(57)【要約】【解決手段】無人航空機が監視情報を自動的に収集する方法は、自動収集要求メッセージを受信する工程と、収集方針に従って目標について要求された情報を集めるルートを決定する工程と、ルートに追随し、要求された情報を集めるように航空機の動作を制御する工程を有する。該方法を実行する無人航空機用の自動収集管理システムも又、提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空機によって監視情報を自動的に収集する方法であって、
自動収集要求メッセージを受信する工程と、
収集方針に従って目標について要求された情報を集めるルートを決定する工程と、
ルートに追随し、要求された情報を集めるように航空機の動作を制御する工程を有する方法。
【請求項２】
各自動収集要求メッセージは、優先度及び優先順位の情報を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
要求された情報を集めるルートを決定する工程は、優先度及び優先順位の情報に従って、収集する計画及び飛行計画を決定する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
収集する計画は、１又は２以上の時間的な制約、視角、米国画像判読性判断指標、優先度、帯域幅、及び格納容量を含むイメージ制約に対応している、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
要求された情報を集めるルートを決定する工程は、
目標が範囲内に有るかどうかを決定する工程と、
目標が範囲内にあれば目標へのルートを計画する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
要求された情報を集めるルートを決定する工程は、
受信器が範囲内に有るかどうかを決定する工程と、
受信器が範囲内になければ、受信器が範囲内にある領域へのルートを計画する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
更に、センサの新たな収集要求を現存の収集計画に動的に挿入する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
無人飛行機用の自動収集管理装置であって、
自動収集要求メッセージを受信する受信器と、
収集方針に従って目標について要求された情報を集めるルートを決定するプロセッサと、
航空機の動作を、ルートに追随し要求された情報を集めるように制御する航空機制御装置を具えた自動収集管理装置。
【請求項９】
各自動収集要求メッセージは、優先度及び優先順位の情報を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
プロセッサは、収集する計画及び飛行計画を決定する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
収集する計画は、１又は２以上の時間的な制約、視角、米国画像判読性判断指標、優先度、帯域幅、及び格納容量を含むイメージ制約に対応している、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
プロセッサは、目標が範囲内に有るかどうかを決定し、目標が範囲内にあれば目標へのルートを計画する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
プロセッサは、受信器が範囲内に有るかどうかを決定し、受信器が範囲内になければ、受信器が範囲内にある領域へのルートを計画する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
プロセッサは、センサの新たな収集要求を現存の収集計画に動的に挿入する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
無人飛行機用の自動収集管理システムであって、
自動収集要求メッセージを受信する手段と、
収集方針に従って目標について要求された情報を集めるルートを決定する手段と、
航空機の動作を、ルートに追随し要求された情報を集めるように制御する手段を具えた自動収集管理システム。
【請求項１６】
各自動収集要求メッセージは、優先度及び優先順位の情報を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
要求された情報を集めるルートを決定する手段は、収集する計画及び飛行計画を決定する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
収集する計画は、又は２以上の時間的な制約、視角、米国画像判読性判断指標、優先度、帯域幅、及び格納容量を含むイメージ制約に対応している、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
