(57)【要約】【課題】従来の空中位置付けシステムは、空中給油または着陸のような他の位置付け作業中に、相対位置情報が計算され通信されることを可能にするために、高価な位置決定装置および高速データリンクを必要とする。【解決手段】空中位置付けシステムおよび方法は、ハブに取り付けられた光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）装置、および、航空機の一部に取り付けられた１つまたは複数の反射体を含み、ＬＩＤＡＲ装置によって走査可能な情報を符号化するように構成されている。ＬＩＤＡＲ装置は、１つまたは複数の反射体および反射体の符号化された情報を識別するために、視野を走査するように構成され、反射体の位置データを決定する。【選択図】図１
2015202860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブに取り付けられた光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）装置、および
航空機の一部に取り付けられた１つまたは複数の反射体であって、前記ＬＩＤＡＲ装置によって走査可能な情報を符号化するように構成された１つまたは複数の反射体を備える、レーザー位置付けシステムであって、
前記ＬＩＤＡＲ装置が、前記符号化された情報に基づいて、前記１つまたは複数の反射体を識別し、位置データを決定するために、視野を走査するように構成されている、レーザー位置付けシステム。
【請求項２】
前記１つまたは複数の反射体が、１つまたは複数の再帰反射体を備える、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項３】
前記１つまたは複数の反射体は、所定のパターンで配置される、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項４】
前記所定のパターンが１次元配列である、請求項３に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項５】
前記所定のパターンが２次元配列である、請求項３に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項６】
前記１つまたは複数の反射体は、前記１つまたは複数の反射体が取り付けられた表面に対して隆起している、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項７】
前記ハブは前記航空機のターゲットを画定し、
前記航空機は前記ハブとランデブーするために前記ハブの方向に移動し、
前記ＬＩＤＡＲ装置が前記ハブに対する前記航空機の相対位置を決定する、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項８】
前記１つまたは複数の反射体は、前記航空機上の少なくとも２つの反射体間の距離に基づいて前記ＬＩＤＡＲ装置に符号化されたデータを提供するために、相違する前記航空機上の少なくとも２つの反射体を含む、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項９】
前記ＬＩＤＡＲ装置は、前記１つまたは複数の反射体の前記ＬＩＤＡＲ装置への近接性に基づいて調整される、調整可能な視野を有する、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記反射体は前記ハブの一部に取り付けられ、
少なくとも１つの前記反射体は前記航空機に取り付けられ、
前記ＬＩＤＡＲ装置は、前記ハブの少なくとも１つの反射体と前記航空機上の少なくとも１つの反射体との間の相対距離を決定する、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１１】
前記ハブが空中給油機であり、前記航空機が空中給油動作中に前記空中給油機とランデブーし、前記ＬＩＤＡＲ装置が、前記空中給油動作中に前記空中給油機に対する前記航空機の相対位置を決定する、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１２】
前記ハブが空中給油機であり、前記１つまたは複数の反射体が前記空中給油機のブームおよび前記航空機のレセプタクルに取り付けられている、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１３】
前記ハブが空中給油機であり、前記１つまたは複数の反射体が前記空中給油機のドローグおよび前記航空機のプローブに取り付けられている、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１４】
前記ハブが、給油機の受信機のデータリンクをさらに備える空中給油機であり、前記給油機の受信機のデータリンクが、おおよそ１Ｈｚで、方向検索、無線測距、または給油機状態データの送信のうちの少なくとも１つを容易にする、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１５】
前記ハブが船舶であり、前記航空機が着陸動作中に前記船舶とランデブーし、前記ＬＩＤＡＲ装置が、前記着陸動作中に前記船舶の着陸用甲板に対する前記航空機の相対位置を決定する、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１６】
前記ハブが船舶であり、前記ＬＩＤＡＲ装置が、前記船舶のフレネルレンズの光学着陸システム（ＦＬＯＬＳ）に取り付けられ、１つまたは複数の前記反射体が、前記航空機の前脚及び前記船舶の一部に取り付けられている、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の反射体が、前記航空機の登録番号情報を符号化するように構成されている、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１８】
前記レーザー位置付けシステムが、前記航空機の表面上で等間隔のパターンに配置された複数の反射体をさらに備える、請求項１に記載のレーザー位置付けシステム。
【請求項１９】
レーザー位置付けのための方法であって、
ハブに取り付けられた光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）装置を使用して前記ハブの後方の視野を走査するステップ、および
航空機に取り付けられた１つまたは複数の反射体からの符号化された情報に基づいて、前記視野内の前記航空機の位置データを決定するステップ
を含む方法。
【請求項２０】
前記方法が、前記位置データを使用して前記ハブによる前記航空機の給油動作を制御するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記方法が、前記位置データを使用して前記ハブによる前記航空機の着陸動作を制御するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記位置データを決定するステップが、前記ハブに取り付けられた１つまたは複数の反射体および前記航空機に取り付けられた前記１つまたは複数の反射体からの符号化された情報に基づいて、前記ハブに対する前記航空機の相対位置を決定するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法が、前記符号化された情報から航空機の識別データを決定するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記方法が、前記ＬＩＤＡＲ装置を使用した前の走査に基づいて前記視野のサイズを変更するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に無人航空機（ＵＡＶ）のような空中位置付けシステムのためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空中位置付けシステムは、３次元空間での航空機の位置を決定するため使用され、別の構造体や車両などのハブに対する航空機の位置を決定するために使用され得る。例えば、給油システムが、空中給油機および給油される航空機の位置合わせを可能にするために、位置情報を使用する。例えば、ブーム／レセプタクル式またはプローブ／ドローグ式の空中給油を可能にするために、相対位置情報を決定することができる。他の例では、船上または陸上などでの航空機の着陸を支援するために、着陸システムが位置情報を使用することができる。従来の空中位置付けシステムは、正確性、完全性、継続性、および可用性を含む必要なナビゲーション性能（ＲＮＰ）の要件を満たすために、全地球測位システム（ＧＰＳ）、カメラ、無線通信、または他の方法を用いて位置情報を提供する。