(57)【要約】      （修正有）【課題】飛行空域内の制約を考慮しながら飛行中の航空機に対する自律制御を行うコンピュータ化された方法およびシステムを提供する。【解決手段】航空機をその現在位置から目標目的地（たとえば、着陸地点）に導く飛行経路が自律的に生成され（たとえば、航空機を着陸させる予期されない必要に応答して）、飛行経路は、空域内に存在する飛行制約を考慮に入れ、飛行制約の違反を回避しながら生成される。飛行経路は、その後、航空機を制御し、航空機を所望の目的地に導く飛行命令の自律生成に使用される。【選択図】図１
2020201958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空域をトラバースする間の航空機に対する自律制御の方法であって、前記方法は、少なくとも１つのコンピュータ・プロセッサを含む処理回路網の助けを得て、少なくとも以下の動作を実行することを含み、
前記航空機が上空を飛行している間に、前記航空機を自律的にナビゲートする必要を示すデータに応答して、前記航空機の現在位置から前記航空機の目標目的地までの飛行経路を計算することであって、前記計算することは、
現在位置から前記目標目的地に導く初期飛行経路を判定することと、
前記初期飛行経路を処理することであって、前記処理することは、
Ａ．前記飛行経路に沿って配置された１つまたは複数の制限された空域があるかどうかを判定することと、
制限された空域ごとに、
前記制限された空域をトラバースする時の前記航空機の予想された高度範囲を計算することと、
前記制限された空域の特徴を表す高度制限と前記予想される高度範囲との間の衝突があるかどうかを判定することと、
そのような衝突が存在する場合に、
前記制限された空域を回避する１つまたは複数の代替セクションであって、各代替セクションは、代替セクションにつながる１つまたは複数の以前のセクションと一緒に、候補飛行経路を表す、１つまたは複数の代替セクションを判定することと
を含む、処理することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返すことと、
前記候補飛行経路の中から好ましい飛行経路を選択することと、
前記飛行経路に沿って前記航空機を案内する、空中制御デバイスへの命令を生成することと
を含む、計算すること
を含む方法。
【請求項２】
前記制限された空域内の領空全体が飛行を禁止されるのかどうかを判定し、そうである場合に、前記制限された空域を回避する１つまたは複数の水平代替セクションを判定すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つまたは複数の代替セクションは、上または下から前記制限された空域を回避する１つまたは複数の代替垂直セクションを含む、請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記１つまたは複数の代替セクションは、片側または両側から前記制限された空域を回避する１つまたは複数の代替水平セクションを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
制限された空域は、２Ｄ飛行制約、３Ｄ飛行制約、および地形飛行制約のうちの１つによって特徴を表される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
プロセス（Ａ）は、
前記１つまたは複数の代替セクションのそれぞれにそれぞれの重みを割り当てることであって、前記それぞれの重みは、１つまたは複数のコスト・パラメータを表す、割り当てることと、
好ましい飛行経路を選択することであって、前記好ましい飛行経路は、１つまたは複数の代替セクションを含み、前記１つまたは複数の代替セクションに割り当てられた前記それぞれの重みに基づいて計算された許容可能な総コスト値によって特徴を表される、選択することと
をさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記制限された空域をトラバースする時の前記予想される高度範囲の計算は、前記航空機の滑空比に基づく、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記航空機は、ＵＡＶである、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記航空機を自律的にナビゲートする必要を示す前記データは、前記航空機を予期されずに着陸させる必要を示すデータを含み、前記方法は、
着陸地点を判定することであって、前記目標目的地は、前記着陸地点の近くに配置される、判定すること
をさらに含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも２つの潜在的な着陸地点を識別することと、
２つ以上の初期飛行経路を判定することであって、各初期飛行経路は、前記航空機の現在位置からそれぞれの着陸地点に従って判定された目標位置に導く、判定することと、
それぞれがそれぞれの着陸地点に導く複数の好ましい飛行経路をこれによって入手するために、初期飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を実行することと、
前記複数の好ましい飛行経路の中から最終飛行経路およびそれぞれの着陸地点を選択することと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
プロセス（Ａ）は、
前記候補飛行経路のいずれかが地形制約と交差するかどうかを判定することであって、前記トラバースされる空域は、セルに分割され、各セルは、トラバース可能またはトラバース不能として分類され、前記航空機の飛行を妨害する地形を含むセルは、トラバース不能として分類される、判定することと、
候補飛行経路に沿ったトラバース不能セルごとに、前記トラバース不能セルを回避する１つまたは複数の代替セクションを判定することであって、各代替セクションは、前記候補飛行経路に組み込まれる時に、追加の代替候補経路を表す、判定することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返し、前記候補飛行経路および前記追加の候補飛行経路の中から前記好ましい飛行経路を選択することと、
前記航空機を前記飛行経路に沿って案内する空中制御デバイスへの命令を生成することと
をさらに含む、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
航空機に対する自律制御を可能にする、航空機に取り付け可能なシステムであって、前記システムは、
前記航空機を自律的にナビゲートする必要を示すデータに応答して、前記航空機の現在位置から前記航空機の目標目的地までの飛行経路を計算することであって、前記計算することは、
現在位置から前記目標目的地に導く初期飛行経路を判定することと、
前記初期飛行経路を処理することであって、前記処理することは、
Ｂ．前記飛行経路に沿って配置された１つまたは複数の制限された空域があるかどうかを判定することと、
制限された空域ごとに、
前記制限された空域をトラバースする時の前記航空機の予想された高度範囲を計算することと、
前記制限された空域の特徴を表す高度制限と前記予想される高度範囲との間の衝突があるかどうかを判定することと、
そのような衝突が存在する場合に、
前記制限された空域を回避する１つまたは複数の代替セクションであって、各代替セクションは、代替セクションにつながる１つまたは複数の以前のセクションと一緒に、候補飛行経路を表す、代替セクションを判定することと
