(57)【要約】  航空機（１０）のための監視システム（５、２０５）は、航空機の周囲の空気の動きを検知するために使用されるセンサ（２０、３０）を有する。監視システムは、センサからの情報を使用して航空機に対する空気の動きの影響を推定し、そのような影響を補償するために、飛行制御面および推進システムなどの航空機の構成要素をどのように制御するかを決定することができる。監視システムはまた、空気の動き情報に基づいて航空機の性能を評価し、そのような性能を改善するための制御入力を提供することができる。監視システムが、空気の動き情報に基づいて衝突の脅威を回避するためのより最適な飛行経路を決定することも可能である。
2020529349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機監視システム（２０５）であって、
航空機（１０）の外部の空気の動きを検知するための少なくとも１つの光学センサ（２０、３０）と、
検知された空気の動きに基づいて、航空機の翼の空力性能を示す少なくとも１つのパラメータを決定するように構成された、少なくとも１つのプロセッサを有する航空機コントローラ（２２０）と
を備え、少なくとも１つのプロセッサが、翼の空力性能を高めるために、少なくとも１つのパラメータに基づいて航空機を制御するようにさらに構成される、航空機監視システム（２０５）。
【請求項２】
少なくとも１つの光学センサが、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
航空機コントローラが、翼のダウンウォッシュ内の空気の動きの速度に基づいて少なくとも１つのパラメータを決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも１つのパラメータが翼にわたる揚力分布を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも１つのパラメータが誘導抗力である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
航空機コントローラが、少なくとも１つのパラメータに基づいて、翼にわたる揚力分布を決定するように構成され、航空機コントローラが、揚力分布に基づいて航空機を制御するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
航空機監視システム（２０５）であって、
航空機（１０）の外部の空気の動きを検知するための少なくとも１つの光学センサ（２０、３０）と、
検知された空気の動きに基づいて、航空機の外部の突風を示す少なくとも１つのパラメータを決定するように構成された、少なくとも１つのプロセッサを有する航空機コントローラ（２２０）と
を備え、少なくとも１つのプロセッサが、突風に対抗するために、少なくとも１つのパラメータに基づいて航空機を制御するようにさらに構成される、航空機監視システム（２０５）。
【請求項８】
少なくとも１つの光学センサが、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
少なくとも１つのプロセッサが、航空機が突風に到達する前に突風を検出するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
少なくとも１つのプロセッサが、突風によって引き起こされる航空機の経路の変更を低減させるように、少なくとも１つのパラメータに基づいて航空機を制御するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
航空機監視システム（２０５）であって、
航空機（１０）の外部の、空気の動きおよび衝突の脅威を、検知するための少なくとも１つの光学センサ（２０、３０）と、
航空機に関連付けられた性能特性を示すデータを記憶するためのメモリと、
検知された空気の動きおよびデータに基づいて航空機のための避難エンベロープを定義するように構成された、少なくとも１つのプロセッサを有する航空機制御システム（２１０）と
を備え、航空機制御システムが、避難エンベロープに基づいて、衝突の脅威を回避するための経路を選択し、選択された経路に基づいて航空機の速度を制御するようにさらに構成される、航空機監視システム（２０５）。
【請求項１２】
少なくとも１つの光学センサが、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
航空機（１０）を監視するための方法であって、
航空機の複数の光学センサ（２０、３０）を用いて、航空機の外部の空気の動きを検知するステップと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、検知された空気の動きに基づいて、航空機の外部の突風を示す少なくとも１つのパラメータを決定するステップと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、突風に対抗するように、少なくとも１つのパラメータに基づいて航空機を制御するステップと
を含む、航空機を監視するための方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの光学センサが、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
決定するステップが、航空機が突風に到達する前に行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
