(57)【要約】      （修正有）【課題】相対航行システムおよび相対航行システムのための侵入検出の方法を提供する。【解決手段】格子を画定するラインの集合を格子生成器１０から３次元空間へと繰り返して投影して、格子により制限されるフィールドを画定するステップと、ラインは格子上に事前決定された点を識別するように構成された格子データでエンコードされており、フィールド内の侵入オブジェクトの存在を決定するステップとを含む。【選択図】図１
2016161572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対航行システム（４０）のための侵入検出の方法であって、
格子を画定するラインの集合を格子生成器（１０）から３次元空間内に繰り返して投影して、前記投影された格子により制限されるフィールドを画定するステップであって、前記ラインは前記格子上の事前決定された点を識別するように構成された格子データでエンコードされている、画定するステップと、
前記フィールド内の侵入オブジェクトの存在を決定するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記侵入オブジェクトの前記存在を決定するステップは、前記侵入オブジェクトから反射される再帰反射光または後方散乱光を検出するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記侵入オブジェクトの前記存在を決定するステップは、前記検出された光から点群イメージを形成するステップを更に含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記点群イメージが処理され、前記侵入オブジェクトが識別される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記侵入オブジェクトの前記存在を決定するステップは、前記格子の目的の受信機である検出器モジュール（１６）により、前記侵入オブジェクトから偏向する前記投影された格子の少なくとも一部の多重反射を検出するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記侵入オブジェクトの前記存在を決定するステップは、前記格子の目的の受信機である検出器モジュール（１６）により、前記生成された格子の一部がブロックされていることを検出するステップ、または前記格子からの光強度の低減を検出するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
二次光源（４６）から前記フィールドへと光を投影するステップと、前記光の反射に基づいて前記侵入オブジェクトの前記存在を決定するステップとを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記二次光源（４６）からの光を投影する前記ステップは、前記格子を繰り返して投影する間に行われる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記侵入オブジェクトの前記存在を決定するステップは、前記格子生成器（１０）からの前記侵入オブジェクトの方位、高度、または範囲を決定するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記侵入オブジェクトを、回避すべき障害物としてまたは目印を提供する既知オブジェクトとして分類するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
侵入オブジェクトを検出する方法であって、
格子を画定し、かつ前記格子上の事前決定された点を識別するように構成された格子データでエンコードされたラインの集合を、送信側オブジェクト上に位置する格子生成器（１０）から繰り返して投影するステップと、
前記投影された格子の少なくとも一部を、前記受信側オブジェクト上に位置する検出器モジュール（１６）上で受信するステップと、
前記格子内および前記送信側オブジェクトと前記受信側オブジェクトとの間に位置する侵入オブジェクトの存在を、前記投影された格子の少なくとも１つの特徴に基づいて決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記侵入オブジェクトの前記存在を決定するステップは、前記格子の一部が前記侵入オブジェクトによりブロックされていることを検出するステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
相対航行格子を３次元空間へと投影して、フィールドを画定する格子生成器（１０）と、
光を検出し、かつ前記検出された光に関連する信号を出力するように構成された検出器モジュール（４４）と、