必要なナビゲーション性能（ＲＮＰ）が位置付けシステムによって満たされるように、相互に関連する要件が同時に満たされなければならない。ただし、これらのシステムは、空中給油または着陸のような他の位置付け作業中に、相対位置情報が計算され通信されることを可能にするために、高価な位置決定装置および高速データリンクを必要とする。さらに、これらのシステムが必要なナビゲーション性能（ＲＮＰ）の精度要件を満たすかもしれないが、これらのシステムは、（ＧＰＳベースシステム用の低緯度などの）限られた状況で必要なナビゲーション性能（ＲＮＰ）の完全性、継続性、および可用性の要件を満たしているだけかもしれない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態によれば、光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）装置、および、航空機の一部に取り付けられた１つまたは複数の反射体を含むレーザー位置付けシステムが提供され、このシステムは、ＬＩＤＡＲ装置によって走査可能な情報を符号化するように構成されている。ＬＩＤＡＲ装置は、符号化された情報に基づいて、１つまたは複数の反射体を識別し、位置データを決定するために、視野を走査するように構成されている。
【０００４】
別の実施形態によれば、調整可能な視野を有するＬＩＤＡＲ装置を含むレーザー位置付けシステムが提供されている。ＬＩＤＡＲ装置はハブに取り付けられ、このハブに接近する航空機の位置情報を決定するために使用される。受信機の反射体はＬＩＤＡＲ装置によって検出される。送信機の反射体はＬＩＤＡＲ装置によって検出される。相対位置データを提供するために、受信機および送信機の反射体は相違する。
【０００５】
別の実施形態によれば、レーザー位置付けのための方法が提供されている。この方法は、ＬＩＤＡＲ装置を用いて視野を走査するステップと、航空機に取り付けられた１つまたは複数の反射体からの符号化された情報に基づいて、視野内の航空機の位置データを決定するステップと、を含む。
【０００６】
本明細書で説明する形態および機能を、さまざまな実施形態で独立して達成することができ、またはさらに他の実施形態において組み合わせることができる。さらなる詳細は、以下の説明および図面を参照すると明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係るレーザー位置付けシステムのブロック図である。
【図２】実施形態に係るブーム／レセプタクル式の空中給油を示す図である。
【図３】図１のレーザー位置付けシステムを実装することができる航空機の一部を示す図である。
【図４】実施形態に係るブーム／レセプタクル式の空中給油を示す別の図である。
【図５】実施形態に従って配置されたレーザー位置付けシステム用の反射体を示す図である。
【図６】実施形態に従って配置されたレーザー位置付けシステム用の反射体を示す図である。
【図７】実施形態に係るプローブ／ドローグ式の空中給油を示す図である。
【図８】実施形態に係る反射体を有するドローグを示す図である。
【図９】実施形態に係る航空機の着陸のためのレーザー位置付けシステムを示す図である。
【図１０】実施形態に係る航空機の着陸のためのレーザー位置付けシステムを示す図である。
【図１１】実施形態に係る航空機の着陸のためのレーザー位置付けシステムを示す図である。
【図１２】実施形態に従った方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面と併せて読むと、特定の実施形態の以下の詳細な説明がより良く理解されよう。さまざまな実施形態は、図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。図面がさまざまな実施形態の機能ブロックの図式を表している場合に、この機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の区分を示すものではない。したがって、例えば、機能ブロック（例えば、プロセッサ、コントローラー、またはメモリ）のうちの１つまたは複数を、単一のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサまたはランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）またはハードウェアの複数の部分で実現することができる。同様に、任意のプログラムがスタンドアアローンのプログラムであってもよいし、オペレーティングシステム内のサブルーチンとして組み込まれてもよいし、インストールされたソフトウェアパッケージ内の機能等であってもよい。さまざまな実施形態は、図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。
【０００９】
本明細書で使用される用語「ａ」または「ａｎ」の後に続く単数形の要素またはステップは、除外が明示的に述べられない限り、この要素またはステップの複数を排除しないと理解されるべきである。さらに、「一実施形態」への言及は、記載した特徴を同様に組み入れた付加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。また、反対に明記しない限り、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素を「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有していないような追加の要素を含むことができる。
【００１０】
本明細書で使用される用語「システム」、「ユニット」、または「モジュール」は、１つまたは複数の機能を実行するように動作するハードウェアおよび／またはソフトウェアシステムを含むことができる。例えば、モジュール、ユニット、またはシステムは、コンピューターメモリなどの有形の非一時的なコンピューター可読記憶媒体に格納された命令に基づいて動作を実行するコンピューターのプロセッサ、コントローラー、または他の論理ベースの装置を含むことができる。また、モジュール、ユニット、またはシステムは、装置のハードワイヤード論理に基づいて操作を実行するハードワイヤード装置を含むことができる。添付の図面に示すモジュール、システム、またはユニットは、ソフトウェアまたはハードワイヤードの指示に基づいて動作するハードウェア、操作を実行するためにハードウェアを指示するソフトウェア、またはこれらの組み合わせを表すことができる。
【００１１】
ターゲットまたは目的地の、移動することもできるハブに対する航空機などの移動可能な物体の位置を決定するための位置付け方法およびシステムが、本明細書に記載されている。この位置付け方法およびシステムを、無人航空機（ＵＡＶ）のような航空機の空中給油などのさまざまな用途または環境で使用することができる。ただし、本明細書に記載される方法およびシステムは、非給油用途のみならず異なる有人航空機のような異なる航空機に実装され得ることが理解されるべきである。例えば、１つまたは複数の位置付け方法およびシステムを、船舶や他の移動着陸場所に着陸する航空機または陸上着陸に関連して実装することができる。
【００１２】
さまざまな実施形態において、レーザー位置付けシステム（ＬＰＳ）はハブ（例えば、空中給油機や揚陸艦等）に設けられ、そして、物体のターゲットまたは目的地を画定するハブ間の相対位置を決定するために使用される。例えば、ブーム／レセプタクル式またはプローブ／ドローグ式の空中給油（ＡＲ）を容易にするために、ＬＰＳは、空中給油機（例えば、給油のために燃料を運ぶ航空機）に対する高品質な位置情報を受信機に提供する。例えば、いくつかの実施形態には、空中給油機のようなハブに取り付けられた光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）装置などのレーザー検出装置が含まれ、給油される航空機などの物体に取り付けられた１つまたは複数の再帰反射体を伴う。例えば、１つまたは複数の符号化された再帰反射体は、実行されるＡＲのタイプに応じてブーム、プローブ、レセプタクル、またはドローグに取り付けられることができる。一実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置は、１つまたは複数の符号化された再帰反射体を識別するために空中給油機の後ろの領域を走査するように後方に面する空中給油機に取り付けられている。例えば、ブームまたはドローグに取り付けられた複数の符号化された再帰反射体は、走査中に検出されることができ、ＬＩＤＡＲ装置は、ＬＰＳ位置情報が、ＲＮＰの正確性、完全性、継続性、および可用性の要件を満たしていることを確認するために、走査特性（例えば、再帰反射体間で測定された距離）を使用する。
