(57)【要約】      （修正有）【課題】無人航空機システム（ＵＡＳ）の飛行制御システムおよびＵＡＳの飛行制御システムを搭載する有人無人両用機（ＯＰＶ）を組み入れたＵＡＳのテストのためのシステムを提供する。【解決手段】ＯＰＶ１２は、ＯＰＶの飛行制御システム１９と、ＵＡＳの飛行プロファイルの制御パラメータを表す、ＵＡＳの飛行制御システムからの入力を受信する飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）２０とを有する。ＦＣＩは、ＯＰＶの飛行制御システムへ出力としてステータスコマンドを提供し、飛行プロファイルを再現する。こうしたステータスコマンドは、姿勢、垂直方向の航法、水平方向の航法、旋回率、速度、およびエンジン動作から成る群から選択される。ＯＰＶの飛行制御システムは、緊急事態、飛行の安全、または他の不測の事態に備えてパイロットのオーバーライドを含み、搭乗しているパイロットがＯＰＶの制御を引き継ぐことができるようにする。【選択図】図１
2013032151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空機システム（ＵＳＡ）のテストのためのシステムであって、
ＵＡＳの飛行制御システムと、
ＵＡＳの飛行制御システムに取り付けられた、有人無人両用機（ＯＰＶ）の飛行制御システムを有するＯＰＶと、
ＵＡＳの飛行プロファイルの制御パラメータを表す、ＵＡＳの飛行制御システムからの入力を受信する飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）であって、パイロットのオーバーライドをさらに含む前記ＯＰＶの飛行制御システムへの出力としてステータスコマンドを提供して飛行プロファイルを再現するＦＣＩと
を含む、ＵＡＳのテストのためのシステム。
【請求項２】
ＵＡＳの飛行制御システムが、少なくともＵＡＳの胴体に組み込まれ、さらにＵＡＳのセンサを備える、請求項１に記載のＵＡＳのテストのためのシステム。
【請求項３】
ＯＰＶの飛行制御システムが、ＦＣＩからステータスコマンドの出力を受信するオートパイロットを含む、請求項１に記載のＵＡＳのテストのためのシステム。
【請求項４】
制御パラメータが、姿勢、垂直方向の航法、水平方向の航法、旋回率、速度、およびエンジン動作から成る群から選択される、請求項１に記載のＵＡＳのテストのためのシステム。
【請求項５】
無人航空機システム（ＵＡＳ）の飛行制御システムを有する少なくともＵＡＳの胴体と、
パイロットのオーバーライドを備えた有人無人両用機（ＯＰＶ）飛行制御システムを有するＯＰＶであって、ＵＡＳ胴体およびＵＡＳの飛行制御システムから制御パラメータを受信する飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）を搭載し、前記ＦＣＩがＯＰＶ飛行制御システムへステータスコマンドを提供してＵＡＳ飛行プロファイルを再現する、ＯＰＶと、
ＯＰＶの地上モニタと
を含む、無人航空機システム（ＵＡＳ）のキャプティブキャリーテストシステム。
【請求項６】
ＵＡＳの飛行制御システムと通信する一般的な地上管制局をさらに含む、請求項５に記載のＵＡＳのキャプティブキャリーテストシステム。
【請求項７】
ＯＰＶの飛行制御システムが、ＦＣＩからステータスコマンドの出力を受信するオートパイロットを含む、請求項５に記載のＵＡＳのキャプティブキャリーテストシステム。
【請求項８】
制御パラメータが、姿勢、垂直方向の航法、水平方向の航法、旋回率、速度、およびエンジン動作から成る群から選択される、請求項５に記載のＵＡＳのキャプティブキャリーテストシステム。
【請求項９】
領空域（ＮＡＳ）において無人航空機システム（ＵＡＳ）をテストするための方法であって、
ＵＡＳの飛行制御システムを有する少なくともＵＡＳの胴体を、パイロットのオーバーライドを備えた有人無人両用機（ＯＰＶ）の制御システムを有するＯＰＶに取り付けることと、
ＵＡＳの飛行制御システムを飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）に相互に接続することと、
ＦＣＩをＯＰＶの飛行制御システムに相互に接続することと、
ＵＡＳの飛行プロファイルを開始することと、
ＵＡＳの飛行制御システムからの制御パラメータをＦＣＩに提供することと、
ＦＣＩにおいて制御パラメータを解釈することと、
プロファイルが完全であるかどうかを判断し、完全ではない場合、ＦＣＩからのステータスコマンドをＯＰＶの制御システムに出力することと、
パイロットのオーバーライドがあるかどうかを判断することと、
ステータスコマンドに基づいてＯＰＶを制御することと
を含む、方法。
【請求項１０】
一般的な地上管制局を使用してＵＡＳの飛行制御システムと通信することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ＯＰＶの地上管制局を用いてＯＰＶの実際の飛行プロファイルを追跡することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
