(57)【要約】【課題】  燃料補給プローブがより容易に燃料補給ドローグ内に挿入できるようにする。【解決手段】  燃料補給ドローグと、前記燃料補給ドローグに対して捕捉されている燃料補給ホース（１１０）とを含む燃料補給ドローグアセンブリ（１００）と、ドローグ位置決めシステムとを備えた空中燃料補給システム。前記ドローグ位置決めシステムは、照射光発光器（２００）と、照射光受光器（３００）と、信号プロセッサとを含む。前記照射光発光器（２００）は、照射光を前記照射光発光器から規定された距離だけ離れた位置決め領域（４００）に向けるように適合されており、前記照射光は前記位置決め領域（４００）内の位置に対応する情報を含む変調位置信号を搬送する。前記照射光受光器（３００）は、前記変調信号を搬送する発光された前記照射光の少なくとも一部を受光し、且つ受光した前記照射光の位置信号の変調を示す信号を前記プロセッサに出力するように適合されている。前記信号プロセッサは、前記出力信号を処理し、且つ前記受光した照射光の前記位置決め領域内の位置を示す、位置決め領域（４００）内位置を識別するように適合されている。【選択図】  図１
2008531377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中燃料補給システムであって、
燃料補給ドローグと、前記燃料補給ドローグに対して捕捉されている燃料補給ホースとを含む燃料補給ドローグアセンブリと、
照射光発光器と、照射光受光器と、信号プロセッサとを含むドローグ位置決めシステムと、
を備え、
前記照射光発光器は、照射光を前記照射光発光器から規定された距離だけ離れた位置決め領域に向けるように適合されており、前記照射光は前記位置決め領域内の位置に対応する情報を含む変調位置信号を搬送し、
前記照射光受光器は、前記変調信号を搬送する発光された前記照射光の少なくとも一部を受光し、且つ受光した前記照射光の位置信号の変調を示す信号を前記プロセッサに出力するように適合されており、
前記信号プロセッサは、前記出力信号を処理し、且つ前記受光した照射光の前記位置決め領域内の位置を示す、位置決め領域内位置を識別するように適合されている、空中燃料補給システム。
【請求項２】
前記照射光発光器は、収束光ビームを発光し、且つ前記位置決め領域に亘って前記収束光ビームを走査させるように適合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記発光した照射光は収束光ビームであり、前記変調位置信号は、複数のデジタルデータブロックを含み、前記複数のデジタルデータブロックは、前記位置決め領域内の複数の離散位置であって、それぞれが前記位置決め領域内における収束ビームの現在位置を示す離散位置に対応した情報を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記照射光発光器は、収束光ビームを発光し、且つ前記位置決め領域に亘って前記収束光ビームを走査させるように適合されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記照射光発光器は、収束光ビームを発光し、且つＸ−Ｙラスタの前記位置決め領域に亘って前記収束光ビームを走査させるように適合されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記照射光発光器は、収束光ビームを発光し、且つデュアル経路様式で前記位置決め領域に亘って前記収束光ビームを走査させるように適合されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記照射光発光器は、収束光ビームを発光し、且つ螺旋パターンで前記位置決め領域に亘って前記収束光ビームを走査させるように適合されており、前記螺旋パターンは前記位置決め領域のほぼ中心に焦点を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記照射光受光器は、前記収束ビームの少なくとも一部が前記照射光受光器に受光されたときに前記収束ビームの少なくとも一部を受光するように適合されており、前記受光器によって出力される信号は、前記受光された照射光によって搬送された少なくとも１つのデジタルデータブロックに含まれる情報を示す、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記照射光受光器は、前記収束ビームの少なくとも一部が前記照射光受光器に受光されたときに前記収束ビームの少なくとも一部を受光し、且つ前記収束ビームによって搬送された完全なデジタルデータブロックが受け取られた否かを決定し、完全なデジタルデータブロックが受け取られたときにのみ、信号を前記信号プロセッサに出力するように適合されており、前記出力信号は、前記受け取られた完全なデジタルデータブロックに含まれる情報を示す、請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
前記照射光発光器によって発光された前記照射光は収束ビームであり、前記照射光発光器は前記位置決め領域に亘って前記収束光ビームを走査させるように適合されており、
前記ドローグ位置決めシステムは、前記位置決め領域の少なくとも一部を仮想グリッドに仮想的に分割するように適合されており、前記仮想グリッドは、分配された複数の独自セクタを含み、前記分配された独自セクタは、前記位置決め領域内のサブ領域に空間的に対応しており、前記サブ領域は、幾何学的に規定された様式で前記位置決め領域内に分散されており、
前記ドローグ位置決めシステムは、前記収束ビームが前記位置決め領域を走査する際に、前記収束ビームによって搬送される前記変調位置信号を変化させるように適合されており、前記変調位置信号の変化は、規定された様式で前記サブ領域に対応し、その結果第１のサブ領域に向けられているビームを示す変調位置信号が第２のサブ領域に向けられているビームを示す変調位置信号とは異なるようになっており、
前記信号プロセッサは、前記受光器からの１以上の出力信号であって、前記位置信号の変調を示す信号を分析し、且つ前記収束ビームによって搬送された前記受信された変調位置信号に対応する独自セクタを識別するように適合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記信号プロセッサは、前記発光された照射光によって搬送された前記受信された変調位置信号に対応する前記独自セクタがいずれであるかに基づいて、前記ビームが向けられているサブ領域を識別する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記信号プロセッサは、第１の出力信号と、前記第１の出力信号の後に出力される第２の出力信号とを分析することにより、仮想グリッド内において前記独自セクタが一致する位置を決定するように適合されており、前記第１および第２の出力信号はそれぞれ、前記受光器によって受光された前記ビームの前記位置信号の変調を示す、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記信号プロセッサは、仮想グリッド内において前記独自セクタが一致する位置の決定に基づいて、前記ビームが向けられているサブ領域を識別する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記照射光発光器によって発光された前記照射光は細長い収束ビームであり、前記照射光発光器は、デュアル経路様式で前記位置決め領域に亘って前記細長い収束光ビームを走査させるように適合されており、前記第１の出力信号は、前記位置決め領域に亘る前記ビームの第１の経路内で前記細長い収束光ビームの少なくとも一部が受光されたことにより生成され、前記第２の出力信号は、前記位置決め領域に亘る前記ビームの第２の経路内で前記細長い収束光ビームの少なくとも一部が受光されたことにより生成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の経路の前記細長い収束光ビームは、前記第２の経路の前記細長い収束光ビームに対して法線方向にある、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ドローグ位置決めシステムは、前記第１の細長い光ビームと前記第２の細長い光ビームとの一致状態に基づいて、前記位置決め領域内の前記受光器の位置を識別するように適合されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記空中燃料補給システムは、前記燃料補給ドローグが燃料補給側航空機から延出したときに前記燃料補給側航空機に対する前記燃料補給ドローグアセンブリの位置を規制するように適合された能動制御システムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記照射光受光器は前記燃料補給ドローグアセンブリに搭載されており、前記空中燃料補給システムは、前記燃料補給ドローグが燃料補給側航空機から延出したときに前記位置決め領域内の前記照射光受光器の位置を規制するように適合された能動制御システムを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記能動制御システムは、前記ドローグの垂直および水平位置を規制することにより前記位置決め領域内の前記受光器の実質的に固定された方位を維持するように適合されている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記能動制御システムは、前記照射光受光器の位置を規制し、それにより前記照射光受光器の位置を前記位置決め領域内で実質的に一定とするように適合されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
空中燃料補給システムであって、
燃料補給ドローグと、前記燃料補給ドローグに対して捕捉されている燃料補給ホースとを含む燃料補給ドローグアセンブリと、
照射光発光器と、照射光受光器と、信号プロセッサとを含むドローグ位置決めシステムと、
を備え、
前記照射光発光器は、発光した照射光ビームを前記照射光発光器から離れた領域に向けるように適合されており、前記照射光は、前記照射光発光器に対する前記照射光ビームの方位の変化に対応して変化する識別可能特性を含み、
前記照射光受光器は、前記発光した前記照射光の少なくとも一部を受光し、且つ受光した前記照射光の１以上の識別可能特性を示す信号を前記プロセッサに出力するように適合されており、
前記プロセッサは、前記出力信号を処理し、且つ前記照射光の少なくとも一部が前記受光器によって受光されたときの前記照射光発光器に対する前記受光器の方位を示す第１の仮想方位を識別するように適合されている、空中燃料補給システム。
【請求項２２】
前記照射光発光器は、デジタルデータブロックで変調された収束光ビームを発光するように適合されており、前記変調デジタルデータブロックはそれぞれ、前記照射光発光器に対する前記ビームの方位に対応する離散方位を示す、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記変化した識別可能特性の少なくとも一部はそれぞれ、第１の基準フレーム内での前記照射光発光器に対する前記ビームの方位にそれぞれ対応する離散方位を示し、前記変化した識別可能特性の少なくとも一部はそれぞれ、第２の基準フレーム内での前記照射光発光器に対する前記ビームの方位にそれぞれ対応する離散方位を示す、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記信号プロセッサは、前記受光器からの第１の出力信号を分析するように適合されており、前記第１の出力信号は前記受光された照射光の第１の識別可能特性を示し、前記第１の識別可能特性は前記照射光が受光されたときの前記第１の基準フレーム内の前記照射光発光器に対する前記ビームの第１の方位に対応する第１の離散方位を示し、前記信号プロセッサは、前記受光器からの第２の出力信号を分析するように適合されており、前記第２の出力信号は前記受光された照射光の第２の識別可能特性を示し、前記第２の識別可能特性は前記照射光が受光されたときの前記第２の基準フレーム内の前記照射光発光器に対する前記ビームの第２の方位に対応する第２の離散方位を示し、