を含む、処理することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返すことと、
前記候補飛行経路の中から好ましい飛行経路を選択することと、
前記飛行経路に沿って前記航空機を案内する、空中制御デバイスへの命令を生成することと
含む、計算すること
を行うように構成された処理回路網を含む、システム。
【請求項１３】
前記処理回路網は、前記制限された空域内の領空全体が飛行を禁止されるのかどうかを判定し、そうである場合に、前記制限された空域を回避する１つまたは複数の水平代替セクションを判定するようにさらに構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の代替セクションは、上または下から前記制限された空域を回避する１つまたは複数の代替垂直セクションを含む、請求項１２から１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の代替セクションは、片側または両側から前記制限された空域を回避する１つまたは複数の代替水平セクションを含む、請求項１２から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記処理回路網は、
前記１つまたは複数の代替セクションのそれぞれにそれぞれの重みを割り当てることであって、前記それぞれの重みは、１つまたは複数のコスト・パラメータを表す、割り当てることと
好ましい飛行経路を選択することであって、前記好ましい飛行経路は、１つまたは複数の代替セクションを含み、前記１つまたは複数の代替セクションに割り当てられた前記それぞれの重みに基づいて計算された許容可能な総コスト値によって特徴を表される、選択することと
を行うようにさらに構成される、請求項１２から１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記制限された空域をトラバースする時の前記予想される高度範囲の計算は、前記航空機の滑空比に基づく、請求項１２から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記処理回路網は、
前記候補飛行経路のいずれかが地形制約と交差するかどうかを判定することであって、前記トラバースされる空域は、セルに分割され、各セルは、トラバース可能またはトラバース不能として分類され、前記航空機の飛行を妨害する地形を含むセルは、トラバース不能として分類される、判定することと、
候補飛行経路に沿ったトラバース不能セルごとに、前記トラバース不能セルを回避する１つまたは複数の代替セクションを判定することであって、各代替セクションは、前記候補飛行経路に組み込まれる時に、追加の代替候補経路を表す、判定することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返し、前記候補飛行経路および前記追加の候補飛行経路の中から前記好ましい飛行経路を選択することと、
前記航空機を前記飛行経路に沿って案内する空中制御デバイスへの命令を生成することと
を行うようにさらに構成される、請求項１２から１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記航空機を自律的にナビゲートする必要を示す前記データは、前記航空機を予期されずに着陸させる必要を示すデータを含み、前記処理回路網方法は、
着陸地点を判定することであって、前記目標目的地は、前記着陸地点の近くに配置される、判定すること
を行うようにさらに構成される、請求項１２から１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記処理回路網は、
少なくとも２つの潜在的な着陸地点を識別することと、
２つ以上の初期飛行経路を判定することであって、各初期飛行経路は、前記航空機の現在位置からそれぞれの着陸地点に従って判定された目標位置に導く、判定することと、
それぞれがそれぞれの着陸地点に導く複数の好ましい飛行経路をこれによって入手するために、初期飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を実行することと、
前記複数の好ましい飛行経路の中から最終飛行経路およびそれぞれの着陸地点を選択することと
を行うようにさらに構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
空域をトラバースする間に飛行経路の自律生成の方法を実行するためにコンピュータによって実行可能な命令のプログラムを有形に実施するコンピュータ可読非一時的メモリ・デバイスであって、前記方法は、
前記航空機が上空を飛行している間に、前記航空機を自律的にナビゲートする必要を示すデータに応答して、前記航空機の現在位置から前記航空機の目標目的地までの飛行経路を計算することであって、前記計算することは、
現在位置から前記目標目的地に導く初期飛行経路を判定することと、
前記初期飛行経路を処理することであって、前記処理することは、
Ｂ．前記飛行経路に沿って配置された１つまたは複数の制限された空域があるかどうかを判定することと、
制限された空域ごとに、
前記制限された空域をトラバースする時の前記航空機の予想された高度範囲を計算することと、
前記制限された空域の特徴を表す高度制限と前記予想される高度範囲との間の衝突があるかどうかを判定することと、
そのような衝突が存在する場合に、
前記制限された空域を回避する１つまたは複数の代替セクションであって、各代替セクションは、代替セクションにつながる１つまたは複数の以前のセクションと一緒に、候補飛行経路を表す、代替セクションを判定することと
を含む、処理することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返すことと、
前記候補飛行経路の中から好ましい
飛行経路を選択することと、
前記飛行経路に沿って前記航空機を案内する、空中制御デバイスへの命令を生成することと
含む、計算すること
を含む、コンピュータ可読非一時的メモリ・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示される主題は、自律制御された航空機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律飛行モードで動作する時に、航空機は、所望の目的地へのそれ自体の飛行経路を自律的に決定する。
【発明の概要】
【０００３】
この説明において、例としてのみ、直交Ｘ−Ｙ−Ｚ座標（「軸」）系が使用され、Ｘ軸およびＹ軸は、水平面に整列され、Ｚ軸は、水平面に直交する垂直線に沿った方向（上下）を表す。
【０００４】
異なる飛行シナリオで、航空機の飛行経路は、さまざまな制約によって制限される。飛行制約は、２次元（２Ｄ）制約と３次元（３Ｄ）制約とを含む２つのタイプに分割することができる。第１のタイプ（２Ｄ）は、航空機の高度（ｚ方向に沿った）とは独立の、航空機の水平面での１つまたは複数の特定の方向で（ｘ方向およびｙ方向に沿って）飛行を制限する制約を含む。第２のタイプ（３Ｄ）は、特定の高度または高度範囲（ｚ方向に沿った）で航空機の飛行を制限する制約を含む。特筆すべきことに、２Ｄ制約は、制限された高度範囲がすべての高度（ｚ方向に沿った）を含む、３Ｄ制約のサブカテゴリと考えることができる。
【０００５】
２Ｄ制約の例は、以下を含む。
−飛行禁止空域（ＮＦＺ）−航空機（ＵＡＶなど）がその上での飛行を許可されない空域。たとえば、国家安全保障の理由から、航空機が、隣接する国との間を隔てる境界をまたぐことを禁止される場合がある。
−人間の安全−航空機（ＵＡＶなど）は、人間の安全の理由から、人口集中地域の上を飛行することを許可されない場合がある。