パイロットのオーバーライドをアサートすることと、ＯＰＶの制御を引き継ぐこととをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、ともに本出願と共通の譲受人を有してほぼ同時に出願され、その開示が参照により本明細書に組み込まれている、「Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄｅｌｅｃｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ａｉｒｓｐａｃｅ」という名称の出願第１３／１９６８４４号、整理番号１１−０２９４、および「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｔｏ  Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｌｙ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  ｔｏ  Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ／Ｃｏｎｔｉｎｇｅｎｃｙ  Ｌａｎｄｉｎｇ  Ｓｉｔｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｏｎ−ｂｏａｒｄ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」という名称の出願第１３／１９６８５５号、整理番号１１−０２９２との同時係属である。
【０００２】
本開示の諸実施形態は、概して無人航空機システムの制御飛行の分野に関し、より詳細には、有人無人両用機（Ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ  Ｐｉｌｏｔｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＯＰＶ）に搭載されたキャプティブキャリー代用（Ｃａｐｔｉｖｅ  Ｃａｒｒｙ  Ｓｕｒｒｏｇａｔｅ）の無人航空機システム（Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  Ｓｙｓｔｅｍ、ＵＡＳ）により領空域（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｉｒｓｐａｃｅ）においてＵＡＳを制御するためのシステムおよび方法に関し、このシステムは、ＵＡＳの飛行制御システム（Ｆｌｉｇｈｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、ＦＣＳ）を通じてリンクされたコマンドからの制御を飛行制御インタプリタ（Ｆｌｉｇｈｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ、ＦＣＩ）を介してＯＰＶへ渡す。
【背景技術】
【０００３】
ＵＡＳは、航空機産業界に広まりつつあるが、既存の手順は、他のあらゆるタイプの航空機とともにＮＡＳで飛行できるように作成されていない。これは、一部には、ＵＡＳの様々なミッションプロファイル、いくつかの無効にされる運用概念、および現在のＮＡＳの近代化の遅れによる。このような近代化は、およそ次の１０年のうちに計画されている。
【０００４】
このように、人口の多い地域で近代的な民間演習に参加するなど、新しい機能を実証するための許可を得ることは非常に困難であるので、ＵＡＳ技術およびセンサのテストは容易に実現されず、また費用がかかる。さらに、ＦＡＡは、ＮＡＳ内のＵＡＳの飛行活動に厳しい制限を課す。ＵＡＳの飛行活動の許可はＦＡＡによって与えられることが可能であるが、単にケースバイケースで、個々の飛行活動それぞれに対して適用されて、付与されなければならない許可証明書（Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ  ｏｆ  Ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ、ＣＯＡ）の発行にＦＡＡの承認を得られる。ＣＯＡの発行は、一般に取得するのが非常に難しく、長い期間がかかり、多くの場合は全く認められない。こうしたＦＡＡの制限は、明らかにＮＡＳにおける安全な飛行操作を維持するために課されるが、急速に発展しているＵＡＳ航空機群に対して、開発、テスト、および訓練の取り組みを著しく妨げている。
【０００５】
ＮＡＳにおけるＵＡＳ活動に現在承認されている実行は、ＣＯＡを要求して、課された制限内の限られた飛行許可動作を行うことである。この手法は、計画に費用および日程を大幅に追加することにより、ＵＡＳ技術の開発、テスト、および訓練に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】出願第１３／１９６８４４号