前記信号プロセッサは、前記第１および第２の出力信号の分析に基づいて、前記照射光発光器に対する前記受光器の仮想位置を識別するように適合されている、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記照射光発光器は、前記収束ビームが前記照射光受光器に向けられるときに前記デジタルデータブロックを搬送する前記収束ビームを受光し、且つ信号を前記信号プロセッサに出力するように適合されており、前記出力信号は、前記受光されたビームにより搬送されたデジタルデータブロックに含まれる情報を示し、前記プロセッサは、前記受光器からの出力信号であって、前記受信されたデジタルデータブロック内に含まれる情報を示す出力信号を分析し、且つ前記受信したデジタルデータブロック内に含まれる情報に基づいて前記照射光発光器に対する前記ビームの方位を識別することにより前記第１の仮想方位を識別するように適合されている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記照射光発光器によって発光された前記照射光は収束ビームであり、前記照射光発光器は、前記領域に亘って前記収束ビームを走査させるように適合されており、
前記ドローグ位置決めアセンブリは、前記照射光発光器に対して前記ビームが取り得る様々な方位の少なくとも一部をビームゾーンに仮想的に分割するように適合されており、前記ビームゾーンは、分配された複数の独自ベクトルを含み、前記分配されたベクトルは、前記照射光発光器に対する前記ビームの実際の方位に空間的に対応しており、前記実際の方位は、幾何学的に規定された様式で前記ビームゾーン内に分散されており、
前記照射光発光器は、前記収束ビームが前記領域を走査する際に、前記収束ビームによって搬送される変調信号を変化させることにより異なる変調信号を得るように適合されており、前記異なる変調信号は、規定された様式で前記実際の方位に対応し、その結果第１の方位に沿って向けられているビームを示す変調信号が第２の方位に沿って向けられているビームを示す変調信号とは異なるようになっており、
前記信号プロセッサは、前記受光器からの出力信号であって、前記信号の変調を示す信号を分析し、且つ前記発光された照射光によって搬送された前記受信された変調信号に対応する独自ベクトルを識別するように適合されている、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記信号プロセッサは、前記識別された独自ベクトルに基づいて、前記照射光発光器に対する前記受光器の方位を識別するように適合されている、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記信号プロセッサは、（ｉ）前記発光された照射光によって搬送される前記受信された変調信号に対応する独自ベクトルがいずれであるかに基づいて、前記ビームが向けられる独自ベクトルと、（ｉｉ）前記発光された照射光によって搬送される前記受信された変調信号に対応する独自ベクトルがいずれであるかに基づいて、前記ビームが向けられる方位、のうち少なくとも１つを決定する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記空中燃料補給システムは、前記燃料補給ドローグが燃料補給側航空機から延出したときに前記燃料補給側航空機に対する前記燃料補給ドローグの位置を規制するように適合された能動制御システムを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項３０】
前記照射光受光器は前記燃料補給ドローグアセンブリに搭載されており、前記空中燃料補給システムは、前記燃料補給ドローグが燃料補給側航空機から延出したときに前記照射光受光器の位置を規制するように適合された能動制御システムを含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記能動制御システムは、前記ドローグの垂直および水平位置を規制することにより前記照射光発光器に対する前記受光器の実質的に固定された方位を維持するように適合されている、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
燃料補給ドローグを位置決めする方法であって、
燃料補給ドローグと、前記燃料補給ドローグに対して捕捉されている燃料補給ホースとを含む燃料補給ドローグアセンブリを、燃料補給側航空機から延出する工程と、
前記燃料補給側航空機に搭載された照射光発光器からの細長い収束光ビームを、前記照射光発光器から規定された距離だけ離れた位置決め領域に亘って走査させる工程と、
前記ビームが前記位置決め領域を走査する際に、前記ビームによって搬送される信号を前記位置決め領域内の前記ビームの位置に対応させて変調させる工程と、
前記変調された信号を搬送する前記光ビームを、前記燃料補給アセンブリ上の前記受光器で受光する工程と、
前記受光された光ビームによって搬送された前記信号の変調を分析することにより、照射光が受光されたときの前記位置決め領域内の前記受光器の位置を決定する工程と、
を含む方法。
【請求項３３】
前記細長い収束光ビームを２経路様式で前記位置決め領域に亘って走査させる工程と、前記２経路様式で走査させた前記細長い収束光ビームを受光する工程とをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記２経路走査の第１の経路で走査させた光ビームを受光する工程と、前記２経路走査の第２の経路で走査させた光ビームを受光する工程と、前記第１の経路で受光した光ビームと前記第２の経路で受光した光ビームとを比較する工程と、前記位置決め領域内の前記ビームの位置の一致状態に基づいて、前記位置決め領域内の前記受光器の位置を決定する工程とをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記２経路走査の第１の経路で走査させた光ビームを受光する工程と、前記２経路走査の第２の経路で走査させた光ビームを受光する工程と、前記第１の経路で受光した光ビームと前記第２の経路で受光した光ビームとを比較する工程と、前記位置決め領域内の前記受光されたビームの位置の一致状態に基づいて、前記位置決め領域内の前記受光器の位置を決定する工程とをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記燃料補給ドローグアセンブリを能動的に制御することにより、前記位置決め領域内の前記受光器の前記決定された位置に基づいて、前記照射光発光器に対する実質的に固定された位置を維持させる工程をさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記照射光発光器は、
単一線状光ビーム発光器と、
プリズムと、
回転可能ミラーアセンブリと、
を備え、
前記照射光発光器は、前記回転可能ミラーアセンブリを回転させ、その結果前記単一線状光ビーム発光器によって発光された単一線状光ビームが前記ミラーによって偏向されて前記発光された単一線状光ビームが第１の方位に投影されることになるように適合されており、前記照射光発光器は、前記回転可能ミラーアセンブリを回転させ、その結果前記単一線状光ビーム発光器によって発光された単一線状光ビームが前記プリズムを通過して前記発光された単一線状光ビームが第１の方位とは異なる第２の方位に投影されることになるように適合されている、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドローグ全般、特に燃料補給ドローグが、ドローグが連結される航空機（例えば燃料補給側航空機）の固定基準点に対するドローグの位置を決定することを可能にするシステム、方法および装置に向けられている。本発明はさらに、ドローグ全般、特に燃料補給ドローグが、この決定された位置に基づいて、固定基準点に対する位置を実質的に維持する（ステーションキーピングとしても知られている）ことを可能にするシステム、方法および装置に向けられている。後述するように実施形態の一例では、この固定基準点は燃料補給側航空機の翼上の照射光発光器（radiation emitter）である。本発明の実施形態の一例は、本発明を用いる手順の例と組み合わせて後述する。その後、本発明の特定の実施形態を詳細に述べる。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、2005年2月25日に出願された「燃料補給用光学追跡システム」という名称の米国仮特許出願第60/656,084号に基づく優先権を主張し、上記仮特許出願全体を参照することにより本明細書に援用する。
【０００３】
プローブ・ドローグ法による空中燃料補給が知られている。燃料補給手順の一例によると、燃料補給ホースに連結された燃料補給ドローグを燃料補給側航空機（例えばタンカー航空機）から受取り側航空機（燃料補給の対象である航空機）、例えば戦闘機、ヘリコプターなどに向けて繰り出す。受取り側航空機は、航空機から延出する燃料補給プローブを有する。受取り側航空機は燃料補給ドローグを操作して燃料補給プローブを燃料補給ドローグに挿入する。この時点で燃料補給ドローグは燃料補給プローブに「ロック」される。その後、燃料が燃料補給側航空機から受取り側航空機に移送される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホースが燃料補給側航空機から延出されたとき、少なくともドローグとプローブとが接する前は、ドローグと、ドローグに隣接するホース部分とが少なくとも燃料補給側航空機に対して、できるだけ静止していることが望ましい。残念ながらホース／ドローグ組合せは乱れに対して比較的大きな動的応答を有している。そのためドローグが突風および／または乱流にさらされると、ホース／ドローグ組合せは燃料補給側航空機に対して移動する。なぜなら空気によってドローグに付与された力がドローグを動かすからである。さらに燃料補給の対象である航空機は自機の前に衝撃波と呼ばれるものを生成し、これがドローグに力を与えてドローグを動かす。これらの現象により燃料補給の対象である航空機の燃料補給プローブを燃料補給ドローグ内に位置づけることが困難となる。
【０００５】
そのため、燃料補給用ホース上で延出されたドローグの、燃料補給用航空機に対する位置を実質的に維持し、風／乱流／衝撃波などによるドローグの動きを実質的に緩和して、燃料補給プローブがより容易に燃料補給ドローグ内に挿入できるようにするシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
空中燃料補給システムは、燃料補給ドローグと、前記燃料補給ドローグに対して捕捉されている燃料補給ホースとを含む燃料補給ドローグアセンブリと、照射光発光器と、照射光受光器（radiation receiver）と、信号プロセッサとを含むドローグ位置決めシステムとを備える。前記照射光発光器は、照射光（radiation）を前記照射光発光器から規定された距離だけ離れた位置決め領域に向けるように適合されており、前記照射光は前記位置決め領域内の位置に対応する情報を含む変調位置信号を搬送する。前記照射光受光器は、前記変調信号を搬送する発光された前記照射光の少なくとも一部を受光し、且つ受光した前記照射光の位置信号の変調を示す信号を前記プロセッサに出力するように適合されている。前記信号プロセッサは、前記出力信号を処理し、且つ前記受光した照射光の前記位置決め領域内の位置を示す、位置決め領域内位置を識別するように適合されている。
