(57)【要約】充電システムのためのシステムおよび方法が、本明細書に開示される。充電システムは、独立した充電ステーション内または自律車両内に実装され得る。ブール充電が、充電ステーションにおいて自律車両を充電するために所望される充電または放電電圧を得るために使用されることができる。各バッテリアレイが複数のバッテリアレイを含む、複数のバッテリアレイをともに直列に組み合わせることによって、各バッテリアレイを横断した電圧の合計に等しい電圧が、得られ得る。本電圧は、ひいては、付加的なバッテリアレイを充電するために使用されてもよい。本プロセスは、所望される量のバッテリアレイが充電され、かつ所望される電圧が達成されるまで繰り返されてもよい。
2020523974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリセットを充電するためのシステムであって、
第１の複数のバッテリを伴うドッキングステーションであって、各バッテリは、第１の複数のバッテリセルを含み、前記第１の複数のバッテリのバッテリ間の１つ以上の電気接続が、構成可能である、ドッキングステーションと、
コントローラであって、前記コントローラは、前記第１の複数のバッテリのバッテリ間に前記１つ以上の電気接続を構成し、第１の充電電圧を発生させるように配列される、コントローラと、
インターフェースであって、前記インターフェースは、第２の１つ以上のバッテリを有する前記バッテリセットの充電を可能にするように配列され、各バッテリは、第２の複数のバッテリセルを含む、インターフェースと
を備え、
前記第１の充電電圧は、前記第２の１つ以上のバッテリの充電要件を満たす、システム。
【請求項２】
前記第２の１つ以上のバッテリの第１のバッテリは、２セルバッテリであり、前記第２の１つ以上のバッテリの第２のバッテリは、４セルバッテリであり、
前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリは、並行して充電され、次いで、直列に接続され、前記第２の１つ以上のバッテリの第３のバッテリを充電する、
請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記第２の１つ以上のバッテリはさらに、第１の複数のスイッチと、第２の複数のスイッチとを備える、前記請求項のいずれかに記載の充電システム。
【請求項４】
前記第１の複数のスイッチは、閉鎖され、前記第２の複数のスイッチは、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの間の直列接続の間に開放している、請求項３に記載の充電システム。
【請求項５】
前記第１の複数のスイッチは、開放しており、前記第２の複数のスイッチは、前記第１のバッテリと前記第２のバッテリとの間の並列接続の間、閉鎖される、請求項３に記載の充電システム。
【請求項６】
前記バッテリセットは、自律車両内に含まれる、前記請求項のいずれかに記載の充電システム。
【請求項７】
バッテリセットを充電するための方法であって、
前記バッテリセットの充電要件を決定することと、
前記バッテリセットの充電要件に合致するように、複数のバッテリを第１の組み合わせにおいて接続することと、
前記第１の組み合わせにおける前記複数のバッテリを使用して、前記バッテリセットを充電することと
を含む、方法。
【請求項８】
前記バッテリセットの第１の複数のバッテリを並行して充電することであって、前記バッテリセットの第１の複数のバッテリは、直列に組み合わせられ、前記バッテリセットの第２の複数のバッテリを充電することができる、こと
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第２のバッテリセットと関連付けられる第２の充電要件を決定することと、
前記第２の充電要件に合致するように、前記複数のバッテリを第２の組み合わせにおいて接続することと、
前記第２の組み合わせにおける前記複数のバッテリを使用して、前記第２の自律車両を充電することと
をさらに含む、請求項７および８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記バッテリセットの充電要件を決定することはさらに、
前記バッテリセットからの情報に基づいて、前記バッテリセットの充電要件を決定すること
を含む、請求項７−９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
充電ステーションにおいて、前記バッテリセットから前記情報を受信することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記バッテリセットと前記充電ステーションとの間に接続を確立することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記情報は、充電電圧を含む、請求項１０−１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記バッテリセットの充電要件を決定することはさらに、
前記バッテリセットを囲繞する水の体積、前記バッテリセットのバッテリ、およびバッテリセルのうちの少なくとも１つの温度を決定することと、
前記温度に基づいて、前記バッテリセットの充電要件を決定することと
を含む、請求項７−１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
バッテリセットを充電するための方法であって、前記方法は、
標的ドッキングステーションを検出することと、
前記標的ドッキングステーションと関連付けられる充電能力を決定することと、
前記標的ドッキングステーションの充電能力に合致するように、複数のバッテリを組み合わせにおいて接続することと、
前記組み合わせにおける前記複数のバッテリを使用して、前記バッテリセットを充電することと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記標的ドッキングステーションと関連付けられる前記充電能力を決定することはさらに、
前記標的ドッキングステーションからの情報に基づいて、前記標的ドッキングステーションと関連付けられる前記充電能力を決定すること
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記バッテリセットにおいて、前記標的ドッキングステーションから前記情報を受信することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記情報は、前記標的ドッキングステーションが利用可能であり、機能しているかどうかを含む、請求項１６および１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記情報は、最大充電電圧を含む、請求項１６−１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
特定の場所までナビゲートすることをさらに含む、請求項１５−１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記標的ドッキングステーションは、前記特定の場所に位置する、請求項１５−２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記組み合わせは、直列の組み合わせおよび並列の組み合わせのうちのいずれか一方である、請求項１５−２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
複数のセルを含むバッテリを充電および放電するための方法であって、
電力源と接地との間に第１のセルおよび第２のセルを並列に配列することであって、前記第１のセルおよび第２のセルは、同一の出力電圧容量を有する、ことと、
前記第１のセルおよび第２のセルを、実質的に前記出力電圧容量まで並行して充電することと、
前記電力源から前記第１のセルおよび第２のセルを接続解除することと、