【特許文献２】出願第１３／１９６８５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ＮＡＳにおいてＵＡＳが動作できることを安全に、効率よく、低コストで実証する機能を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に記載する諸実施形態は、無人航空機システム（ＵＡＳ）の飛行制御システムおよびＵＡＳの飛行制御システムを搭載した有人無人両用機（ＯＰＶ）を組み入れたＵＡＳのテストのためのシステムを提供する。ＯＰＶは、ＯＰＶの飛行制御システムおよびＵＡＳの飛行プロファイルに関する制御パラメータを表すＵＡＳの飛行制御システムからの入力を受信する飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）を有する。ＦＣＩは、ＯＰＶの飛行制御システムへの出力としてステータスコマンドを提供して、飛行プロファイルを再現する。ＯＰＶの飛行制御システムは、緊急の事態、飛行の安全、または他の不測の事態に備えてパイロットのオーバーライド（ｏｖｅｒｒｉｄｅ）を含み、搭乗しているパイロットがＵＡＳを取り付けられたＯＰＶの制御を引き継ぐことができるようにする。
【０００９】
有利には、ＯＰＶ飛行制御システムを使用して、４Ｄトラジェクトリ、無線／地上通信の削減、空域セクタをより良いバランス制御装置の作業負荷にする、限られた「動的セクタ再構築」を確立する、ＦＡＡ／ユーザの飛行計画および状況認識情報の共有、および共通の天候情報を連邦航空局（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ａｖｉａｔｉｏｎ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ、ＦＡＡ）およびユーザ施設へより良く普及させることなど、ＮＡＳの改善を評価し、その実現の助けとなることができる。
【００１０】
ＵＡＳおよびＯＰＶは、ＵＡＳ飛行制御システムをＯＰＶに搭載した少なくともＵＡＳの胴体を備えて、ＵＡＳのキャプティブキャリーテストシステムに含まれることが可能である。パイロットのオーバーライドを備えたＯＰＶ飛行制御システムを有するＯＰＶは、ＵＡＳの胴体と、ＵＡＳの飛行制御システムから制御パラメータを受信する飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）とを搭載する。ＦＣＩは、ＯＰＶ飛行制御システムにステータスコマンドを提供してＵＡＳ飛行プロファイルを再現し、その後これはＯＰＶの地上モニタによって追跡される。
【００１１】
記載する諸実施形態は、少なくとも無人航空機システム（ＵＡＳ）の飛行制御システムを有するＵＡＳの胴体が、パイロットのオーバーライドを備えたＯＰＶの飛行制御システムを有するＯＰＶに取り付けられる、領空域（ＮＡＳ）における無人航空機システム（ＵＡＳ）のテストのための方法を提供する。ＵＡＳの飛行制御システムは、ＯＰＶの飛行制御システムと相互に接続されたＦＣＩと、相互に接続される。ＵＡＳの飛行プロファイルが開始され、ＵＡＳの飛行制御システムからの制御パラメータがＦＣＩに提供される。制御パラメータは、ＦＣＩにおいて解釈される。プロファイルが完全であるかどうか、判断が行われ、完全でない場合、ＦＣＩからＯＰＶの制御システムへステータスコマンドが出力される。パイロットのオーバーライドのコマンドの存在が判断され、存在しない場合、ＯＰＶはステータスコマンドに基づいて制御される。
【００１２】
記載した特徴、機能、および利点は、本発明の様々な実施形態において独立して実現されることが可能であり、またはさらに他の実施形態では組み合わされることが可能であり、さらなる詳細は、次の説明および図面を参照して理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的実施形態のシステム要素のブロック図である。
【図２】システムの例示的実施形態の運用概念情報のフローのブロック図である。
【図３】システムの例示的運用プロファイルのフロー図である。
【図４Ａ】システムの諸実施形態で使用される例示的ＯＰＶのプラットフォームである。
【図４Ｂ】システムの諸実施形態で使用される例示的ＯＰＶのプラットフォームである。
【図４Ｃ】システムの諸実施形態で使用される例示的ＯＰＶのプラットフォームである。
【図４Ｄ】システムの諸実施形態で使用される例示的ＯＰＶのプラットフォームである。
【図５】本明細書に記載する諸実施形態の運用の方法のフローチャートである。
【図６】システムの諸実施形態におけるＵＡＳとＯＰＶとの間のコマンドおよび情報のフローを示すフローチャートである。
【図７】ＵＡＳが実行してＯＰＶと通信するルート変更プロセスを示すフローチャートである。