【０００７】
本発明の別の実施形態によると、前記照射光発光器は、収束光ビーム(focused optical beam)を発光し、且つ前記位置決め領域に亘って前記収束光ビームを走査させるように適合されている。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態によると、前記発光した照射光は収束光ビームであり、前記変調位置信号は、複数のデジタルデータブロックを含み、前記複数のデジタルデータブロックは、前記位置決め領域内の複数の離散位置であって、それぞれが前記位置決め領域内における収束ビームの現在位置を示す離散位置に対応した情報を含んでいる。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態によると、前記照射光発光器は、収束光ビームを発光し、且つ前記位置決め領域に亘って前記収束光ビームを走査させるように適合されている。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態によると、空中燃料補給システムは、燃料補給ドローグと、前記燃料補給ドローグに対して捕捉されている燃料補給ホースとを含む燃料補給ドローグアセンブリと、照射光発光器と、照射光受光器と、信号プロセッサとを含むドローグ位置決めシステムとを備える。前記照射光発光器は、発光した照射光ビームを前記照射光発光器から離れた領域に向けるように適合されており、前記照射光は、前記照射光発光器に対する前記照射光ビームの方位の変化に対応して変化する識別可能特性を含む。前記照射光受光器は、前記発光した前記照射光の少なくとも一部を受光し、且つ受光した前記照射光の１以上の識別可能特性を示す信号を前記プロセッサに出力するように適合されている。前記プロセッサは、前記出力信号を処理し、且つ前記照射光の少なくとも一部が前記受光器によって受光されたときの前記照射光発光器に対する前記受光器の方位を示す第１の仮想方位を識別するように適合されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態において、図１から図３よりわかるように、燃料補給ドローグアセンブリ１００は、燃料補給ホース１１０の遠位部（航空機１０００に対するホース１１０の取付け位置から見て）に連結された燃料補給ドローグ１０５を含む。燃料補給ホース１１０は航空機１０００に連結されている。航空機１０００は照射光発光器２００を含み、照射光発光器２００は、概してドローグアセンブリ１０５方向に（特に、後述するようにドローグアセンブリ１０５上の受光器３００方向に）光ビームを発光する。ビームは走査式で発光され、ビームがドローグ１０５（受光器３００）が位置決めされるような領域を照射光発光器に対して走査するように発光される。このような領域は例えば、所与の対気速度、高度などに関する経験的データ／分析データに基づいて決定される。図１から図３は、このような領域を参照符号４００で示している。照射光発光器２００により発光された光ビームは、照射光発光器２００に対するビームの方位が変化するにつれて光ビームの識別可能特性が変化するように、この領域を走査する。照射光発光器に対するビームの方位が変化するにつれて制御可能に変化する光ビームの識別可能特性は、例えば、ビーム変調を用いてビームによって搬送される様々な離散デジタルデータブロックであってもよい。
【００１２】
従って、本発明を用いる手順の一例では、光ビームは、ビームが走査領域を走査している間に光ビームの識別可能特性が変化するように、走査領域４００を走査する。すなわち、ビームが走査領域のうちのある部分にあるときと別の部分にあるときとでは識別可能特性が異なる。これは、照射光発光器と走査領域とに対するビームの方位が変化するからである。この識別可能特性は光ビームによって搬送されて、この識別可能特性の分析によって走査領域に対するビームの位置を決定することができるように所定の様式で変化する。この手順では、ドローグアセンブリ１００上の照射光受光器３００は、ドローグアセンブリ１００に搭載された信号プロセッサ５００に信号を出力する（受光器を通過する光ビームを受光／感知した後）ように構成されている。受光器３００からの出力信号は、受光器によって受光された光ビームによって搬送される識別可能特性を示す。信号プロセッサ５００は、メモリに格納されたソフトウェアおよび／または十分なルックアップテーブルを含み、一旦受光器３００から信号を受信すると、受信した信号を分析して識別可能特性が照射光発光器２００と走査領域４００とに対する特定のビーム方位を示していると決定することができるようになっている。照射光発光器に対する走査領域４００の形状／配置がわかっているため、走査領域４００内の受光器３００の位置は、受光した照射光の識別可能特性とルックアップテーブルに格納された情報とを比較することによって決定することができる。受光器３００に対する燃料補給ドローグアセンブリ１００の形状／配置がわかっているため、照射光発光器に対するドローグアセンブリ１００の位置を決定することができる。
【００１３】
図１から図３よりわかるように、走査領域４００は、燃料補給ドローグアセンブリ１００上の受光器３００を通過する正方形の空間領域である。この領域４００は照射光発光器から遠ざかる収束ビームの移動方向に対してほぼ法線方向にある（このことは後により詳細に述べる）。
【００１４】
走査
照射光発光器２００の動作特性を述べる。図４は、照射光発光器２００および受光器３００の配置の例示的実施形態の側面図である。図４は、図１の遠近図から得られる。図４は、照射光発光器２００が収束光ビームを発光し、ビームを線２１０および２２０間で移動させることを示している。すなわち図４の側面図では、照射光発光器２００は、ビームが線２１０および２２０によって規定された領域内を移動し、その結果走査領域４００が走査されるような走査様式でビームを発光する。一例であって本発明を限定するものではないが、照射光発光器２００は時刻Ｔ1でビーム２０２を図４に示す方位に発光し、時刻Ｔ2でビーム２０４をビーム２０２とは異なる方位に発光することができる。図４において、ビーム２０２は受光器３００に遮断されないがビーム２０４は受光器３００に遮断されることに留意されたい。図５は、図４に示す照射光発光器２００および受光器３００の平面図である。図５から、照射光発光器２００は線２３０および２４０によって規定された領域内にビームを照射することがわかる。図４がシステムの側面図であり図５がシステムの平面図であることを認識すると、図４と図５とを比較することにより、図４の線２１０および２２０ならびに図５の線２３０および２４０に規定された部分（ここでは走査ゾーンおよび／またはビームゾーンと呼ぶ）が受光器２００を「頂点」とする円錐形状をなしていることがわかる。図示する実施形態においてビームはこの部分／走査ゾーン内に見ることができる。図４および図５に示す実施形態では、円錐は図２に見られるような矩形／正方形の断面を有している。従って走査領域４００は矩形／正方形である。（しかし本発明の他の実施形態では、円形または卵形状の断面を用いてもよい。実際、本発明の目的が達成される限り、どのような断面形状を用いてもよい。）照射光発光器２００に対するビームの角度方位が変化するにつれて、受光器２００から走査領域までの距離が変化することを鑑みると、この走査領域の正確な形状は完全な正方形／矩形でなくてもよいことに留意されたい。この現象は以下により詳細に述べるが、ここでは走査領域を、照射光発光器２００から遠ざかる方向に移動するビームの方向に対してほぼ法線方向にある矩形／正方形として扱う。本発明の多くの実施形態では、ビームは、受光器３００に遮断されない限り走査領域４００を通過することに留意されたい。しかし本発明のいくつかの実施形態では、ビームは受光器３００を越えると有意な距離を移動せず、そのため燃料補給側航空機１０００の近傍を越えると容易に検出できないようになっている。
【００１５】
本発明の第１の実施形態では、照射光発光器３００は、収束光ビーム、すなわち図６に見られるような細長い収束光ビーム２１０を発光して、走査領域においてビームを走査させる。図７は、ビームの移動方向に対してほぼ法線方向にある走査領域から見たビームを示す。すなわち走査領域が平坦な表面でありビーム２１０が平坦な表面に当たれば、ビームは、ビームの移動方向に見た場合、ほぼ図７に示すように見える。第１の実施形態では、照射光発光器３００はまず走査領域内に亘って細長い収束光ビーム２１０を走査させる。この場合、例えば図８に見られるように、走査領域の上から走査領域の下まで順に走査させる。（他の実施形態では、走査を下および／または左または右（後述）および／または走査領域内の他の任意の位置から開始してもよいことに留意されたい。）図８は時系列的に、Ｔ1においてビーム２１０が第１の位置にあることを示している。Ｔ2で、ビーム２１０はＴ1より下の第２の位置に移動する。Ｔ3で、ビーム２１０はＴ2の下の第３の位置に移動する。図６から図８に示すビーム２１０もまた、収束光ビームが走査領域４００に当たった場合に存在する位置を示している。図９は時刻Ｔ1からＴ13の間に走査領域に当たった収束光ビームを時系列的に示す。
【００１６】
走査領域の上から下まで走査させた後、図１０に見られるように、照射光発光器は収束光ビーム２１０の方位を水平から垂直に変化させる。図１１は、ビームが垂直方向に細長いときにビーム２１０が走査領域に「当たる」様子を示す。図１２からわかるように、照射光発光器３００は走査領域４００の左から右に順にビーム２１０を走査させる。すなわち時間Ｔ14で、細長いビームが走査領域の最も左の位置に当たる。Ｔ15で、ビームは最も左の位置から右に移動する。Ｔ16で、ビームはさらに右に移動する。図１３は、時刻Ｔ14からＴ26までの間にビームが走査領域に当たる様子を時系列的に示す。
【００１７】
従って図１３と図９とを比較すると、照射光発光器が走査領域内に亘って２経路またはデュアル経路様式、すなわちまず上から下、その後左から右（またはまず左から右、その後上から下など）にビームを移動させることがわかる。
【００１８】
位置決め座標系
本発明の第１の実施形態によると、図１４および図１５からわかるように、走査領域４００の少なくとも一部は位置決め領域４５０を含む。位置決め領域４５０には受光器３００が位置決めされやすい。本発明のこの実施形態では図１５からわかるように、位置決め領域４５０の全体が走査領域４００内にあり、そのため光ビームは位置決め領域４５０全体を走査する。しかし他の実施形態では、位置決め領域４５０の境界が走査領域４００を越えてもよい。
【００１９】