制御するステップが、突風によって引き起こされる航空機の経路の変更を低減させるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
航空機（１０）を監視するための方法であって、
航空機の少なくとも１つの光学センサ（２０、３０）を用いて、航空機の外部の、空気の動きおよび衝突の脅威を、検知するステップと、
航空機に関連付けられた性能特性を示すデータをメモリに記憶するステップと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、検知された空気の動きおよびデータに基づいて航空機のための避難エンベロープを定義するステップと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、避難エンベロープに基づいて、衝突の脅威を回避するための経路を選択するステップと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、選択された経路に基づいて航空機の速度を制御するステップと
を含む、航空機（１０）を監視するための方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの光学センサが、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサを備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
航空機（１０）を監視するための方法であって、
航空機の複数の光学センサ（２０、３０）を用いて、航空機の外部の空気の動きを検知するステップと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、検知された空気の動きに基づいて、航空機の翼の空力性能を示す少なくとも１つのパラメータを決定するステップと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、翼の空力性能を高めるように、少なくとも１つのパラメータに基づいて航空機を制御するステップと
を含む、航空機（１０）を監視するための方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの光学センサが、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサを備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
決定するステップが、翼のダウンウォッシュ内の空気の動きの速度に基づく、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つのパラメータが翼にわたる揚力分布を示す、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つのパラメータが誘導抗力である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも１つのパラメータに基づいて、翼にわたる揚力分布を決定するステップをさらに含み、制御するステップが揚力分布に基づく、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
航空機は、強風、雨、あられ、凍結温度、または他の気象条件など、飛行中に多種多様の大気条件に遭遇する場合がある。突風は航空機にストレスをかける可能性があり、乗客の快適さ、ならびに航空機の制御性または性能に影響を及ぼす可能性がある。強い突風は、場合によっては、航空機に損傷をもたらす可能性もある。突風の影響は小型の航空機の場合さらに増幅され、微かな風および大気の変動でさえ航空機に大きい影響を与える。
【０００２】
航空機の飛行経路内の突風に関する情報は、情報が正確で十分あらかじめ受信される場合、航空機が強い突風を回避することを可能にすることができる。一部の航空機は、天気予報、他の航空機からの送信、またはオペレータの観測などのソースから突風情報を受け取る。様々なソースが突風に関する情報を提供することが可能な場合でも、航空機はすべての状況ではそのような情報にアクセスできない可能性があり、そのような情報は突風の正確な位置を示さない場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、以下の図面を参照してより良く理解され得る。図面の要素は、必ずしも互いに対して縮尺通りではなく、代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本開示のいくつかの実施形態による、航空機監視システムを有する航空機の三次元斜視図である。
【図２】本開示のいくつかの実施形態による、航空機監視システムの様々な構成要素を示すブロック図である。
【図３】本開示のいくつかの実施形態による、データフィルタを示すブロック図である。
【図４】本開示のいくつかの実施形態による、検知および回避要素を示すブロック図である。
【図５】本開示のいくつかの実施形態による、航空機コントローラを示すブロック図である。
【図６】本開示のいくつかの実施形態による、空気の動きを補償するための方法を示すフローチャートである。
【図７】本開示のいくつかの実施形態による、翼の空力性能を高めるための方法を示すフローチャートである。
