(即，机身、框架等等)。主体301可以包括处理器330，后者被配置为监测和控制无人机300的各种功能、子系统和/或其它部件。例如，处理器330可以被配置为监测和控制无人机300的各个功能，诸如与推进、导航、功率管理、传感器管理和/或稳定性管理有关的模块、软件、指令、电路、硬件等的任意组合。
50.处理器330可以包括一个或多个处理单元301，诸如被配置为执行处理器可执行指令(例如，应用、例行程序、脚本、指令集等等)以控制无人机300的导航、操作和其它操作(其包括各个实施例的操作)的一个或多个处理器。在一些实施例中，处理器330可以耦合到被配置为存储数据(例如，导航/路线规划、获得的传感器数据、接收的消息、应用等等)的存储器单元302。
51.在各个实施例中，处理器330可以耦合到通信资源，其包括用于发送和接收无线信号的无线收发机304和天线306(例如，无线电装置和天线、rf等等)。由于无人机通常在低海拔区域(例如，低于400英尺)飞行，因此无人机300可以扫描与发射机(例如，信标(beacon)、wi-fi接入点、蓝牙信标、小型小区(微微小区、毫微微小区等)等)相关联的wwan通信信号(例如，wi-fi信号、蓝牙信号、蜂窝信号等)，诸如前往目的地的设定路线附近或者之上的受限地区或非受限地区内的信标或其它信号源。这些通信资源可以从诸如导航信标(例如，甚高频(vhf)全向范围(vor)信标)、wi-fi接入点、蜂窝网络基站、无线电台等之类的无线电节点接收数据。
52.无人机可以使用诸如全球导航卫星系统(gnss)、全球定位系统(gps)、机载传感器等等之类的航空系统进行导航。在一些实施例中，无人机300可以使用替代的定位信号的源(即，不同于gnss、gps等)。在一些应用中，无人机300可以使用与这些替代信号的源相关联的位置信息以及其它信息(例如，与上一次信任的gnss/gps位置相结合的航位推算、与无人机起飞区的位置相结合的航位推算等)来进行定位和导航。因此，无人机300可以使用包括如下导航技术的组合来进行导航：航位推算、对无人机300下方和周围的地面特征(例如，识别道路、地标、公路标牌等)的基于摄像机的识别等，这些导航技术可以替代gnss/gps位置确定和基于检测的无线接入点的已知位置的三角测量或者三边测量而被使用，或者结合gnss/gps位置确定和基于检测的无线接入点的已知位置的三角测量或者三边测量来被使用。
53.在一些实施例中，无人机300的处理器330还可以包括各种输入单元308，用于接收地面控制指令(例如，导航命令、区域调查信息、路线更新/选项、或者响应于无线电链路质量的显著下降而使用的搜索行动)、来自人类操作员的数据，和/或用于收集用于指示与无
人机300有关的各种状况的数据。例如，输入单元308可以包括照相机、麦克风、传感器、位置信息功能(例如，用于接收全球定位系统(gps)坐标的gps接收机)、导航仪器(例如，姿态指示器、陀螺仪、加速计、高度计、罗盘等)、键盘等。处理器330的各个部件可以经由总线310或者其它类似的电路进行连接。
54.主体301可以包括各种设计方案和目的的起落架，诸如支架、滑板、轮子、浮筒等。主体301还可以包括载荷机构321，后者被配置为保持、钩住、抓住、包裹和以其它方式携带各种载荷(诸如，箱体)。在一些实施例中，载荷机构321可以包括和/或被耦合到致动器、轨道、导轨、压载物(ballast)、马达和其它部件，用于调整由无人机300携带的载荷的位置和/或方位。例如，载荷机构321可以包括可运动地附接到轨道的箱体，使得箱体内的负荷可以沿着轨道来回运动。载荷机构321可以耦合到处理器330，并因此可以被配置为接收配置或者调整指令。例如，载荷机构321可以被配置为基于从处理器330接收的指令，使马达重新定位负荷。
55.无人机可以是翼状的、旋翼航空器的品种，或者具有用于引起从一个位置运动到另一个位置的其它机构。图3中所示出的示例性无人机300是一种旋翼航空器品种，其使用由对应的马达322驱动的一个或多个转子324来提供上升(或起飞)以及其它空中运动(例如，前进、上升、下降、侧向运动、倾转、旋转等)。无人机300可以利用各种马达322和对应的转子324用于起飞和提供空中推进。例如，无人机300可以是配备有四个马达322和对应的转子324的“四轴飞行器”。马达322可以耦合到处理器330，因此可以被配置为从处理器330接收操作指令或者信号。例如，马达322可以被配置为基于从处理器330接收的指令，增加其对应的转子324等的旋转速度。在一些实施例中，马达322可以独立地由处理器330控制，使得一些转子324可以使用不同的功率量以不同的速度进行接合，和/或提供不同的输出水平用于使无人机300运动。例如，主体301的一侧上的马达322可以被配置为使其对应的转子324以比主体301的相对侧上的转子324高的每分钟旋转(rpm)进行自旋，以便平衡负担有偏离中心的载荷的无人机300。虽然无人机300被示出成可以利用各种实施例的无人机的示例，但其并不意图暗示或者要求各种实施例只限于旋翼式飞机无人机。而是，各种实施例也可以与翼形无人机一起使用。此外，各种实施例可以等同地用于基于陆地的自主车辆、水上自主车辆和基于空间的自主车辆。
56.主体301可以包括可以耦合到并被配置为向无人机300的各个其它部件供电的电源312。例如，电源312可以是用于供电以操作马达322、载荷机构321和/或处理器330的单元的可充电电池。
57.虽然在图3中将无人机300的各个部件示出成单独的部件，但可以将这些部件(例如，主体301、处理器330、马达322和其它元素)中的一些或全部一起集成在单个设备或者单元(诸如片上系统)中。无人机300及其组成元素还可以包括图3中没有示出的其它部件。
58.处理器330可以被配置为经由通信资源，通过(例如，在优质wwan区域中访问的)无线连接151与地面站390进行通信，以与地面站390接收和发送信息。无线连接151可以是在无人机300的天线306和地面站390的一付或多付天线399之间建立的双向无线链路。
59.地面站390可以是移动电话网络基站(例如，e节点b)、无人机控制器、服务器、或者可以向一个或多个无人机(例如，无人机300)提供导航辅助和其它信息的另一种电子系统。移动电话网络的示例包括第三代(3g)、第四代(4g)、长期演进(lte)、时分多址(tdma)、码分