前記バッテリの電圧容量が、前記第１のセルおよび第２のセルの出力電圧容量の実質的に２倍になるように、前記第１のセルおよび第２のセルを、前記バッテリの出力端子と接地との間の直列回路内に配列することと、
前記バッテリを前記バッテリの電圧容量に放電することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年６月１４日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｃｈａｒｇｉｎｇ」と題された、米国仮特許出願第６２／５１９，２７９号の優先権および利益を主張する。上記に参照される出願の内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
これまでの数十年間にわたって、海洋における使用のために展開される無人水中ロボットシステムの数の定常的増加が、認められている。これらの水中システムは、充電される必要がある複数のバッテリユニットに依拠する。海底に固定された設備、例えば、充電ステーションを有することによって、無人水中車両は、再浮上する必要性なく、定期的に再充電され得る。海底上のこれらの充電ステーションは、現在ドッキングされる無人水中車両のバッテリを緩徐に充電するための固定された出力を伴う、水素または酸素セルを含み得る。理想的には、同一電圧を充電すると、電流および極性が、充電器および充電デバイス上に見出され得る。しかしながら、充電器と充電デバイスとの間に電圧の大きい差が存在する場合、充電デバイスは、短縮された寿命を有し得るかまたは即時の損傷を被り得る。
【０００３】
図１に図示されるように、従来のバッテリ充電システムは、多くの場合、バッテリ充電器からの電圧出力（Ｖ１）を、充電のための標的バッテリへの入力である電圧（Ｖ２）まで低減する、電流限定レジスタ（ＲＣＬ）に依拠する。このように、電流限定レジスタＲＣＬは、バッテリ充電器の出力電圧Ｖ２における標的バッテリの入力電圧との不整合を可能にし、それによって、バッテリ充電器がバッテリ充電器と異なる電圧定格のバッテリを充電することを可能にする。電流限定レジスタＲＣＬの抵抗は、可変であり、バッテリ充電器が異なる電圧定格を有するバッテリを充電することを可能にすることができる。本実装に対する１つの有意な欠点は、エネルギーの相当量の損失であり、その大部分は、電流限定レジスタＲＣＬによってもたらされる電圧の降下および電流の低減に起因する、放出熱エネルギーまたは熱の形態にある。故に、充電プロセスの間にエネルギー損失を低減させる方法において、異なる能力または定格のバッテリのより効率的かつ柔軟な充電を可能にする必要性が、存在する。
【０００４】
バッテリを充電するための典型的方法は、バッテリセルを連続して充電するステップを含む。再び、これは、バッテリパック（固定された数のバッテリセルを備える）を横断した電圧と充電器によって提供される電圧との間に不整合をもたらし得る。したがって、水中ロボットシステム内に存在するバッテリパックを含む、バッテリを充電するよりきめ細かい方法の必要性が、存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
再構成可能なバッテリ充電システムまたはバッテリシステムを利用し、バッテリのより効率的かつ柔軟な充電を可能にするためのシステムおよび方法が、本明細書に説明される。ある側面によると、バッテリセットを充電するためのシステムは、第１の複数のバッテリを伴うドッキングステーションであって、各バッテリは、第１の複数のバッテリセルを含む、ドッキングステーションと、コントローラと、第２の１つ以上のバッテリを有するバッテリセットの充電を可能にするように配列される、インターフェースであって、各バッテリは、第２の複数のバッテリセルを含む、インターフェースとを備える。第１の複数のバッテリのバッテリ間の１つ以上の電気接続が、構成可能であることができる。コントローラは、第１の複数のバッテリのバッテリ間に１つ以上の電気接続を構成し、第１の充電電圧を発生させるように配列されることができる。第１の充電電圧は、第２の１つ以上のバッテリの充電要件を満たすことができる。バッテリセットは、例えば、ＡＵＶまたはＵＡＶ等の自律車両内に含まれてもよい。バッテリセットは、１つ以上のバッテリを含むと理解される。
【０００６】
ある側面によると、第２の１つ以上のバッテリの第１のバッテリは、２セルバッテリであり、第２の１つ以上のバッテリの第２のバッテリは、４セルバッテリである。第１のバッテリおよび第２のバッテリは、並行して充電され、次いで、直列に接続され、第２の１つ以上のバッテリの第３のバッテリを充電することができる。１つの構成では、第２の１つ以上のバッテリはさらに、第１の複数のスイッチと、第２の複数のスイッチとを備える。１つの実装では、第１の複数のスイッチは、閉鎖され、第２の複数のスイッチは、第１のバッテリと第２のバッテリとの間の直列接続の間、開放している。別の実装では、第１の複数のスイッチは、開放しており、第２の複数のスイッチは、第１のバッテリと第２のバッテリとの間の並列接続の間、閉鎖される。
【０００７】
別の側面によると、バッテリセットを充電するための方法は、バッテリセットの充電要件を決定するステップと、バッテリセットの充電要件に合致するように、複数のバッテリを第１の組み合わせにおいて接続するステップと、第１の組み合わせにおける複数のバッテリを使用して、バッテリセットを充電するステップとを含む。１つの実装によると、本方法はさらに、バッテリセットの第１の複数のバッテリを並行して充電するステップを含む。バッテリセットの第１の複数のバッテリは、直列に組み合わせられ、バッテリセットの第２の複数のバッテリを充電することができる。１つの構成によると、本方法はさらに、第２のバッテリセットと関連付けられる、第２の充電要件を決定するステップと、第２の充電要件に合致するように、複数のバッテリを第２の組み合わせにおいて接続するステップと、第２の組み合わせにおける複数のバッテリを使用して、第２のバッテリセットを充電するステップとを含む。第２のバッテリセットは、第２の自律車両内に含まれてもよい。
【０００８】
１つの実装によると、バッテリセットの充電要件を決定するステップはさらに、充電ステーションに接近するバッテリセットを検出するステップと、充電ステーションにおいて、バッテリセットおよび／またはバッテリセットが存在する関連付けられる車両から情報を受信するステップと、その情報に基づいて、バッテリセットの充電要件を決定するステップとを含む。１つの実装によると、本方法はさらに、バッテリセットと充電ステーションとの間に接続を確立するステップを含む。１つの構成によると、情報は、充電電圧を含む。
【０００９】
別の実装によると、バッテリセットの充電要件を決定するステップは、バッテリセットを囲繞する水の体積、バッテリセットのバッテリ、およびバッテリセットのバッテリのバッテリセルの温度のうちの少なくとも１つに基づいて、温度を決定するステップを含んでもよい。次いで、バッテリセットの充電要件を決定するステップは、その温度に基づく。
【００１０】
さらに別の側面によると、バッテリセットを充電するための方法は、標的ドッキングステーションを検出するステップと、標的ドッキングステーションと関連付けられる充電能力を決定するステップと、標的ドッキングステーションの充電能力に合致するように、複数のバッテリを組み合わせにおいて接続するステップと、その組み合わせにおける複数のバッテリを使用して、バッテリセットを充電するステップとを含む。
【００１１】
１つの実装では、標的ドッキングステーションと関連付けられる充電能力を決定するステップはさらに、バッテリセットにおいて、標的ドッキングステーションから情報を受信するステップと、その情報に基づいて、標的ドッキングステーションと関連付けられる、充電能力を決定するステップとを含む。情報は、標的ドッキングステーションが利用可能であり、機能しているかどうかを含んでもよい。情報は、最大充電電圧を含んでもよい。１つの実装では、本方法はさらに、特定の場所までナビゲートするステップを含む。ある側面によると、標的場所は、特定の場所に位置する。バッテリの組み合わせは、直列の組み合わせおよび並列の組み合わせのうちのいずれか一方を含んでもよい。