【００１３】
さまざまな実施形態において、ＬＰＳは、再帰反射体によって決定される受信機の位置情報、およびＲＮＰ要件を満たす完全性を監視するための再帰反射体間の距離を提供する。ブーム／レセプタクル式のＡＲの場合、ＬＰＳは空中給油機に対する受信機の位置情報を提供する。プローブ／ドローグ式のＡＲの場合、ＬＰＳは、受信機とドローグとの相対位置情報を提供する。例えば、さまざまな実施形態における符号化された再帰反射体の使用により、ＬＩＤＡＲが、曖昧さを持たない所望の位置を測定していることが確実となる。したがって、ＲＮＰ要件を満たすまたは超える位置情報をカメラアレイの使用なしで提供することができ、カメラアレイの使用は、航空機および／または信頼できない高価なレーダーや高速データリンクに実装することが非現実的であり得る。したがって、ＬＩＤＡＲ装置は、ＡＲ環境の高度で使用するようなさまざまな用途での位置情報を提供する。例えば、さまざまな実施形態が、無人空母発進監視攻撃機（ＵＣＬＡＳＳ）に給油するために使用され得る。
【００１４】
さまざまな実施形態において、ＬＰＳは、揚陸艦（例えば、ハブ）に設けられており、揚陸艦と揚陸艦に着陸を実行する航空機との間の相対位置を決定するために使用される。例えば、ＬＰＳは、船舶の甲板への着陸を容易にするために、揚陸艦に対する高品質の位置情報を航空機に提供する。例えば、いくつかの実施形態は、航空機および／または船舶の他の部分に取り付けられた１つまたは複数の再帰反射体を伴って、船舶の一部に取り付けられたＬＩＤＡＲ装置のようなレーザー検出装置を含む。例えば、１つまたは複数の符号化された再帰反射体は、着陸装置、航空機の胴体、翼、尾部、または他の部分に取り付けられることができる。一実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置は、接近する航空機上の１つまたは複数の符号化された再帰反射体を識別するために船舶の後ろの領域を走査するように後方に面して船舶に取り付けられている。
【００１５】
さまざまな実施形態が、再帰反射体に関連して記載されているが、別の装置または受信機が使用されてもよいことに留意すべきである。例えば、単純な反射体、レーザー走査検出器、またはバーコードの異なるタイプを使用することができる。さまざまな実施形態では、レーザー走査検出のための情報を符号化することができる任意のタイプの装置を使用することができる。さらに、異なるタイプの情報を、位置情報に追加でまたはその代わりに、符号化することができる。例えば、航空機の登録番号のような航空機の識別情報を、符号化することができる。
【００１６】
次に図１を参照すると、空中給油のために使用することができるＬＰＳ２０が示されている。ＬＰＳ２０は、一般に、接近物体のターゲットや目的地を画定するハブ２４に取り付けられるＬＩＤＡＲ装置２２として図示されている位置決定装置を含む。ＬＩＤＡＲ装置２２は、航空機のような物体３０に取り付けられた１つまたは複数の反射体２８を走査するために使用される。図示の実施形態では、ハブ２４は給油する航空機として図示され、以下のさまざまな実施形態で空中給油機２４、または単なる給油機２４として見なされ得る。給油機２４の異なる領域に位置付けまたは配置されるように、ＬＩＤＡＲ装置２２は給油機２４の異なる部分に取り付けられることができ、その領域は、例えば、実行されるＡＲのタイプに基づくことができる。例えば、ＬＩＤＡＲ装置２２は、給油機２４の翼または給油機２４の後部に取り付けられてもよい。代替の実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置２２を、航空機３０に取り付けることが可能であり、給油機２４上の反射体を走査するために使用することができる。このような実施形態では、給油機２４の変更が、給油機２４に反射体２８を適用するためにのみ必要があるものとして、最小限とすることができる（例えば、ＬＩＤＡＲ装置２２をレトロフィット（ｒｅｔｒｏ−ｆｉｔ）または他の方法で給油機２４内に設計する必要がない）。このような実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置２２が、着陸区域または別の物体用の給油機２４のために、航空機３０の前方を調べてもよい。
【００１７】
画定された視野（ＦＯＶ）２６を走査するように、ＬＩＤＡＲ装置２２を向けることができ、その視野は、さまざまな実施形態において給油機２４の後方に配置されている。視野２６は、例えば、給油機２４の後方からの、所定の角度走査範囲および距離範囲とすることができる。視野２６のパラメータは、航空機または給油機２４の一部または部品と係合し得る給油部品（例えば、レセプタクルまたはプローブ）の１つまたは複数の異なるタイプの検出を可能にするように画定され得る。例えば、図示の実施形態では、視野２６は、物体３０に取り付けられた１つまたは複数の反射体２８を走査するように画定されている。物体３０が接近し、ハブ２４とランデブーしようとする際に、ハブ２４は、物体３０のターゲットまたは目的地を画定する。例示的な実施形態では、ハブ２４自体が移動しており、物体３０は、この移動するハブ２４とランデブーしようとしている。接近物体３０は、航空機３０として図示され、以下に航空機３０として見なされ得る。図示の実施形態では、航空機３０は、ＡＲ中に給油機２４によって給油される受信機を含む。さまざまな実施形態において、受信機のプローブは給油機の拡張ドローグと係合するが、他の実施形態では、給油機の伸縮式ブームが、受信機のレセプタクルと係合することに留意すべきである。
【００１８】
一実施形態では、航空機３０は、ブーム／レセプタクル式またはプローブ／ドローグ式のＡＲを実行するかどうかに応じて、航空機３０のレセプタクルまたはプローブに取り付けられた１つまたは複数の反射体２８を有するＵＡＶである。なお、さまざまな実施形態において、受信機の反射体または再帰反射体が、一般に、航空機３０のような、受信機に取り付けられた反射体または再帰反射体を指し、送信機の反射体または再帰反射体が、給油機２４また給油を提供するシステムの一部（例えば、ブームまたはドローグ）に取り付けられた反射体または再帰反射体を指すことに留意すべきである。１つまたは複数の反射体２８は、ＡＲ動作で使用することができる給油機２４に対する航空機３０の位置決定に使用するための情報を符号化する再帰反射体のような、任意の反射体であってもよい。符号化された情報（例えば、異なる高さや隆起表面等での、異なる横方向の位置、異なる仰角位置に任意に配置される、反射体２８のパターンまたは配列）を提供するために所望または必要とされるように、１つまたは複数の反射体２８の配置および／または構成を変えることができる。いくつかの実施形態では、位置情報（または本明細書に記載のような他の情報）を符号化することができ、（例えば、反射体２８が取り付けられている表面に沿った反射体２８の横方向の間隔または位置付けに基づく）１つまたは複数の反射体２８からの反射のみの情報や、（例えば、反射体２８が取り付けられている表面から測定した、異なる高さに配置されているさまざまな反射体２８に基づく）１つまたは複数の反射体２８からの仰角のみの情報や、１つまたは複数の反射体２８からの反射情報および仰角情報を利用して、決定することができる。さまざまな実施形態では、例えば、１つまたは複数の反射体２８が、ＬＩＤＡＲ装置２２のレーザーの波長に同調する再帰反射体であるか、またはＬＩＤＡＲ装置２２によって別の方法で明らかな再帰反射体である。必要に応じて、互いに対して多様な位置に配置された複数の反射体２８を使用することによって、位置情報を符号化することができる。ＬＩＤＡＲ装置２２は、複数の反射体２８間の距離を決定することにより符号化された情報を検出する。
【００１９】
したがって、ＬＩＤＡＲ装置２２で走査することによって１つまたは複数の反射体２８からの符号化された情報を決定し、ＡＲ動作中の航空機３０の一部と給油機２４の一部との位置合わせを容易にするために使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、ＬＩＤＡＲ装置２２は、視野２６内の任意の反射体２８を識別するために方位角および仰角の方向の走査を行うように構成されている。例えば、いくつかの実施形態において、航空機３０の一部（例えば、レセプタクルまたはプローブ）を識別するために、および／または、給油機２４の一部（例えば、ブームまたはドローグ）を識別するために、ＬＩＤＡＲ装置２２が３次元（３Ｄ）ＬＩＤＡＲ走査を行う。
【００２０】