−航空交通管制−航空機（ＵＡＶなど）は、航空交通管制規制に起因して、ある種の空域を飛行することを許可されない場合がある。たとえば、航空機は、空港空域に進入することを許可されない場合がある。
【０００６】
３Ｄ制約の例は、以下を含む
−航空交通管制−航空機（ＵＡＶなど）は、ある高度範囲で飛行することを許可されない場合がある。一例は、ある特定の位置を別の特定の高度に接続する空中回廊を画定する航空路である。ＵＡＶは、航空路（１つまたは複数）が配置された特定の高度範囲で飛行することを許可されないが、その特定の高度範囲より上または下の高度で飛行することを許可される場合がある。
−技術的制約−ある種の航空機は、ある最高高度より上またはある最低高度より下で飛行することを許可されない場合がある。たとえば、これは、ある高度を超えることができない可能性がある航空機の技術的限界に起因するか、ＵＡＶが使用している通信チャネルの限界に起因する場合がある。
−人間の安全−たとえば、航空機（ＵＡＶなど）は、あるしきい値未満の高度で人口集中地域の上を飛行することを許可されないが、より高い高度で飛行することを許可される場合がある。これは、ビルディングまたは他の構造物との衝突を回避するためである場合がある。
【０００７】
他の飛行制約は、地形学に関する。たとえば、飛行経路は、衝突の危険性を回避するために、山の付近で制限される場合がある。
【０００８】
既存の飛行制約に関する情報は、本明細書では全般的に「飛行制約データ」と呼ばれ、たとえば、制限された空域の位置、制限された空域のサイズおよび／または境界（たとえば、ｘ方向およびｙ方向に沿った）、制限された高度範囲（ｚ方向に沿った）、ならびにおそらくは制約のタイプを含むことができる。飛行制約データは、離陸の前に飛行経路が計画されつつある時に入手可能ではない場合がある。これは、たとえば、インテリジェンスの欠如または飛行中に発生し、したがって、飛行経路計画中に予想可能ではないリアルタイム条件の変化から生じる可能性がある。これは、たとえば、航空機が予期されない形で着陸を強制され、最初に計画された飛行経路から逸脱する、予期されない着陸の状況にあてはまる。
【０００９】
予期されない（または強制された）着陸の１つの原因は、技術的障害である可能性がある。そのような技術的障害は、たとえば、エンジン故障、突然のバッテリ枯渇（たとえば、オルタネータ故障の結果として）、燃料不足（たとえば、漏れに起因する）などのうちの任意の１つを含む可能性がある。その場合に、地上の市民および財産、飛行機の乗客および積荷、飛行機自体を危険にさらすこと、ならびに着陸区域の周囲への損傷を回避するために、航空機の安全な着陸を可能にすることは不可避である。
【００１０】
他の場合に、予期されない着陸は、ＵＡＶが機械的に無傷である時に発生する可能性がある。たとえば、予期されない着陸が、運営上の理由、たとえば予期されない位置に積荷を提供するために要求される時である。
【００１１】
特筆すべきことに、いくつかの場合に、予期されない着陸の必要は、官制局との通信が使用不能である間に生じ、その場合に、人間のオペレータは、ナビゲーションおよび着陸手順に介入し、支援することができない。したがって、自律制御の必要、航空機を着陸地点に導き、航空機を安全に着陸させる必要が、非常に重要である。
【００１２】
本開示される主題は、飛行空域内の制約を考慮しながら飛行中の航空機に対する自律制御を提供するコンピュータ化された方法およびシステムを含む。より特定の例によれば、開示される方法およびシステムは、予期されない着陸シナリオで制約を考慮しながらの飛行中の航空機に対する自律制御を提供する。
【００１３】
本開示される主題によれば、航空機をその現在位置から目標目的地（たとえば、着陸地点）に導く飛行経路が自律的に生成され（たとえば、航空機を着陸させる予期されない必要に応答して）、飛行経路は、空域内に存在する飛行制約を考慮に入れ、飛行制約の違反を回避しながら生成される。飛行経路は、その後、航空機を制御し、航空機を所望の目的地に導く飛行命令の自律生成に使用される。
【００１４】
本開示される主題の一態様によれば、
飛行経路を自律生成する方法であって、方法は、少なくとも１つのコンピュータ・プロセッサを含む処理回路網の助けを得て、少なくとも以下の動作を実行することを含み、
航空機が上空を飛行している間に、航空機を自律的にナビゲートする必要を示すデータに応答して、航空機の現在位置から航空機の目標目的地までの飛行経路を計算することであって、いくつかの例で、計算することは、
現在位置から目標目的地に導く初期飛行経路を判定することと、
初期飛行経路を処理することであって、処理することは、
Ａ．飛行経路に沿って配置された１つまたは複数の制限された空域があるかどうかを判定することと、
制限された空域の少なくともいくつかのそれぞれについて、
制限された空域をトラバースする時の航空機の予想された高度範囲を計算することと、
制限された空域の特徴を表す高度制限と予想される高度範囲との間の衝突があるかどうかを判定することと、
そのような衝突が存在する場合に、
制限された空域を回避する１つまたは複数の代替セクションであって、各代替セクションは、それにつながる１つまたは複数の以前のセクションと一緒に、候補飛行経路を表す、１つまたは複数の代替セクションを判定することと
を含む、処理することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返すことと、
候補飛行経路の中から好ましい飛行経路を選択することと、
選択された飛行経路に沿って航空機を案内する、空中制御デバイスへの命令を生成することと
を含む、計算すること
を含む方法が提供される。
【００１５】
上の特徴に加えて、本開示される主題のこの態様による方法は、オプションで、任意の組合せまたは順列で下の特徴（ｉ）から（ｘｉ）のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【００１６】
ｉ．この方法は、
制限された空域内の領空全体が飛行を禁止されるのかどうかを判定し、そうである場合に、制限された空域を回避する１つまたは複数の水平代替セクションを判定すること
をさらに含む。
【００１７】
ｉｉ．１つまたは複数の代替セクションは、上または下から制限された空域を回避する１つまたは複数の代替垂直セクションを含む、方法。
【００１８】
ｉｉｉ．１つまたは複数の代替セクションは、片側または両側から制限された空域を回避する１つまたは複数の代替水平セクションを含む、方法。
【００１９】
ｉｖ．制限された空域は、２Ｄ飛行制約、３Ｄ飛行制約、および地形飛行制約のうちの１つによって特徴を表される、方法。
【００２０】
ｖ．プロセス（Ａ）は、
１つまたは複数の代替セクションのそれぞれにそれぞれの重みを割り当てることであって、それぞれの重みは、１つまたは複数のコスト・パラメータを表す、割り当てることと、
好ましい飛行経路を選択することであって、好ましい飛行経路は、１つまたは複数の代替セクションを含み、１つまたは複数の代替セクションに割り当てられたそれぞれの重みに基づいて計算された許容可能な総コスト値によって特徴を表される、選択することと
をさらに含む、方法。
【００２１】
ｖｉ．制限された空域をトラバースする時の予想される高度範囲の計算は、航空機の滑空比に基づく、方法。
【００２２】
ｖｉｉ．目標位置は着陸ウィンドウである、方法。
【００２３】
ｖｉｉｉ．航空機は、ＵＡＶである、方法。
【００２４】
ｉｘ．航空機を自律的にナビゲートする必要を示すデータは、航空機を予期されずに着陸させる必要を示すデータを含み、方法は、
着陸地点を判定することであって、目標目的地は、着陸地点の近くに配置される、判定すること
