(57)【要約】      （修正有）【課題】ローターがあまりに高速で回転しているときの着陸から生じ得る悪影響を受けることなく着陸することができる無人航空機を提供する。【解決手段】ハウジングと、ハウジングを推進するために回転するローターと、ハウジングの底部表面付近の空気圧力を示す信号を生成する圧力センサと、信号に基づいて、底部表面付近の空気圧力の上昇がローターのグラウンド効果に関連付けられる閾値より大きいまたは等しくなるときを決定するように構成されるプロセッサと、を有する。プロセッサは、圧力の上昇が閾値よりも大きいまたは等しいと決定されると、無人航空機を着陸させるために、回転を停止または回線スピードを減少させるようにローターを制御する。【選択図】図４
2011230756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空機であって、
ハウジングと、
前記ハウジングを推進するように回転するローターと、
前記ハウジングの底部表面付近の空気圧力を示す信号を生成する圧力センサと、
前記底部表面付近の空気圧力の上昇が、前記ローターのグラウンド効果に関連付けられる閾値より大きいまたは等しくなるときを、前記信号に基づいて決定するように構成されるプロセッサと、を有し、前記プロセッサは、前記圧力の上昇が前記閾値よりも大きいまたは等しくなったことを決定したときに、前記無人航空機を着陸させるために、回転を停止または回転スピードを減少させるように前記ローターを制御する、無人航空機。
【請求項２】
請求項１に記載の無人航空機であって、前記プロセッサは、少なくとも第１サンプル圧力と第２サンプル圧力との間の差を決定することにより、前記底部表面付近の圧力の上昇が、前記閾値よりも大きいまたは等しいときを決定し、前記プロセッサは、前記無人航空機の着陸シーケンスの開始のときの信号に基づいて前記第１サンプル圧力を決定し、前記着陸シーケンス中の信号に基づいて前記第２サンプル圧力を決定し、前記プロセッサは、前記差が前記閾値に等しいまたはそれより大きいときに、前記無人航空機を着陸させるために、回転を停止または回転スピードを減少させるように前記ローターを制御する、無人航空機。
【請求項３】
方法であって、
航空機の底部表面付近の圧力を決定するステップを有し、前記航空機は、前記航空機を推進するためのローターを有し、
前記方法はさらに、前記航空機の前記底部表面付近の空気圧力の上昇が、前記ローターのグラウンド効果に関連付けられる閾値より大きいまたは等しいかどうかを決定するステップと、
圧力の上昇が前記閾値より大きいまたは等しいと決定したときに、前記航空機を着陸させるために、回転を停止または回転スピードを減少させるように前記ローターを制御するステップと、を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、無人航空機のようなダクトファン航空機（ducted-fan air vehicles）に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ダクトファン航空機、特に、ダクトファンを備える無人航空機（unmanned air-vehicles, ＵＡＶｓ）は、戦場作戦にますます用いられるようになっている。無人航空機（ＵＡＶ）は、人間の乗務員が航空機に搭乗すること無しに飛行する航空機である。ＵＡＶは、偵察および監視、軍隊および地上車両のナビゲーション、非照準線ターゲッティング（non-line-of-sight targeting）のような様々な目的に用いることができる。したがって、ＵＡＶは、地上部隊（または航空部隊）が直接的な照準線を欠く領域において、敵の軍隊および車両を検出するように構成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]全体として、本開示は、無人航空機（ＵＡＶ）のための地上近接性検出システムに関し、地上表面への近接性を検出するのにグラウンド効果の現象を用いる。いくつかの例において、地上近接性検出システムは、ＵＡＶの底部表面付近での圧力上昇がグラウンド効果に関連するかどうかを決定することにより、地上表面への近接性を検出する。グラウンド効果の使用により、地上近接性検出システムは、ダクトファンＵＡＶのファンのようなローターの回転を停止または緩和するために、ＵＡＶが着陸表面に十分に近いことを決定することができ、また、ＵＡＶは、ローターがあまりに高速で回転しているときの着陸から生じ得る悪影響を受けることなく着陸することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]一つの例において、本開示は無人航空機に関し、この無人航空機は、ハウジングと、ハウジングを推進するために回転するローターと、ハウジングの底部表面付近の空気圧力を示す信号を生成する圧力センサと、信号に基づいて、底部表面付近の空気圧力の増加が、ローターのグラウンド効果に関連する閾値より大きいかまたは等しいときを決定するように構成されるプロセッサと、を有する。プロセッサは、圧力の上昇が閾値より大きいか等しいという決定に応じて、無人航空機を着陸させるために、ローターの回転を停止または回転速度を減少させるように制御する。
【０００５】
[0005]他の例において、本開示は方法に関し、この方法は、航空機の底部表面付近の圧力を決定するステップを有する。この航空機は、航空機を推進させるためのローターを備える。本方法は、航空機の底部表面付近の圧力の増加が、ローターのグラウンド効果に関連する閾値よりも大きいかまたは等しいかどうかを決定するステップを備える。本方法はさらに、圧力の増加が閾値より大きいかまたは等しいという決定に応じて、航空機を着陸させるためにローターの回転を停止または回転スピードを緩めるようにローターを制御するステップを有する。
【０００６】
[0006]他の例において、本開示は、無人航空機が地上に近接していることを決定する方法に関する。本方法は、無人航空機の底部表面付近の第１圧力を決定するステップを有する。無人航空機は、無人航空機を推進させるためのローターを有する。本方法は、無人航空機の高度を下げるステップと、無人航空機の降下の間に、無人航空機の底部表面付近の第２圧力を決定するステップと、第１圧力と第２圧力との間の差を決定するステップと、この差がローターのグラウンド効果に関連する閾値に等しいかそれより大きい場合に、無人航空機を着陸させるために、ローターの回転を停止または回転スピードを減少させるようにローターを制御するステップと、を有する。
【０００７】
[0007]他の例において、本開示は、製造物（article of manufacture）に関し、命令を含む、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体を有する。この命令により、プログラム可能なプロセッサは、本明細書で説明される技術の任意の部分を実行する。この命令は、たとえば、ソフトウェアまたはコンピュータプログラムを画定するのに用いられるもののような、ソフトウェアの命令とすることができる。コンピュータで読取可能な媒体は、記憶装置（たとえば、ディスクドライブ、または光学ドライブ）、メモリ（たとえば、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリすなわちＲＡＭ）、または命令（たとえば、コンピュータプログラムの形態または他の実行可能な命令）を記憶する揮発性または不揮発性の他のタイプのメモリのような、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体とすることができる。
【０００８】
[0008]本開示の１つまたはそれ以上の例の詳細は、添付図面とともに以下の説明において説明される。本開示によるシステム、方法、および装置の他の特徴、目的、利点は、以下の説明および添付図面、特許請求の範囲から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】無人航空機（ＵＡＶ）の一例の斜視図である。