要求された情報を集めるルートを決定する手段は、目標が範囲内に有るかどうかを決定し、目標が範囲内にあれば目標へのルートを計画する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
要求された情報を集めるルートを決定する手段は、受信器が範囲内に有るかどうかを決定し、受信器が範囲内になければ、受信器が範囲内にある領域へのルートを計画する、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、監視システム、特に無人航空機に携行されるセンサを含んでいるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
有人飛行機の使用が適切でない場所で、民間と軍事状況の両方の様々な活動を行なうために、無人航空機(ＵＡＶ)の使用に対する注目が増加している。そのような任務は監視、偵察、目標捕捉、目標指示、データ収集、通信中継、おとり、妨害、ハラスメント、布告通達又は補給を含む。
【０００３】
空中偵察システムは、一般には１又は２機以上の航空機を含み、各航空機は検知、イメージング又は監視区域内の目標物を監視する１又は２以上のセンサを有する。監視任務は到達すべき明確な対象物を確立することにより、決定される。しかしながら、他の場合では、任務対象は任務中に変わる場合がある。
更に、多数のユーザは、飛行中に航空機に情報収集の要求を送信することができる。これは、要求の対立、即ち特定のＵＡＶの容量内に入らない動作要求となる。
【０００４】
効率的な方法で要求を処理する方法及びシステムを求めるニーズがある。
【発明の開示】
【０００５】
発明の要約
無人航空機が監視情報を自動的に収集する方法は、自動収集要求メッセージを受信する工程と、収集方針に従って目標について要求された情報を集めるルートを決定する工程と、ルートに追随し、要求された情報を集めるように航空機の動作を制御する工程を有する。
【０００６】
他の態様に於いて、本発明は無人航空機用の自動収集管理システムを含み、該システムは自動収集要求メッセージを受信する受信器と、収集方針に従って目標について要求された情報を集めるルートを決定するプロセッサと、ルートに追随し、要求された情報を集めるように航空機の動作を制御する航空機制御装置を具える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明の詳細な記載
図１は、本発明に従った自動収集管理装置を含む監視システム(10)の図である。監視ステムは１又は２以上の飛行体又はプラットフォームとも呼ばれる航空機(12)(14)(16)を有し、各々は監視下にある領域についての情報を集める１又は２以上のセンサを含む。１又は２以上の地上ステーション(18)(20)(22)が航空機と通信する。航空機と地上ステーションは互いに通信し、衛星(24)(26)(28)とも通信する。本発明は無人航空機及びセンサの制御に関し、センサを最大限に用いる(employment)。
【０００８】
図２は、本発明に従った自動収集管理装置(ＡＣＭ)(30)を含むＵＡＶシステムの機能ブロック図である。多数のユーザは、通信リンクを介して、ＵＡＶ、地上ステーション、衛星を含む種々のシステムの要素間を通信する。システムの要素内に適切な送信器と受信器が配備されて、通信を実行する。ＵＡＶから情報の要求が、空中収集要求メッセージ装置(ＡＣＲＭ)(32)を用いて供給される。ＡＣＲＭは１又は２人以上の使用者によってＵＡＶ上の受信器に送信され得る。ＡＣＲＭは種々のタイプの情報を含み得て、それにはイメージすべき目標のリスト、用いられるべきセンサのタイプ、要求されるイメージの質、要求者の認識、イメージを受信する目的地、イメージが撮られるべき時間、及びイメージが撮られるべき方位角と仰角が含まれる。更に、ＡＣＲＭはイメージの優先度の表示を含む。ＡＣＭは、制御信号を航空機制御デバイス(34)及びセンサ制御デバイス(36)に供給することによりＡＣＲＭ(32)に応答する。航空機制御デバイスは、ＵＡＶの制御面を制御するデバイスを含み得て、ＵＡＶの飛行を制御する。センサ制御デバイスは、センサの動作を制御するシステムを含み得る。ＡＣＭは、方針収集装置(38)、及び飛行及びセンサ能力モデル装置(40)から情報を受信する。
【０００９】
全地球測位システムセンサ(42)は、航空機の現在の位置及び高度を提供する。航空機の現在のエネルギー状態は、エネルギーセンサ(44)によって供給される。エネルギーセンサは、速度、燃料、バッテリ、高度、風及び気温のようなパラメータを測定することにより、ＵＡＶのエネルギー状態を監視する。
【００１０】