さまざまな実施形態において、ＬＰＳ２０は、ブーム／レセプタクル式の自動空中給油（ＡＡＲ）を可能にするレーザー位置付けを行う。いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置２２は、ＣＯＴＳとしてまたはＣＯＴＳアイテムの近くで利用可能な３次元ＬＩＤＡＲ装置であってもよい。ＬＩＤＡＲ装置２２は、例えば、特定のＡＡＲ用途に基づく、調節可能なパラメータを有することができる。例えば、交差範囲（光学解像度）、視野２６、およびＬＩＤＡＲ装置２２のフレームレートが、相互に関連して、調整され得る。調整可能なパラメータを、反射体２８のＬＩＤＡＲ装置２２への近接性に基づいて調整することができる。例えば、より広い視野２６は、同じ解像度のためにより多くのスポットを必要とするため、走査時間が増加し、そして、反射体２８がＬＩＤＡＲ装置２２から遠くにある場合に使用され得る。狭くなった視野２６は、例えば、反射体２８がＬＩＤＡＲ装置２２に近い場合に、フレームレートの増加を可能にする。いくつかの実施形態では、
０．１ｍｒａｄの光学解像度（１ｋｍで１０ｃｍ）、
１ｃｍ範囲の解像度（最大３ｋｍまでの範囲）、および／または、
５０ｆｔで１ｃｍ未満のｘ，ｙ，ｚ精度
のパラメータが提供され得る。
【００２１】
ＬＩＤＡＲ動作用パルスレートが、（範囲に影響する）ピーク電力、および利用可能なレーザー総平均電力に関連していることが理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態において、パルスレートは、約１ナノ秒（ｎｓｅｃ）のパルス幅で２０〜２００ＫＨｚの範囲で変化することができる。ＬＩＤＡＲ装置２２は、例えば、地面や他の車両から検出することが難しい１５４０ｎｍの目に安全な周波数のような、異なる周波数で動作してもよいことに留意すべきである。
【００２２】
また、ＬＩＤＡＲ装置２２は、例えば視野２６内で、走査動作の異なるタイプを実行するように構成され得る。例えば、さまざまな実施形態において、１つまたは複数のラスタ―走査パターンまたはローゼット走査パターンなどが使用され得る。この走査動作を利用して、ＬＩＤＡＲ装置２２は本質的に角度および範囲を測定し、強度情報を返すことができる。ＬＩＤＡＲ装置２２は、例えば、検流計およびミラーを使用して、走査するように構成された走査ＬＩＤＡＲであってもよい。視野（ＦＯＶ）、フレームレート、および／または解像度を動的に調整することができる。ＬＩＤＡＲ装置２２は、電子的に走査するように構成されたフラッシュＬＩＤＡＲであってもよい。受信機が転移地点に近づくにつれて、より広い領域を包含するように、必要に応じて、ＬＩＤＡＲ視野２６を調整することができる。受信機が配置されると、ＬＩＤＡＲ視野２６を、再帰反射体２８がスキャン速度を増加させるために配置されている領域に限定することができる。（つまり、再帰反射体２８が配置された後、および／または受信機のＩＤが確認された後に、ＬＩＤＡＲ装置２２は検索を強化することができるため（例えば、使用される検索領域データを制限する）、受信機の最新の既知の位置（および完全性を監視するための再帰反射体２８）を利用することにより順次走査で受信機を配置し、ｙ，ｚ走査領域の残りの部分を無視する。）
【００２３】
例えば、図２は、ブーム／レセプタクル式のＡＲ動作の一実施形態を示している。この実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置２２は、給油機２４の後方に延伸しているブーム３４の上方にある給油機２４の尾部３２に取り付けられている。ブーム３４は、異なる構成で提供され、給油機２４に対する異なるタイプの移動、および航空機３０のレセプタクルとの係合を可能にすることは、理解されるべきである。図２から明らかなように、ＬＩＤＡＲ装置２２は、視野２６として示されている給油機２４の背後と下の領域を走査することができる。この実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置２２による視野２６内の走査が、接触地点、後進地点、および転移地点を包含する。動作時には、（例えば、図１に示す反射体２８から形成される）受信機が給油機２４に近づくにつれて、ＬＩＤＡＲ装置２２の精度が増加し、これにより、いくつかの実施形態では、受信機が給油される際に、１センチメートル以下の精度での接触を提供する。
【００２４】
ＬＩＤＡＲ装置２２は、給油機２４の異なる部分に取り付けられてもよいことに留意すべきである。例えば、給油機２４がＫＣ−１３５航空機として図示されている図３に示すように、ＬＩＤＡＲ装置２２は、尾部でブームの左側または右側（ＡおよびＢとして示されている）に取り付けられた後方に面する装置であってもよい。例えば、ＬＩＤＡＲ装置２２は、反転し後方に面する制御ケーブル３４のどちら側に配置されてもよい。一実施形態において、本明細書に記載のＬＩＤＡＲ走査動作を実行するために、サイドヒンジドアや電気機械アクチュエータでＥＭＡ作動するドアなどのドア３６を、給油機２４の胴体に設けて開くことができるため、ＬＩＤＡＲ装置２２を取り付けできる。
【００２５】
図２のＬＩＤＡＲ装置２２の配置を示す図４から明らかなように、本実施形態では、再帰反射体である１つまたは複数の反射体２８が、給油機２４の一部と航空機３０の一部に取り付けられている。本実施形態では、給油機の反射体２８が、給油機２４のブーム３４の固定部に取り付けられ、受信機の反射体２８が、航空機３０のレセプタクル３６の周囲に取り付けられている。ブーム３４上の給油機の再帰反射体２８は、ブーム３４の固定部の所定の位置にあり、受信機の再帰反射体２８は、受信機の所定の位置にある。ＬＰＳは、ブーム３４上の給油機の再帰反射体２８と受信機の再帰反射体２８の各パス間の距離を測定することができ、ＲＮＰ要件を満たす走査であることを確実する。給油機に対する受信機の再帰反射体２８の位置は、給油機の受信機のデータリンクを介して受信機に提供され、航空機３０の飛行制御コンピューターは、この情報を使用して給油機２４の接触位置に飛行し、受信機のレセプタクル３６にブーム３４の延伸可能な部分をインサートする給油機のブームオペレータのために、その位置を維持する。例えば、給油機２４の速度、オイラー角、加速度などが、データリンクを介して送信され得る。ＬＰＳは、相対距離、仰角、方位角などを、データリンクを介して送信することができる。必要に応じて、１つまたは複数の再帰反射体２８を、レセプタクル３６とブーム３４との間の相対位置を決定するために、ブーム３４の延伸可能な部分上に配置することができる。
【００２６】
一実施形態では、ブーム３４上の再帰反射体として提供される反射体２８と本実施形態では航空機３０である受信機が、受信機の検出範囲を増加させる強い信号を返す。さまざまな実施形態において、ＬＩＤＡＲ装置２２は、反射体のｘ，ｙ，ｚ位置を検索し、返すようにのみ構成され、画像を生成しない。ただし、他の実施形態では、例えば、航空機３０のタイプを識別するような追加情報を提供するために、画像を生成することができ、または、航空機３０を離れて制御している給油機の航空ビークルオペレータ（ＡＶＯ）に画像が表示される。
【００２７】
反射体２８の異なる配置が提供され得る。例えば、図５は、再帰反射体４２の１次元（１Ｄ）配列４０を示し、図６は、再帰反射体５２の２次元（２Ｄ）配列５０を示している。動作中、再帰反射体４２および５２は、増加した信号／ノイズを提供し、データを符号化することを可能にする。具体的には、増加した信号／ノイズに関して、再帰反射体４２および５２は、受信機がより長い距離で検出されることを可能にする。さらに、情報の符号化に関しては、符号化データを提供するために再帰反射体４２および５２を配置または位置合わせさせることができるため、再帰反射体４２および５２のそれぞれの明確な識別を可能にし、完全性を監視するためにブーム３４の再帰反射体間の距離を計算するＬＩＤＡＲ装置２２（図１に示す）を可能にする。
【００２８】
いくつかの実施形態において、１次元配列４０を、例えば、ブーム３４の固定部の上側に取り付けることができ、２次元配列５０を、例えば、空中給油ドアの下側に取り付けることができる。２次元配列５０は正方形の構成で示されているが、別の２次元パターンが、例えば、長方形、三角形、または台形などの他の形状で、提供されてもよいことに留意すべきである。
【００２９】