【図８】本開示のいくつかの実施形態による、都市環境内で動作する航空機監視システムを有する航空機の三次元斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本開示は、一般に、乗り物を制御するためのシステムおよび方法に関する。いくつかの実施形態では、航空機は、飛行経路の選択、ならびに姿勢および速度の調整などの制御決定を行う際に使用するための空気の動きを検知するために使用されるセンサを有する航空機監視システムを含む。一例として、光検出および測距（ｌｉｇｈｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）センサは、航空機の周囲の空気粒子の動きを検出して、航空機の近傍の複数のポイントでの空気速度を決定するために使用されてよい。検知された空気の動きに基づいて、システムは、強い突風の領域を識別し、航空機の性能に対するそのありそうな影響などの、空気の動きに関する属性も決定することができる。航空機は、次いで、センサデータに基づいて強い突風を回避するか、または空気の動きに対抗するように制御されてよい。
【０００６】
他の例では、システムは、空気の動きに基づいて、他の方法で航空機を制御することができる。一例として、システムは、追い風をより良く利用するか、または向かい風の影響を回避もしくは軽減するのを助けるために、航空機の機首方位を変更することができる。システムはまた、検知および回避アプリケーションにおいて改善された経路選択決定を行うように、航空機を制御することができる。一例として、検知された空気の動きに基づいて、システムは、航空機に対する衝突の脅威の可能性がある検知された物体を回避するための避難エンベロープ（たとえば、可能な経路の範囲）をより正確に決定することができる。そのような避難エンベロープは、航空機の性能特性、ならびにそのような性能特性に対する検知された空気の動きの影響を考慮に入れることができる。避難エンベロープはまた、経路選択のために、検知された空気の動きによって示される強い突風を考慮に入れる（たとえば、強い突風を回避するように避難エンベロープを定義する）ことができる。検知された空気の動きの他の用途は、さらに他の例で可能である。衝突の脅威を回避するように避難エンベロープを定義し、経路を選択するための例示的な技法は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願第６２／５０３，３１１号にさらに記載されている。その中で述べられているように、システムはまた、その能力（たとえば、操縦性）、エネルギー収支、または動作状況などの航空機に関する情報を使用して、避難エンベロープを作成することができる。
【０００７】
いくつかの実施形態では、航空機が空気の動きに遭遇すると、システムは、検知された空気の動きに関する情報を使用して、そのような空気の動きに対抗するように航空機のリソースを制御することができる。たとえば、システムは、航空機に接近する空気の動きを示すセンサデータを使用し、空気の動きが航空機に与えると予想される影響を決定することができる。システムは、次いで、航空機の推進システム、飛行制御面などを制御することにより、航空機が空気の動きに遭遇したときに、航空機に対する検知された空気の動きの影響を補償することができる。たとえば、上向きに進む突風（上昇気流）が航空機を強制的に上向きにするとシステムが決定した場合、システムは、航空機の機首を下向けに傾けて突風に対抗するように、航空機を制御することができる。そのような補償は、航空機を望ましい飛行経路に保つことにより、空気の動きの影響を低減させるのに役立つことができ、乗客の快適さを高めることもできる。システムは、必要に応じて空気の動きを補償するように、航空機のリソースを制御することができる。
【０００８】
別の例では、システムは、空気の動きを示すセンサデータを使用して航空機の性能を示す属性を決定することができ、航空機の性能を改善することを目指して、決定された属性に基づいて（１つ以上の飛行制御面または推進装置の調整などの）制御の決定を行うことができる。一例として、システムは、（たとえば、１つ以上の翼のダウンウォッシュ内で）航空機の背後の空気の動きを分析して、翼の性能を示す誘導抗力などの少なくとも１つのパラメータを決定することができる。そのようなパラメータに基づいて、システムは、パラメータまたは航空機の他の性能特性を最適化することを目指して、姿勢または対気速度の調整などの１つ以上の制御決定を行うことができる。たとえば、誘導抗力を示すパラメータを使用して、システムは翼上の揚力分布を推測し、次いで、対気速度および高度などの現在の動作条件を考慮に入れてより理想的な揚力分布を実現することを目指して、制御入力を提供することができる。したがって、動作条件および空気の動きが変化するときに航空機が調整を続けている間、航空機はより効率的に動作し、それにより範囲を拡大するのに役立つ。
【０００９】
図１は、本開示のいくつかの実施形態による、航空機監視システム５を有する航空機１０の三次元斜視図を描写する。システム５は、センサ２０、３０を使用して、航空機１０の近傍内の突風１６などの空気の動きを検出するように構成される。システム５はまた、航空機１０およびそのルートに関する情報を決定するように構成される。システム５は、航空機１０またはその経路上の空気の動きの影響を低減させる（たとえば、航空機１０上の乱気流を低減させる）ように、航空機１０の推進力、飛行制御面、または他のリソースを制御することなどにより、強い突風に遭遇することを回避する航空機１０が辿るための経路を決定するか、空気の動きを考慮して乗り物性能を最適化するのに役立つ経路を選択するか、または空気の動きの影響に対抗するように航空機１０を制御することができる。加えて、システム５は、一般に、望ましい空力特性（たとえば、揚力、誘導抗力など）を実現することなどにより、検知された空気の動きに基づいて動作中の航空機１０の性能を改善するように構成されてよく、それにより、エネルギー効率を高め、範囲を拡大する。