【図２】図１のＵＡＶの側面図である。
【図３】ＵＡＶの底部表面を示す、図１のＵＡＶの例の平面図である。
【図４】システムの例の概略図であり、例示的な地上ステーションは、着陸表面に着陸させるように例示的なＵＡＶを制御することができることを示す図である。
【図５】航空機が着陸表面に近接しているときを決定するための方法の例のフロー図である。
【図６】航空機の底部表面付近の圧力の上昇がグラウンド効果に関連するかどうかを決定する方法の例のフロー図である。
【図７】航空機のための、例示的な地上近接性センサ着陸システムの機能ブロック図であり、着陸システムを航空機が着陸表面に近接しているかどうかを決定するのに用いることができることを示す図である。
【図８】無人航空機が着陸表面に近接しているときを決定するための例示的な方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0017]全体として、本開示はダクトファン航空機に関し、また、マイクロ航空機（micro air vehicle）のような無人航空機（ＵＡＶ）の形態をとることができる。本明細書で開示されるダクトファン航空機は、航空機の地上への近接度を検出するためのシステムを含み、これは、航空機を着陸させるときのような様々な目的に便利である。地上近接度検出システムは、地上近接度センサを含み、これは、航空機が地上のような着陸表面に近接しているときに、ダクトファン航空機のファンのような航空機のローターにより生じるグラウンド効果の利益を用いる。ローターが空気を下に向けることにより揚力を形成し、また、航空機が着陸表面に十分に近接しているとき、着陸表面は空気の下方の流れを制限し、航空機の底部表面付近、たとえば底部表面と着陸表面との間に空気のクッションに類似した高圧力の領域を形成するので、グラウンド効果が生じる。航空機の底部表面は、たとえば、航空機が着陸するときに全体として航空機の着陸表面に面している表面とすることができる。この表面は、航空機と着陸表面との間の空気の流れを制限するのに十分な程度に大きい。たとえば、いくつかのＵＡＶにおいて、底部表面は、ローターが位置決めされるダクトハウジング上の表面とすることができる。底部表面は、航空機が着陸するときに着陸表面にもっとも近い航空機の表面とすることができる。しかし、必ずしもそうする必要はない。
【００１１】
[0018]地上近接度センサは、ローターのグラウンド効果に関連する圧力の増加を検出するために、航空機の底部表面付近の空気圧を示す信号（たとえば電気信号）を生成する圧力センサを有する。地上近接度センサは、さらにプロセッサを含み、プロセッサは、圧力センサにより生成された信号の解析に基づき、底部表面付近の圧力上昇がグラウンド効果に関連する閾値より大きいまたは等しいときを決定するように構成される。この閾値は、それゆえ、第１時間期間から第２時間期間への圧力の変化を示し、この例が以下で説明される。プロセッサがこの決定をするとき、プロセッサは、航空機が着陸できるように、ローターの回転速度を停止または減少させるようにローターを制御することができる。グラウンド効果に関連する圧力上昇を用いる地上近接度検出システムは、たとえば航空機と着陸表面との間の距離を決定するための超音波に基づく現存するセンサシステムに比較して低コストで、信頼性のある地上近接度センサを提供する。
【００１２】
[0019]いくつかの例において、地上近接度検出システムを含むダクトファン航空機は、有機航空機（organic air vehicle, ＯＡＶ）の形態をとることができる。現在、米国政府は、２つのクラスのＯＡＶ、smaller-class I OAVs、および、lager-class II OAVsの開発に出資している。本開示は、ＵＡＶの参照としてダクトファン航空機について説明する。しかし、地上近接度検出システムは、クラスＩおよびクラスＩＩのＯＡＶのような任意の適当な航空機に含めることができ、また、他のタイプのＯＡＶ、ＭＡＶ、およびダクトファン航空機に含めることもできる。
【００１３】
[0020]図１−３は、例示的なＵＡＶ１００を示し、これは、地上近接度検出システムを含み、このシステムは、グラウンド効果から生じるＵＡＶ１００の底部表面付近の圧力の変化（たとえば、圧力勾配）に基づいて、ＵＡＶ１００が着陸表面へ近接しているかどうかを決定する。ＵＡＶ１００は、ハウジング１０４、ハウジング１０４を通って空気ダクト１０５内に位置するローター１０６（ファン１０６またはローターファン１０６との言及される）、ローター１０６を駆動するエンジン１０８を含む。ローター１０６は、ＵＡＶ１００が地上の上を飛行するのに十分な揚力を形成することができる空気流を形成することにより、ＵＡＶ１００の推力を提供する。ＵＡＶ１００は、中心本体１１０を含むことができ、これは、ＵＡＶ１００の動作のための部品を含むことができ、たとえばローター１０６に動力を供給するエンジン１０８、および追加の部品を収容する１つまたはそれ以上のポッドのような部品である。図１において、エンジン１０８は、空気ダクト１０５の入口端部に向かって配置され、ローター１０６に機械的に（直接または間接的に）接続される。
【００１４】
[0021]いくつかの例において、ＵＡＶ１００は、ローターアセンブリを含み、これはローター１０６、ステータアセンブリ１２６、およびテイルコーン１３１を含む。このような例において、ローター１０６、ステータアセンブリ１２６、およびテイルコーン１３１は、ダクトハウジング１０４により形成されるダクト１０５を通る流れの方向に軸方向に配置することができる。ステータアセンブリ１２６は、ダクトハウジング１０４内に位置するローター１０６の下に配置することができる。ステータアセンブリ１２６は、ダクト１０５を通る空気流を導き、たとえば、ローター１０６により生成されるトルクを打ち消す。１つの例において、ローター１０６は、複数のブレード１０７を備えるファンを有し、ブレードは、図３にもっともよく示される５つのブレード１０７のようにローター１０６の中心から軸方向に延びる。動作において、ローター１０６は、作動媒体ガスをダクト入口１２９内に吸い込むように回転する。作動媒体ガスはたとえば空気である。作動媒体ガスは、ローターファン１０６によりローターアセンブリを通って吸い込まれ、ステータアセンブリ１２６により導かれ、ダクト出口１３０をテイルコーン１３１の周りで加速されて出る。ダクト１０５を通る作動媒体ガスの加速は、揚力を発生させてＵＡＶ１００を推進する。制御羽根１２８は、ＵＡＶ１００上のコントローラにより制御することができ、または、ＵＡＶ１００をたとえば飛行経路のような特定の軌道に導く遠隔コントローラにより制御することができ。このようにして、エンジン１０８はダクト付きローターファン１０６を駆動し、飛行中にＵＡＶ１００に推力を与える。ダクトハウジング１０４は、任意の適当な材料から形成することができ、たとえば、様々な複合材、アルミニウム、または他の金属、半剛性フォーム、様々なエラストマーまたはポリマー、空力弾力材料、または木材などから形成することができる。
【００１５】
[0022]ＵＡＶ１００は、制御羽根１２８を含むことができる。制御羽根１２８は、ローター１０６の下に配置することができ、また、ローター１０６により生成される空気流の向きを制御することにより、ＵＡＶ１００の制御モーメントを形成するように動作することができる（たとえば、ＵＡＶ１００を特定の飛行経路に向かわせる）。１つの例において、制御羽根１２８は、空気ダクトハウジング１０４の出口１３０のわずかに下に配置することができる。ＵＡＶ１００は、固定されたおよび／または可動の羽根を含むことができる。ＵＡＶ１００が発射すると、制御羽根１２８は、エビオニクスプロセッサ１２１または他のプロセッサ（たとえば、ＵＡＶから分離したリモートプロセッサ）からの制御信号を受け取ることができ、ＵＡＶ１００の飛行の方向を制御する。制御羽根１２８は信号に応答して動作し、ローター１０６からの空気流の向きを変更し、これにより、ローター１０６の推進の方向を制御および案内してＵＡＶ１００の飛行方向を制御および案内する。