前記検出器モジュール（４４）に操作可能に連結され、かつ前記信号を受信し、前記検出された光に関連する前記信号が侵入オブジェクトの前記存在を示すときそのことを決定するように構成されたプロセッサ（４８）と
を備える、相対航行システム（４０）。
【請求項１４】
前記検出器モジュール（４４）は、前記格子生成器（１０）の近くに位置する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記検出器モジュール（４４）は、前記侵入オブジェクトから反射される再帰反射光または後方散乱光を検出する、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサ（４８）は、前記検出された光に関連する信号を受信し、前記信号から点群イメージを形成する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記検出器モジュール（４４）が前記格子の目的の受信機である受信側オブジェクトに操作可能に連結され、かつ前記検出器モジュール（４４）が前記格子からの多重反射または光の損失を検出するように構成される、請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
二次光源（４６）を更に備え、前記検出器モジュール（４４）が前記二次光源（４６）の投影に基づいて前記侵入オブジェクトの前記存在を決定する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１９】
前記二次光源（４６）は、未走査レーザドット、走査レーザドット、またはフラッシュレーザを含む、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記プロセッサ（４８）は、前記格子生成器（１０）からの前記侵入オブジェクトの方位、高度、または範囲を決定するように構成される、請求項１３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対航行システムにおける侵入オブジェクトを検出するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相対航行システムは、倉庫または工場の環境における自律車両航行、空中給油、および空間ドッキングなどの様々な用途に有用である。いくつかの用途では、２つのオブジェクト間の相対位置（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ、即ち方位、高度、直距離）のみが必要とされる。他の用途では、２つのオブジェクト間の相対範囲、ならびに相対速度（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、即ち方位角変化率、高角変化率、直距離変化率）および相対姿勢（ピッチ、ロール、およびヨー）が必要である。更に、上述の相対航行ソリューションの連続性、統合性、利用可能性、および正確性（ＣＩＡＡ：Ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ，  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ，  Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ，  ａｎｄ  Ａｃｃｕｒａｃｙ）の点で、実際の航行精度（ＡＮＰ）全体を数値化する統計を発達させ、管理されている航行操作に関してＡＮＰが必要とされる航行精度（ＲＮＰ）に一致するかどうかを決定することができる。全体で、相対航行情報とＡＮＰ統計とがシステムの航行状態ベクトルを構成する。
【０００３】
搭乗パイロットなしで飛行する航空機である無人航空機（ＵＡＶ：ｕｎｍａｎｎｅｄ  ａｅｒｉａｌ  ｖｅｈｉｃｌｅ）の特異的な場合では、相対航行システムは、ＵＡＶの離陸、飛行および着陸の間の制御に関して完全なまたは部分的な自動化に基づくＵＡＶとして特に有用であり得る。ＵＡＶはますます普及してきているが、ＵＡＶ制御の論理的な複雑性のせいでその使用は厄介である。ＵＡＶの着陸は、計器着陸システム（ＩＬＳ）、超短波オムニレンジ方位受信機（ＶＯＲ）、距離測定装置（ＤＭＥ）、マイクロ波着陸装置（ＭＬＳ）、レーダー（ＲＡＤＡＲ）などの、航空機の着陸において遠隔パイロットもしくは完全自律システムの場合は搭乗自動パイロットを補助するおよび／または自動着陸を提供する、従来の着陸補助を有する位置で典型的には行われる。しかしながら、従来の着陸補助のためのインフラストラクチャが利用できない位置においてＵＡＶを離陸および着陸させるのが望ましいことがあり、これがＵＡＶの柔軟性を限定している。
【０００４】
