(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無人飛行ビークルに第２の無人飛行ビークルから燃料給油をするシステムにおいて、
前記システムは、
予め定められた距離内に接近するように、前記第１および第２の無人飛行ビークルを飛行させる誘導手段と、
飛行中に１つの無人飛行ビークルから他の無人飛行ビークルへ燃料供給ラインを接続する手段と、
を具備しており、
前記接続する手段は、前記第１の無人飛行ビークルに結合される燃料給油レセプタクルを磁気的に検出するための標的システムを含み、
前記標的システムは、
前記第１の無人飛行ビークル上の前記燃料給油レセプタクルの周囲に配置されている第１のコイルと、
前記第１の無人飛行ビークル上の前記燃料給油レセプタクルの周囲に配置されている第２のコイルと、
前記第１のコイルを、第１の周波数を有する第１の信号で励起し、前記第２のコイルを、前記第１の周波数と異なる第２の周波数を有する第２の信号で励起する手段と、
前記第２の無人飛行ビークル上の前記燃料供給ラインの第１の端部に配置されている追尾装置と、
ここで、前記追尾装置は、前記第１のコイルからの磁気信号と第２のコイルからの磁気信号とのうちの少なくとも１つを検出するように構成された第１と第２の検出器コイルを含んでいる、
前記第１と第２の検出器コイルのうちの少なくとも一方によって前記磁気信号のうちの少なくとも１つを受信し、それに応答して前記燃料供給ラインから前記燃料給油レセプタクルへの方向と距離とを決定する論理手段と、
を含んでいる、システム。
【請求項２】
前記誘導手段は、前記第１および前記第２の無人飛行ビークルの位置および速度を決定するための回路を含んでおり、
前記誘導手段は、前記第１および第２の無人飛行ビークルに予め定められた飛行パターンであるように命令する回路を含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項３】
第２の無人飛行ビークルから第１の無人飛行ビークルへ燃料給油をする方法であって、
前記方法は、
予め定められた距離内に接近するように、前記第１および第２の無人飛行ビークルを飛行させるステップと、
標的システムを使用して、燃料供給ラインを前記第２の無人飛行ビークルから前記第１の無人飛行ビークルに飛行中に接続するステップと、
を含んでおり、
前記接続するステップは、
複数の検出器コイルにより磁界を検出するステップと、
前記磁界の最適の感度を得るために前記複数の検出器コイルの各々を異なる方向に向けるステップと、
ターゲットの位置を決定するために前記複数の検出器コイルにより出力された複数の信号を処理するステップと、
を含んでいる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は航空学に関し、特に本発明は飛行中のビークルの燃料給油システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の軍事および民間用のための無人飛行ビークル（ＵＡＶ）の使用が急速に拡大している。典型的なＵＡＶ飛行はその使命に対して３つの役目を有し、即ち１）サポート基地から発射され動作領域へ飛行しなければならず、２）その目的とする機能を行いながらその動作領域で飛行しなければならず、３)好ましくない逆風等の予期できない遅延を考慮に入れて十分な予備燃料を運びながらそのサポート基地へ戻り着陸しなければならない。
【０００３】
離陸時に、ＵＡＶはその使命の全ての３つの相のために十分な燃料を運ばなければならない。使命１と３はそれぞれ飛行全体の有用な部分である使命２と同程度の燃料を消費することが多い。
【０００４】
ＵＡＶがその動作領域での飛行中に燃料給油されることができるならば、実用性における実質的な増加が実現されることができる。したがってそのサポート基地へ戻るために時間と燃料を消費せずに延長された期間にＵＡＢが任務中にあることを可能にするために飛行中にＵＡＶを燃料給油するシステムまたは方法の必要性が高まっている。
【０００５】
残念ながら、現在通常の有人タンカー航空機からＵＡＶが燃料給油されることは実現可能ではない。２つの主要な理由がある。第１に、大部分のＵＡＶは通常の有人タンカーよりも非常に小さく飛行速度が遅く、大きいジェットエンジンの航空機に燃料給油するように設計されている。タンカーは燃料給油動作期間中に近接した編隊飛行を行うためにＵＡＶにほぼ匹敵する飛行性能を有することが必要である。特別に構成されたタンカー航空機は通常大部分のＵＡＶに燃料給油するため必要とされている。
【０００６】
第２に、有人タンカー航空機の乗員は安全性の理由で無人航空機が近接して飛行することを許容しない。有人の燃料給油操作中、熟練したパイロットはタンカーと受取る飛行機との両者を制御する。非常に接近した編隊飛行期間中に衝突が生じるならば両方の飛行機の人員に相当の危険が存在する。両飛行機のパイロットは他方のパイロットの能力と力量に非常に高度の信頼を置く。彼らは予測できない問題に反応することができないロボットの無人ビークルの対応を信頼しない。無人のタンカー航空機は通常ＵＡＶの飛行中の燃料給油で必要とされる。
【０００７】
