(57)【要約】      （修正有）【課題】無人航空機（「ＵＡＶ」）の離陸時、非制御飛行に陥ったり又は横転したりするのを防止する手段を提供する。【解決手段】三軸磁力計からＵＡＶの姿勢を表す測定値を受信する段階であって、測定値は同磁力計の１軸のみに関するものである、測定値を受信する段階３０２と、測定値を許容可能な姿勢範囲と比較する段階３０４と、測定値が許容可能な姿勢範囲内に無いと判定する段階３０６と、少なくとも１つの補正行為をＵＡＶに実行する段階３０８と、を含んでいる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機において、
三軸磁力計から、航空機の姿勢を表す測定値を受信するための手段であって、前記測定値は前記三軸磁力計の１軸のみに関するのものであり、それにより前記航空機の姿勢の判定に要する時間量が短縮される、測定値を受信するための手段と、
前記測定値を許容可能な姿勢範囲と比較するための手段と、
前記測定値が許容可能な姿勢範囲内に無いと判定するための手段と、
少なくとも１つの補正行為を前記航空機に実行するための手段と、を備えている航空機。
【請求項２】
少なくとも１つの補正行為を実行するための手段は、前記航空機のエンジンを停止させるための手段を備えている、請求項１に記載の航空機。
【請求項３】
少なくとも１つの補正行為を実行するための手段は、前記航空機の姿勢を、前記許容可能な姿勢範囲内に調節するための手段を備えている、請求項１に記載の航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三軸磁力計の１軸のみに関する測定値を使用して、無人航空機（「ＵＡＶ」）に少なくとも１つの補正行為を実行するための方法とシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（米国政府の権利）
米国政府は、米国海軍によって裁定されている契約第４１７５６−０６−Ｃ−５６１７号に従い、本発明に関し一定の権利を留保する。
【０００３】
無人航空機（「ＵＡＶ」）は、カメラ、センサー、通信機器、又は他のペイロードを担持することのできる遠隔操縦式又は自律操縦式の航空機である。ＵＡＶには、制御された持続性のある飛行能力があり、例えば、ジェット又はエンジンによって動力供給されるようになっている。ＵＡＶは、遠隔制御されることもあれば、事前にプログラムされた飛行計画又はより複雑な力学的自動化システムに基づいて自律的に飛行することもある。
【０００４】
ＵＡＶは、有人航空機の使用が適切でないか又は実行できない様々な用途で広範囲に使用されるようになっている。例えば、軍事的用途としては、監視、偵察、標的捕捉、データ捕捉、通信中継、おとり、擾乱、又は供給を目的とした飛行が挙げられる。ＵＡＶは、更に、人間の観測者が危険に曝されることになる場合の消火、市民騒動又は犯罪現場の警察検分、自然災害時の偵察支援、及びハリケーンの内側からのデータ収集などの科学的調査の様な民間用途での使用も増加してきている。
【０００５】
ＵＡＶには、ＵＡＶの飛行及び運転を制御する航空電子工学機器が搭載されていることもある。航空電子工学機器は、方向、飛行、安定性補償、及び他の飛行制御の態様を制御するようになっていることもある。航空電子工学器は、例えば、航空機の姿勢測定値を提供する三軸磁力計を備えていることもある。更に、ＵＡＶは、ＵＡＶに遂行させる任務に合わせた特注仕様の各種搭載機器を担持していることもある。
【発明の概要】
【０００６】
三軸磁力計の１軸のみに関する測定値を使用して、無人航空機（「ＵＡＶ」）に少なくとも１つの補正行為を実行するための方法とシステムが提供されている。１つの実施形態は、（i）三軸磁力計からＵＡＶの姿勢を表す測定値を受信する段階であって、測定値は同磁力計の１軸のみに関するものである、測定値を受信する段階と、（ii）測定値を許容可能な姿勢範囲と比較する段階と、（iii）測定値が許容可能な姿勢範囲内に無いと判定する段階と、（iv）少なくとも１つの補正行為をＵＡＶに実行する段階と、を含んでいる。
【０００７】
もう１つの実施形態は、（i）三軸磁力計からＵＡＶの姿勢を表す測定値を受信する段階であって、測定値は同磁力計の１軸のみに関するものである、測定値を受信する段階と、（ii）測定値を許容可能な姿勢範囲と比較する段階と、（iii）測定値が許容可能な姿勢範囲内に無いと判定する段階と、（iv）エンジンを停止させる段階と、を含んでいる。