多址(cdma)、cdma 2000、宽带cdma(wcdma)、全球移动通信系统(gsm)、单载波无线传输技术(1xrtt)和通用移动通信系统(umts)。地面站390可以被配置为与其它网络(诸如其它广播系统计算机和服务器、互联网、公众交换电话网和/或蜂窝数据网)建立网络接口连接。
60.地面站390可以包括用于执行软件指令的处理器392。地面站390可以包括用于存储代码和数据的存储器。例如，存储器394可以存储能够被发送给无人机的导航数据和其它信息。在一些实施例中，地面站390可以与无人机控制器进行通信，其中无人机控制器向无人机提供导航信息。存储器394可以包括下面中的一种或多种：随机接入存储器(ram)、动态ram(dram)、静态ram(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、或者其它类型的非临时性计算机可读存储介质。
61.地面站390可以包括至少一个网络接口396。网络接口396可以用于通过诸如无线广域网(wwan)(例如，移动电话网络)或者局域网(例如，wi-fi)之类的通信网络，与无人机和其它设备或车辆进行通信。网络接口396可以连接到一付或多付天线399，以发送和接收与无人机的通信波束。处理器392结合网络接口396，可以使用天线399来形成射频(rf)通信波束。地面站390还可以包括用于向地面站390供电的电源接口398。地面站390可以包括将地面站390的各个部件连接在一起的总线391。
62.地面站390还可以包括图3中没有示出的其它部件。例如，地面站390可以包括各种各样的处理部件，诸如调制解调器、收发机、用户识别模块(sim)卡、另外的处理器、另外的硬件驱动器、通用串行总线(usb)端口、以太网端口和/或其它类型的有线或无线输入/输出端口、键盘、鼠标、扬声器、麦克风、显示屏、触摸屏、以及本领域已知的多种其它部件。
63.在各个实施例中，无人机(例如，图3中的无人机300)可以经由通信资源(例如，无线收发机304和天线306)，从诸如存储器(例如，302)或传感器(例如，输入单元308)和/或远程计算设备之类的机载部件，访问诸如导航控制数据之类的信息，如图4中所示。参见图1-4，环境400中的无人机300可以与服务器410(即，远程计算设备)关于在数据存储设备420的数据库430中维护的导航控制数据进行通信。无人机300可以在运动或者静止时，例如经由地面站390和电信网络405，与服务器410交换通信。经由这种通信，无人机300可以从服务器接收导航控制数据或者对导航控制数据的更新(例如，路线改变、控制命令、无线电链路质量更新和/或用于无线电链路质量触发事件的搜索行动)，其中服务器编译和/或维护这种数据的数据库。无人机处理器(例如，330)可以将所接收的导航控制y数据存储在存储器(例如，302)中，并可以当根据各个实施例，确定用于到达目的地d的设定路线r、或者响应于无线电链路质量触发事件而确定搜索行动时，使用该数据。无人机300可以基于导航控制数据结合任务参数，来评估特定的优质wwan区域(包括到达这里的航线和前往目的地d的设定路线r)的适宜性或者特定的搜索行动的适宜性。
64.在环境400中，本文进一步关于存储在数据存储设备420中的导航控制数据440来描述数据库430；然而，相同或者类似的信息可以被编译和/或存储在无人机300的机载存储器(例如，存储器单元302)中。导航控制数据440可以由服务器410、地面站390、无人机300、其它无人机、其它源和/或其组合中的至少一个来确定和/或编译，并通过电信网络405而被共享。数据库430中的导航控制数据440可以包括关于导航命令441、路线442、区域调查443、环境数据444、背景数据445、系统数据446、预计的性能数据447、历史性能数据448、无人机技术规范449、搜索行动数据450的各种类型的信息，以及与导航控制有关的其它数据。
65.导航命令441可以包括由无人机的导航系统为了自主或者半自主导航而使用的输入。导航命令可以允许无人机在依赖于或者不依赖于gps信号或受训人员的情况下自主地导航。当不依赖于gps时，无人机的处理器可以使用机载传感器(例如，加速计、陀螺仪、磁力计和照相机)结合学习系统，来估计其自身的位置/定位和方位，并认识其环境。此外，无人机的处理器可以将该位置/定位、方位和环境数据与当前路线或者搜索行动进行相关，以便停留在航线或者成功地尝试提高无线电链路。因此，使用导航命令来执行控制算法的处理器可以高效地和有效地使无人机运动。此外，还可以从无人机操作者和/或管理者提供导航命令441，其可以覆盖其它数据。例如，来自无人机操作者的导航命令441可以表示原本开阔的土地是飞行的禁区(off-limits)。导航命令441可以是实时数据、非实时数据和/或其组合。
66.用于到达目的地或优质wwan区域的路线数据442可以提供去往目的地和/或一个或多个优质wwan区域的坐标和导航方向。路线数据442还可以包括可用于到达特定地区或目的地的一个以上的航线(即，替代路线)。此外，路线数据442可以包括用于到达和/或使用优质wwan区域的功率消耗估计/需求(即，功率耗费)。与完成到优质wwan区域的航线相关联的能量耗费可以抵消满足监管要求和维持wwan通信的能力。
67.区域调查443可以反映关于无人机所位于的区域或者用于wwan通信的潜在区域的可用信息。例如，区域调查443可以包括用于维持和/或建立无线电链路的概率数值(即，无线电链路质量信息)，其包括：关于通信信号将有多强的估计、信号强度电平(即，实际测量结果)、信号质量的稳定性或可靠性、该区域内的信号质量或强度的映射、或者与该区域相关联的可用性、限制和/或风险。优质wwan区域(特别是在城市区域或者人口稠密区域)可能由于一些无人机或者其它障碍物而变得拥挤。为了解决这种可能性，区域调查信息可以反映当前位于该区域中的无人机或者其它运动和/或静止物体的数量，以及特定的区域是否太拥挤或者危险而无法进入。
68.一些优质wwan区域可能具有一天中的时间的限制，需要某种授权或者具有其它访问限制。特定区域中的风险可以反映关于人类或者生物可能干扰或者阻碍无人机300的可能性。例如，无线电链路质量数据可以反映对于趋向于更安全的不太拥挤的区域的优选。风险评估还可以反映其它危险状况(诸如，跌落的碎片或其它危险)。