【００１２】
さらに別の側面によると、複数のセルを含むバッテリを充電および放電するための方法は、電力源と接地との間で第１のセルおよび第２のセルを並列回路内に配列するステップであって、第１のセルおよび第２のセルは、同一の出力電圧容量を有する、ステップと、第１のセルおよび第２のセルを、実質的に出力電圧容量まで並行して充電するステップとを含む。本方法はまた、電力源から第１のセルおよび第２のセルを接続解除するステップと、バッテリの電圧容量が、第１のセルおよび第２のセルの出力電圧容量の実質的に２倍になるように、第１のセルおよび第２のセルを、バッテリの出力端子と接地との間の直列回路内に配列するステップと、バッテリをバッテリの電圧容量まで放電するステップとを含む。
【００１３】
種々の側面では、充電システムが、独立した充電ステーション内または自律車両内に実装されてもよい。バイナリ充電が、充電ステーションにおいて自律車両を充電するために所望される充電または放電電圧を得るために使用されることができる。各バッテリアレイが複数のバッテリまたはバッテリセルを含み得る、電圧がおおよそ２のべき乗だけ異なるバッテリアレイのシーケンスのサブセットを直列に組み合わせることによって、各バッテリアレイを横断した電圧の合計に等しい電圧が、得られ得る。オンであるスイッチのセットは、バイナリ数であると考えられ、結果として生じる電圧は、ほぼ、その数掛ける最低バッテリ電圧の電圧値であり得る（実践では、これは、ダイオード保護に起因して不正確である）。本電圧は、ひいては、付加的なバッテリまたはバッテリアレイを充電するために使用されてもよい。本プロセスは、所望される量のバッテリアレイが充電され、かつ所望される電圧が達成されるまで繰り返されてもよい。バッテリは、それらがダイオード保護を有するため、２のべき乗だけ異なる電圧を有することとは異なり得、そのため、単一のセルバッテリは、３．５Ｖ−０．７Ｖ＝２．８Ｖであり得、２セルバッテリは、２×３．５Ｖ−０．７Ｖ＝６．３Ｖであり得、４セルバッテリは、４×３．５Ｖ−０．７Ｖ＝１３．３Ｖであり得る等となることが、注目に値する。
【００１４】
本発明の他の目的、特徴、および利点が、添付される図面と併せて以下の詳細な説明を精査することに応じて明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本明細書に説明されるシステムおよび方法が、添付の請求項に記載される。しかしながら、説明の目的のために、いくつかの例証的側面が、以下の図に記載される。
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、先行技術のバッテリ充電システムのブロック図である。
【００１７】
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示に説明されるシステムおよび方法の少なくとも一部を実装するための、例示的コンピュータシステムのブロック図である。
【００１８】
【図２】図２は、本開示に説明されるシステムおよび方法の少なくとも一部を実装するための、例示的コンピュータシステムのブロック図である。
【００１９】
【図３】図３は、本開示のある例証的側面による、例示的遠隔車両を描写するブロック図である。
【００２０】
【図４Ａ】図４Ａは、例示的な再構成可能な２セルバッテリのブロック図である。
【００２１】
【図４Ｂ】図４Ｂは、２つの１ボルトバッテリおよび１つの２ボルトバッテリの直列配列から導出される、例示的４ボルトバッテリのブロック図である。
【００２２】
【図４Ｃ】図４Ｃは、１ボルト、２ボルト、４ボルト、８ボルト、および１６ボルトバッテリの直列配列から導出される、例示的３１ボルトバッテリのブロック図である。
【００２３】
【図５】図５は、本開示のある例証的側面による、第１の充電方法である。
【００２４】
【図６】図６は、本開示のある例証的側面による、第２の充電方法である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１Ａは、先行技術のバッテリ充電システムのブロック図である。バッテリ充電器１０１が、バッテリ１０４に接続される。バッテリ充電器は、電圧Ｖ１に定格化されてもよく、バッテリは、電圧Ｖ２に定格化されてもよい。接続部１０３は、実効抵抗ＲＬＣと直列または並列に接続される、レジスタ、インダクタ、またはコンデンサ等の種々の回路要素を含む、ＲＬＣ回路であってもよい。
【００２６】
本発明の全体的な理解を提供するために、ある例証的側面が、ここで、説明されるであろう。しかしながら、本明細書に説明されるシステムおよび方法が、他の好適な用途のために適合および修正され得ること、およびそのような他の追加および修正が、本明細書の範囲から逸脱することはないであろうことが、当業者によって理解されるであろう。
【００２７】
ある側面によると、自律車両を充電するための充電システムは、第１の複数のバッテリを伴うドッキングステーションであって、各バッテリは、第１の複数のバッテリセルを含む、ドッキングステーションと、第２の複数のバッテリを伴う自律車両であって、各バッテリは、第２の複数のバッテリセルを含む、自律車両とを備える。第１の複数のバッテリは、第２の複数のバッテリを横断した電圧と対応する、第１の充電電圧を発生させるように接続されることができる。いくつかの側面では、第２の複数のバッテリの第１のバッテリは、２セルバッテリであり、第２の複数のバッテリの第２のバッテリは、４セルバッテリである。第１のバッテリおよび第２のバッテリは、並行して充電され、次いで、直列に接続され、第２の複数のバッテリの第３のバッテリを充電する。
【００２８】
別の側面によると、自律車両を充電するための方法は、自律車両の充電要件を決定するステップと、自律車両の充電要件に合致するように、複数のバッテリを第１の組み合わせにおいて接続するステップと、第１の組み合わせにおける複数のバッテリを使用して、自律車両を充電するステップとを含む。
【００２９】
いくつかの側面では、本方法はさらに、自律車両の第１の複数のバッテリを並行して充電するステップであって、自律車両の第１の複数のバッテリは、直列に組み合わせられ、自律車両の第２の複数のバッテリを充電することができる、ステップを含む。
【００３０】
いくつかの側面では、本方法はさらに、第２の自律車両と関連付けられる、第２の充電要件を決定するステップと、第２の充電要件に合致するように、複数のバッテリを第２の組み合わせにおいて接続するステップと、第２の組み合わせにおける複数のバッテリを使用して、第２の自律車両を充電するステップとを含む。
【００３１】
別の側面によると、自律車両を充電するための方法は、自律車両の充電要件を決定するステップと、自律車両の充電要件に合致するように、複数のバッテリを第１の組み合わせにおいて接続するステップと、第１の組み合わせにおける複数のバッテリを使用して、自律車両を充電するステップとを含む。
【００３２】
いくつかの側面では、本方法はさらに、第２の自律車両と関連付けられる、第２の充電要件を決定するステップと、第２の充電要件に合致するように、複数のバッテリを第２の組み合わせにおいて接続するステップと、第２の組み合わせにおける複数のバッテリを使用して、第２の自律車両を充電するステップとを含む。
【００３３】
別の側面によると、複数のセルを含むバッテリを充電および放電するための方法は、電力源と接地との間で第１のセルおよび第２のセルを並列回路内に配列するステップであって、第１のセルおよび第２のセルは、同一の出力電圧容量を有する、ステップと、第１のセルおよび第２のセルを、実質的に出力電圧容量まで並行して充電するステップとを含む。本方法はまた、電力源から第１のセルおよび第２のセルを接続解除するステップと、バッテリの電圧容量が、第１のセルおよび第２のセルの出力電圧容量の実質的に２倍になるように、第１のセルおよび第２のセルを、バッテリの出力端子と接地との間の直列回路内に配列するステップと、バッテリをバッテリの電圧容量まで放電するステップとを含む。
【００３４】