したがって飛行中のＵＡＶを燃料給油をするための安全で価格が効率的なシステムおよび方法の必要性が技術上残されている。
【発明の概要】
【０００８】
この技術上の要求は本発明の無人飛行ビークルに燃料給油するためのシステムおよび方法により解決される。システムの構造では、本発明は第２の無人飛行ビークルから第１の無人飛行ビークルに燃料給油するように構成されており、予め定められた距離内で近接して第１および第２のビークルを飛行し、優秀な磁気標的システムを使用して飛行中に第２のビークルから第１のビークルへ燃料供給ラインで接続するための構成を含んでいる。
【０００９】
示されている実施形態では、標的システムは第１のビークル上の燃料給油レセプタクルの周囲に第１のコイルを含んでいる。追尾装置が第２のビークル上の前記燃料供給ラインの第１の端部に配置されている。追尾装置は第１のビークル上のレセプタクルの周囲の第１のコイルからの磁気信号を検出するように構成された多数の検出器コイルを含んでいる。コイルが取付けられ、それによって検出器コイルは異なる方向で指向する。コイルの出力はタンカーのＵＡＶからミッションＵＡＶまでの方向と距離を決定するために処理される。
【００１０】
示されている実施形態では、本発明の方法は予め定められた距離内で近接して第１および第２のビークルを飛行させ、磁気標的システムを使用して飛行中に第２のビークルから第１のビークルへ燃料供給ラインで接続するステップを含んでいる。さらに一般的には標的方法が開示され、それは磁界を検出するための複数のコイルを設け、異なる方向における前記磁界の最適の感度で各前記コイルを指向し、ターゲットの位置を決定するために前記コイルにより出力された信号を処理するステップを含んでいる。示されている実施形態では、標的システムは第１のプラットフォームでターゲットの周囲に配置されるコイルと、コイルを付勢する装置と、コイルにより放射された磁界を感知するために第２のプラットフォーム上に配置される装置とを含んでいる。
【００１１】
優秀は検出器構成も開示されている。優秀な検出器は磁界を検出するための複数のコイルと、異なる方向における前記磁界の最適の感度で各コイルを指向する構成と、ターゲットの位置を決定するためにコイルにより出力された信号を処理する構成を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の例示的な実施形態による自律燃料給油を行うために近接して飛行する２つの無人の飛行ビークルを示す簡単な飛行図である。
【図２】付勢されたコイルによる磁界の発生を示す図である。
【図３】本発明の教示によるコイルの第１の実施形態における図１のミッションＵＡＶの１セクションの平面図である。
【図４】フレキシブルな燃料ラインを介してＵＡＶへ結合されているバスケットにレセプタコイルを配置する本発明の教示による第２の実施形態の図１のミッションＵＡＶの側面図である。
【図５】図４のバスケットの例示的な実施形態の端面図である。
【図６】本発明の教示による図１のシステムの燃料プローブ追尾装置の簡単化された図である。
【図７】本発明の教示の例示的な実施形態による図１の追尾装置の一部の側断面である。
【図８】本発明の教示の例示的な実施形態によるミッションＵＡＶの電気サブシステムの簡単化されたブロック図である。
【図９】本発明のＵＡＶタンカー追尾装置／標的システムの例示的な構造の追尾装置電子装置の簡単化された図である。
【図１０】本発明の教示の例示的な実施形態によるＵＡＶタンカー追尾装置精密誘導コンピュータの例示的な構造のブロック図である。
【図１１Ａ】本発明の教示による無人飛行ビークルの燃料給油方法の例示的な実施形態のフロー図である。
【図１１Ｂ】本発明の教示による無人飛行ビークルの燃料給油方法の例示的な実施形態のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
例示的な実施形態および例示的な応用を本発明の有効な教示を開示するために添付図面を参照して説明する。  
ここで本発明を特定の応用の例示的な実施形態を参照して説明するが、本発明はそれに限定されないことが理解されるべきである。ここで与えられている教示を行う当業者はその技術的範囲内および本発明が非常に有用である付加的な分野で付加的な変形、応用、実施形態を認識するであろう。
【００１４】
図１は本発明の教示の例示的な実施形態による自律燃料給油を行うために近接して飛行している２つの無人の飛行ビークルを示す簡単な飛行図である。図１に示されているように、システム10はミッションＵＡＶ12、タンカーＵＡＶ14、２つのビークル間で燃料給油結合を行うように燃料供給ライン18を誘導するための優秀な磁気標的装置16を含んでいる。各ＵＡＶは技術で普通であるように機体、制御表面、誘導、ナビゲーション、通信、推進システムを有している。
【００１５】
通常の教示のように、ミッションＵＡＶ12は以下のシステムを有する。  
１．ミッションパッケージ：ミッションデータリンク、センサ、他のペイロード（即ち放送送信機、誘導ミサイル等）、
２．飛行システム：エンジンおよび燃料管理、飛行器機、飛行制御サーボ、オートパイロットコンピュータ、