ドローグ位置決めシステムは、この位置決め領域４５０の少なくとも一部を仮想的に仮想グリッド４６０に分割するように適合されている。仮想グリッドは分配された複数の独自セクタを含み、これらは空間的に位置決め領域内のサブ領域に対応する。サブ領域は幾何学的に規定された様式で位置決め領域内に分散している。図１５からわかるように、燃料補給ドローグアセンブリの受光器３００は、ドローグ位置決めシステムの正常動作中は典型的には位置決め領域内にある。そのため受光器３００は、正常動作中に照射光発光器からの照射光が受光器を通過する際に照射光を受光する。図１６は、仮想グリッド／位置決め領域４６０／４５０内の独自セクタ／サブ領域の１行に亘って水平位置決め走査を行う細長い収束光ビームを示す。本発明の第１の実施形態では、細長い収束光ビームは、上から下まで連続的にまたは段階的に走査し、その結果、独自セクタ／サブ領域を行ごとに走査する。すべての行を走査すると、細長い収束光ビームは垂直方向に細長くなるように収束し、位置決め領域を列から列に、ここでも段階的にまたは連続的に走査する（図１７を参照のこと）。光ビームが行から行へ、列から列へ移動するにつれて、ビームの識別可能特性が、受光器３００によって検出可能である様式で変化する。すなわち、例えば水平ビームが第２の行にあるときに受光器が水平ビームの識別可能特性を検出すると（すなわち、識別可能特性が第２の行内に位置する水平ビームに対応すると）、照射光受光器は、ビームと受光器が第３の行にあるときとは異なる識別可能特性を検出することができる。水平ビームが他の行にあるときなども同様である。上記のように、受光器は、受光した照射光の識別可能特性を示す信号を出力し、信号プロセッサ５００に情報を伝えるように適合されている。
【００２０】
ドローグ（受光器）位置決め
上記のように、位置決め領域の分配された独自セクタは位置決め領域内のサブ領域に対応し、サブ領域は幾何学的に規定された様式で位置決め領域内に分散されている。この幾何学的に規定された様式は、照射光発光器２００に対するサブ領域の、判明している方位に対応している。そのため照射光発光器に対する仮想グリッド４６０の方位はわかっている。一例としてであり本発明を限定するものではないが、図１８は、グリッド４５０の中心が受光器３００から100フィート後方かつ10フィート下方に位置することを示している。（グリッド４５０の中心は照射光発光器３００（すなわち「Ｘ」値が０である）を中心としている。）
照射光発光器３００に対する走査領域／仮想グリッドの方位はわかっているため、光ビームの識別可能特性は位置決め領域内で特定の独自セクタ／サブ領域に対応するように変更され、各独自セクタ／サブ領域の光ビームによって独特の識別可能特性が搬送できるようになっていてもよい。このようにして受光器３００は照射光発光器２００から照射光を受光すると、受光した光ビームによって搬送された独自特性を示す信号を信号プロセッサ５００に出力する。信号プロセッサ５００は、受光器３００が受光した照射光の識別可能特性に依存して、受け取った識別可能特性と、例えばメモリ内の識別可能特性とを比較することにより、受光器が照射光を受光したときにいずれの特定の独自セクタ／サブ領域内に受光器が位置していたかを決定することができる。
【００２１】
本発明の第１の実施形態を用いてドローグアセンブリ１００がその位置を決定する手順の一例を以下に示す。図１９および図２０を参照すると、受光器３００は仮想グリッド４６０の行２、列１１に位置している。照射光発光器２００は走査領域に亘って、従って位置決め領域に亘って細長い収束光ビームに第１の通過を行わせる。このとき照射光発光器２００はビームを走査領域の上から下まで移動させることにより、行から行に移動させる。ビームが行から行に移動するにつれてビームの識別可能特性が変化する。ビームが行２を通過すると、受光器３００は照射光を検出し、同様に光ビームによって搬送された識別可能特性を検出する。受光器３００は受光した照射光の識別可能特性を示す信号を信号プロセッサ５００に出力し、信号プロセッサ５００は識別可能特性が行２内のビームの位置を示していると決定する。照射光発光器２００は引き続き走査領域に亘ってビームを走査させる。走査領域の下端に達すると、照射光発光器２００はビームの方位を変えて垂直方向に細長くし、走査領域を左から右へ走査させる。このとき照射光発光器２００はビームを仮想グリッド４６０の列ごとに移動させ、ビームが列から列に移動するにつれて光ビームによって搬送される識別可能特性を変化させる。ビームが列１１を通過すると、照射光受光器は照射光を受光し、受光した照射光によって搬送された識別可能特性を示す信号を出力する。信号プロセッサ５００は信号を受信し分析して、識別可能特性が列１１内のビームの位置を示していると決定する。信号プロセッサ５００は、前の信号が行２内のビームの位置を示していたことを覚えており、受光器は仮想グリッドの列１１、行２にあるに違いないと認識する。（本発明の多くの実施形態では、２経路走査は、仮想グリッドの寸法のわりには比較的迅速に行われ、その間のドローグアセンブリ／受光器のいずれの動きも無視できるようになっていることに留意されたい。）仮想グリッドは位置決め領域のサブ領域に対応する。そのため、信号プロセッサ５００が行２の独自セクタ内かつ列１１の独自セクタ内のビームの位置を示す信号を受け取ったことを認識し、さらにこれらのセクタが互いに対応することを認識することにより、信号プロセッサ５００は位置決め領域内の受光器の位置を決定することができ、それにより照射光発光器に対する受光器の位置を決定することができる。なぜなら照射光発光器に対する仮想グリッドの位置はわかっているからである。
【００２２】
図２１は、本発明の別の実施形態の実施を示す。この実施形態は、２経路／２走査様式での細長い収束光ビームに代えて、図示するように従来の細長くない光ビームを用い、ビームが走査領域に当たるとビームが細長い線ではなく円を形成するようになっている。この実施形態では照射光発光器２００は、走査領域に亘って２経路様式でビームを走査させることに代えて、仮想グリッド４５０の独立した離散領域の各々においてＸ−Ｙラスタでビームを走査させる。この実施形態では、ビームが各離散領域から移動すると、ビームによって搬送される識別可能特性が所定の様式で変化し、各識別可能特性が、仮想グリッド内の特定の離散領域であって位置決め領域内のサブ領域に対応する離散領域を示すようになっている。一例であって本発明を限定するものではないが、図２１を参照すると、照射光発光器２００は仮想グリッドにおいてブロック１（離散セクタ１）からビーム２８０を走査させてブロック１からブロック２、さらにブロック３に移動させるなどしてブロック１３まで走査させる。その後ブロック１４に移動させ、さらにブロック１５、ブロック１６などに移動させる。ビームがすべてのブロックを走査するまでこのパターンを繰り返す。その後走査は自動的に繰り返される。図２１に示す手順では、ビームがボックス２４を通過すると、受光器３００が照射光を受光し、従ってビームがボックス２４の方向に向けられたときのビームを示す識別可能特性を受け取り、その後受光した照射光の識別可能特性を示す信号を信号プロセッサ５００に出力する。信号プロセッサ５００はその後、照射光受光器がボックス２４に位置していると決定する。
【００２３】
Ｘ−Ｙラスタに関する上記説明では、ビームはグリッドの右上のボックス１３からグリッドの左端まで移動したことに留意されたい。本発明の別の実施形態では、ラスタ走査は例えば、ビームをボックス１３からボックス２６まで移動させ、その後ボックス２５、ボックス２４などを通過してボックス１４まで移動させ、その後ボックス２７、ボックス２８、さらにボックス２９などを通過してボックス３９まで移動させ、その後ボックス５２、ボックス５１などと進ませることを含み得る。このようにラスタ走査は陰極線管による従来の走査と従来とは異なるラスタ走査との両方を含む。他の走査パターンを用いてもよい。
【００２４】
上記の実施形態では、ビームは走査領域／仮想グリッド全体を走査することに留意されたい。本発明の他の実施形態では、ビームが走査領域／仮想グリッドの一部分のみを走査してもよい。一例であって本発明を限定するものではないが、このような走査がなされ得るシステムでは、信号プロセッサ５００が照射光発光器２００と連動しており、そのため信号プロセッサ５００がグリッドのうち受光器３００が位置する一般領域を決定した後に照射光発光器２００が走査領域全体ではなく上記一般領域にビームを集中させるようになっている。すなわち例えば、信号プロセッサ５００が引き続き、受光器がボックス２４内またはボックス２４の領域内にあると決定すると、照射光発光器２００は例えばボックス１２１周囲の領域を走査することはない。しかし、信号プロセッサ５００がある期間に亘ってボックス２４の領域内の照射光を示す信号を受け取らなければ、信号プロセッサ５００は再び領域全体を走査するように照射光発光器２００を方向づけて、受光器３００が照射光を受光する可能性を高めるようにしてもよい。これは、細長い収束光ビームで走査する方法においても行うことができる。
【００２５】
ドローグアセンブリ位置制御（ステーションキーピング）
上記で詳細に説明したドローグ位置決めシステムを用いて燃料補給ドローグの位置を制御する本発明の実施形態を例示的手順を用いて以下に述べる。予備的事項として、ドローグ制御は2003年10月31日に出願された「ドローグ本体の安定化」という名称の米国特許出願第10/697,564号の教示に従って実施することができることに留意されたい。上記特許出願全体を参照することにより本明細書に援用する。米国特許出願第10/697,564号は、2003年8月29日に出願された米国仮特許出願第60/498,641号に基づく優先権を主張しており、この特許出願全体を参照することにより本明細書に援用する。上記仮特許出願の教示もまた、燃料補給ドローグの位置を制御するために用いることができる。
【００２６】
まず航空機１０００の翼に取り付けられたドローグ担持体からドローグ１００を延出する。ドローグアセンブリ１００は、空中燃料補給ができるように十分な長さだけ航空機１０００から延出する。この長さは、例示的実施形態では翼から（従って照射光発光器から）約100フィートであるが、他の実施形態では局地的条件および／または空中燃料補給が必要な任務のタイプに基づいて異なり得る。燃料補給ドローグアセンブリ１００は、航空機１０００に対して、従って照射光発光器２００に対して公称位置／実効的に一定の位置（大気の条件、航空機の速度などの変化に伴って変化する一定の位置）を得ることが可能である。本手順ではこのとき、燃料補給の対象である航空機は燃料補給ドローグアセンブリ１００から十分遠い位置にあり、ドローグの位置が移動するような力をドローグに与えないようになっている。
【００２７】
上記のように、突風、乱流、燃料補給を受ける航空機などがドローグを「実効的に一定の位置」から移動させる力をドローグアセンブリ１００に与える可能性がある。経験的および／または分析的分析に基づいて、例えば特定の燃料補給任務用の所与の環境セットにおいては、ドローグ／受光器の位置を公称位置から約6インチ半径内に維持できることが知られている。いくつかの実施形態では約2〜3インチ半径内、別の実施形態ではさらに小さく約1〜2インチ半径内および／またはさらに1インチ半径内に維持することができることが知られている。いくつかの実施形態では、システムが1〜3 Hzの周波数領域の乱流の原因となり、これによりドローグが数フィート移動し得る。さらに本発明のいくつかの実施形態では、安定化システムが衝撃波（燃料補給の対象である航空機からの）の原因となることがあり、これによりドローグが並行移動する。具体的には例えばドローグ能動制御システムの制御表面のサイズ、制御表面の偏向、制御表面アクチュエータ力などの変数に依存して、システムが約5フィートの移動および／または2〜3フィートの移動を引き起こし得る定常状態の衝撃波の原因となることがある。本発明のいくつかの実施形態を実施すると、照射光発光器２００に対する「公称位置」からドローグを任意の方向に10フィートも移動させる力を引き起こし得る。（他の任務では、ドローグの移動距離はこれより大きいことも小さいこともあり得る。）従ってこの特定の任務では、ドローグが移動し易い領域、すなわち「任意の方向に10フィート」の領域が第１の実施形態の走査領域４００を規定する。すなわち、走査領域４００の形状はドローグの公称位置を中心とする20フィート(20フィートの領域と設定することができ、従って受光器３００が通常の燃料補給動作中にその領域内に位置する可能性が非常に高くなる。（他の任務では、上記領域は任務の条件により、10フィート(10フィート、10フィート(20フィートあるいはそれ以上またはそれ以下であり得る。）比較的穏やかな大気条件で燃料補給が行われている場合は、穏やかでない条件で行われている場合に比べて、走査領域は小さくなる傾向がある。