図３は、本開示の例証的側面による、例示的遠隔車両を描写するブロック図である。そのような例示的遠隔または自律車両は、駆動ユニット３０４に加えて、主本体３０２を含む。例えば、駆動ユニット３０４は、プロペラであってもよい。遠隔車両は、主本体３０２内の異なるコンパートメント内に位置し得る、内部構成要素を含む。例えば、主本体３０２は、構成要素３０６を収容してもよい。例えば、構成要素３０６は、ソナーユニットであってもよい。同様に、主本体３０２は、例えば、図１Ｂおよび図２に説明されるようなコンピュータシステムを含み得る、構成要素３１０を収容してもよい。加えて、遠隔または自律車両は、電力発生システム３０８を含む。例えば、電力発生システム３０８は、それぞれ、バッテリセルのスタックを備える、バッテリ要素のスタックであってもよい。
（バッテリ／バッテリセル）
【００３５】
大型バッテリは、セルの大きいアレイを使用する。直列接続（他の並列接続の有無にかかわらず）が、特定の電力要件を満たすために要求され得る。セル間のいかなる不均衡も、バッテリ性能に影響を及ぼし得る。セルを連続して充電する場合、充電は、セルのうちの１つがその最大セル電圧に到達するまでのみ望ましく、その点を超えて充電を進行させることは、セル損傷をもたらし、および／またはバッテリを通して火災または爆発をもたらし得る。
【００３６】
車両、例えば、水中車両が、各バッテリパックがバッテリセルを備える、バッテリパックのアレイによって給電されてもよい。これらのバッテリセルは、車両にエネルギーを提供するための、限定ではないが、任意の好適なバッテリケミストリ、リチウムバッテリ、リチウムイオンバッテリ、リチウムポリマーバッテリ、またはリチウム硫黄バッテリを含む、任意の好適なバッテリを備えてもよい。バッテリセル４０２は、マトリクス状であってもよい、またはバッテリセルは、任意の好適な配列に配列、整合、または位置付けられてもよい。いくつかの側面では、バッテリセルは、相互の上に積み重ねられてもよい。そのような側面では、バッテリセルは、各垂直に積み重ねられたセルの間にセパレータを含んでもよい。１つ以上のバッテリセルは、トレイ上に位置付けられてもよく、トレイは、１つ以上のバッテリセルのための構造的支持、整合、および電気的絶縁を提供する。バックプレーンが、下記にさらに詳細に説明される管理回路に、バッテリセルを接続してもよい。代替側面では、バッテリセルが、管理回路に直接接続されてもよい。いくつかの側面では、バッテリセルは、通信ネットワークを通して管理回路に接続されてもよい。通信ネットワークは、制御信号を通信するための、任意の好適なネットワークであってもよい。管理回路は、任意の好適なプログラミング言語を使用して手動でプログラミングされ得る、圧力耐性回路基板を備えてもよい。いくつかの側面では、温度センサが、直接またはバックプレーンを通してのいずれかでバッテリセルに接続されてもよい。バッテリセルは、少なくとも電圧と、温度とを含む、セル状態情報を管理回路に通信するように構成されてもよい。管理回路は、水の存在下で抵抗が低下する伝導性トレースを備え得る、水侵入検出回路基板を含んでもよい。
【００３７】
自律車両の任務持続時間およびセンサペイロード能力に影響を及ぼす主要因は、バッテリモジュールの充電および放電するための能力を含む、バッテリモジュールの性能を含む。あるセルケミストリ（例えば、リチウムイオン）に関して等しく重要なものは、バッテリ構成要素の管理において使用される回路である。バッテリ管理装置（ＢＭＧＲ）が、外界とインターフェースをとり、電圧または温度安全限界が超過された場合、バッテリを保護する（充電入力および／または放電出力を接続解除することによって）ように構成されてもよい。ＢＭＧＲは、これが、最大セル電圧を上回る任意の個々のセル電圧を検出する場合、または任意の個々のセル温度が、製造業者によって推奨される最大温度を超過する場合、即座にバッテリを停止させてもよい。ＢＭＧＲは、任意のセル温度が、製造業者によって推奨される最小温度を下回る場合、バッテリシステムの充電を無効にしてもよい。ＢＭＧＲは、任意のセル温度が、充電限界温度と異なり得る、放電に関して製造業者によって推奨される最小温度を下回る場合、バッテリシステムの放電を無効にしてもよい。過放電保護特徴が、随時、アクティブ化されてもよく、これはまた、任意の個々のセル電圧が、製造業者によって推奨される最小セル電圧を下回るように降下する場合、バッテリを停止させるであろう。過電流条件を防止するために、バッテリシステムは、正端子と直列に圧力耐性ヒューズを装備してもよく、ＢＭＧＲは、制御可能な二重接続解除器（ハイおよびローサイドスイッチ）を提供してもよい。例示的圧力耐性ヒューズに関するさらなる詳細が、米国特許出願公開第２０１２／０２８１５０３号（その内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に提供される。これは、バッテリ出力においてコマンドされていない出力電圧がもたらされ得る前に、２つの同時故障が生じることを要求することによって、安全特徴を提供する。
（バッテリ充電ステーション）
【００３８】
バッテリ充電ステーションは、リチウムイオンバッテリ、リチウムポリマーバッテリ、リチウム硫黄バッテリ、ニッケル水素バッテリ、銀亜鉛、または任意の他の好適なケミストリ等の、船舶上の複数の車両のためのバッテリを充電するための好適なシステムを備えてもよい。バッテリ充電ステーションは、車両のうちのいずれかの上の故障したセルのために切り替えられ得る、付加的なバックアップセルを含んでもよい。バッテリ充電ステーションは、主船の発電ユニットの中に掛止されてもよい。バッテリ充電ステーションは、随意に、船舶エンジンまたは燃料セルのための燃料供給ステーションを含んでもよい。同様に、モジュール式の発電ユニットが、船舶の電力システムを増強させるために使用されてもよい。モジュール式の発電ユニットは、化石燃料ベースのシステム、原子力発電装置、ソーラーパネル、ガスタービン、または任意の他の好適な発電システムを備えてもよい。車両から受信されるデータを記憶するためのデータベースは、典型的コンピュータシステムまたは車両からのデータを処理するための専用データベースを備えてもよい。データベースは、モジュール式の処理およびデータセンターの一部として、またはそれと別個に展開されてもよい。例証的側面として、データベースおよび／またはモジュール式処理データセンターは、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）オペレーティングシステム、または車両から受信されるデータを分析するための任意の他の好適なオペレーティングシステムを起動する、典型的コンピューティングシステムを備えてもよい。
【００３９】
バッテリ充電ステーションは、船舶から自律車両を発進、回収、および操縦するためのシステム内に統合されてもよい。代替として、バッテリ充電ステーションは、恒久的な水中ステーションと統合され、より低コストの海洋調査または装具保守を可能にしてもよい。そのようなステーションは、ドッキングし、任務規定書に従ってそれらのバッテリを充電し、ステーションを離れ、動作に戻る、複数の車両を含んでもよい。バッテリ充電ステーションは、リチウムイオンバッテリ、リチウムポリマーバッテリ、リチウム硫黄バッテリ、ニッケル水素バッテリ、銀亜鉛、または任意の他の好適なバッテリケミストリ等の、複数の自律車両のためのバッテリを充電するための好適なシステムを備えてもよい。バッテリ充電ステーションは、車両のうちのいずれかの上の故障したセルのために切り替えられ得る、付加的なバックアップセルを含んでもよい。バッテリ充電ステーションは、船舶の発電ユニットの中に掛止されてもよい。バッテリ充電ステーションは、水素燃料セル等の代替エネルギー源から電力を引き出してもよい。
（バイナリ充電器）
【００４０】
