(57)【要約】  本明細書には、遠隔物体から放射または反射された信号を探知するように構成されたノードを備えたドローンの群れの回転するサブセットの使用を介して、または遠隔物体の視覚的外観を観察することによって、遠隔物体を標的にするおよび／または捕捉するようにドローンの群れを配置するための方法、システム、および装置の実施形態に関連する技術が提供される。
2020531351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔物体の位置を特定するためのシステムであって、
ドローンの群れを含み、
前記ドローンの群れが、少なくとも２つのセンシングドローンを含む、前記システム全体にわたる通信のためのネットワークを含むように構成された複数のドローンを含み、
前記センシングドローンが、遠隔物体を探知する、および前記遠隔物体の位置を判定するように構成されたノードを含む、システム。
【請求項２】
前記センシングドローンの少なくとも２つの前記ノードが、前記遠隔物体の位置を三角測量することによって前記遠隔物体の位置を判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センシングドローンの少なくとも２つの前記ノードが、前記センシングドローンを幾何学的パターンで移動させるように構成され、さらに、遠隔物体から放射された信号を探知するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記センシングドローンの少なくとも２つの前記ノードが、前記センシングドローンを幾何学的パターンで移動させるように構成され、さらに、遠隔物体から反射された信号を探知するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記センシングドローンの少なくとも２つの前記ノードが、周波数ドップラーシフト探知を使用して前記遠隔物体の位置を判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記センシングドローンの少なくとも２つの前記ノードが、周波数ドップラーシフト探知を使用して前記遠隔物体の速度を判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記センシングドローンの少なくとも２つの前記ノードが、信号強度探知を使用して前記遠隔物体の位置を判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記センシングドローンの少なくとも２つの前記ノードが、信号強度探知を使用して前記遠隔物体の速度を判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
ノードがセンサを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサが、電磁波探知器、マイク、光学センサ、またはカメラのうちの１つまたは複数を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムが絡め取り装置をさらに含み、および
前記ドローンの群れが、少なくとも２つの絡め取りドローンをさらに含み、前記絡め取りドローンが、前記絡め取り装置を携行するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記絡め取りドローンの少なくとも２つが前記絡め取り装置を携行する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記絡め取り装置を携行する前記少なくとも２つの絡め取りドローンが、前記遠隔物体の位置について前記センシングドローンからデータを受信するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記絡め取り装置を携行する前記少なくとも２つの絡め取りドローンが、前記絡め取り装置を使用して前記遠隔物体の捕捉を調整するように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムが中央調整ステーションをさらに含み、前記中央調整ステーションが、前記システム全体にわたる通信のためのネットワークを含むように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記中央調整ステーションが、前記遠隔物体を探知するためにどのように移動するかの指示を前記ドローンの群れに提供し、前記遠隔物体の位置を計算するために前記ドローンの群れ内のセンシングドローンからデータを受信し、および前記遠隔物体を捕捉する指示を前記絡め取りドローンに提供する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ドローンの群れがドローンのサブセットを含み、ドローンのサブセット内のドローンの数が、最小で１つであり、最大で前記ドローンの群れ内のドローンの総数よりも１つ少ない数である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記絡め取り装置が網である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
ドローンの群れを用いて遠隔物体の位置を特定する方法であって、ドローンの群れを提供する工程であって、前記ドローンの群れが、少なくとも２つのセンシングドローンを含む、通信のためのネットワークを含むように構成された複数のドローンを含み、前記センシングドローンが、遠隔物体を探知する、および前記遠隔物体の位置を判定するように構成されたノードを含む、工程、前記センシングドローンの少なくとも２つを前記遠隔物体からの信号を探知するように方向付ける工程、前記センシングドローンの少なくとも２つによって、前記遠隔物体からの前記信号を探知する工程であって、前記遠隔物体からの前記信号を探知する前記センシングドローンの前記ノードが、探知時に位置データセットおよび信号データセットを保存するように構成され、前記位置データセットが、探知時に前記センシングドローンの位置に関係し、前記信号データセットが、探知時に前記遠隔物体から受信した信号データに関係する、工程、前記ネットワーク上で前記位置データセットおよび前記信号データセットを送信する工程、および前記信号が探知された前記遠隔物体の位置を判定する工程、を含む、方法。
【請求項２０】
前記遠隔物体の位置および速度が、前記位置データセットおよび前記信号データセットの三角測量によって判定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記位置データセットが、探知時のノードＩＤ、前記ノードの位置、前記ノードの速度、および前記ノードのタイムスタンプを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記信号データセットが、探知時の前記信号の周波数、探知時の前記信号の振幅、および探知時の前記信号のピッチのうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記三角測量が、周波数ドップラーシフト探知を使用して判定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記三角測量が、信号強度探知を使用して判定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記センシングドローンの少なくとも１つの前記ノードは、前記三角測量を実施するように構成されている、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記方法が絡め取り装置を提供する工程をさらに含み、および
前記ドローンの群れが、少なくとも２つの絡め取りドローンをさらに含み、前記絡め取りドローンが、前記絡め取り装置を携行するように構成され、前記絡め取りドローンがネットワークを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記絡め取りドローンの少なくとも２つが前記絡め取り装置を携行する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記方法が、中央調整ステーションを提供する工程をさらに含み、
前記中央調整ステーションが前記ネットワークを含むように構成され、
前記中央調整ステーションが、前記遠隔物体を探知するためにどのように移動するかの指示を前記ドローンの群れに提供し、前記位置データセットおよび前記信号データセットを受信し、前記三角測量を実施し、および前記遠隔物体を捕捉する指示を前記絡め取りドローンに提供する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記絡め取り装置が網である、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
物体を捕捉するためのシステムであって、
複数のコンピュータプロセッサ、
複数のコンピュータメモリ、
複数のネットワーク通信モジュール、および
一連のコンピュータプロセッサにネットワーク接続された中央処理ステーション、を含み、
前記コンピュータプロセッサが、１つまたは複数のドローンを制御するという前記コンピュータメモリに保存されたコンピュータプログラムによって提供された指示を実施するように構成され、
前記ドローンのすべてまたはサブセットが、集合的な遠隔物体の探知のために幾何学的パターンで飛行し、
前記ドローンのすべてまたはサブセットが、それらの間に張られた絡め取り装置を含み、
前記ドローンのすべてまたはサブセットに、画像、音、または電磁探知センサが装備されている、システム。
【請求項３１】
各ドローンが、固定点またはドローンの群れ内の別のドローンに対する、ドローンの速さ、配向、および／または位置を制御する指示を提供することによって制御される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記絡め取り装置を含むドローンの前記サブセットの前記速度が、前記絡め取り装置がドローンを絡め取ることなく前記ドローンおよび絡め取り装置を位置付ける前記コンピュータプログラムによって提供される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記ドローンの前記速度が、前記コンピュータプログラムによって、ドローンが前記絡め取り装置に絡め取られることなく前記ドローンおよび絡め取り装置を位置付けるように提供される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３４】
中央処理システムが、捕捉される物体の前記絡め取り装置に対する位置を判定するべくドローンのサブセットによって返されたデータを処理するように構成されている、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３５】
ドローンの前記セットが、前記コンピュータプログラムによって、前記絡め取り装置の領域を前記遠隔物体の捕捉または妨害に向けて方向付けるようにプログラムされる、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３６】
センシングアンテナおよびネットワークアンテナを含む、ドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項３７】
計算モジュールをさらに含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項３８】
エネルギー貯蔵装置をさらに含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項３９】
全地球測位システム（ＧＰＳ）装置をさらに含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項４０】
センサをさらに含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項４１】
マイクおよびカメラをさらに含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項４２】
電磁波を探知するためのセンサをさらに含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項４３】
ドローンノード信号探知パケットを生成するように構成されたプロセッサを含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項４４】
前記ネットワークアンテナによってドローンノード信号探知パケットを送信するように構成されたプロセッサを含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項４５】
ドップラー周波数シフト解析を実施するように構成されたプロセッサを含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項４６】
前記センシングアンテナによって収集されたデータを使用してドップラー周波数シフト解析を実施するように構成されたプロセッサを含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【請求項４７】
探知された信号の強度の変化および探知された信号の周波数のシフトのうちの１つを探知するように構成されたプロセッサを含む、請求項３６に記載のドローンセンシングデータ収集ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年８月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／５４５，６９７号の優先権を主張し、その全体が引用によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明には、遠隔物体を捕捉または妨害するための絡め取り装置を含む自律走行車両のグループの調整に関する技術、および特に、限定されないが、ドローンの群れ（drone swarm）を使用して物体を標的にするおよび捕捉するための方法、装置、およびシステムが提供される。
【背景技術】
【０００３】
公共（例えば政府）および民間（企業など）の組織が懸念する問題は、空港近くの鳥、作物近くの昆虫、制限空域に入るドローン、または商用のスパイ行為または監視に使用されるドローンなどの、遠隔物体の位置を特定して迎撃する能力である。これらのおよび関連する問題に対する一部の現在の解決策としては、物理物体を遠隔物体に推進させること、または音波パルスまたは電磁パルスを使用して、遠隔物体を無効化させることが挙げられる。両方の解決策には、通常、明確な照準が必要とされる。遠隔物体を識別する、標的にする、および場合によっては無効化または捕捉するためには、新しい技術が必要とされる。
【発明の概要】
【０００４】