搭乗パイロットがいてもいなくても、ＵＡＶは着陸ゾーンへの侵入物、特に着陸動作中に発生する一時的な侵入に敏感であり得る。現在の相対航行システムはこのような侵入を検出することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，８７２，０８１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、相対航行システムのための侵入検出の方法に関し、方法は、本発明の実施形態は、格子を画定するラインの集合を格子生成器から３次元空間へと繰り返して投影して、格子により制限されるフィールドを画定するステップであって、ラインは格子上の事前決定された点を識別するように構成された格子データでエンコードされている、画定するステップと、フィールド内の侵入オブジェクトの存在を決定するステップとを含む。
【０００７】
別の態様では、本発明の実施形態は、相対航行システムに関し、システムは、相対航行格子を空間へと投影する格子生成器と、相対航行格子の受信機として意図されておらず、かつ侵入オブジェクトの存在に関連する信号を出力するように構成された侵入オブジェクトの存在を決定するための検出器モジュールとを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態によるＵＡＶおよび格子生成器の斜視図である。
【図２】侵入オブジェクトを検出できる相対航行システムの概略図である。
【図３】侵入オブジェクトの検出において形成できる点群の概略図である。
【図４】相対航行システムのための侵入検出の方法の実施形態のフローチャートである。
【図５】検出侵入オブジェクトを検出する方法の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、相対航行システムの格子生成器から格子を投影するため、および投影された格子内の侵入オブジェクトを検出するための方法および装置に関する。相対航行システムは、いずれの種類の航空機の着陸を含む種々の用途に使用でき、特にＵＡＶの着陸に好適である。図１は、交差するラインの集合などの格子を、送信フィールドまたは関心フィールド（ＦＯＲ：ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｒｅｇａｒｄ）１４などのフィールド内の空間へと投影できる格子生成器１０の実施形態である。より詳細には、格子生成器１０は、格子を３次元空間へと繰り返して投影して、ＦＯＲ１４を画定する。格子をどのように投影するかの一般的な詳細は当分野で知られており、この詳細は、「給油のための光学的追跡システム（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｒｅｆｕｅｌｉｎｇ）」という名称の２０１０年３月２３日発行の米国特許第７，６８１，８３９号明細書と、「相対航行システム（Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」という名称の２０１３年２月２６日発行の米国特許第８，３８６，０９６号明細書とにおける開示を含み、上記出願の両方は参照により援用される。従って、格子生成の一般的な詳細は、本出願において完全には説明されないことになる。
【００１０】
図示されるように、投影された格子は交差するラインを含む。格子生成器１０からのある距離において、これらの交差するラインは空間内の格子として観察され、格子のサイズは格子生成器１０から離れるにつれ大きくなる。格子生成器１０により生成される空間内の格子は、可動オブジェクトの検出器モジュール１６により検出でき、続いてこの可動オブジェクトは検出された格子に基づいて自身を操縦できる。この議論の目的のために、この可動オブジェクトを、検出器モジュール１６を有するＵＡＶ１８として説明する。格子生成器１０とＵＡＶ１８との間の相対航行については、ＵＡＶ１８の検出器モジュール１６は格子生成器１０の送信フィールド内に存在し、これにより検出器モジュール１６は格子を「確認（ｓｅｅ）」できると仮定される。
【００１１】
説明の目的のために、格子生成器１０は、実質的に座標系のｙ方向に交差するラインを投影するものと考えることができる。格子生成器１０からのある距離Ｒ2においてｘ−ｚ平面内に交差するラインの投影を観察する場合、第１の格子２０を観察することになる。ｘ−ｚ平面内の第１の距離Ｒ2よりも遠い距離Ｒ3において交差するラインの同一の投影を観察する場合、第１の格子２０よりも比較的大きく現れる第２の格子３０を観察することになる。
【００１２】
格子生成器１０からの距離Ｒ2における第１の格子２０は、第１の垂直ライン２２および第２の垂直ライン２４により水平方向に空間的に制限される。第１の垂直ライン２２と第２の垂直ライン２４との間に、空間的におよび一時的に生成される垂直ラインの集合が存在する。格子生成器１０からの距離Ｒ2における第１の格子２０は、第１の水平ライン２６および第２の水平ライン２８により垂直方向に空間的に制限される。第１の水平ライン２６と第２の水平ライン２８との間に、空間的におよび一時的に生成される水平ラインの集合が存在する。距離Ｒ2は、格子２０と格子生成器１０との間のいずれの距離であり得る。