【００１６】
[0023]１つの例において、ＵＡＶ１００は、ポッド１１２およびポッド１１４を含み、これは、たとえば、ペイロードおよびエビオニクスポッドとすることができる。図１に示される例において、ポッド１１２は、ジンバルセンサ（たとえば、図１−３に示される例におけるジンバルカメラ１１６）のような１つまたはそれ以上のセンサを含むことができる。ポッド１１２は、ジンバルカメラ制御システム１１５、ＧＰＳ、ラジオ、画像のためのビデオリンクのような他の部品を収容することもできる。ジンバルカメラ制御システム１１５は、任意の組み合わせのハードウェア、ファームウェア、および／またはたとえばソフトウェアアプリケーションからの命令を解釈および実行するように動作できるソフトウェアを含むことができる。たとえば、ジンバルカメラ制御システム１１５は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことができる。ジンバルカメラ１１６は、日中の動作のために電子工学カメラとすることができ、または、夜間作戦のために赤外カメラとすることができる。任意のタイプまたは時間の作戦のために、適当なカメラを任意に用いることができる。しかし、ポッド１１２は、任意の適当なセンサを含むことができ、いくつかの例では、センサを含まないようにすることができる。たとえば、ポッド１１２は、ペイロードの運搬専用とすることができる。
【００１７】
[0024]１つの例において、ポッド１１４は、飛行制御エビオニクスおよびセンサを含むエビオニクスパッケージを輸送するように構成することができる。１つの例において、ポッド１１４は、エビオニクスシステム１２０を含み、エビオニクスシステム１２０は、ＵＡＶとの通信のためのおよびＵＡＶ１００を操縦するためのエビオニクス、および飛行制御電子機器およびセンサを含む。たとえば、図１−３に示される例において、ポッド１１４は、プロセッサ１２１（図２に概略的に示される）を含む。エビオニクスプロセッサ１２１は、ハードウェア、ファームウェア、および／またはたとえばソフトウェアアプリケーションからの命令を解釈して実行するように動作できるソフトウェアの任意の組み合わせとすることができる。たとえば、エビオニクスプロセッサ１２１ポッドは、１つまたはそれ以上のマイクロプロセッサ、コントローラ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または離散論理回路を含むことができる。プロセッサ１２１の機能は、本明細書で説明される他のプロセッサと同様に、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組み合わせを介してハードウェア装置に実装される。
【００１８】
[0025]エビオニクス１２１は、エビオニクスシステム１２０およびジンバルカメラ制御システム１１５の両者を制御することができ、または、ジンバルカメラ制御システム１１５およびエビオニクスシステム１２０は、別個のプロセッサに制御されるようにしてもよい。エビオニクスシステム１２０は、プロセッサ１２１により実行される命令とともにＵＡＶ１００の飛行についてのデータを保存するためのメモリ１２３を含むことができる。エビオニクス１２０は、ジンバルカメラ制御システム１１５およびジンバルカメラ１１６に連結させることができる。ジンバルカメラ１１６およびジンバルカメラ制御システム１１５に関して、エビオニクスシステム１２０は、ＵＡＶ１００の高度、位置、および前進速度を制御することによりＵＡＶ１００を制御することができる。ジンバルカメラ制御システム１１５に関して、エビオニクスシステム１２０は、様々な入力を用いてＵＡＶ１００を制御することができる。一例として、エビオニクスシステム１２０は、ＵＡＶ１００を制御するために、ジンバルカメラ角度、慣性センサ、ＧＰＳ、および空気流のスピードおよび向きのような入力を用いることができる。
【００１９】
[0026]ポッド１１２、１１４内に位置するＵＡＶ部品は、他の方法で配置してもよい。さらに、追加のポッドまたはより少ないポッドも可能である。一例において、ポッドおよびポッド内に保持される部品は、好ましくは、ＵＡＶ１００の重心を維持するように選択される。また、ＵＡＶ１００は、１つまたは複数のアンテナ１２４を含むことができ、これにより、ＵＡＶ１００（たとえばエビオニクスプロセッサ１２１）が、ナビゲーション信号、制御信号、および画像信号などの信号を受送信できるようになる。
【００２０】
[0027]ＵＡＶ１００は、着陸ギア１３２を含むことができ、これによりＵＡＶ１００が地上のような着陸表面上に着陸する。図１、２に示す例において、着陸ギア１３２は、複数の細長い脚部を有し、これは着陸表面に係合するように構成される。着陸ギア１３２の各脚部は湾曲したフットを有し、これは、着陸表面に係合するように構成される。脚部およびフットは、様々な材料から製造することができ、たとえば、金属、プラスチック、および複合材などから製造することができる。着陸ギア１３２の他の構成および他の着陸機構を採用してもよい。いくつかの例において、着陸ギア１３２の脚部は、着陸の時にＵＡＶ１００のクッションへの固有の弾性を備える、１つまたはそれ以上の材料から製造することができ、それにより、ＵＡＶ１００が着陸表面上に着陸するときに、いくらかの衝撃を吸収するのを助けることができる。ＵＡＶ１００の着陸ギア１３２の他の例は、航空機の異なる部品に接続される、図１に示される例のものよりも少ないまたは多くの脚部を含むことができる。
【００２１】
[0028]図４は、ＵＡＶ１００おおよび地上ステーション１４０を含むシステムの概略図であり、これらは互いに通信できるように構成される。図４に示されるポータブル地上ステーション１４０のような地上ステーションは、ＵＡＶ１００を案内するために、ＵＡＶ１００の直接的な操作のために（たとえば、ペイロードの解放の制御、またはジンバルカメラ１１６のようなセンサの動作制御など）、および／または、図１の例に示されるジンバルカメラまたはカメラ１６からの画像のようなＵＡＶ１００に搭載される１つまたはそれ以上のセンサからのデータの受信のために、用いることができる。地上ステーション１４０は、ＲＦ通信リンク、または、アナログまたはディジタルラジオに用いられるリンク、または、ワイヤレスモデムを介した通信のような、ワイヤレス通信リンク１４２を介してＵＡＶ１００と通信する。地上ステーション１４０のオペレータ１４４は、ＵＡＶ１００の飛行経路または飛行経路の一部をプログラムすることができ、または、飛行経路または飛行経路の一部を手動で制御することができる。しかし、いくつかの例において、ＵＡＶ１００は、自動的に、飛行および作戦または偵察のような任務を実行することができる。これらは、地上ステーション１４０によりプログラムすることができ、通信リンク１４２によりＵＡＶ１００に伝達される。一例において、ＵＡＶ１００は、オペレータ１４４の手動制御のもとで飛行することができる。
【００２２】
[0029]ＵＡＶ１００が飛行した後、たとえば、オペレータにより手動で、またはプログラムされた自動着陸シーケンスを介して自動的に、ＵＡＶ１００を着陸表面上に着陸させることができる。たとえば、特定の作戦が完了したら、および／またはＵＡＶ１００が所望の着陸目的地に到達したら、エビオニクスポッド１１４のプロセッサ１２１またはＵＡＶ１００に搭載されたまたは遠隔の他のコントローラ（たとえば地上ステーション１４０）は、着陸シーケンスを開始することができる。緊急着陸のように、着陸シーケンスを作戦の中間で開始してもよい。着陸シーケンスは、着陸表面に向かってＵＡＶ１００の高度を下げさせる。着陸表面は予め決定された着陸表面でもそうでなくてもよい。プロセッサ１２１は、ローター１０６を制御し、エンジン１０８を停止させることにより、またはローター１０６からエンジン１０８を脱連結させることにより、ローター１０６の回転を停止させる。または、プロセッサ１２１は、ローター１０６を制御し、ＵＡＶ１００が着陸表面に接触する前にローター１０６の回転速度を減少させる。