３．ナビゲーションシステム：ＧＰＳ受信機、慣性ナビゲータ、航空交通レーダトランスポンダ、衝突防止システム、
４．飛行管理コンピュータ：  
−予めプログラムされたコース、中間地点、高度、速度情報を含み、
−オートパイロット、エンジン、離陸および着陸のシーケンス、衝突防止操縦等を誘導し、
−燃料消費、電力、その他のビークルの健全情報を監視し、
−地上制御オペレータと通信し、ミッション変更指令を受信し、
−制御リンクが失われたならば、安全装置の操縦を実行する。  
５．制御データリンク：  
−ＵＡＶから地上制御パイロットオペレータへの２以上の冗長無線リンクを含むことができ、
−送信機、受信機、アンテナ、恐らく衛星追跡アンテナを含み、
−さらに暗号化、パスワード、ビットエラー検査のような送信セキュリティを与え、
−空対空通信のために地上制御装置へ双方向音声チャンネルを与える。  
６．航空交通無線：  
−典型的に、地上制御装置はＵＡＶから他の航空機および航空交通制御装置へ通信することができ、
−通常の航空機無線はＵＡＶに設置される。これらは制御データリンクを通して動作される。
【００１６】
本発明の教示による空中燃料給油では、ミッションＵＡＶ12は以下の付加的なシステムを有する。
【００１７】
１．燃料給油ポート：  
−ＵＡＶ構造上、または代わりに燃料給油中に配備されるフレキシブルなホースおよびバスケットに固定されたポート、
２．位置情報をタンカーＵＡＶへ通信するための飛行管理コンピュータ中のソフトウェア、
３．無人タンカーが燃料ポートに接続することを可能にするための精密誘導システム。
【００１８】
本発明の教示によれば、タンカーＵＡＶ14は空中の別のＵＡＶとして動作し、ミッションＵＡＶ12と類似のシステムを有し、
１．地上制御局および人間のパイロットオペレータと、
２．大きな燃料タンク、ポンプ、計測センサ、配備可能な燃料プローブを含むミッションパッケージと、
３．飛行システム、ナビゲーションシステム、飛行管理コンピュータ、制御データリンク、航空交通無線を含んでいる。
【００１９】
さらに、以下詳しく説明するように、タンカーはミッションＵＡＶの位置を決定し、そのコースをインターセプトし、接近した形態で接続し、ミッションＵＡＶ上の燃料ポートと接続するようにその燃料プローブを操縦するように設計されている。
【００２０】
さらに、タンカーは、
−航空機全体を操縦および／または分離したプローブを操縦することにより燃料プローブを正確に操縦するシステムと、
−燃料プローブをミッションＵＡＶの燃料ポートへ誘導するための精密な誘導システムと、
−機械的なラッチが実現された後に機械的ひずみを検出するためのプローブセンサとを含んでいる。
【００２１】
本発明によれば、ミッションＵＡＶ12が燃料を必要としているとき、航空交通制御装置により承認されている標準化された保持パターンに入る。技術で普通であるように、保持パターンは他の航空機の動作が取り除かれている空域のブロックで一定の高度で飛行されるレーストラック路であることができる。無人タンカー航空機14はその地上制御局により保持区域に誘導される。受取側のミッションＵＡＶ12は連続的にその位置および高度情報を無線により送信できる。位置情報は全地球測位（ＧＰＳ）受信機のような機上衛星ナビゲーション受信機から得られることができる。
【００２２】
タンカーＵＡＶ14に搭載されるミッションコンピュータは受信された情報をその自分の位置と比較し、安全なインターセプトコースを計算する。例えばタンカー14は図１に示されているように上方および僅かに前方から受取り航空機に接近できる。多くの他の方法構造が可能である。
【００２３】
タンカーと受取り航空機がばらばらの編隊であると、タンカーは近接した編隊飛行に転移する。通常はタンカー航空機には間隔を有するおよび近接した編隊飛行を許容するための特別なシステムが取付けられる。最も特殊化されたシステムをタンカー14中に配置することにより、受取り航空機ＵＡＶ12は飛行中の燃料給油に参加することを許容するための変更を最小限必要とする。タンカー航空機は多数の受取り航空機にサービスを行うことができるので、特殊化されたシステムを主としてタンカーに設けることは価格が効率的である。
【００２４】
間隔のある編隊飛行はＧＰＳシステムのような外部無線ナビゲーション補助を参照して実現されることができる２つの航空機間で調整された飛行として規定されることができる。近接した編隊飛行はタンカーＵＡＶがその燃料給油プローブを受取りＵＡＶのレセプタクルへ接続するのに必要とされる極度の位置的正確性として規定されることができる。一般的に、タンカーは機械的ラッチを実現するためにその燃料給油プローブを接近（例えば受取りレセプタクルの約２センチメートル以内）して操縦しなければならない。タンカーはその後燃料の転送中に近接した編隊飛行を維持しなければならない。この極度の正確度は両航空機が予測されない風の変化と乱気流を受けながら実現されなければならない。
【００２５】