【００２８】
走査領域４００の位置はドローグアセンブリの公称位置に基づいて調整することができることに留意されたい。すなわち例えば図１を参照すると、第１のタイプの燃料補給任務の場合、ドローグの公称位置は平均して照射光発光器２００からＺ方向に105フィート、Ｙ方向に-5フィートである。第２のタイプの燃料補給任務では、ドローグは照射光発光器２００からＺ方向に公称90フィート、Ｙ方向に-15フィートの位置にある。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態では、ドローグ位置決めシステムは走査領域の位置を受光器３００の位置に合わせて調整するように構成されていることに留意されたい。一例として、照射光発光器２００は広い領域に亘って走査領域を移動させることにより、まずドローグの公称位置を見つけ、その後走査領域をドローグ回りに微調整してもよい。他の実施形態では、ドローグ位置決めシステムは、細長い収束光ビームを用いる場合のように、単に非常に大きい走査領域から始めてビームをより分散させ、より大きい領域をカバーしてもよいことに留意されたい。ドローグ／受光器の公称位置を識別した後、それに伴って走査領域を狭めてもよい。
【００３０】
本発明の他の実施形態では、燃料補給側航空機は、ドローグの公称位置を検出するデバイスを含み、この検出を用いて走査領域を方向づけてもよい。本発明の他の実施形態では、航空機１０００に搭乗しているオペレータが走査領域をドローグに向ける。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態では、走査領域の中心が燃料補給ドローグの公称位置でなくてもよいことにも留意されたい。これは、ドローグがある方向において、他の方向におけるよりも公称位置から、より大きく移動することが予想される場合であり得る。
【００３２】
ドローグが一旦公称位置に位置し走査領域がこの位置に向けられると、位置決めシステムは走査領域内のドローグの位置を識別する動作を開始してもよい。図１４に例示するような１３列および１３行を有する仮想グリッドの場合、燃料補給ドローグの公称位置がわかっていれば、走査領域／グリッドは、燃料補給ドローグの公称位置に列７、行７が位置するように位置決めされる。上記のように、照射光発光器２００は走査領域に亘って、従って仮想グリッドに亘って走査を行うことができる。信号プロセッサ５００は、照射光発光器２００が走査領域を走査している間に受光器３００が受光する照射光に基づいて、受光器／ドローグアセンブリがグリッド内のどこにあるかを決定する。この例示的手順では、信号プロセッサ５００がドローグ／受光器３００がまだ仮想行７、仮想列７にあると決定した場合、ドローグアセンブリの能動制御システムはその位置を変更しない。しかし例えば信号プロセッサ５００がドローグが仮想グリッド内で行６、列７に移動したと決定すると、信号プロセッサ５００は能動制御システムに信号を出力してドローグを下方（すなわちマイナスＹ方向）に移動させる。能動制御システムは、受光器が再び信号プロセッサからの照射光を受光しドローグ／受光器が再びその公称位置に位置するまでドローグを下方に移動するよう命じられてもよい。例えば照射光が行７、列７という受光器の位置を示す場合、信号プロセッサは能動制御システムに指示してドローグを下方に向けることを停止させる。一方、例えば信号プロセッサがドローグが現在行８、列７にあると決定した場合、この信号プロセッサは能動制御システムに信号を出力してドローグを上方（すなわちプラスＹ方向）に向けさせる。このようにドローグ位置決めシステムをインタラクティブに用いてドローグの位置を制御することができる。本発明の他の実施形態では、異なる様式で動作し得ることに留意されたい。すなわち例えばドローグが行７、列７から例えば行６、列７に移動する傾向がある場合、能動制御システムはドローグアセンブリのいくつかの制御表面の平衡状態を調整してドローグを行７、列７に戻し、この傾向を無効にしてもよい。基本的にはドローグの位置を決定することができ、その位置が能動制御システムを用いて調整／制御することができる限り、ドローグ位置決めシステムはいかなる様式で用いられてもよい。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態では、燃料補給ホースの遠位部が、ドローグアセンブリのうち能動的に制御される部分となることに留意されたい。理由は、いくつかの実施形態では、ドローグアセンブリ１００が可撓点を含み得、可撓点がホース１１０とドローグ１０５との間に位置し、それによりドローグ１０５がホースの中心線（図３を参照のこと）回りに回動可能となるからである。このような実施形態では、制御されるのは典型的にはホースの遠位端の位置である。他の実施形態では典型的には、ホースがドローグ１０５に剛性に連結されている場合、制御されるのはドローグ１０５の位置である。従って本発明のいくつかの実施形態では、受光器は制御されたコンポーネントに直接または剛性なインターフェースを介して剛性に連結されている。ホースの位置を制御すべき場合は、例えば図３からわかるように、受光器が典型的にはホースに剛性に連結される。本発明のいくつかの実施形態では、受光器が搭載されてドローグ１０５をホース１１０に連結するアダプタを含む改変型キットがさらに含まれることに留意されたい。いずれのコンポーネントを制御すべきかによって、アダプタはそのコンポーネントに剛性に連結される。要するに、燃料補給ドローグアセンブリの位置を制御するとは、ドローグアセンブリの他の部分が制御されないかもしれないことを認識して、燃料補給ドローグアセンブリ上／内の少なくとも１点（ドローグ、ホースの遠位部、アダプタなど）を制御することを意味する。
【００３４】
いくつかの実施形態の具体的特徴
ドローグ位置決めシステムの具体的特徴を以下に述べる。
【００３５】
上記のように、照射光発光器２００は収束光ビームを出力することができる。本発明の他の実施形態では他のタイプの照射光を利用してもよいことに留意されたい。基本的には、本発明によるドローグの位置を決定するために用いることができる限りいずれのタイプの照射光を用いてもよい。一例であって本発明を限定するものではないが、電磁照射光を用いてもよい。このような実施形態は、ＶＯＲおよびＩＬＳに関連する技術を用いてもよい。上記のように、照射光発光器は、受光器により受光されて分析され得る識別可能特性を搬送する照射光を発光する。この識別可能特性は、仮想グリッドおよび位置決め領域内の受光器／ドローグの位置を決定する際の参考として信号プロセッサ２００によって用いられる。いくつかの例示的実施形態ではこの識別可能特性は、走査された領域／位置決め領域内のビームの現在位置を表すデジタルデータブロックでビームを変調することにより生成される。デジタルデータブロックの一例は図２２に見ることができる。図２２は、投影されたビームの変調を模式的に示す。図２２において、ブロックは分解されている。一例としてのみであるが、このブロックは他のブロックの典型でもある20ビットのデータブロックを表している。このブロックでは、最初の8ビットがヘッダ情報であり、残りの12ビットが収束ビームが向けられている行または列に関する情報を表している。図２２は、ブロックが長さ0.25インチであることを示している。これはトラッキング領域の列の幅または行の高さに対応する。すなわちビームが領域を走査するにつれて、ビームは変調され、ビームが領域内を0.25インチ移動するごとに列または行を表すに十分な変調が完了するようになっている。例えば、最初の0.1インチの移動がヘッダ情報に対応し、最後の0.15インチの移動が行／列情報に対応する。このようにこの実施形態では、変調は実質的に連続する。（しかし他の実施形態では変調は連続する必要はない。）いくつかの実施形態では、プロセッサ５００がヘッダを認識するように構成されているため、一旦新しいヘッダを受け取るとプロセッサは受光した照射光が新しい行または列を示すと決定することができる。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態では、ビームの強度を循環させることにより変調が得られる。これはいつくかの実施形態ではビームをシャッフルしてオフにし（あるいはビームを遮断して）その後オンにすること（あるいはビームを領域に向けること）に対応する。他の実施形態では複数の強度を用いてもよい。本発明の実施形態では標準的デジタル変調技術を用いることができる。これは、ビームの位置／方向と組み合わせることができるならば暗号化で用いられるような技術である。
【００３７】
ビームの識別可能特性は所与の列および行に独特のものであってもよいことに留意されたい。すなわち各列および各行は集合的にその列／行に関連する異なる識別可能特性を有してもよい。例えば、列２は他のすべての列および行の他のすべての識別可能特性とは異なる識別可能特性と関連づけられる。これは例えば、「スマートリーダ」を用いることにより達成することができる。「スマートリーダ」とは、ビームが水平に整合しているか垂直に整合しているかに関する情報を含みつつ、新しいブロックを通過中である（後に詳細に述べる）ということをプロセッサが決定することを可能にするヘッダである。しかし本発明の他の実施形態では、列および行間で同一の識別可能特性を用いてもよい。例えば、列１は行１、行２または行３などの識別可能特性と同一の識別可能特性に関連づけられてもよい。しかしこのような場合、識別可能特性のみに基づくと、システムは識別可能特性が列の位置または行の位置を示すか否かを決定することができない。このような場合は例えば、２経路走査の第１の経路と第２の経路との間のタイミングを調整して、照射光の各第１の受光が上から下への走査（例えば、行の位置を示す走査）であり、照射光の各第２の受光が左から右への走査（例えば、列の位置を示す走査）であるようにしてもよいし、あるいは他の任意の所定のパターンでタイミングを調整してもよい。これは例えば、各走査間に一定の停止時間を入れることによって決定することができる。例えば、上から下への走査と、次の左から右への走査との間に所定の時間を挿入してもよい。そして左から右への走査と、次の走査との間に別の所定時間を挿入してもよい。信号プロセッサ５００は、受光器からの出力信号の受信間の互いに異なる経過時間をルックアップテーブルから探して走査のタイプを認識するようにプログラムされていてもよい。あるいはビームが同時に２以上の識別可能特性を搬送してもよい。例えば、一方の特性が走査のタイプ（上／下であるか左／右であるか）を示し、他方の特性が走査領域内の位置（すなわちいずれの列／行であるか）を示してもよい。
【００３８】
さらなる例として、図２１に示すような細長くない（通常の）ビームを用いる場合、一方の識別可能特性が列内のビームの位置を示すように調整され、他方の識別可能特性が行内のビームの位置を示すように調整されて、２経路走査にも使用可能となっていてもよい。要するに、仮想グリッド内のビームの位置を照射光発光器に関連づけるために用いることができる限り、照射光の識別可能特性のいずれのタイプの変調／変更を用いて本発明を実施してもよい。
【００３９】