任意の数の再帰反射体４２を、配列で設置することができる（例えば、１次元配列４０は、６つの再帰反射体４２ａ〜４２ｆを含む）。再帰反射体４２は、情報の符号化を提供するために、異なる色（例えば、明暗、白黒）などの異なる特性を有し得る。例えば、配列内の異なる色の再帰反射体の位置付けにより、情報を符号化するための異なるパターンが生成され得る。１次元配列４０の一実施形態では、再帰反射体４２ａと４２ｆの端部すなわち縁が常に存在する。図示の実施形態では、他の等間隔の再帰反射体４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅがビット（符号化データのビット）を表す。具体的には、再帰反射体４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅのうちのいずれか１つが存在する場合（例えば、表面に取り付けられるかまたは光の色を有する）、これは、「１」ビットまたは「オン」に対応し、再帰反射体４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅのいずれも存在しない場合（例えば、表面が露出したり、暗い色を有するような表面に取り付けられたりしていない）、これは、「０」ビットまたは「オフ」に対応する。したがって、例えば、給油機２４（例えば、ブーム３４）または航空機３０（例えば、レセプタクル３６）の特定の部分に対応するように再帰反射体４２を正確に特定するために、異なる配置またはパターンで再帰反射体４２を連結させることにより、異なる符号化された情報を伝達することができる。再帰反射体５２を、符号化された情報を同様に提供するパターンで配置することができる。１つまたは複数の再帰反射体４２が、パリティビット情報を提供するように構成され得ることに留意すべきである。
【００３０】
さまざまな実施形態において、再帰反射体４２または５２は、再帰反射体４２または５２が取り付けられた表面に対して隆起した構成で取り付けられている。例えば、再帰反射体４２または５２は、厚さを有することができるか、または再帰反射体４２または５２が取り付けられた表面の上で所定の距離で再帰反射体４２または５２を位置付けする基部構造に取り付けられてもよい。したがって、反射情報と仰角情報との両方を、再帰反射体４２および５２に対するＬＩＤＡＲ装置２２によって得ることができる。位置付けおよび仰角情報（例えば、１つまたは複数の異なる高さに再帰反射体４２または５２を取り付けるか、１つまたは複数の異なる厚さを有する再帰反射体４２または５２を有する）の異なる組み合わせを使用することにより、ＬＩＤＡＲ装置２２による判定を符号化することができる。例えば、再帰反射体４２または５２は、バイナリビットでの符号化情報を画成するために配置されてもよい。
【００３１】
例示的な実施形態では、航空機３０が、給油機２４に対して保持される配置での接触位置になると、レセプタクル３６内にブーム３４の延伸可能な部分を導くために、例えば、ブームオペレータまたは自動化システムによりＬＩＤＡＲ装置２２を使用することができる。例えば、ＬＰＳは、（例えば、予めプログラムされた）ブーム３４の形状に関する情報、ブーム３４の角度、およびブーム３４に取り付けられた再帰反射体４２または５２の識別（例えば、再帰反射体４２または５２のパターンから符号化された情報に基づく）で構成されてもよい。ブーム３４の延伸可能部と非延伸可能部の両方に再帰反射体４２または５２を有する一実施形態では、例えば、ブーム３４の再帰反射体４２または５２の測定位置（ｘ，ｙ，ｚ）と再帰反射体４２または５２間の距離を比較することによって、ＬＩＤＡＲ装置２２は、即時に完全性と精度の推定値を生成することができ、そして、給油機２４のＡＡＲシステムおよび／またはブームオペレータにこの情報を提供することができる。したがって、さまざまな実施形態において、ブーム３４上の再帰反射体４２または５２は、高い信頼度での完全性の監視を提供する。いくつかの実施形態において、ブーム３４に取り付けられた再帰反射体４２または５２は同一である（例えば、同じ符号化データを使用する）ことに留意すべきである。
【００３２】
例示的な実施形態では、ＬＰＳ２０は、ＬＩＤＡＲ装置２２により走査可能な情報を符号化するために、給油機２４と航空機３０とに取り付けられた１つまたは複数の再帰反射体４２，５２を使用する。ＬＩＤＡＲ装置２２は、再帰反射体４２，５２を識別し、符号化情報に基づいて位置データを決定するために、視野２６を走査する。必要に応じて、再帰反射体４２および／または再帰反射体５２を、各反射体位置で多様な高さまたは複数の高さに設けることができ、この高さはデータを符号化するために使用され得るビットまたは値を表す。例えば、各反射体位置の３つの異なる値を表すために３つの異なる高さを使用するような、複数の高さを使用することにより、２つ以上の値（０または１）のビットを可能にする。
【００３３】
例示的な実施形態では、いくつかの再帰反射体４２または５２（例えば、２つの再帰反射体４２または５２）が、「既知」の位置にある受信機に配置される。受信機上の２つの再帰反射体４２または５２は、ドローグやブームだけでなく、受信機を用いて完全性を監視することを可能にする。
【００３４】
例示的な実施形態では、給油機／受信機のＬＰＩ／ＬＰＤデータリンクが、給油機２４のオペレータ、航空ビークルオペレータ（ＡＶＯ）、ブームオペレータのような給油機の乗組員などに、位置情報を通信するために使用される。受信機は、レーザー位置付けシステムのｘ，ｙ，ｚデータ、給油機の速度および加速度、ならびに安全に操縦するための給油機のオイラー角および給油機２４の背後に保持される配置を利用する。
【００３５】
さまざまな実施形態において、ＬＩＤＡＲ装置２２を使用することにより、再帰反射体４２および５２による正確な位置検出を提供することができる。受信機が給油機２４に近づくにつれて、ＬＩＤＡＲ位置精度が向上し、再帰反射体４２または５２間の距離を測定し確認する各走査により、ＬＩＤＡＲ位置検出の完全性が確認される。したがって、受信機が給油機２４に近づくにつれて、受信機の再帰反射体の信号／ノイズが改善される。さまざまな実施形態において、完全性の監視のために、ＬＩＤＡＲ装置２２は、ブーム３４の再帰反射体４２または５２に続く受信機の再帰反射体４２または５２を走査することができ、ブーム３４の再帰反射体４２または５２間の距離が、許容値（例えば、所定の許容値）を超えた場合、受信機の再帰反射体４２または５２からのデータは無効として通知され、ＬＩＤＡＲ装置２２は、次の走査（例えば、２０Ｈｚの走査）を実行する。また、さまざまの実施形態において、例えば３回の無効走査のような、所定の回数の無効走査後に、ＬＰＳ２０は失敗を宣言される。
【００３６】
代替実施形態では、ＡＲ動作が、前方を調べている航空機３０に取り付けられたＬＩＤＡＲ装置２２を用いて達成され得る。給油機２４に対して航空機３０の相対位置を決定するために、反射体２８を、給油機２４に設けることができる。例えば、反射体２８は、給油機２４の本体の例えばブーム３４付近、ブーム３４自体、給油機２４の翼などに、設けられてもよい。必要に応じて、反射体２８を、航空機３０の例えばレセプタクル３６付近に設けることができ、ブーム３４をレセプタクル３６へ操舵する際に、ブームオペレータによって使用され得る。翼に反射体２８を設置することにより、航空機３０は、給油機２４のロール角、バンク角、速度などを一致させることが可能であり、接触位置および給油機２４の背後に保持される配置を維持する。必要に応じて、離脱動作を実行する給油機２４の離脱光を観測するために、航空機３０はカメラを含んでもよい。必要に応じて、航空機３０は、離脱動作に関連する情報や、ＬＩＤＡＲ装置２２によって決定された位置情報に関連する情報のような、通信情報または他の情報に、給油機２４とのデータリンクを確立することができる。
【００３７】
図７および図８は、プローブ／ドローグ式のＡＲ用途に使用されている、ＬＰＳ２０の例示的な実施形態を示している。ＬＩＤＡＲ装置２２は、例えば、（例えば、給油機２４の片方または両方の翼に配置され得る）ホース取り付け地点の上で、給油機２４内に適切に取り付けられ、そして、接触位置、後進位置、ＡＲ待ち位置、ならびに変更された観測およびポストタンキング位置を包含する、給油機２４の背後の領域を走査することが可能である。図に示すように、ホース１３０が、航空機３０のプローブ１３４と係合するために、給油機２４からたなびいている。ＬＩＤＡＲ装置２２は、給油機２４の異なる部分に取り付けられてもよいことに留意すべきである。例えば、ＬＩＤＡＲ装置２２を、翼の異なる部分に後方に面して取り付けることができる。
【００３８】
ＬＩＤＡＲ装置２２は、視野１３６として示されている、給油機２４の背後および下の領域を走査する。したがって、本実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置２２による視野１３６内の走査が、接触位置、後進位置、ＡＲ待ち位置、ならびに変更された観測およびポストタンキング位置を包含する。動作中、（例えば、図１に示す反射体２８から形成される）受信機が給油機２４に接近するにつれて、ＬＩＤＡＲ装置２２の精度が一般に増加し、いくつかの実施形態では、１センチメートル以下の精度での接触を提供する。なお、このプローブドローグ式のＡＲ用途では、観測およびポストタンキング位置は、受信機、すなわち航空機３０を走査し「見る」ために、ＬＩＤＡＲ装置２２のための給油機２４の背後に移動されることに留意すべきである。