計画化装置(46)及びモデル化装置(48)は、更なる情報をＡＣＭに供給する。計画化装置及びモデル化装置は、ＡＣＭに情報を提供するコンピュータ、プロセッサ又はデータベースを用いて実行される。モデル化装置は所定の風、速度、ヘッディング、現在の位置、高度及び気温の入力が与えられた航空機の予測される位置及びエネルギ消費を提供する。モデル化装置はまた、センサが如何にして位置決めされて要求される質のイメージを得るかをモデル化する。計画化装置は、目的地への最も堅実なルートを見つける最適化プログラムを具えて、該目的地から目標をイメージする。最も堅実なルートは、最短時間、最小の露出、又は最小量の燃料を要求するルートとして定義される。プログラムは、方位角、上昇、時間、及び要求されるイメージの質を考慮するように最適化されるのが好ましい。プログラムは、最短時間量内で割り当てられた優先度に従って、要求されたイメージを収集するルートを見つける。
【００１１】
ＡＣＭは、航空機及び航空機上に取り付けられたセンサについての収集計画及び飛行計画を提供する。空中収集要求メッセージ(ＡＣＲＭ)の入力後、ＡＣＭは、ＡＣＲＭに負担を掛ける方策に適合するルートを演算し、航空機制御デバイスに新たなルートを提示し、センサに新たな収集命令を提示する。方針は一組のルールであって、航空機に飛行できる場所(領域内管理と呼ばれる)、飛行できない場所(領域外管理と呼ばれる)、その中を飛行可能な高度範囲、使用し得る通信資産、要求する者がサービスされる順番、即ち優先順位及びセンサに適合する目標のタイプを航空機に告げる。
【００１２】
ＡＣＭは、方針チェックを実行して、領域内管理の外にある如何なる要求、領域外管理の内にある如何なる要求、高度領域の外側を飛行するように強いる如何なる要求、範囲の外側にある如何なる要求、通信範囲の外側にある如何なる要求、認定されていない要求者からの如何なる要求、センサに適合しない目標への如何なる要求を拒否することにより、方針が続くことを確実にする。
【００１３】
図２に示すシステムは、ＵＡＶ上の１又は２以上のコンピュータを用いて実行され、コンピュータはＵＡＶ上の種々のセンサ及び飛行制御システムと相互作用する。種々のタイプの既知のセンサ及び飛行制御システムが、自動収集管理装置と組み合わされて使用され得る。
【００１４】
図３は、本発明の自動収集管理装置の動作を示す流れ図である。ＡＣＭは特定の目標についての情報を示すＡＣＲＭを受信した後に、ブロック(50)に示すように、ＡＣＭは目標内で方針に合致することを決定すべくチェックする。目標が方針に合致するならば、ブロック(52)に示すように、目標が範囲内かどうかを決定すべくチェックする。方針が合致しなければ、目標はブロック(54)に示すように拒絶され、ＵＡＶはブロック(56)に示すように、次の目標を得る。方針が合致したが、目標が範囲内にないときは、ＡＣＭはブロック(58)に示すように目標へのルートを計画し、新たな目標を得る。目標が範囲内かどうかを決定するために、ＡＣＭはモデル化装置を用いて、センサから許容可能な質のイメージが生成される位置に飛行可能かどうかを決定する。モデル化装置は航空機の飛行性能モデル、センサのセンサ性能モデル、航空機の現在のエネルギー状態、目標が範囲内かどうかを決定する目標位置を用いる。更に、ＵＡＶは他の目標を追跡中に、目標をイメージするのに課せられる。
【００１５】
方針が合致し且つ目標が範囲内ならば、ＡＣＭはブロック(60)に示すように、受信器が範囲内かどうかを決定すべくチェックする。受信器が範囲内であれば、ブロック(62)に示すように、目標のイメージが収集され、ブロック(64)に示すように、目標のイメージが送信される。種々の通信装置の位置及び範囲を特定する通信ＣＯＭＭ計画は計画化装置に含まれる。ＣＯＭＭ計画は、全ての送信装置及び受信装置の位置を認識する飛行前に、計画が導入され、航空機は任務中に計画を使用することを許される。
【００１６】
受信器が範囲内になければ、ＡＣＭはブロック(66)に示すように、最寄りのＣＯＭＭ範囲を提供する領域へのルートを計画する。新たな目標が認識される。
【００１７】
ＡＣＭは継続的にＡＣＲＭの形式をした新たな目標をイメージする要求をチェックする。新たなＡＣＲＭが受信されれば、ＡＣＭは目標が方針を満たすことを確実にするようにチェックする。方針は夜のみのイメージ又は昼のみのイメージ、又は所定の領域のみのイメージを得る、又は電子工学(ＥＯ)センサのみを用いるように、情報の収集に制限をかけることができる。方針はまた、１つの要求者からのイメージは他の要求者からのイメージを収集する前に収集されなければならず、優先度の高いイメージは優先度の低いイメージの前に収集されなければならないことを指示する。ＡＣＲＭ内にて特定された目標が方針を充たすならば、目標が範囲内かどうかを見るチェックがなされる。範囲内であれば、ＵＡＶは、イメージを収集し、イメージを送信する又は良好な受信を持って領域に飛び、イメージを送信する。
【００１８】