【００２３】
[0030] ＵＡＶ１００が着陸表面に接触するときに、ローター１０６が任意の空気流を、または、いくつかの例では比較的高い空気流を形成し続ける場合、ＵＡＶ１００は、きれいに着陸しないことがあり、その場合ＵＡＶ１００を損傷しうる。たとえば、ローター１０６が、着陸シーケンスの間に、または、着陸表面付近で、揚力を形成するのに十分な高速度で回転している場合、ＵＡＶ１００は、予測不可能なように着陸表面をスキップし、または弾み、場合によってはＵＡＶ１００をひっくり返すことがある。したがって、プロセッサ１２１は、ＵＡＶ１００が着陸表面に近づくときに回転を停止させるようにローター１０６を制御する。また、ＵＡＶ１００が着陸表面に接触するときに損傷を生じさせるような高さからＵＡＶ１００が落ちるのを防止するのを支援するために、プロセッサ１２１は、ＵＡＶ１００が着陸表面の特定の距離の上にあるときは、揚力を形成するのに十分なスピードで回転させ続けるようにローター１０６を制御することが望ましい。それゆえ、ＵＡＶ１００は、地上近接センサ１５０（図２）を含み、プロセッサ１２１は、ＵＡＶ１００の着陸の間にローター１０６の回転を制御するために、ＵＡＶ１００が着陸表面に近接しているときを決定する。
【００２４】
[0031] 計画されたまたは計画されていない（緊急着陸）、飛行の終わりにおいて、ＵＡＶ１００は、典型的には、着陸シーケンスを開始するように命令され、この間に、ＵＡＶは着陸表面に向かって高度を下げる。着陸シーケンスは、地上ステーション１４０を用いてオペレータ１４４により手動で開始することができ、また、また、通信リンク１４２によりＵＡＶ１００に命令され、メモリ１２３にプログラムされてプロセッサ１２１により実行される飛行計画のように、ＵＡＶ１００のプログラムされた飛行計画の一部として自動的に開始することができる。あるいは、プロセッサ１２１または地上ステーション１４０により開始される緊急着陸シーケンスの一部として自動的に開始することもできる。ＵＡＶ１００は、プロセッサ１２１がＵＡＶ１００が着陸表面から所定の距離内にあるときを検出する地上近接センサを含み、このポイントにおいて、プロセッサ１２１は、ローター１０６の回転を停止するように制御し（たとえば、エンジン１０８を停止する）、または、ＵＡＶ１００を着陸表面に着陸させるために、ローター１０６の回転スピードを減少させるように制御する。信頼できない地上近接センサは、ＵＡＶがあまりに高い高度にあるときに地上近接指標を提供することがある。結果として、信頼できない地上近接センサの信頼性は、着陸ギアが吸収するには高すぎる高さからＵＡＶ１００が落下することを生じさせ、または、ＵＡＶ１００が重力により高度を下げるときに向きを変化させるような高さからＵＡＶが落下することを生じさせ、それによりＵＡＶが損傷し、場合によっては修理不可能になることがある。また、信頼できない地上近接センサは、あまりに遅く、ＵＡＶ１００が地上に近接していることを示すことがあり、この場合、ＵＡＶ１００が着陸表面に接触するときにローター１０６が揚力をいまだに形成していることになり、それにより、ＵＡＶ１００が着陸表面をスキップし、またはひっくり返り、ＵＡＶ１００を損傷させることがある。
【００２５】
[0032]着陸のときに生じ得るこれらの問題を避けるために、ＵＡＶ１００の地上近接センサ１５０は、グラウンド効果の現象の利益を用い、グラウンド効果は、航空機が地上のような着陸表面の所定の近接度内にあるときに生じる。上述したように、ローター１０６は、ダクトハウジング１０４により画定される空気ダクト１０５を通して空気を下方に向かわせることで揚力を形成する。ＵＡＶ１００がグラウンド効果を受ける程度に着陸表面に十分に近接しているとき、着陸表面は、空気の下方への流れを制限し、空気クッションに類似した高圧力の領域がＵＡＶ１００の下に形成される。
【００２６】
[0033]図４は地上効果の概念的な図示を提供する。ＵＡＶ１００がグラウンド効果を受けない高さから高度を下げるときに、ＵＡＶは、グランド効果を受ける着陸表面１５２に近接した領域に入り、この領域はここではグラウンド効果領域１５４と言及する。ローター１０６が回転して空気を空気ダクト１０５を通して流すときに、圧力が上昇した領域（空気クッション１５６として示される）がグラウンド効果領域１５４内でＵＡＶ１００の下に形成される。一般に、着陸表面１５２が、ローター１０６の回転により覆われる面積に等しいかまたはそれより大きい表面積を備える場合にグラウンド効果を受ける。ローター１０６の回転により覆われる面積はローターディスクと言及されることもある。着陸表面１５２は、着陸ギア１３２の表面積を提供するのに十分な大きさであろう。ＵＡＶ１００のようなダクトファン航空機のいくつかの例において、グラウンド効果領域１５４は、地上レベル１５２からほぼローター１０６の１つの直径ｄ（図３に示す）のところに位置することがある。ローター１０６の直径ｄは、図３に示されるように、ローター１０６の中心から羽根１０７の遠位端部の二倍として測定することができる。一例において、グラウンド効果領域１５４は、ローター１０６の直径の約１／３から約２／３の間で生じることが期待されることがある。しかし、ＵＡＶ１００により生成されるグラウンド効果領域の距離は、ＵＡＶ１００のサイズ（たとえば、寸法および／または重量）に応じて変化することがある。一例において、ＵＡＶが、ＵＡＶの揚力を提供する２つのローターのペアのような複数のローターを有する場合、ＵＡＶが着陸表面の最大直径を備えるローターのほぼ１つの直径内にあるときに、ＵＡＶはグラウンド効果を受けるであろう。複数のローターのそれぞれがおおむね同一の直径を備える場合、ＵＡＶがほぼ着陸表面から共通の直径だけ離れた長さ内にあるときに、ＵＡＶはグラウンド効果を受けるであろう。
【００２７】
[0034]ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４よりも高い高度にあるとき（たとえば、着陸表面から遠い位置）、ＵＡＶ１００の底部表面に第１圧力が付与される。ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４内に高度を下げたときに、底部表面に第１圧力よりも大きな第２圧力が付与される。「底部表面」との語は、本明細書においては、ＵＡＶ１００の全体として下方を向いた表面を指し、グラウンド効果領域１５４内においてグラウンド効果に関連する圧力増加を受ける表面であり、たとえば、ＵＡＶハウジング１０４の底部表面１５８（図２に示される）である。底部表面１５８の他の下方を向いた表面は、グラウンド効果を受けることがあり、それゆえ、グラウンド効果領域１５４における圧力上昇の測定のための位置として使用することができる。ＵＡＶ１００（たとえば、エビオニクスプロセッサ１２１のようなＵＡＶ１００のプロセッサ）は、下方に向いた表面に付与される第１圧力から第２圧力への上昇を検出し、圧力の増加がローター１０６により生じるグラウンド効果に対応するときを決定するように構成される。
【００２８】
[0035]グラウンド近接センサ１５０は、圧力センサを含み、ダクトハウジング１０４の下部表面１５８のようなＵＡＶ１００の下方を向いた表面に近接する空気圧力を示す信号を生成する。ＵＡＶ１００に搭載されたプロセッサ、または、ＵＡＶ１００から離れたプロセッサ（たとえば地上ステーションのプロセッサ）は、グラウンド近接センサ１５０により生成された信号を受け取り、また、信号を監視し、時間経過とともに、底部表面１５８付近の圧力上昇が、ローター１０６により生じたグラウンド効果が存在することを示すかどうかを決定する。プロセッサは、少なくともＵＡＶ１００が着陸シーケンスを開始するときから始まり、いくつかの例では、着陸シーケンスが停止した時までの時間期間にいおいて、センサ１５０により生成される信号を監視することができる。着陸シーケンスが停止するときは、たとえば、ＵＡＶ１００が着陸表面に接触することにより着陸シーケンスを完了させたとき、または、着陸シーケンスが中止になったときであえる。いくつかの例において、プロセッサは、着陸シーケンスが開示されたときである第１時間に対して、または、ＵＡＶ１００が飛行中であると知られたグラウンド効果領域１５４内にないときに決定された空気圧力に対して、圧力が閾値量だけ増加したかどうかを決定する。
