(57)【要約】ある実施形態によれば、無人ビークルの航路管理システムは、無人ビークル制御システムおよび無人ビークルと通信するネットワーク・ノードを含む。そのネットワーク・ノードは、無人ビークルに対していくつかの初期経由点を送信し、無人ビークルに対して一つまたは複数の航行中経由点を、無人ビークルが初期経由点のうちの対応する一つまたは複数に到達後、送信し、無人ビークルに記憶される経由点の総量が所定の量を超えないように、無人ビークルにおいて初期経由点のうちの前記一つまたは複数を前記一つまたは複数の航行中経由点で置き換えるよう動作可能である。
2011502310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人システム用統合アーキテクチャ準拠のインターフェースを有し航路に沿って進む無人ビークルおよび標準化協定４５８６準拠のインターフェースを有するビークル制御システムと通信するビークル固有モジュールを有する航路管理システムであって、前記ビークル固有モジュールは：
前記航路の一部をなす複数の初期経由点を前記無人ビークルに送信し；
前記無人ビークルが前記複数の初期経由点の一つまたは複数に到達後、一つまたは複数の航行中経由点を前記無人ビークルに送信し；
前記無人ビークル内で記憶される前記複数の初期経由点および前記一つまたは複数の航行中経由点の量がある指定された量を超えないよう、前記無人ビークルにおいて前記複数の初期経由点の前記一つまたは複数を、前記一つまたは複数の航行中経由点で置き換えるよう動作可能である、
航路管理システム。
【請求項２】
前記一つまたは複数の経由点が単一の経由点である、請求項１記載の航路管理システム。
【請求項３】
前記一つまたは複数の経由点が一つまたは複数の新しい経由点および一つまたは複数の再帰経由点を含む航行中経由点の群であり、前記一つまたは複数の新しい経由点の量は、前記無人ビークルが先に到達した前記複数の初期経由点の量以下である、請求項１記載の航路管理システム。
【請求項４】
前記航行中経由点の群がサブ航路である、請求項３記載の航路管理システム。
【請求項５】
前記サブ航路が、接近航路、漫歩航路およびベクトル航路からなる群から選択される、請求項４記載の航路管理システム。
【請求項６】
無人ビークル制御システムおよび無人ビークルと通信するネットワーク・ノードを有する航路管理システムであって、前記ネットワーク・ノードは：
前記無人ビークルが進む航路の一部をなす複数の初期経由点を前記無人ビークルに送信し；
前記無人ビークルが前記複数の初期経由点の一つまたは複数に到達後、一つまたは複数の航行中経由点を前記無人ビークルに送信し；
前記無人ビークル内で記憶される前記複数の初期経由点および前記一つまたは複数の航行中経由点の量がある指定された量を超えないよう、前記無人ビークルにおいて前記複数の初期経由点の前記一つまたは複数を、前記一つまたは複数の航行中経由点で置き換えるよう動作可能である、
航路管理システム。
【請求項７】
前記一つまたは複数の経由点が単一の経由点である、請求項６記載の航路管理システム。
【請求項８】
前記一つまたは複数の経由点が一つまたは複数の新しい経由点および一つまたは複数の再帰経由点を含む航行中経由点の群であり、前記一つまたは複数の新しい経由点の量は、前記無人ビークルが先に到達した前記複数の初期経由点の量以下である、請求項６記載の航路管理システム。
【請求項９】
前記航行中経由点の群がサブ航路である、請求項７記載の航路管理システム。
【請求項１０】
前記サブ航路が、接近航路、漫歩航路およびベクトル航路からなる群から選択される、請求項９記載の航路管理システム。
【請求項１１】
航行中経由点の群の最終経由点が漫歩経由点である、請求項７記載の航路管理システム。
【請求項１２】
前記ネットワーク・ノードがビークル固有モジュールであり、前記複数の初期経由点および前記一つまたは複数の航行中経由点を、前記無人ビークル制御システムから、標準化協定４５８６プロトコルを使って受信するよう動作可能である、請求項６記載の航路管理システム。
【請求項１３】
前記ネットワーク・ノードは、前記複数の初期経由点および前記一つまたは複数の航行中経由点を、無人システム用統合アーキテクチャを使って送信するよう構成されている、請求項６記載の航路管理システム。
【請求項１４】
無人ビークルが進む航路の一部をなす複数の初期経由点を前記無人ビークルに送信する段階と；