69.此外，区域调查443可以包括关于区域的优化细节。例如，区域调查443可以包括诸如下面之类的一个或多个地区(例如，区域或位置)中的无线电链路质量信息：在其中存在wwan通信信号的位置、到优质wwan区域(例如，150)的航线、到一区域的最佳途径、关于其中的障碍物的细节、以及区域中的运动要求(例如，由于障碍物或者风型)。此外，区域调查信息还可以包括关于以下的细节：一优质wwan区域可以容纳多少无人机、多少无人机当前占据优质wwan区域、或者反映高峰交通时间、非高峰交通时间、平均使用时间等的调度信息。以此方式，可以在当评估特定的优质wwan区域时使用的无线电链路质量数据中，反映关于该优质wwan区域由于其它无人机而变得拥挤的事实。
70.环境数据444可以包括温度、风速、降雨和/或湿度，其可能影响无人机如何进行工作，并因此可以用于生成搜索行动。
71.背景数据445可以包括无人机的地理位置(即，基于gps或者高度计)、附近障碍物/结构、无人机的速度、无人机是在盘旋、上升还是降落(例如，这可以通过该无人机上包括的
传感器来推断)。
72.系统数据446可以包括关于无人机自身或者无人机的载荷的信息，该信息从机载传感器/指示器(例如，电池功率电平、部件损伤/故障等等)或者从通过短距离连接(诸如，蓝牙或wi-fi)或通过远距离wwan连接与该无人机通信的一个或多个远程传感器获得。
73.预计的性能数据447可以包括针对无人机性能的估计，诸如距离、最大速度、能量电池容量、或者针对机载部件的其它性能估计。
74.历史性能数据448可以类似于预计的性能数据447，但基于无人机或其中的部件的实际性能。例如，历史性能数据448可以包括与能量电池水平相关的行驶距离、记录的基于经测量的顶风的经缩减的距离、或者针对特定搜索行动或者其元素的成功率。
75.无人机技术规范449可以包括关于该无人机的尺寸、重量、配置数据(例如，固定翼与多转子)或者其它细节。
76.数据库430还可以包括搜索行动数据450，后者可以包括：响应于无线电链路质量触发事件而分配的供无人机300使用的搜索行动。在各个实施例中，搜索行动数据450可以由无人机的处理器(例如，330)、地面站(例如，390)、另一个无人机或者其组合来确定。作为来自机载接口(例如，308)的输入或者通过无线连接(例如，151)，无人机可以接收从远程计算设备生成或者发送的搜索行动数据450。可以在各种时间，确定搜索行动数据450。例如，一个或多个搜索行动可以是在需要时(例如，当无人机处于运动时并响应于无线电链路质量触发事件)被确定的，或者可以是被先前确定的。
77.搜索行动数据450可以包括关于各个搜索行动或者其部件的特定信息。例如，每一个搜索行动包括遵循至少一个预先配置的偏离模式的一组运动。搜索行动数据450可以分别包括关于不同的预先的偏离模式的细节。这些预先配置的偏离模式可以提前于无线电链路质量触发事件来被配置，并独立于任何无线电链路质量信息。在需要时(即，非提前)，可以使用预先配置的偏离模式来生成一个或多个新的搜索行动。由于各个搜索行动可以包括至少一个预先配置的偏离模式，因此还可以独立于任何无线电链路质量信息来确定搜索行动。此外，由于搜索行动遵循至少一个预先配置的偏离模式，因此搜索行动不被配置为将无人机指引到已知位置，比如具有良好的无线电链路质量的先前位置或者返回到基地。
78.预先配置的偏离模式可以包括从包含下面各项中的至少一项的模式中选择的至少一个运动特性：螺旋、几何形状、海拔的变化(即，增加或者减少)、维持固定的海拔、至少部分地沿着设定路线的方向的运动、以及上述的组合。此外，螺旋或几何形状的形状可能在搜索行动期间改变。例如，预先配置的偏离模式可以包括具有逐渐增加的半径的螺旋。此外，搜索行动可以包括考虑下面各项中的至少一项的选定的预先配置偏离模式的修改版本：该预先配置的偏离模式的初始周期的大小、针对该预先配置的偏离模式的一个或多个后续周期的所述初始周期的大小的变化、该预先配置的偏离模式的运动特性的变化、对物体或者障碍物的躲避、导航限制和/或无人机的可用功率水平。此外，搜索行动还可以包括：预先配置的偏离模式的修改版本，其考虑检测到的干扰与无人机的通信的无线电链路质量的无线电链路阻碍。例如，可以指引预先配置的偏离模式的修改版本远离所检测到的无线电链路阻碍。作为另外的替代方案，处理器可以发起半随机运动模式来搜索连接性。
79.在一些实施例中，导航控制数据440可以包括关于可以从其获得导航控制数据的源或者信息源的细节。关于导航控制的这种信息可以包括或者基于：由其它无人机、区域传
感器和其它数据收集源所观测和/或编译的历史和/或当前数据。此外，导航控制数据还可以包括针对信息或者已从其先前获得导航控制数据的信息源的评级或排名。可以使用评级或者排名以指示信息或者其源的置信度或者可靠性。
80.除了来自远程源(例如，地面站390或者服务器410)的信息之外，无人机300可以使用机载和/或可拆卸的传感器来发现和评估区域。例如，机载照相机、风速计、湿度(即，雨量)测量仪和/或其它传感器可以帮助发现或者识别优质wwan区域，一旦位于该区域就评估状况，和/或确定要使用的搜索行动。可拆卸的传感器可以从无人机300中丢弃或弹出。替代地，可拆卸传感器自身可以是被配置为自主地离开无人机300(并可选地返回到无人机300)的无人机类型部件。无人机300可以将来自机载传感器的数据存储在机载存储器(例如，存储器单元302)中，并与服务器(例如，410)共享该数据，服务器既而还可以与其它无人机共享该数据。此外，当处于特定的区域时，无人机300可以被配置为分析由机载或者远程传感器获得的实时数据，以评估该优质wwan区域用于wwan通信或者搜索行动以提高无线电链路质量的适宜性。例如，处理器可以监测和记录根据rf资源做出的各种无线链路测量(例如，接收的功率电平、信噪比、分组差错率等等)。
81.在一些实施例中，数据库430或者数据库的一部分可以存储在无人机300的存储器(例如，存储器单元302)中。无人机302可以按照定期的时间间隔(例如，每小时、每天等等)，从服务器(例如，410)接收更新的数据库信息，使用该信息来更新机载存储器中所存储的数据库430。
82.通过在无人机的存储器(例如，302)中维护数据库的本地版本，可以减少无人机300和服务器410之间的通信的频率，这可以减少开销、业务负荷等等。在无线广域网(wwan)连接或者与其它网络的连接不可用或者不可靠的环境中，减少与服务器410进行通信的需求是有利的。