【図８】ＯＰＶを使用して飛行中に実現することができるＵＡＳ上のデータサンプルをテストし、取り込むことを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書に記載する諸実施形態は、ＮＡＳ内の有人航空機の動作に関するＦＡＡの規定に準拠するテスト環境を提供する。ＵＡＳの機体、有効搭載量、およびアビオニクス機器が、有人無人両用機（ＯＰＶ）上または内部に取り付けられる。ＯＰＶはパイロットを航空機に乗せているので、ＮＡＳ内の飛行に関するＦＡＡの要件に準拠している。ＵＡＳのテスト中、ＯＰＶの制御は、ＵＡＳの飛行特性を模倣する制御法則のコンピュータ（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌａｗ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ）によって発行されるコマンドによって行われる。このようにしてＯＰＶは、ＵＡＳの運動学的飛行プロファイルをまねることができる。テスト飛行中に異常が発生する場合、ＯＰＶの制御はセイフティパイロットによる制御に即座に移行し、その後セイフティパイロットがＮＡＳ飛行規定の下で手動でＯＰＶ機を操縦する。飛行インタプリタが機能して、ＵＡＳへの飛行コマンド、およびＵＡＳからＯＰＶへの飛行コマンドを解釈する。ＯＰＶは、４Ｄトラジェクトリ、無線／地上通信の削減、制御装置の作業負荷をより良く均衡化させるための空域セクタの作成、制限された「動的セクタ再構築」の確立、ＦＡＡ／ユーザ飛行計画および状況認識情報の共有、ならびに共通の天気情報を連邦航空局（ＦＡＡ）およびユーザの設備により良く普及させることなど、計画されたＮＡＳの改善においてＵＡＳのテストに使用することができる。
【００１５】
図１に表すように、完全な胴体１０または一定の実施形態では完全なＵＡＳである可能性のあるＵＡＳの操作要素および制御要素は、ＯＰＶ１２によって運ばれる。ＵＡＳの胴体は、ＵＡＳのセンサ１４およびＵＡＳの飛行制御システム１６を組み込んでおり、Ｉｎｓｉｔｕ、Ｉｎｃ．１１８  Ｅａｓｔ  Ｃｏｌｕｍｂｉａ  Ｒｉｖｅｒ  Ｗａｙ、Ｂｉｎｇｅｎ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  ９８６０５によって製造されたＩｎｓｉｔｕ’ｓ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ＵＡＳ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  （Ｉ−ＭＵＳＥ）などのコマンドおよび制御ソフトウェアを使用して、一般的な地上管制局１８と通信する。完全なＵＡＳの意図された自律的動作において、ＵＡＳの飛行制御システム１６は、ＵＡＳのセンサが一般的な地上管制局へミッション情報を提供し、一般的な地上管制局から飛行制御情報を受信して、ＵＡＳの飛行経路を制御する。飛行動作の一定の段階では、ＵＡＳの飛行制御システムは一般的な地上管制局とは独立してあらかじめプログラムされたモードで動作し、単に飛行状態情報およびセンサのデータを送信することができる。
【００１６】
ＯＰＶ１２は、ＯＰＶの従来の飛行経路制御のオートパイロットシステムなど、ＯＰＶの動作を制御する飛行制御システム１９を含む。ＯＰＶは、自律的ＵＡＳの飛行特性に相当する飛行特性を提供する能力に対するＵＡＳの飛行包絡線を含む飛行包絡線を用いて選択または設計される。ＵＡＳからＯＰＶへの飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）２０は、ＵＡＳの飛行制御システム１６からの入力に対してＯＰＶ飛行制御システム１９へ出力して接続される。
【００１７】
図２は、システムの例示的実施形態の動作概念情報のフローを示している。開示した実施形態のＵＡＳの飛行制御システム１６は、ＦＣＩ２０への入力として６つの主要制御パラメータ、すなわち、姿勢データ２２、垂直方向の航法データ２４、水平方向の航法データ２６、旋回率データ２８、速度データ３０、およびエンジン動作データ３２（ＲＰＭなど）を提供する。入力データは、ＦＣＩによって解釈され、ＯＰＶのオートパイロット３６によって解釈できるステータスコマンドに変換され、ＵＡＳだけで実行されるプロファイルを再現するまたは模倣する飛行プロファイルを実現する。オートパイロット３６は、次いでステータスコマンド、姿勢３８、垂直方向の航法４０、水平方向の航法４２、旋回率４４、速度４６、およびエンジン動作４８を使用して、ＯＰＶの飛行制御翼面（ＯＰＶ自体により要素５０として表される）を制御し、そのような飛行プロファイルを実現する。パイロットのオーバーライドインタフェース５２により、ＦＣＩコマンドが人間のパイロットからの直接制御によってオーバーライドされることが可能になる。
【００１８】
パイロットのオーバーライドインタフェース５２によって中断されなければ、ＯＰＶはＵＡＳと同一の飛行プロファイルおよび飛行運動学で動作し、ＵＡＳの制御とミッションプロファイルの両方を評価することができる。図１に戻ると、ＯＰＶ１２と、ＵＡＳの一般的な地上管制局１８とは独立して動作するＯＰＶ地上モニタシステム５６とを含む、ＵＡＳのキャプティブキャリー（ＵＡＳ  Ｃ２）のテストベッドが、ＵＡＳの被テスト物（ｔｅｓｔ  ａｒｔｉｃｌｅｓ）の航空電子工学および飛行運動学を厳密に再現する能力を提供し、実際のＵＡＳの飛行によって経験されるものとほぼ同一の包括的な試験環境を提示するＵＡＳへのユーザにトランスペアレントな操作インタフェースを提供し、候補ユーザの機関および組織によって必要とされるように地域的に実行可能なＵＡＳのパイロットトレーニング環境を提供する。プログラム的利点は、費用のかかるテスト領域を使用する必要がないことからコストを削減すること、飛行ハードウェアの費用のかかる資格認定プロセスを回避できること、およびテスト中のＵＡＳの潜在的な損失をなくすことを含む。ＵＡＳ  Ｃ２テストベッドは、ＵＡＳシステムおよびそのハードウェアを保証するためのシステムを提供することができる。さらにＵＡＳ  Ｃ２テストベッドは、ＤＨＳの実行、検索、および救済操作、ならびに湾岸地域の最近の油流出災害のような国家の非常事態など、特別に必要な場合に臨時に迅速に使用される高度な最先端のＵＡＳのセンサ技術を提供できる限定された運用能力の可能性を有する。