したがって、本明細書には、例えば、遠隔物体から放射または反射された信号を探知するように構成されたノードを備えたドローンの群れ（drone swarm）の回転するサブセットを使用することによって、または遠隔物体の視覚的外観を観察することによって、遠隔物体を標的にするおよび／または捕捉するようにドローンの群れを配置するための方法、システム、および装置の実施形態に関連する技術が提供される。
【０００５】
従来の探知システムは、遠隔物体を探知するためのより高い精度および感度を達成するように一緒に作用するセンサの集合体を備えたデバイスを含む。例えば、超長基線アレイ（ＶＬＢＡ）望遠鏡システムなどの、アレイ内の望遠鏡は、遠くの物体の分解および三角測量のより高い精度を達成するために干渉法を使用することができる。位置および速度を識別するためにセンサを集合させる別の例は、探知器の数を増やし、間隔を広げることで、別の物体、例えば遠隔物体の位置を特定する分解能を高めることが可能である、レーダー基地からの三角測量である。センサを集合させる別の例は、探知器の間隔を広げることで、既知の周波数を放射する別の物体の位置を識別する分解能を高めることが可能である、信号三角測量である。位置および速度を識別するためのセンサを集合させる別の例は、探知器の固定アレイを移動させることによって遠隔の放射源または反射源の方向を判定することができるドップラーシフト解析である。
【０００６】
すべてが互いに相対する位置に固定されたセンサで構成されている上記の技術とは対照的に、センシングノードを備えたドローンの群れは、分解能およびトラッキングのさらなる向上のために、ドローンの群れ内のドローンが遠隔物体により近づくおよび／または遠隔物体に対する配向を変更することができるように、調整された移動と組み合わせた、非固定位置のセンサを活用する、集合的なの探知と三角測量を組み合わせた技術を提供する。ドローンのセンサは、ドローンが別の物体に近づくにつれて精度を向上させることができるため、多数のドローンを使用すると、自律的に遠隔物体を安全に捕捉することも可能になる。したがって、本明細書には、捕捉方法とともに集合的な探知方法および三角測量方法を含む、ドローンの群れ用のシステムに関する技術が提供される。いくつかの実施形態では、当該技術は、集合的な探知方法および三角測量方法、ならびに遠隔物体を捕捉または妨害するためのドローンの群れのドローンのサブセット間に張られた絡め取り装置（例えば網）を含む、ドローンの群れ用のシステムを提供する。
【０００７】
明確にするために、本出願全体を通して、ドローンの群れの一部である単一のドローンはドローン（a drone）と呼ばれ、ドローンの群れの一部である１つまたは複数のドローンはドローン（drones）と呼ばれる。さらに明確にするために、本出願では、ドローンが同時に感知および通信することを可能にする特徴は「ノード」と呼ばれる。ノードは、ケーブル（ネットワーク、電力、汎用ＩＯなど）を介して直接ドローンに接続されるユニットである、別個のユニットとして、またはコンポーネントとして組み込まれたドローンの不可欠な部品として、ドローンに取り付けられ得る。
【０００８】
本出願の一実施形態は、遠隔物体の位置を特定するシステムである。当該システムはドローンの群れを含み、ドローンの群れは複数のドローンを含み、ここで複数のドローンのうちの少なくとも２つのドローンはノードを含む（以下「センシングドローン」）。当該システムの異なる実施では、当該システムは、ドローンの群れおよび中央調整ステーションを含み、群れ内の複数のドローンのうちの少なくとも２つのドローンはセンシングドローンである。
【０００９】
本出願の別の実施形態は、遠隔物体の位置を特定して捕捉するためのシステムである。当該システムは、ドローンの群れおよび絡め取り装置を含み、群れ内の複数のドローンのうちの少なくとも２つのドローンはセンシングドローンであり、複数のドローンのうちの少なくとも２つのドローンは絡め取り装置を携行することができる（以下「絡め取りドローン（entanglement drones）」）。当該システムの異なる実施では、当該システムは、ドローンの群れ、絡め取り装置、および中央調整ステーションを含み、群れ内の複数のドローンのうちの少なくとも２つのドローンはセンシングドローンであり、群れ内の複数のドローンのうちの少なくとも２つのドローンは絡め取りドローンである。センシングドローンが絡め取りドローンでもあり、絡め取りドローンがセンシングドローンでもあり得ることを理解されたい。
【００１０】
本出願の別の実施形態は、遠隔物体の位置を特定する方法である。遠隔物体の位置を特定するように構成された、少なくとも２つのセンシングドローンを含む、ドローンの群れが提供される。ドローンの群れは遠隔物体を自律的に探索する。センシングドローンの少なくとも１つは遠隔物体を探知する。センシングドローンは、探知された遠隔物体の位置情報を通信する。当該方法の別の実施では、遠隔物体の位置を特定するように構成された、少なくとも２つのセンシングドローンを含む、ドローンの群れが提供される。中央処理ステーションは、ドローンの群れと通信するように構成され、遠隔物体を探索する指示をドローンの群れに提供する。センシングドローンの少なくとも１つは遠隔物体を探知する。センシングドローンは、探知された遠隔物体の位置情報を中央処理ステーションに通信する。中央処理ステーションは、動作方法についてのさらなる指示をドローンの群れに提供する。
【００１１】
本出願の別の実施形態は、遠隔物体の位置を特定して捕捉／妨害する方法である。遠隔物体の位置を特定して捕捉／妨害するように構成された、少なくとも２つのセンシングドローンおよび少なくとも２つの絡め取りドローンを含む、ドローンの群れが提供される。絡め取りドローンは絡め取り装置を備えている。ドローンの群れは遠隔物体を自律的に探索する。センシングドローンの少なくとも１つは遠隔物体を探知する。センシングドローンは、探知された遠隔物体の位置情報をドローンの群れに通信する。ドローンの群れは、絡め取り装置において遠隔物体を自律的に探知し続け、自律的に捕捉／妨害する。当該方法の別の実施では、遠隔物体の位置を特定して捕捉／妨害するように構成された、少なくとも２つのセンシングドローンおよび少なくとも２つの絡め取りドローンを含む、ドローンの群れが提供される。中央処理ステーションは、ドローンの群れと通信するように構成され、遠隔物体を探索する指示をドローンの群れに提供する。センシングドローンの少なくとも１つは遠隔物体を探知する。センシングドローンは、探知された遠隔物体の位置情報を中央処理ステーションに通信する。中央処理ステーションは、遠隔物体の探知を継続して、絡め取り装置で遠隔物体を捕捉／妨害するさらなる指示をドローンの群れに提供する。ドローンの群れは、遠隔物体のトラッキングおよび捕捉／妨害を継続する。
【００１２】
上記の実施形態では、ドローンの群れは複数のドローンを含み、ここでドローンは、非限定のドローン、センシングドローン、および／または絡め取りドローンであり得る。ドローンの実施形態が排他的ではなく、ドローンタイプの他の潜在的な組み合わせの中でも、センシングドローンが絡め取りドローンであり得、その逆もしかりであることを理解されたい。ドローンの群れが遠隔物体の位置を特定するように構成されている実施形態では、ドローンの群れは少なくとも２つのセンシングドローンを含む。ドローンの群れが遠隔物体の位置を特定して捕捉するように構成されている実施形態では、ドローンの群れは、少なくとも２つのセンシングドローンおよび少なくとも２つの絡め取りドローンを含む。
【００１３】
当該技術は、ドローンの群れ内のドローンの数に限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、ドローンの群れは２〜５０のドローンを含む。いくつかの実施形態では、ドローンの群れは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、またはそれ以上のドローン（例えば、６０、７０、８０、９０、１００、またはそれ以上のドローン）を含む。いくつかの実施形態では、ドローンの群れはドローンのサブセットを含む。当該技術は、ドローンの群れのサブセット内のドローンの数に限定されない。したがって、ドローンの群れのドローンのサブセットは、いくつかの実施形態では、ドローンの群れ内のドローンの総数よりも１つ少ない数までの任意の数のドローンを含む。例えば、サブセットは、いくつかの実施形態では、ドローンの群れ内のドローンの数に応じて、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、またはそれ上のドローン（例えば、６０、７０、８０、９０、１００、またはそれ以上のドローン）を含む。ドローンの群れ内のドローンのサブセットは、いくつかの実施形態では、特定の機能をシステムに提供するように構成されている。例えば、ドローンのサブセットは、センシングドローンのみを含み得るか、絡め取りドローンのみを含み得るか、非限定のドローンのみ含み得るか、または異なるドローンタイプの任意の組み合わせを含み得る。
【００１４】
当該技術は、ドローンの群れ内のドローンのサブセットの数に限定されない。いくつかの実施形態では、ドローンの群れは、ドローンの１〜１０のサブセット（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上のサブセット）を含む。ドローンのサブセットは重複し得る。したがって、いくつかの実施形態では、ドローンは、１つを超えるサブセットのメンバーであり得、したがって、ドローンの群れに複数の機能が提供され得る。いくつかの実施形態では、サブセットのメンバーは完全に重複し得る。いくつかの実施形態では、サブセットのメンバーは別のサブセットのメンバーではない。
【００１５】
上記の実施形態では、センシングドローンは、センシングドローンが遠隔物体および他のドローンについての位置を特定し、トラッキングし、通信することを可能にするノードを含む。ノードは、センシングアンテナおよびネットワークアンテナを含む。いくつかの実施形態では、ノードは、センシングアンテナおよびネットワークアンテナに加えて、計算モジュール、エネルギー貯蔵装置、全地球測位システム（ＧＰＳ）装置、および／または追加のセンサを含む。追加のセンサは、例えば、磁気、熱、光学（例えば、画像、カメラ）、音（例えば、マイク）、加速度計、放射能、生物学的、化学的センサ、または本明細書に記載される別のセンサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ノードは、センシングアンテナおよびネットワークアンテナに加えて、電磁波または無線周波数などの特定の信号を探知する追加のセンサを含む。さらに、いくつかの実施形態では、ノードは、センシングアンテナおよびネットワークアンテナに加えて、信号探知パケットを生成する、および／または（例えば、ネットワークアンテナによって）信号探知パケットを送信するように構成されたプロセッサを含む。上記がノードの実施形態の単なる例に過ぎず、他の実施形態が本明細書の範囲内にあると見なされることを理解されたい。いくつかの実施形態では、センサは、８０２．１１ｂ／ｇ／ｎの信号（例えば、２．４ＧＨｚの信号）を探知する。
【００１６】
特定の実施形態では、当該技術は、例えば、ｉ）上記センシングアンテナによって収集されたデータ、および、ii）上記ノードの位置および／または移動を記述するデータ、を使用して、ドップラー周波数シフト解析を実施するように構成されたプロセッサを含むノードに関する。またいくつかの実施形態では、ノードは、探知された信号の強度の変化または探知された信号の周波数のシフトを測定するように構成されたプロセッサを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、ノードは、前記ノードの位置を記述する位置データを送信するように構成されている。いくつかの実施形態では、ノードは、別のノードの位置を記述する位置データを送信するように構成されている。いくつかの実施形態では、ノードは、遠隔物体の位置を記述する位置データおよび／または遠隔物体の速度を記述する速度データを送信するように構成されている。
【００１８】
ノードの上記の実施形態からわかるように、ノードは、遠隔物体の位置の特定、トラッキング、および捕捉／妨害の調整に関する指示をドローンに自律的に提供するように構成され得る。代替として、ノードは、遠隔物体の位置の特定、トラッキング、および捕捉の調整に関する中央調整ステーションからの指示を受信するように構成され得る。ノードは、他のノード、他のドローン、および／または中央調整ステーションと通信するように構成され得る。
【００１９】
絡め取りドローンを含む実施形態では、当該システムはまた、絡め取りドローンまたはそのサブセットに携行／収容された絡め取り装置含んでもよい。絡め取り装置は、絡め取りドローンが、網、布、ひも、糸、バルーン、コード、メッシュ、スネア、ループ、または他の絡め取り装置などの、携行するように構成された、任意の装置であり得る。
【００２０】
ドローンは、絡め取り装置をドローンの可動部に晒さないようにドローンに取り付けることを可能にするべくドローンの本体を変更することによって絡め取り装置を携行するように備え付けられ得る。これは、空中を飛行するドローンにおいては、絡め取り装置を取り付けるための穴が遠端にある、ドローンの本体にしっかりと取り付けられる硬い支柱のように単純であり得る。互いに一定の距離で絡め取り装置を携行する複数のドローンを用いることで、絡め取り装置を任意の１つのドローンに対して揺れないように携行することができ、したがって、たとえドローンの群れ内のドローンのサブセットが素早く移動する、および／または、方向を変更することがあっても、ドローンの可動部に入らずに携行することができる。
【００２１】
中央調整ステーションを含まない実施形態では、ドローンの群れにおける、センシングドローンおよび絡め取りドローンを含むドローンは、遠隔物体の位置の特定、トラッキング、および捕捉／妨害に関する動作を、ドローンの群れ内で通信および調整するように構成されている。
【００２２】