をさらに含む、方法。
【００２５】
ｘ．少なくとも２つの潜在的な着陸地点を識別することと、
２つ以上の初期飛行経路を判定することであって、各初期飛行経路は、航空機の現在位置からそれぞれの着陸地点に従って判定された目標位置に導く、判定することと、
それぞれがそれぞれの着陸地点に導く複数の好ましい飛行経路をこれによって入手するために、初期飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を実行することと、
複数の好ましい飛行経路の中から最終飛行経路およびそれぞれの着陸地点を選択することと
をさらに含む、方法。
【００２６】
ｘｉ．プロセス（Ａ）は、
候補飛行経路のいずれかが地形制約と交差するかどうかを判定することであって、トラバースされる空域は、セルに分割され、各セルは、トラバース可能またはトラバース不能として分類され、航空機の飛行を妨害する地形を含むセルは、トラバース不能として分類される、判定することと、
候補飛行経路に沿ったトラバース不能セルごとに、トラバース不能セルを回避する１つまたは複数の代替セクションを判定することであって、各代替セクションは、候補飛行経路に組み込まれる時に、追加の代替候補経路を表す、判定することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返し、候補飛行経路（存在する場合に）および追加の候補飛行経路の中から好ましい飛行経路を選択することと、
航空機を選択された飛行経路に沿って案内する空中制御デバイスへの命令を生成することと
をさらに含む、方法。
【００２７】
本開示される態様の別の態様によれば、
航空機を自律的に制御する、航空機に取り付け可能なシステムであって、システムは、
航空機を自律的にナビゲートする必要を示すデータに応答して、航空機の現在位置から航空機の目標目的地までの飛行経路を計算することであって、いくつかの例で、計算することは、
現在位置から目標目的地に導く初期飛行経路を判定することと、
初期飛行経路を処理することであって、処理することは、
Ａ．飛行経路に沿って配置された１つまたは複数の制限された空域があるかどうかを判定することと、
制限された空域ごとに、
制限された空域をトラバースする時の航空機の予想された高度範囲を計算することと、
制限された空域の特徴を表す高度制限と予想される高度範囲との間の衝突があるかどうかを判定することと、
そのような衝突が存在する場合に、
制限された空域を回避する１つまたは複数の代替セクションであって、各代替セクションは、代替セクションにつながる１つまたは複数の以前のセクションと一緒に、候補飛行経路を表す、代替セクションを判定することと
を含む、処理することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返すことと、
候補飛行経路の中から好ましい飛行経路を選択することと、
選択された飛行経路に沿って航空機を案内する、空中制御デバイスへの命令を生成することと
含む、計算すること
を行うように構成された処理回路網を含む、システムが提供される。
【００２８】
本開示される主題は、さらに、上で開示されたシステムを伴って構成されたＵＡＶを企図する。
【００２９】
本開示される主題の別の態様によれば、空域をトラバースする間に飛行経路の自律生成の方法を実行するためにコンピュータによって実行可能な命令のプログラムを有形に実施するコンピュータ可読（たとえば、非一時的）メモリ・デバイスであって、方法は、
航空機が上空を飛行している間に、航空機を自律的にナビゲートする必要を示すデータに応答して、航空機の現在位置から航空機の目標目的地までの飛行経路を計算することであって、いくつかの例で、計算することは、
現在位置から目標目的地に導く初期飛行経路を判定することと、
初期飛行経路を処理することであって、処理することは、
Ａ．飛行経路に沿って配置された１つまたは複数の制限された空域があるかどうかを判定することと、
制限された空域ごとに、
制限された空域をトラバースする時の航空機の予想された高度範囲を計算することと、
制限された空域の特徴を表す高度制限と予想される高度範囲との間の衝突があるかどうかを判定することと、
そのような衝突が存在する場合に、
制限された空域を回避する１つまたは複数の代替セクションであって、各代替セクションは、代替セクションにつながる１つまたは複数の以前のセクションと一緒に、候補飛行経路を表す、代替セクションを判定することと
を含む、処理することと、
候補飛行経路ごとにプロセス（Ａ）を繰り返すことと、
候補飛行経路の中から好ましい飛行経路を選択することと、
選択された飛行経路に沿って航空機を案内する、空中制御デバイスへの命令を生成することと
含む、計算すること
を含む、コンピュータ可読非一時的メモリ・デバイスが提供される。
【００３０】
本開示される主題に従って開示されるシステム、メモリ・デバイス、およびＵＡＶは、オプションで、任意の所望の組合せまたは順列で、必要な変更を加えて、方法に関して上でリストされた特徴（ｉ）から（ｘｉ）のうちのの１つまたは複数を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本開示される主題を理解し、これが実際にどのように実行され得るのかを知るために、本主題を、添付図面を参照して非限定的な例のみとして説明する。
【００３２】
【図１】本開示される主題のいくつかの例による、自律制御システムを概略的に示すブロック図である。
【図２】本開示される主題のいくつかの例による、飛行経路生成回路網を概略的に示すブロック図である。
【図３】本開示される主題のいくつかの例による、飛行経路を自律的に生成するために実行される動作のシーケンスを示す流れ図である。
【図４】本開示される主題のいくつかの例による、図３からのいくつかの動作のさらなる詳細を示す流れ図である
【図５ａ】本開示される主題の例によるいくつかの原理を示す飛行経路生成を示す概略図である。
【図５ｂ】本開示される主題の例によるいくつかの原理を示す飛行経路生成を示す別の概略図である。
【図５ｃ】本開示される主題の例によるいくつかの原理を示す飛行経路生成を示す別の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
示される図面および説明では、同一の符号が、異なる実施形態または構成に共通する構成要素を示す場合がある。図面の要素は、必ずしも原寸通りではない。
【００３４】
そうではないと特に示されない限り、以下の議論から明白なとおり、本明細書全体を通じて、「判定」、「計算」、「選択」、「生成」、および類似物などの用語を利用する議論は、データを操作しかつ／または他のデータに変換するコンピュータの動作および／または処理を含み、前記データが、電子量などの物理量として表され、かつ／または前記データが物理的物体を表すことを了解されたい。
【００３５】
本明細書で開示される用語「コンピュータ」、「コンピュータ・システム」（または「システム」）、「コンピュータ・サブシステム」（または「サブシステム）、「コンピュータ／コンピュータ化されたデバイス」、「制御ユニット」、または類似物が、たとえばこれに動作可能に接続されたコンピュータ・メモリに記憶されたコンピュータ命令を実行するように構成され、動作可能であるコンピュータ処理デバイスを含むデータ処理回路網を有するすべての種類のハードウェア電子デバイスを含むと幅広く解釈されなければならない。そのようなデバイスの例は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または、ラップトップ・コンピュータ、パーソナル・コンピュータ、スマートフォン、その他などのデバイスを含む。