【０００８】
もう１つの実施形態は、航空機において、（i）三軸磁力計から同航空機の姿勢を表す測定値を受信するための手段であって、測定値は同磁力計の１軸のみに関するものである、測定値を受信するための手段と、（ii）測定値を許容可能な姿勢範囲と比較するための手段と、（iii）測定値が許容可能な姿勢範囲内に無いと判定するための手段と、（iv）少なくとも１つの補正行為を同航空機に実行するための手段と、を備えている航空機である。
【０００９】
ここでは、本発明の様々な一例的実施形態を、図面を参照しながら説明しているが、図面中、同様の番号は同様のエンティティを表している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一例的なダクト付ファン無人航空機（「ＵＡＶ」）の描画である。
【図２】ＵＡＶの中央本体の簡略化されたブロック図である。
【図３】或る方法のフローチャートである。
【図４】或る方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．概要
ＵＡＶには、離陸時、非制御飛行に陥ったり又は横転したりする可能性がある。これは、例えば、ＵＡＶが、離陸時、エンジンの推力がＵＡＶの重量によって部分的に相殺されることのないように向けられた場合に起こる可能性がある。ダクト付ファンＵＡＶの様なＶＴＯＬ（垂直離着陸型）ＵＡＶは、とりわけ、離陸時に横転又は非制御飛行に陥り易い。横転又は非制御飛行の危険性のために、ＵＡＶは、横転又は非制御飛行に陥ろうとしているか否かを判定し、それに応えて、補正行為を実行するようになっていてもよい。その様な補正行為は、例えば、ＵＡＶのエンジンを停止させることであってもよい。
【００１２】
ＵＡＶが、横転又は非制御飛行に陥ろうとしているか否かを指し示す測定値は、ＵＡＶの姿勢である。姿勢は、水平に対するＵＡＶの軸の向きである。姿勢が或る特定の閾値を超えると、横転又は非制御飛行の可能性がある。姿勢は、例えば、完全融合型ＧＰＳ／慣性航法による解法を使用して測定することができる。
【００１３】
しかしながら、完全融合型ＧＰＳ／慣性航法による解法を使用して姿勢を判定し補正行為を実行するのに要する時間は長すぎるかもしれない。燃焼ベースのエンジン及び／又は手動起動エンジンを使用しているＵＡＶでは、オペレータが、ＵＡＶを、例えば、航空機の安全性が確保されていない状況で配備することが必要になることもある。重要な目的は、オペレータが、航空機の安全が確保されていない状況に居なければならない時間を最小限にすることである。従って、姿勢を判定し補正行為を実行するのに要する時間を最小限にすることが望ましい。
【００１４】
更に、ＵＡＶがオペレータにＵＡＶを配備するよう求める場合、オペレータが離陸時になおＵＡＶの近くに居ることもあり得る。非制御飛行又は横転には、ＵＡＶが近くのオペレータ又は他の人にぶつかることも起こり得ることから、周りの人を負傷させる危険性がある。
【００１５】
本開示の主眼の中には、三軸磁力計から、ＵＡＶの姿勢を表す測定値であって、同測定値が同磁力計の１軸のみに関するものである、測定値を受信すること、測定値を許容可能な姿勢範囲と比較すること、測定値が許容可能な姿勢範囲内に無いと判定すること、及び少なくとも１つの補正行為をＵＡＶに実行することがある。
【００１６】
三軸磁力計の１軸のみに関する測定値を受信することにより、ＵＡＶの姿勢を判定し補正行為を実行するのに要する時間量は短くなる。１軸のみを使用することにより、三軸磁力計は、急激なピッチとロールの変化を判定するための立ち上がり時間を必要としない。結果として、ＵＡＶを配備するのに要する時間が短くなり、従って、航空機の安全性が確保されていない状況での所用時間が短くなる。
【００１７】
測定値を許容可能な姿勢範囲と比較することは、例えば、測定値を、ＵＡＶと関係付けられているデータ記憶装置に記憶されている姿勢範囲と比較することを含んでいてもよい。追加的又は代替的に、測定値を許容可能な姿勢範囲と比較することは、測定値を姿勢範囲と比較するために、測定値を地上オペレータに送信することを含んでいてもよい。測定値を許容可能な姿勢範囲と比較する他の方法を使用することもできる。
【００１８】
少なくとも１つの補正行為を実行することは、例えば、ＵＡＶのエンジンを停止させることを含んでいてもよい。追加的又は代替的に、少なくとも１つの補正行為を実行することは、ＵＡＶの姿勢を許容可能な姿勢範囲内に調節することを含んでいてもよい。少なくとも１つの補正行為を実行する他の方法を使用することもできる。
