(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機において、木々の間を抜けてウィンドウ内に入ってくる視界のように、視線がトンネル効果を有し、ジンバルがまさに使用可能となる前に、航空機の精確な位置決めを可能とする方法を提供する。【解決手段】バンプを実行するためのコマンドを受け取るステップであって、バンプは前記航空機の一方向へのバンプ距離分の移動であり、前記バンプ距離は前記航空機がバンプで移動する予め定められた距離である、ステップ１０１と、バンプを実行するための前記コマンドに基づいて制御信号を生成するステップであって、前記制御信号は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機をバンプ距離だけ移動させる、ステップ１０３と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の精密位置決めのための方法（１００）であって、
バンプを実行するためのコマンドを受け取るステップ（１０１）であって、バンプは前記航空機の一方向へのバンプ距離分の移動であり、前記バンプ距離は前記航空機がバンプで移動する予め定められた距離である、ステップと、
バンプを実行するための前記コマンドに基づいて制御信号を生成するステップ（１０５）であって、前記制御信号は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機をバンプ距離だけ移動させる、ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記バンプ距離は静的である請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項３】
前記バンプは、前記航空機の横方向移動、前記航空機の機首方位移動、又は前記航空機の高度移動のうちの１つである、請求項１に記載の方法（１００）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001]  垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）が固定翼ＵＡＶに対して有している利点の１つは、静止観察する（perch and stare）能力及びホバリング観察する（hover and stare）能力である。こうした態勢から、センサを機械式ジンバル上に取り付け、所望の目標に対する当該センサの方位角と仰角を手動で若しくは自律的に指令する能力をシステム又は操縦者に与えることは、広く行われている。ほとんどの場合、ジンバルに支持されたカメラは、ＶＴＯＬ  ＵＡＶを観察位置に位置決めし、ジンバルを利用して精密な位置決めを行うことを容易にする。しかしながら、木々の間を抜けてウィンドウ内に入ってくる視界のように、視線がトンネル効果を有し、ジンバルがまさに使用可能となる前に航空機の精確な位置決めが必要とされる場合がある。
【発明の概要】
【０００２】
[0002]  一実施態様では、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の精密位置決めのための方法が提供される。当該方法は、バンプを実行するためのコマンドを受け取るステップであって、バンプは前記航空機の一方向へのバンプ距離分の移動であり、前記バンプ距離は前記航空機がバンプで移動する予め定められた距離である、ステップと、バンプを実行するための前記コマンドに基づいて制御信号を生成するステップであって、前記制御信号は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機をバンプ距離だけ移動させる、ステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
[0003]  図面は例示的な実施態様のみを表し、したがって適用範囲において限定的であるものと見做されてはならないということを理解して、その例示的な実施態様が、添付図面の使用を通じてより一層の具体性と詳細さをもって説明される。
【０００４】
【図１】[0004]  図１は、垂直離着陸航空機の精密位置決めのための方法のブロック図である。
【図２】[0005]  図２は、垂直離着陸航空機を精密位置決めするための例示的システムのブロック図である。
【図３】[0006]  図３は、ユーザインタフェース装置としての例示的な慣性操縦桿を示すブロック図である。