【００２９】
[0036]説明の残りは主に、ＵＡＶ１００に搭載されたエビオニクスプロセッサ１２１に関し、センサ１５０により生成された信号を受け取るときに、信号およびＵＡＶ１００の着陸の他の制御に応じて、ＵＡＶ１００が着陸表面に近接しているかどうかを決定する。他の例において、他のプロセッサは、単独またはプロセッサ１２１と組み合わせて、本明細書で説明されるエビオニクスプロセッサ１２１により実行されるあらゆる技術を実行することができる。他のプロセッサは、ＵＡＶ１００上に搭載することができ、または、離れて配置することができ、たとえば、地上ステーションに配置することができ、ＵＡＶ１００が飛行しているときに、ＵＡＶ１００内にあってもなくてもよい。
【００３０】
[0037]センサ１５０により生成された信号が、ＵＡＶ１００の底部表面１５８付近の圧力の上昇が、ローター１０６により生じたグラウンド効果が存在することを示したことを決定した後、プロセッサ１２１は、ローターの回転を停止または回転スピードを減少させるようにローター１０６を制御し、ＵＡＶ１００が着陸表面に着陸できるようにする。グラウンド効果は、ＵＡＶ１００が着陸表面に近接しているときにだけ、たとえば、ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４内にあるときにだけ生じるので、地上近接センサ１５０は、ＵＡＶ１００が着陸表面に近接していることを決定する信頼できる方法を提供する。いくつかの例において、ＵＡＶ１００のローター１０６は、ＵＡＶ１００がグラウンド効果を受けたときにローター１０６が回転を停止するかぎり、損傷に対して比較的に小さな懸念となるように、十分に小さいローターサイズを備える。たとえば、ＵＡＶ１００が単一のローターマイクロ航空機（micro air vehicle,  ＭＡＶ）である場合、ローターの直径は、約０．１５メートル（約０．５フィート）から約１メートル（約３．３フィート）の間とすることができる。一例において、ＵＡＶ１００は、約０．３メートル（約１フィート）のローター直径を備えるＭＡＶであり、ＵＡＶ１００が約１ローター直径の距離の地上の上でグラウンド効果を受けると、グラウンド近接センサ１５０は、地上から約０．３メートルのところでグラウンド効果を検出し、ＵＡＶ１００が地上から約０．３メートルにあるとき、プロセッサ１２１は、ローター１０６の回転を停止または回転スピードを減少させるように制御し、ＵＡＶ１００が地上から安全な距離から着陸できるようにする。
【００３１】
[0038]地上近接センサ１５０は、底部表面１５８のような概ねＵＡＶ１００の下方に向く表面付近の圧力を決定する限りＵＡＶ１００上の任意の位置に配置することができ、ここでグラウンド効果により空気圧力の増加が生じる。一例において、図２に示される地上近接センサ１５０は、圧力トランスデューサのような、中心本体１１０内に配置される圧力センサを有する。圧力センサは、静的または動的な圧力センサを有することができる。地上近接センサ１５０が動的圧力センサを備える一例において、ダクトハウジング１０４は、ＵＡＶ１００の底部表面１５８付近の空気がダクトハウジング１０４を通って導かれる開口部を画定することができ、また、センサ１５０は、ダクトハウジング１０４を通る空気流に基づいて底部表面１５８付近の圧力を決定することができる。たとえば、１つまたはそれ以上のポート穴１６０を、ダクトハウジング１０４のリップ部１６２の底部表面１５８を通るように形成することができる（図３にもっともよく示される）。管のような内部チャネル１６４がポート穴１６０から地上近接センサ１５０まで配置され、ポート穴１６０と地上近接センサ１５０との間で流体連通し、１つまたはそれ以上のポート穴１６０における圧力が地上近接センサ１５０に遠隔式に測定することができる。
【００３２】
[0039]ポート穴と地上近接センサ１５０との間の流体連通を提供するには、単一のポート穴で十分であろう。図２、３に示される例において、２つのポート穴１６０がハウジング１０４に設けられ、冗長性を提供する。一例において、各ポート穴１６０は、別個のチャネル１６４により地上近接センサ１５０に流体式に配管される。しかし、少なくとも２つのポート穴１６０からのチャネル１６４は、地上近接センサ１５０に入る前に結合されるようにすることができる。一例において、図３にもっともよく示されるように、２つのポート穴１６０は、ハウジング１０４のリップ部１６２において直径方向に互いに反対方向に位置する。他の例において、図示されていないが、３つのポート穴を設けることができ、リップ部の周りに離間して配置され、たとえば、３つのポート穴はリップ部１６２に等間隔で配置することができ、各ポート穴が隣のポート穴から約１２０度だけ離れるようにすることができる。同様に、等間隔のまたは等間隔でない他の数のポート穴を用いるこができ、約９０度間隔の４つのポート穴、約７２度間隔の５つのポート穴、約６０度間隔の６つのポート穴、等々、のようにすることができる。圧力センサ１５０は、ポッド１１２、１１４に配置することもでき、または、ダクトハウジング１０４の底部表面１５８の直下に配置することもできる。
【００３３】
[0040]図５は、ＵＡＶ１００が地上に近接しているときを決定する例示的な技術のフローダイアグラムである。例示的な方法は、ＵＡＶ１００の底部表面１５８付近の圧力を決定するステップを有し（１７０）、たとえば、底部表面１５８付近の空気圧力を示す信号を生成する地上近接センサ１５０、および、信号を解析して信号に対応する空気圧力を決定するプロセッサにより行う。次に、プロセッサ１２１は、地上近接センサ１５０により生成される信号の変化により示される、底部表面１５８付近の空気圧力の増加が、ローター１０６のグラウンド効果に関連する計算される閾値より大きいまたは等しいかどうかを決定する（１７２）。以下でより詳細に説明されるように、閾値は、ＵＡＶ１００の底部表面１５８が受けると期待される圧力上昇に対応する。圧力上昇は、ＵＡＶ１００が飛行中である場合のような（たとえば、ＵＡＶ１００の着陸シーケンスの開始のとき）、ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４（図４）内にないと知られている時間における第１ポイントからとすることができる。閾値はいくつかの要因に依存させることができ、たとえば、ローター１０６により生成される推力、ＵＡＶ１００の全体積、底部表面１５８の表面積、空気密度のようなＵＡＶ１００の周囲の空気の特性であり、これは、静的空気圧力、静的空気温度、および空気湿度に依存するであろう。いくつかの例において、プロセッサ１２１は、正確な空気湿度レベルを知ることなく空気密度を推定することができる。プロセッサ１２１が、底部表面１５８における圧力の増加が閾値に等しいまたはそれようり大きいことを決定する場合、プロセッサ１２１は、ローター１０６を停止または回転スピードを減少させるように制御し（１７４）、たとえばエンジン１０８を停止することにより行う。
【００３４】
[0041]図６は、プロセッサ１２１が、圧力上昇が閾値に等しいまたはそれより大きいかどうかを決定する（１７２）ために実行することができる方法の一例のフローダイアグラムである。図６の方法の例において、プロセッサ１２１は、時間の第１ポイントにおいて、底部表面１５８付近の第１サンプル圧力を決定し（１７６）、ここで、時間の第１ポイントは、着陸シーケンスの開始のときのような、ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４の上にいることが分かっているときである。たとえば、プロセッサ１２１は、地上近接センサ１５０により生成される第１信号を受け取ることができ、ここで、第１信号は時間の第１ポイントにおける底部表面１５８付近の空気圧力を示す第１信号である。プロセッサ１２１は、第１信号に基づいて空気圧力値を決定することができ、たとえば、信号の特性に基づいて決定することができ、特性は、たとえば瞬間値、平均値、中央値、信号のあるセグメント内のピークまたは最下点、信号の周波数、または信号パターンである。いくつかの例において、プロセッサ１２１は、第１サンプル圧力の空気圧力値をメモリ１２３内に保存することができる。