２．一例的構造
ａ．一例的ＵＡＶ
図１は、一例的な実施形態によるダクト付ファンＵＡＶの描画である。この配置並びにここに説明されている他の配置は、単に一例として記載されているものと理解頂きたい。当業者には理解頂ける様に、他の配置及び要素（例えば、機械、インターフェース、機能、順序、及び機能群など）を代わりに使用することもでき、幾つかの要素をまとめて省略することもできる。更に、ここに説明されている要素の多くは、個々の又は分散された構成要素として、或いは他の要素と関連付けて実施してもよく、また、どの様な適した組合せ又は配置位置で実施してもよい、機能的エンティティである。ここに説明されている、１つ又はそれ以上のエンティティによって実行される様々な機能は、ハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアによって実施されてもよい。様々な機能は、メモリに記憶されている命令を実行するプロセッサによって実施されてもよい。
【００１９】
図１に示されている様に、ＵＡＶ１００は、空気ダクト１０２、ファン１０４、中央本体１０６、ステータアッセンブリ１０８、可動翼１１０、ストラット２０２、及びランディングギア２０３を含んでいてもよい。ファン１０４は、ＵＡＶ１００が浮上、浮留、巡航などが行えるように、推力を提供するロータブレードを備えていてもよい。ファン１０４は、恐らくは中央本体１０６の中に在るエンジンに接続されていて、回転してファンを通して空気を送り出しＵＡＶの揚力を提供するようになっていてもよい。
【００２０】
中央本体１０６は、カメラ又は他の監視機器の様な、ＵＡＶ１００の追加的な構成要素が入れられているハウジングであってもよい。中央本体１０６は、更に、三軸磁力計の様な航空電子工学機器を含んでいてもよい。中央本体１０６には、更に、ＵＡＶ１００に動力供給するためのエンジンが入っていてもよい。
【００２１】
ＵＡＶ１００は、更に、ステータアッセンブリ１０８と、ＵＡＶの推力方向性を提供するための複数の固定及び／又は可動翼１１０を含んでいてもよい。ステータアッセンブリ１０８は、ファン１０４によって発生する渦巻き及びトルクを低減又は排除するために、空気ダクト１０２内のファン１０４の真下に設置されていてもよい。ステータの更に下流では、推力方向翼１１０が空気ダクト１０２の内側又は外側に設置されていてもよい。例えば、翼１１０は、空気ダクト１０２の出口区間の僅かに下方に配置されていてもよい。
【００２２】
ＵＡＶ１００は、更に、中央本体１０６を支持するストラット２０２を含んでいてもよい。ストラット２０２は、更に、ＵＡＶのランディングギア２０３用の接続部を提供していてもよい。
【００２３】
図２は、一例的な実施形態による中央本体１０６の簡略化されたブロック図である。図示の様に、中央本体１０６は、プロセッサ２５０、データ記憶装置２５２、エンジン２５４、磁力計２５６、及び／又は無線通信インターフェース２５８を、全てシステムバス２６２で接続して、含んでいてもよい。更に、中央本体１０６は、既に既知であるか又は今後開発されるＵＡＶ用の何か他の機構を含んでいてもよい。
【００２４】
一例的な実施形態では、プロセッサ２５０は、例えば、汎用マイクロプロセッサ及び／又は個別の信号プロセッサであってもよい。プロセッサ２５０は、ここでは単一のプロセッサとして説明されているが、当業者には理解頂けるように、中央本体１０６は複数の（例えば、並列）プロセッサを保有していてもよい。データ記憶装置２５２は、ここに説明されている様々な機能を実施するためにプロセッサ２５０によって実行可能である機械語命令のセットを記憶していてもよい。代替的に、機能の一部又は全ては、ハードウェアを通して実施することもできる。
【００２５】
エンジン２５４は、既に既知であるか又は今後開発される、推力をＵＡＶ１００に提供するためのどの様な装置を備えていてもよい。磁力計２５６は、三軸磁力計であってもよい。無線通信インターフェース２５８は、１つ又は複数の装置とアンテナ２６０を通して通信するのに適したチップセットを含んでいてもよい。適した装置として、例えば、地上コントローラによって操作される、ＵＡＶ運転用の装置を挙げることができる。
ｂ．一例的運転