【図４】[0007]  図４は、垂直離着陸航空機を精密位置決めするためのシステムと共に使用されるユーザインタフェース上の例示的なディスプレイを示す。
【図５Ａ】[0008]  図５Ａは、位置制御システムループへの例示的な高度バンプコマンド入力を示す。
【図５Ｂ】[0009]  図５Ｂは、位置制御システムループへの例示的な機首方位バンプコマンド入力を示す。
【図５Ｃ】[0010]  図５Ｃは、位置制御システムループへの例示的な横方向位置バンプコマンド入力を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
[0011]  本明細書において説明される主題は、バンプ（bump）を実施するように構成されたＶＴＯＬ航空機を含む。手動で操縦される場合、ＶＴＯＬ  ＵＡＶは、一般的な操縦手段（一般的な遠隔操縦航空機（ＲＰＶ）の操縦桿、レバー、タッチスクリーンのスタイラス、又は慣性操縦桿等）を用いて視認エリアに位置決めされることができる。次いで、バンプ機能が使用され、このバンプ機能において、操縦者は、機上搭載ナビゲーションシステムが位置決めセンサ（例えば、慣性、磁力計、ＧＰＳ、光学機構）に従って微小な調整を行うような規定の距離、方向、高度、及び／又は機首方位を指令する。バンプ機能は、航空機をその方向に規定の距離だけ移動させる、ＲＰＶ操縦装置におけるボタンクリック又はタップとして実施されることができる。この規定距離は、値の入力、スライダ、又は操縦者によるその他の手段によって、フライト時に調整されてよい。この規定距離はまた、製造業者推奨設定値を有してもよい。
【０００６】
[0012]  自律操縦下にある場合、当該自律操縦が航空機を視認エリアへ運んで手動操縦を操縦者へ渡してよく、又は、自律システムが、目標へのクリアな視線を得るべくこのバンプ方法を自律的な様式で使用することもできる。当該クリアな視線は、目標認識センサシステムから供給されることができる。
【０００７】
[0013]  図１は、ＶＴＯＬ航空機の精密位置決めのための例示的方法１００を示すブロック図である。ブロック１０１において、バンプを実行するためのコマンドが受け取られる。バンプ機能は、ユーザインタフェース装置を介してユーザを通じて開始される。いくつかの実施態様では、これは、バンプコマンド専用のボタン又はボタンの組み合わせを有した操縦桿であってよい。他の実施態様では、これは、手指直感的操縦桿における手若しくは指のジェスチャ、又はタッチ感応スクリーン上のタップであってよい。バンプ機能は様々な方法で実施されることができ、上で論じられた実施態様に限定されないということが理解されなければならない。ブロック１０３において、バンプを実行するよう航空機に指示するための一組のフライトコマンドが生成される。選ばれた方向のバンプ、例えば上方、下方、左方、右方、前方、又は後方の方向のバンプを生じさせるための命令は、機上搭載メモリに格納されている。ブロック１０５において、フライトコマンドが、航空機を予め定められた「バンプ」距離だけ移動させる制御信号に変換される。一実施態様では、バンプ距離は、静的な値として航空機の機上搭載メモリにコードされている。このバンプ距離は、あらゆるバンプと一致しており、変更されることができない。他の実施態様では、バンプ距離は、ユーザによって設定されてよい。そのような実施態様のいくつかの具体例では、バンプ距離は、ユーザが選択すべきある範囲の距離に限定されてよい。バンプは、単一方向における単一の移動、即ち一方向における１つの移動である。
【０００８】
[0014]  図２は、ＶＴＯＬ航空機の精密位置決めのための例示的システム２００のブロック図である。ユーザインタフェース装置２１０が、ＶＴＯＬ２２０に結合されている。一実施態様では、ユーザインタフェース装置２１０は、ＲＰＶ直感的操縦桿である。他の実施態様では、ユーザインタフェース装置は、手指直感的操縦桿、スタイラス及びタッチスクリーン、又は慣性操縦桿である。ユーザインタフェース装置は上述の実施態様に限定されてはならず、当業者に知られている他の代替装置が同様に用いられてよい、ということが理解されなければならない。ユーザインタフェース装置２１０は、無線装置２１１を含んでいる。無線装置２１１は、ＶＴＯＬ２２０に搭載されている無線装置２２１と通信するように構成されている。無線装置２２１は、プロセッサ２２３に結合されている。プロセッサ２２３は、システムメモリ又はコンピュータ可読媒体２２５に結合されている。システムメモリ２２５は、バンプ機能２２７のための命令を含んでいる。