【００３５】
[0042]次に、プロセッサ１２１は、時間の第２ポイントにおいて、底部表面１５８付近の第２サンプル圧力を決定し（１７８）、第２ポイントは、たとえばＵＡＶ１００が着陸シーケンスの間に高度を下げている間である。たとえば、プロセッサ１２１は、時間の第２ポイントにおいて地上近接センサ１５０により生成される信号（ここでは、時間の第１ポイントにおいて生成された信号とは異なる信号のセグメントによる第２信号と言及される）を受け取るとこができ、プロセッサ１２１は、第２信号に基づいて空気圧力値を決定することができる。第１信号のときと同様に、プロセッサ１２１は、第２信号の特性に基づいて空気圧力値を決定することができ、特性はたとえば、瞬間値、平均値、中間値、信号のあるセグメント内のピークまたは最下点、信号の周波数、または信号パターンである。プロセッサ１２１は、第２サンプル圧力の空気圧力値をメモリ１２３内に保存することができる。
【００３６】
[0043]次に、プロセッサ１２１は、第１サンプル圧力と第２サンプル圧力との間の差が、閾値に等しいかまたはそれより大きいかどうかを決定する（１８０）。閾値は、ＵＡＶ１００のメモリ１２３内に保存することができ、または、地上ステーション１４０（図４）におけるメモリのような他のメモリ内に保存することができる。いくつかの例において、閾値は、たとえば、ＵＡＶ１００の現在の飛行作戦の前または着陸シーケンスの開始の前の時間において、オペレータにより予め決定される。
【００３７】
[0044]いくつかの例において、プロセッサ１２１は、グラウンド効果に関連する圧力上昇を決定するように構成され、これは、ＵＡＶ１００がグラウンド効果を受けていないときに、地上近接センサ１５０からの圧力信号をサンプリングして保持し、また、ＵＡＶが高度を下げるときに、もっとも最新の取得された圧力信号と保持された圧力信号との間の差が、予め決定された閾値より大きくなるかまたは等しくなるまで、保持された圧力信号を高度を下げているときに取得した圧力信号と比較するように構成されることで行われる。
【００３８】
[0045]図７は、ＵＡＶ１００の地上近接センサシステムお機能ブロック図であり、これは航空機が着陸表面に近接しているかどうかを決定するために用いることができる。図７に示される地上近接センサシステムは、地上近接センサ１５０、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）１８８、ホールドブロック１９０、差接合器（a difference junction）１９４、閾値検出器１９８を含む。図７に示される機能ブロック図は、地上近接センサ１５０からの圧力信号が、ＵＡＶ１００が地上に近接していることを決定するのに用いられるグラウンド効果を受けているときを決定するためにどのように用いられるかを示す。部図７のブロック図の例示的なプロセスは、ハードウェアコンポーネントにより実行することができ、またはエビオニクスプロセッサ１２１（図２）のようなプロセッサ１８２により実行することができ、ＵＡＶ１００に積まれた飛行制御ソフトウェアの一部とすることができるソフトウェア命令のようなソフトウェアを実行する。
【００３９】
[0046]図７に示されるように、地上近接センサ１５０は、たとえば、ハウジング１０４の底部表面１５８における圧力である圧力入力１８４を測定し、また、圧力入力１８４の値に対応する出力信号１８６を生成する。一例において、出力信号１８６は、圧力入力１８４の値に対応する圧力信号のようなアナログ信号１８６であり、たとえば、圧力入力１８４の圧力測定値が高いと、出力信号１８６の電圧は大きくなる。図７のプロセスがプロセッサ１８２上で作動するソフトウェアで実行される場合、アナログ信号１８６は、ＡＤＣ１８８によりディジタル信号１８６´に変換される。図７のプロセスがハードウェアコンポーネントにより実行される場合、アナログ信号１８６は、ＡＤＣ１８８により変換する必要はない。
【００４０】
[0047]ＵＡＶ１００がグラウンド効果を受けていないとき、たとえば、着陸シーケンスを開始するとき、または、ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４の上の高度で飛行しているとき、地上近接センサ１５０の出力信号１８６、１８６´のサンプルが取得され、ＵＡＶ１００が着陸シーケンスを完了するまで保持される（図７のホールドブロック１９０により概略的に示される）。図７において、保持される出力信号、たとえば、グラウンド効果を受けていないときの圧力入力に対応する出力信号は、出力信号１８６Ａとして示される。一例において、ホールドブロック１９０は、ディジタル信号１８６´を、保持される信号１８６Ａとして、図２に示されるメモリ１２３または他のメモリ（たとえば、ＵＡＶ１００に対して離れて位置する）のようなメモリに記憶するために、プロセッサ１８２により実行されるソフトウェア命令を有する。他の例において、ホールドブロック１９０は、信号１８６Ａがサンプルされるときに閉じるスイッチ１９２を備えるキャパシタを有する、サンプルおよび保持のハードウェア装置を有し、キャパシタは、アナログ信号１８６として同一の電圧で蓄電される。スイッチ１９２は、その後、アナログ出力信号１８６を保持される出力信号１８６Ａとして記憶するために開かれる。着陸シーケンスの開始のときまたはその前に、スイッチ１９２を閉じることができ、保持ブロック１９０のキャパシタが保持される出力信号１８６Ａとしてサンプル値を取得できるようにする。サンプルが取得されたら、スイッチ１９０は開かれ、出力信号１８６Ａの保持された値は、保持ブロック１９０内に保持され続ける。
【００４１】
[0048]ＵＡＶ１００がグラウンド効果を受けていないときに出力信号１８６Ａが取得され保持された後、ＵＡＶ１００が高度を下げるときに地上近接センサ１５０の出力信号は、保持された出力信号１８６と繰り返し比較される。地上近接センサ１５０は、連続的に信号をＡＤＣ１８８に送ることができ、または、周期的に信号を送ることができる。図７において、ＵＡＶ１００が高度を下げるときの出力信号は、出力信号１８６Ｂとして示され、ここでは、現在のまたは最新の出力信号１８６Ｂとして言及される。一例において、現在の出力信号１８６Ｂは、約１Ｈｚから約１００Ｈｚの間の周波数で、保持されている出力信号１８６Ａと比較され、たとえば約２Ｈｚから約１０Ｈｚの間の周波数で比較される。図７の例に示されるように、現在の出力信号１８６Ｂは、差接合器１９４において、保持されている出力信号１８６Ａと比較され、差接合器１９４は、差分信号１９６を生成するために、現在の出力信号１８６Ｂから保持されている出力信号１８６Ａを引き算する。一例において、差接合器１９４は、プロセッサ１８２により実行されるソフトウェア命令であり、これは、単純に、保持されている信号１８６Ａのディジタル値を現在の出力信号１８６Ｂのディジタル値から差し引き、メモリ１２３（図２）のようなメモリに記憶されるディジタル差分値１９６を生成する。他の例において、差接合器１９４は、アナログ電圧出力信号を比較する差動増幅回路のようなハードウェアコンポーネントを有し、アナログの保持信号１８６Ａとアナログの現在の出力信号１８６Ｂとの間の差を比較し、アナログの差分信号１９６を生成する。
【００４２】