いくつかの実施形態では、当該システムはさらに、ドローンの移動の調整などの指示をドローンの群れに提供する、および／または（例えば、ドローンおよび／またはノードおよび／または捕捉される物体の１つまたは複数を記述する）情報を提供するために、中央調整ステーションを含む。いくつかの実施形態では、中央調整ステーションは、ドローンが幾何学的パターン（例えば、二次元パターン（例えば、円、卵形、楕円、多角形、線など）または三次元パターン（球体、回転楕円体、楕円体など））で移動するように、またはドローンの群れ内のドローンの移動を妨げる（例えば、ドローン自体を絡め取る）ことなく絡め取り装置を携行するように、ドローンの移動を調整する。例えば、いくつかの実施形態では、中央調整ステーションは、ドローンの群れの１つまたは複数のドローンおよび／またはノードからデータ、情報、および／または信号を受信し、いくつかの実施形態では、中央調整ステーションは、ドローンの群れの１つまたは複数のドローンおよび／またはノードにデータ、情報、および／または信号を送信する。いくつかの実施形態では、中央調整ステーションは、受信したデータを変換するか、または計算を実施して、変換または計算の結果をドローンの群れの１つまたは複数のドローンに送信する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、ドローンまたは遠隔物体の位置および／または配向は、位置情報（例えば、ＧＰＳ座標などの空間内の座標）、速度（例えば、速さおよび方向）、配向（例えば、上下動（ピッチ：pitch）、回転（roll）、揺れ（yaw））、加速度、または他の数学的または機械的な記述子によって記述される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のドローンに、そのドローンに対する、固定点に対する、信号源に対する、別のドローンに対する、または遠隔物体に対するドローンの位置および／または配向の変化を引き起こす指示が提供される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ネットワークは、ドローンの群れ内のドローンおよび／またはノード間またはそれらの中の通信を提供し、および／または、ドローンまたはノード間の通信を中央調整ステーションで提供する。したがって、いくつかの実施形態では、ドローンの群れは、ドローンの群れのドローンおよび／またはノードおよび／または中央調整ステーションを接続する１つまたは複数のネットワークを含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、システムは、複数のコンピュータプロセッサ、複数のコンピュータメモリ、複数のネットワーク通信モジュール、および一連のコンピュータプロセッサにネットワーク接続された中央調整ステーションを含み、ここでコンピュータプロセッサは、１つまたは複数のドローンを制御するというコンピュータメモリに保存されたコンピュータプログラムによって提供された指示を実施するように構成されている。例えば、ドローンの群れ（またはセンシングドローンであるそのサブセット）は、集合的な遠隔物体の探知のために幾何学的パターンで飛行するように指示され得る。いくつかの実施形態では、各ドローンは、ドローンの速度を指定することによって制御される。いくつかの実施形態では、絡め取りドローンの速度は、上記コンピュータプログラムによって、絡め取り装置においてドローンを絡め取ることなくドローンおよび絡め取り装置を位置付けるように設定される。いくつかの実施形態では、中央調整システムは、絡め取り装置に対して捕捉される遠隔物体の位置を判定するべくドローンのサブセットによって返されたデータを処理するように構成されている。いくつかの実施形態では、ドローンのサブセットは、コンピュータプログラムによって、絡め取り装置の領域を捕捉される遠隔物体に方向付けるようにプログラムされる。
【００２６】
通信は、ドローンおよび／またはノードから中央調整ステーションに、および反対方向にも流すことができる。中央調整ステーションは、ドローンがどこにいるのかの経過を追うことができ、その情報を中継して、その情報を直接共有するには離れすぎている可能性のある他のドローンに戻すことができる。１つのノードが、遠隔物体を探知し、その情報を中央調整ステーションに送信する場合、中央調整ステーションは、それに応じて且つ同期して反応するようにドローンを方向付けることができる。
【００２７】
上述のような、遠隔物体の位置を特定する方法の実施形態は、本明細書に記載されるシステムの実施形態を利用する。遠隔物体の位置を特定する方法の例示的な実施形態では、ドローンの群れが配置される。上述のように、ドローンの群れは、上記の実施形態とともに、少なくとも２つのセンシングドローンを含む。ドローンの群れ（またはそのサブセット）は、遠隔物体を探索してその位置を特定するように構成されている。例えば、ドローンの群れ（またはそのサブセット）は、領域内の遠隔物体を探索するために、幾何学的パターン（例えば、二次元パターン（例えば、円、卵形、楕円、多角形、線など）または三次元パターン（球体、回転楕円体、楕円体など））で移動するように指示され得る。当該領域は、予め定義されてもよいし、動的に定義されてもよい。センシングドローンは遠隔物体を探知する。遠隔物体がドローンの群れ内のセンシングドローンのいずれか１つまたは複数によって探知され得ることを理解されたい。さらに、センシングドローンが上記のセンシング能力のいずれか１つまたは複数を介して遠隔物体を探知し得ることも理解されたい。例えば、センシングドローンは、遠隔物体から放射または反射された信号を探知し得るか、またはカメラセンサを有し、遠隔物体の探知を視覚的に判定し得る。遠隔物体が探知されると、上記探知はシステムに通信される。
【００２８】
センシングドローンは、センシングドローンのセンサを使用して、探知された遠隔物体をトラッキングし続ける。例えば、信号強度または測定されたドップラーシフトと各センシングドローンの既知の位置および速さとの同時測定によって、他の方法で達成され得る速さおよび精度よりも速い速さおよび高い精度で遠隔物体に対する方向および距離を判定することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ドローンまたは遠隔物体の位置および／または配向は、位置情報（例えば、ＧＰＳ座標などの空間内の座標）、速度（例えば、速さおよび方向）、配向（例えば、上下動、回転、揺れ）、加速度、または他の数学的または機械的な記述子によって記述される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のドローンに、そのドローンに対する、固定点に対する、信号源に対する、別のドローンに対する、または遠隔物体に対するドローンの位置および／または配向の変化を引き起こす指示が提供される。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ノード（サブセットまたはすべて）は、以下でより詳細に説明される周波数ドップラーシフト探知を使用して、遠隔物体の速度および／または位置を判定するように構成されている。いくつかの実施形態では、ノード（サブセットまたはすべて）は、信号強度探知を使用して、遠隔物体の速度および／または位置を判定するように構成されている。ドローンの位置および／または速度または速さ、および遠隔物体から放射されるおよび／または反射される探知された周波数は、周波数ドップラーシフト解析に使用される。上記ドップラーシフト解析を使用して、物体、例えば、位置を特定されるおよび／または捕捉される物体の位置および／または速度を判定することができる。いくつかの実施形態では、当該システムは、複数のノードによって提供されたデータを使用して遠隔物体の位置を三角測量するように構成された中央調整ステーションを含む。
【００３１】
関連する実施形態では、遠隔物体をトラッキングする方法が提供される。例えば、当該方法のいくつかの実施形態では、方法は、第１のドローンから装置識別子、位置、速さ、および方向を受信する工程を含む。いくつかの実施形態はさらに、探知された周波数を含む装置識別子に関連付けられたセンサデータを受信する工程を含む。いくつかの実施形態では、方法はさらに、１つまたは複数のドローンの装置識別子、位置、速さ、および／または方向、ならびに遠隔物体によって放射または反射された、および、ノードのサブセットによって探知された、音声信号または電子周波数信号を中央調整ステーションに入力する工程と、探知された信号およびドップラーシフト三角測量を使用して遠隔物体の位置を計算する工程とを含む。いくつかの関連する実施形態では、方法は、１つまたは複数のノードの装置識別子、位置、速さ、および／または方向、ならびにノードのサブセットによって観測された遠隔物体の位置を記述する光学、画像、またはビデオデータを中央調整ステーションに入力する工程と、光学、画像、またはビデオデータおよびシフト三角測量を使用して遠隔物体の位置を計算する工程とを含む。いくつかの実施形態では、方法はさらに、遠隔物体の位置を記述している情報をディスプレイに送信する工程を含み、ここで装置識別子はメディアアクセス制御アドレスを含む。
【００３２】
中央調整ステーションを含まない方法の実施形態では、探知、位置特定、および通信のための指示が、上記のように、そのような行動を実施するように構成されているドローンの群れ内のドローンによって自律的に実行されることを理解されたい。中央調整ステーションを含む方法の実施形態では、探知、位置特定、および通信のための指示が、（自律的、動的、またはその両方の組み合わせのいずれかで）中央調整ステーションによって実行され、ドローンの群れに送信されることを理解されたい。また中央調整ステーションが含まれる場合、中央調整ステーションとドローンの群れとの組み合わせによって指示が実行され得ることも理解されたい。
【００３３】
上記のように、遠隔物体の位置を特定し、捕捉／妨害する方法の実施形態は、本明細書に記載されるシステムの実施形態を利用する。遠隔物体の位置を特定する方法の例示的な実施形態では、ドローンの群れが配置される。上記のように、ドローンの群れは、上記の実施形態とともに、少なくとも２つのセンシングドローンおよび少なくとも２つの絡め取りドローン、ならびに絡め取りドローンによって携行される絡め取り装置を含む。ドローンの群れ（またはそのサブセット）は、遠隔物体を探索して位置を特定するように構成されている。例えば、ドローンの群れ（またはそのサブセット）は、領域内の遠隔物体を探索するために、幾何学的パターン（例えば、二次元パターン（例えば、円、卵形、楕円、多角形、線など）または三次元パターン（球体、回転楕円体、楕円体など））で移動するように指示され得る。当該領域は、予め定義されてもよいし、動的に定義されてもよい。センシングドローンは遠隔物体を探知する。遠隔物体がドローンの群れ内のセンシングドローンのいずれか１つまたは複数によって探知され得ることを理解されたい。さらに、センシングドローンが上記のセンシング能力のいずれか１つまたは複数を介して遠隔物体を探知し得ることも理解されたい。例えば、センシングドローンは、遠隔物体から放射または反射された信号を探知し得るか、またはカメラセンサを有し、遠隔物体の探知を視覚的に判定し得る。遠隔物体が探知されると、当該探知はシステムに通信される。
【００３４】
絡め取りドローンの少なくともサブセット間に張られた絡め取り装置（例えば、網）を用いて、絡め取りドローンは遠隔物体を捕捉するように方向付けられる。いくつかの実施形態では、ドローンの群れ内のドローンのサブセットが、捕捉される遠隔物体に向かって移動するとともに、ドローンの群れ内のドローンの別のサブセットは、遠隔物体から探知された信号をモニタリングし続ける。いくつかの実施形態では、ドローンの群れ内のノードのサブセットは、遠隔物体の位置認識を高めるための追加のセンサ（例えば、マイク、カメラなど）を有している。いくつかの実施形態では、ドローンの群れ内の絡め取り装置を携行するドローンのサブセットは遠隔物体に方向付けられる。絡め取り装置を携行するドローンの群れ内のドローンのサブセットが遠隔物体を絡め取ると、いくつかの実施形態では、絡め取り装置を携行するドローンの群れ内のドローンのサブセットは、捕捉された遠隔物体とともに、別の位置に（例えば、遠隔物体の安全な降下のための位置、着陸エリアなどに）移動するように、および／または絡め取られた遠隔物体を落下させるように方向付けられる。
【００３５】
通信は、ドローンおよび／またはノードから中央調整ステーションに、および反対方向にも流すことができる。中央調整ステーションは、ドローンがどこにいるのかの経過を追うことができ、その情報を中継して、その情報を直接共有するには離れすぎている可能性のある他のドローンに戻すことができる。１つのノードが、遠隔物体を探知し、その情報を中央調整ステーションに送信する場合、中央調整ステーションは、それに応じて且つ同期して反応するようにドローンを方向付けることができる。したがって、いくつかの実施形態では、方法は、ドローンの位置および／または速度の情報を中央調整ステーションからドローンの群れの異なるドローンに送信する工程を含む。本実施形態はまた、遠隔物体の位置および／または速度の情報を中央調整ステーションからドローンの群れの中のドローンに送信する工程を含む。またいくつかの実施形態では、方法は、遠隔物体の位置および／または速度を記述しているデータを、絡め取り装置を携行しているドローンの群れのドローンのサブセットに送信する工程を含む。またさらに他の実施形態では、方法はさらに、ドローンの群れのサブセットに指示する工程を含む。
【００３６】
追加の実施形態が、本明細書に含まれる教示に基づいて関連技術の当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本技術のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の図面を参照してより理解される。
【００３８】
【図１】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態によるノードの図である。
【図２】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による簡略化されたノードの図である。
【図３】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による図２のノードの機能図である。
【図４】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態によるノードアーキテクチャの概略図である。
【図５】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態によるノードによって実施される動作のフローチャートである。
【図６】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態によるノードの信号探知ネットワークパケットの概略図である。
【図７】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による、ノードが遠隔物体に対して移動するにつれて経時的に測定を行うノードを備えた単一のドローンの図である。
【図８】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による、ドップラーシフト測定を介する三角測量の二次元平面でのドローンの群れの概要図である。
【図９】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による、ドップラーシフト測定を介する三角測量の三次元平面でのドローンの群れの概要図である。
【図１０】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による、強度測定を介する三角測量の二次元平面でのドローンの群れの図である。
【図１１】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による、強度測定を介する三角測量の三次元平面でのドローンの群れの図である。
【図１２】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による物体を捕捉する代表的な絡め取り捕捉システムの図である。