前記無人ビークルが前記複数の初期経由点の一つまたは複数に到達後、一つまたは複数の航行中経由点を前記無人ビークルに送信する段階と；
前記無人ビークル内で記憶される経由点の量がある指定された量を超えないように、前記無人ビークルからの前記複数の初期経由点の前記一つまたは複数を、前記一つまたは複数の航行中経由点で置き換える段階とを有する、
方法。
【請求項１５】
前記無人ビークルが前記複数の初期経由点の一つまたは複数に到達後、一つまたは複数の航行中経由点を前記無人ビークルに送信する前記段階がさらに、前記無人ビークルが前記複数の初期経由点の一つに到達後、一つの航行中経由点を前記無人ビークルに送信することを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記無人ビークルが前記複数の初期経由点の一つまたは複数に到達後、一つまたは複数の航行中経由点を前記無人ビークルに送信する前記段階がさらに、航行中経由点の群を前記無人ビークルに送信することを含み、前記航行中経由点の群の量は、前記無人ビークルが先に到達した前記複数の初期経由点の量以下である、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
航行中経由点の群を前記無人ビークルに送信することがさらに、少なくとも一つの再帰経由点および少なくとも一つの新しい経由点を含む飛行中経由点の群を送信することを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
航行中経由点の群を前記無人ビークルに送信することがさらに、サブ航路を前記無人ビークルに送信することを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
サブ航路を前記無人ビークルに送信することがさらに、接近航路、漫歩航路およびベクトル航路からなる群から選択されるサブ航路を前記無人ビークルに送信することを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
複数の初期経由点および一つまたは複数の航行中経由点を送信することがさらに、標準化協定４５８６プロトコルを使って複数の初期経由点および一つまたは複数の航行中経由点を送信することを含む、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概括的には無人ビークル（unmanned  vehicle）に関し、より詳細には無人ビークルの航路管理（route  management）システムおよびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無人ビークルとは、一般に、乗り込むパイロットや運転者なしで動作するよう構成された型のビークルをいう。無人ビークルの制御は、該無人ビークルの動作を操作するために該無人ビークルにコマンドを送信する遠隔に構成されたビークル制御システムによって提供されうる。ビークル制御システムは、その無人ビークルからの視覚的なまたはさまざまな型のテレメトリー情報を受信しうる。人間のユーザーによるそのビークル制御システムからの応答アクションを可能にするためである。空中を飛行する無人ビークルは概括的に無人航空機（UAV:  unmanned  aerial  vehicle）と称され、地上または水上を運行する無人ビークルは概括的に無人地表ビークル（USV:  unmanned  surface  vehicle）と称される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明は、従来技術の問題点を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある実施形態によれば、無人ビークルの航路管理システムは、無人ビークル制御システムおよび無人ビークルと通信するネットワーク・ノードを含む。そのネットワーク・ノードは、無人ビークルに対していくつかの初期経由点（initial  waypoint）を送信し、無人ビークルに対して一つまたは複数の航行中経由点（in-flight  waypoint）を、無人ビークルが初期経由点のうちの対応する一つまたは複数に到達後、送信し、無人ビークルに記憶される経由点の総量が所定の量を超えないように、無人ビークルにおいて初期経由点のうちの前記一つまたは複数を前記一つまたは複数の航行中経由点で置き換えるよう動作可能である。
【発明の効果】
【０００５】