【００１９】
ＵＡＳのキャプティブキャリーのテストベッドは、有人無人両用機（ＯＰＶ）を使用して、飛行の安全に関してＦＡＡの満足のいくようにＵＡＳの動作、および４Ｄトラジェクトリのような最新のＮＡＳ技術との一体化を実証する。例示的実施形態では、ＵＡＳの胴体は、センサを搭載し、両翼およびエンジンを外してＯＰＶに取り付けられる。他の実施形態では、ＵＡＳ全体または単にＵＡＳのセンサおよび制御要素がＯＰＶに取り付けられる場合がある。オートパイロット３６においてＦＣＩによってＯＰＶの制御法則のコンピュータにコマンドが送信され、ＵＡＳ飛行特性を模倣する。したがって、ＯＰＶの実際の飛行制御は、一般的な地上管制局１８におけるオペレータには完全にトランスペアレントである。緊急事態、飛行の安全の問題、またはその他の不測の事態の場合には、ＯＰＶに搭乗しているパイロットがＡＴＣおよびＵＡＳオペレータと通信状態にあり、パイロットのオーバーライドインタフェース５２を介していつでもＯＰＶのコマンドを取得することができる。
【００２０】
図３に示すように、ＵＡＳの完全な一連の動作テストは、ＯＰＶを使用するＵＡＳキャプティブキャリーのテストベッドによって遂行することができる。一般的な地上管制局１８の制御の下で、または一般的な地上管制局によって監視されるＵＡＳ自体における自律的なあらかじめプログラムされた制御の下で、ＵＡＳ１０を取り付けられたＯＰＶ１２は離着陸用地６０（例えば、空港または代替の修復空港）から離れて、第１の場所６２でＵＡＳのセンサ１４を使用してリモートセンシングを行うためのプロファイルで動作し、脅威検出のために第２の場所６４へ移り、戦車６６またはレーダーもしくは地対空ミサイルのような他の装置など、実際の脅威もしくはシミュレートされた脅威を監視する。ＯＰＶは次に、ＵＡＳのセンサを使用して実際のまたはシミュレートされた国境パトロールのために第３の場所６８に再び移ることができる。ＯＰＶはその後、着陸するために離着陸用地６０（または、代替のリカバリ空港）に戻る。動作全体は、ＯＰＶ地上モニタシステム５６によって独立して監視される。ＵＡＳキャプティブキャリーのテストベッドは、１）ＦＡＡからの許可証明書なしでＮＡＳにＵＡＳを配備すること、２）人口の多い地域でＵＡＳ製品を実証すること、３）Ｓｅｎｓｅ  ａｎｄ  Ａｖｏｉｄ（感知と回避）技術のテスト、評価、および検証、４）Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｔｏ  Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｌｙ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  ｔｏ  Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ／Ｃｏｎｔｉｎｇｅｎｃｙ  Ｌａｎｄｉｎｇ  Ｓｉｔｅｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｏｎ−ｂｏａｒｄ  Ｓｅｎｓｏｒｓという名称の同時係属の出願番号第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、代理人整理番号第１１−０２９２に記載されるＳａｆｅ  Ａｒｅａ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ（ＳＡＦＥ）のテスト、評価、および検証、５）様々なミッションシナリオに対する制御操作（ＣＯＮＯＰＳ）の開発、６）新しいＵＡＳのセンサ技術、７）ＵＡＳ上の臨時のデータ通信網を実証すること、に関する同様のシナリオに使用することができる。
【００２１】