【図１３】本明細書に提供される技術の代表的な実施形態による、ドローンの群れのセンシングノードから返された情報から中央調整ステーションで行われる三角測量の計算の機能図である。
【００３９】
図面が必ずしも縮尺通りに描かれているわけではなく、図中の物体は必ずしも互いに関連して縮尺通りに描かれているわけではないことを理解されたい。図面は、本明細書に開示される装置、システム、および方法のさまざまな実施形態に明確さおよび理解をもたらすことを意図した描写である。可能な限り、同じまたは類似の部品を指すために、図面全体を通して同じ参照番号が使用される。さらに、図面が、いかなる方法でも本教示の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
従来のドローン技術は、監視、探知、または積荷の配送や解放などの単一の行動を実施するための個々の車両としてのドローンの使用を含む。複数のドローンに基づくいくつかの関連技術は、幾何学的形状、群れパターン、または衝突もしくは妨害を回避するドローン間認識を達成するためのさまざまな方法を含む。特に、一部の技術はドローンの群れの使用を含み、これは、ネットワーク接続され、単一のコントローラからのコマンドの下で一緒に作動する２つまたはそれ以上の無人航空機システム（「ＵＡＳ」）または無人航空機（「ＵＡＶ」）のシステムである。ドローンの群れは、単一のドローンでは引き受けることが不可能な動作が可能であるが、本技術は、遠隔物体を識別する、標的にする、無効化する、および／または捕捉するためのドローンの群れに関連する新しい方法およびシステムを提供する。いくつかの実施形態では、当該技術は、遠隔物体を捕捉または妨害するための絡め取り装置を含むドローンのグループ（例えば、ドローンの群れ）を調整することに関する。
【００４１】
様々な実施形態のこの詳細な説明では、説明の目的で、開示された実施形態の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細が明示されている。しかし、これらの様々な実施形態がこれらの具体的な詳細の有無にかかわらず実施され得ることを当業者は理解するだろう。他の場合では、構造および装置はブロック図形式で示される。さらに、当業者は、方法が提示され実施される具体的なシーケンスが例示的であることを容易に理解することができ、シーケンスは変更することができ、本明細書に開示される様々な実施形態の主旨および範囲内にまだ留まることが企図される。
【００４２】
限定されないが、特許、特許出願、記事、書籍、論文、およびインターネットウェブページを含む、本出願で引用されるすべての文献および同様の資料は、あらゆる目的のためにそれら全体が引用により明示的に組み込まれる。別段定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本明細書で説明される様々な実施形態が属する当該技術の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。組み込まれた参考文献の用語の定義が本教示で提供される定義と異なるようである場合、本教示で提供される定義が優先されるものとする。本明細書で使用されるセクションの見出しは、構成上の目的のためだけのものであり、説明された主題をいかなる方法でも限定するものと解釈されるべきではない。
【００４３】
（定義）
本技術の理解を容易にするために、いくつかの用語および語句を以下に定義する。追加の定義は詳細な説明全体で明示される。
【００４４】
明細書および特許請求の範囲を通して、以下の用語は、文脈が明らかに別段そうでないことを示さない限り、本明細書で明示的に関連付けられた意味をとる。本明細書で使用される「一実施形態では」という語句は、同じ実施形態を指す場合もあるが、必ずしもそうではない。さらに、本明細書で使用される「別の実施形態では」という語句は、異なる実施形態を指す場合もあるが、必ずしもそうではない。したがって、以下に説明するように、本発明の範囲または主旨から逸脱することなく、本発明のさまざまな実施形態が容易に組み合わされてもよい。
【００４５】
加えて、本明細書で使用されるように、「または」という用語は、包括的な「または」演算子であり、文脈が別段そうでないことを明確に示さない限り、「および／または」という用語と同等である。「〜に基づいて」という用語は排他的ではなく、文脈が別段そうでないと明確に示さない限り、説明されていない追加の因子に基づくことを可能にする。さらに、本明細書全体を通して、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の意味には複数の参照が含まれる。「ｉｎ」の意味には「ｉｎ」および「ｏｎ」が含まれる。
【００４６】
本明細書で使用されるように、「遠隔物体」とは、本明細書で説明する技術の実施形態に従う、ドローンの群れによる捕捉のために識別され、位置を特定され、および随意に標的にされる物体を指す。いくつかの実施形態では、「遠隔物体」はドローンであり得るが、「遠隔物体」という用語はドローンに限定されず、捕捉の標的にされる任意の物体を指すように意図されている。例えば、いくつかの実施形態では、「遠隔物体」は、動物（例えば、鳥、哺乳類、昆虫など）、自律型航空機、ユーザ制御型の航空機、迎撃されるミサイル、衛星などである。
【００４７】
本明細書で使用されるように、「放射物体」または「反射物体」とは、探知可能な信号を放射または反射する物体を指す。例えば、いくつかの実施形態では、「放射物体」は、物体によって放射された信号を探知することにより探知される。いくつかの実施形態では、「反射物体」は、物体によって反射された信号を探知することにより探知される。信号を物体に反射させることを含む技術の非制限的な例には、レーダー（RADAR）、ソナー（SONAR）、およびライダー（LIDAR）が含まれ、放射物体の探知の非限定的な例には、ＥＭ放射の探知またはマイクによる音響放射の探知が含まれる。いくつかの実施形態では、太陽、他の光源、または可視、赤外、および／または紫外領域の特定の波長または波長範囲を提供する電磁放射源によって照射された物体を見ることによって、物体が探知される。
【００４８】
本明細書で使用されるように、「ドローン」は、空気、水、または真空の空間を介した三次元移動が可能な無人物体（例えば、３つの空間次元で移動可能な自律走行車両）である。いくつかの実施形態では、ドローンは遠隔制御され、いくつかの実施形態では、ドローンは自律的である。いくつかの実施形態では、ドローンは陸上での移動も可能である。本明細書で使用されるように、「ドローン」は、ドローンの群れの一部である単一のドローンである。
【００４９】
本明細書で使用されるように、「ドローンの群れ」は、ドローンのユニットとして機能する複数のドローンである。ドローンの群れは、自律的に動作するように構成され得るか、または中央調整ステーションを使用して制御されるように構成され得る。本明細書で使用されるように、ドローンの群れの「サブセット」は、ドローンの群れ内のドローンの数より少ない数のドローンを含む。ドローンの群れは複数のサブセットを有してもよく、各サブセットは同じまたは異なる数のドローンを含む。いくつかの実施形態では、ドローンの群れのサブセットは、ドローンの群れに特定の機能を提供する。
【００５０】
本明細書で使用されるように、「ノード」は、ドローンが上記のセンシングドローンとして、感知および通信することを可能にする特徴である。ノードは、ケーブル（ネットワーク、電力、汎用ＩＯなど）を介して直接ドローンに接続されたユニットである、別個のユニットとして、またはコンポーネントとして組み込まれたドローンの不可欠な部品として、ドローンに取り付けられ得る。
【００５１】
本明細書で使用されるように、「中央調整ステーション」は、ドローンの群れを制御し、ドローンの群れから送られた信号を処理し、およびオペレータがドローンの群れに指示するためのインタフェースを提供する、１つまたは複数のコンピュータである。いくつかの実施形態では、中央調整ステーションは、すべてのタスクを処理するコンピュータを含み、いくつかの実施形態では、中央調整ステーションは複数のコンピュータを備え、各コンピュータは、例えば三角測量などの１つまたは複数の具体的なタスクを実施することに向けられている。いくつかの実施形態では、「中央調整ステーション」内のコンピュータは、完全な自律的挙動のために一緒にネットワーク接続されるか、または遠隔物体の感知と移動との間の架け橋として人間に依存する。
【００５２】
本明細書で使用されるように、「絡め取り装置」は、遠隔物体の移動を妨げるための、ドローンの群れ内のドローンによって携行される（上述の絡め取りドローン）、またはドローンの群れから解放される、１つまたは複数の物体である。いくつかの実施形態では、絡め取り装置は網であるが、「絡め取り装置」という用語は網に限定されず、特定のタイプの遠隔物体用にカスタマイズされ得る。例えば、遠隔物体がプロペラ駆動の場合、「絡め取り装置」は、ドローンの群れのメンバーによって個々に携行されるウェイト付きの長いひもを備えてもよい。別の非限定的な例として、遠隔物体がホイール駆動の場合、「絡め取り装置」は、ホイールの動作を妨害するように設計された粘着性のひも、またはスパイク状のひも、を備えてもよい。絡め取りドローンが、遭遇する遠隔物体の予想されるタイプに基づいて特定のタイプの絡め取り装置を携行するように構成され得ることを理解されたい。
【００５３】
本明細書で使用されるように、「電磁波」という用語は、当該技術分野でのその用法に従って使用され、したがって、電磁スペクトルの任意の部分（例えば、特定の波長または波長の範囲）を指す。したがって、「電磁波」という用語は、例えば電波（例えば、無線周波数、無線周波数帯域、または無線周波数の１つまたは複数の範囲）、マイクロ波、赤外線、可視光（例えば、特定の波長または波長範囲の可視光）、紫外線、Ｘ線、およびガンマ線としても知られている波の形態を記述する。いくつかの実施形態では、電磁波はコヒーレントであり、例えば、レーザーによって生成された光である。
【００５４】
（説明）
本明細書で説明する技術は、ドローンの群れを使用して遠隔物体を感知する、位置を特定する、無効化する、および／または捕捉するための方法、システム、および装置の実施形態を提供する。
【００５５】
図１を参照すると、代表的な実施形態によるノード１００の図が示されている。ノード１００の図示された実施形態は、１つまたは複数の計算モジュール１２０、エネルギー貯蔵装置１３０、エネルギー制御装置１４０、センシングアンテナ１５０、およびネットワークアンテナ１６０を備えている。ノード１００は、随意に、全地球測位システム（ＧＰＳ）装置１６５、センサ１８０、カメラ１７０、およびマイク１９０を含む。計算モジュール１２０、エネルギー貯蔵装置１３０、およびエネルギー制御装置１４０は、保護筐体１１０に含まれる。
【００５６】
当該技術は、保護筐体１１０に使用される材料に限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、保護筐体１１０は耐候性である（例えば、ＮＥＭＡ−４定格の筐体）。いくつかの実施形態では、保護筐体１１０は炭素繊維またはプラスチックでできている。いくつかの実施形態では、センシングアンテナ１５０およびネットワーク１６０も保護筐体１１０に包囲される。いくつかの実施形態では、保護筐体１１０はノード１００を包囲するだけであり、他の実施形態では、保護筐体１１０は、モータ、配電ユニットなどの、ドローンの他のコンポーネントとともにノード１００も囲む。
【００５７】
いくつかの実施形態では、ノード１００は、およそ標準サイズのトランプのデッキのサイズであるか、またはそれ以下のサイズである（例えば、１０ｃｍ未満（例えば、各長さ寸法が９、８、７、６、５、４、３、２、または１ｃｍ未満）。いくつかの実施形態では、ノード１００は、ドローンの他のコンポーネント（図示せず）に電力が送られていないときでも動作可能である。
【００５８】
いくつかの実施形態では、計算モジュール１２０は、プロセッサ、メモリ、入力／出力モジュール、記憶装置、送信機、受信機、コントローラ、統合アンテナ、アンテナコネクタ、および／またはスロットを備えるプリント回路基板である。いくつかの実施形態では、スロットは、モジュール、または探知器、マシンビジョンプロセッサ、およびスピーカー、スクリーン、ＬＥＤ点滅ライトなどのヒューマンインタフェースなどの、他の特徴を追加またはアップグレードするために使用され得る。回路基板の上記の要素が、単なる例示であり、列挙された要素よりも多くの要素を含んでもよいか、または列挙された要素のすべてを含まなくてもよいことを理解されたい。
【００５９】
エネルギー貯蔵装置１３０はノード１００に電力を提供する。エネルギー制御装置１４０は、エネルギー貯蔵装置１３０の再充電を制御し、ノード１００内の計算モジュール１２０および他のコンポーネントへの電力を調節する。エネルギー制御装置１４０は、例えば、ＭＰＳ（登録商標）ＭＰ２６１５（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社、ワシントン州、カークランド）、スイッチモードバッテリー充電器であり得る。当該技術は、使用されるエネルギー貯蔵装置１３０に限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵装置１３０は、９ボルト、１５Ａｈのリチウムポリマー電池などの電池である。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵装置１３０は、コンデンサ、燃料電池、または他のエネルギー貯蔵装置である。代替的に、いくつかの実施形態では、電力は、ドローンから直結によって提供される。ドローンは、当技術分野で知られている任意の数の異なるエネルギー源によって電力を供給され得る。いくつかの実施形態では、電力は、太陽電池（例えば、電磁波を電気に変換するコンポーネント）、放射線源などによって提供される。
【００６０】
随意のＧＰＳモジュール１６５は、ノード１００のための位置情報および速度情報を提供する。典型的なＧＰＳモジュールは、Ａｄａｆｒｕｉｔ社から購入することができるＡｄａｆｒｕｉｔ（登録商標）Ｕｌｔｉｍａｔｅ  ＧＰＳ  Ｂｒｅａｋｏｕｔであり、ＭｅｄｉａＴｅｋ社からのＭＴＫ（登録商標）３３３９チップセットに基づくモジュールであり、高品質のＧＰＳモジュールは、１秒間に最大１０回の位置更新が可能である。いくつかの実施形態では、ＧＰＳモジュール１６５は、位置情報および速度情報が他の手段によって取得できない場合、ノード１００のための位置情報および速度情報を提供する。
【００６１】
いくつかの実施形態では、随意のカメラ１７０は、Ｓｏｎｙ（登録商標）ＩＭＸ２１９  Ｃｏｌｏｒ  ＣＭＯＳ  ８メガピクセルなどの、カラーカメラまたは白黒カメラである。いくつかの実施形態では、随意のカメラ１７０は、赤外線、可視光線、および／または紫外線などの、定義された、制限された周波数範囲の電磁スペクトルを探知する。いくつかの実施形態では、随意のカメラ１７０は、捕捉される物体のスナップショットまたはビデオを記録するために使用される。いくつかの実施形態では、随意のカメラ１７０は、物体を識別および／またはカウントする能力などの人間の視覚能力を含む。例えば、いくつかの実施形態では、カメラ１７０は、捕捉される物体として飛行機の代わりに鳥を識別する。いくつかの実施形態では、随意のカメラ１７０は三角測量に使用される。同様に、いくつかの実施形態では、随意のセンサ１８０および／または随意のマイク１９０が三角測量に使用される。