【００３６】
本明細書で使用される時に、句「たとえば」、「〜など」、およびその変形は、本開示される主題の非限定的な実施形態を記述する。「ある場合」、「いくつかの場合」、「他の場合」、またはその変形への本明細書での言及は、実施形態（１つまたは複数）に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、句「ある場合」、「いくつかの場合」、「他の場合」、またはまたはその変形の出現は、必ずしも同一の実施形態（１つまたは複数）に言及するものではない。
【００３７】
明瞭さのために別々の実施形態の文脈で説明される本開示される主題のいくつかの特徴が、単一の実施形態で組み合わされて提供されることも可能であることを了解されたい。逆に、簡潔さのために単一の実施形態の文脈で説明される本開示される主題のさまざまな特徴が、別々にまたは任意の適切な副組合せで提供されることも可能である。
【００３８】
本開示される主題の実施形態では、図３および図４に示されたステージより少数、より多数、および／または異なるステージを実行することができる。本開示される主題の実施形態では、図３および図４に示された１つもしくは複数のステージが、異なる順序で実行され得、かつ／または、ステージの１つもしくは複数のグループが、同時に実行され得る。図１および図２は、本開示される主題の実施形態によるシステム・アーキテクチャの全般的な概要を示す。本開示される主題の教示が、図１および図２を参照して説明されるシステムによって束縛されないことに留意されたい。同等のおよび／または変更された機能性を、別の形で合併しまたは分割することができ、ファームウェアおよび／またはハードウェアとのソフトウェアの任意の適当な組合せで実施し、適切なデバイス上で実行することができる。図１および図２の機能要素を、１つの位置に集中化し、または複数の位置に分散させることができる。本開示される主題の他の実施形態では、システムは、図１および図２に示されたものより少数、より多数、および／または異なる（たとえば、異なって分散された）機能要素を含むことができる。
【００３９】
用語「実質的に」は、本明細書では、許容可能な範囲内での値の変化の可能性を暗示するのに使用される。いくつかの例で、用語「実質的に」は、指定された値または状態の上下の１０％の変動を暗示し、いくつかの例で、用語「実質的に」は、指定された値または状態の上下の５％の変動を暗示し、いくつかの例で、用語「実質的に」は、指定された値または状態の上下の２．５％の変動を暗示する。たとえば、句「実質的に直線」は、線がエッジからエッジまで完全に直線ではなく、たとえばいくつかの曲がった区域を有する可能性があることを暗示するのに使用される。
【００４０】
以下の説明は、一部でＵＡＶに言及するが、これは、例としてのみ行われ、これを限定的と解釈してはならない。同一の原理が、自律モードで動作できる有人航空機（ｐｉｌｏｔｅｄ  ａｉｒｃｒａｆｔ）に同様に適用され得る。
【００４１】
ここで図１に注目すると、図１は、本開示される主題のいくつかの例による、自律制御システムを示す。システム１１０は、ＵＡＶなどの航空機１００に適切に取り付けられ得、さまざまなデバイスおよびサブシステムを含む。いくつかの例では、システム１１０は、ナビゲーション・コンピュータ１０３に動作可能に接続されたフライト・コンピュータ１０１を含む。フライト・コンピュータは、ミッション中にＵＡＶ機上のさまざまなサブシステムおよびデバイスの動作を制御し、管理するように構成される。たとえば、フライト・コンピュータ１０１は、離着陸、ナビゲーション、ペイロード・アクティブ化などに関するサブシステムを制御することができる。
【００４２】
いくつかの例によれば、ナビゲーション・コンピュータ１０３は、現在位置から所望の目標位置にＵＡＶを導くナビゲーション命令を生成するように構成される。ナビゲーション・コンピュータ１０３は、対気速度検出器１０７（たとえば、ピトー管）、ＧＰＳ受信器１０９、慣性航法システム（ＩＮＳ）１０９、高度計１１１（たとえば、圧力高度計、音響高度計、レーダー高度計、ＧＰＳベースの高度計など）などの航空機測位および感知ユーティリティに動作可能に接続される。これらのデバイスは、現在位置および高度（６自由度）、機首方位、および航空機の速度を含む航空機状況データを判定するのに使用される。航空機状況データおよび所望の目的地に基づいて、ナビゲーション・コンピュータは、たとえば目的地に導く飛行経路（たとえば一連の中間地点（ＷＰ）によって定義される）に沿った、ＵＡＶ飛行を制御するためのさまざまな空中制御デバイス１２０を制御するためにフライト・コンピュータ１０１によって使用され得るデータを生成することができる。いくつかの場合に、飛行経路は、ＵＡＶと通信する別のエンティティ（たとえば、リモート制御ユニット２００）によって事前に定義されまたは生成され、他の場合に、飛行経路は、飛行中にＵＡＶによって（たとえば、オンボードのナビゲーション・コンピュータ１０３によって）生成される。
【００４３】
空中制御デバイス１２０は、たとえば、昇降舵、補助翼、フラップ、方向舵、スロットル、ホイールその他を含む。昇降舵は、飛行機が空中で上下に移動することを可能にする。昇降舵は、水平安定板の迎角を変更し、結果の揚力は、航空機の尾部を上げ（機首を下に向ける）または下げる（機首を空に向ける）。補助翼は、飛行機の主翼の後部付近に配置された水平フラップである。補助翼は、一方の翼が他方より大きい揚力を生成することを可能にし、飛行機が左右にバンクすることを可能にするロールする動きをもたらす。方向舵は、垂直尾翼に配置されたフラップである。方向舵は、飛行機が左右に曲がることを可能にする。スロットルは、推力の増減を可能にする。ホイールは、着陸中に使用され得る。
【００４４】
いくつかの例によれば、システム１１０は、フライト・コンピュータ１０１に動作可能に接続されたさまざまな動作制御ユニット１３０を含む。制御ユニットは、フライト・コンピュータと飛行制御デバイスとの間でインターフェースし、フライト・コンピュータから受信した命令に応答してそれぞれのＵＡＶ制御デバイスを制御する特定の命令を供給する。
【００４５】
図１は、さらに、ＵＡＶからリモートに（たとえば地上に）配置され、ＵＡＶを制御し監視するように構成され、動作可能な制御ユニット２００を概略的に示す。制御ユニットとＵＡＶとの間の通信は、ライン・オブ・サイトを介してまたはライン・オブ・サイト通信リンクを超えるものとすることができる。制御ユニットは、動作中に航空機動作を制御し、監視することを可能にし、オペレータである。いくつかの例で、ＵＶＡ機上のイメージング・ペイロード（１４０）によって取り込まれたイメージング・データが、制御ユニットに送信され、ここで、データが、オペレータによって見られるために表示される。
【００４６】
本開示される主題のいくつかの例によれば、システム１１０は、航空機をその現在位置から所望の目的地に導く飛行経路（本明細書では時々「緊急飛行経路」とも称する）を自律的に生成するように構成され、動作可能である。たとえば、飛行経路の自律的生成は、予期されない着陸の必要を示すデータの受信に応答してシステム１１０によって開始される場合があり、ここでは、ＵＡＶをその現在位置から着陸地点に導く飛行経路が生成される。
【００４７】
このために、いくつかの例で、システム１１０は、緊急飛行経路の生成専用のサブシステム（本明細書では「飛行経路生成回路網１０と称する）を含む。いくつかの例で、このサブシステムは、ナビゲーション・コンピュータ１０３の一部として実施されるが、これが必ず必要とは限らず、別のサブシステムの一部または別々のサブシステムとして実施され得る。さらなる例では、飛行経路生成回路網１０によって実行されるさまざまな動作を、システム１１０内の異なるサブシステムにまたがって分散させることができる。