図４Ａ〜４Ｄに示すように、ＵＡＳ  Ｃ２テストベッドにおいてＯＰＶには飛行体の様々な構成を使用することができる。第１のＯＰＶ構成は、図４Ａに示すＢｏｅｉｎｇ  Ｌｉｔｔｌｅ  Ｂｉｒｄ  ７０のようなヘリコプターである。この飛行体のタイプは、広範囲の操縦速度を可能にして、より低速で飛行するＵＡＳのシミュレーション、または回転翼航空機もしくはホバリング機能を備えたＶＴＯＬ  ＵＡＳのシミュレーションに対応する。１つの例では、弾薬が爆破される場合があり、例えば、オペレータの要求なしに低速攻撃ならびに高速攻撃の速度を使用してミサイルまたは兵器のテストを行うことができる。したがってこの独立して使用できるＯＰＶの構成は、１つもしくは複数の段階または計画であらかじめプログラムされることが可能であり、オペレータの要求をなくすことによって向上した安全性を提供する。このように、結果としてこの構成は、積極的な攻撃パターンテスト容易性の危険にオペレータをさらすことが少なくなる。さらに、また別の例では、人々または地形情報の収集または認識ミッションについて、積極的な水平方向ならびに垂直方向の加速および回転の構成が、オペレータの安全を犠牲にすることなく、固定もしくは移動構造物または他の移動物体もしくは航空機の近くで行われることが可能であり、このようなテストパターンは、従来の多くの無人航空機では可能ではない。
【００２２】
他の構成では、図４Ｂに示すＣｅｓｓｎａ  ＳｋｙＭａｓｔｅｒ７２（ＣｅｓｓｎａモデルＣ３３７またはＵＳＡＦ  Ｏ−２）のような従来の一般航空機は、より高い対気速度および／または最大積載量の要件を有するより大型のＵＡＳ航空機に使用することができる。他の変形では、より小さいＵＡＳのための代替的ＯＰＶが、図４に示すＲｕｔａｎ  Ｃａｎａｒｄ  Ｖａｒｉａｎｔ  （例えば、ＶａｒｉＥｚｅまたはＬｏｎｇＥｚｅ）または図４Ｄに示すＤｉａｍｏｎｄ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  ＤＡ−２０  ７６など、Ｂｕｒｔ  Ｒｕｔａｎによる航空機の設計に基づく先尾翼改良機７４などの航空機に含まれることが可能である。有利には、こうした従来の一般航空機の例では、様々な離陸および着陸速度および迎え角を使用して、稼働寿命中の航空機の性能特性のプロットを生成することができ、したがってオペレータは、距離を置いた戦略的な見晴らしの良い地点からＵＡＳ航空機を遠隔で制御し、リアルタイムで監視する。例えば、機械的構成は、翼幅の範囲、胴体または翼の構造上の抗力係数、翼のフローパターン、方向舵の動き、翼の偏向（ｗｉｎｇ  ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）、尾翼の振動および揺れ（ｓｗｉｎｇｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｗａｙｉｎｇ）、および航空機の離陸、上昇、および下降パターンを含むことができる。このように、オペレータは、外力または危険にさらされることなく、航空機の物理特性、電気特性、および運動特性をほぼ同時に観察および／または追跡することができる。このような外力または危険は、オペレータの過失または機械的障害または結果として尾翼のスピン状態をもたらす可能性がある突発的な予測できない風の方向パターンにより、不注意な墜落事故を引き起こす可能性があり、これらは適切に行われなければ、望ましくない結果を生み出す可能性がある。
【００２３】
動作中、ＵＡＳ  Ｃ２テストベッドの諸実施形態は、図５のフローチャートが示すように使用される。ＵＡＳの飛行制御システムおよびセンサシステムの操作構成要素を備えたＵＡＳの胴体１０は、ＯＰＶの機体１２に取り付けられる、ステップ５０２。ＵＡＳの飛行制御システム１６は、ＦＣＩ２０に接続され、ステップ５０４、ＦＣＩはＯＰＶ飛行制御システム１９に接続される、ステップ５０６。次にＵＡＳの飛行プロファイルが開始される、ステップ５０８。前述のように、ＵＡＳ飛行プロファイルは、あらかじめプログラムされることが可能である。他の例では、ＵＡＳ飛行プロファイルの制御は、一般的な地上管制局１８においてオペレータ（例えば、認定された航空職員または指導者）によって行われ、ＵＡＳの飛行制御システムにデータ５１０を提供することが可能である。ＵＡＳの飛行制御システムは、その後、命じられた飛行プロファイルの出力制御信号を提供する、ステップ５１２。ＦＣＩ２０は、ＵＡＳ制御信号を解釈する、ステップ５１４。すでに確認したように、ＵＡＳ制御信号は、姿勢データ２２と、垂直方向の航法データ２４と、水平方向の航法データ２６と、旋回率データ２８と、速度データ３０と、エンジン動作のデータ３２とを含むことができる。飛行プロファイルがまだ完成していない場合、ステップ５１６、ＦＣＩはステータスコマンドをＯＰＶオートパイロット３６に出力する、ステップ５１８。すでに確認したように、ステータスコマンドは、姿勢３８と、垂直方向の航法４０と、水平方向の航法４２と、旋回率４４と、速度４６と、エンジン動作のデータ４８とを含むことができる。パイロットのオーバーライドが存在しない場合、ステップ５２０、オートパイロットはその後ＯＰの飛行制御を行い、ステップ５２２、自律型動作でＵＡＳによって操縦されるプロファイルを模倣してステータスコマンドに対応する。飛行中、ＵＡＳのセンサシステム１４が動作しており、ステップ５２４、ＵＡＳが自律的動作中であるかのように一般的な地上管制局にデータを提供する。ＯＰＶおよびそのシステムは、一般的な地上管制局におけるＵＡＳのオペレータには「トランスペアレント」である。ＯＰＶ地上モニタ５６は、ＯＰＶの実際の飛行プロファイルを追跡し、実際の飛行性能の確実なデータを提供する、ステップ５２６。緊急事態、飛行の安全性の問題またはその他の異常もしくは不測の事態があるいかなる場合も、ステップ５２０においてパイロットのオーバーライドを実行することができ、ＯＰＶのパイロットは、ＯＰＶの直接制御を引き継ぐことができ、ステップ５２８、ＦＣＩの出力のステータスコマンドをオーバーライドする。