本開示のいくつかの実施形態は、数多くの技術的利点を提供しうる。いくつかの実施形態は、これらの利点の一部から裨益するかもしれないし、一つからも裨益しないかもしれないし、全部から裨益することもありうる。たとえば、航路管理システムのある実施形態は、無人ビークルによって本来的に提供されるより多くの経由点を有する航路の実装を可能にしうる。既知の無人ビークルは、指定された量までの経由点を記憶するよう設計されている。航行中に前に到達した経由点を追加的な経由点で置き換えることによって、無人ビークル制御システムによって無人ビークルに与えられうる経由点の数は、事実上任意の量まで拡張されうる。
【０００６】
他の技術的利点は、当業者によって容易に認識されうる。
【０００７】
本開示の諸実施形態のより完全な理解は、付属の図面との関連で参照される詳細な説明から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本願の開示の教示に基づく航路管理システムのある実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の航路管理システムによって実行されうる一連の動作を示すフローチャートである。
【図３Ａ】航行中経由点がグループとして無人ビークルに送信される、図１の航路管理システムによって管理されうる航路の地理的なレイアウトの一例を示す図である。
【図３Ｂ】航行中経由点がグループとして無人ビークルに送信される、図１の航路管理システムによって管理されうる航路の地理的なレイアウトの一例を示す図である。
【図３Ｃ】航行中経由点がグループとして無人ビークルに送信される、図１の航路管理システムによって管理されうる航路の地理的なレイアウトの一例を示す図である。
【図４Ａ】航行中経由点が一つずつ無人ビークルに送信される、図１の航路管理システムによって管理されうる航路の地理的なレイアウトのもう一つの例を示す図である。
【図４Ｂ】航行中経由点が一つずつ無人ビークルに送信される、図１の航路管理システムによって管理されうる航路の地理的なレイアウトのもう一つの例を示す図である。
【図４Ｃ】航行中経由点が一つずつ無人ビークルに送信される、図１の航路管理システムによって管理されうる航路の地理的なレイアウトのもう一つの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ビークル制御システムと無人ビークルとの間の通信を可能にするために、いくつかのメッセージ交換プロトコルが開発されてきている。ある個別的なメッセージ交換プロトコルは、標準化協定（STANAG:    STANdardization  AGreement）４５８６プロトコルである。標準化協定４５８６プロトコルは、加盟国間で無人ビークルの相互運用性を促進するために北大西洋条約機構（NATO:  North  Atlantic  Treaty  Organization）によって開発された。もう一つの型のメッセージ交換プロトコルは、米国国防省によって開発された無人システム用統合アーキテクチャ（JAUS:  joint  architecture  for  unmanned  systems）である。数多くの無人ビークルがこれらの両プロトコルと一緒に使うために開発されてきたが、いずれのメッセージ交換プロトコルにもかなりの変形があり、一つのプロトコルと一緒に使うよう構成された無人ビークルは一般に他方のプロトコルを使うシステムとは互換でない。
【００１０】
両プロトコルの間の一つの相違は、ビークル制御システムによって航路が管理される仕方でありうる。航路（route）とは、一般に、何らかの特定のミッションの間に無人ビークルが取るコースまたは経路をいい、いくつかの経由点（waypoint）を含みうる。各経由点は、このコース上の特定の行き先を示す。無人システム・プロトコル用統合アーキテクチャを使う無人ビークルは典型的には、標準化協定４５８６インターフェースをもつ無人ビークルよりも相対的により少ない経由点を利用し、したがって標準化協定４５８６プロトコルを使うビークル制御システムとの使用のためには好適でないことがありうる。すなわち、標準化協定４５８６準拠のビークル制御システムを使って無人システム用統合アーキテクチャ準拠の無人ビークルを制御しようとする試みは、ビークル制御システムによって管理される過剰な量の経由点のために禁止されうる。
【００１１】