[0049]差接合器１９４から出力される差分信号１９６は、閾値検出器１９８に入り、これは、保持された出力信号１８６Ａと現在の出力信号１８６Ａとの間の差分が、グラウンド効果に対応する予め決定された閾値より大きいかまたはそれに等しいかどうかを決定する。閾値検出器１９８が、保持された出力信号１８６Ａと現在の出力信号１８６Ｂとの間の差分が予め決定された閾値より大きいまたは等しいと決定された場合、閾値検出器１９８は、グラウンド効果を受けていることを示す出力信号２００を生成する。出力信号２００の受け取りに応じて、または、信号２００が生成されたことの指示の受け取りに応じて、プロセッサ１８２は、ＵＡＶ１００の着陸を容易にするために、エンジン１０８を停止するなどにより、回転を停止するようにローター１０６を制御することができ、または、ローター１０６の回転スピードを減少させることができる。
【００４３】
[0050]一例において、閾値検出器１９８は、プロセッサ１８２により実行される、差分値１９６が予め決定された閾値よりも大きいまたはそれに等しいかどうかを決定するソフトウェア命令を有する。差分値１９６が予め決定された閾値よりも大きいまたはそれに等しい場合、閾値検出器１９８は、出力信号２００を生成し、これは、たとえば、グラウンド効果が存在することを示すプロセッサ１８２が受け取る命令とすることができる。他の例において、閾値検出器１９８は、アナログ差分信号１９６が閾値よりも大きいまたはそれに等しいかどうかを決定することができる回路を備えるハードウェアコンポーネントを有する。たとえば、閾値検出器１９８は、電圧差分信号１９６を、グラウンド効果に関連付けられる圧力差に対応する所定の閾値電圧と比較することができる比較器を備えることができ、どちらが大きいかを決定する。たとえば、差分信号１９６の電圧が閾値電圧よりも小さい場合、比較器からの出力は第１の値となり、差分信号１９６の電圧が閾値電圧よりも大きい場合、比較器からの出力は第２の値となる。閾値検出器１９８は、比較器からの出力が、差分信号１９６が予め決定された閾値よりも大きい第２の値となるときを認識するように構成することができ、また、比較器からの出力が第２の値であるときに、グラウンド効果を受けていることを示す出力信号２００を生成するように構成することができる。
【００４４】
[0051]予め決定された閾値は、ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４（図４）内にあるときに底部表面１５８付近の圧力の期待される増加に対応するように選択される。一例において、ＵＡＶ１００が、特定の、絶対的な幾何学高度にあるときにローター１０６の回転を停止させ、または、ローター１０６の回転スピードを減少させるように閾値が設定され、たとえば、着陸表面から、約０．１５メートル（約０．５フィート）から約１メートル（約３．３フィート）の間でＵＡＶ１００が受ける圧力の差、たとえば着陸表面から約０．３メートル（約１フィート）の時にＵＡＶ１００が受ける圧力の差である。一例において、ローター１０６を停止または回転スピードを減少させる望ましい絶対高度は、ＵＡＶ１００の重量および着陸ギアの強度に応じて選択される。たとえば、ＵＡＶ１００が特定の重量であり、着陸ギア１３２を破壊または損傷せずに着陸ギア１３２が所定の力にだけ耐えることができる場合、予め決定される閾値は、地上からの距離が、着陸ギアを損傷しない程度に小さくなるように設定することができる。閾値は、ＵＡＶ１００が所定の絶対高度において、ローター１０６により形成されるグラウンド効果の一部として受けるであろう予期される圧力差の計算またはモデルに基づいて決定することができる。閾値は、特定のＵＡＶ１００の実験に基づいて決定することもでき、特定のＵＡＶ１００が製造されたときまたは現場において実験してもよい。
【００４５】
[0052]一例において、予め決定される閾値は、ＵＡＶ１００の１つまたはそれ以上の物理的特性に基づいて設定することができる。一例において、ＵＡＶ１００の全体積、またはＵＡＶ１００の断面積または床面積のようなＵＡＶ１００サイズは、底部表面１５８が受けるであろう圧力増加に影響を与えことがある。これは、増加した圧力／空気クッション１５６（図４）の領域を形成する、ＵＡＶ１００の下の空気の量に影響を与えるからである。ＵＡＶ１００の重量が計算される閾値に影響を与えるようにすることができる。一例において、見積もられるＵＡＶ１００の重量は、閾値の決定に用いられる。ＵＡＶ１００の重量は、燃料の消費により飛行中に変化するが、ＵＡＶ１００の燃料容器（たとえば燃料タンクまたは燃料袋）が空であるときのＵＡＶ１００の重量（たとえば「空の重量」）、ＵＡＶ１００の燃料容器に追加される燃料の重量、および飛行中の燃料消費の推定に基づいて見積もることができる。ＵＡＶ１００により生成される推力は、ローターのスピードにより変更され得るが、圧力上昇に影響を与えることがある。これは、推力の増加は、空気クッション１５６の領域内へ向けられる空気の量を大きくし得るからであり、また、底部表面１５８における圧力差を増加させ得るからである。
【００４６】
[0053]他の例において、閾値は、ＵＡＶ１００が飛行している空気の特性（たとえば、環境要因）に基づいて設定することができる。グラウンド効果に関連する圧力変化の量に影響を与える空気の特性の一例は、ＵＡＶ１００を取り巻く空気の密度である。たとえば、空気の密度が大きくなると、ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４（図４）において受ける圧力の増加は大きくなる。したがって、一例において、ＵＡＶ１００の周りの空気の空気密度ファクター２０２は、閾値を設定するときに考慮に入れられ、図７に示されるように、空気密度が変化する場合、閾値も変更される。空気密度は、静的な空気圧力、静的な空気温度、空気湿度、および他のファクターに依存する。一例において、ＵＡＶ１００は、静的な空気圧力、静的な温度、および空気湿度を検出するために、追加のセンサを含むことができ、これは、空気密度を決定するためにプロセッサ１２１に用いられるようにすることができる。プロセッサ１２１が空気密度を決定すると、プロセッサ１２１は、それにしたがって閾値を修正する。
【００４７】
[0054]一例において、閾値は、ＵＡＶ１００の周りの空気の密度高度の関数として設定することができる。密度高度は、ＵＡＶ１００上の局所的な空気密度の効果を近似する１つの方法である。空間内の特定の位置における密度高度は、国際標準大気（International Standard Atmosphere, ＩＳＡ）または米国標準大気（United States Standard Atmosphere）のような標準大気圧モデルにおける高度として定義され、そこでは、空気密度は、特定の位置における実際の空気密度に等しくなる。密度高度は、静的な空気圧力、静的な空気温度、および空気湿度の関数として計算することができる。いくつかの場合、空気湿度の影響は無視することができ、密度高度は、静的な空気圧力と静的な空気温度だけに基づいて計算することができる。いずれの場合においても。ＵＡＶ１００は密度高度を決定するように構成することができる。
【００４８】
[0055]一例において、エビオニクスプロセッサ１２１のようなプロセッサは、ＵＡＶ１００に搭載される静的空気圧力センサ（図示せず）、静的空気温度センサ（図示せず）、および、所望であれば、空気湿度センサからの測定値を用いて、ＵＡＶ１００の密度高度を決定する。一例において、プロセッサ１２１は、測定された静的空気圧力、静的空気温度、および空気湿度を入力として用いて、密度高度を近似するモデル数式を用いることができる。他の例において、様々な条件における密度高度値を含む１つまたはそれ以上のテーブルを、プロセッサ１２１がアクセスできるメモリ１２３のようなメモリに記憶させることができる。プロセッサ１２１は、静的空気圧力、静的空気温度、空気湿度の測定された値を用い、記憶されたテーブルから近似的な密度高度を求めることができる。
【００４９】