【００２４】
ＵＡＳの様々な機能が、ＯＰＶで操縦されながらテストされ、検証されることが可能である。第１の例として、ＯＰＶを旋回させる、および上下させる（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）ためのコマンドをテストすることができる。
【００２５】
ＯＰＶに取り付けられて飛行中に、ＵＡＳはＦＣＩを介してＯＰＶの制御法則のコンピュータにコマンドを送信し、そうしてＵＡＳは旋回する、上下動する、およびその他の場合は規定のパターンで飛行することができる。一般的な地上管制局またはＵＡＳのセンシングパッケージ（すなわち、姿勢、垂直方向の航法、水平方向の航法、旋回率、速度、およびエンジン動作に関するデータ）からの入力により、ＵＡＳは例えば右に旋回しなければならないと判断できるようになる。右に旋回すると、ＵＡＳは、ＵＡＳとＯＰＶとの間のコマンドおよび情報の流れを描く図６に示すように、次の動作を実行する。まず、ＵＡＳは、この実施形態についてはその６つの制御パラメータから、機動（例えば、右旋回）が必要であると判断する、ステップ６０２。ＵＡＳは、次いでＦＣＩに適切なパラメータのデータを送信し、ステップ６０４、ＦＣＩがＯＰＶの現在の経路を変更するためのステータスコマンドを生成する。これらのステータスコマンドはＯＰＶに送信され、ステップ６０６、次いでＯＰＶがコマンドを解釈して飛行プロファイルを実行し、ステップ６０８、ＵＡＳのみによって実行されるプロファイルを模倣するまたは再現する。
【００２６】
一般的な地上管制局からのコマンドに従うためにルートを変更することが、第２の例となる。ＵＡＳは、場合によっては外部オペレータ（ＯＰＶ内のパイロットではない）からのルート変更コマンドに応答することが必要となる。これらのコマンドが受信されると、これらのコマンドは次に、図６に示すように同様のフローによって処理される。図７は、ＵＡＳが実行してＯＰＶに伝えるルート変更プロセスを説明している。ルート変更に関する新しいコマンドがＵＡＳによって受信されると、ステップ７０２、ＵＡＳの飛行制御システムが、ＦＣＩにパラメータを送信する、ステップ７０４。ＦＣＩはコマンドを解釈し、ＯＰＶオートパイロット用のステータスコマンドを生成する、ステップ７０６。ステータスコマンドは、次にオートパイロットに送信され、ステップ７０８、オートパイロットがステータスコマンドを解釈して、ルートを変更する、ステップ７１０。
【００２７】
第３の例として、ＵＡＳ上でデータサンプルをテストして取得することを、ＯＰＶで飛行中に実行することができる。飛行証明については、ＵＡＳは、いくつかの安全試験および効率試験を行って、合格しなければならない。こうしたテストの一部を実行するために、ＵＡＳはＯＰＶからの援助を必要とする場合がある。この例には、離陸および上昇能力の評価、ならびに燃料効率の追跡が含まれる。図８に示すように、要求されるテストを実行しなければならないＵＡＳに、（一般的な地上管制局からまたはあらかじめプログラムされたコマンドから）初期キューが送信される、ステップ８０２。ＵＡＳはその内部センサおよび制御装置を作動させ、ステップ８０４、テストがＯＰＶの援助／協力を必要とするかどうかを判断する、ステップ８０６。必要とする場合、必要なセンサおよび制御装置からのパラメータがＦＣＩに送信され、ステップ８０８、次いでＦＣＩが情報をＯＰＶ用のステータスコマンドに変換する、ステップ８１０。次にＯＰＶはテスト用のコマンドを実行する、ステップ８１２。
【００２８】
他のデータは、ＵＡＳがそのテストを完了するためにＯＶＰからの介入を必要としない場合があり（図８の「いいえ」の矢印）、ＵＡＳは次に助けを借りずに必要なテストを行う、ステップ８１４。正確な対気速度の評価は、非ＯＰＶの相互作用テストの例である。ＵＡＳは、ＵＡＳ上に直接対気速度センサを有することができ、ＯＰＶからの支援／協力を必要としない。
【００２９】
無人航空機システム（ＵＡＳ）のテストのためのシステムは、ＵＡＳの飛行制御システムと、ＵＡＳの飛行制御システムに取り付けられた有人無人両用機（ＯＰＶ）とを含み、上記ＯＰＶがＯＰＶ飛行制御システムと、ＵＡＳの飛行プロファイルの制御パラメータを表す、ＵＡＳの飛行制御システムからの入力を受信する飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）とを含み、上記ＦＣＩがＯＰＶ飛行制御システムへの出力としてステータスコマンドを提供して飛行プロファイルを再現し、上記ＯＰＶ飛行制御システムがさらにパイロットのオーバーライドを含む。ＵＡＳのテストのためのシステムは、少なくともＵＡＳ胴体に統合されたＵＡＳの飛行制御システムを含むことができ、さらにＵＡＳのセンサを含む。ＵＡＳテストのためのシステムは、ＦＣＩからステータスコマンドの出力を受信するオートパイロットを含むＯＰＶの飛行制御システムを含むことができる。またＵＡＳテストのためのシステムは、ＵＡＳの飛行制御システムの制御のための一般的な地上管制局を含むことができる。さらに、システムは、ＵＡＳのセンサからデータを受信する一般な地上管制局を含むことができる。制御パラメータは、姿勢、垂直方向の航法、水平方向の航法、旋回率、速度、およびエンジン動作から成る群から選択することができる。ＵＡＳテストのシステムは、姿勢、垂直方向の航法、水平方向の航法、旋回率、速度、およびエンジン動作から成る群から選択されるステータスコマンドを含むことができる。