【００４８】
図２は、本開示される主題のいくつかの例による、飛行経路生成回路網１０の概略図である。
【００４９】
飛行経路生成回路網１０は、１つまたは複数のコンピュータ・プロセッサを含む処理回路網を含み、またはこれに他の形で動作可能に接続され得る。処理回路網は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体上で実施されたコンピュータ可読命令に従って複数の機能モジュールを実行するように構成され得る。そのような機能モジュールは、以下では処理回路網に含まれるものと呼ばれる。いくつかの例で、飛行経路生成回路網１０は、以下のモジュールを含む。
【００５０】
着陸地点判定モジュールは、下で図１のブロック３０１を参照して説明するように、好ましい着陸地点を選択するように構成される。
【００５１】
滑空比判定モジュールは、滑空比を利用するサブシステムのためにこの情報を繰り返して計算するように構成される。いくつかの例で、滑空比は、少なくとも対地速度データ（たとえば、ＧＰＳ  １０９からの）および高度データ（たとえば、高度計１１１からの）に基づいて計算され得る。
【００５２】
いくつかの例で、飛行経路生成回路網１０は、飛行経路に沿ったＵＡＶの高度を推定するように構成され、動作可能である滑空プレディクタ・モジュールをさらに含む。滑空プレディクタ・モジュールは、滑空比判定モジュールによって提供される滑空比を使用する。
【００５３】
飛行経路生成回路網１０は、下で図３を参照してさらに議論するように、飛行経路を実際に生成するように構成された飛行経路カリキュレータ・モジュールをも含むことができる。
【００５４】
図３は、予期されない着陸が要求される情況で実行される動作のシーケンスの例を示す流れ図である。図３の動作は、図１および図２の要素を参照して説明されるが、これは、例としてのみ行われ、いかなる形でも限定的と解釈されてはならない。やはり下で言及される図５ａ、図５ｂ、および図５ｃは、本明細書で開示される自律飛行経路生成プロセスに関するいくつかの例を示す概略図である。
【００５５】
上で説明したように、飛行経路着陸を自律的に生成する予期されない必要が、飛行中に生じる場合がある。いくつかの例で、自律的飛行経路生成プロセスを実行する命令は、そのような必要を示すデータに応答して、フライト・コンピュータ１０１からナビゲーション・コンピュータ１０３に供給される。たとえば、予期されない着陸の必要を検出した時に、自律的飛行経路生成プロセスが、自律的降下および着陸手順の一部として（たとえば、発電機またはエンジンの故障などの技術的故障の識別に応答して）開始され得る。
【００５６】
ブロック３０１では、航空機の目的地を判定する。いくつかの例で、目的地は、事前に定義された位置とすることができる。たとえば、航空機が、制御ユニットと通信できない場合に、ある位置に飛行するように事前にプログラムされる場合がある。したがって、制御ユニット（たとえば、地上制御システム（ＧＣＳ））との通信喪失の検出時に、ＵＡＶは、飛行経路生成プロセスを自律的に開始することができる。
【００５７】
他の例では、目的地の判定は、たとえば航空機を着陸させる予期されない必要に応答して、航空機を着陸させる好ましい着陸地点を選択することを含むことができる。好ましい着陸地点は、その一部が本質的に既知である、着陸地点を選択するためのさまざまな原理および／または方法を使用して選択され得る。たとえば、着陸地点は、航空機の付近に配置された異なる代替の着陸地点に関する情報を記憶したデータベースから選択され得る。
【００５８】
着陸地点の選択を、コンピュータまたは人間のオペレータによって行うことができる。着陸地点の自律的選択は、データベース内に記憶された１つまたは複数の使用可能な着陸地点から着陸地点を選択するように構成されたオンボード・コンピュータによって実行することができる。いくつかの例で、オンボード・サブシステムは、航空機の付近の地上に配置された着陸地点を識別し（たとえば、航空機の下の地面の視覚的分析によって）分類するように構成される。オプションで、航空機が有人航空機である場合に、着陸地点は、パイロットによって選択され得る。官制局と航空機との間のアップリンク通信が動作している場合に、選択された着陸地点を示す情報が、官制局から供給され得、そうでない場合には、プロセス全体が自律的に実行される。
【００５９】
着陸地点は、たとえば、航空機の現在値と着陸地点との間の距離、航空機の推定された滑空距離、残りのエネルギ・リソース（たとえば、燃料およびバッテリ）、風況（たとえば、風向きに関する所望の角度でアプローチ可能な滑走路を有する着陸地点を選択すること）などを含む、さまざまなパラメータに基づいて選択され得る。上で述べたように、システム１１０は、着陸地点の選択に関する処理を実行するように構成された着陸地点判定モジュールを含むことができる。
【００６０】
目的地が決定された後に、航空機をその現在位置から目的地（たとえば、着陸地点）に導く飛行経路が生成される。複数の候補着陸地点が使用可能である場合には、好ましい着陸地点が、ＵＡＶを各候補着陸地点に導く飛行経路にも基づいて選択され得る。したがって、いくつかの例では、飛行経路を選択するプロセスが、複数の候補着陸地点について繰り返され、好ましい着陸地点は、好ましいそれぞれの飛行経路（たとえば、最良のスコアを割り当てられた飛行経路）によって到達される着陸地点として、候補着陸地点の中から選択される。
【００６１】
いくつかの場合に、飛行経路は、航空機をその現在位置から着陸ウィンドウ内で終わる着陸進入路に導く。着陸ウィンドウの位置は、選択された着陸地点に関するある種の高さおよび位置で判定される。着陸ウィンドウの位置および航空機の状況データを与えられて、航空機は、着陸地点に自律的に安全に着陸することができる（たとえば、フライト・コンピュータ１０１に動作可能に接続された自律着陸制御モジュールの助けを得て）。航空機は、飛行経路を生成し、着陸ウィンドウを識別した後に、最終着陸進入路を自律的に生成するように構成され得る。
【００６２】
本開示される主題の例によれば、飛行経路は、２Ｄ制約、３Ｄ制約、および地形飛行制約を含む飛行制約を考慮に入れながら生成される。上で述べたように、飛行経路の実際の生成に関する動作は、いくつかの例では飛行経路ジェネレータ回路網によって、より具体的には、いくつかの例で、飛行経路カリキュレータによって実行され得る。
【００６３】
ＵＡＶの現在位置と目標目的地の位置（たとえば、着陸地点の位置、およびいくつかの例では着陸ウィンドウの推定された位置）とを与えられて、ＵＡＶをその現在位置から目標目的地に導く初期飛行経路が判定される。初期飛行経路は、着陸地点に向かう全体的な方向に基づいて判定され得る（ブロック３０３）。いくつかの例で、初期飛行経路は、ＵＡＶの現在位置を目標目的地に接続する実質的に直線と定義することができる。
【００６４】
初期飛行経路は、マッピング・データおよび飛行制約データと一緒に分析されて、飛行経路が制限された空域を横切るかどうかが判定され、制限された空域は、あるタイプの制限によって特徴を表される空域、たとえば、２Ｄ飛行制約または３Ｄ飛行制約によって特徴を表される空域である（ブロック３０５）。一般に、制限された空域は、トラバースされる空域の地図上で、その境界をマークする線によって定義され、制限された高度範囲によって特徴を表され得る。この線は、閉じた線（たとえば、多角形または円を画定する）または開いた線（たとえば、境界を示す）とすることができる。
【００６５】