[0056]プロセッサ１２１がＵＡＶ１００の周りの空気の密度高度を決定すると、プロセッサ１２１は、ＵＡＶ１００の計算された密度高度に基づいて閾値を自動的に設定（たとえば、初期設定または調整）することができる。一例において、着陸シーケンスのときまたはその前において、プロセッサ１２１はＵＡＶ１００の周りの空気の密度高度を決定し、計算された密度高度にしたがって閾値がプロセッサ１２１により設定される。また、プロセッサ１２１は、決定された密度高度を確認および／または更新するために、ＵＡＶ１００の降下の時に１回またはそれ以上、ＵＡＶ１００の周りの空気の密度高度を決定するように構成することができる。
【００５０】
[0057]密度高度が閾値に影響を与え得る範囲は、ＵＡＶ１００のサイズや重量のような個々のＵＡＶ１００特性に依存するであろう。しかし、一般に、低い密度高度は、高い局所空気密度に同等であり、それゆえ、低い密度高度は、ＵＡＶ１００がグラウンド効果を受けているときに高い圧力の変化を反映するであろう。一例において、閾値は、ベースライン閾値を設定することにより決定することができ、これはたとえば、標準大気条件で、ＵＡＶ１００がグラウンド効果の影響のない状態であることが知られている第１の時と、ＵＡＶ１００がグラウンド効果の影響下にある第２の時との間における、底部表面１５８において予期される圧力の変化とすることができ、ＵＡＶ１００の決定された密度高度に応じて、実際の閾値を、ベースライン閾値から上方または下方へ調整する。
【００５１】
[0058]密度高度は、一般に、空気温度および湿度に比例し、また、一般に、静的圧力に反比例する。たとえば、空気温度または空気湿度が上昇すると、密度高度も上昇し、これにより、グラウンド効果領域１５４でＵＡＶ１００が受けるであろう圧力の変化が小さくなる傾向になる。そのような場合、プロセッサ１２１は、グラウンド効果を受けているかどうかを検出するのに用いられる閾値を自動的に小さくすることができる。空気圧力が増加すると密度高度は下がり、その結果として、グラウンド効果領域１５４でＵＡＶ１００が受ける圧力の変化は、密度高度の減少とともに増加するであろう。これが生じるとき、プロセッサ１２１は、グラウンド効果を検出するのに用いられる閾値を自動的に増加させることができる。それゆえ、ＵＡＶ１００の計算される密度高度の値に依存して、閾値を上方または下方に調整することができる。プロセッサ１２１が閾値を自動的に調整するいくつかの例において、プロセッサ１２１は、閾値が修正されたとこを、確認のためにオペレータに通知することができる（たとえば、信号を地上ステーション１４０に伝達することにより行う）。他の例において、プロセッサ１２１は、ユーザーを介在させずに自動的に閾値を調整してもよい。
【００５２】
[0059]一例において、図７に示されるように、ＵＡＶ１００の周りの空気密度を決定する、またはＵＡＶ１００の周りの空気の密度高度を決定するプロセッサ１２１により、空気密度ファクター２０２が決定され、また、これは、差分信号１９６と比較される閾値を調整するために閾値検出器１９８により用いられる。
【００５３】
[0060]図８は、ＵＡＶ１００の着陸を制御するために図７に関して上述したサンプル−ホールド計算を用いる例示的な方法を示すフローダイアグラムである。図８の例示的な方法は、ＵＡＶ１００がグラウンド効果を受けていないときにＵＡＶ１００の底部表面１５８付近の第１圧力を決定するステップを含む（２１０）。たとえば、エビオニクスプロセッサ１２１は、時間の第１ポイントにおいてグラウンド効果センサ１５０により生成される第１信号を受け取ることができ、ここで、第１信号は、底部表面１５８付近の空気圧力の指標であり、この第１信号に基づいて空気圧力値を決定する。一例において、第１圧力は、着陸シーケンスの開始のときまたはその前のような、ＵＡＶ１００がグラウンド効果領域１５４の外であることが知られているときに決定されるようにすることができる。次に、プロセッサ１２１は、ＵＡＶ１００の降下を制御し、降下中に、プロセッサ１２１は、底部表面１５８付近の第２圧力を決定する（２１４）。たとえば、プロセッサ１２１は、時間の第２ポイントにおいて、グランド降下センサ１５０により生成される第２信号を受け取ることができ、ここで、第２信号はＵＡＶ１００の降下中の底部表面１５８付近の空気圧力の指標である。プロセッサ１２１は、第２信号に基づいて、ＵＡＶ１００の降下中の底部表面１５８付近の空気圧力を決定することができる。
【００５４】
[0061]次に、プロセッサ１２１は、第１圧力と第２圧力との間の差を決定する（２１６）。第１圧力と第２圧力との間の差が、グラウンド効果１０６に関連する閾値よりも大きいまたは等しい場合、ＵＡＶ１００を着陸表面に着陸させるために、プロセッサ１２１はローターを停止または回転スピードを低下させるように制御する（２１８）。第１圧力と第２圧力との差がグラウンド効果に関連する閾値よりも小さい場合、プロセッサ１２１は、プロセッサ１２１が第１圧力と第２圧力との間の差が閾値より大きいまたは等しいと判断するポイントまでＵＡＶ１００が降下するまで、着陸シーケンスに従ってＵＡＶ１００の降下を続けるように指揮する。
【００５５】
[0062]本開示にで説明される技術は、「プロセッサ」に属するものを含み、たとえば、プロセッサ１２１、１８２に実装されうるもの、少なくとも部分的にハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはそれらの任意の組み合わせを含む。たとえば、本技術の様々な側面は、１つまたはそれ以上のプロセッサ内に実装することができ、１つまたはそれ以上のマイクロプロセッサ、ＤＳＰｓ、ＡＳＩＣｓ、ＦＰＧＡｓ、または他の同等な集積回路または独立論理回路、およびこれらのコンポーネントの任意の組み合わせを含む。「プロセッサ」または「処理回路」との語は、広く、上述の論理回路の任意のもの、単独または他の論理回路との組み合わせ、または他の任意の同等の回路、を指す。
【００５６】
[0063]そのようなハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアは、本明細書で説明した様々な動作および機能を支援するために、同一の装置内にまたは別個の装置内に実装することができる。さらに、上述の任意のユニット、モジュール、または部品は、統合して実装することができ、または協働する論理装置として別個に独立に実装することができる。モジュールまたはユニットとしての異なる特徴の図示は、異なる機能の側面を強調することを意図しており、これらのモジュールまたはユニットが別個のハードウェアまたはソフトウェアコンポーネントにより実現されなければならないことを意味するのではない。むしろ、機能的に関連する１つまたはそれ以上のモジュールまたはユニットは、別個のハードウェアまたはソフトウェアコンポーネントにより実行することができ、あるいは、共通のまたは別個のハードウェア、ソフトウェアコンポーネントに統合することもできる。
【００５７】
[0064]ソフトウェア内に実装される場合、本明細書で説明されるこのシステムに属する機能、装置、技術は、ＲＡＭ、ＲＯＭ，ＮＶＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨメモリ、磁気データ記憶媒体、光学式データ記憶媒体等のようなコンピュータで読み取り可能な媒体上の命令として実施化することができる。これらの命令は、本明細書で説明された機能の１つまたはそれ以上の側面を支援するために実行されるようにすることができる。
【００５８】
[0065]本開示は説明的な例を示すものであり、限定することを意図するのではない。説明的な例示の様々な修正形態、本開示の追加的な例は、本明細書を参照することにより当業者に明らかとなるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月19日(2011.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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【外国語明細書】
2011230756000001.pdf