近接した編隊飛行は受取りＵＡＶ上に協動の標的を設け、タンカーＵＡＶ上に整合される追尾機構を設けることにより実現されることができる。協動の標的の多くの実施形態が可能である。例えば受取り標的は無線信号、光信号、磁界、電場、放射能放射、または音響信号を放出することができる。これらの放出から、タンカー上の追尾装置は協動する標的への方向および距離情報を得ることができる。この情報は２つの機能のためにタンカー上でコンピュータにより使用される。これは近接した飛行を維持するためタンカー航空機上で飛行制御するための誘導情報を提供する。これはまた受取りレセプタクルに接近するとき燃料給油プローブを独立して操縦するために使用される誘導情報を提供する。
【００２６】
実際に、先にリストした放射の多くは不適切であり、または無人の航空燃料給油プローブについての追尾装置の深刻な制限を有する。例えば標的航空機がタンカーがホーミング信号として使用できる無線波を放射することは合理的であるように思われる。実際に無線波は非常に近接したホーミング距離では良好な選択肢ではない。無線波（またはマイクロ波）が放射されるとき、これらは近くの航空機の機体の種々の部分から強力なマルチパス反射を受ける。さらに、追尾装置のアンテナが無線波源に接近するとき、これは近視野パターンおよび送信アンテナと受信アンテナの両者のサイドローブに融合する。その結果混乱し、標的への明白な方向を迅速に変更する。
【００２７】
別の合理的な追尾装置方法は光源と検出器を使用することである。標的には点滅光が与えられ、追尾装置は誘導信号を与えるためによく知られた光学撮像方法を使用できる。実際に、光学追尾装置は幾つかの欠陥を有する。最も簡単な光学システムは限定された視野を有する。アクチブな標的を発見するために非常に大きい視野を探索することが必要とされるとき光学システムの複雑性は迅速に上昇する。最も重要なことは、光学システムが霧、雨、光学表面上の水滴、航空機の動作に共通の泥および油によって非常に容易に混乱される。
【００２８】
本発明の教示によれば、コイル20はミッションＵＡＶ12のレセプタクル22の周囲に設けられる。コイル20は電流で付勢されそれに応じて磁界を放射する。これは図２に示されている。磁界はタンカーＵＡＶ14の燃料供給ライン（燃料プローブ）18の端部に配置されている追尾装置30により感知される。好ましい実施形態では、追尾装置30はレセプタクルコイル20により発散される磁界を感知する多数の検出器コイル（図１には示されていない）を含んでいる。
【００２９】
信号は以下さらに十分に説明するように、燃料供給ラインを操縦するための距離および方向の精密誘導コマンドを機構に与えるように処理される。
【００３０】
図２は付勢されたコイルによる磁界の発生を示す図である。図２は磁気誘導の原理に基づいて協動する標的と追尾装置を示している。電流がワイヤループまたはコイルを通って流れるとき、双極子磁場パターンがコイルの周囲の近スペースで発生する。コイルを流れる電流が交流電流であるならば、交流双極子磁場がコイルの付近に発生される。交流磁界は任意の近くの付勢されていないコイルで電圧および電流を容易に誘起し、これは追尾装置で使用されることができる。双極子磁場は放射された無線波ではないことに注意することが重要である。双極子源により、磁界強度はソースコイルからの距離と共に非常に迅速に低下する。一般的に、磁界強度は係数（Ｉ／Ｒ）３により付勢されたコイルからの距離Ｒと共に減少する。即ち、磁気誘導信号は約１／（距離３）として信号強度が低下する。これは非常に迅速な低下である。
【００３１】
信号強度は距離と共に非常に迅速に低下するので、標的までの距離は単に検出された信号の強度を測定することにより非常に正確に評価されることができる。標的のソース強度が一定に保持されるならば、受信された強度の測定は標的までの距離の非常に良好な評価を与える。レーダシステムとは異なって、距離を測定するために双方向信号を送信することは必要ではない。図２に示されているコイルの寸法と駆動電流により、標的は追尾装置から離れて（例えば１５メートル）位置されることができる。本発明の教示によれば、追尾装置は２次元における標的への方向を決定するため複数の検出器コイルを使用する。各コイルは異なる方向で指向する。ソースに最も近く整列されるコイルは最強の信号を発生する。信号が全てのコイルで同等に平衡されるとき、標的はすぐ前方に位置する。追尾装置の論理（以下説明する）は飛行制御を調節して燃料給油プローブを操縦するために出力信号を提供する。
【００３２】
したがって、コイル20は発生器24からの交流電流により付勢される。例示的な実施形態では、コイル20は約６０センチメートルの直径の絶縁体または空芯に巻かれている１８ゲージの銅ワイヤのような適切な導体の１０の巻回を有しており、発生器24は５キロヘルツ（ｋｈｚ）で約１００ミリアンペアの交流電流を出力する。当業者は本発明がコイル設計またはそれに与えられた電力のレベルまたは周波数に限定されないことを認識するであろう。
【００３３】
図３は本発明の教示によるそのコイルの第１の実施形態における図１のミッションＵＡＶ12のセクションの平面図である。この実施形態では、コイル20はミッションＵＡＶ12の機体の上部表面26に設けられた穴中の燃料給油ポートまたはレセプタクル22の周囲に配置されている。図３に示されているように、ベストモードでは、随意選択的な第２のコイル28は以下さらに詳細に説明するようにさらに正確な標的のために含まれている。
【００３４】