バンプ機能２２７のための命令がプロセッサ２２３によって実行されると、プロセッサ２２３は、航空機がバンプを実行するためのフライトコマンドを生成する。プロセッサ２２３は航空機制御システム２３０に結合されており、この航空機制御システム２３０に対してプロセッサは制御信号を送る。フライトコマンドは、航空機制御システム２３０によって航空機をバンプ距離だけ移動させる制御信号に変換される。一実施態様では、バンプ距離は、バンプ機能の一部として静的な値として構成される。他の実施態様では、バンプ距離は、ユーザインタフェース装置２１０を通じてユーザによって設定されることができる。一実施態様では、航空機制御システム２３０は、オプションとしてセンサシステム２４０に結合されている。センサシステム２４０は、ジンバル制御器２４１と機上搭載センサ２４３を含んでいる。一実施態様では、機上搭載センサ２４３は、カメラなどの光学センサである。他の実施態様では、機上搭載センサ２４３は、電気光学／赤外（ＥＯ／ＩＲ）センサである。機上搭載センサは上述の実施態様によって限定されてはならず、当業者に知られている他の代替的な機上搭載センサが他の実施態様において代用されてよい、ということが理解されなければならない。機上搭載センサ２４３はジンバル上に設置されており、このジンバルはジンバル制御器２４１によって位置決めされるように構成されている。一実施態様では、ジンバル制御器は、機上搭載センサ２４３を対象物体にフォーカスした状態に維持するように構成される。これには、航空機２２０がバンプを実施した後に機上搭載センサを再位置決めすることが含まれてよい。
【０００９】
[0015]  図３は、慣性操縦桿３００の形態による例示的なユーザインタフェース装置２１０である。慣性操縦桿３００は、スロットル／ホールド・バンプオーバーライドボタン３０１、マニュアルモード／リリースボタン３０３、バンプモード／高度ホールドモードボタン３０５、高度バンプダウン／機首方位基準セットボタン３０７、発進／着陸ボタン３０９、高度バンプアップボタン３１１、及びジンバル位置決め／横方向位置バンプのためのトップハット制御ボタン３１３を含んでいる。慣性操縦桿はまた、モードインジケータ発光ダイオード（ＬＥＤ）３１５及び警告ＬＥＤ３１７も含んでいる。慣性操縦桿はまた、バイブレーション警報３２０を含むように構成されている。慣性操縦桿は、操縦桿ベース３３０に結合されている。操縦桿ベース３３０は、オン／オフスイッチ３３１と無線送信機を含んでいる。
【００１０】
[0016]  図３は、１）ＶＴＯＬ航空機のロバストマニュアル誘導、２）操縦者リリースポイントからのＶＴＯＬの自律的な位置、高度、及び機首方位保持、３）センサ位置決めジンバル制御、並びに４）精密位置決め制御の４つのフライトモードを提供する慣性操縦桿３００の機能性を示している。
【００１１】
[0017]  操縦者が親指をマニュアル／リリースボタン３０３に置いて操縦桿を握った時、システムは、ＶＴＯＬ航空機が操縦者の手の動きに自律的に従うようにＶＴＯＬ航空機の完全な慣性制御を操縦者に与える「ラピッドマニューバコントロール（ＲＭＣ）モード」にある。
【００１２】
[0018]  「ラピッドマニューバコントロール高度ホールド（ＲＭＣＡＨ）モード」は、航空機が横方向移動時に操縦者の手の動きに従うサブモードである。
【００１３】
[0019]  操縦者が親指をマニュアル／リリースボタン３０３から離すと、ＶＴＯＬ航空機は「ＶＴＯＬ位置・高度・機首方位ホールド（ＰＡＨＨ）モード」に入り、このモードで航空機は、機上搭載センサを利用して、リリース時点の現在位置、現在高度、及び現在機首方位を維持する。
【００１４】
[0020]  ＶＴＯＬ航空機が「位置・高度・機首方位ホールドモード」にある場合、トップハットボタン３１３に対する操縦者アクションによって、「マニュアルセンサ位置決めジンバル制御（ＭＳＰＧＣ）モード」がアクティブ化される。トップハット３１３に対する前方動作は、ジンバルの仰角を制御する。トップハット３１３に対する横方向動作は、航空機に対するジンバルの方位角位置を制御する。
【００１５】
[0021]  「位置・高度・機首方位ホールドモード」にある間に、「センサ対象ホールド（ＳＦＨ）モード」もアクティブ化されることができ、このモードは、「位置・高度・機首方位ホールドモード」中における自律的なセンサジンバル操舵と、「ラピッドマニューバコントロールモード」への復帰を提供する。「センサ対象ホールドモード」は、センサホールドモードがその動眼視野（Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｒｅｇａｒｄ；ＦＯＲ）の中で当該対象を維持することが可能である限りにおいて、「ラピッドマニューバコントロールモード」においてアクティブなままにとどまる。