図１は、この問題および他の問題への解決策を提供しうる、無人ビークル航路管理システム１０の一つの実施形態を示している。無人ビークル航路管理システム１０は、一般に、無人ビークル制御システム１４に結合され、無人ビークル１６と通信するネットワーク・ノード１２を含む。無人ビークル制御システム１４は、いくつかの経由点２０を有する航路１８を使って無人ビークル１６が進むコースを制御するよう構成されている。のちにより詳細に述べるように、ネットワーク・ノード１２は、無人ビークル１６内に記憶される経由点２０の数が指定された量を超えないよう途中点２０を一時的に記憶するための途中点バッファ２２を組み込んでいてもよい。
【００１２】
無人ビークル制御システム１４は、メモリに記憶されたプログラム命令を実行するいかなる好適なコンピューティング・システム上で実装されてもよい。ある実施形態では、無人ビークル制御システム１４は標準化協定４５８６準拠インターフェースを有する。ここでは、ネットワーク２４はユーザー・データグラム・プロトコル（UDP:  user  datagram  protocol）型のネットワークである。標準化協定４５８６インターフェースをもつ無人ビークル制御システム１４は、異なる型の無人ビークル１６を制御するために共通インターフェースを提供しうる。
【００１３】
ネットワーク・ノード１２は、メモリに記憶されたコンピュータ命令を実行するプロセッサを用いて実装されてもよい。ネットワーク・ノード１２は、無人ビークル制御システム１４および無人ビークル１６との通信のためにいかなる好適なプロトコルを組み込んでいてもよい。ある実施形態では、ネットワーク・ノード１２は、標準化協定４５８６準拠プロトコルを使って無人ビークル制御システム１４と通信するビークル固有モジュール（VSM:  vehicle  specific  module）として実装されてもよい。別の実施形態では、ネットワーク・ノード１２は、UDP/IPネットワークのようなネットワーク２４を通じて無人ビークル制御システム１４と通信しうる。
【００１４】
ネットワーク・ノード１２は、いかなる好適な無線プロトコルを使って無人ビークル１６と通信してもよい。ある実施形態では、無人ビークル１６によって使用されるプロトコルは、無人ビークル制御システム１４のネイティブ・プロトコルとは異なっていてもよい。別の実施形態では、無人ビークル１６は、無人システム用統合アーキテクチャ・プロトコルを使ってネットワーク・ノード１２と通信するよう構成されてもよい。無人システム用統合アーキテクチャ・プロトコルを使う無人ビークル１６は、任意の特定のミッションの間に使用されうる指定された量の経由点を記憶するよう構成されていてもよい。
【００１５】
経由点バッファ２２を組み込むネットワーク・ノード１２のある種の実施形態は、指定された量の経由点を記憶するよう構成された無人ビークル１６が、その指定された量の経由点よりも多量の経由点を使ってミッションを実施できうるという利点を提供しうる。標準化協定４５８６インターフェースを用いて実装されるビークル制御システム１４は典型的には、無人システム用統合アーキテクチャ・インターフェースを使うものより多量の経由点を使って無人ビークル１６の航路を管理するので、無人システム用統合アーキテクチャ・インターフェースを使う無人ビークル１６は、経由点バッファリング機能をもつネットワーク・ノード１２を使って、ビークル制御システム１４と一緒に使うよう構成されうる。
【００１６】
図２は、無人ビークル１６の航路１８を管理するためにネットワーク・ノード１２が取り得る一連の動作の一つの実施形態を示すフローチャートである。工程１００において、プロセスが開始される。プロセスは、無人ビークル制御システム１４、ネットワーク・ノード１２および無人ビークル１６に電源を与えるまたはこれらに対して何らかの関連するブートストラッピング動作を実行することによって開始されうる。ネットワーク・ノード１２はまた、無人ビークル制御システム１４からいくつかの経由点２０をもつ航路１８を受信してこの航路１８を経由点バッファ２２に一時的に記憶することもしうる。
【００１７】
工程１０２において、ネットワーク・ノード１２は、いくつかの初期経由点２０を無人ビークル１６に送信しうる。経由点２０は、無人ビークル１６がそのミッションの間に取るべき航路１８の初期部分でありえ、無人ビークル１６の指定された量を超えないいかなる量であってもよい。
【００１８】