図４は本発明の教示による第２の実施形態の図１のミッションＵＡＶ12’の側面図であり、これによってレセプタクルコイル20’はフレキシブルな（例えばゴム）燃料ライン34’を介してＵＡＶに結合されたバスケット32’中に配置される。
【００３５】
図５は図４のバスケット32’の例示的な実施形態の端面図である。図５に示されているように、バスケット32’はＵＡＶ12上の燃料容器（図示せず）と連通するためにその上中心部に燃料ポート22’が配置されている金属、プラスティックまたは繊維で製造されたコーン36’を含んでいる。第１のコイル20’は燃料ポート22’に関してバスケット32’の末端に配置されている。第２のコイル28’は第１のコイル20’と燃料ポート22’との間に配置されている。当業者は本発明がバスケットの製造に限定されないことを認識するであろう。即ち、バスケット32’は固体、メッシュまたはウェブ構造であるかおよび／または本発明の技術的範囲を逸脱せずに所望な方法で飛行するように成形されることができる。
【００３６】
図６は本発明の教示による図１のシステムの燃料プローブ追尾装置の簡単な図である。ベストモードでは、追尾装置30は４つの検出器コイル40−43を含んでいる（このうちの２つのみが図６に示されている）。例示的な実施形態では、各検出器コイルは直径約２センチメートルの鉄芯の周囲に２２ゲージの銅ワイヤのような適切な導体の４００巻回で構成されている。検出器コイルは別々の方向で指向するように取付けられている。検出器コイルはレセプタコイルから放射される磁界を感知する。各検出器コイルの出力は関連される増幅器44−47により増幅されプロセッサ50へ入力される。ミッションＵＡＶのレセプタコイル20方向を最も直接的に指向するコイルは最大の信号振幅を有する。プロセッサ50は以下さらに十分に説明するように検出器コイルの出力を比較し、レセプタコイル20への距離および方向を計算する。距離および方向プロセッサ50はディスクリートな論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途用集積回路または他の適切な手段で構成されることができる。ベストモードでは、プロセッサ50は以下さらに十分に説明するように汎用目的のコンピュータ（図示せず）で動作するように適合されたソフトウェアで実行されることができる。
【００３７】
図７は本発明の教示の例示的な実施形態による図１の追尾装置の一部の側断面である。図７に示されているように、追尾装置30は４つの磁気検出器コイル40−43を含んでいる（このうちの２つ40、42のみが図７に示されている）。コイル40、42は燃料ライン18の末端部の非金属のハウジング48内に配置されている。増幅器44−47もハウジング48内に配置されている。増幅器からの配線は燃料ライン18の周囲のシース52内に収められており、以下さらに十分に説明するようにその例示的な実施形態では５および７ｋＨｚで信号を出力する。
【００３８】
技術で一般的であるように、燃料ライン18はその末端部にボールバネ逆止め弁構成60を有している。バネで留められたボール逆止め弁60はラッチング動作の成功後にライン18を開き、燃料がそこを通って流れることを許容するように設計されている。
【００３９】
図８は本発明の教示の例示的な実施形態によるミッションＵＡＶの電気サブシステムの簡単なブロック図である。図８に示されているように、好ましい実施形態ではミッションＵＡＶ電気サブシステム70は通常の機上飛行管理コンピュータ72の制御下で動作する第１および第２の信号源74と76を含んでいる。第１の信号源74は第１のコイル20を駆動し、第２の信号源は第２の（内部）コイル76を駆動する。例示的な実施形態では、第１および第２の信号源74と76はそれぞれ５ｋＨｚと７ｋＨｚで動作する発振器である。
【００４０】
図９は本発明のＵＡＶタンカー追尾装置／標的システムの例示的な構造の追尾装置の電子装置の簡単な図である。図９に示されているように、追尾装置電子サブシステム80は各検出器コイル（そのうちの２つ40と42のみが図９に示されている）の帯域通過フィルタ（例えば82、84）のセットを含んでいる。各帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）は関連される電力検出器92、94または96に結合されている。この実施形態は４つの検出器コイルを有し、４つの増幅器は８つの帯域通過フィルタおよび８つの電力検出器と共に含まれることに注意すべきである。それにもかかわらず、本発明は検出器または検出器出力を処理する装置の数に限定されない。各電力検出器は関連されるコイルによって検出される信号の電力レベルに比例して電圧を出力する。
【００４１】