【００１６】
[0022]  ＶＴＯＬ航空機が「位置・高度・機首方位ホールドモード」にある場合、操縦者は、機上搭載監視センサを通じて最適な視認性を提供するようにＶＴＯＬ航空機を高度、並びに横方向、垂直方向、及び機首方位位置に精確に位置させるために、「精密３Ｄ  ＶＴＯＬ位置決め（Ｆ３ＤＰ）モード」を選択することができる。
【００１７】
[0023]  一実施態様では、操縦のサブモード間の遷移は、ボタンの操作を通じて行われる。「発進」３０９はマニュアルモードに入る。マニュアルモードから、「高度ホールド」３０５は高度ホールドモードに入る。マニュアルモード又は高度ホールドから、「リリース」３０３は高度／位置ホールドモードに入る。高度／位置ホールドから、「バンプ」３０５は位置バンプに入る。バンプモードから、「バンプ」３０５は位置バンプを抜けて高度／位置ホールドへ行く。位置ホールド又は位置バンプから、「マニュアル」３０３はマニュアル高度ホールドに入る。マニュアル高度ホールドから、「スロットル」３０１はフルマニュアルモードに入り、そこでマニュアル／リリースボタン３０３を押下するとマニュアルモードに入り、マニュアル／リリース３０３が押下されないとリリースへ行く。マニュアルセンサ位置決めジンバル制御（ＭＳＰＧＣ）モードとセンサ対象ホールド（ＳＦＨ）モードの間のセンサ位置決め制御の遷移は、航空機ＶＴＯＬ位置・高度・機首方位ホールド（ＰＡＨＨ）モードにある間にのみ、なされることができる。何故なら、対象選択システムは、ホールドすべき選択対象項目を与えられなければならないからである。一旦ＳＦＨモードが選択されると、ＲＭＣ及びＲＭＣＡＨモードへの遷移は、それが選択解除されるか、又は対象物への航空機視線の喪失によりＳＦＨ機能が能力の消失を判定する時まで、ＳＦＨ動作を維持する。以下の表１は、基本モードとサブモードの相互関係を示している。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
[0024]  図４は、航空機上のジンバルに支持された光学センサからの例示的なカメラ視野４００を示している。慣性操縦桿からの操縦入力が、対応するＶＴＯＬの動きと共に示されている。
【００２０】
[0025]  図５は、航空機制御システム閉ループ５００、５１０、及び５２０への精密位置決めバンプインタフェースを示している。基本的な制御ループとバンプインタフェースは、高度位置決め、機首方位位置決め、及び経度／緯度の横方向位置決めの４つの位置決めループ全てについて同じである。プリセットバンプ値５０２、５１２、５２２は直前の目標（高度５０５、機首方位５１５、又は位置５２５）に加算５０１、５１１、５２１されるか、又は直前の目標から減算５０３、５１３、５２３されて、現在の目標値になる。目標（高度５０５、機首方位５１５、又は位置５２５）の検出値５０７、５１７、５２７からの差分は、航空機を移動させるための航空機サーボ５０９、５１９、５２９へのコマンド信号を生成する。
【００２１】
＜例示の実施態様＞
[0026]  例１は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の精密位置決めのための方法であって、バンプを実行するためのコマンドを受け取るステップであって、バンプは前記航空機の一方向へのバンプ距離分の移動であり、前記バンプ距離は前記航空機がバンプで移動する予め定められた距離である、ステップと、バンプを実行するための前記コマンドに基づいて制御信号を生成するステップであって、前記制御信号は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機をバンプ距離だけ移動させる、ステップと、を含む方法を含む。
【００２２】
[0027]  例２は、前記バンプ距離は静的である例１の方法を含む。
【００２３】
[0028]  例３は、前記バンプ距離はユーザによって設定される例１の方法を含む。
【００２４】
[0029]  例４は、前記バンプ距離はユーザがその範囲の中から１つのバンプ距離を選択することのできるある範囲に限定される例２及び３の何れかの方法を含む。
【００２５】
[0030]  例５は、前記バンプは前記航空機の高度移動である例１乃至４の何れかの方法を含む。
【００２６】