【００３０】
無人航空機システム（ＵＡＳ）のキャプティブキャリーテストシステムは、ＵＡＳの飛行制御システムを有するＵＡＳの胴体と、パイロットのオーバーライドを備えたＯＰＶの飛行制御システムを有する有人無人両用機（ＯＰＶ）を含むことができる。ＯＰＶは、ＵＡＳの胴体およびＵＡＳの飛行制御システムから制御パラメータを受信する飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）を搭載することができる。ＦＣＩは、ステータスコマンドをＯＰＶ飛行制御システムに提供して、ＵＡＳが実行飛行プロファイルを再現することができる。ＵＡＳキャプティブキャリーテストシステムは、ＯＰＶ地上モニタを含めることができ、ＵＡＳの飛行制御システムと通信している一般的な地上管制局を含むことができる。ＵＡＳキャプティブキャリーテストシステムは、さらにＵＡＳの胴体に組み込まれたＵＡＳのセンサを含むことができ、上記センサは、一般的な地上管制局と通信している。ＯＰＶの飛行制御システムは、ＦＣＩからステータスコマンドの出力を受信するオートパイロットを含めることができる。ＵＡＳキャプティブキャリーテストシステムは、姿勢、垂直方向の航法、水平方向の航法、旋回率、速度、およびエンジン動作から成る群から選択される制御パラメータを含めることができる。ステータスコマンドは、姿勢、垂直方向の航法、水平方向の航法、旋回率、速度、およびエンジン動作から成る群から選択することができる。
【００３１】
領空域（ＮＡＳ）における無人航空機システム（ＵＡＳ）のテストの方法は、ＵＡＳの飛行制御システムを有するＵＡＳの胴体を、パイロットのオーバーライドを備えたＯＰＶ飛行制御システムを有する有人無人両用機（ＯＰＶ）に取り付けることと、ＵＡＳの飛行制御システムを飛行制御インタプリタ（ＦＣＩ）と相互に接続することと、ＦＣＩをＯＰＶ飛行制御システムと相互に接続することと、ＵＡＳ飛行プロファイルを開始することと、ＵＡＳの飛行制御システムからＦＣＩへ制御パラメータを提供することと、ＦＣＩにおいて制御パラメータを解釈することと、プロファイルが完全であるかどうかを判断することと、完全ではない場合、ＦＣＩからＯＰＶ制御システムへステータスコマンドを出力することと、パイロットのオーバーライドがあるかどうかを判断することと、ステータスコマンドに基づいてＯＰＶを制御することとを含むことができる。この方法はさらに、一般的な地上管制局を使用してＵＡＳの飛行制御システムと通信することを含むことができる。この方法は、一般的な地上管制局を用いてＵＡＳのセンサシステムを監視することを含むことができる。この方法は、ＯＰＶ地上管制局を用いてＯＰＶの実際の飛行プロファイルを追跡することを含むことができる。この方法は、パイロットのオーバーライドをアサートすること、およびＯＰＶの制御を引き継ぐことを含むことができる。領空域において有人無人両用機（ＯＰＶ）を制御する方法は、無人航空機システム（ＵＡＳ）をＯＰＶに取り付けることと、ＵＡＳの飛行制御システムを用いて飛行プロファイルの制御パラメータを受信することと、制御パラメータを飛行制御インタプリタに送ることとを含むことができる。この方法はまた、ＯＰＶ飛行制御システムにおいてＦＣＩからステータスコマンドを受信することと、ＯＰＶを用いてＵＡＳ飛行プロファイルを再現することとを含むことができる。この方法は、緊急事態または不測の事態が発生する場合、パイロットのオーバーライドをアサートすることと、ＯＰＶの制御を引き継ぐことと含むことができる。
【００３２】
特許法の定めるところにより、本発明の様々な実施形態について詳細に説明したが、当業者は、本明細書に開示する特定の実施形態に対する変更形態および代替形態を認識するであろう。このような変更形態は、次の特許請求の範囲に定められる本発明の範囲および趣旨に従うものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ＵＡＳの胴体
１２  有人無人両用機
１４  ＵＡＳのセンサ
１６  ＵＡＳの飛行制御システム
１８  一般的な地上管制局
１９  ＯＰＶの飛行制御システム
２０  飛行制御インタプリタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【外国語明細書】
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2013032151000002.pdf
2013032151000003.pdf
2013032151000004.pdf