83.在一些实施例中，存储在无人机300的存储器中的信息(例如，导航控制数据440)可能具有有限的使用寿命，该有限的使用寿命可以在获得该信息时被指示(例如，通过到期时间)。无人机300可以使用定时器等来跟踪存储器中存储的信息的到期。例如，如果数据库信息到期或者超出所指示的使用寿命，则无人机处理器可以联系服务器410来重新装载最新的数据库信息。在一些实施例中，可以不允许存储了到期的数据库信息的无人机偏离当前航线，除非在紧急情形下。
84.在各个实施例中，在无人机300开始运动之前、随着无人机开始运动或者在其它指定的时间，无人机300可以与服务器410进行通信，以便确认已从数据库430装载了最新的信息更新。一旦确认该信息是当前的或者更新的，则无人机300可以在无需与服务器410进行通信的情况下行进，直到定时器到期或者在发生某种其它预定的事件(例如，第三方的查询)时为止。
85.虽然在工作环境400中只示出了单个服务器410，但数据库430或者数据库430中的信息可以分布在多个服务器之中。替代地或另外地，这些服务器可以是冗余的，使得无人机300可以被配置为与这些服务器中的选择的一个进行通信。对与之要进行通信的服务器的选择可以基于某种标准或者条件，诸如，服务器与无人机300的邻近性、服务器和无人机300之间的无线链路质量、服务器的附属关系或者类别(例如，军事、政府、商业、私有等等)、服务器的信誉、服务器的运营方等等。
86.在一些实施例中，在给定服务器(例如，410)上存储和/或维护的数据库信息可以由其它服务器(或者实体)填充，或者由其它服务器(或实体)访问。例如，服务器可以被配置为从与受限制区域(其中在该受限制区域中事件可能正在发生，或者事件被调度在该受限制区域中发生)相关联的实体/服务器查询或者获得事件信息。
87.无人机(例如，300)可以检测无线电链路质量的下降或者无线电链路的完全损失。因此，根据各个实施例，无人机的处理器可以监测和测量无线电链路质量，以便检测无线电链路质量触发事件。响应于确定已发生了无线电链路质量触发事件，无人机可以发起搜索行动用于提高无线电链路质量。
88.图5示出了根据各种实施例，用于导航无人机的方法500。参见图1-5，方法500的操作可以由处理器(例如，无人机300的处理器330、地面站390的处理器392或者其它远程计算设备)来执行。
89.在确定框515中，处理器可以确定无线电链路质量的测量值是否超过最低无线电链路质量门限值(即，最低质量门限)。该最低无线电链路质量门限值可以是为在wwan通信网络中建立和维持无线电链路所需要的最低值。替代地，可以将该最低无线电链路质量门限值设置的比所需要的最低无线电链路质量水平高，这可以确保更可靠和更稳定的通信链路。
90.响应于确定无线电链路质量的测量值小于或等于(即，不超过)最低无线电链路质量门限值(即，确定框515＝“否”)，处理器可以继续监测和测量无线电链路质量，重复确定框515。可选地，响应于确定无线电链路质量的测量值不超过最低无线电链路质量门限值(即，确定框515＝“否”)，在可选框530中，处理器可以对无线电链路质量触发事件没有发生过进行注册。
91.向远程计算设备发送和由远程计算设备接收的无线电链路质量信号可以被用以：以各个位置中的对无线电链路质量的经更新的且务实的测量值来维护或者更新无线电链路质量数据库(例如，数据库430)。在数据库中维护的无线电链路质量数据可以从各种设备(包括无人机(例如，众包(crowd sourcing))或者具有用于测量无线电链路质量的传感器或其它仪器的其它设备)中编译。
92.由无人机(诸如在数据库中)进行的无线电链路质量测量的集合可以通过将设定路线约束到小于所有可用区域的范围来增加通信网络的总体可靠性。无人机可以众包去往目的地途中的网络质量信息并向集中式数据库进行回报，其中该集中式数据库可以编译网络质量测量的总体图。
93.响应于确定所接收的无线电链路质量的测量值超过最低质量门限值(即，确定框515＝“是”)，在可选的确定框517中，处理器可以可选地确定低质量周期(t
low
)是否超过低质量超时门限。低质量周期(t
low
)可以反映在进行可选的确定框517中的确定时，无线电链路质量的测量值已连续地和/或一直地未超过最低质量门限值有多长时间。例如，低质量周期t
low
可以位于1.5秒和5秒之间。在各个实施例中，低质量周期t
low
可以是1秒。
94.响应于确定低质量周期(t
low
)没有超过低质量超时门限(即，可选的确定框517＝“否”)，处理器可以继续监测和测量无线电链路质量，并重复确定框515。可选地，响应于确定低质量周期t
low
没有超过低质量超时门限(即，可选的确定框517＝“否”)，在可选框530中，处理器可以对无线电链路质量触发事件没有发生过进行注册。
95.响应于确定低质量周期(t
low
)超过低质量超时门限(即，可选的确定框517＝“是”)，在可选的确定框525中，处理器可以可选地确定是否发生无线电链路失败。
96.无线电链路失败可以表示非常低质量的或不可靠的连接或者表示根本没有连接。当尝试切换但未能完成切换时，发生另一种公共无线电链路失败，这导致不可靠的连接。
97.响应于确定尚未发生无线电链路失败(即，可选的确定框525＝“否”)，处理器可以继续监测和测量无线电链路质量，重复确定框515。可选地，响应于确定尚未发生无线电链路失败(即，可选的确定框525＝“否”)，则在可选框530中，处理器可以对无线电链路质量触发事件没有发生过进行注册。
98.响应于确定已发生无线电链路失败(即，可选的确定框525＝“是”)，在可选的确定框527中，处理器可以可选地确定无线电链路失败周期(t
fail
)是否超过无线电链路失败超时门限。无线电链路失败周期t
fail
可以反映在进行可选的确定框527中的确定时，无线电链路质量的测量值已连续地和/或一直地作为无线电链路失败进行注册有多长时间。例如，无线电链路失败周期t
fail
可以位于0.5秒和5秒之间。在各个实施例中，无线电链路失败周期t
fail
可以是1秒。
99.响应于确定无线电链路失败周期(t
fail
)没有超过无线电链路失败超时门限(即，可选的确定框527＝“否”)，处理器可以继续监测和测量无线电链路质量，并重复确定框515。可选地，响应于确定无线电链路失败周期t
fail
没有超过无线电链路失败超时门限(即，可选的确定框527＝“否”)，在可选框530中，处理器可以对无线电链路质量触发事件没有发生过进行注册。
100.响应于确定无线电链路失败周期t
fail