充電および放電動作の間、正確にバッテリ出力を制御することが可能であることが、望ましい。過電圧が、ブレークダウンまたはアーク発生をもたらし得る。受動構成要素が、特定の固定抵抗を有し、余剰電流が、過熱およびバーンスルーをもたらし得る。例えば、動作中の自律車両に関して、バッテリセルの放電を効率的に制御することが、望ましい。同様に、自律車両を充電するステップにおいて、例えば、自律車両が充電ステーションにドッキングした後、充電時間を低減させ、および／または各セルの充電レベルを最適化するように、バッテリセルの充電を効率的に制御することが、望ましい。バッテリ内の各セルの出力を制御することによって、全体的なバッテリ出力のよりきめ細かい制御が、達成され、そのように所望される場合、ある時間において、充電が１つのバッテリセルに対して実行されることを可能にすることができる。
【００４１】
任意の電圧、内部抵抗、および電流限界を伴うバッテリを安全に充電または放電するために、「バイナリ充電」が、所望される充電または放電電圧を得るために使用されることができる。バッテリアレイは、典型的には、ともに積み重ねられる複数のバッテリセルを含む。いくつかの側面では、バッテリアレイは、単一のセルを伴うバッテリ、直列の、２個のセルを伴うバッテリ、４個のセルを伴うバッテリ、８個のセルを伴うバッテリ、１６個のセルを伴うバッテリを含むことができる。他の側面では、異なる数のセルを伴うバッテリアレイが、存在し得る。
【００４２】
複数のバッテリアレイを直列にともに組み合わせることによって、各バッテリアレイを横断した電圧の合計に等しい最大電圧が、得られることができる。いくつかの側面では、これは、例えば、充電ステーションにドッキングされる自律車両のきめ細かい充電を可能にし得る。
【００４３】
ある側面では、２つのバッテリセルが、例えば、ＤＣ電力供給源源から、同一の電圧に並行して同時に充電される。電力供給部は、次いで、オフに切り替えられ、セルは、直列に切り替えられる。直列の２つのセルを横断して得られる出力は、供給電圧の２倍の出力をもたらす。これは、コンデンサが並列に接続され、次いで、スパークキャップによって直列に接続され、電圧を迅速に増大させ得る、コンデンサカスケードに類似する。例えば、２つの１セルアレイおよび１つの２セルアレイが、並行して充電されることができる。３つのセルアレイが全て（２つの１セルアレイおよび１つのセルアレイ）、次いで、直列に接続され、４Ｖ電圧を得ることができ、これは、ひいては、４セルバッテリアレイを充電するために使用されることができる。２つの１セルアレイおよび１つの２セルアレイの充電プロセスを繰り返すことによって、本システムは、ここで、完全に充電された４セルバッテリアレイ、すなわち、２つの１セルバッテリアレイと、１つの２セルアレイとを含み、組み合わせられた８Ｖ電圧を発生させる。同様に、充電動作は、バッテリアレイを直列に組み合わせ、１６セルアレイを充電する前に、それらを並行して充電するために繰り返されることができる。故に、電圧は、各充電の間に２倍にされることができる。
【００４４】
図４Ａは、例示的な再構成可能な２セルバッテリ４５０のブロック図である。バッテリ４５０は、１ボルトセル４５２および４５４を含む。バッテリ４５０は、並列接続のための並行充電／放電スイッチ４５６、４５８、および４６０を含む。バッテリ４５０はまた、直列接続のための連続充電／放電スイッチ４６２および４６４を含む。連続充電／放電のために構成されると、スイッチ４６２および４６４（すなわち、接続部）は、閉鎖される一方、スイッチ４５６、４５８、および４６０（すなわち、接続部）は、開放している。並行充電／放電のために構成されると、スイッチ４５６、４５８、および４６０は、閉鎖される一方、スイッチ４６２および４６４は、開放している。スイッチは、電子ソレノイド作動式、油圧作動式、または手動作動式であってもよい。
【００４５】
動作時、１Ｖ電力源が利用可能である場合、バッテリ４５０は、各１ボルトセル４５２および４５４が、１ボルトまで充電されるように、並列構成（例えば、スイッチ４５６、４５８、および４６０が、閉鎖される一方、スイッチ４６２および４６４が、開放している）内に配列されてもよい。並列構成は、並列の１ボルトセルの両方から高電流の１ボルト放電を提供するように維持されてもよい。代替として、バッテリ４５０が、各１ボルトセル４５２および４５４の出力が組み合わせられ、バッテリ４５０から２ボルト出力を提供するように、直列構成（例えば、スイッチ４５６、４５８、および４６０が、開放している一方、スイッチ４６２および４６４が、閉鎖される）内に再配列されてもよい。１ボルトセルが、本明細書において説明されているが、当業者は、バッテリセルを直列に組み合わせ、バッテリ出力電圧を増大させるための本アプローチが、任意の出力電圧のバッテリセルにも適用されることを容易に認識する。故に、２つの２ボルトセルが、直列に組み合わせられ、４ボルトバッテリ等を形成してもよい。
【００４６】
図４Ｂは、２つの１ボルトバッテリ４７２および４７４と１つの２ボルトバッテリ４７６の直列配列から導出される、例示的４ボルトバッテリ４７０のブロック図である。バッテリ４７２、４７４、および４７６は、スイッチ４７８および４８０を閉鎖することによって直列に配列され得る。
【００４７】
図４Ｃは、１ボルト、２ボルト、４ボルト、８ボルト、および１６ボルトバッテリ４８４、４８６、４８８、４９０、および４９２の直列配列から導出される、例示的３１ボルトバッテリ４８２のブロック図である。バッテリ４８４−４９２は、スイッチ４９４、４９６、４９８、および４９９を閉鎖することによって直列に配列され得る。
【００４８】
第１の側面では、例えば、図５に示されるように、充電ステーションは、自律車両と通信し、１つ以上のバッテリアレイを組み合わせることによって自律車両上のバッテリパックの電圧仕様に合致する方法を決定する前に、自律車両の仕様を要求および受信してもよい。充電プロセス５００を説明する図５に示されるように、最初のステップは、接近する自律車両を検出することであってもよい。例示的充電プロセス５００は、図１Ｂまたは図２に関連して説明される例示的コンピュータシステムのうちの１つによって実行されてもよい。例えば、充電ステーションシステムが、接近する自律車両を検出してもよい。自律車両が接近していることを検出した後、以下の方法ステップ５０４が、接近する自律車両と通信してもよい。充電ステーションは、単一の自律車両より大きく、より複雑であり得るため、自律車両上ではなく、充電ステーションにおいて電圧を再構成することが、より容易であり得る。代替として、下記の第２の側面に説明されるように、自律車両は、充電ステーション要件の関数としてその電圧要件を再構成してもよい。
【００４９】
第１の側面では、例えば、標準的なバッテリセルが、１Ｖ電位を有すると仮定して、１セルバッテリ、２セルバッテリ、４セルバッテリ、８セルバッテリ、および１６セルバッテリの組み合わせから得られ得る最大電圧は、これらのバッテリアレイを直列にともに組み合わせるステップの結果として、３１ボルトとなるであろう。いくつかの側面では、１セルバッテリおよび２セルバッテリが、連続して充電され、３ボルトを得うる。別の側面では、１６セルバッテリおよび４セルバッテリが、組み合わせられ、２０ボルトを得うる。セル充電制御によるセルが、各バッテリ出力電圧および出力電圧全体としてのきめ細かい（例えば、１Ｖ）制御を可能にする。例示的側面では、自律車両が、３００Ｖ充電を要求してもよく、充電ステーションは、本充電要件を検出し、充電されている特定の自律車両のために要求される電圧を含む、ある範囲の電圧のうちのいずれか１つに合致するように、そのバッテリアレイを構成してもよい。充電ステーションの電圧を調整するステップは、自律車両が、バッテリに対する過熱、火災、および／または損傷をもたらし得る、高すぎる電圧で充電されている状況を回避するために役立つ。ステップ５０６において、接近する自律車両のための充電要件に関する情報が、受信されてもよい。例えば、自律車両は、３００ボルトの充電電圧を要求してもよい。ステップ５０８において、充電要件に関する受信される情報に基づいて、本システムは、自律車両の充電要件を満たすために要求される構成を決定してもよい。例えば、上記で議論されるように、本システムは、所望される充電電圧、例えば、３００ボルトを提供する全ての数のバッテリセルを組み合わせるために利用するための、バッテリの数およびバッテリのタイプを決定してもよい。ステップ５１０において、自律車両の充電要件を満たすために要求される構成を考慮して、本システムは、自律車両の充電を開始してもよい。