工程１０４において、以前に送信された経由点２０のうちの対応する一つまたは複数に無人ビークル１６が到達したあと、ネットワーク・ノード１２は、無人ビークル１６に対して、一つまたは複数の航行中経由点２０を送信しうる。すなわち、航行中経由点２０は無人ビークル１６に、そのミッション遂行中に送信されうる。送信される航行中経由点２０の数は、ミッション開始以降無人ビークル１６が到達した経由点２０の数以下でありうる。工程１０６において、無人ビークル１６は以前に送信された経由点２０を航行中経由点２０で置き換えうる。以前に到達されている経由点２０を置き換えることによって、無人ビークル１６に一時的に記憶されている経由点２０の総量は指定された量を超えない。
【００１９】
工程１０８において、ネットワーク・ノード１２は、無人ビークル１６に対して、さらなる経由点２０を送信する、あるいは経由点２０の送信を止めることを選んでもよい。ネットワーク・ノード１２がさらなる経由点２０を送信することを選ぶ場合、プロセスは工程１０４に続き、以前に送信された経由点２０を置き換えるべく一つまたは複数の経由点２０が再び無人ビークル１６に送信される。このようにして、無人ビークル１６の航路１８は限界がない数の経由点２０を用いて管理されうる。先述のプロセスは、無人ビークル１６のミッションの期間にわたって続けられる。ひとたび無人ビークル１６がネットワーク・ノード１２によって送信された最終経由点２０に到達すると、ミッションは完了である。そこでプロセスは工程１１０で終了する。
【００２０】
図３Ａないし３Ｃは、無人ビークル１６に対して無人ビークル制御システム１４によって管理されうる航路１８の地理的レイアウトの一例を示している。この特定の航路１８は、ある量、１２個の経由点２０をもつ。無人ビークル１６は、そのミッションの間、逐次それらの経由点に向かって進みうる。しかしながら、無人ビークル１６は、どの一時点であっても、記憶されうる経由点２０の最大量、８個が指定されている。
【００２１】
図３Ａに示されるように、経由点２０1ないし２０8は無人ビークル１６のミッションの開始直前または開始後まもなく無人ビークル１６に送信されうる初期経由点２０の群２６ａをなす。ある実施形態では、初期経由点の系列の最後である経由点２０8は漫歩経由点（loiter  waypoint）である。漫歩経由点とは、一般に、無人ビークル１６が、無人ビークル制御システム１４によってさらなる指示を与えられるまで留まるよう指示される型の経由点をいう。たとえば、無人ビークル１６は、漫歩経由点２０8に留まるために旋回パターンを行いうる。
【００２２】
経由点２０9ないし経由点２０12は、無人ビークル１６内の指定された経由点の量を超えてしまうために無人ビークル１６内に当初は記憶されない、航路１８に沿った他の経由点を示す。つまり、無人ビークル１６内で経由点２０9ないし２０12を記憶すればその指定された経由点の量を超えてしまうため、これらの経由点は初期経由点２０1ないし２０8と同時には無人ビークルに送信されない。
【００２３】
図３Ｂでは、経由点２０5ないし経由点２０12は、無人ビークル１６にそのミッションの間に送信されうる飛行中経由点の群２６ｂをなす。この図において、経由点２０1ないし２０4は、無人ビークル１６が航行中経由点の群２６ｂを受信するのに先立って以前に到達済みの経由点を表す。経由点２０1ないし２０4はすでに無人ビークル１６によって到達済みなので、もはやミッションのために必要とされず、新しい経由点２０9ないし２０12を受け入れるために無人ビークル１６から除去されうる。
【００２４】
航行中経由点の群２６ｂは、再帰経由点に加えて新しい経由点を含みうる。この特定の実施例では、経由点２０9ないし２０12は、無人ビークル１６に以前に送信されていないという意味で新しい経由点である。ある実施形態では、ネットワーク・ノード１２は再帰経由点２０5ないし２０8も無人ビークル１６に送信してもよい。再帰経由点（recursive  waypoint）とは、一般に、無人ビークル１６に送信される経由点２０であって以前に受信されたものをいう。ある種の実施形態では、再帰経由点２０の送信を組み込むことは、航路１８に沿った経由点２０の冗長な送信を提供することによって、向上した信頼性を可能にしうる。こうして、時折のネットワーク・ダウンや送信欠落があっても、無人ビークル１６がそのミッションを完遂する能力を過度に損なうことがなくなりうる。
【００２５】