超过无线电链路失败超时门限(即，可选的确定框527＝“是”)，在方框540中，处理器可以对无线电链路质量触发事件发生过进行注册。可选地，响应于确定下面中的任何一种，在方框540中，处理器可以对无线电链路质量触发事件发生过进行注册：a)所接收的无线电链路质量的测量值超过最低质量门限值(即，确定框515＝“是”)；b)低质量周期t
low
超过低质量超时门限(即，可选的确定框517＝“是”)；或者c)无线电链路失败已发生(即，可选的确定框525＝“是”)。
101.在方框550中，处理器可以发起搜索行动用于提高无线电链路质量。根据方法500，可以响应于一个或多个度量下降到低于相应的门限(例如，最低质量门限、低质量周期t
low
或者无线电链路失败周期t
fail
)，发起搜索行动。可以将这些门限设置成优化移动性能以及无人机所产生的计算量、功率消耗和信令开销。
102.处理器可以定期地执行和/或重复确定框515-550中的操作，以评估无线电链路质量，并在无线电链路质量不满意时发起搜索行动。因此，方法500提供了一种对无人机进行导航的方法，其通过考虑作为导航路线确定的一部分的无线电链路质量，来改善无人机与wwan网络的连接性。
103.在任务期间，无人机可能需要维持通信或者特定水平的无线电链路质量。例如，无人机可能需要遵照特定的监管要求(例如，最低通信链路质量水平或者所需要的通信时段)。再举一个例子，检测到故障状况(例如，电池电量不足或者其它机载系统问题)的无人机处理器可能需要将有关故障的信息传送到控制中心。因此，当无人机不能够执行与地面站的无线通信时，无人机需要搜索可以重新建立无线通信或者可以维持更佳的无线电链路质量的区域。
104.各个实施例包括用于执行自主动态无线电链路搜索行动(本文还称为仅“搜索行动”)，以供无人机在没有当前占用的或者围绕的区域中的无线电链路质量的先验知识的情况下，用以克服无线电链路的丢失或者恶化的方法。具体而言，无人机的处理器可以确定或者自动地发起搜索行动，用于提高无线电链路质量或者重新获得无线电链路。与方法500(其进行关于无线电链路质量的测量值(即，确定框515)和无线电链路失败(即，可选的确定框525)的确定)相比，搜索行动的确定和/或发起可以直接源自于这些确定或者潜在其它情形中的任意一种。因此，当发生无线电链路质量的预定特性时，这种发生可以称为“无线电链路质量触发事件”。因此，响应于无线电链路质量触发事件，无人机可以发起搜索行动。无线电链路质量触发事件可以包括：无线电链路质量的特别低的测量值、无线电链路质量的高度恶化、具有减少的无线电链路或者没有无线电链路的周期、其它情况以及上述组合。对于与无人机通常的通信或者针对特定类型的无人机通信而言，这种无线电链路质量触发事件可以被认为是不可接受的。
105.在各个实施例中，无人机的处理器为提高无线电链路质量或者重新获得无线电链路所使用的搜索行动可以是被分配以响应于无线电链路质量触发事件而使用的一组预定的运动。替代地，一个以上的预定的搜索行动可以是可用的，在该情况下，处理器可以从这些可用的预定的搜索行动之中，选择一个搜索行动进行使用。作为另外的替代方案，处理器可以生成新的搜索行动。
106.图6示出了用于生成搜索行动620的方法600，其可以用于对无人机(例如，300)进行导航用于提高无线电链路质量(包括重新获得无线电链路)。可以生成搜索行动620，并将其立即用于在去往目的地的途中进行导航时提高无人机的无线电链路质量。参见图1-6，方法600可以合并到处理器(例如，无人机300的处理器300、地面站390的处理器392、或者与无人机通信的另一个远程计算设备)中，和/或由该处理器执行。
107.在各个实施例中，处理器可以通过生成搜索行动620，来确定将用于提高无线电链路质量的搜索行动。搜索行动620可以提前被生成并被保存成预定的搜索行动，或者响应于确定无线电链路质量触发事件已发生而被生成。处理器可以使用推断引擎611，以通过对于与无人机遭遇的状况和/或环境有关的一种或多种类型的数据(包括一种以上类型的导航控制数据(例如，440))进行编译、组合和/或融合来生成搜索行动620。在一些实施例中，推断引擎611可以组合或者融合与无人机相关联的实时和非实时输入数据(诸如，传感器数据和预先配置的偏离模式)，以便生成要使用的搜索行动620。
108.实时输入数据可以包括：与无人机相关联的任何适当类型的实时数据，其包括诸如环境数据444、背景数据445、无人机系统数据446之类的导航控制数据440、任何其它适当的实时输入数据、和/或上述的任意组合。非实时输入数据可以包括：与无人机相关联的任何适当类型的非实时数据，其包括诸如预计的性能数据447、历史性能数据448、无人机技术规范449之类的导航控制数据440、或者任何其它适当的非实时输入数据、和/或上述的任意组合。例如，可以使用预计的性能数据447和历史性能数据448二者来生成搜索行动620。
109.在一些实施例中，推断引擎611可以确定用于执行被考虑供使用的搜索行动的资源需求。通过将(例如，在机载燃料电池水平上的)可用资源和用于执行考虑的搜索行动的资源需求进行比较，推断引擎611可以排除无人机可能无法成功执行的潜在搜索行动。
110.在一些实施例中，推断引擎611可以使用当前的设定路线数据(即，存储的沿着当
前设定路线指引无人机的导航指令)以确定搜索行动620，这是因为在无线电链路质量触发事件之前，当前的设定路线推测是朝向无人机的目的地的。例如，来自当前设定路线的轨迹矢量可以是用于确定要分配的搜索行动620的基线。
111.一旦生成了搜索行动620，则该搜索行动620可以被保存并被分配供由无人机以后使用作为预定的搜索行动。在各个实施例中，可以将所生成的搜索行动620连同其它预定的搜索行动一起考虑，用于选择要使用的特定搜索行动。在各个实施例中，如果没有预定的搜索行动是可用于、被分配成被使用于、或者适合于特定的环境，则处理器可以仅生成新的搜索行动(例如，620)。
112.图7a-7g根据各种实施例，示出了分别使用不同的预先配置的偏离模式p1-p4的各个搜索行动sm1-sm7，其中，无人机可以遵循这些不同的预先配置的偏离模式来尝试重新建立无线通信链路或者提高无线电链路质量。参见图1-7d，将预先配置的偏离模式p1-p4合并到可以由处理器生成的搜索行动sm1-sm7或者其一部分中。将搜索行动sm1-sm7中的每一个示出为在触发点t开始沿着朝向目的地的设定路线r。除了触发点t之外，搜索行动向量r’(即，设定路线r中的被遗弃部分)表示设定路线r中的无人机不再遵循的延续部分。每一个触发点t可以对应于无线电链路质量触发事件的发生。诸如搜索行动sm1-sm7之类的搜索行动可以通过搜索行动向量r’、一个或多个预先配置的偏离模式p1-p4和另外的导航控制数据(例如，440)来形成。