【００５０】
いくつかの側面では、本システムは、バッテリを並行して充電することによって、自律車両の充電を開始してもよい。代替として、本システムは、自律車両のバッテリのうちの１つの充電を開始し、各バッテリが、ひいては、上記に説明されるように、付加的なバッテリを連続して充電し、セルが、並行して充電され、その後、直列に組み合わせられ、より高電圧を提供してもよい。ある側面では、放電バッテリのセットは、低電圧差を維持するために、充電バッテリが充電されるにつれて、変化される。ステップ５１２において、本システムは、自律車両の充電を終了してもよい。例えば、本システムは、自律車両が完全に充電されていることを決定してもよい、または代替として、自律車両のための充電要件が満たされていることを決定してもよい。別の実施例では、本システムは、充電プロセスが中断されるべきであることを決定してもよい。
【００５１】
充電ステーションは、充電されるべきデバイスおよび周囲の条件に基づいて、充電条件をさらに改良するための付加的な能力を有してもよい。例えば、いくつかの側面では、充電ステーションは、温度検出モジュールを含んでもよい。より低温の場合には、充電ステーションは、その充電条件をより低温を考慮するように適合させ、複数のセルアレイを所望される電圧を伴う構成の中に組み合わせてもよい。
【００５２】
自律車両上のバッテリアレイは、半恒久的または恒久的充電ステーションよりも低柔軟性および低複雑性であり得るが、いくつかの側面では、自律車両はまた、そのバッテリアレイを所望される充電電圧に合致するように自己構成することが可能であり得る。第２の側面では、充電プロセス６００を説明する図６に示されるように、自律車両は、充電ステーションと通信し、いくつかまたは全てのバッテリアレイおよび／またはバッテリセルを充電のために利用可能にすることによって、提供されている電圧に合致する方法を決定する前に、充電ステーションの仕様を要求および受信してもよい。最初のステップは、再充電するための標的ドッキングステーションを検出することであってもよい。
【００５３】
例示的充電プロセス６００は、図１Ｂまたは図２に関連して説明される例示的コンピュータシステムのうちの１つによって実行されてもよい。例えば、自律車両が、定期的または自律車両の充電レベルに基づいて必要に応じて充電するための、特定の場所および／または特定の標的ドッキングステーションまでナビゲートするようにプログラミングされてもよい。再充電するための標的ドッキングステーションを検出した後、以下の方法ステップ６０４は、標的ドッキングステーションと通信することであってもよい。例えば、自律車両は、標的ドッキングステーションが利用可能であるかどうか、およびこれが機能しているかどうかを決定してもよい。例えば、標準的なバッテリセルが、１Ｖ電位を有すると仮定して、１セルバッテリ、２セルバッテリ、４セルバッテリ、８セルバッテリ、および１６セルバッテリの組み合わせから得られ得る最大電圧は、これらのバッテリアレイを直列にともに組み合わせるステップの結果として、３１ボルトとなるであろう。いくつかの側面では、１セルバッテリおよび２セルバッテリが、連続して充電され、３ボルトを得うる。別の側面では、１６セルバッテリおよび４セルバッテリが、組み合わせられ、２０ボルトを得うる。セル充電制御によるセルが、各バッテリ出力電圧および出力電圧全体としてのきめ細かい（例えば、１Ｖ）制御を可能にする。
【００５４】
例示的側面では、充電ステーションが、４００Ｖ充電容量を有してもよく、自律車両は、本充電容量を検出し、要求される電圧に合致するように、そのバッテリアレイを構成してもよい。ステップ６０６において、ドッキングステーションの充電能力に関する情報が、受信されてもよい。例えば、ドッキングステーションは、最高２００ボルトの電圧を提供することのみが可能であってもよい。ステップ６０８において、充電能力に関する受信される情報に基づいて、本システムは、ドッキングステーションの充電能力を満たすために要求される構成を決定してもよい。例えば、上記で議論されるように、本システムは、全ての数のバッテリセルを組み合わせ、充電電圧、例えば、２００ボルトに合致するように所望される電圧を提供するために利用するための、バッテリの数およびバッテリのタイプを決定してもよい。ステップ６１０において、ドッキングステーションの充電能力を満たすために要求される構成を考慮して、自律車両の充電が、開始されてもよい。いくつかの側面では、自律車両の充電は、自律車両バッテリを並行して充電することによって実装されてもよい。代替として、自律車両のバッテリは、カスケード式に充電されてもよく、各バッテリは、ひいては、付加的なバッテリを連続して充電してもよい。ステップ６１２において、自律車両の充電は、終了されてもよい。例えば、本システムは、自律車両が完全に充電されていることを決定してもよい、または代替として、自律車両のための充電要件が満たされていることを決定してもよい。別の実施例では、本システムは、充電プロセスが中断されるべきであることを決定してもよい。
【００５５】
自律車両は、充電ステーションおよび周囲の条件に基づいて、充電条件をさらに改良するための付加的な能力を有してもよい。例えば、いくつかの側面では、自律車両は、温度検出モジュールを含んでもよい。より低温の場合には、より少ない電流が、自律車両のために所望され得、自律車両は、電流が付加的なダイオードを通して流動することを可能にし得る。ダイオードに接続されるバッテリが、各ダイオードがある量の電圧（例えば、ダイオードあたり０．８Ｖ）を消費する状態で、バイナリ動作に改良された精度をもたらすであろう。故に、自律車両は、複数のセルアレイを所望される電圧を伴う構成の中に組み合わせる方法を決定するステップにおいて、付加的な電圧差を考慮する必要があるであろう。
（遠隔車両）
【００５６】
図１Ｂは、本開示の例証的側面による、例証的遠隔車両を描写するブロック図である。システム１００は、ソナー信号を送信および受信するためのソナーユニット１１０と、受信される（または反射される）信号を調整するためのプリプロセッサ１２０と、パルス圧縮およびビーム形成を実施するための整合フィルタ１３０とを含む。システム１００は、高周波数（約１００ｋＨｚを上回る）ソナー信号を使用してナビゲートすることを可能にするように構成される。そのようなＨＦナビゲーションを可能にするために、システム１００は、グレージング角誤差を補償し、位相誤差を補正するための、信号補正器１４０を含む。システム１００はまた、受信される画像をマップとコヒーレントに相関させるための、信号検出器１５０を含む。
【００５７】
いくつかの側面では、システム１００は、車載型ナビゲーションコントーラ１７０と、モータコントローラ１８０と、センサコントローラ１９０とを含む。ナビゲーションコントローラ１７０は、（利用可能なとき）ＧＰＳ／ＲＦリンク１７２、加速度計１７４、１０ジャイロスコープ、およびコンパス１７６からナビゲーションパラメータを受信するように構成されてもよい。モータコントローラ１８０は、車両を操舵するための複数のモータ１８２、１８４、および１８６を制御するように構成されてもよい。センサコントローラ１９０は、バッテリモニタ１７２、温度センサ１９４、および圧力センサ１９６から測定値を受信してもよい。システム１００はさらに、ソナー測定値および他のナビゲーションおよびセンサパラメータに基づいてナビゲーションパラメータを決定し、かつ車両の移動を制御するためのハブとしての役割を果たし得る、中央制御ユニット（ＣＣＵ）１６０を含む。
【００５８】