【００３９】
図７および図８から明らかなように、本実施形態では再帰反射体である、１つまたは複数の反射体２８が、ドローグ１４０及びプローブ１４２の一部に取り付けられている。例えば、本実施形態では、１つまたは複数の反射体２８は、ドローグ１４０の基部及びプローブ１４２の下部に取り付けられている。なお、３つの反射体２８（反射体２８の配列であってもよい）が、等間隔配置（１２０度の間隔）でドローグ１４０に取り付けられて示されているが、異なる相対的な間隔を有する異なる数の反射体２８を設けることが可能であることに留意すべきである。図示の実施形態では、反射体２８の間隔は、常にＬＩＤＡＲ装置２２に表示されるように反射体２８の少なくとも２つ分を設けている。なお、任意の連結手段が、例えば、ドローグ１４０、プローブ１４２、または他の部分（例えば、航空機３０の尾部）に反射体２８を取り付けるために使用され得ることに留意すべきである。さらに、本明細書でより詳細に説明するように、反射体２８は、検出を容易にし、必要なＲＮＰを提供するために、配置または配列されて取り付けられている。
【００４０】
一実施形態では、再帰反射体として提供される反射体２８が、受信機の検出範囲を増加させるために、位置信号または位置データを返す。さまざまな実施形態では、ブーム／レセプタクル式のＡＲ用途と同様に、ＬＩＤＡＲ装置２２は、反射体のｘ，ｙ，ｚ位置を検索し、返すようにのみ構成され、画像を生成しない。ただし、他の実施形態では、例えば、給油される航空機３０のタイプを識別するための追加情報を提供するために、画像が生成されてもよい。また、図５および図６に示すようなブーム／レセプタクル式のＡＲ用途に関連して説明したように、反射体２８の異なる配置が提供されてもよい。例えば、図５は、再帰反射体４２の１次元（１Ｄ）配列４０を示し、図６は、再帰反射体５２の２次元（２Ｄ）配列５０を示している。動作中、再帰反射体４２および５２は、増加した信号／ノイズを提供し、データを符号化することを可能にする。具体的には、増加した信号／ノイズに関して、再帰反射体４２および５２は、受信機がより長い距離で検出されることを可能にする。さらに、情報の符号化に関しては、符号化データを提供するために再帰反射体４２および５２を配置または位置合わせさせることができるため、再帰反射体４２および５２のそれぞれの明確な識別を可能にし、（図１に示す）ＬＩＤＡＲ装置２２がドローグ１４０と完全性の監視のための符号化されたその再帰反射体との間の距離を計算することを可能にする。
【００４１】
例示的な実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置２２は、ドローグ１４０の幾何学形状や、ドローグ１４０に取り付けられた再帰反射体４２または５２のような反射体２８の識別に関する情報（例えば、再帰反射体４２または５２のパターンから符号化された情報に基づく）を有して、（例えば、予めプログラムされて）構成されている。一実施形態では、ドローグ１４０およびプローブ１４２の再帰反射体４２または５２の測定位置（ｘ，ｙ，ｚ）を比較し、再帰反射体４２または５２間の距離を計算することによって、ＬＩＤＡＲ装置２２は、即時に完全性と精度の推定値を生成することができ、そして、給油機２４のＡＡＲシステムおよび／または航空機３０に情報を提供することができる。この情報を次に、給油機２４または航空ビークルオペレータ（ＡＶＯ）の乗組員に提供することができる。したがって、さまざまな実施形態において、ドローグ１４０上の再帰反射体４２または５２は、高い信頼度での完全性の監視を提供する。例えば、再帰反射体４２および５２の既知のまたは予想されるパターンが、例えば、ドローグ１４０およびプローブ１４２を正確に識別するために配置され得る。いくつかの実施形態では、ドローグ１４０に取り付けられた再帰反射体４２または５２は、固有である（例えば、異なる符号化データを使用する）ことに留意すべきである。
【００４２】
さまざまな実施形態において、給油機／受信機の低確率のインターセプト／低確率の検出のＬＰＩ／ＬＰＤデータリンクが、給油機２４から受信機、受信機から給油機２４、またはＡＶＯから給油機２４へ、離脱コマンドを通信するために使用され、さらに、給油機の乗組員とＡＶＯとの間の通信を容易にする。受信機は、例えば１Ｈｚで、ａ）データリンク方向検索、ｂ）データリンク無線測距、およびｃ）給油機状態のデータ（すなわち、給油機の高度、方位、オイラー角、および対気速度）を使用するような、データリンクの使用によって給油機２４とランデブーすることができる。
【００４３】
また、ＬＩＤＡＲ視野２６を、ランデブー中に広い領域を包含するように調整することができる。例えば、受信機が配置された後、走査速度を増加させるために、受信機とドローグの再帰反射体が配置されている領域にＬＩＤＡＲ視野２６を制限することができる。つまり、再帰反射体４２または５２が配置され、受信機のＩＤが確認された後、ＬＩＤＡＲ装置２２は、受信者の最新の既知の位置（および完全性を監視するためのドローグの再帰反射体）を利用して、順次走査で受信機を配置するための検索を強化し、ｙ，ｚ走査領域の残りの部分を無視することができる。例示的な動作において、プローブ／ドローグ式のＡＲ動作中、受信機が本明細書に記載のＬＰＳ２０によって確認されるＡＲ待ち位置に到達した際に、このランデブーは完了する。給油機２４は、次にドローグ１４０を繰り出し、例えば、給油機／受信機にデータリンクを介して２０Ｈｚで、ドローグ１４０と受信機のｘ，ｙ，ｚ位置データ及び給油機状態データの送信を開始する。受信機は、ＬＰＳのｘ，ｙ，ｚデータ、ならびに安全に操縦するための給油機のオイラー角および給油機２４の背後に保持される配置を利用する。
【００４４】
ＬＩＤＡＲ装置２２は、給油機の領空に入った可能性がある他の受信機を探すために、例えば１Ｈｚで、ＦＯＶ全体を走査しながら、例えば２０Ｈｚで、受信機の位置を更新することができる。必要に応じて、ＬＩＤＡＲ装置２２を、給油機２４上の追加のレーザー送信機及び受信機上のレーザー受信機に接触するためのＡＲ待ち位置からのＶＯＩＰデータリンクとして使用することができる。
【００４５】
さまざまな実施形態において、受信機は、プローブ１４２をプローブ１４２の中心に対応する流線と位置合わせさせるように、所定の経路に従う。受信機とドローグ１４０との間の距離が減少を止めると、ＬＩＤＡＲはドローグ１４０が差し込まれたことを知り（係合成功）、受信機は、所定のｘ，ｙ，ｚ位置まで前進して、燃料を受け取るように安定する。ＬＩＤＡＲは、ドローグ１４０がプローブ１４２から脱落したかどうかを決定するために、ドローグ１４０から受信機への所定の距離を連続モニターとして利用することに留意すべきである。
【００４６】
再給油が完了すると、受信機は後進するように後方に移動し、給油機２４が通過する際、受信機は、ＡＲ待ち位置に戻り、その後、給油機２４を離れる。このように、ＬＰＳ２０は、カメラを使用することなく、プローブ／ドローグ式のＡＲを可能にする。さまざまな実施形態への変形および変更が企図される。
【００４７】
図９〜図１１は、空母などの船舶１５０の甲板に航空機３０を着陸させるために使用されるＬＰＳ２０を示している。ただし、ＬＰＳ２０を用いて得られた位置付け情報は、例えば、海以外での用途を含む異なる着陸用途に使用されることができる。ＬＰＳ２０は、ハブ１５０を示す船舶１５０に取り付けられたＬＩＤＡＲ装置２２として示されている位置決定装置を含む。ハブ１５０は、航空機３０として示されている接近物体３０のターゲットまたは目的地を画定する。ＬＩＤＡＲ装置２２を、船舶１５０の異なる部分に取り付けることができる。１つまたは複数の実施形態において、ＬＩＤＡＲ装置２２を、フレネルレンズの光学着陸システム（ＦＬＯＬＳ）１５２に取り付け、船舶１５０の後方を表示するように向けることができる。
【００４８】
ＬＩＤＡＲ装置２２を、画定された視野１５６を走査するように向けることができ、さまざまな実施形態において、このＬＩＤＡＲ装置２２は船舶１５０の後方に配置される。視野１５６を、例えば船舶１５０の後方からの、所定の角度の走査範囲および距離範囲とすることができる。視野１５６のパラメータは、１つまたは複数の異なるタイプの航空機の検出を可能にするように画定され得る。例えば、図示の実施形態では、視野１５６は、航空機３０に取り付けられた、および／または、船舶１５０に配置された、１つまたは複数の反射体２８を走査するよう画定されている。図示の実施形態では、再帰反射体として構成された反射体２８が、ＵＡＶの前脚１５４と船舶１５０の甲板の縁に取り付けられている。物体３０が、ハブ１５０に接近しランデブーしようとする際に、ハブ１５０は、物体３０のターゲットまたは目的地を画定する。例示的な実施形態では、ハブ１５０自体が移動し、物体３０は、この移動するハブ１５０とランデブーしようとしている。