開始から終了までの初期飛行経路全体が、制限された空域を横切らない場合には、初期飛行経路は、変更なしに「そのままで」ＵＡＶによって使用され得る。いくつかの例で、ブロック３１１を参照して下で説明するように、飛行経路が、地形制限に違反しないかどうかがさらに判定される。
【００６６】
他方で、飛行経路が制限された空域を横切る場合には、次に、制限された空域が、飛行経路に沿ったＵＡＶの飛行を妨害するかどうかが判定される（ブロック３０７）。制限された空域が飛行を妨害するかどうかを判定するために、制限された空域の特徴を表す高度制限が、制限された空域を横切る時のＵＡＶの予想される高度範囲と比較され、制限された空域を介して飛行経路に沿って飛行する時のＵＡＶが、制限された高度範囲内の高度で制限された空域を横切るかどうかが判定される。
【００６７】
ここで図４に注意を向けると、図４は、制限された空域がブロック３０７および３０９に従って飛行経路を妨害するかどうかを判定する時に実行される動作の例を示す流れ図である。
【００６８】
ブロック４０１では、制限された空域上の領空全体が飛行を禁止されるのか否かを判定する。回答が肯定である場合に、１つまたは複数の側面（たとえば、１つは右から、１つは左から）制限された空域を迂回する１つまたは複数の水平代替セクションが計算される（ブロック４０３）。
【００６９】
そうではなく、計画された飛行経路が、飛行を制限されない高度を含む制限された空域を横切る場合には、制限された空域に達する時のＵＡＶの予想される高度範囲が、制限された高度と衝突するかどうかを判定する（ブロック４０５）。
【００７０】
このために、制限された  は  を横切る時の航空機の予想される高度が計算される。飛行経路に沿ったＵＡＶの予想される高度の計算は、ＵＡＶの初期高度（たとえば、飛行経路の出発点である、緊急着陸の必要が検出される時の高度）およびその滑空比に基づいて実行され得る。この計算で考慮され得る他の要因は、風速（風速のリアルタイム変化を含む）および航空機の機械的状態を含む。上でいくつかの例で言及したように、予想される高度は、飛行経路生成回路網１０内の滑空プレディクタ・モジュールによって判定される。
【００７１】
回答が否定である場合には、初期飛行経路に従う飛行命令を維持することができる（プロセスは、ブロック３０５に戻る）。そうではなく、制限された空域を横切る時の航空機の予想される高度と制限された空域の制限された高度との間に衝突が見つかる場合には、制限された空域に沿った飛行経路の高度を、許可される高度に一致するように調整することができる。特定の制限された高度に応じて、航空機を制限された空域の上および／または下に導く１つまたは複数の代替垂直セクションが判定される（ブロック４０７）。いくつかの例によれば、代替の水平セクションも、代替の垂直セクションに加えて判定され、好ましいセクションが、下でさらに説明するように選択される。
【００７２】
別の例によれば、代替の垂直セクションを計算する時に、その高度を適合させるために垂直操縦を行う航空機の能力（本明細書では「垂直運動性」）が考慮される。たとえば、制限された高度を回避するために計算された代替の垂直セクションを考慮して、航空機が代替の垂直セクションに沿って飛行する能力を奪う航空機の垂直運動性に対する制限があるかどうかが判定される。
【００７３】
そのような制限は、たとえば、ある種の事前に定義された動作制限から、または航空機の特定の機械的条件から生じる可能性がある。たとえば、航空機は、ある値を超えるピッチ角を要求する垂直操縦ができないか、これを行うことを許可されない場合がある。その代わりに、特定の機械的故障が、航空機がその高度を調整する能力、具体的にはその高度を高める能力に関する特定の制限を規定する場合がある。たとえば、エンジン故障の場合に、ＵＡＶは、その高度を高める非常に制限された能力を有する場合があり、バッテリ枯渇（たとえば、発電機故障）の場合には、着陸地点への安全な到着および着陸を保証するために、残り電力の注意深い管理が必要になる可能性があり、したがって、航空機が、その高度を高めることができないか、これを許可されない場合がある。
【００７４】
したがって、代替の垂直セクションを生成するプロセスの一部として、航空機が代替の垂直セクションを実行できるかどうかが判定され、できない場合には、その垂直セクションは破棄される。その場合には、他の代替のセクション、たとえば、同一の高度変化を要求しない異なる垂直セクションまたは水平の代替セクションが代わりに使用される。いくつかの場合に、これは、リソース（たとえば、燃料、電力）の残りの量、目的地に安全に到達するのに必要なリソースの推定される量、および代替セクションを実行するのに必要なリソースの量の計算を含む。下でさらに言及するように、いくつかの例で、代替セクションは、リソース消費にも基づくそれぞれの重みを割り当てられる。
【００７５】
いくつかの例によれば、飛行経路に沿った飛行制約の分析は、グラフまたは木様データ構造（本明細書では全般的に「決定木」と称する）などのデータ構造を使用して行われる。制限された空域の回避が要求される飛行経路に沿った各点は、分岐点、たとえば木内のノードとしてセットされ、その点から分岐する代替セクションのそれぞれは、木内の頂点としてセットされる。
【００７６】
飛行経路の分析に関する動作（ブロック３０５、３０７、および３０９）が、候補飛行経路ごとに繰り返される。各候補飛行経路は、分岐点につながる１つまたは複数の以前のセクションと、分岐点から分岐する代替セクションのうちの１つとを含む。たとえば、図５ｂは、第１の候補飛行経路が、分岐点Ａで右に分岐し、点Ｔまで進行するセクション１を含み、第２の候補飛行経路が、セクション２およびセクション３を含み、第３の候補飛行経路が、セクション２およびセクション４を含む、２つの分岐点（「Ａ」および「Ｂ」と示す）を示す。
【００７７】
いくつかの例によれば、データ構造（たとえば、木またはグラフ）は、再帰プロセスを使用して生成され、このプロセスは、候補飛行経路ごとに再帰的に実行される。飛行経路の分析が完了した後に、データ構造は、好ましい飛行経路を計算するために逆方向にトラバースされる。
【００７８】
いくつかの場合に、ある種の飛行経路は、目的地に到達する前に破棄され得る。たとえば、飛行経路が、目的地点に達する前にＵＡＶに地面に衝突させる代替の垂直セッションを含む場合に、その飛行経路は、破棄され、このプロセスは、他の候補飛行経路の処理に進む。これは、処理リソースの消費を減らすのを助け、したがって、より高速でより効率的なプロセスをもたらす。
【００７９】
飛行制約のさらなる例は、ＵＡＶ飛行経路が地形によって制限される地形制約である。地形飛行制約の違反を避けるために、回路網１０は、ＵＡＶの位置および空域内の地形障害物の位置に関する情報を使用するように構成される。いくつかの例によれば、トラバースされる空域は、事前定義のサイズのセルに分割され、各セルは、その中に配置される土地の地形に従って、制限される空域また制限されない空域（すなわち、トラバース可能またはトラバース不能）として分類される。たとえば、あるセルは、そのセル内に配置された地形の高度と最高点の空域とに基づいて、制限される空域または制限されない空域と定義され得る。トラバースされる空域を分割するセルのサイズは、たとえば、０．１平方キロメートルと１００平方キロメートルの間にわたることができる。
【００８０】
いくつかの例によれば、地形飛行制約は、その空域および高度に基づいて、２Ｄ飛行制約または３Ｄ飛行制約と分類される。したがって、地形制約は、上でブロック３０５、３０７、および３０９を参照して説明した分析の一部と考えることができる。
【００８１】