【００１３】
格子生成器１０からの距離Ｒ3における第２の格子３０は、全ての実践的な目的に関して第１の格子２０と同一であるが、第１の格子２０からよりも格子生成器１０から遠い距離に位置する。格子３０は、第２の格子３０の第１の垂直ライン３２および第２の格子３０の第２の垂直ライン３４により水平方向に空間的に制限される。第２の格子の第１の垂直ライン３２と第２の格子の第２の垂直ライン３４との間に、空間的におよび一時的に生成される垂直ラインの集合が存在する。格子生成器１０からの距離Ｒ3における第２の格子３０は、第２の格子３０の第１の水平ライン３６および第２の格子３０の第２の水平ライン３８により垂直方向に空間的に制限される。第２の格子の第１の水平ライン３６と第２の格子の第２の水平ライン３８との間に、空間的におよび一時的に生成される水平ラインの集合が存在する。
【００１４】
格子２０と３０との類似性は、格子３０が格子生成器１０から更に遠い距離において観察され、これにより格子２０よりも格子３０が大きく現れることを除いて、格子３０が格子２０を形成している同一のラインで格子形成されている投影された格子ラインの場合に顕著となる。この意味において、格子３０は、格子生成器により距離Ｒ3に生成された格子ラインの見た目であるのに対し、格子２０は距離Ｒ2に生成された格子ラインの見た目である。
【００１５】
格子２０および３０は、いずれの数のラインであり得る。図示されるように、これらは１０本の水平ラインにつき１０本の垂直ラインを含む。より多数の交差するラインを含む格子は、より少数の交差するラインを含む格子よりも、固定のＦＯＲ１４および検出器モジュール１６からの距離の検出を改善できる。格子２０および３０は、正方形として図示されているが、これは必要条件ではない。格子は、矩形、楕円形、または円形を含むいずれの形状であり得る。更に、格子２０および３０の交差するラインは、平行四辺形として図示されるが、これは必要条件ではない。交差するライン間の角度は、格子の異なる部分において直角、鋭角、または鈍角であり得る。
【００１６】
垂直および水平ラインを、格子生成器１０によりいずれの好適な様式で形成できる。例えば、全てのラインを逐次的にまたは全て同時に形成できる。垂直ラインまたは水平ラインのいずれかを一方より先に形成できる。格子生成器は、垂直ラインと水平ラインとを交互に入れ替えることができる。格子生成器１０が格子を形成するために走査レーザを使用する場合、レーザは、垂直ラインおよび水平ラインの一方の全てを逐次的に形成し、垂直ラインおよび水平ラインのもう一方の逐次的な形成が続くことになる。ラインが逐次的に形成される速度は、実践的な目的では、全ての格子ラインが同時に形成されるかのような高速であり得る。投影されるラインの集合の放射線源は、干渉性または不干渉性の放射線源であり得る。例えば、放射線源が干渉性の源である場合、放射線源は、近ＵＶの範囲の波長の放射線を射出する固体レーザであり得る。加えて、放射線周波数および／もしくは放射線強度を選択するか、または光学フィルタを使用することにより減衰し、眼へのダメージのリスクを低減できる。交差する投影されたラインの格子を、各ラインをラスタ走査することにより、または引き延ばされた放射線ビームを投影して走査することにより、生成できる。交差するラインを生成するための、いずれの好適な方法および装置を使用できる。
【００１７】
図示した例はデカルト座標を使用しているが、格子生成および格子検出の両方について、極座標系、円柱座標系または球座標系を含むいずれの適切な座標系を使用できる。例えば、極座標表示に影響を受ける格子を形成するために、一連の同心円およびこれら円の中心から放射するラインを、格子生成器により空間へと投影できる。
【００１８】
格子の１つまたは複数の位置において、格子データを含むか、埋め込むか、またはエンコードできる。格子データとは、格子の構造または特徴が、検出器モジュール１６により読み込まれるもしくは検出されるデータまたは情報を提供することを意味する。一実施形態では、一連の投影された交差するラインを含む投影されたラインは、格子の異なる領域の異なる格子データでエンコードされ、交差するラインの格子内の領域を示す。この様式では、格子データでエンコードされたラインは、格子上の事前決定された位置を識別するように構成される。格子データをエンコードする一様式は、格子を形成するためにレーザが使用される場合、ビームを変調することによるものである。変調は、ビームの強度を変更することおよび／またはある周期性でビームをブロックすることにより達成される。このような格子データは数を含むことができ、各格子ラインは、ＵＡＶ１８の検出器モジュール１６に対して格子ラインを識別する数を含むことができると考えられる。
【００１９】