図９では、示されている第１および第３の検出器コイル40、42は説明の目的で同軸である。第２および第４の検出器41と43（図示せず）も第１および第３の検出器の軸に関して直交する軸に関して同軸であり、同じ回路80に結合されていることを理解すべきである。したがって、信号処理に関する以下の説明は検出器の両セットに適用することが理解されるであろう。各検出器コイル40により検出されるような各レセプタコイル20、28からの磁気信号は第１および第２の加算増幅器91、97により距離を決定するため所定の軸の他の検出器コイル42からの信号と加算される。同様に、各検出器コイル40により検出されるような各レセプタコイル20、28からの磁気信号は第１および第２の加算増幅器91、97により方向を決定するため所定の軸の他の検出器コイル42からの信号から減算される。検出器コイル40/42と41/43の各対により与えられる各軸についての加算および差動増幅器からの距離および方向値は図１０に示されている精密誘導コンピュータ100へ与えられる。
【００４２】
図１０は本発明の教示の例示的な実施形態によるＵＡＶタンカー追尾装置精密誘導コンピュータの例示的な構造のブロック図である。コンピュータ100はそれぞれ図９の各増幅器91、93、95、97のためのアナログデジタルＡ／Ｄ変換器102、104、106、108を含んでいる。次に第１のプロセッサ110は図８の外側コイル20から検出された磁気信号に関して距離を評価し、第２のプロセッサ116は図８の内側コイル28から検出された磁気信号に関して距離を評価する。同様に、第３および第４のプロセッサ112と114は内側コイル28から検出された磁気信号に関して角度を突き止める。
【００４３】
次に、外側コイル20に関する距離および角度出力は、オートパイロットコンピュータ132から速度と追尾装置30の接近速度の操縦コマンドとを突き止めるように処理される（118）。同様に、内部コイル28に関する距離および角度出力は、オートパイロットコンピュータ132から速度と追尾装置30の短距離接近速度の操縦コマンドとを突き止めるように処理される（120）。
【００４４】
ターゲットまでの予め定められた短い距離が検出されるとき、信号（122）が出力され、これはスイッチ124を付勢し、そのスイッチ124は次にオートパイロットコンピュータ126へ入力するための短い距離の速度と操縦コマンドを選択する。オートパイロット動作はオートパイロット126を付勢するのに十分近接したことの検出において通常の機上飛行管理コンピュータ130からの信号（128）によりエネーブルされる。飛行管理コンピュータ130は機上通信システム132に結合されている。オートパイロット126はミッションＵＡＶ12（図１）の燃料給油ポートレセプタクル22によりタンカーＵＡＶ14から追尾装置プローブ30のドッキングを成功するために追尾装置30（図７）の操縦フィン54と56のための短い距離の誘導コマンドを与える。
【００４５】
図１１は本発明の教示による無人飛行ビークルの燃料給油方法の例示的な実施形態のフロー図である。ステップ202と204で、時限の事前プログラムまたは地上制御からのコマンドによって燃料給油コマンドがミッションＵＡＶ12およびタンカーＵＡＶ14へ発生される。ステップ206で、ミッションＵＡＶは指定されたＧＰＳ中間地点の周囲の連続的なレーストラックコースへ飛行しそれに加わる。ステップ208で、タンカーＵＡＶは安全にさらに高い高度で指定されたＧＰＳ中間地点周囲の連続的なレーストラックコースへ飛行しそれに加わる。ステップ210でミッションＵＡＶは予め定められた（例えば３０秒）インターバルで空対空無線により識別コードとローカルＧＰＳ位置座標を送信し、タンカーの回答を聞く。ステップ212で、タンカーＵＡＶはミッションＵＡＶの位置報告を聞く。位置報告を受信したとき、タンカーＵＡＶは回答を送信する。回答を受信したとき（ステップ216）、ミッションＵＡＶはＧＰＳ位置報告インターバルを例えば３秒へ増加し、ステップ224で燃料ポート精密誘導磁気ビーコン（コイル20と28）を付勢する。ステップ218でタンカーは位置報告の増加された頻度を検出し、ステップ220でミッションＵＡＶ位置報告と予測されるレーストラックコースを使用し、したがってターゲットの上および後（例えば１０メートル）離れて安全に到着するようにインターセプト路を計算する。
【００４６】
その後ステップ222で、タンカーは燃料給油プローブ16（図１）を配備し、精密誘導検出器40−43（図９）を付勢する。ステップ226で、タンカーは予め定められた近接度（例えば１５メートル）をチェックする。近接度のしきい値が検出されたならば、ステップ230でタンカーは磁気燃料プローブ追尾装置（30）からの信号を使用してＧＰＳ誘導から精密誘導へ切換え、ステップ232で機械的ロック（ドッキングの成功）が実現するまで距離を近づける。機械的ロックはミッションＵＡＶにより検出され（ステップ234）、２つのＵＡＶは燃料プローブ歪ゲージ信号を使用して近接した隊形が保持される。ステップ236で、ミッションＵＡＶはＧＰＳ位置報告の無線送信を停止し、ステップ238で燃料の流入を開始するための信号を送信する。「燃料給油の開始」信号を受信したとき、ミッションＵＡＶから「停止」信号を受信するまで、またはミッションＵＡＶが接続を外されるか或いは予測される負荷が到達されたとき、または幾つかの他の事前にプログラムされた停止条件が満たされるときタンカーの転送燃料ポンプが付勢される（ステップ242）。そのタンクが一杯になったとき、ミッションＵＡＶは燃料の流入を停止するための信号を送信し（ステップ240）、燃料給油プローブの接続を外す（ステップ244）。ステップ246、248、250で、機械的な接続が外されたことを検出したとき、タンカーはミッションＵＡＶから離れるように安全に操縦され、通常のナビゲーションを再開する。ステップ252で、タンカーは「タンカーが空」の信号をミッションＵＡＶへ送信する。ステップ254、256、258で、ミッションＵＡＶは「タンカーが空」のメッセージを待機し、燃料ポート精密誘導ビーコンを消勢して通常のナビゲーションを再開する。