ビーム受光器の重複を用いて本発明を実施することができることに留意されたい。すなわち一例であるが、本発明のいくつかの実施形態ではビーム／受光器の重複に６：１の比が用いられ得るが、他の実施形態ではこれより大きい比または小さい比を用いてもよい。重複は、大きいビーム／小さい受光器または小さいビーム／大きい受光器のいずれかを用いることにより得ることができる。図２３は大きい受光器／小さいビームが用いられた実施形態を用いた例示的手順を示す。図２３において、仮想グリッドの行（および図示しないが列）は、複数の行（および列）が、受光器アパチャに仮想的に重複した場合に受光器アパチャ内に適合するようになっている。図２３に示す実施形態では、受光器アパチャ内には７つの行が完全に適合しているが、上記同様、他の実施形態ではこれより多い行または少ない行を用いてもよい。図２３による実施形態では、ビームが行を通過する際に識別可能特性は少なくとも7度変化する。従って受光器は７つの信号を出力する。各信号は特定の識別可能信号を示す。グリッドの列がグリッドの行と同様のサイズ／形状であるとすると、列の場合も上記と同様である。この点について、列のサイズおよび行のサイズはビームを制御してビームの識別可能特性を変化させる能力に直接関連していてもよい。
【００４０】
本発明の第１の実施形態では、走査領域が照射光発光器から100フィート離れており照射光発光器の下方10フィートにある場合、仮想グリッドの列および行は高さ／幅が0.25インチであると予想される。そのためビームの識別可能特性は、ビームが掃引方向に0.25インチ移動するごとに変化し得る。もちろん本発明の他の実施形態では、高さ／幅がこれより大きいか又は小さい行／列を用いてもよい。例えばいくつかの実施形態では、0.1インチ以下の高さ／幅および／または0.1インチ以上の高さ／幅を用いてもよい。本発明の多くの実施形態では、ビームの識別可能特性は１つの列から次ぎの列に移動するごとに変化する。そのため識別可能特性は、より大きい行および列を用いるグリッドほど変化の頻度が少ないといえる。本発明のいくつかの実施形態によると、走査領域は、照射光受光器から100フィートにある場合120インチ(120インチであり、行／列の高さ／幅は0.25インチである。従って走査領域は480(480の列および行（走査線）から形成される。しかし本発明の他の実施形態では、異なるサイズ／形状の走査領域が用いられてもよいことに留意されたい。一例としてのみであり本発明を限定するものではないが、円形の走査領域を用いてもよく、この場合ビームは中心から外方へ移動する螺旋パターンで走査する。このような実施形態でも、インタラクティブシステムを有することが可能であり、受光器が位置する可能性の最も高い中心から走査が開始されて外方へ移動し、その後照射光受光器が一旦照射光を受光すると、照射光発光器が制御されて走査をリセットし再び中心からおよび／またはほぼドローグの位置から走査を開始するということが可能である。本発明によると他の実施形態では矩形セクションまたは他の形状のセクションを用いてもよく、その場合もドローグの位置決めという結果が達成される。
【００４１】
図２３の例では、各行の高さが0.25インチであり、受光器は受光された照射光によって搬送された異なる７つの識別可能特性を完全に受け取り、照射光受光器に７つの異なる識別可能特性を出力する（あるいは受光された照射光によって受け取られた７つの表示的特性を示すデータパッケージを搬送する単一の信号を出力する）。他の実施形態では、受光器は単に受け取ったすべての情報を示す信号を出力し、完全なデータセットを受け取ったか否かを信号プロセッサ５００に決定させる。信号プロセッサ５００は信号を分析し、グリッド内の７つの異なる行を表す照射光を受け取ったこと、従って仮想グリッド内の正確な位置が必ずしも判明しなくてもよいことを決定する。いくつかの実施形態では、受光器および／または信号プロセッサは、ヘッダの受取りの間に受け取ったビット数に基づいて、完全なデータセットを受け取ったか否かを決定する。例えば図２３に示す手順では、受光器は行２まではヘッダを受け取らない。従ってそれより前の情報は無視されることがわかる。さらに受光器は行９のヘッダを受け取った後は、それ以上ヘッダを受け取らず、照射光が停止されるまで完全な20ビットの情報を受け取ることはない。従って最後に20ビットを受け取った後の情報は無視されることがわかる。このような手順では、受光器および／または信号は、平均的な行の位置が決定されるように７つの異なる行を平均化するような処理を行う。例えば図２３では、平均的な行は行５である。例えば受光器アパチャが１行分下に移動して平均的行が行６となれば、信号プロセッサは能動制御器に信号を出力してドローグを上方に移動させるように制御を調整させ、それにより受け取る行の平均が再び行５となるようにすることができる。さらに図２３を参照すると、行１からの照射光および行９からの照射光もまた、少量ではあるが受光器により受光されることがわかる。本発明の実施形態によると、この部分的に受光した照射光は部分的データセットの受取りにのみ対応し得、受光器は、部分的データセット／照射光量の一部のみを受け取った場合には信号を出力しないように設計され得る。すなわち図２３を参照すると、受光器は９つではなく７つの信号を出力する（すなわち受光器は列１および列９の照射光を基本的に無視する）。しかし本発明の他の実施形態では、部分的データセットを受け取った場合でも信号を出力してもよい。
【００４２】
本発明の別の実施形態では、通過の間に受け取ったビット数を用いてセクタ／サブ領域内の超正確位置が得られる。図２３を参照すると、プロセッサ５００は受け取ったビット数を知っており、ライン２からライン８までの完全なデータセットを受け取ったことを知っている。例えばプロセッサ５００は、行２から行８に対する7(20ビットを受け取ったこと、例えば行２を表す完全な20ビットを受け取る前に5ビットを受け取ったこと、および行８を表す完全な20ビットを受け取った後に10ビットを受け取ったことを知る。従ってプロセッサは、受光器の中心が行１よりも行９に近い位置にあると決定することができる。実際プロセッサは、受光器の中心が行５の上端から約12.5ビット離れた位置にあると決定することができる。（例えば、受け取った155ビットを2で除算し、ライン１から受け取った5ビットを減算した72.5ビット分だけライン２の上端から下方の位置；すなわち各ラインが20ビットを表す場合、中心は行５の上端から12.5ビット離れている位置である。行５の下端からの距離も決定することができ、両方とも計算の正確さを確認するか、または切り上げ／切り下げによる誤差の可能性がある場合にそれを吸収する。）このように単に受光器の中心が行５内にあると決定することができることに代えて、受光器の中心が行５の上端から0.15625インチ下（12.5ビット(20ビット(0.25インチ）にあるとも決定することができる。本発明の実施形態を実施することにより超正確な結果を得るために他の数学的操作を用いてもよい。
【００４３】
本発明で用いることができる処理アルゴリズムは以下の通りである。ラスタが上から下に番号づけされ、メッセージパッケージが左から右に番号付けされるとすると、中心ラスタ走査線は以下の通りである。
【００４４】
Ａ．Lowest#number#scan#line#detected+
((Highest#number#scan#line#detected-
Lowest#number#scan#line#detected)/2).
Ｂ．中心パケットは上記「Ａ」からの走査線に対しては、lowest#packet number+((highest#packet#number-lowest#packet#number)/2)である。
【００４５】
上記のように本発明の実施形態では、大きいビーム／小さい受光器または小さいビーム／大きい受光器のいずれかを用いることができる。本発明によるドローグの位置決めがなされる限り、いずれのサイズのビームおよびいずれのサイズの受光器を用いてもよい。
【００４６】
本発明の多くの実施形態では、上記のように仮想グリッドが用いられる。しかし本発明の他の実施形態は、仮想グリッドを用いずに実施することができる。一例として、図２１に示すような細長くない収束光ビームを用いて走査し、照射光発光器に対するビームの角度方位を示す識別可能特性をビームが含むようにしてもよい。このような場合、２つの基準面を生成してもよく、基準面は互いに直交していてもしていなくてもよい。例えば図２４および図２５は、ビーム方向の公称角度を通過し紙面に対して角度を有して延びる面からの角度方位を示す。図２４によると、受光器は公称角度を通過する面に対してプラス１０度上方の位置にある。図２５によると、受光器は公称角度を通過する面に対してプラス5度側方の位置にある。ビームの公称「位置」がプラス10度および0度である場合、能動制御システムはドローグの向きを5度戻すように指示され得る。このような実施形態では、細長いビームを用いる方法および細長くないビームを用いる方法の両方が用いられ得る。細長くないビームを用いる方法を用いた場合、ビームゾーンは照射光発光器に対する方向がわかっている、分配された複数の独自ベクターを含んでもよく、これにより受光されたビームがいずれの独自ベクターと一致するかを信号プロセッサが決定すると、照射光発光器に対する受光器の方位を決定することができる。すなわち独自ベクターが、照射光発光器に対するビームの実際の方位に一致する。実際の方位は、幾何学的に規定された様式でビームゾーン内に分散されている。
【００４７】
このような実施形態では、照射光発光器は、発光した照射光ビームを照射光発光器から離れた領域に向けるように適合されている。照射光は照射光発光器に対する照射光ビームの方位の変化に対応して変化する識別可能特性を含む。一例として照射光発光器は、デジタルデータブロックで変調された収束光ビームを発光するように適合されている。変調されたデジタルデータブロックはそれぞれ照射光発光器に対するビームの方位に対応する離散方位を示す。変化した識別可能特性の一部はそれぞれ、第１の基準フレームにおける照射光発光器に対するビームの方位に対応する離散方位を示し、この場合、変化した識別可能特性の少なくとも一部がそれぞれ、第２の基準フレームにおける照射光発光器に対するビームの方位に対応する離散方位を示す。
【００４８】
受光器の出力に基づいて、プロセッサは出力信号を処理するように適合され、さらに照射光の少なくとも一部が受光器によって受光されたときの照射光発光器に対する受光器の方位を示す第１の仮想方位を識別するように適合されている。一例として、信号プロセッサは、受光器からの第１の出力信号を分析するように適合されている。第１の出力信号は、受光した照射光の第１の識別可能特性を示し、第１の識別可能特性は、照射光が受光された時点での、第１の基準フレームにおける照射光発光器に対するビームの第１の方位に対応する第１の離散方位を示す。さらに一例として、信号プロセッサは、受光器からの第２の出力信号を分析するように適合されている。第２の出力信号は、受光した照射光の第２の識別可能特性を示し、第２の識別可能特性は、照射光が受光された時点での、第２の基準フレームにおける照射光発光器に対するビームの第２の方位に対応する第２の離散方位を示す。従って信号プロセッサは、第１および第２の出力信号の分析に基づき、照射光発光器に対応する受光器の仮想位置を識別するように適合されている。
【００４９】
上記のように、本発明のいくつかの実施形態は、ドローグアセンブリ１００が照射光発光器に対する位置を維持することを可能にするように構成されている。いくつかの実施形態では、このような維持は照射光発光器とドローグアセンブリ１００との連動なしに行うことができる。例えばドローグアセンブリ１００上の信号プロセッサ５００に、受光器からの信号を分析して位置決め領域／仮想グリッド内の燃料補給ドローグの現在位置を識別するに十分なルックアップテーブルを備えてもよい。しかし他の実施形態では、ドローグを燃料補給側航空機と連動させてもよい。
【００５０】