[0031]  例６は、前記バンプは前記航空機の横方向移動又は前記航空機の機首方位移動のうちの１つである例１乃至４の何れかの方法を含む。
【００２７】
[0032]  例７は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の精密位置決めのためのシステムであって、第１の無線装置を含んだユーザインタフェース装置と、ＶＴＯＬ航空機とを備え、前記ＶＴＯＬ航空機は、前記第１の無線装置と通信するように構成された第２の無線装置と、プロセッサと、前記プロセッサに結合されたコンピュータ可読媒体と、前記プロセッサに結合された航空機制御システムとを含み、前記コンピュータ可読媒体は、バンプ機能を実施するための命令を含み、前記バンプ機能は、前記マイクロプロセッサが、バンプを実行するためのコマンドを受け取り、バンプを実行するための前記コマンドに基づいてバンプを実行するためのフライトコマンドを生成するようにし、前記バンプは前記航空機の一方向へのバンプ距離分の移動であり、前記バンプ距離は前記航空機がバンプで移動する予め定められた距離であり、前記航空機制御システムは、前記航空機の飛行を制御し、前記航空機制御システムは、前記フライトコマンドに基づいて制御信号を生成し、前記制御信号は、前記航空機が前記バンプ距離だけ移動するようにする、システムである。
【００２８】
[0034]  例８は、前記バンプ距離は静的である例７のシステムを含む。
【００２９】
[0035]  例９は、前記バンプ距離はユーザによって設定される例７のシステムを含む。
【００３０】
[0036]  例１０は、前記バンプ距離はユーザがその範囲の中から１つのバンプ距離を選択することのできるある範囲に限定される例７及び９の何れかのシステムを含む。
【００３１】
[0037]  例１１は、前記バンプは前記航空機の高度移動である例７乃至１０の何れかのシステムを含む。
【００３２】
[0038]  例１２は、前記バンプは前記航空機の横方向移動又は前記航空機の機首方位移動のうちの１つである例７乃至１０の何れかのシステムを含む。
【００３３】
[0039]  例１３は、前記ユーザインタフェース装置は慣性操縦桿である例７乃至１２の何れかのシステムを含む。
【００３４】
[0040]  例１４は、ジンバル上に取り付けられた機上搭載センサと、ジンバル制御器とを含んだセンサシステムを備える例７乃至１３の何れかのシステムを含む。
【００３５】
[0041]  例１５は、前記機上搭載センサは電気光学／赤外（ＥＯ／ＩＲ）センサである例７乃至１４の何れかのシステムを含む。
【００３６】
[0042]  例１６は、前記ジンバル制御器は前記航空機がバンプを実行した後に前記機上搭載センサを再位置決めして対象物体を前記機上搭載センサの視野に維持するように構成される例７乃至１５の何れかのシステムを含む。
【００３７】
[0043]  例１７は、ユーザインタフェース装置を備えた装置であって、前記ユーザインタフェース装置は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機にバンプ機能を提供するように構成され、前記バンプは前記航空機の一方向へのバンプ距離分の移動であり、前記バンプ距離は前記航空機がバンプ中に移動する予め定められた距離であり、前記ユーザインタフェース装置は更に、前記航空機にバンプを実行させるバンプコマンドを生成する能力のあるバンプ制御器と、前記航空機と通信するように構成された無線装置とを備える、装置である。
【００３８】
[0044]  例１８は、前記バンプ距離はユーザ設定可能であり、前記ユーザインタフェース装置はユーザがバンプ距離を選択するための手段を備える例１７の装置を含む。
【００３９】
[0045]  例１９は、前記ユーザインタフェース装置は慣性操縦桿である例１７及び１８の装置を含む。
【００４０】
[0046]  例２０は、前記ユーザインタフェース装置はフライトコマンドを前記航空機へ送るように構成され、前記フライトコマンドは、航空機の制御システムが、前記航空機にバンプ距離分の移動を行わせる制御信号を生成するようにする例１７乃至１９の装置を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図４】
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【外国語明細書】
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