【００４７】
図１１の方法で、各ステップはデータリンクによってＵＡＶ地上制御極へ報告される。各ＵＡＶの関連される飛行管理コンピュータによって計算が行われる。
【００４８】
以上、本発明をここでは特定の応用についての特定の実施形態を参照して説明した。ここで与えられている教示を行う当業者はその技術的範囲内で付加的な変形、応用、実施形態を認識するであろう。
【００４９】
したがって、特許請求の範囲によって本発明の技術的範囲内で任意または全てのこのような応用、変形、実施形態をカバーすることが意図される。  
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］第１の無人飛行ビークルに第２の無人飛行ビークルから燃料給油をするシステムにおいて、
予め定められた距離内に接近して前記第１および第２のビークルを飛行させる手段と、
飛行中に１つのビークルから他のビークルへ燃料供給ラインを接続する手段とを具備しており、この接続する手段は、前記第１のビークルに結合される燃料給油レセプタクルを磁気的に検出する標的システムを有しているシステム。
［２］前記標的システムは前記第１のビークル上に配置された第１のコイルを含んでいる前記［１］記載のシステム。
［３］前記第１のコイルは前記第１のビークル上の前記燃料給油レセプタクルの周囲に配置されている前記［２］記載のシステム。
［４］さらに、前記第１のビークル上の前記レセプタクルの周囲に配置されている第２のコイルを含んでいる前記［３］記載のシステム。
［５］さらに、前記第２のビークル上の前記燃料供給ラインの第１の端部に配置されている追尾装置を含んでいる前記［３］記載のシステム。
［６］前記追尾装置は、前記第１のコイルから磁気信号を検出するように構成された検出器コイルを含んでいる前記［５］記載のシステム。
［７］前記追尾装置は前記第１のビークル上の前記レセプタクルの周囲の前記第１のコイルから磁気信号を検出するように構成されている複数の検出器コイルを含んでいる前記［６］記載のシステム。
［８］第１の検出器コイルは第１の方向を指向し、前記第２の検出器コイルは第２の方向を指向し、第３の検出器コイルは第３の方向を指向するように前記検出器コイルを維持する手段を含んでいる前記［７］記載のシステム。
［９］さらに、少なくとも１つの前記検出器コイルにより出力される信号を受信し、それに応答して前記第２のビークルからの前記第１のビークルへの方向を決定する論理手段を含んでいる前記［８］記載のシステム。
［１０］前記論理手段は、前記燃料供給ラインの前記第１の端部から前記レセプタクルへの方向を決定する手段を含んでいる前記［９］記載のシステム。
［１１］前記論理手段は、前記燃料供給ラインの前記第１の端部から前記レセプタクルまでの距離を決定する手段を含んでいる前記［１０］記載のシステム。
［１２］前記標的システムは、前記第１のビークルから延在する燃料供給ライン上に配置された第１のコイルを含んでいる前記［１］記載のシステム。
［１３］前記第１のコイルは、前記燃料供給ライン上の燃料給油レセプタクルの周囲に配置されている前記［１２］記載のシステム。
［１４］さらに、前記燃料供給ライン上の前記レセプタクルの周囲に配置されている第２のコイルを含んでいる前記［１３］記載のシステム。
［１５］前記飛行手段は精密誘導システムを含んでいる前記［１］記載のシステム。
［１６］前記誘導システムは前記第１および前記第２のビークルの位置および速度を決定するための手段を含んでいる前記［１５］記載のシステム。
［１７］前記誘導システムは前記第１および第２のビークルに予め定められた飛行パターンであるように命令する手段を含んでいる前記［１６］記載のシステム。
［１８］第１の無人飛行ビークルに燃料給油するシステムにおいて、
第２の無人飛行ビークルと、
前記第１の無人ビークル上に配置されたレセプタクルと、
前記レセプタクル周囲に配置されたコイルと、
前記コイルを選択的に付勢するための手段とを具備し、
前記第２の無人飛行ビークルは、
機体と、
前記機体上に配置された誘導手段と、
磁気ターゲットを発見するために前記誘導手段に結合された追尾装置とを含んでいるシステム。
［１９］さらに、予め定められた距離内で近接して前記第１および第２のビークルを飛行させるための手段を含んでいる前記［１８］記載のシステム。
［２０］燃料供給ラインは前記追尾装置に結合されている前記［１８］記載のシステム。
［２１］前記論理手段は、前記燃料供給ラインを飛行中の前記第１のビークルに接続する前記［２０］０記載のシステム。
［２２］前記追尾装置は、前記第１のコイルから磁気信号を検出するように構成されている検出器コイルを含んでいる前記［２０］記載のシステム。