【００６２】
いくつかの実施形態では、随意のセンサ１８０は、光センサ、インダクタンスセンサ、温度センサ、風センサ、生物学的／核物質センサ、または他の種類のセンサである。いくつかの実施形態では、随意のセンサ１８０は、１つを超えるセンサまたはセンサのアレイを含む。
【００６３】
センシングアンテナ１５０およびネットワークアンテナ１６０は、信号（例えば、電磁放射）を送受信するように設計されたアンテナである。センシングアンテナ１５０およびネットワークアンテナ１６０は、内蔵、統合、外部、全方向性または指向性（例えば「単方向性」）のアンテナであり得る。ネットワークアンテナ１６０は、ノード１００を、ドローンの群れ内のドローン上の他のノード、ドローンの群れ内の他のドローン、および中央調整ステーションを含み得る、ネットワークに接続するように設計されている。ネットワークアンテナ１６０の例は、Ａｄａｆｒｕｉｔ社からのｕＦＬコネクタを備えた長さ１００ｍｍの２．４ＧＨｚ  Ｍｉｎｉ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ＷｉＦｉアンテナである。アンテナは、およそ４ＤＢｉの利得を有し、２．４〜２．５ＧＨｚの無線周波数で良好に作動する。センシングアンテナ１５０の例は、Ａａｒｏｎｉａ  ＡＧからの７００ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚのＯｍｎｉＬＯＧ  ９０２００（登録商標）であり得る。当該技術は、システムのコンポーネント間（例えば、ノード、ドローン、おとび中央調整ステーション間）で情報を送信するネットワークまたは通信のタイプに限定されない。１つのタイプのネットワーク／プロトコルは、ＺｉｇＢｅｅ  ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４仕様のプロトコルである。ネットワークは、ネットワークアンテナ１６０がＺｉｇＢｅｅ通信モジュール（図示せず）に連結されるように実装されてもよい。いくつかの実施形態では、ネットワーク通信は、階層型ルーティングの戦略を使用してネットワークを介してデータを移動させ、メッセージを制御する、ＺｉｇＢｅｅルーターを含む外部ネットワークを使用して生じる。ネットワーク構成のいくつかの実施形態では、ノードは、コーディネーター、ルーター、またはエンドポイントセンシング装置として動作し得る。ドローンの群れのネットワークの実施形態では、コーディネーターは他のノードからネットワークデータパケットを収集する。コーディネーターは、各ノードにその独自のＩＰ（インターネットプロトコル）ベースの接続機能が割り当てられる（例えば、ネットワーク経由の）直接的な方法で、またはコーディネーターノードにポイントツーポイント（ＰＰＰ）セルラーリンク経由のＩＰベースのネットワーク接続機能を提供する、セルラーパケットベースのモデムを介して、中央調整ステーション（図示せず）にネットワークデータパケットを送る。ルーターは、ドローンの群れのネットワーク内の他のノードからネットワークデータパケットを送信する。エンドポイントは、ネットワークデータパケットを他のノードに送るだけである。
【００６４】
しかし、当該技術は、使用されるネットワーク通信のプロトコル、システム、または標準に限定されない。したがって、複数のアンテナ、他のアンテナ、または他の通信方式を採用することができる実施形態が提供される。例えば、いくつかの実施形態では、当該技術は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、携帯電話、または衛星送信機または受信機を含む。加えて、いくつかの実施形態では、当該技術は、ノード１００からドローン（図示せず）への有線ネットワークまたは通信リンク（例えば、イーサネットモジュール）を含む。
【００６５】
いくつかの実施形態では、ノード１００は、ノード１００をモバイルアドホックネットワークまたはインターネットベースのモバイルアドホックネットワークなどの様々なネットワークに接続するように構成されたハードウェア（例えば、ネットワークアンテナ１６０）および／またはソフトウェアを含む。モバイルアドホックネットワーク（ＭＡＮＥＴ）は、時にモバイルメッシュネットワークとも呼ばれる。いくつかの実施形態では、ＭＡＮＥＴは、無線リンクによって接続されたモバイルデバイスの自己構成ネットワークである。インターネットベースのモバイルアドホックネットワーク（ｉＭＡＮＥＴ）は、例えばセルラーネットワークインターネット接続を使用して、インターネット接続を介してそれ自体を構成するＭＡＮＥＴである。したがって、ノード１００がさまざまなネットワーク構成の一部である、さまざまな実施形態が提供される。１つの例示的な実施形態では、ノード１００は、ノード１００とネットワーク接続されている他の装置、物体などに関する情報を収集する。
【００６６】
いくつかの実施形態では、ノード１００は、ファームウェアと連結されたカスタム組み込み式ハードウェア設計を含む、組み込みシステムアーキテクチャを含む。例えば、ノード１００は、遠隔物体から放射または反射された放射線の強度および／または周波数を探知し、複数の測定により、その強度および／または周波数が時間とともにどのように変化するかを測定することができる。その後、ノード１００は、複数の強度および／または周波数測定値を使用して、遠隔物体の速さおよび方向を判定することができる。代替的に、ノード１００は、センシングアンテナ１５０を介して信号強度および／または周波数データを収集し、さらなる処理のためにそのデータを中央調整ステーションの情報に提供することができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、探知された周波数を知った後、ノード１００は、ネットワーク上で送信される出力を生成する。生成された出力は、図６の詳細な説明で後述する、ノードスタンプ、関連付けられたタイムスタンプ、ＧＰＳ方向、位置、および／または速度スタンプを含み得る。出力はネットワークアンテナ１６０を使用して送信される。いくつかの実施形態では、ドローンの群れまたは中央調整ステーションは、追加の情報とともに複数のドップラーシフト探知を使用して、遠隔感知された物体の速さおよび位置を判定する。
【００６８】
周波数探知に加えて、いくつかの実施形態では、ノード１００は、その周波数に関連付けられた信号の信号強度を探知する。いくつかの実施形態では、ドローンの群れまたは中央調整ステーションは、複数の信号強度測定値を使用して、遠隔感知された物体の位置を判定する。
【００６９】
本開示により、ノード１００の様々な実施が提供され、企図される。その最も単純な実施では、ノード１００は、感知したもの、感知時間、および、そのＧＰＳ位置／速度かまたはドローンのＧＰＳ位置／速度も報告する、ノード１００が取り付けられているドローンを特定する識別、のいずれかを感知および記録すること（具体的な実施形態は図示されず）が可能である必要がある。例えば、いくつかの実施形態は、特徴のサブセットを提供するノードを含む。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で説明するシステムは、ドローンの群れ内の他のノードが特徴の減少したセットと通信するためのネットワークリレーを備えている。例えば、いくつかの実施形態では、ノードは、ドローンの本体に組み込まれる代わりにドローンの群れ内のドローンに取り付けられる。そのような構成を有しているいくつかの実施形態では、ＧＰＳ位置は、ノードが取り付けられているドローンから読み取られる。いくつかの実施形態では、ノードは、ＺｉｇＢｅｅ無線およびセンシングアンテナと同じくらい単純であり得る。したがって、ＺｉｇＢｅｅ無線に組み込まれている（ＺｉｇＢｅｅスタックを収容するために使用される）８ビットのマイクロコントローラは、ノード２００のマイクロコントローラ２１０として使用することができ、ノード２００はより小さなエネルギー貯蔵装置１３０を利用することができる（図２参照）。さらに、ノードのサイズおよびコストは、ガムのパックのサイズ（例えば、各線寸法で５ｃｍ未満（例えば、５、４、３、２、または１ｃｍ未満））に縮小され得る。
【００７０】
図２を参照すると、代表的な実施形態による簡略化されたノード２００の図が示されている。いくつかの実施形態では、簡略化されたノード２００は、ドローンの群れ内の他のノードが通信するためのネットワークリレーとして使用される。ノード２００は、マイクロコントローラ２１０、リアルタイムクロック２２０、メモリカード２３０、エネルギー貯蔵装置１３０、センシングモジュール２５５、ＧＰＳモジュール１６５、センシングアンテナ１５０、ネットワークモジュール２６０、およびネットワークアンテナ１６０を含む。いくつかの実施形態では、簡略化されたノード２００は随意にセンサ１８０を含む。いくつかの実施形態では、マイクロコントローラ２１０、リアルタイムクロック２２０、メモリカード２３０、エネルギー貯蔵装置１３０、センシングモジュール２５５、ネットワークモジュール２６０、およびネットワークアンテナ１６０は、保護筐体１１０に含まれる。ネットワークモジュール２６０に関するさらなる詳細は、３９０および３７０として図３の詳細な説明で追記される。
【００７１】
いくつかの実施形態では、マイクロコントローラ２１０、リアルタイムクロック２２０、メモリカード１６０、エネルギー貯蔵装置１３０、センシングモジュール２５５、センシングアンテナ１５０、ネットワークモジュール２６０、およびネットワークアンテナ１６０は、例えば、プロセッサ、メモリ、フラッシュメモリ、送信機、受信機、コントローラ、統合アンテナ、およびスロットを含む、単一のプリント回路基板上に統合される。いくつかの実施形態では、スロットは、モジュール、または探知器、マシンビジョンプロセッサ、ディスプレイ（例えば、ＬＣＤ画面）、および／またはスピーカーなどの、他の特徴を追加およびアップグレードするために使用される。簡略化されたノード２００は、さまざまな統合度を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロコントローラ２１０およびネットワークモジュール２６０は、同じ集積回路に統合される。
【００７２】
エネルギー貯蔵装置１３０は、電池（例えば９Ｖのリチウムイオン電池）であり得る。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵装置１３０は、電圧を、例えば１．８Ｖおよび３．３Ｖに分割する、電源コントローラを含む。簡略化されたノード２００は、より少ない且つより単純な特徴により、本明細書で記載される技術の実施より低い電力の実施を可能にするため、利点を有し得る。
【００７３】
いくつかの実施形態では、センサ１８０がノード２００に含まれる。センサ１８０は、カメラ、マイク、専用のセンサまたは探知器などであり得る。同様に、いくつかの実施形態では、ノード２００は、ドローンの群れの特定の実施に合わせて適合され得る。いくつかの実施形態では、センサ１８０は、通常放射しない遠隔物体に反射される、センサ１８０が容易に探知することができる周波数の信号を生成する能力を含む（例えば赤外線が放射され、センサ１８０が反射された赤外線を探知するライダー）。
【００７４】
図３は、図２に例示されるノード２００の実施形態の機能図を提供する。ノード２００は、マイクロコントローラ２１０、構成／ユーザインタフェース３２０、監視インタフェース３３０、電源インタフェース３４０、およびセンシング、データ通信およびトランスポートインタフェース３５０を含む。ノード１００のこの機能図では、代表的な実施形態は、ドローンとノードの両方のまわりをループするＶｅｌｃｒｏ（登録商標）ストラップを介して通常のドローンに取り付けられている。代替的に、ドローンおよびノードは１つのシステムに統合され得る。上述のように、マイクロコントローラ２１０はさまざまなレベルの統合を有することができる。
【００７５】
本例では、エネルギー貯蔵装置１３０は、マイクロコントローラ２１０のプリント回路基板に統合されている。エネルギー貯蔵装置１３０は、９ボルトから１２ボルトの間の容量を有するバッテリーまたは電源であり得る。エネルギー電源インタフェース３４０は、例えば、電源１３０の電圧をマイクロコントローラ２１０のコンポーネント用のより低い電圧に変換するスイッチング電源であり得る。例えば、エネルギー電源３４０は、マイクロコントローラ２１０に電力を提供するために１．８Ｖおよび３．３Ｖの電源を生成することができる。
【００７６】
マイクロコントローラ２１０は、ノード２００を制御するプロセッサである。マイクロコントローラ２１０は、ノード２００を動作させるためのマシン可読指示を含むメモリ３１７などのコンピュータ可読媒体を含む。さらにまたは代替的に、メモリ３１７は、マイクロコントローラ２１０とは別個のものであり得る。マイクロコントローラ２１０は、内部クロック（ＲＴＣ）３１２を有しており、発振水晶３１５によって時間を計られ得る。マイクロコントローラ２１０はまた、１つまたは複数の拡張スロット３１９に接続される。拡張スロット３１９は、ノード２００に追加の性能を追加するために使用され得る。例えば、モータ制御用に設計されたボードにマイクまたは補助処理モジュールを接続することが、前述のように追加され得る。
【００７７】
マイクロコントローラ２１０は、例えば、特にスイス、ジュネーブのＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社からのＳＴＭ３２Ｆ２０７ＶＣを含む様々な製造業者から入手可能なＡＲＭ（登録商標）３２ビットＣｏｒｔｅｘ（登録商標）−Ｍ３  ＣＰＵであり得る。
【００７８】
ＡＲＭ（登録商標）３２ビットＣｏｒｔｅｘ（登録商標）−Ｍ３  ＳＴＭ３２Ｆ２０ｘファミリーは、最大１２０ＭＨｚの周波数で動作する高性能のＡＲＭ（登録商標）Ｃｏｒｔｅｘ（登録商標）−Ｍ３  ３２ビットＲＩＳＣコアに基づいている。ＡＲＭ（登録商標）３２ビットＣｏｒｔｅｘ（登録商標）−Ｍ３  ＳＴＭ３２Ｆ２０ｘファミリーは、高速組み込みメモリ（最大１メガバイトのフラッシュメモリ、最大１２８キロバイトのシステムＳＲＡＭ）、最大４キロバイトのバックアップＳＲＡＭ、ならびに２つのＡＰＢバス、３つのＡＨＢバス、および３２ビットのマルチＡＨＢバスマトリックスに接続された広範な拡張Ｉ／Ｏおよび周辺機器を組み込む。チップファミリーは、３つの１２ビットＡＤＣ、２つのＤＡＣ、低電力ＲＴＣ、モータ制御用の２つのＰＷＭタイマーを含む１２の汎用１６ビットタイマー、２つの汎用３２ビットタイマー、真の乱数発生器（ＲＮＧ）を有している。それらはまた、標準的および高度な通信インタフェースを備えている。周辺機器は、ＳＤＩＯ、拡張されたフレキシブルスタティックメモリコントロール（ＦＳＭＣ）インタフェース（１００ピンまたはそれ以上のパッケージで提供されるデバイス用）、およびカメラインタフェースを含む。