【００４９】
一実施形態では、航空機３０は、着陸装置または航空機３０の下側に取り付けられた１つまたは複数の反射体２８を有する無人航空機（ＵＡＶ）である。さまざまな実施形態において、反射体２８は、航空機３０の他の箇所に設けられてもよいことに留意すべきである。１つまたは複数の反射体２８は、着陸動作時に使用することができる、船舶１５０に対する航空機３０の位置決定に使用するための情報を符号化する再帰反射体のような、任意のタイプの反射体であってもよい。符号化された情報（例えば、隆起表面に任意に配置される、反射体２８のパターンまたは配列）を提供するために、１つまたは複数の反射体２８の配置および／または構成を所望または必要とされるように変えることができる。いくつかの実施形態では、位置情報（または本明細書に記載されているような他の情報）を符号化し、１つまたは複数の反射体２８からの反射のみの情報や、１つまたは複数の反射体２８からの仰角のみの情報や、１つまたは複数の反射体２８からの反射情報および仰角情報を利用して、決定することができる。さまざまな実施形態において、例えば、１つまたは複数の反射体２８は、ＬＩＤＡＲ装置２２のレーザーの波長に同調される再帰反射体である。
【００５０】
したがって、ＬＩＤＡＲ装置２２で走査することにより、着陸動作中に航空機３０の一部と船舶１５０の一部との位置合わせを容易にするために、１つまたは複数の反射体２８からの符号化された情報を決定し使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、ＬＩＤＡＲ装置２２は、視野１５６内の任意の反射体２８を識別するために方位角および仰角方向の走査を行うように構成されている。例えば、いくつかの実施形態において、ＬＩＤＡＲ装置２２は、３次元（３Ｄ）ＬＩＤＡＲ走査を実行して、航空機３０の一部（例えば、着陸装置、尾部のフックなど）を認識し、および／または船舶１５０の一部（例えば、拘束装置、着陸のための中心線など）を認識する。
【００５１】
ＬＰＳ２０を、船舶関連ＧＰＳ完全性モニターのような、他の位置すなわち場所の位置システムと関連して使用することができる。ＬＰＳ２０を、予備の着陸誘導システムとして、または主着陸誘導システムとして使用することができる。１つまたは複数の実施形態を使用して、データリンクを船舶１５０（空母（ＣＶ））と航空機３０との間に確立することができ、両方のシステムからの位置付け情報を、着陸動作を補助するために一緒に使用することができる。必要に応じて、ＬＩＤＡＲ装置２２は、特別のパルス形状および復帰処理を用いて遮蔽物（例えば、ほこり、霧、雪、雨）を「通して見る」ための、遮蔽物透過性ＬＩＤＡＲであってもよい。
【００５２】
動作では、ＬＰＳ２０は、ＵＡＶの前脚の再帰反射体などの反射体２８を探して継続的に走査する。いくつかの実施形態では、ＬＰＳ２０は、気象条件に応じて、船舶１５０から２マイルまたはそれ以上、ＵＡＶ航空機を検出する。走査ごとに、ＬＩＤＡＲ装置２２は、船舶１５０の甲板上にある甲板の再帰反射体を検出し、ＬＰＳの完全性を確認する。ＵＡＶが検出されると、ＵＡＶの再帰反射体が登録番号を走査され、グライドスロープのｘ／ｙ／ｚ位置が決定される。ＵＡＶが、ＬＰＳ２０の視野１５６に留まり、船舶への着陸を実行している間に、登録番号およびｘ／ｙ／ｚ位置は、例えば２０Ｈｚで、ＣＶ／ＵＡＶデータリンクを介して各ＵＡＶに送信される。また、ＵＡＶのＶＭＳは船舶関連のＧＰＳ完全性モニターとしてＬＰＳのｘ／ｙ／ｚを使用することができる。太陽干渉を、レーザーの周波数を中心としたノッチフィルタで緩和することができることに留意すべきである。
【００５３】
いくつかの実施形態では、単純な相違の、船舶関連ＧＰＳ（一般的な衛星に基づいて約２ｍ（９５％））が、船舶１５０の周りを操縦するために使用される。具体的には、ＣＶのアプローチ／グライドスロープ制御のために、以下を実行することができる。
１．ＬＰＳ２０がアクティブになるまで、単純な相違の、船舶関連ＧＰＳを利用する（ＬＰＩ／ＬＰＤの高速データリンクを必要としない）。
２．予備として、単純な相違の、船舶関連ＧＰＳを用いたＬＰＳ２０を利用しながら、ＣＶのアプローチを完了する。
３．ＵＡＶがＬＰＳ２０の視野１５６を離れる際、最新の有効なｘ／ｙ／ｚ位置およびＣＶのオイラー角を使用して、甲板を通過するためのボルター飛行経路を決定する。
４．ＵＡＶがワイヤを捕捉する場合、ＣＶの着陸が完了する。または、
５．ＵＡＶがワイヤを捕捉しない場合、慣性計測ユニットＩＭＵとＣＶのオイラー角を使用してボルター飛行経路を飛行し、ＣＶが通過すると、ＣＶの周りを操縦するために、単純な相違の、船舶関連ＧＰＳに切り替える。
【００５４】
例えば、図１１に示すように、（領域１７０で表される）ＬＩＤＡＲ走査を、中心線で捕捉ワイヤを含むように増大させてもよいし、反射体２８を、捕捉ワイヤおよび／または中心線に関連させてもよいことに留意すべきである。
【００５５】
したがって、ＬＰＳ２０を、ブーム／レセプタクルのＡＲ、プローブ／ドローグ式のＡＲまたは船舶の着陸のような異なる用途で使用することができる。さまざまな実施形態では、レーザー位置付けのための図１２に示すような方法１８０が提供されている。さまざまな実施形態において、方法１８０は、例えば、本明細書で論じられるさまざまな実施形態の構造または実施形態（例えば、システムおよび／または方法）を採用することができる。さまざまな実施形態において、特定のステップを省略または追加してもよく、特定のステップを組み合わせてもよく、特定のステップを同時に実行してもよく、特定のステップを一斉に実行してもよく、特定のステップを複数のステップに分割してもよく、特定のステップを異なる順序で実行してもよく、または特定のステップあるいは一連のステップを、繰り返す方法で再度実行してもよい。
【００５６】
具体的には、方法１８０は、参照符号１８２で、本明細書に記載の再帰反射体のような反射体の１つまたは複数を受信航空機に連結するステップを含む。例えば、反射体を、受信航空機の給油部品に取り付けることができる。本明細書に記載のように、反射体をパターンに配置することができ、また、仰角特性を含むことができる。
【００５７】
方法１８０は、参照符号１８４で、ＬＩＤＡＲ装置を空中給油機または船舶に連結するステップを含む。例えば、ＬＩＤＡＲ装置は空中給油機の給油部品または船舶の乗降口部に取り付けられてもよい。また、１つまたは複数の反射体が空中給油機（例えば、その給油部）または船舶に取り付けられてもよいことに留意すべきである。
【００５８】
方法１８０は、参照符号１８６で、情報を符号化するために反射体を構成するステップを含む。例えば、本明細書に記載のように、反射体の配置または構成（例えば、パターンまたは相対的な間隔）を、ＬＩＤＡＲ走査によって収集された情報を符号化するために使用することができる。方法１８０は、参照符号１８８で、符号化された情報から位置データを決定するステップをさらに含む。例えば、本明細書に記載のように、空中給油機（またはその給油部）または船舶に対する受信航空機の相対位置などの、位置データを決定することができる。
【００５９】
また、方法１８０は、参照符号１９０で、この位置データに基づいてＡＲ動作または着陸を制御するステップを含む。例えば、受信航空機の給油位置または受信航空機の着陸位置を、この位置データに基づいて、遠隔地から制御することができる。
【００６０】
多様な構成要素、形態、および機能を含む、装置や方法の異なる例や態様が本明細書に開示されている。本明細書に開示されている装置や方法のさまざまな例や態様は、本明細書に開示されている装置や方法の任意の組み合わせによる任意の他の例や態様の、構成要素、形態、および機能のいずれかを含むことが可能であり、このすべての可能性は本開示の趣旨および範囲内であると意図されていることを、理解すべきである。
【００６１】
図示した実施形態の構成要素の特定の配置（例えば、数、タイプ、位置など）は、さまざまな代替の実施形態において変更され得ることに留意すべきである。さまざまな実施形態において、異なる数の所与のモジュール、システム、またはユニットを使用してもよく、１つまたは複数の異なるタイプの所与のモジュール、システム、またはユニットを使用してもよく、複数のモジュール、システム、またはユニット（またはその態様）を組み合わせてもよく、所与のモジュール、システム、またはユニットを、複数のモジュール（またはサブモジュール）、システム（またはサブシステム）、またはユニット（またはサブユニット）に分割してもよく、所与のモジュール、システム、またはユニットを追加してもよく、または所与のモジュール、システムあるいはユニットを省略してもよい。