無人ビークル航路管理システム１０は、無人ビークル１６の指定された量を使って本来的に許容されるよりも多数の経由点２０をもつ航路１８の管理を可能にしうる。ある実施形態では、無人ビークル１６に送信される航行中経由点２０は、無人ビークル１６が実行する特定の行動（maneuver）を実装するサブ航路であってもよい。たとえば、サブ航路は、無人ビークル１６によって実行されるべき８の字漫歩パターンまたは競走トラック漫歩パターンのような特定の非円形の漫歩パターンであってもよい。他の例では、サブ航路は無人ビークル１６に所望の方向から経由点２０に接近するよう指示する詳細な着地（landing）軌跡またはベクトル航路を提供する接近航路であってもよい。
【００２６】
図３Ｃは、無人ビークル１６に送信されうる航行中経由点のもう一つの群２６ｃを示している。航行中経由点のこの特定の群２６ｃは、無人ビークル１６が以前に定義された航路１８に沿って繰り返し進むよう指示されるよう、経由点２０9ないし２０12および経由点２０1ないし２０4を含みうる。これらの経由点２０は、無人ビークル１６が経由点２０9に到着したあとで無人ビークルが経由点２０4に到着する予定時刻前の任意の時点において無人ビークル１６に送信されうる。見て取れるように、無人ビークル航路管理システム１０は、有限の指定された量の経由点を記憶するよう構成されている無人ビークル１６に対して、任意の数の経由点２０をもつ航路を管理しうる。
【００２７】
図４Ａないし図４Ｃは、ネットワーク・ノード１２によって航路１８が管理されうるもう一つの実施形態を示している。この特定の実施形態では、その後の各経由点２０に到達するのに続いて、単一の経由点２０が無人ビークル１６に送信されうる。先述したように、航路１８は１２個の経由点２０1ないし２０12をもつ。それらの各経由点は、無人ビークル１６によって逐次的に到達されるべき１２個の対応する位置を示し、無人ビークル１６は、任意の一時点において記憶されうる経由点２０の量、４個が指定されている。図４Ａでは、経由点２０1ないし２０4は、無人ビークル１６のミッションの開始の直前または開始後まもなく無人ビークル１６に送信されうるいくつかの初期経由点２０をなす。
【００２８】
図４Ｂでは、無人ビークル１６は以前に経由点２０1に到達している。そこで、この特定の経由点はもはや必要とされない。よって、ネットワーク・ノード１２は新しい経由点２０5を無人ビークル１６に送信しうる。その後、その新しい経由点が経由点２０1を置き換える。ある実施形態では、経由点２０5は、無人ビークル１６の経由点２０1ないし２０4への到着の間の任意の時点において、無人ビークル１６に送信されうる。
【００２９】
図４Ｃでは、無人ビークル１６は以前に経由点２０2に到達している。つまり、無人ビークル１６は、経由点２０3、経由点２０4または経由点２０5のいずれかに向かって進行しつつあることがありうる。このシナリオでは、ネットワーク・ノード１２は次いで経由点２０6を無人ビークル１６に送信しうる。それにより、経由点２０2は経由点２０6で置き換えられる。先述のプロセスは、１２個の経由点２０全部が無人ビークル１６によって到達されるまで続けられうる。
【００３０】
ネットワーク・ノード１２による向上した航路管理を可能にしうる無人ビークル航路管理システム１０について述べてきた。ある実施形態では、ネットワーク・ノード１２は、無人ビークル１６との間でメッセージの送受信を行うよう動作可能な標準化協定４５８６準拠の無人ビークル制御システム１４内に構成されるビークル固有モジュールでありうる。無人ビークル航路管理システム１０を使って、標準化協定４５８６準拠の無人ビークル制御システム１４は、無人システム用統合アーキテクチャ・プロトコルのような他のプロトコルを使って通信する無人ビークルの航路１８を管理するよう動作可能でありうる。
【００３１】
いくつかの実施形態について詳細に例解および記述してきたが、付属の請求項によって定義される本開示の精神および範囲から外れることなく代替や変更が可能であることは認識されるであろう。
【図１】
2011502310.tif 000003
【図２】
2011502310.tif 000004
【図３Ａ】
2011502310.tif 000005
【図３Ｂ】
2011502310.tif 000006
【図３Ｃ】
2011502310.tif 000007
【図４Ａ】
2011502310.tif 000008
【図４Ｂ】
2011502310.tif 000009
【図４Ｃ】
2011502310.tif 000010
【国際調査報告】
2011502310.tif 000011
2011502310.tif 000012
2011502310.tif 000013