【００７９】
マイクロコントローラ２１０は、３つのサブシステム、つまり、構成／ユーザインタフェース３２０、内部監視／センシングインタフェース３３０、およびセンシング、データ通信およびトランスポートインタフェース３５０とインタフェース接続する。
【００８０】
構成／ユーザインタフェース３２０は、入力／出力インタフェース３２２、メモリカードインタフェース２３０、およびユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）３２６を含む。入力／出力インタフェース３２２は、任意の種類の通信ポートであり得る。例えば、入力／出力インタフェース３２２は、デバイスを構成するためのタッチスクリーンデジタルインタフェース、センサに連結されているデジタルもしくはアナログ入力、または補助入力／出力モジュールに対するインタフェースであり得る。
【００８１】
メモリカードインタフェース２３０は、ＭｉｃｒｏＳＤタイプのフラッシュメモリカードなどのメモリカードを含む。メモリカードインタフェース２３０は、マイクロコントローラ２１０とメモリカードとの間の通信を制御する。メモリカードインタフェース２３０は、オペレーティングシステム構成、探知パラメータ、ノード２００を動作させるための指示、などのデータを保存するために、または分析のためのデータを保存するために使用することができる。例えば、ＭｉｃｒｏＳＤフラッシュメモリカードは、探知された周波数データまたは後に分析のために取得され得る捕捉される物体から得た高分解能画像を保存することができる。ユーザは、メモリカードを取り外して読み取ることによってノード２００からデータを取得することができる。同様に、ユーザは、メモリカードを交換または更新することによってノード１００を動作させるためのマシン可読指示を更新することができる。
【００８２】
ＵＳＢポート３２６はまた、マイクロコントローラ２１０と通信するために使用され得る。ノード２００は、ＵＳＢポート３２６を介して構成および提供され得る。ＵＳＢポート３２６を使用して、上記のように周辺機器および温度センサなどのセンサを取り付けることもできる。
【００８３】
監視インタフェース３３０は、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）２２０、温度モニタ３３６、エネルギー源モニタ３３８、および９アクセス内部測定センサ３３７を含む。ＲＴＣ２２０は水晶３３１を含む。水晶３３１は、例えば、独立したローカル３２．７６８ｋＨｚの水晶発振器である。９アクセスの内部測定センサ３３７の例は、ＭＰＵ−９２５０  Ｎｉｎｅ−Ａｘｉｓ（ジャイロ＋加速度計＋コンパス）ＭＥＭＳ  ＭｏｔｉｏｎＴｒａｃｋｉｎｇ（登録商標）装置（ＴＤＫ（登録商標）ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ（登録商標）、カリフォルニア州サンノゼ）である。マイクロコントローラ２１０によって使用される時間および日付データは、潜在的なクロックまたはタイミングの完全性の問題を低減するために水晶３３１から時間を計られるＲＴＣ２２０によってクロスチェックされる。マイクロコントローラ２１０上のソフトウェアはまた、時間および日付を遠隔ネットワーク日時サーバと同期させる性能を提供する。
【００８４】
温度モニタ３３６はノード１００の内部温度をモニタリングする。温度モニタ３３６は１つまたは複数の温度センサを含む。温度モニタ３３６からのデータは、例えばシリアルペリフェラルインタフェースバスを使用してマイクロコントローラ２１０に渡される。
【００８５】
エネルギー源モニタ３３８は、例えば、バッテリーモニタであり得る。エネルギー源モニタ３３８は、エネルギー貯蔵装置１３０、例えばバッテリーをモニタリングする。エネルギー源モニタ３３８は、マイクロコントローラ２１０に組み込まれた８ビットのアナログ−デジタルコンバータとして実装され得る。ノードのためのバッテリー健康状態のデータは、分析のためにドローンまたは中央調整ステーションに通信され、低エネルギー警告を中央調整ステーションに送り返すことを可能にする。
【００８６】
センシング、データ通信およびトランスポートインタフェース３５０は、中央調整ステーションに接続するための外部ネットワークモジュール３９０、センシングモジュール２５５、群れネットワークモジュール３７０、およびＧＰＳモジュール１６５を含む。外部ネットワークモジュール３９０は、ネットワークアンテナ３６０を介してマイクロコントローラ２１０からデータを送受信する。外部ネットワークモジュール３９０は、８０２．１１ｂ／ｇ／ｎの無線モジュールであり得る。無線モジュール３９０は、ドローンの群れのノードと中央調整ステーションとの間の通信またはドローン内通信を可能にする。外部ネットワークモジュール３９０はまた、ドローンの群れ１００のノードを動作させるためのマシン可読指示を更新するために使用され得る。例えば、ソフトウェアを再フラッシュするために無線プロトコルを使用することができる。ネットワークアンテナ３６０はまた、内部、統合、外部、全方向性、または指向性（例えば「単方向」）のネットワークアンテナであり得る。外部ネットワークモジュールはまた、セルラーネットワークモジュール、またはドローンの群れ１００のノードを中央調整ステーションにネットワーク接続するための任意の他の好適な方法であり得る。
【００８７】
センシングモジュール２５５は、主にセンシングアンテナ１５０を介してマイクロコントローラ２１０からデータを受信するが、送信することもできる。センシングモジュール２５５は、例えば、米国テキサス州マンスフィールドのＭｏｕｓｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から入手可能である、７０ＭＨｚから６ＧＨｚまでのソフトウェアで調整可能な周波数帯域を有するＡｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ（登録商標）ＡＤ９３６４統合ＲＦトランシーバーであり得る。ＡＤ９３４は、ソフトウェアでプログラム可能な高集積無線周波数（ＲＦ）トランシーバーを含む。当該装置は、ＲＦフロントエンドとフレキシブルミクスドシグナルベースバンドセクションおよび統合周波数シンセサイザーとを組み合わせる。送信機は、超低ノイズで高い変調精度を達成する直接変換アーキテクチャを使用する。オンボード送信（Ｔｘ）電力モニタは、電力探知器として使用することができ、非常に正確な電力測定が可能である。完全に統合されたフェーズロックドループ（ＰＬＬ）は、すべてのＲｘおよびＴｘチャネルに低電力のフラクショナルＮ周波数合成を提供する。ＡＤ９３６４のコアは、１．３Ｖのレギュレータから直接給電され得る。ＩＣは、標準の４線式シリアルポートおよび４つのリアルタイム入力制御ピンを介して制御される。センシングモジュール２５５は、リアルタイムで探知された周波数をリアルタイムで分析されるマイクロコントローラ２１０に返す。例えば、遠隔の放射または反射物体がノード２００を通過すると、センシングモジュール２５５は、ＲＦ信号の周波数および振幅を探知し、そのデータをマイクロコントローラ２１０に返すことができる。マイクロコントローラは、その情報をＧＰＳおよびＩＭＵからの信号と組み合わせ、その情報およびドローンの群れＩＤを外部ネットワークモジュール３９０を介して中央調整ステーションに送信する。本実施形態では、センシングモジュールは、ＲＦ信号を探知するが、ライダー、ソナー、ビデオカメラ、または遠隔物体を感知するための任意の他の好適な方法を含む、任意または複数のセンシング装置であり得る。
【００８８】
群れネットワークモジュール３７０は、ネットワークアンテナ１６５を介してマイクロコントローラ２１０からデータを送受信する。ネットワークモジュール３７０は、ノード２００がドローンの群れの他のノードとネットワークを形成することを可能にする。ネットワークは、例えば、メッシュネットワークであり得る。代替的に、他のネットワーク接続を使用することができる。一例では、ネットワークモジュール３７０は、９００ＭＨｚの工業用／科学用／医療用（ＩＳＭ）バンドで動作するＺｉｇＢｅｅ（ＩＥＥＥ８０２．１５．４）トランスポンダである。ＺｉｇＢｅｅは、低コスト、低電力の、無線メッシュネットワーキング標準である。低コストであることで、当該技術を無線制御および監視用途に広く展開することができ、低電力使用によって、より小さなバッテリーでより長い寿命を実現することができ、無線メッシュネットワーキングによって、高い信頼性および広い範囲が提供される。
【００８９】
代替的に、他のネットワークスキームおよびプロトコルを使用することができる。したがって、ノード２００は、ドローンの群れの任意の他のノード間でデータをやり取りすることができる。例えば、群れ内の少数のドローンのみがアクティブなセンシングモジュール２５５を装備している場合、他のノードはネットワークを介して中央調整ステーションにデータを渡すことができる。利点として、高価なタイプのセンシングモジュールまたは高価なセルラー外部ネットワークモジュールを必要とするノードの数が大幅に削減される。
【００９０】
いくつかの実施形態では、ノードの基本機能はファームウェアによって実行される。図４を参照すると、代表的な実施形態によるマイクロコントローラ２１０のメモリ３１７に保存されたファームウェアに対するアーキテクチャの図が示されている。アーキテクチャ４００は、ハードウェア層４１０、ハードウェア抽象化層４２０、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）層４３０、およびアプリケーション層４４０を含む。ハードウェア層４１０は、上述のドローンの群れのノードの物理的実装を表している。ＲＴＯＳ層４３０は、３２〜６４ｋｉＢのフラッシュメモリおよび３２ｋｉＢのランタイムメモリを消費する。ハードウェア抽象化層４２０は、ハードウェア層４１０とＲＴＯＳ層４３０との間にあり、ＲＴＯＳがデバイスドライバを使用してハードウェアと通信することを可能にする。
【００９１】
いくつかの実施形態では、アプリケーション層４４０は、以下のアプリケーションコンポーネントを含む：システムヘルスモニタ４５０、ＲＦ探知器４６０、ＧＰＳデータロガー４７０、構成インタフェース４８０、および／またはデータトランスポートインタフェース４９０。システムヘルスモニタ４５０は、システムの健全性をモニタリングし、システムがうまく動作していないとき、例えば、バッテリーによって電圧が低下しているとき、電圧が不十分であるとき、またはシステムが過熱しているときに警告を発する。ＲＦ探知器４６０は、センシングモジュール２５５のために（例えば、ハードウェア抽象化層４２０における）ドライバと相互作用し、捕捉されるドローンなどの遠隔物体の周波数および信号強度を探知する。ＧＰＳデータロガー４７０は、位置情報および速度情報を記録し、位置情報および速度情報を関連付けられたタイムスタンプと通信させる。構成インタフェース４８０は、ユニバーサルシリアルバスおよびシリアルポートを処理する（例えば、ハードウェア抽象化層４３０における）ドライバ上で生じるダイアログのユーザ構成を処理する。データトランスポートインタフェース４９０は、追加される場合、ＺｉｇＢｅｅモジュールやイーサネットモジュールなどの任意のネットワークモジュールの処理を担当する。
【００９２】
図５を参照すると、代表的な実施形態によるファームウェア４００を介してマイクロコントローラ２１０上で実施される動作５００のフローチャートが示されている。追加の、より少ない、または異なる動作が実施され得る実施形態が提供される。ステップ５１０では、動作５００のフローチャートは、適切な信号を探すプロセスを初期化し、開始する。信号照会コマンド動作５２０は、ハードウェア抽象化層の一部であるデバイスドライバを介してＲＦ探知器４６０に照会を送信する。
【００９３】
ＲＦ探知器４６０は、設定された周期ベースで（例えば、２秒ごとに）信号を報告することができるか、またはリソースが利用可能であることを前提に信号を継続的に探すように構成され得る。照会コマンド５２０は、ＲＦ探知器４６０（図４参照）に、ＲＦ探知器の動作能力の範囲内の周波数および／または強度を報告するように命令する。ＲＦ探知器４６０（図４参照）が信号を探知しなかった場合、プロセスはステップ５２０に戻り、繰り返す。ステップ５３０は、例えば、リアルタイムオペレーティングシステム上で実行している割り込みサービスルーチン動作によって制御され得る。
【００９４】
ＲＦ探知器４６０（図４参照）が信号を探知した場合、プロセスはステップ５４０に進み、ＲＦ探知器４６０（図４参照）は探知された信号からのデータをマイクロコントローラ２１０に提供する。マイクロコントローラ２１０は信号データを記録する。マイクロコントローラ２１０は、ステップ５５０で、任意の以前に記録された信号（ステップ５４０）および最新の記録された信号（ステップ５４０）を調べて、適切な信号が探知されるかどうかを確認する。いくつかの実施形態では、適切な信号の探知は、探知プロファイルと比較すること、例えば、図７で後に詳述するように、移動に整合した信号の強度の上昇および／または下降、またはドップラーシフトに整合した周波数のシフトを記録および識別することを含む。
【００９５】
ステップ５５０で現在の信号と以前の信号の比較によって適切な信号が見つからなかった場合、動作５００のフローチャートはステップ５２０に戻る。しかし、適切な信号が見つけられた場合、マイクロコントローラ２１０は、アプリケーション層４４０（図４参照）から提供されたデータに基づいて、ノード信号探知パケット６００（図６参照）をネットワーク上で組み立て、送信する。ノード信号探知パケット６００に関するさらなる詳細は、図６の説明において提供される。いくつかの実施形態では、ノード信号探知パケット６００は、ネットワーク上ですぐに送信されないが、後の送信のためにローカルフラッシュ記憶媒体に保存される。送られるデータのフォーマットは、図６でより詳細に展開される。
【００９６】