【００６２】
さまざまな実施形態が、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせで実装され得ることに留意すべきである。例えば、モジュール、システム、または内部の部品やコントローラーのような、さまざまな実施形態および／または構成要素が、１つまたは複数のコンピューターまたはプロセッサの一部として実装されてもよい。コンピューターまたはプロセッサは、計算装置、入力装置、表示ユニット、およびインタフェースを含むことができる。コンピューターまたはプロセッサは、マイクロプロセッサを含むことができる。マイクロプロセッサを、通信バスに接続することができる。コンピューターまたはプロセッサは、メモリを含むことができる。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。コンピューターまたはプロセッサは、ソリッドステートドライブ、光学ドライブなどのハードディスクドライブや取り外し可能な記憶装置であり得る、記憶装置を含むことができる。また、記憶装置は、コンピューターまたはプロセッサにコンピュータープログラムまたは他の命令を読み込むための、他の同様の手段であってもよい。
【００６３】
本明細書で使用される用語「コンピューター」、「コントローラー」、「システム」、および「モジュール」はそれぞれ、マイクロコントローラーを使用するシステムを含む任意のプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースのシステム、縮小命令セットコンピューター（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、ＧＰＵ、ＦＰＧＡ、および本明細書に記載の機能を実行することができる任意の他の回路またはプロセッサを含み得る。上記の例は単なる例示であり、したがって、用語「モジュール」、「システム」、または「コンピューター」の定義および／または意味を任意の方法で限定することは意図されていない。
【００６４】
コンピューター、モジュール、システム、またはプロセッサは、入力データを処理するために、１つまたは複数の記憶素子に格納された命令セットを実行する。また、記憶素子は、所望または必要とされるように、データまたは他の情報を格納することができる。記憶素子は、情報源または処理装置内の物理的メモリ要素の形態であってもよい。
【００６５】
命令セットは、本明細書に記載および／または図示のさまざまな実施形態の方法およびプロセスのような特定の動作を実行する処理装置として、コンピューター、モジュール、システム、またはプロセッサに命令するさまざまなコマンドを含むことができる。命令セットはソフトウェアプログラムの形態であってもよい。ソフトウェアは、システムソフトウェアやアプリケーションソフトウェアなどのさまざまな形態であってもよく、有形の非一時的なコンピューター可読媒体として実現され得る。さらに、ソフトウェアは、別個のプログラム、システム、またはモジュールの集合体の形態であってもよく、より大きなプログラム内のプログラムモジュールまたはプログラムモジュールの一部であってもよい。また、ソフトウェアは、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラープログラミングを含んでもよい。処理装置による入力データの処理は、オペレータコマンドに応答し、または前の処理結果に応答し、または別の処理装置による要求に応答することができる。
【００６６】
本明細書で使用される用語「ソフトウェア」および「ファームウェア」は交換可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含むコンピューターによる実行のためのメモリに格納された任意のコンピュータープログラムを含む。上記のメモリのタイプは単に例示的なものであり、したがって、コンピュータープログラムの格納に使用可能なメモリのタイプを限定するものではない。さまざまな実施形態の個々の構成要素は、クラウド型の計算環境によって仮想化されホストされることにより、例えば、コンピューターシステムの位置、構成、および／または特定のハードウェアに関してユーザを必要とせずに、計算能力の動的割り当てが可能となる。
【００６７】
上記の説明は例示を意図するものであって、制限的なものではないことが理解されるべきである。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）を、互いに組み合わせて使用することができる。また、多くの変更を、その範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料をさまざまな実施形態の教示に適合させることができる。寸法、材料のタイプ、さまざまな構成要素の向き、および本明細書に記載のさまざまな構成要素の数と位置が、特定の実施形態のパラメータを画定するように意図されており、限定されない単なる例示的な実施形態である。他の多くの実施形態と特許請求の範囲の趣旨および範囲内の変更は、上記の説明を検討すれば当業者には明らかである。さまざまな実施形態の範囲は、したがって、このような請求項が権利する均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎ  ｗｈｉｃｈ」が、それぞれ「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」および「ｗｈｅｒｅｉｎ」と同等の平易な英語として使用されている。また、以下の特許請求の範囲において、用語「第１」、「第２」、および「第３」などが、単にラベルとして使用され、その対象に数値的要件を課すことを意図するものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の制限は、ミーンズ・プラス・ファンクション形式で書かれておらず、このような特許請求の範囲の制限がさらなる構造の機能ボイドの文に続く「ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ」のフレーズを明確に使用しない限り、米国特許法第１１２条第６項に基づいて解釈されることを意図していない。
【００６８】
本明細書は、さまざまな実施形態を開示するために例を使用しており、また、当業者が、あらゆる装置またはシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含むさまざまな実施形態を実施することを可能にする。さまざまな実施形態の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の例を含むことができる。例が特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または例が特許請求の範囲の文言と実質的でない差を有する等価な構造的要素を含む場合、このような他の例は、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００６９】
２２  ＬＩＤＡＲ装置
２４  給油機、空中給油機、ハブ
２６  視野
２８  反射体、再帰反射体
３０  航空機、物体
３２  尾部
３４  ブーム、制御ケーブル
３６  レセプタクル、ドア
４０  １次元配列
４２  再帰反射体
５０  ２次元配列
５２  再帰反射体
１３０  ホース
１３４  プローブ
１３６  視野
１４０  ドローグ
１４２  プローブ
１５０  ハブ、船舶
１５４  前脚
１５６  視野
１７０  領域
【図１】
2015202860.tif 000003
【図２】
2015202860.tif 000004
【図３】
2015202860.tif 000005
【図４】
2015202860.tif 000006
【図５】
2015202860.tif 000007
【図６】
2015202860.tif 000008
【図７】
2015202860.tif 000009
【図８】
2015202860.tif 000010
【図９】
2015202860.tif 000011
【図１０】
2015202860.tif 000012
【図１１】
2015202860.tif 000013
【図１２】
2015202860.tif 000014
【外国語明細書】
2015202860000001.pdf