水上または水中車両の状況では、ＣＣＵ１６０は、位置（緯度および経度）、速度（あらゆる方向への）、方角、進行方向、加速、および高度等のナビゲーションパラメータを決定してもよい。ＣＣＵ１６０は、進路に沿った方向（前方および後方）、進路を横断する方向（左舷および右舷）、および垂直方向（上方および下方）に沿った運動を制御するために、これらのナビゲーションパラメータを使用してもよい。ＣＣＵ１６０は、車両をヨー、ピッチ、ロール、または別様に回転させるための運動を制御するために、これらのナビゲーションパラメータを使用してもよい。水中動作の間、ＡＵＶ等の車両が、ソナーユニット１１０において、高周波数実開口ソナー画像または信号を受信してもよく、これは、次いで、その地形の合成開口ソナー（ＳＡＳ）マップに対して処理、フィルタリング、補正、および相関されてもよい。相関を使用して、ＣＣＵは、次いで、その地形をナビゲートするステップを補助するために、高精度および他のナビゲーションパラメータを用いて、ＡＵＶの位置を決定してもよい。精度は、ＳＡＳマップおよび／または取得されるソナー画像の信号および空間帯域幅によって決定されてもよい。ある側面では、ソナー画像と正方形ピクセルを伴う以前のＳＡＳマップの少なくともほぼ完全な重複が存在すると仮定し、再取得が、類似する要素サイズと、帯域幅とを有する単一のチャネルを用いて実施されたと仮定し、グレージング角補正に対する殆どまたは全くない損失を仮定して、エンベロープは、要素サイズの約半分となるであろう。その結果、ある側面では、エンベロープのピークは、波長の約１００分の１のオーダーまでを含む高精度で識別され得る。例えば、分解能は、距離方向において、２．５ｃｍ未満、１ｃｍ未満、または約０．１ｍｍ未満であり得る。
【００５９】
上記に記載されるように、システム１００は、音響信号を伝送および受信するための、ソナーユニット１１０を含む。ソナーユニットは、１つ以上の伝送要素またはプロジェクタと、列内に配列される複数の受信要素とを有する、トランスデューサアレイ１１２を含む。ある側面では、トランスデューサアレイ１１２は、別個のプロジェクタと、受信機とを含む。トランスデューサアレイ１１２は、ＳＡＳモード（進路要図またはスポットライトモードのいずれか）または実開口モードで動作するように構成されてもよい。ある側面では、トランスデューサアレイ１１２は、多重ビーム音響測深機、側方走査ソナー、または扇状走査ソナーとして動作するように構成される。伝送要素および受信要素は、所望されるように定寸および成形されてもよく、本開示の範囲から逸脱することなく、所望されるような任意の構成に、任意の間隔を伴って配列されてもよい。トランスデューサアレイ１１２の数、サイズ、配列、および動作が、地形に超音波を当て、地形または物体の高解像度画像を生成するように選択および制御されてもよい。アレイ１１２の一実施例は、１２  ３／４インチ車両内に搭載される、５センチメートル要素を伴う１６チャネルアレイを含む。ソナーユニット１１０はさらに、トランスデューサから受信される電気信号を受信および処理するための受信機１１４と、トランスデューサに電気信号を送信するための伝送機１１６とを含む。ソナーユニット１１０はさらに、開始および停止を含む伝送機の動作、およびピンの周波数を制御するための、伝送機コントローラ１１８を含む。受信機１１４によって受信される信号は、調整および補償のためにプリプロセッサに送信される。具体的には、プリプロセッサ１２０は、外れ値を排除し、水中聴音器の変動を推定および補償するための、フィルタ調整器１２２を含む。プリプロセッサはさらに、車両の運動を推定および補償するための、ドップラ補償器１２４を含む。プリプロセスされた信号は、整合フィルタ１３０に送信される。
【００６０】
整合フィルタ１３０は、ある範囲内で整合フィルタリングを実施するための、パルス圧縮器１３２と、ある方位に整合フィルタリングを実施し、それによって、方向推定を実施するための、ビーム形成器１３４とを含む。
【００６１】
信号補正器１４０は、グレージング角の差異に関して補償するためにソナー画像を調節するための、グレージング角補償器１４２を含む。典型的には、ソナーが、点散乱体の集合を撮像する場合、画像は、観察角度によって変動する。例えば、固定された高度および進行方向において動作し、海底経路を観察するＳＡＳシステムが、異なる範囲において異なる画像を生産するであろう。同様に、固定される水平範囲において作製されるＳＡＳ画像は、高度が変動された場合、変化するであろう。そのような場合では、画像の変化は、グレージング角の変化に起因するであろう。グレージング角補償器１４２は、グレージング角不変画像を生成するように構成される。１つのそのようなグレージング角補償器が、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｇｒａｚｉｎｇ  Ａｎｇｌｅ  Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」と題された、米国特許出願第１２／８０２，４５４号（その内容は、それらの全体として参照されることによって本明細書に組み込まれる）に説明される。
【００６２】
信号補正器１４０は、範囲変動位相誤差を修正するための、位相誤差補正器１４４を含む。概して、位相誤差補正器１４４は、画像を、各部片が実質的に一定の位相誤差を有する、より小さい部片に分割する。次いで、位相誤差が、より小さい部片毎に推定および補正されてもよい。システム１００はさらに、信号相関器１５２と、記憶装置１５４とを有する、信号検出器１５０を含む。信号検出器１５０は、潜在的な標的を検出し、検出される物体の位置および速度を推定し、標的またはパターン認識を実施するように構成されてもよい。ある側面では、記憶装置１５４は、１つ以上の以前に得られたＳＡＳ画像、実開口画像、または任意の他の好適なソナー画像を含有し得る、マップ記憶装置を含んでもよい。信号相関器１５２は、信号補正器１４０から得られる受信および処理される画像を、マップ記憶装置１５４からの１つ以上の以前の画像と比較するように構成されてもよい。
【００６３】
システム１００は、本開示の範囲から逸脱することなく、図示されていない他の構成要素を含んでもよい。例えば、システム１００は、データロギングおよび記憶エンジンを含んでもよい。ある側面では、データロギングおよび記憶エンジンは、科学データを記憶するために使用されてもよく、これは、次いで、ナビゲーションを補助するための後処理において使用されてもよい。システム１００は、システム１００へのアクセスを制御し、かつその１つ以上の特徴の使用を認可するためのセキュリティエンジンを含んでもよい。セキュリティエンジンは、アクセスを制御するための好適な暗号化プロトコルおよび／またはセキュリティキーおよび／またはドングルを伴って構成されてもよい。例えば、セキュリティエンジンは、マップ記憶装置１５４内に記憶される１つ以上のマップを保護するために使用されてもよい。マップ記憶装置１５４内の１つ以上のマップへのアクセスは、適切なライセンス、権限、または許可を有するある個人またはエンティティに限定されてもよい。セキュリティエンジンは、いったんこれが、これらの個人またはエンティティが認可されたことを確認すると、これらの個人またはエンティティが１つ以上のマップにアクセスすることを選択的に可能にしてもよい。セキュリティエンジンは、限定ではないが、ナビゲーションコントローラ１７０、モータコントローラ１８０、センサコントローラ１９０、伝送機コントローラ１１８、およびＣＣＵ１６０を含む、システム１００の他の構成要素へのアクセスを制御するように構成されてもよい。概して、トランスデューサ１１２を除いて、システム１００の種々の構成要素は、図２のコンピュータシステム２００等のコンピュータシステム内に実装されてもよい。
【００６４】
図２は、本開示の例証的側面による、ネットワークにアクセスする汎用コンピュータの機能ブロック図である。本願に説明されるホログラフィックナビゲーションシステムおよび方法が、図２のシステム２００を使用して実装されてもよい。
（ナビゲーションシステムおよび方法）
【００６５】
例示的システム２００は、プロセッサ２０２と、メモリ２０８と、相互接続バス２１８とを含む。プロセッサ２０２は、コンピュータシステム２００をマルチプロセッサシステムとして構成するための、単一のマイクロプロセッサまたは複数のマイクロプロセッサを含んでもよい。メモリ２０８は、例証的に、主メモリと、読取専用メモリとを含む。システム２００はまた、例えば、種々のディスクドライブ、テープドライブ等を有する、大容量記憶装置２１０を含む。主メモリ２０８はまた、動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）および高速キャッシュメモリを含む。動作および使用時、主メモリ２０８は、処理データ（例えば、地形モデル）が主メモリ２０８内に記憶されると、プロセッサ２０２による実行のための命令の少なくとも一部を記憶する。