他の例によれば、地形飛行制限は、他の制約の分析が完了した後に別々に分析される。これは、地形制約が、トラバースされる空域の他の制約より大幅に大量である場合に、より効率的なプロセスをもたらすことができる。
【００８２】
この手法によれば、ブロック３０５、３０７、および３０９による候補飛行経路の処理が完了した後に、結果の候補飛行経路は、それがトラバース不能セルを横切るかどうかを判定するためにさらなる処理を受ける（ブロック３１１）。トラバース不能セルが飛行経路に沿って識別される場合には、新しい分岐点がセットされ、トラバース不能セルを回避する１つまたは複数の代替の水平および／または垂直のセクションが生成される（ブロック３１３）。
【００８３】
上でブロック３０９に関して説明したように、いくつかの例で、トラバース不能なセルに識別に関する動作は、候補飛行経路に沿った分岐点から分岐するセクションごとに繰り返される。このプロセス中に、データ構造（たとえば、木またはグラフ）は、反対方向で再帰的にトラバースされ得る。図５ｂの例は、各分岐点がそれぞれの制限された空域の前に作成される、４つの代替セクションを作成する２つの分岐点ＡおよびＢを示す。一例によれば、目標目的地Ｔに、ブロック３０９に関する動作に従って達した後に、このプロセスは、最後の分岐点、たとえば分岐点Ｂに戻り、セクション３および４のそれぞれが、地形制約に関して分析され、そのような制約が見つかる場合に、地形制約を回避し、分岐点Ｂから地点Ｔに延びる１つまたは複数の代替セクションが生成される。このプロセスは、セクション２および１を類似する形で分析するように継続する。これは、図５ｂに示された２Ｄ分析および３Ｄ分析に続く地形制約の処理を示す図５ｃに例示されている。図示されているように、地形制約ＴＣは、セクション１に沿って識別され、２つの追加の代替セクション１ａおよび１ｂへの分岐をもたらし、したがって、一方はセクション１ａを含み、他方はセクション１ｂを含む２つの追加の候補飛行経路（地形的に制限されない制限された空域が回避され得る、用語「候補飛行経路」が生成されることから区別するために本明細書では「追加の候補飛行経路」と称する）の生成をもたらす。
【００８４】
目標目的地に達した後に、代替セクションを記憶するデータ構造が処理され、最終飛行経路が選択される。上で言及したように、１つの非限定的な例によれば、データ構造（木またはグラフ）は、再帰的プロセスを使用して生成され、飛行経路全体の分析が完了した後に、データ構造は、好ましい飛行経路を計算するためにトラバースされる（たとえば、再帰的な形で）。
【００８５】
下でさらに説明するように、最終飛行経路は、異なる候補飛行経路のそれぞれの全体的スコアに基づいて選択される（３１３）。地形制約が、別々に計算され、追加の候補飛行経路が、トラバース不能セルの識別に応答して生成される場合に、最終飛行経路は、異なる候補飛行経路のおよび追加の候補飛行経路それぞれの総スコアに基づいて選択され得る。
【００８６】
いくつかの例によれば、それぞれの重みが、各代替セクションに割り当てられる。それぞれの重みは、１つまたは複数のコスト・パラメータに基づいて計算される。コスト・パラメータは、それぞれの重みを計算するコスト関数への入力として使用され得る。コスト・パラメータは、たとえば、代替セクションの長さ、代替セクションに沿った高度変化（上下）、代替セクションに沿った推定されるリソース消費（たとえば、燃料またはエネルギ）、代替セクションが許容されるが望まれない空域を通過するか否か、などを含むことができる。コスト関数は、異なるコスト・パラメータを編集し、オプションの候補飛行経路から好ましい飛行経路を選択するのに使用される。好ましい飛行経路は、技術的または他のＵＡＶの制限を考慮して実行され得る、ＵＡＶが目標目的地に達することを可能にする飛行経路である。コスト関数は、リソース諸費および時間を最適化する（たとえば最小化する）のにも使用され得る。各コスト・パラメータの値は、ＵＡＶの特定の機械的条件に依存するものとすることもできる。たとえば、ＵＡＶが燃料不足をこうむる場合に、推定燃料消費は、燃料が豊富である場合より大きい、計算される値への影響を有することができる。
【００８７】
総スコアを、複数の異なる候補飛行経路のそれぞれについて計算することができ（たとえば、コスト関数を使用して）、各候補飛行経路は、飛行制約の違反なしに（またはできる限り少ない違反を伴って）、航空機を目標目的地に導く、代替セクションおよび初期飛行の残りの部分の特定の組合せから構成される。代替セクションごとの重みの計算および割当ては、上で説明した分析プロセスの一部として、たとえばブロック３０９および３１３を参照して説明した各代替セクションの生成に従って行うことができ、それぞれの重みは、計算され、各代替セクションに割り当てられ得る。その代わりに、重みの計算および割り当てを、データ構造（たとえば、木またはグラフ）がそのためにトラバースされる別々のプロセスの一部として行うことができる。
【００８８】
図５ａに示されているように、飛行経路の処理が継続する時に、異なる代替セクションが、一緒に収束し、相互の点で、たとえば初期飛行経路に沿って合わさる場合がある。図５ｂにさらに示されているように、追加の制限された空域が、識別され、さらなる分岐点が、判定される（分岐点Ｂ）場合に、追加の代替セクションが、決定木に追加され得る。処理リソース（処理能力、コンピュータ・メモリ、および処理時間を含む）の消費を減らすために、情報の少なくとも一部が、計算の直後に破棄され得る。たとえば、１つの分岐点から分岐する２つのセクションが、飛行経路の先に配置された点で収束する場合に、経路全体の処理を完了する前に、一方のセクションがリアルタイムで選択され、他方は破棄される。したがって、一例によれば、代替セクションをスクリーニングするプロセスは、分析プロセスの終りに限定されず、分析プロセス中にも発生する。
【００８９】
いくつかの例で、最終飛行経路の長さを最小化するために、このプロセスは、代替セクションを制限された空域のできる限り近くに保つように努力する。したがって、図５ｂに示されているように、制限された空域が多角形形状を有する場合に、代替セクションは、多角形の頂点に沿って延びる。図５ａにさらに示されているように、制限された空域が、曲がった側面によって特徴を表される場合に、代替セクションは、円外接多角形状図形（制限された空域に接する多角形）の頂点に沿って延びる。
【００９０】
初期飛行経路全体の処理が完了し、最終経路が選択された後に、最終飛行経路が、目的地に向かうルートに沿ってＵＡＶをナビゲートするためにナビゲーション・コンピュータによって使用される。たとえば、フライト制御ユニットは、ＵＡＶを飛行経路に沿って向けるためのフライト・デバイスへの命令を生成することができる。
【００９１】
着陸地点に達した後に、ＵＡＶは、着陸地点に自律的に着陸することができる。いくつかの例によれば、フライト・コンピュータは、着陸地点への到着時に実行される（たとえば、ウィンドウから開始して）自律着陸手順中にＵＡＶを制御するように構成され、動作可能である自律着陸制御ユニットを含むことができる。自律着陸制御モジュールは、航空機を安全に着陸させるために、フラップ、方向舵、ホイールなど、さまざまなＵＡＶシステムへの命令を生成するように構成される。
【図１】
2020201958.tif 000003
【図２】
2020201958.tif 000004
【図３】
2020201958.tif 000005
【図４】
2020201958.tif 000006
【図５ａ】
2020201958.tif 000007
【図５ｂ】
2020201958.tif 000008
【図５ｃ】
2020201958.tif 000009
【外国語明細書】
2020201958000001.pdf