本発明の実施形態は、ＦＯＲ１４内の侵入オブジェクトを検出する能力を含む。特に着陸および離陸操作の間の生物のまたは無生物の侵入オブジェクトの付近の航空機の航行は、航空機およびいずれの付随する乗客または有効過重にとってだけでなく、直近の構造物および職員にとっても危険であり得る。この問題は、夜間、グレア、反射光、直射日光、または雨、霧、雪、塵を含む可視の水分など微粒子の存在などの不利な環境条件に混合され得る。この問題は、航行中の航空機が無人である場合また更に悪化する。本明細書で使用されるように、侵入オブジェクトという用語は、ＦＯＲ１４内の既知または未知いずれのオブジェクトをも含む。既知侵入オブジェクトの場合、これらのオブジェクトの決定された存在は、格子生成器の位置を裏付け、目印として機能する。
【００２０】
図２は、侵入オブジェクトを検出できる相対航行システム４０の概略図である。前述したように格子生成器１０を相対航行システム４０に備えることができ、格子生成器１０は航空機の着陸地に、特にＵＡＶの着陸地にまたはその近傍に属することができ、この着陸地は静的または移動していると考えられる。更に、相対航行格子の受信機として意図されていない、侵入オブジェクトの存在を決定するための検出器モジュール４４を、相対航行システム４０に備えることができる。このような検出器モジュール４４を、侵入オブジェクトの存在に関係する信号を出力するように構成できる。いずれの好適な検出器モジュール４４を利用できることが理解されるだろう。非限定的な例として、検出器モジュール４４は、格子生成器１０の近くに位置する検出器モジュールを含むことができ、この検出器モジュールは、再帰反射光または後方散乱を検出するように構成される。再帰反射光は、光を最小の散乱で光源へと後方へ反射する侵入オブジェクトにより引き起こされる。再帰反射光は、波長源からの方向に平行であるが対向するベクトルに沿って後方へ反射される。後方散乱は、入射光線がたった１つの角度ではなく多数の角度で反射されるような、侵入オブジェクトからの光の反射により引き起こされる。侵入オブジェクトの媒体に応じて、光のより多くの部分またはより少ない部分が反射される。よって、この検出手段は、ＵＡＶに設置されるまたはＵＡＶ上に位置する設備を必要としない。
【００２１】
更なる非限定的な例により、検出器モジュール４４をＵＡＶ上の検出器モジュール１６に備えることもできる。これにより、ＵＡＶ１８上の検出器モジュール１６は、格子生成器１０の近くに検出器モジュールを有する必要なく、侵入オブジェクトの存在を決定できる。検出器モジュール４４をＵＡＶ上の検出器モジュールに備える場合、検出器モジュール４４は、多重反射、即ち直進の見通し線をブロックしている侵入オブジェクトが引き起こす格子からの光の損失を検出するように構成される。多重反射は、侵入オブジェクトからの低い入射角における、斜めの反射により引き起こされ得る。いずれの場合も、ＵＡＶ１８上に備えられた手段によりＦＯＲ１４内の侵入オブジェクトの存在を示す。検出器モジュールまたはこれに操作可能に連結されるプロセッサは、多重反射が受信された格子の残部とは異なることを決定してよく、これに基づいて侵入オブジェクトの存在を決定できる。侵入オブジェクトが引き起こす光の損失の検出は、格子の一部をブロックするならびに受信された光の強度を低減する侵入オブジェクトを含む。検出器モジュール４４が着陸ゾーンに位置するか、または航空機上に位置するかに関わらず、格子２０の光を侵入オブジェクトの存在を決定するために利用できることが理解されるだろう。格子生成器１０の近くに位置し得る多数の検出器モジュール４４を含むがこれに限定されない侵入オブジェクトの存在を決定するために、いずれの数の検出器モジュール４４を利用できることが理解されるだろう。
【００２２】
一実施例では、いずれの光の後方散乱の検出は、ＦＯＲ１４内の侵入オブジェクトの指標である。別の実施形態では、飛行時間（ＴＯＦ：ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）測定を実行して格子生成器１０からのオブジェクトの範囲を決定する能力をもたらすために、後方散乱の検出と関連して精密な時間基準が使用される。より詳細には、プロセッサ４８は、光の送信から受信までに経過した時間を測定でき、これにより投影された光ビームが後方散乱される範囲を決定できる。このようにして、プロセッサ４８を、侵入オブジェクトの存在を決定するのを補助するために相対航行システム４０に備えることができる。図示されるように、プロセッサ４８は、格子生成器１０の近くのまたはＵＡＶ１８上に位置する検出器モジュールに操作可能に連結できる。
【００２３】