本発明の一実施形態は、従来の燃料補給ドローグを位置決め用に変更可能および／または能動的に制御可能とするデバイスを含むキットを含む。（このような実施形態はさらに変更方法をも含む。）このようなデバイスは、位置決めおよび／または能動的制御を実施するのに必要な受光器、信号プロセッサおよび／または制御表面、センサなどを含むパックという形態であってもよい。本発明のいくつかの実施形態では、パックは位置決めシステムと能動制御システムとを１つのパック内に有してもよく、あるいは少なくともこれらのシステムを実施するのに必要な空気流と物理的にインターフェースするコンポーネント（羽、制御表面など）を有してもよい（変更されたパックとインターフェースする手段がある限り、他のコンポーネントは燃料補給側航空機に直接追加してもよい）。従ってドローグ位置決めシステムおよび／または能動制御システムの上記エレメントのいずれかまたはすべてを含む限り、および／または現行の燃料補給ドローグに対して位置決めおよび／または能動的制御という機能を実施することができる限り、いずれのキット／パックも本発明のいくつかの実施形態を実施するために用いることができる。
【００５１】
本発明は、上記技術を実施するように適合されたソフトウェア、ファームウェアおよび／またはコンピュータ（単純なロジック回路および／またはエラー回路を含む）を含むことにも留意されたい。さらに、本発明のいくつかの実施形態は手動で実施され得、他の実施形態は自動で実施され得る。従って本発明は、本発明を自動的に実施するように構成され得る、または用いられ得る任意のデバイスまたはシステムを含む。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態は、燃料補給ドローグ１００において電気を生成することにより、受光器、信号プロセッサおよび／または能動制御システムなどにパワーを供給するように構成されてもよい。
【００５３】
上記のように、走査領域は平坦な領域として扱われる。しかしこのように扱った場合、走査領域から照射光発光器までの距離は、走査領域の中心よりも走査領域の周縁部において長くなる（走査領域の中心が照射光ビームの公称方向であるとした場合）。これは領域の中心と周縁部とでビームの角度が変化するからである。このように仮想グリッド／サブ領域の独自セクタは、グリッド／位置決め領域の中心と周縁部とでサイズが異なり、それによりこの現象が起こる。実際、本発明のいくつかの実施形態では、グリッドは光ビームによって規定される。すなわち、ビームがどのように変化するかによって、仮想グリッド／サブ領域のサイズおよび形状が制御される。この点で、グリッドはドローグの位置を表現するのにより都合がよい。ドローグの位置を維持するために本発明を実施する場合、仮想グリッドの均一性は必要ない。実際、ドローグの位置を制御するためにロジックを用いるならば、グリッド全体を省くことができる。（例えば、様々な識別可能特性に対応して大きいルックアップテーブルを用いてもよいし、および／または変更したフライ・バイ・ワイヤを用いてもよい。なぜならこれらが、照射光発光器に対するビームの方位に対応するからである。例えば、あらゆる場合を網羅する「こういう場合にはこうする」というルーチンを用いてもよい。）あるいは、発光ビームの方位の角度変化を変化させて、一定サイズのグリッドを用いてもよい（すなわち、グリッドの中心近傍を走査するときよりもグリッド／トラッキング領域の周縁部を走査するときの方が角度変化が大きくなる）。さらにこれら２つの組合せを用いてもよい。
【００５４】
この点について、トラッキング領域／仮想グリッドを、平坦な領域ではなく湾曲した表面として扱ってもよい。この点に関して、燃料補給ドローグアセンブリ１００が照射光発光器に対して移動する際、アセンブリ１００は３次元で移動する可能性があることに留意されたい。すなわち、燃料補給中、燃料補給ホース１１０の長さが一定であるとして、「Ｘ」または「Ｙ」方向の位置が変化（図１および図２を参照のこと）すると、「Ｚ」方向の位置も変化する。このように本発明の実施形態は、３次元におけるドローグの位置を説明するように実施することができる（すなわち、位置決め部分を用いてドローグの位置を決定することができる）。これは例えば、それぞれ第１の照射光発光器または第１の照射光受光器からの距離が判明している第２の照射光発光器または第２の照射光受光器を追加し、両者間の三角測量を行うことにより達成することができる。これに代えてまたはこれに加えて、本発明のいくつかの実施形態では、ドローグアセンブリ周りに間隔をあけて設けられた２以上の受光器であって、所与の通過の間にいずれのビームがいずれの受光器で受光されたかを分析する受光器を用いてもよい。例えば、受光領域からの所与の位置に対して、照射光発光器から100フィートの距離において、列４５における受光器の位置を示す特性を搬送する照射光を受光器Ａが受光し、且つ列５７における受光器の位置を示す特性を搬送する照射光を受光器Ｂが受光すると予想される場合、および再び受光領域内の「同じ」位置に対して、照射光発光器から102フィートの位置において、列４４における受光器の位置を示す特性を搬送する照射光を受光器Ａが受光し、且つ列５８における受光器の位置を示す特性を搬送する照射光を受光器Ｂが受光すると予想される場合、「Ｚ」位置の距離は、この現象が適用可能である場合この現象に基づいて得ることができる。
【００５５】
上記によると、本発明の実施形態は、ドローグ位置決め／ステーションキーピングが本発明に従って実施されるように位置決め領域および／または位置決め部分を用いることによって実施することができる。要するに、本発明を実施するにはいずれの座標系を用いてもよい。
【００５６】
縮尺したテストモデル
2005年2月25日に出願された「燃料補給用光学トラッキングシステム」という名称の米国仮特許出願第60/656,084号は、特に本明細書に記載の方法、デバイスおよびシステムの少なくともいくつかに対して縮尺した風洞テストを行うように構成された、本発明の実施形態を開示しており、上記仮特許出願全体を参照することにより本明細書に援用する。従って本発明は、縮尺したか否かにかかわらず、上記仮特許出願に開示されたデバイス、システムおよび方法を含むことに留意されたい。従って本発明はさらに、本明細書に記載の教示を用いて実施するために縮尺された、上記仮特許出願に開示のデバイス、システムおよび方法を含む。
【００５７】
縮尺したテストモデルのいくつかの実施形態によると、光学リンクは可視であり目に安全である。ターゲットまでの距離は約10フィートであり得、走査ビームの能動領域（走査領域）は受光器において約12.8インチ(約12.8インチであり得る。ターゲットでのグリッドの解像度は約0.025"であり得る。ターゲットにおけるビームスポットのサイズは直径約0.015"以下であり得る。フレームレートは約100 Hzであり得る。受光器の能動領域は直径0.250"以上であり得る。受光器は30度の視野（すなわち、30度の角度を含む円錐）を有し得る。さらに縮尺したテストモデルのいくつかの実施形態によると、フレーム内には512(512の走査線があり得る。ターゲットグリッド上の各位置に対して、ビーム上には最低18ビットの符号化情報があり得、（18ビットの場合）26.2144 MHzのデータレート、すなわち512(512(100=26.2144 MHzのデータレートが達成されるようになっている。ビームに対する符号化は、部分的データフレームのみが受け取られたことを迅速に認識することを可能にする形態であり得る。同期および／またはフレーム化ビットは許可され得、データレートが追加のビットに比例して増大することを認識する。位置データの単一完全ブロックは0.78 (sかかり得る。このような特徴は、空中燃料補給に関して本明細書に記載したシステム内で実施するように縮尺されてもよい。一例として、いくつかの実施形態では、フレーム（例えば完全な水平および垂直走査）は20フレーム／秒が達成されるほどの速度で完了し得ると予想される。すなわち1フレームが50ミリ秒で達成され得る。一例として、水平走査が20ミリ秒かかり、垂直走査が20ミリ秒かかり得る。各走査ごとに500行／列あり、各行／列につき20ビットあるとすると、10,000ビットの情報が20ミリ秒で伝達されることになる。
【００５８】
受光器機能の出力は、3バイトのデータを含み、115.2キロボーで伝達されるRS-232データストリームであってもよい。このデータは、同期ビットまたはヘッダビットがなければ、僅か18ビットの位置情報であり得る。このメッセージは、受光器の中心に最も近いフレーム用のコードであってもよい。これは、受光器の視野内のすべての完全なフレームを分析することにより決定することができる。このメッセージストリームは100 Hzで反復してもよい。3バイトのフレームの同期は、完全な走査フレームの開始に対して行われてもよいし、受光器処理エレメントに対して行われてもよい。
【００５９】
送信器は独立型であってもよく、機能するためにパワーの付与のみを必要とするものであってもよい。すべてのビーム形成、走査および変調エレメントが供給されてもよい。必要に応じて送信器は２つの部分、すなわち光ヘッドと電子部品アセンブリとに分かれていてもよい。送信器が２つの部分に分かれている形式の場合、光ヘッドと電子部品との間は最大8インチ離れていてもよい。
【００６０】
受光器への搭載は、最大10 Hzの周波数の動的な動きであってもよい。この動きは並行移動と回転の両方を含む。端から端まで12.8インチに亘る移動が10 Hzで行われるとして、受光器は0.1秒ごとに10インチ移動する（すなわち、1.0秒ごとに100インチ=1.0 (sごとに0.0001インチの割合で移動する）。
【００６１】
受光器に向けられる周囲光は排除されなくてもよいが、減少したり間接的に向けたりすることができる。さらに光フィルタを用いることにより受光器の帯域幅を制限してもよいが、動作波長は可視光帯域であってもよく、そのためまだ周囲光は存在してもよい。
【００６２】
風洞テストに適した本発明の実施形態の一例は以下の通りであり、実際の実施には縮尺してもよい。
【００６３】
２軸設計を用いてもよい。所与の光路用の複数光路／複数走査という構造を用いてもよい。紫外線レーザまたは赤色レーザを用いてもよい。シングルまたはデュアル検流計設計を用いてもよい。内部線生成器を用いてもよいし外部線生成器を用いてもよい。実際、「内部−外部線生成器」を用いることができる。なぜなら内部線生成器がない場合、レーザビームはＸターニングミラーとＹターニングミラーとに同時に現れるに十分幅広くなる可能性があり、そのためＸ走査フィールドとＹ走査フィールドとの両方に同時に現れるからである。内部線生成器はこのように有用であるが、デバイスはさらに外部線生成光学部品を有してもよい。実際いくつかの実施形態では、内部ＬＧ光学部品または外部ＬＧ光学部品または内部および外部光学部品のいずれかを有するシングル検流計またはデュアル検流計を用いることができる。３つの単純ミラーを備えた、内部線生成器を有するシングル検流計を用いてもよい。２つのサイズ、すなわち1/2"(1/2"および1"(1"を用いることができる。光学部品を単純搭載した小型の線生成光学部品が用いられる。図２６から図３１は、検流計の様々な設計を模式的に示す。図３２から図３３ｂは、経過時間に沿ったビーム発光を模式的に示す。これらの図における軸表示は、これまでの図における軸表示と正確に対応していないことに留意されたい。例示的実施形態では、照射光発光器は単一線状光ビーム発光器、プリズム、および回転可能ミラーアセンブリを含む。照射光発光器は、回転可能ミラーアセンブリを回転させて、それにより、単一線状光ビーム発光器により発光された単一線状光ビームがミラーによって偏向され、発光した単一線状光ビームが第１の方位に投影されることになるように適合されている。照射光発光器はさらに、回転可能ミラーアセンブリを回転させて、それにより、単一線状光ビーム発光器により発光された単一線状光ビームがプリズムを通過し、発光した単一線状光ビームが第１の方位とは異なる第２の方位に投影されることになるように適合されている。このように、２つのプロジェクタ（レーザプロジェクタ）に代えて単一の光ビームプロジェクタ（例えばレーザ）を用いてもよい。もちろん本発明の他の実施形態では、様々な方位で線を得るために同期された複数の生成器を用いてもよい。