113.在图7a中，在第一搜索行动sm1中包括的第一预先配置的偏离模式p1是垂直于搜索行动向量r’的线，其端部与搜索行动向量r’等距。第一搜索行动sm1通过创建使用离开搜索行动矢量r’的逐渐横向运动而偏离设定路线r的水平锯齿形路线，来合并第一预先配置的偏离模式p1。根据各个实施例，将第一预先配置的偏离模式p1示出为具有恒定的长度(即，横向宽度)和恒定的偏离角度a。替代地，该长度和/或偏离角度a可以随时间变化。作为另外的替代方案，锯齿形路线可以是垂直的(即，上下运动而不是一边到另一边)。
114.在图7b中，在第二搜索行动sm2中包括的第二预先配置的偏离模式p2是一个方形或盒状的虚拟几何形状，其拐角与搜索行动向量r’等距。第二搜索行动sm2通过创建将搜索行动向量r’与顺序地相交于正方形虚拟几何形状的拐角21、22、23、24的路径进行组合的路线，来合并第二预先配置的偏离模式p2。以此方式，第二搜索行动sm2的第一段路程11从触发点t延伸到第一拐角21，第二搜索行动sm2的第二段路程12从第一拐角21延伸到第二拐角22，第二搜索行动sm2的第三段路程13从第二拐角22延伸到第三拐角23，第二搜索行动sm2的第四段路程14从第三拐角23延伸到第四拐角24。第二搜索行动sm2的一个循环与所有拐角21、22、23、24相交一次。第二搜索行动sm2可以继续重复相同的循环；改变像形成第二预先配置的偏离模式p2的虚拟几何形状的尺寸一样的一些特征；在到达下一个拐角之前穿过的前进距离；或者上述的某种组合。
115.在图7c中，在第三搜索行动sm3中包括的第三预先配置的偏离模式p3是圆形的或圆柱形的虚拟几何形状，其圆周与搜索行动向量r’等距。第三搜索行动sm3通过创建遵循预先配置的偏离模式p3的外部轮廓(即，圆筒外面)的曲折路线，来合并第三预先配置的偏离模式p3。在各个实施例中，第三预先配置的偏离模式p3包括恒定半径r。围着预先配置的偏离模式p3的周边的一个循环可以被认为是第三搜索行动sm3的一个循环。第三搜索行动sm3可以继续重复相同的循环；改变像形成第三预先配置的偏离模式p3的虚拟几何形状的尺寸
一样的一些特征；在完成循环之前穿过的前进距离；或者上述的某种组合。
116.在图7d中，在第四搜索行动sm4中包括的预先配置的偏离模式p4是圆锥形的虚拟几何形状，其周长增加但与搜索行动向量r’保持等距。第四搜索行动sm4通过创建围着与搜索行动向量r’重合的中心轴线的连续且逐渐变宽的曲线来缠绕的螺旋线，来合并第四预先配置的偏离模式p4。形成第四搜索行动sm4的一个循环的曲线的半径r2可以按照固定速率来增加。第四搜索行动sm4可以以径向分量的固定变化率继续进行；改变变化的速率；改变在完成循环之前穿过的前进距离；或者上述的某种组合。
117.在图7e中，在第五搜索行动sm5中包括第一预先配置的偏离模式p1，其中第五搜索行动sm5是第一搜索行动sm1的变型。第五搜索行动sm5不仅向搜索行动向量r’应用第一预先配置的偏离模式p1，而且还使用背景数据(例如，445)以躲避无人机的路径中的障碍物o1。根据各个实施例，推断引擎(例如，611)可以使用背景数据来生成搜索行动(例如，620)，这是由于该背景数据不仅可以定位无人机，而且还可以定位接近的障碍物o1(诸如，树、建筑物、其它无人机或其它障碍物)。推断引擎虽然可以针对各种原因(诸如，适用性、最佳拟合或者作为缺省值)来选择第一预先配置的偏离模式p1，但是增添第一搜索行动sm1的小变化，以便躲避与障碍物o1的碰撞点c。具体而言，虽然第一搜索行动sm1的第一段路程51和第二段路程52并不导致碰撞，但是第一搜索行动sm1的中止的路程a1将导致碰撞c。因此，第五搜索行动可以包括：第三段路程53，其改变第一预先配置的偏离模式p1的锯齿形模式，使得第四段路程54和第五搜索行动中的后续部分躲避碰撞点c。
118.在图7f中，在第六搜索行动sm6中包括第二预先配置的偏离模式p2，其中第六搜索行动sm6是第二搜索行动sm2的变型。第六搜索行动sm6不仅向搜索行动向量r’应用第二预先配置的偏离模式p2，而且还使用背景数据(例如，445)以躲避无人机的路径中的不同障碍物o2。根据各个实施例，推断引擎(例如，611)可以使用背景数据以生成搜索行动(例如，620)，这是由于该背景数据不仅可以定位无人机，而且还可以定位接近的障碍物o2(例如，通信塔)。推断引擎可以针对各种原因而选择第二预先配置的偏离模式p2，并且增添第二搜索行动sm2的小变化，以躲避与障碍物o2的碰撞点c。具体而言，虽然第二搜索行动sm2的第一段路程61并不导致碰撞，但第二搜索行动sm2的中止的路程a2将导致碰撞c。因此，第六搜索行动sm6可以包括跳过了第二预先配置的偏离模式p2的下一个拐角的第二段路程62，使得第三段路程63、第四段路程64和第六搜索行动中的后续部分躲避碰撞点c。
119.在图7g中，在第七搜索行动sm7中包括改变的第二预先配置的偏离模式p2’，其中第七搜索行动sm7是第二搜索行动sm2的另一种变型。第七搜索行动sm7不仅向搜索行动向量r’应用第二预先配置的偏离模式p2，而且还稳步增加与在搜索行动向量r’的方向上行进的距离成比例的第二预先配置的偏离模式p2的尺寸(即，改变p2的大小)。以此方式，第七搜索行动sm7包括离开搜索行动向量r’稳步扩大的路径。此外，为了避免在第七搜索行动sm7的低部期间将无人机运行到地面(随着sm7扩大)，改变的第二预先配置的偏离模式p2'的底部可以被保持与搜索行动向量r’的固定距离，或被保持至少比改变的第二预先配置的偏离模式p2’的顶部近的距离。根据各个实施例，推断引擎(例如，511)可以使用背景数据以相对于地面定位无人机。以此方式，推断引擎可以选择第二预先配置的偏离模式p2’的此变型，并且增添第二搜索行动sm2的另外变化，以躲避地面干扰或冲击。图8根据各种实施例，示出了对无人机进行导航的方法800。参见图1-8，方法800的操作可以由处理器(例如，无人机
300的处理器330、地面站390的处理器392、或者与无人机进行通信的另一远程计算设备)来执行。