計画化工程は、多次元の自動経路設定技術を用いて、燃料、範囲、帯域幅、優先度、及び経路計画と計画収集に於ける優位性の均衡をとる。自動経路設定は、Ａ＊サーチ、ダイナミックプログラミング及びジェネリックプログラミングのような幾つかの既知の自動経路設定技術の何れかを用いて達成される。重要な要求は、技術は問題となる空間の多数の制約の均衡をとる。問題となる空間は、燃料、帯域幅、及び時間のような限られた資源について決定され、該資源は広大な領域に広がる高い優先度の目標を集めるのに使用されなければならない。目標に対する優先度のレベルは、数字目盛に割り当てられることができる。例として、中間の優先度レベル８の１０個の目標が群となった状態で存在し、該群の真東と真西に高い優先度レベル１０の２つの目標が存在する場合を考える。自動経路設定は、ＵＡＶに適した経路を設定して、レベル１０の２つの目標を収集する前にレベル８の１０個の目標を収集することができなければならず、又はレベル１０の２つの目標を収集してレベル８の１０個の目標は要求者の優位性に設定された方針に基づいて存続させることができなければならない。
【００１９】
本発明は、収集された要求を最適化された経路に自動的に変換して、要求された項目、情報、イメージを集める自動システムを提供する。ＡＣＭは、飛行性能モデル(ＦＰＭ)及びセンサ取付け性能モデル(ＳＰＭ)に基づいたセンサの飛行経路を最適化するように設計されている。ＡＣＭは、ＦＰＭ及びＳＰＭを用いて、要求されたイメージに対して、航空機及びセンサを正しい方向に位置決めする。センサ性能モデルは、視野の領域(ＦＯＶ)、所定の範囲についての予想された解像度、機械的な範囲、即ち関心のある領域(ＦＯＲ)、イメージサイズ、イメージ獲得時間、送信帯域幅の要求、センサ起動時間、センサ循環時間及び地形侵入の可能性を決定するデータ及び式を含む。
【００２０】
ＡＣＭは更に、要求されたイメージ事象の特性、収集の制約、及び位置を分類することにより、センサのイメージ事象の順序を最適化する。この順序と組み合わされて、ＡＣＭは、収集されたセンサデータの格納、又は収集されたセンサデータの送信を最適化する。一旦、全てのイメージが計画化され順序付けられると、ＡＣＭはセンサのプラットフォーム用の飛行経路を生成する。この飛行経路は、安全飛行が確認された後に、飛行する。飛行の安全を確認することは、最初に全てのキープイン及びキープアウト領域が侵入されていないことを確かめることをチェックすることにより達成され、しかも全ての高度幅は同じである。２番目のチェックは、提案された飛行経路を２番目のチェック用に離れた操縦者に送信することにより為される。現在、計画されたセンサイメージよりも高い優先度を有する新たな要求が作られた場合は、ＡＣＭはセンサのプラットフォームの飛行経路、或いはセンサの動作又は通信チャンネルを調整することにより、センサの次の仕事(new sensor tasking)を計画に入れる。例えば、センサは旋回装置及びロールにより、方向付けられる。センサはまた、その焦点距離、操縦、光線の焦点を調整する。
【００２１】
本発明に従って構成された監視システム用の自動収集管理装置は、センサの収集要求をセンサプラットフォームの飛行経路に変換する手段を有し、該手段は例えばタイミング、視角、米国画像判読性判断指標(ＮＩＩＲＳ)、優先度、帯域幅、及び格納容量を含むイメージ制約の複合した組み合わせが付与される。
【００２２】
センサの収集要求は、優先付けられた手順で予定される。収集されたセンサデータの格納又はデータの送信は、最適化され得る。センサの新たな収集要求は、現存の収集計画に動的に挿入される。収集要求の優先付け手順は、どの目標を最初に収集するかを決定するのに用いられる。この優先付けは２つの要素に依存する。第１の要素は、要求者の優位性であり、第２の要素は要求者が目標に設定する優先度である。中央の機関(authority)は手順に最初に続く優先度のランクを確立する。この場合、ユーザＡが方針によって設定された、より高度の優先度を有すれば、ユーザＡからのレベル１０の目標及びユーザＢからのレベル１０の目標が、Ａ次にＢの順で収集される。ユーザＡとＢの両方が、同じ優先度を有し、両方がレベル１０の目標を有すれば、最寄りの目標が最初に収集される。再度、これは方針によって設定された優先度によって制御される。
【００２３】
収集されたイメージは、航空機上の格納装置に格納される。格納装置はメモリに高い優先度又は高価な目標イメージを格納することにより最適化され、その一方、メモリ空間が制限されているときには、より優先度の低いイメージ又はより安価な目標のイメージを上書きする。送信の最適化は、航空機を通信アセットに十分近い箇所に移動させることにより達成され、より高い帯域幅通信チャンネルを提供する。
【００２４】
本発明は幾つかの実施例について記載されてきたが、以下の請求の範囲に示した発明の範囲から離れることなく、開示された実施例に種々の変更が為され得ることは当業者ならば明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に従った自動収集管理装置を含む監視システムの図である。
【図２】本発明に従った自動収集管理装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の方法を示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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