図３は、図１に描かれているＵＡＶ１００の様なＵＡＶを運転する方法の形態における一例的な実施形態のフローチャートである。図３に示されている様に、方法３００は、ステップ３０２の三軸磁力計からＵＡＶの姿勢を表す測定値を受信する段階で開始される。測定値は、三軸磁力計の１軸のみに関するものである。例えば、測定値は、三軸磁力計のＺ軸だけに関するものである。三軸磁力計は、例えば、図２に描かれている磁力計２５６であってもよい。一例的な実施形態では、測定値を受信するのに必要な時間量は短く、例えば１秒未満である。
【００２６】
方法３００はステップ３０４に続き、測定値が許容可能な姿勢範囲と比較される。一例的な実施形態では、測定値を許容可能な姿勢範囲と比較する段階は、測定値を、ＵＡＶと関係付けられているデータ記憶装置に記憶されている姿勢範囲と比較する段階を含んでいてもよい。データ記憶装置は、例えば、図２に描かれているデータ記憶装置２５２であってもよい。姿勢範囲は、例えば、単一の連続している範囲であってもよいし、複数の連続していない範囲であってもよい。
【００２７】
もう１つの一例的な実施形態では、測定値を許容可能な姿勢範囲と比較する段階は、測定値を姿勢範囲と比較するために、測定値を地上オペレータに送信する段階を含んでいてもよい。測定値を送信する段階は、例えば、共に図２に描かれている無線インターフェース２５８とアンテナ２６０を使用して、測定値を送信する段階を含んでいてもよい。すると、地上オペレータは、恐らくは装置であるが、測定値を、地上オペレータと関係付けられているデータ記憶装置と比較し、それに応えて、ＵＡＶに補正行為を実行するよう命令を送信することになる。
【００２８】
方法３００はステップ３０６に続き、測定値が許容可能な姿勢範囲内に無いと判定される。その後、方法はステップ３０８に続き、ＵＡＶに少なくとも１つの補正行為が実行される。一例的な実施形態では、少なくとも１つの補正行為を実行するのに要する時間量は短く、例えば１秒未満になる。もう１つの実施形態では、ステップ３０２から３０８までを実行するのに要する時間量は、１秒未満になる。しかしながら、方法３００のステップの何れについても記載されている実行時間は単に一例であり、限定を課す意図は無いことに留意されたい。
【００２９】
一例的な実施形態では、少なくとも１つの補正行為を実行する段階は、ＵＡＶのエンジンを停止させる段階を含んでいる。エンジンは、例えば、図２に描かれているエンジン２５４であってもよい。ＵＡＶは、例えば、エンジン停止用スイッチを保有し、エンジンを停止させる段階は、エンジン停止用スイッチを入れる段階を含んでいてもよい。もう１つの一例的な実施形態では、少なくとも１つの補正行為を実行する段階は、ＵＡＶの姿勢を許容可能な姿勢範囲内に調節する段階を含んでいる。姿勢を調節する段階は、ファン１０４の速度を調節する段階、又は推力方向翼１１０の角度を調節する段階を含んでいてもよい。特許請求の範囲から逸脱すること無く、姿勢を調節する他の方法も可能である。
【００３０】
図４は、図１に描かれているＵＡＶ１００の様なＵＡＶを運転する方法の形態における一例的な実施形態のフローチャートである。図４に示されている様に、方法４００は、ステップ４０２の三軸磁力計からＵＡＶの姿勢を表す測定値を受信する段階で開始される。三軸磁力計は、例えば、図２に描かれている磁力計２５６であってもよい。測定値は、三軸磁力計の１軸のみに関するものである。方法は、ステップ４０４に続き、測定値が許容可能な姿勢範囲と比較される。その後、方法は、ステップ４０６に続き、測定値が許容可能な姿勢範囲内に無いと判定される。本方法４００は、ステップ４０８に続き、エンジンが停止される。エンジンは、例えば、図２に描かれているＵＡＶ１００のエンジン２５４であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１００  ＵＡＶ（無人航空機）
１０２  空気ダクト
１０４  ファン
１０６  中央本体
１０８  ステータアッセンブリ
１１０  可動翼
２０２  ストラット
２０３  ランディングギア
２５０  プロセッサ
２５２  データ記憶装置
２５４  エンジン
２５６  磁力計
２５８  無線通信インターフェース
２６０  アンテナ
２６２  システムバス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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