120.在方框810中，处理器可以获得与在其中wwan通信已被记录为可用的区域对应的无线电链路质量数据。该无线电链路质量数据可以是从维护无线电链路质量数据库的远程计算设备(例如，服务器)获得的。以此方式，远程计算设备可以使用在各个位置中的对无线电链路质量水平的经更新的且务实的测量，来维护无线电链路质量数据库。在数据库中维护的无线电链路质量数据可以从各种设备(包括无人机(例如，众包)或者具有用于测量无线电链路质量的传感器的其它设备)中编译。
121.通过无人机的无线电链路质量测量的集合，可以通过将设定路线约束到小于所有可用区域的范围来增加通信网络的总体可靠性。无人机可以众包去往目的地途中的网络质量信息并向集中式数据库进行回报，其中集中式数据库可以编译网络质量测量的总体图。
122.在方框820中，处理器可以使用所获得的无线电链路质量数据以确定从起始位置或当前位置到目的地的设定路线，以便实现最低或者目标水平的无线网络连接。在方框820中确定设定路线可以考虑wwan通信的可用性(如通过无线电链路质量数据所识别的)。此外，还可以确定使wwan通信的可用性最大化的设定路线。例如，处理器可以通过链接具有关于维持wwan通信的最高概率的经识别的区域来找出最佳路线。替代地，处理器可以使用针对关于维持wwan通信的概率的最小门限值，并选择包括满足针对无线电链路质量的最小门限值的区域在内的最短路线。在于方框820中确定设定路线时，处理器可以结合其它自主路线规划考虑(例如，最大限度地减少燃油费用、增加或确保无人机或其载荷的安全性、以及其它路线规划标准)，来使用无线电链路质量数据。
123.在方框830中，处理器可以操控无人机遵循所确定的设定路线前往目的地。无人机的这种操控可以包括：用于将无人机限制到增加网络连接的操作可用性和可靠性的区域的导航技术。
124.在方框840中，处理器可以接收在无人机的当前位置处取得的对无线电链路质量的测量值，无论其是静止的还是前往目的地途中(例如，195、295)。处理器可以通过从存储器或者其它源主动地访问或者被动地获得数据，来接收该无线电链路质量测量值。接收无线电链路质量可以实现向远程计算设备(诸如，维护无线电链路质量数据库的服务器)定期地报告经测量的无线电链路质量。无线电链路质量测量值可以由无人机的通信资源(例如，无人机300的无线收发机304和天线306)进行收集，并在无人机上进行机上处理(例如，由处理器330进行处理)，或者发送到远程计算设备(例如，处理器392或其它远程计算设备)用于处理。在各个实施例中，当无线电链路质量的测量值下降到低于设定水平时，可以获得这些测量值。替代地或另外地，可以按照定期的时间间隔、当对无线电链路质量的测量值与预期的不同时、当无人机接收到这样做的远程命令时、或者按照其它的时间间隔，来获得这些测量值。
125.在各个实施例中，可以在参考信号中接收对无线电链路质量的测量值，其中参考信号可以只使用可用频谱资源的一小部分，可以由基站按照已知的时间和/或时间间隔来发送。这些参考信号通常具有已知的结构，处理器可以使用该已知结构来估计质量度量(诸如，信噪比或者接收信号强度)。
126.在确定框842中，在无人机沿着设定路线向目的地进行时，处理器可以确定是否已
发生了与同该无人机的通信相关联的无线电链路质量触发事件。各个实施例使用方法500用于确定是否已发生了无线电链路质量触发事件。可以响应于以下情形，发生无线电链路质量触发事件：a)对与该无人机的通信的无线电链路质量的测量值下降到低于无线电链路质量门限；b)在比预定的时段长的时间，通信的无线电链路质量低于无线电链路质量门限；c)无线电链路质量恶化率超过恶化率门限；和/或d)在比预定的时段长的时间，无线电链路质量恶化率超过恶化率门限。
127.响应于确定尚未发生无线电链路质量触发事件(即，确定框842＝“否”)，在方框890中，处理器可以向远程计算设备(即，经由无线收发机304和天线306)发送无线电链路质量信号，该无线电链路质量信号包括用于表示所测量的无线电链路质量的值。在该无线电链路质量信号的传输期间或者之后，在方法800的方框830中，处理器可以操控无人机继续遵循所确定的设定路线前往目的地。
128.响应于确定已发生了无线电链路质量触发事件(即，确定框842＝“是”)，在确定框844中，处理器可以确定是否有搜索行动被分配供无人机使用，以提高无线电链路质量。
129.可以在处理器(例如，330)可访问的寄存器中，反映供无人机使用的特定的搜索行动的分配。如果没有做出任何分配或先前的分配已经被撤销，则寄存器可以不反映任何分配。从而，在确定框844中，处理器可以检查寄存器，以确定是否已分配了搜索行动。
130.响应于确定分配了搜索行动用于提高无线电链路质量(即，确定框844＝“是”)，在方框850中，处理器可以操控无人机遵循所分配的搜索行动。响应于确定没有分配搜索行动(即，确定框844＝“否”)，在方框846中，处理器可以生成和/或分配搜索行动(包括根据该无人机的设定路线的预先配置的偏离模式)。
131.无人机的处理器可以包括和/或使用用于生成搜索行动的优化模块。以此方式，可以通过诸如以下的变量来修改预先配置的偏离模式：初始电路应该有多大、该模式可以如何随时间而变化(例如，对于每次迭代，对该模式的大小增加/减少多少)、物体/障碍物躲避(使用实时感测或者存储的信息)；可用的功率水平(即，可能触发自动着陆程序的工作时间)、其它类似特征或者其组合。在方框850中，处理器可以操控无人机遵循(即，在方框846中所确定的、或者先前确定的、存储的并可从存储器访问的)所分配的搜索行动。对无人机的操控可以包括：用于将该无人机限制到增加关于确立网络连接的操作可用性和可靠性的概率的导航技术。
132.在确定框855中，处理器可以确定是否接收到导频信号。关于是否接收到导频信号的确定可以在搜索行动期间的任何时间发生。此外，在推断接收到导频信号之前，处理器可能需要不同水平的无线电链路质量。例如，只要处理器可以解调检测到的导频信号、或者当预定的数据传输速率可用于检测到的导频信号时，就可以发生导频信号的接收。
133.响应于确定接收到导频信号(即，确定框855＝“是”)，在方框860中，处理器可以接收对无线电链路质量的测量值。方框860中的对无线电链路质量的测量值的接收可以与在方框840中执行的操作相同或者相类似。
134.响应于确定没有接收到导频信号(即，确定框855＝“否”)，在确定框857中，处理器可以确定无人机是否处于紧急状态。可以结合无人机运行在非常低的功率或者要求无人机停止继续向目的地航行的某种其它状况，来确定紧急状态(例如，方框830)。
135.响应于确定无人机处于紧急状态(即，确定框857＝“是”)，在方框859中，处理器可