二次光源４６を相対航行システム４０に備えることができ、検出器モジュール４４は二次光源４６からの投影に基づいて侵入オブジェクトの存在を決定できることも理解されるだろう。このようにして、格子生成器１０からの光を、侵入オブジェクトの存在を決定するために利用する必要がなくなる。未走査レーザドット、走査レーザドット、フラッシュレーザなどを含むがこれらに限定されない、いずれの好適な二次光源４６を利用できる。未走査レーザドットの場合、投影はＦＯＲ１４を覆うのに十分な散逸を有することができることが理解されるだろう。同様に、走査レーザドットまたはラインもＦＯＲ１４を覆うことができる。格子周波数と周波数が異なる場合、二次光源が妨害しないように通常の格子走査中に二次光源をアクティブ化できる。あるいは、格子投影の前、後、または間にアクティブ化できる。
【００２４】
プロセッサ４８の位置に関わらず、プロセッサ４８へとおよびプロセッサ４８から情報を送信できるように、プロセッサ４８を通信リンク５０に操作可能に連結できる。通信リンク５０は無線通信リンクであり得、他のシステムおよびデバイスと無線でリンクできるいずれの種々の通信機構であり得、パケット無線、衛星アップリンク、ワイファイ（ＷｉＦｉ）、ＷｉＭａｘ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、３Ｇ無線信号、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線信号、汎ヨーロッパデジタル移動通信システム（ＧＳＭ（登録商標））、４Ｇ無線信号、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）信号、イーサーネット、発光制御操作用の光学データリンク、またはこれらのいずれの組み合わせを含むことができるがこれらに限定されないと考えられる。無線通信の特定の型またはモードが本発明の実施形態にとって重要ではなく、後に開発された無線通信ももちろん本発明の実施形態の範囲内として考えられることも理解されるだろう。更に、本発明の範囲を変更することなく、有線リンクを通じて通信リンク５０をプロセッサ４８に通信可能に連結できる。また更に、通信リンク５０は、構成部品またはシステムに情報を送信するためにこれらに物理的に連結できる有線通信リンクであり得る。１つのみの通信リンク５０がＵＡＶ１８上に示されているが、ＵＡＶ１８は、プロセッサ４８に通信可能に連結された多重通信リンクを有することができると考えられる。このような多重通信リンクは、様々な方法でＵＡＶ１８のフライトデータ情報を送信する能力をＵＡＶ１８に提供できる。
【００２５】
また更に、図示された検出器モジュール４４のうちの一方からの信号または図示されたプロセッサ４８のうちの一方からの信号を、自身の無線通信リンク５４を有する遠隔プロセッサ５２へと無線で通信できる。遠隔プロセッサ５２はいずれの好適な所定の地上局に位置し得る。プロセッサ４８のうちの一方および／または遠隔プロセッサ５２を、侵入オブジェクトの存在を決定するように構成できることが理解されるだろう。
【００２６】
また更に、プロセッサ４８および／または遠隔プロセッサ５２を、侵入障害物を識別および分類するように構成できる。図２に示された例では、格子またはその少なくとも一部は、５８においてＵＡＶ上の検出器モジュール４４に受信される。電源線６０、柱６２および樹６４を含むＦＯＲ１４内に存在するものとして、いくつかの侵入オブジェクトを検出することができる。非限定的な例として、プロセッサ４８は、検出器モジュール４４からの出力信号を受信し、そこから点群イメージを形成することにより、侵入オブジェクトを識別できる。より詳細には、反射光を用いて、侵入オブジェクトの外側表面を表すことを意図した点群イメージを形成できる。図３は、図２の例示的な図における反射光から形成された点群イメージを示す。プロセッサ４８は、電源線６０、柱６２および樹６４を含むオブジェクトを点群イメージから識別し、このような情報を中継できる。あるいは、別のプロセッサまたはオブジェクトを識別できるユーザへと点群イメージ自体を中継できる。侵入オブジェクトを、プロセッサ４８、遠隔プロセッサ５２、またはユーザにより分類できることも考えられる。非限定的な例として、プロセッサ４８を利用して、オブジェクトからの後方散乱が脅威であるか脅威でないかを決定できる。例えば、後方散乱を利用して、侵入オブジェクトのサイズならびに侵入オブジェクトの位置を決定してよく、このような情報を用いて、オブジェクトが脅威かどうかを分類してよい。非限定的な例として、ある侵入オブジェクトは、ダメージを与えるには小さすぎる鳥であり得、よって脅威でないと分類されることになり、あるオブジェクトは樹６４からのもの、別のオブジェクトは電源線６０からのものであると決定でき、これらの両方は、周囲を通り抜けることができるかまたは着陸操作を不可能にし得る脅威を与え得る。また更に、光送信から受信までに経過した時間測定に基づいたプロセッサ４８またはプロセッサ５２は、侵入オブジェクトが静的かまたは移動しているか、ならびに移動している速度を決定できる。
【００２７】