【００６４】
線の品質および特性については、幅約１ミクロンの発光領域を有するＵＶレーザダイオードを用いて75フィートで幅0.25"のビームを得るために、回折制限された少なくとも直径3 mmの円筒形レンズが用いられ、発光領域から少なくとも3 mmの位置に置かれる。従って635 nmのレーザを用いて8フィートのレンジで2 mmの線幅を得ることができ、さらに同一のレーザモジュールを用いて75フィートで10 mmの線幅を得ることができる。
【００６５】
走査は、先端が傾斜したプレートではなく１軸スキャナで行ってもよいため、Ｘ方向およびＹ方向の走査は異なる仮想中心を有し得る。Ｘ方向走査およびＹ方向走査の見かけ上のソースは互いに、Ｘ方向に約9 mm、Ｙ方向に13 mm、Ｚ方向に13.5 mm離れている（ここでもこれらの軸は本明細書で参照した以前の図における軸とは対応していなくてもよい）。このことは、センサでの走査の重合に２つの影響を及ぼすが、両方とも数フィートを越える作業距離では重要ではない。第１の影響はソースが見かけ上、横方向に離れていることによる。この視差により、レンジが変化するにつれてＸ方向走査とＹ方向走査との重合が合わなくなる。この影響は、延ばした手の各々に懐中電灯を保持し単一の物体に光を当てた場合に見えるものとほぼ同じである。より近い物体とより遠い物体とが２つのビームの異なる部分で重合する。しかしこの影響は非常に小さい。なぜなら実際のデバイスにおいてはソース間の仮想の距離が僅か約16 mmだからである。物体が8フィート離れているとき、ビームの中心は逆正接（16/2400）または0.38度だけ逸れる。この結果、レンジが6インチ変化するごとに1 mmの重合誤差が生じる。75フィートのレンジでは、レンジが56インチ変化するごとに1 mmの重合誤差が生じる。さらに、コンピュータを用いてこれを補償することができる。この重合誤差による唯一の実際的な影響は、レンジが変化するにつれて両方のビームが走査する一致領域が減少することである。ビームはレンジに伴って大きくなるため、視差は走査された領域に比例して減少する。ビームが75フィートで整合する場合、レンジがほぼ10フィートに縮小すると、この視差によってビームの重複は僅か90％となり、75フィートでは100％、１マイルでは約95％となる。テストのために、システムは8フィートのレンジで整合させる。
【００６６】
第２の影響は、ＸビームのソースとＹビームのソースとが見かけ上、長手方向に離れていることによる。この影響により、Ｙビームが、所与のレンジでＸビームより1.3 mm大きい領域を走査する。この影響はビームが一致するすべてのレンジで無視できる。
【００６７】
スキャナのミラーは走査の誤差を最小限に抑えるように方位づけられている。これらの誤差は一致誤差（coincidence error）、直交誤差（perpendicularity error）および楔石誤差（keystone error）という形態を取る。楔石誤差によると、走査は一端において他端におけるよりも長く移動し（ビームが実際に画像面の大きい円の一部を掃引する）、その結果走査領域が楔石形状となる。直交誤差によると、Ｘ方向走査およびＹ方向走査が互いに90度以外の角度で移動する。一致誤差によると、Ｘ方向走査およびＹ方向走査の中心が画像面内で一致しない。これらの誤差の結果は、Ｘ方向走査とＹ方向走査が移動する一致領域が減少することであり、直交誤差の場合、２つの軸間にクロストークを生じる。ミラーは、これらの誤差すべてが走査中に亘って通常ゼロ、または走査中心において最小（ゼロ）となるように配置されている。
【００６８】
ミラーサポートの製造誤差により、ミラーの方位が設計位置から移動する可能性があり、それにより上記誤差がゼロでなくなることがある。典型的な整合誤差は0.003"のオーダーである。各ミラーが表面全体に亘ってこの大きさの傾斜誤差を有しているとすると、その結果75フィートのレンジで得られる走査領域は大幅に減少する。
【００６９】
製造誤差は、Ｘ方向走査ミラーに対するＸ傾斜調整、およびＹ方向走査ミラーに対するＹ傾斜調整をデバイスに組み込むことにより補正することができる。これら２つの調整を用いて製造誤差を補正すると、得られる走査をほぼ元の状態に回復することができる。何らかの誤差、例えば直交誤差が残っていても、小さければ事実上無視できる。
【００７０】
この実施形態を実施するために以下の材料を用いることができる。製造したＸＹ方向走査ミラーサポートブロック、製造したＸ方向走査ミラーサポートブロック、製造したベース、製造したＹ方向走査ミラーサポートブロック、製造したレーザサポートブロック、製造したスキャナサポートブロック、製造したレーザアパチャ、ソーラボ（Thorlabs）製第２Ｙ方向スキャンミラー（ME1S-G01）、ソーラボ（Thorlabs）製第１Ｙ方向スキャンミラー（ME1S-G01）、ソーラボ（Thorlabs）製Ｘ方向スキャンミラー（ME05S-G01）、Nutfield Technology, Inc.製スキャナミラー／10 mmＸミラーアセンブリ、Nutfield Technology, Inc.製スキャナ（Part No. HS-15C）、World Star Tech製レーザモジュール（Part No. UTL5-10G-635）。
【００７１】
図３４から図３９はスキャナヘッドの設計例を示し、スキャナヘッドの寸法は4(4(4インチである。
【００７２】
いくつかの実施形態では、走査領域は12'の距離で2'(2'である。動作は25 Hzで行われる。図３４から図３９は本発明の実施形態による発光器を模式的に示す。
【００７３】
ここでも上記は実際の実施のために縮尺することができる。
【００７４】
本発明の開示を読めば当業者は、本発明の範囲および思想の範囲内で他の実施形態および改変があり得ることを理解する。従って本発明の範囲および思想の範囲内で本開示内容から当業者によって達成可能なすべての改変は本発明のさらなる実施形態内にふくまれるものとする。従って本発明の範囲は、請求の範囲に記載されるように定義される。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
上記に、基準点に対する燃料補給ドローグの位置を決定し、基準点に対する燃料補給ドローグの位置を制御するという適用について記載してきたが、他のタイプのターゲットの位置を決定するため、および／またはこれらのターゲットの位置を制御するために本明細書の他の実施形態を用いてもよいことに留意されたい。このようなターゲットは例えば、航空機、陸上運搬機、ボート、独立性無人機、衛星などを含み得る。実際、本明細書のいくつかの実施形態は、照射光発光器をタワー上に配置し、タワーの下の領域、例えば滑走路、駐車場、工事現場などを走査し、独立性無人機、独立性乗り物（駐車場係員の必要性を緩和する）、工事用機材、例えばブルドーザなどを制御／位置決めするために本発明を用いることにより実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明による空中燃料補給動作の側面図である。
【図２】図２は、本発明による空中燃料補給動作の前面図である。
【図３】図３は、本発明によるドローグアセンブリの側面図である。
【図４】図４は、本発明による走査動作の側面図である。
【図５】図５は、本発明による走査動作の平面図である。
【図６】図６は、照射光発光器によって発光された細長い収束光ビームを示す図である。
【図７】図７は、照射光発光器によって発光され平面に当たった細長い収束光ビームを示す図である。
【図８】図８は、照射光発光器によって発光された細長い収束光ビームを経過時間に沿って示す図である。
【図９】図９は、照射光発光器によって発光され平面に当たった細長い収束光ビームを経過時間に沿って示す図である。
【図１０】図１０は、照射光発光器によって発光された細長い収束光ビームを示す図である。
【図１１】図１１は、照射光発光器によって発光され平面に当たった細長い収束光ビームを示す図である。
【図１２】図１２は、照射光発光器によって発光された細長い収束光ビームを経過時間に沿って示す図である。
【図１３】図１３は、照射光発光器によって発光され平面に当たった細長い収束光ビームを経過時間に沿って示す図である。
【図１４】図１４は、仮想グリッドを示す図である。
【図１５】図１５は、走査領域に重合する仮想グリッドを示す図である。
【図１６】図１６は、仮想グリッドに亘る２経路走査を模式的に示す図である。
【図１７】図１７は、仮想グリッドに亘る２経路走査を模式的に示す図である。
【図１８】図１８は、照射光発光器に対する仮想グリッドの位置を示す図である。
【図１９】図１９は、仮想グリッドに亘る２経路走査を、受光器がグリッド内にある状態で模式的に示す図である。
【図２０】図２０は、仮想グリッドに亘る２経路走査を、受光器がグリッド内にある状態で模式的に示す図である。
【図２１】図２１は、本発明で用いられる別のタイプの走査を模式的に示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施形態で用いられるデジタルデータセットを表す図である。
【図２３】図２３は、小さいビーム／大きいアパチャという構造の場合の、受光器アパチャに対する行の方位を模式的に表す図である。
【図２４】図２４は、仮想グリッドを用いない場合のドローグの位置決めを模式的に表す図である。
【図２５】図２５は、仮想グリッドを用いない場合のドローグの位置決めを模式的に表す図である。
【図２６】図２６は、様々な検流計の一例を模式的に表す図である。
【図２７】図２７は、様々な検流計の一例を模式的に表す図である。
【図２８】図２８は、様々な検流計の一例を模式的に表す図である。
【図２９】図２９は、様々な検流計の一例を模式的に表す図である。
【図３０】図３０は、様々な検流計の一例を模式的に表す図である。
【図３１】図３１は、様々な検流計の一例を模式的に表す図である。
【図３２】図３２は、経過時間に沿ったビーム発光を模式的に示す図である。
【図３３ａ】図３３ａは、経過時間に沿ったビーム発光を模式的に示す図である。
【図３３ｂ】図３３ｂは、経過時間に沿ったビーム発光を模式的に示す図である。
【図３４】図３４は、本発明の実施形態による発光器を模式的に示す図である。
【図３５】図３５は、本発明の実施形態による発光器を模式的に示す図である。
【図３６】図３６は、本発明の実施形態による発光器を模式的に示す図である。
【図３７】図３７は、本発明の実施形態による発光器を模式的に示す図である。
【図３８】図３８は、本発明の実施形態による発光器を模式的に示す図である。
【図３９】図３９は、本発明の実施形態による発光器を模式的に示す図である。
【図４０】図４０は、本発明の実施形態による発光器を模式的に示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３ａ】
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【図３３ｂ】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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