以遵循紧急协议。紧急协议可以包括立即着陆、目的地更改或其它过程。
136.响应于确定无人机没有处于紧急状态(即，确定框857＝“否”)，在方框850中，处理器还可以操控无人机遵循搜索行动。
137.在确定框865中，处理器可以确定在方框860中接收的对无线电链路质量的测量值是否超过最低无线电链路质量门限值(即，最低质量门限)。在确定框865中关于对无线电链路质量的测量值超过最低无线电链路质量门限值的确定可以与在方法500中的确定框515中执行的操作相同或者相类似。
138.响应于确定在方框860中接收的无线电链路质量的测量值超过最低无线电链路质量门限值(即，确定框865＝“是”)，在方框870中，处理器可以确定对用于无人机从当前位置到达目的地的设定路线的更新。
139.响应于确定在方框860中接收的对无线电链路质量的测量值不超过最低无线电链路质量门限值(即，确定框865＝“否”)，在确定框857中，处理器可以确定无人机是否处于紧急状态。
140.在方框880中，处理器可以更新针对目的地的设定路线。一旦对设定路线被更新，则在方框890中，处理器可以向远程计算设备发送无线电链路质量信号，并在方框830中，再次操控无人机遵循所确定的(以及现在经更新的)设定路线前往目的地。
141.本文所描述的各种处理器可以是能够通过软件指令(应用)配置以执行各种各样的功能(包括本文所描述的各个实施例的功能)的任何可编程微处理器、微计算机或者多个处理器芯片或芯片集。在各个设备中，可以提供多个处理器，诸如，专用于无线通信功能的一个处理器以及专用于运行其它应用的一个处理器。通常，可以在访问软件应用并将其装载到处理器中之前，将软件应用存储在内部存储器中。处理器可以包括足够用于存储这些应用软件指令的内部存储器。在很多设备中，内部存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器(例如，闪存)或者二者的混合。为了本说明书，对于存储器的通常引用指代处理器可访问的存储器，其包括内部存储器或插入到各个设备中的可移动存储器、以及处理器中的存储器。
142.所示出的和描述的各种实施例只是被提供成用于说明权利要求书的各个特征的例子。但是，关于任何给定的实施例所示出的和描述的特征并不必须受限于相关联的实施例，且可以与所示出的和描述的其它实施例一起使用或者组合。此外，权利要求书不旨在受任何一个示例实施例的限制。
143.前述的方法描述和处理过程流程图仅仅是用作为说明性例子，而不是旨在要求或者意指必须以所给出的顺序来执行各个实施例的步骤。如本领域一名技术人员将理解地，可以以任何顺序来执行前述的实施例中的步骤的顺序。诸如“其后”、“然后”、“下一”等等之类的词语并不旨在限制步骤的顺序；这些词语仅仅只是用于引导读者通读对方法的描述。此外，任何对权利要求元素的单数引用(例如，使用冠词“一个(a)”、“某个(an)”或者“所述(the)”)不应被解释为将该元素限制为单数形式。
144.结合本文所公开的实施例描述的各种示例性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可交换性，上面对示出的各种部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了总体描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计
约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明权利要求书的保护范围。
145.用于执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件部件或者上述的任意组合可以用来实现或执行结合本文所公开的方面描述的用于实现各种示例性的逻辑、逻辑框、模块和电路的硬件。通用处理器可以是微处理器，或者，该处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为接收机智能对象的组合，例如，dsp和微处理器的组合、若干微处理器、一个或多个微处理器与dsp内核的结合，或者任何其它此种结构。替代地，一些步骤或方法可以由特定于给定的功能的电路来执行。
146.在一个或多个示例性方面，本文所述功能可以用硬件、软件、固件或其任意组合来实现。当以软件实现时，可以将这些功能存储成非临时性计算机可读存储介质或者非临时性处理器可读存储介质上的一个或多个指令或代码。本文所公开的方法或算法的步骤可以体现在处理器可执行软件中，后者可以位于非临时性计算机可读存储介质或处理器可读存储介质上。非临时性计算机可读或处理器可读存储介质可以是计算机或处理器能够存取的任何存储介质。举例而言但非做出限制，这种非临时性计算机可读介质或者处理器可读存储介质可以包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、闪存、压缩光盘rom(cd-rom)或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储智能对象、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机进行存取的任何其它介质。如本文所使用地，磁盘和光盘包括cd、激光光盘、光盘、数字通用光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。本文所描述的存储器的组合也应当包括在非临时性计算机可读介质和处理器可读介质的范围之内。另外，一种方法或算法的操作可以作为代码和/或指令的一个或任意组合和集合驻留在非临时性处理器可读存储介质和/或计算机可读存储介质上，该非临时性处理器可读存储介质和/或计算机可读存储介质可以并入到计算机程序产品中。
147.为使本领域任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面围绕所公开的实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说，对这些实施例的各种修改是显而易见的，并且，本技术定义的总体原理可以在不脱离权利要求书的保护范围的基础上应用于一些实施例。因此，权利要求书并不限于本文所示出的实施例，而是与所附权利要求书和本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。