図４は、本発明の一実施形態による、侵入オブジェクトを検出する方法１００を示す。方法１００は１０２において、格子生成器１０などの格子生成器から、格子を画定するラインの集合を３次元空間へと繰り返して投影して、ＦＯＲ１４を画定するステップを含む。繰り返して投影するステップは、ＦＯＲ１４が画定されるようにおよび相対航行システムにおいて利用できるように所定の時間間隔でラインの集合を投影するステップと、ラインの集合をランダムに投影するステップと、いずれの好適な様式でラインの集合を投影するステップとを含むことができることが理解されるだろう。
【００２８】
１０４において、ＦＯＲ１４内の侵入オブジェクトの存在を決定できる。格子生成器にもしくはこれの近くに位置する検出器モジュールによる再帰反射光または後方散乱の検出、ＵＡＶ１８などの格子の目的の受信機上に位置する検出器モジュールによるＦＯＲ１４内の１つもしくは複数のオブジェクトからの多重反射がもたらす送信された光の検出、または格子生成器１０からＵＡＶ１８などの目的の受信機上に位置する検出器モジュールへの光の送信をブロックする１つもしくは複数のオブジェクトにより引き起こされる光の損失検出を含むがこれらに限定されない、侵入オブジェクトの存在を決定するためのいずれの好適な方法を利用できる。
【００２９】
侵入オブジェクトの識別および分類を方法１００に含めることもできる。このような識別および分類は、侵入オブジェクトが構成し得るおよび適切な応答を誘導する危険レベルに関する状況認識および決定を改善する。１０６において、侵入オブジェクトを識別してよい。侵入オブジェクトの識別は、オブジェクトが何かおよびオブジェクトがどこに位置するかを識別するステップを含んでよいが、これに限定されない。非限定的な例として、侵入オブジェクトを識別するステップは、侵入オブジェクトの外側表面を表すことを意図した点群イメージを形成するのに後方散乱光を使用できることを含んでよい。プロセッサ４８もしくは遠隔プロセッサ５２はイメージ処理技術を用いて侵入オブジェクトを識別できるか、またはオブジェクトを識別できるユーザへと点群イメージを提供できる。
【００３０】
１０８において、侵入オブジェクトを分類できる。これは、侵入オブジェクトを既知オブジェクトまたは未知オブジェクトとして分類するステップを含むことができるが、これに限定されない。例えば、電源線６０、柱６２、および樹６４などのオブジェクトは、格子生成器１０の既知位置に基づいて知られていてもよく、周囲を航行されることになる目印を単に提供してもよい。非限定的な例として車両または鳥などの追加の侵入オブジェクトは、未知であってよい。更に、侵入オブジェクトを分類するステップは、侵入オブジェクトの脅威レベルを分類するステップを含むことができる。例えば、鳥は脅威を与えないことがあり得、樹は周囲を通り抜けることができる脅威を与え得、未知車両は、着陸または離陸操作を不可能にし得る脅威を与え得る。
【００３１】
なお、図示されたシーケンスは例示の目的のみのためのものであり、方法１００を多少なりとも限定することを意味しない。方法の部分は異なる論理的順序で進行でき、追加のまたは介在する部分を含めることができ、または説明された方法を損なうことなく説明された方法の部分を複数の部分に分割でき、もしくは説明された方法の部分を省略できることが理解されるだろう。非限定的な例として、方法１００は、格子の投影の間またはこれから分離して、二次光源からの光を投影するステップと、二次光源からの光に基づいて侵入オブジェクトの存在を決定するステップとを含むことができる。
【００３２】
侵入オブジェクトの存在を決定するステップを、格子の目的の受信機により単体で実行できることも理解されるだろう。例えば、図５は、前に示された相対航行システム４０などの相対航行システムを用いて互いに関して航行している送信側オブジェクトと受信側オブジェクトとの間の侵入オブジェクトを検出する方法を示す。前述した方法と同様に、方法２００は、２０２において格子を画定するラインの集合を格子生成器１０により空間へと繰り返して投影するステップから始まる。ラインは、格子上の事前決定された位置を識別するように構成される格子データでエンコードできる。２０４において、投影された格子の少なくとも一部は、ＵＡＶ１８上に位置する検出器モジュール１６などの受信側オブジェクト上に位置する検出器モジュール上で受信される。２０６において、格子内および送信側オブジェクトと受信側オブジェクトとの間に位置する侵入オブジェクトの存在は、投影された格子の少なくとも１つの特徴に基づいて決定される。より詳細には、ＵＡＶ１８上の検出器モジュール１６は、非限定的な例として、侵入オブジェクトが引き起こす格子からの多重反射および／または光の損失を検出でき、これに基づいて侵入オブジェクトの存在を決定できる。
【００３３】