図６を参照すると、代表的な実施形態によるノード信号探知パケット６００の図が示されている。ノード２００のマイクロコントローラ２１０はノード信号探知パケット６００を組み立てる。マイクロコントローラ２１０は、ノード信号探知パケット６００を他のノード、または中央調整ステーションに送信するか、もしくはフラッシュメモリに保存するか、または保存に利用可能な他のタイプのメモリに保存し得る。図６に示されるノード信号探知パケット６００の実施形態は、ノードＩＤ６１０、ＧＰＳ／タイムスタンプ６２０、センサデータ６３０、およびチェックサム６４０を含む。しかし、他の実施形態は、上記に列挙された要素の任意の組み合わせを含み、１つを超える各タイプの要素を含み得る。さらに、ノード信号探知パケット６００は、その長さが限定されない。図６にリストされたビット数は単なる例示である。したがって、ノード信号探知パケット６００は、任意の長さ（例えば、１、２、４、８、１６、３２、６４、１２８バイト、またはそれ以上のバイト）であり得る。ノードＩＤ６１０は、遠隔物体から信号を探知したノードのＭＡＣアドレス（例えば、２４ビットのＭＡＣアドレス）である。ＧＰＳ／タイムスタンプ６２０は、遠隔物体を探知したドローンの位置に関するデータおよび／または遠隔物体が探知された時間に関するデータを含む。いくつかの実施形態では、ＧＰＳ／タイムスタンプ６２０は、日付、年、時間、緯度、経度、位置状態、位置誤差、高度、東西速度、南北速度、および／または垂直方向速度６５０を含み得る。センサデータ６３０は、遠隔物体から探知された信号に関するデータを含む。いくつかの実施形態では、センサデータ６３０は、アンテナ１５０から探知された信号の周波数および振幅だけでなく、内部測定センサ３３７からのドローンの上下動（ピッチ）、揺れ、および回転などのデータも含む。いくつかの実施形態では、センサデータ６３０は、全方向性アンテナ１５０からの周波数および振幅、内部測定センサ３３７からの周波数、振幅、上下動、揺れ、および回転、単方向マイク１９０からの強度、カメラ１７０からのスポット位置情報、および／または遠隔物体を探知することができる任意のセンサ１８０からのデータを含む。チェックサム６４０は、ノード信号探知パケット６００の数値チェックであり得る。チェックサム６４０によって、デジタルデータのリーダー（例えば、別のノードまたは中央調整ステーション）は、データが正しく読み取られたかどうかを確認することができる。チェックサム６４０は、デジタルデータの送信において一般的なものであり、当業者には明らかであろう。チェックサムを作成する例は、ノード信号探知パケット（６１０、６２０、６３０）のデータ部分のｌ６ビットの二進表現を作成することであり、その合計がチェックサム６４０である。
【００９７】
いくつかの実施形態では、ノード信号探知パケット６００は、随意に、データタイプ、拡張フィールド、宛先アドレス、および制御フラグなどの他のフィールドを含む。いくつかの実施形態では、ノード信号探知パケット６００は暗号化され、前方誤り訂正などの特徴を含む。
【００９８】
図７を参照すると、代表的な実施形態によるノード信号探知分析７００の図が示されている。いくつかの実施形態では、図面に示されるように、ノードは一連のサンプルにわたってドップラー周波数シフト方程式７８０を使用して、ドップラーシフト効果に基づいて、ステップ５４０で記録された探知されたサンプルが信号探知プロファイル（図５参照）と一致しているかおよび／または類似しているかどうかを判定する。ノード信号探知分析７００の図面において、遠隔物体７１０は周波数ｆ0７２０で信号を放射する。周波数ｆ0７２０（経時的？）は同心円７３０で表される。周波数ｆ0７２０が、遠隔物体７１０によって放射され得るか、または遠隔物体７１０に反射された信号であり得ることを理解されたい。図示の実施形態では、センシングドローン７９０は、信号を探知しながら一定速度で幾何学的パターンで周回する。センシングドローン７９０は、周回すると、探知サンプル点７４０、７５０、および７６０でサンプル探知を行う。探知サンプル点７４０、７５０、および７６０の各々におけるノードの瞬間速度が、探知サンプル点７４０、７５０、および７６０の各々の隣にｖ記号が付いた方向の大きさの矢印として図７に示されている。図７に示すように、センシングドローン７９０は、探知サンプル点７４０にあるときに、遠隔物体７１０から一直線に離れる動作の成分を有し、そのため、以下のドップラー周波数シフト方程式７８０：
【００９９】
【数１】
2020531351.tif 000003
により得られる、放射周波数ｆ0７２０より低い周波数を探知し、式中、ｃは光の速さであり、ｖは測定時の遠隔物体７１０に対するノードの速度である。センシングドローン７９０は、探知サンプル点７５０にあるときに、遠隔物体７１０に対して垂直に移動し（φ＝９０度）、そのため、周波数ｆ0７２０に等しい周波数７２０を探知する。センシングドローン７９０は、探知サンプル点７６０にあるときに、一直線に遠隔物体７１０に向かう動作の成分を有し、そのため、周波数ｆ0７２０より高い周波数を探知する。
【０１００】
図７に示す実施形態では、センシングドローン７９０は、円内で一定の角速度で移動する。しかし、当該技術は、そのような移動に限定されず、可変または一定の速度および／または角運動量での他のパターンおよび形状の移動を包含する。さらに、図７は単一のドローンを示しているが、これは単に明確さおよび説明目的のためのものである。例示的な実施形態は、遠隔物体の探知を同時に実施する複数のセンシングドローンを含む。
【０１０１】
（ドローンの群れの探知および捕捉システム）
代表的な実施形態によれば、ドローンの群れの探知および捕捉システムは、（上記のように）ノードを備えた複数のセンシングドローンを含む。センシングドローンは、遠隔物体をモニタリングし、および、例えば、同時にそれらの遠隔物体から探知された信号を測定し、それらの信号を組み合わせて三角測量することによって遠隔物体の位置を三角測量し、リアルタイムで遠隔物体を捕捉する。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、中央調整ステーションはシステムの一部である。これらの実施形態では、中央調整システムは、（図４〜６で説明されるように）個々のセンシングドローンから送信されたデータを収集する。いくつかの実施形態では、送信されるデータはノード信号探知パケット６００である（図６を参照）。２つまたはそれ以上の異なる位置のセンシングドローンからセンサ情報を収集して処理することによって、中央調整ステーションは、遠隔物体の位置、速さ、および方向を判定することができる。
【０１０３】
当該技術は、ドローンの群れが探知を実施する構成に限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、ドローンの群れは、（図７に例示するように）ドップラーシフト探知を使用して探知を実施する。他の実施形態では、ドローンの群れは、（図１０に例示するように）強度探知を使用して探知を実施する。ドローンの群れによって使用される探知のタイプは、ドローンの群れ内のドローンの異なる配置を必要とし得る。例えば、単方向アンテナ１５０を用いる強度探知を使用した探知では、ドローンがスキャンする領域にわたって単方向アンテナの方向を掃引（sweep）する必要があり、これは、ドローンの回転または小さな半径の軌道だけで達成することができるが、全方向性アンテナ１５０は、そのような方法では掃引することができず、それ故、ドローンがより大きな半径で周回する必要がある。２つのアプローチの様々な組み合わせが可能である実施形態が提供される。代替的に、他のセンシング構成が様々な実施形態で使用される。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、ユーザによって遠隔物体が識別され、遠隔物体を記述している情報（例えば、空間座標、ＧＰＳ情報、画像（例えば写真）、音、音プロファイル、熱プロファイルなど）が、ユーザによって、ドローンの群れ、本明細書に記載されるシステム、中央調整ステーションなどに提供される。いくつかの実施形態では、ユーザによって生成された信号（例えば、電磁波）は、ユーザによって遠隔物体に方向付けられ、本明細書に記載されるノードによる感知のために遠隔物体から反射される。
【０１０５】
ドローンの群れのドップラーセンシング構成の実施形態は、図８に示されており、これは、ドローンの群れの二次元平面図である。図７と図８の比較は、ドローンの群れのドップラーセンシング構成のいくつかの特性を明示している。特に、図７は、センシングドローン７９０が遠隔物体７１０に対して移動するときの１つのセンシングドローンのドップラーシフト測定を示している。図８は、複数（またはすべて）のセンシングドローンが同時に同じまたは類似したドップラーシフト測定を行う、ドローンの群れのドップラーセンシング構成を示している。図８を参照すると、ドローンの群れのドップラーセンシング構成８００の図が示されている。本実施形態では、センシングドローン８３２、８３４、８３６、および８３８は、一緒にネットワーク接続されているノード（図３に示すものなど）を備えている。ネットワークは、ＷｉＦｉ、パケットベースのネットワーク、または当技術分野で知られている任意の他のネットワークであり得る。本実施形態では、基準フレームは、原点が遠隔物体７１０に対して静止しているように設定される。ネットワーク８００におけるドローンの群れ（センシングドローン８３２、８３４、８３６、および８３８）は、探知する領域、例えば、遠隔物体７１０が信号を放射または反射している領域をモニタリングする。本例では、遠隔物体７１０から放射または反射された信号の周波数は、周波数ｆ0７２０である。ドローンの群れ８２０は、円内で移動する（例えば回転する）ノードを備えた複数のセンシングドローンを含む。しかし、当該技術は、ドローンの群れのドローンが移動するパターンまたは形状に限定されず、したがって、他の幾何学的パターン（例えば、卵形、多角形、楕円形、プロセッシング（processing）、三次元など）が利用される実施形態が提供される。図８に示すように、センシングドローン８３２、８３４、８３６、および８３８は、幾何学的パターンで移動している（例えば、回転している）。ドローンの群れ８２０内の各センシングドローンは、速度ベクトルと、ノードを備えた各ドローンから遠隔物体７１０までの直線距離との間に角度φを有している。この参照フレームでは、原点が遠隔物体７１０に対して静止している場合、各センシングドローンによって測定されたドップラーシフトは、方程式７８０：
【０１０６】
【数２】
2020531351.tif 000004
によって得られ、式中、ｃは光の速さであり、ｖは原点に対するドローンの群れ８２０内の各センシングドローンの速度であり、ｆdopplerはドローンの群れ８２０内の各ノードによって探知された周波数である。ここでの違いは、図７のｖが複数の時点での１つのノードであったこと、ならびに図８がそれぞれ独自の速度および位置を有する複数のセンシングドローンからのほぼ同時の測定を示していることである。ドローンの群れ内の各ドローンによって探知される信号（例えば、信号の周波数）は、遠隔物体７１０に対するドローンの速度に依存する。遠隔物体７１０に対して垂直に移動しているドローンの群れ内のドローン８３４、８３８は、周波数シフトがないこと、またはｆdoppler＝ｆ0であることを同時に探知する。遠隔物体７１０に向かって速度成分を有して移動しているドローン８３６は、より高い周波数を同時に探知し、遠隔物体に対して離れて移動しているドローン８３２は、より低い周波数を同時に探知する。探知された周波数のこの違いは、遠隔物体７１０がドローンの群れの中心に対して移動しているかどうかにかかわらず生じ、周波数シフトテーブル８５０に示されている。この構成では、これらの違いに加えてＧＰＳ情報が、この情報を使用して遠隔物体７１０をトラッキングする中央調整ステーション８６０に送信される。ドローンの群れ８２０が、ドローン８３２、８３４、８３６、および８３８を有して図８に示されているが、ドローンの群れ８２０内のドローンの数が、示されている４つより多くても少なくてもよいことが理解されるべきである。さらに、ドローン８３２、８３４、８３６、および８３８の各々が複数のドローンを表し得ることも理解されたい。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、ノードの各々は、独立して中央調整ステーション８６０と通信する。いくつかの実施形態では、中央調整ステーション８６０は、ノード間のデータ収集および他の活動を調整する。例えば、いくつかの実施形態では、ノードを備えたドローンのサブセットは、中央調整ステーションによって予めプログラムされたパターンで移動するように予めプログラムされているため、中央調整ステーションとリアルタイムで通信する必要なく起動させることができる。
【０１０８】
図９を参照すると、代表的な実施形態による、より高い精度のために独立して動作するドローンのサブセットを有するネットワーク（例えば、ＷｉＦｉ、パケットベースのネットワーク）におけるドローンの群れ９００の図が示されている。本実施形態では、遠隔物体７１０は、ノード９２０、９２６、９３０、９３６、９４０、および９４６を装備したセンシングドローンによって探知される。本実施形態では、ドローンの各サブセット（９２０と９２６；９３０と９３６；９４０と９４６）は、一点まわりを移動する。いくつかの実施形態では、ドローンの群れ内のより多くのまたはより少ないドローンが使用され、いくつかの実施形態では、より多いまたはより少ないサブセットが使用され、およびいくつかの実施形態では、サブセットは、任意の数のドローン、例えば、２、３、４、５、６、またはそれ以上のドローンを含む。この例示的な実施形態では、ドローン９２０と９２６は、それらの角速度が遠隔物体７１０の方向に対して垂直であるように周回する。ドローン９３０と９３６も、それらの角速度が遠隔物体７１０の方向に対して垂直であるように周回する。測定されたドップラーシフトの方程式が放射体と受信機との間の直線に沿った速度に関連しているため、遠隔物体に対して垂直に周回するノード９２０、９２６と９３０、９３６を備えたドローンのサブセットは、同じ周波数を探知するノードを有している。これは遠隔物体７１０が移動している場合でも当てはまる。ノード９４０と９４６を備えたドローンは、移動方向に応じてドップラーシフトを探知し、ノード９４０が遠隔物体７１０に向かって移動しているときにはより高い周波数を探知し、ノード９４６が遠隔物体７１０から離れて移動しているときにはより低い周波数を探知する。いくつかの実施形態では、より高い精度のために独立して動作するネットワークおよびサブセットを含むドローンの群れ９００内のすべてのドローンは、それらのＧＰＳ符号化データを独立して中央調整ステーション８６０に送る。その後、中央調整ステーション８６０は、遠隔物体７１０の位置を識別し、ドローンの群れを方向付ける。記載される例示的な実施形態では、ドップラーシフト情報を使用して三角測量が実施されるが、遠隔物体７１０の位置の三角測量は、ドップラーシフトの代わりに強度の変化のためのセンシング基準として使用する指向性センシングアンテナ１５０を備えたいくつかの実施形態においても実施される。代替的に、ドップラーシフトを感知するマイク、強度の変化を感知するマイク、またはサイズもしくは位置の変化を感知するカメラを備えたいくつかの実施形態で、三角測量が実施される。
【０１０９】
図１０を参照すると、指向性センシングアンテナ１５０およびサブグループを備えたドローンの群れ１０００の二次元図が示されている。図１０に示すドローンの群れ１０００では、ドローンの群れは、より高い精度のために独立して動作するドローンのサブセットを使用して強度の変化を探す。ドローンの群れ１０００では、ドローンの群れ１０００のノード１０１０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、および１０６０は、遠隔物体７１０から連続した円１０６５として表される信号を探知する。遠隔物体７１０は、ノードに取り付けられた指向性センシングアンテナ１５０が、遠隔物体７１０が位置付けられている方向を通ると、増加し、その後減少する信号プロファイル１０７０を有している。いくつかの実施形態では、ドローンの群れ１０００内のすべてのノードおよびドローンは、ネットワーク（例えば、ＷｉＦｉ、パケットベースのネットワーク）を介して通信し、より高い精度のために独立して動作するサブセットに分割され、それらのＧＰＳ符号化データを独立して中央調整ステーション８６０に送り、これによって、中央調整ステーションが遠隔物体７１０の位置を識別するだけでなく、ドローンの群れを方向付けることもできる。