［２３］前記追尾装置は、前記第１のビークル上の前記レセプタクルの周囲の前記第１のコイルからの磁気信号を検出するように構成されている多数の検出器コイルを含んでいる前記［２２］記載のシステム。
［２４］第１の検出器コイルは第１の方向を指向し、前記第２の検出器コイルは第２の方向を指向し、第３の検出器コイルは第３の方向を指向するように前記検出器コイルを維持する手段を含んでいる前記［２３］記載のシステム。
［２５］さらに、少なくとも１つの前記検出器コイルにより出力される信号を受信し、それに応答して前記第２のビークルからの前記第１のビークルへの方向を決定する論理手段を含んでいる前記［２４］記載のシステム。
［２６］前記論理手段は、前記燃料供給ラインの前記第１の端部からの前記レセプタクルへの方向を決定する手段を含んでいる前記［２５］記載のシステム。
［２７］前記論理手段は、前記燃料供給ラインの前記第１の端部から前記レセプタクルまでの距離を決定する手段を含んでいる前記［２６］記載のシステム。
［２８］前記誘導システムは、前記第１および前記第２のビークルの位置および速度を決定するための手段を含んでいる前記［１８］記載のシステム。
［２９］前記誘導システムは、前記第１および第２のビークルに予め定められた飛行パターンであるように命令する手段を含んでいる前記［２８］記載のシステム。
［３０］機体と、
前記機体上に配置された誘導手段と、
ターゲットから放射される磁界を感知することによりターゲットを発見するために前記機体上に配置された追尾装置とを具備している無人飛行ビークル。
［３１］機体と、
前記機体上に配置された誘導手段と、
磁気ターゲットを発見するために前記誘導手段に結合されている追尾装置とを具備している無人ビークル。
［３２］前記ターゲットはコイルである前記［３１］記載の無人ビークル。
［３３］前記コイルはレセプタクルの周囲に配置されている前記［３２］記載の無人ビークル。
［３４］前記レセプタクルは第２のビークル上に配置されている前記［３３］記載の無人ビークル。
［３５］前記第２のビークルは無人ビークルである前記［３４］記載の無人ビークル。
［３６］さらに、前記無人ビークル上に配置され、流体を維持するための手段を含んでいる前記［３１］記載の無人ビークル。
［３７］前記流体は燃料である前記［３６］記載の無人ビークル。
［３８］さらに、前記機体上に配置された通信システムを含んでいる前記［３１］記載の無人ビークル。
［３９］さらに、前記機体上に配置された推進システムを含んでいる前記［３１］記載の無人ビークル。
［４０］前記誘導手段はさらに、追尾装置のオートパイロットを含んでいる前記［３１］記載の無人ビークル。
［４１］機体と、
前記機体上に配置された制御表面と、
前記機体上に配置され、前記制御表面に結合されて動作する誘導システムと、
前記機体上に配置された推進システムと、
前記機体上に配置されたレセプタクルと、
前記機体周囲に配置された導電材料のコイルとを具備している無人飛行ビークル。
［４２］さらに、電気信号を前記コイルに供給する手段を含んでいる前記［４１］記載の無人飛行ビークル。
［４３］さらに、前記機体上に配置された通信システムを含んでいる前記［４１］記載の無人飛行ビークル。
［４４］第１のプラットフォーム上のターゲットの周囲に配置されているコイルと、
前記コイルを付勢する手段と、
第２のプラットフォーム上に配置され、前記コイルにより放射された磁界を感知する手段とを具備している標的システム。
［４５］前記感知手段は、検出器装置を含んでいる前記［４４］記載の標的システム。
［４６］前記感知手段は、前記コイルの距離および方向を決定するために前記検出器装置により出力された信号を処理する手段を含んでいる前記［４５］記載の標的システム。
［４７］磁界を検出するための複数のコイルと、
異なる方向における前記磁界の最適な感度に対して前記各コイルを指向する手段と、
前記コイルにより出力された信号を処理する手段とを具備している検出機構成。
［４８］磁界を検出するための複数のコイルを設け、
異なる方向において前記磁界の最適な感度に対して前記各コイルを指向し、
ターゲットの位置を決定するために前記コイルにより出力された信号を処理するステップを含んでいる標的方法。
［４９］予め定められた距離内に近接して第１および第２のビークルを飛行させ、
磁気標的システムを使用して飛行中に前記第２のビークルから前記第１のビークルへ燃料供給ラインで接続するステップを含んでいる第２の無人飛行ビークルから第１の無人飛行ビークルへ燃料給油をする方法。
【図１】
0005479338.tif 000002
【図２】
0005479338.tif 000003
【図３】
0005479338.tif 000004
【図４】
0005479338.tif 000005
【図５】
0005479338.tif 000006
【図６】
0005479338.tif 000007
【図７】
0005479338.tif 000008
【図８】
0005479338.tif 000009
【図９】
0005479338.tif 000010
【図１０】
0005479338.tif 000011
【図１１Ａ】
0005479338.tif 000012
【図１１Ｂ】
0005479338.tif 000013