２０８において、侵入オブジェクトを識別してよい。侵入オブジェクトの識別は、オブジェクトが何かおよびオブジェクトがどこに位置するかを識別するステップを含むことができるが、これに限定されない。非限定的な例として、侵入オブジェクトによりブロックされる格子点の数または光の低減量は、侵入オブジェクトのサイズを示すことができる。検出された再帰反射格子情報の場合では、再帰反射格子情報から侵入オブジェクトの方位、高度、または範囲を決定するように、プロセッサ４８および／または遠隔プロセッサ５２のいずれかを構成できる。より詳細には、再帰反射のエンコードされたデータは、方位、高度、および範囲の情報を含んでよく、このような情報を用いて、侵入オブジェクトの方位、高度、および範囲を決定してよい。このようにして、侵入オブジェクトに関する更なる情報の識別にプロセッサ４８を利用できる。侵入オブジェクトに関する位置情報を、時間変位格子位置情報により、ならびに再帰反射情報の受信により決定できる。侵入オブジェクトに関する情報を、ＦＯＲ１４内で稼働しているまたは稼働を計画している目的の受信機と続いて通信してよい。
【００３４】
２１０において、侵入オブジェクトを分類できる。これは、侵入オブジェクトを既知オブジェクトもしくは未知オブジェクトとして分類するステップまたはその脅威レベルを分類するステップを含むことができるが、これに限定されない。例えば、侵入オブジェクトが投影された格子の大部分をブロックし、これによりＵＡＶ１８が信頼性をもって航行できない場合、侵入オブジェクトは着陸操作を不可能にする脅威を与えることになると決定できる。
【００３５】
方法の部分は異なる論理的順序で進行でき、追加のもしくは介在する部分を含めることができ、または説明された方法を損なうことなく説明された方法の部分を複数の部分に分割でき、もしくは説明された方法の部分を省略できることが理解されるように、上述の方法は例示の目的のみのためのものであり、多少なりとも本発明の実施形態を限定することを意味するものではない。
【００３６】
上述の実施形態は、相対航行システムに関心フィールド内で侵入オブジェクトを検出できることを含む種々の利益を提供し、これにより関心フィールド内で稼働する安全性を改善できる。更に、上述の実施形態は、操作の安全性を更に改善するために侵入障害物を識別および分類できる。航行および障害物検出情報を提供するための代替方法は、上述の実施形態より複雑、高価であり、より大きなサイズ、重量および電力を必要とする。加えて、代替のシステムはより不正確であり、２つの別個のシステムの統合に起因する固有のデータ潜在性を有することになる。
【００３７】
まだ説明されていない程度に、様々な実施形態の異なる特徴および構造を所望のように互いに組み合わせて使用できる。１つの特徴は全ての実施形態で示されていないことがあり、１つの特徴が存在しなくてよいと考えられることを意味するものではなく、説明の簡潔性のためになされたものである。よって、新規の実施形態が明示的に説明されていてもいなくても、異なる実施形態の様々な特徴を所望のように混合および適合し、新規の実施形態を形成できる。本明細書に記載の特徴の全ての組み合わせまたは置換は、本開示に包含される。
【００３８】
この記載された説明は例を用いて、最良のモードを含む本発明を開示し、かついずれのデバイスまたはシステムを作製および使用すること、ならびにいずれの組み込まれた方法を実施することを含む本発明をいずれの当業者が実施できるようにする。本発明の特許性のある範囲は請求項により定められ、当業者に想起される他の例を含むことができる。このような他の例は、請求項の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または請求項の文言と実質的ではない違いを有する均等な構造的要素を含む場合、請求項の範囲に含まれることが意図されたものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  格子生成器
１４  ＦＯＲ（関心フィールド）
１６  検出器モジュール
１８  ＵＡＶ
２０  第１の格子
２２  第１の垂直ライン
２４  第２の垂直ライン
２６  第１の水平ライン
２８  第２の水平ライン
３０  第２の格子
３２  第２の格子の第１の垂直ライン
３４  第２の格子の第２の垂直ライン
３６  第２の格子の第１の水平ライン
３８  第２の格子の第２の水平ライン
４０  相対航行システム
４４  検出器モジュール
４６  二次光源
４８  プロセッサ
５０  通信リンク
５２  遠隔プロセッサ
６０  電源線
６２  柱
６４  樹
【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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【外国語明細書】
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