【０１１０】
固定極上の回転レーダーアレイとは対照的に、ドローンの群れのサブセットが完全な球体の三次元空間で回転する本技術の実施形態が提供される。図１１を参照すると、代表的な実施形態による、より高い精度のために独立して作用するサブグループとともに強度の変化を探知するための指向性センシングアンテナ１５０を備えたドローンの群れ１１００の三次元図が示されている。いくつかの実施形態では、ドローンの群れ１１００のサブセットは、異なる球面で周回するノード１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５０、および１１６０を備えたドローンを含む。当該技術は、ドローンの群れ内のドローンの数、サブグループの数、または各サブグループにおけるドローンの数に限定されない。したがって、図１１は、３つの独立したドローンの群れのサブグループを示しているが、ドローンの群れは、様々な実施形態でより多いまたはより少ないサブグループを含む。
【０１１１】
遠隔物体７１０を感知するための図１１に示す例示的な実施形態では、当該技術は、ドローンの群れ１１００内のドローンのサブグループが、より速く遠隔物体を三角測量するための、および静止センシングアレイが達成し得る精度よりも高い精度を有する指向性センシングアンテナ１５０を備える、三次元の自由度を提供する。φが方位角でありθが極角である球面座標１１８０では、ドローンの群れのサブセットは、いくつかの実施形態において、センサがθとφに応じて信号振幅をモニタリングして、各ドローンのサブセットから探知された遠隔物体７１０のための方向を提供するように配向される。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、ノードを備えた各ドローンは、中央調整ステーション８６０と通信して、上述のように、位置（例えばＧＰＳ）データを含むパケットを中央調整ステーション８６０に送る。より高い精度のために独立して動作するサブグループ１１００を有するネットワーク（例えば、ＷｉＦｉ、パケットベースのネットワーク）におけるすべてのドローンは、ＧＰＳ符号化データを独立して中央調整ステーション８６０に送るノードを有し、それによって、中央調整ステーションは遠隔物体７１０の位置を識別するだけでなく、ドローンの群れを方向付けることもできる。上述の三角測量は指向性ＲＦアンテナの使用を含むが、遠隔物体７１０の位置の三角測量は、いくつかの実施形態において、任意の方向センサ、例えば、サイズまたは位置の変化を感知するマイクまたはカメラを用いて実施される。いくつかの実施形態では、中央調整ステーションは、遠隔物体７１０の捕捉専用のドローンの群れのサブセット１１９５を方向付ける。遠隔物体７１０は、ノードに取り付けられた指向性センシングアンテナ１５０が、遠隔物体７１０が位置付けられている方向を通ると、増加し、その後減少する信号プロファイル１０７０を有している。
【０１１３】
図１２を参照すると、代表的な実施形態によるドローンの群れ１２００内のドローンのサブセットによって携行される絡め取り装置の図が示されている。絡め取り装置１２１０は、ドローンの群れ１２２０のサブセットによって携行される。当該技術は、絡め取り装置を携行するドローンの数は限定されない。いくつかの実施形態では、絡め取り装置は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６（例えば、図１２を参照）、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、またはそれ以上のドローンによって携行される。
【０１１４】
絡め取り装置１２１０の寸法は知られており、各ノードの絶対位置および／または１つまたは複数の他のノードに対する各ノードの相対位置も知られている。したがって、ドローンの群れの最も内側のノードによって、絡め取り装置が他のドローンを絡め取るのを防ぐ実施形態が提供される。いくつかの実施形態では、ドローンの群れのサブセット１２２０は、ドローンの群れ内のすべてのドローンを含む。いくつかの実施形態では、ドローンの群れのサブセット１２２０は、ドローンの群れ内のすべてのドローンよりも少ない数のドローンを含む。いくつかの実施形態では、絡め取り装置を携行するドローンの群れのサブセット１２２０のドローンは、探知および三角測量専用のドローンの群れの独立したサブセットによって方向付けられる。
【０１１５】
ドローンの群れ１２００によって携行される絡め取り装置の図１２に示される例では、絡め取り装置１２１０は遠隔物体１２３０を捕捉している。いくつかの実施形態では、ドローンの群れ１２２０内のドローンのサブセットによって携行される絡め取り装置１２１０は、下から遠隔物体１２３０に近づく。しかし、実施形態は、例えば、限定されないが、上から、側面から、またはその間の任意の角度から絡め取り装置で遠隔物体に近づくこと、絡め取り装置１２１０を上から遠隔物体上に落とすこと、例えば任意の方向から絡め取り装置１２１０で遠隔物体１２３０を押し付けることなどを含む、利用される任意の数の絡め取り戦略を提供する。図１２に示される例示的な絡め取り装置１２１０は、ドローンの群れ１２００内の１６のノードによって携行される網であるが、いくつかの実施形態では、絡め取り装置の構造は、より多くのまたはより少ない接続部を有し、より多くのまたはより少ないドローンによって携行される。いくつかの実施形態では、絡め取り装置は、バッグ、糸、ループ、ワイヤ、チューブ、布、またはドローンの群れ内のドローンのサブセットによって携行されるのに適した、および空中、地面、および／または海で遠隔物体を絡め取ることができる、任意の様式の材料の１つまたは複数を含む。
【０１１６】
探知および絡め取りを含む方法の例では、中央調整システム８６０は、ドローンの群れのサブセットを、領域をモニタリングするように方向付け、遠隔物体が探知され、オペレータが遠隔物体を絡め取ることを選択した場合、中央調整システムは、網を携行するドローンのサブセットを、上から物体に到達することによって網の中心が遠隔物体と同じポジション位置に位置付けられるように移動するよう方向付ける。網タイプの実施が説明されているが、ドローンの群れの探知および絡め取りのためのシステムおよび方法が、異なる捕捉戦略とともに使用される実施形態が提供されることを理解されたい。本実施形態は、本発明の原理を説明するように、および本発明の実際の適用として、当業者が様々な実施形態で、および熟考される特定の使用に適した様々な修正で本発明を利用することができるように選択および説明された。
【０１１７】
図１３を参照すると、中央調整ステーション１３００に対して遠隔物体を三角測量するためにドローンの群れ内のノードからの情報を処理する中央サーバの図が示されている。実施形態は、ドローンの群れ内のすべてのドローンを制御するために使用される一般座標（ｘ、ｙ、ｚ）システムに対する遠隔物体７１０の位置を三角測量することを提供する。例えば、いくつかの実施形態では、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）に集中したドローンの群れのサブセット１３３０、（ｘ２、ｙ１、ｚ１）に集中したドローンの群れのサブセット１３４０、および（ｘ３、ｙ３、ｚ３）に集中したドローンの群れのサブセット１３５０の（側面）ｚ−ｘ面１３２０での視界が示され、ドローンの群れの各サブセットは、それぞれの位置から、不明な座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を有する遠隔物体７１０に指し示すベクトル１３３５、１３４５、１３５５を識別している。例示目的で、図１３では、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）でのドローンの群れのサブセット１３３０および（ｘ２、ｙ１、ｚ１）でのドローンの群れのサブセット１３４０が同じｘ−ｙ面上にあるように座標原点が示されているが、任意の原点位置またはドローンの群れのサブセットおよび／または遠隔物体のポジションに関して計算は同一である。ドローンの群れのサブセット１３３０、１３４０、および１３５０からのベクトル１３３５、１３４５、１３５５は、上述の方法によって判定される。三角測量には、既知の２つの三角測量ベクトルが必要とされるだけであるが、これには、より高い精度のために追加のドローンの群れによって判定されているさらなるベクトルが除外されることはない。したがって、実施形態は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上の三角測量ベクトルを判定することを含む。
【０１１８】
さらに、いくつかの実施形態では、当該技術は、θxをｘ軸に対するｘ−ｙ面上へのベクトルの射影からの角度として定義し、θyをｙ軸に対するｙ−ｚ面上へのベクトルの射影からの角度として定義し、θzをｚ軸に対するｚ−ｘ面上へのベクトルの射影からへの角度として定義する。したがって、実施形態は、第１のドローンの群れのサブセット１３３０に対するそれらの角度をθ1(x、y、z)、第２のドローンの群れのサブセット１３４０に対するそれらの角度をθ2(x、y、z)、などとして定義する。
【０１１９】
平面（ｘ−ｙ面）視界１３６０から、当該技術の実施形態は、遠隔物体７１０のＹ成分を次のように計算し（１３７０）：
【０１２０】
【数３】
2020531351.tif 000005
遠隔物体７１０のＺ成分を次のように計算し（１３８０）：
【０１２１】
【数４】
2020531351.tif 000006
および遠隔物体７１０のＸ成分を次のように計算する（１３９０）ことを提供する：
【０１２２】
【数５】
2020531351.tif 000007
【０１２３】
中央調整ステーション８６０は、ドローンの群れのノードのサブセットから更新されたパケットデータを送られ、いくつかの実施形態では、中央調整ステーション８６０は、リアルタイムで三角測量情報を更新する。いくつかの実施形態では、中央調整ステーション８６０は、ドローンの群れを、ノードが遠隔物体７１０をモニタリングすることを可能にするパターンを継続するように方向付ける。いくつかの実施形態では、中央調整ステーション８６０は、上述のように、絡め取り装置を備えたドローンの群れのサブセットを、遠隔物体７１０を捕捉するように方向付ける。
【０１２４】
いくつかの実施形態では、遠隔物体、ノード、ドローン、ドローンの群れのサブセット、および／またはドローンの群れの位置および／または速度は、四元数を使用して説明される。
【０１２５】
本明細書に提供される技術のいくつかの実施形態はさらに、データを収集、保存、および／または分析するための機能を含む。例えば、いくつかの実施形態では、当該技術は、例えば、指示を保存および実行する、データを分析する、データを使用して計算を実施する、データを変換する、およびデータを保存するための、プロセッサ、メモリ、および／またはデータベースを含む１つまたは複数のコンポーネントを含む。さらに、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のコンポーネントは、ドローン、ドローンのサブセット、ドローンを含むシステムなどを制御するように構成されたプロセッサを含む。いくつかの実施形態では、プロセッサは、測定およびデータ収集（例えば、放射または反射された信号の探知および定量化）を開始および／または終了するために使用される。いくつかの実施形態では、当該技術は、プロセッサによって、説明された当該技術のシステムおよび他のコンポーネントに指示を提供するために使用されるユーザ入力を受信するためのユーザインタフェース（例えば、キーボード、ボタン、ダイヤル、スイッチなど）を含む。いくつかの実施形態では、当該技術はさらに、外部の送り先、例えば、コンピュータ、ディスプレイ、ネットワーク、および／または外部記憶媒体にデータを送信するためのデータ出力を含む。いくつかの実施形態は、ユーザが指示を提供する、および／または、本明細書に提供される技術の実施形態からデータまたは出力を受信するために使用される小型のハンドヘルド装置を含む。
【０１２６】
例示的な実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示されている。網羅的であること、または開示された正確な形態に本発明を限定することは意図されておらず、上記の教示に照らして修正および変更が可能であるか、または本発明の実施から獲得され得る。例えば、説明された代表的な実施形態は、ＲＦ探知およびＺｉｇＢｅｅネットワーキングに焦点を合わせた。しかし、本発明はＲＦ放射物体の探知に限定されない。当業者は、本発明の装置および方法が他の接続性および他の探知手段を使用して実施され得ることを認識するだろう。加えて、ネットワーキングが他のネットワーキング方法を使用して行われる実施形態が提供される。さらに、網タイプの実施が説明されているが、ドローンの群れの探知および絡め取りのためのシステムおよび方法が異なる捕捉戦略とともに使用される実施形態が提供される。実施形態は、本発明の原理を説明するように、および本発明の実際の適用として、当業者が様々な実施形態で、および熟考される特定の使用に適した様々な修正で本発明を利用することができるように選択および説明された。本発明の範囲が、本明細書に添付される請求項およびそれらの同等物によって定義されることが意図されている。
【０１２７】
上記の明細書で言及されたすべての公報および特許は、あらゆる目的のためにそれら全体が引用によって本明細書に組み込まれる。記載された当該技術の範囲および主旨から逸脱することなく、当該技術の記載された構成、方法、および使用の様々な修正および変更が、当業者には明らかであろう。具体的な例示的実施形態に関連して当該技術を説明したが、請求される本発明が、そのような具体的な実施形態に過度に限定されるべきではないことを理解されたい。実際、当業者に自明である本発明を実行するための記載された様式の様々な修正は、添付の特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【図１】
2020531351.tif 000008
【図２】
2020531351.tif 000009
【図３】
2020531351.tif 000010
【図４】
2020531351.tif 000011
【図５】
2020531351.tif 000012
【図６】
2020531351.tif 000013
【図７】
2020531351.tif 000014
【図８】
2020531351.tif 000015
【図９】
2020531351.tif 000016
【図１０】
2020531351.tif 000017
【図１１】
2020531351.tif 000018
【図１２】
2020531351.tif 000019
【図１３】
2020531351.tif 000020
【国際調査報告】
2020531351.tif 000021