【００６６】
いくつかの側面では、システム２００はまた、ネットワーク２１６を介したデータ通信のためのインターフェース２１２として実施例として示される、通信のための１つ以上の入力／出力インターフェースを含んでもよい。データインターフェース２１２は、モデム、イーサネット（登録商標）カード、または任意の他の好適なデータ通信デバイスであってもよい。データインターフェース２１２は、直接または別の外部インターフェースを通してのいずれかでイントラネット、インターネット（ｉｎｔｅｒｎｅｔ）、またはインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）等のネットワーク２１６への比較的に高速なリンクを提供してもよい。ネットワーク２１６への通信リンクは、例えば、光学、有線、または無線（例えば、衛星または８０２．１１Ｗｉ−Ｆｉまたはセルラーネットワークを介した）リンク等の任意の好適なリンクであってもよい。いくつかの側面では、通信は、音響モデムにわたって生じ得る。例えば、ＡＵＶに関して、通信は、そのようなモデムにわたって生じ得る。
【００６７】
代替として、システム２００は、ネットワーク２１６を介したウェブベースの通信対応のメインフレームまたは他のタイプのホストコンピュータシステムを含んでもよい。いくつかの側面では、システム２００はまた、好適な入力／出力ポートを含む、またはプログラミングおよび／またはデータ打込、読出、または操作目的のためのローカルユーザインターフェースとしての役割を果たす、ローカルディスプレイ２０４およびユーザインターフェース２０６（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン）または同等物との相互接続のための相互接続バス２１８を使用してもよい。代替として、サーバ運用要員は、ネットワーク２１６を介して遠隔端末デバイス（図に図示せず）からシステムを制御および／またはプログラミングするために、システム２００と相互作用してもよい。
【００６８】
いくつかの側面では、システムは、１つ以上のコヒーレントセンサ（例えば、ソナー、レーダ、光学アンテナ等）２１４に結合される、ナビゲーションコントローラ１７０等のプロセッサを要求する。地形モデルに対応するデータおよび／またはそのモデルと関連付けられるホログラフィックマップに対応するデータが、メモリ２０８または大容量記憶装置２１０内に記憶されてもよく、プロセッサ２０２によって読み出されてもよい。プロセッサ２０２が、これらのメモリデバイス内に記憶される命令を実行し、本願に説明される方法のうちのいずれか、例えば、グレージング角補償または高周波数ホログラフィックナビゲーションを実施してもよい。
【００６９】
本システムは、情報を表示するためのディスプレイ２０４と、前述のデータの少なくとも一部を記憶するためのメモリ２０８（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュ等）と、前述のデータの少なくとも一部を記憶するための大容量記憶装置２１０（例えば、ソリッドステートドライブ）とを含んでもよい。前述の構成要素の任意のセットが、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース２１２を介してネットワーク２１６に結合されてもよい。前述の構成要素はそれぞれ、相互接続バス２１８を介して通信してもよい。
【００７０】
いくつかの側面では、本システムは、１つ以上のコヒーレントセンサ（例えば、ソナー、レーダ、光学アンテナ等）２１４に結合される、プロセッサを要求する。センサアレイ２１４は、他の構成要素の中でもとりわけ、伝送機、受信アレイ、受信要素、および／または関連付けられる位相中心／仮想要素を伴う仮想アレイを含んでもよい。
【００７１】
地形モデルに対応するデータ、そのモデルと関連付けられるホログラフィックマップに対応するデータ、およびグレージング角補償のためのプロセスが、プロセッサ２０２によって実施されてもよい。本システムは、情報を表示するための、ディスプレイ２０４と、前述のデータの少なくとも一部を記憶するための、メモリ２０８（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュ等）と、前述のデータの少なくとも一部を記憶するための、大容量記憶装置２１０（例えば、ソリッドステートドライブ）とを含んでもよい。前述の構成要素の任意のセットが、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース２１２を介してネットワーク２１６に結合されてもよい。前述の構成要素はそれぞれ、相互接続バス２１８を介して通信してもよい。
【００７２】
動作時、プロセッサ２０２は、センサ２１４からの位置推定値またはセンサ２１４からの波形または画像、および地形モデル、例えば、海底に対応するデータを受信する。いくつかの側面では、そのような位置推定値は、受信されない場合があり、プロセッサ２０２によって実施されるプロセスは、本情報を伴わずに継続する。随意に、プロセッサ２０２は、ナビゲーション情報および／または高度情報を受信してもよく、プロセッサ２０２は、コヒーレントな画像回転アルゴリズムを実施してもよい。システムプロセッサ２０２からの出力は、車両が移動する必要がある位置を含む。システム２００内に含有される構成要素は、サーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ネットワーク端末、ポータブルデバイス、および同等物として使用される汎用コンピュータシステム内に典型的に見出されるものである。事実上、これらの構成要素は、当技術分野において周知であるそのようなコンピュータ構成要素の広いカテゴリを表現することが意図される。
【００７３】
本発明のシステムおよび方法に関わる方法が、非一過性のコンピュータ使用可能および／または可読可能媒体を含むコンピュータプログラム製品内で具現化され得ることが、当業者に明白となるであろう。例えば、そのようなコンピュータ使用可能媒体は、その上に記憶されるコンピュータ可読プログラムコードを有する、ＣＤ  ＲＯＭディスク、従来のＲＯＭデバイス、またはランダムアクセスメモリ、ハードドライブデバイスまたはコンピュータディスケット、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、または任意の同様のデジタルメモリ媒体等の読取専用メモリデバイスから成ってもよい。
【００７４】
随意に、本システムは、慣性ナビゲーションシステム、ドップラセンサ、高度計、ホログラフィックマップの装着部分上にセンサを固定するためのジンバルシステム、全地球測位システム（ＧＰＳ）、長基線（ＬＢＬ）ナビゲーションシステム、超短基線（ＵＳＢＬ）ナビゲーション、または任意の他の好適なナビゲーションシステムを含んでもよい。図３Ａは、例証的圧力容器構成要素を描写する。圧力容器構成要素３００は、総圧力容器構成要素３０２と、１つ以上のボス３０４とを備えてもよい。
【図１Ａ】
2020523974.tif 000003
【図１Ｂ】
2020523974.tif 000004
【図２】
2020523974.tif 000005
【図３】
2020523974.tif 000006
【図４Ａ】
2020523974.tif 000007
【図４Ｂ】
2020523974.tif 000008
【図４Ｃ】
2020523974.tif 000009
【図５】
2020523974.tif 000010
【図６】
2020523974.tif 000011
【国際調査報告】
2020523974.tif 000012
2020523974.tif 000013