【００１０】
当技術分野で知られているように、乱気流は、一般に、航空機が空気の動きを通過するときに航空機の速度に急激な変化を引き起こす、そのような空気の動きを指す。乱気流は、航空機をその望ましい飛行経路または姿勢から逸脱させる可能性があり、乗客の不快感を引き起こす可能性もある。乱気流は、上昇気流および下降気流などの突風、または他タイプのウインドシアの形で発生する可能性がある。
【００１１】
航空機１０は様々なタイプの航空機であってよいが、図１の実施形態では、航空機１０は自己操縦型の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機１０として描写されている。航空機１０は、様々なタイプのペイロード（たとえば、乗客、貨物など）を運ぶために構成されてよい。本明細書で開示された実施形態は、一般に、航空機内に実現される航空機監視システム５に帰される機能に関するが、他の実施形態では、自動車または船舶などの他のタイプの乗り物１０とともに、同様の機能を有するシステムが使用されてよい。一例として、監視システムは、ボートまたは船が移動する水の動きを検知するためにボートまたは船に搭載して使用されてよく、空気の場合に本明細書に説明されるように、そのような動きに基づいて制御決定を行うことができる。
【００１２】
航空機１０は有人であっても無人であってもよく、様々なソースからの制御下で動作するように構成されてよい。図１の実施形態では、航空機１０は自己操縦型（たとえば、自律型）である。一例として、航空機１０は、その目的地までの所定のルートを辿ることにより、自律飛行を実行するように構成されてよい。航空機監視システム５は、本明細書に記載されたように航空機１０を制御するために、航空機１０上の飛行コントローラ（図１には示されず）と通信するように構成される。他の実施形態では、航空機１０は、離れたパイロットとのワイヤレス（たとえば、無線）通信などによる遠隔制御下で動作するように構成されてよい。航空機１０の動作を制御するために、様々な他のタイプの技法およびシステムが使用されてよい。航空機の例示的な構成は、参照により本明細書に組み込まれるＰＣＴ出願番号２０１７／０１８１３５、および参照により本明細書に組み込まれる、「Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｔａｋｅｏｆｆ  ａｎｄ  Ｌａｎｄｉｎｇ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  ｗｉｔｈ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｗｉｎｇ  Ｔｉｌｔ」と題され、同日に出願されたＰＣＴ出願番号２０１７／０４０４１３によって開示されている。他の実施形態では、他のタイプの航空機が使用されてよい。
【００１３】
図１の実施形態では、航空機１０は、航空機１０の周囲の空間を監視するための第１のタイプ（たとえば、カメラ、ＬＩＤＡＲなど）の１つ以上のセンサ２０と、同じ空間の冗長な検知またはさらなる空間の検知を提供するための第２のタイプ（たとえば、レーダー、ＬＩＤＡＲなど）の１つ以上のセンサ３０とを有する。いくつかの実施形態では、センサ２０、３０は、航空機１０の周囲の空気の動きを示すセンサデータを提供することができる。一例として、センサ２０、３０は、航空機１０の周囲のエリアをスキャンして、空気の動き（たとえば、航空機１０の周囲の様々なポイントでの空気速度）を検出するように構成されてよい。そのようなセンサデータは、次いで、空気の動きの影響を補償するか、または航空機１０をより効率的に動作させるためにどのように航空機１０を制御するかを決定するために、処理されてよい。加えて、センサ２０、３０のいずれかは、カメラ、電気光学もしくは赤外線（ＥＯ／ＩＲ）センサ、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサ、無線検出および測距（レーダー）センサ、または他のセンサタイプなどの、物体の存在を検出するための任意の光学センサまたは非光学センサを備えてよい。センサ２０、３０は、航空機１０の周囲のエリアをスキャンして空気の運動を示す粒子の動きを検出するため、および航空機１０に衝突の脅威を与える可能性がある物体を検知するための両方で構成されてよい。センサ２０、３０は、回転、位置の変更、様々な冗長な検知の実行などの望ましい検知を実現するために、様々な動作を実行することができる。センサ２０、３０を使用して物体を検知するための例示的な技法は、ＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／２５５９２およびＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／２５５２０に記載されており、それらの各々はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、システム５は、塵、汚染物質、水分粒子などの空気中の粒子の運動を示すセンサデータを使用して、空気の動きを検出するように構成されうる。空中浮遊粒子の動きは、乱気流１６の領域を示すことができる。たとえば、空中浮遊粒子の動きは、粒子を運ぶ空気の動きに対応しうる。したがって、空中浮遊粒子の運動を監視することにより、システム５は、粒子に関連付けられた空気の運動（たとえば、速度）を決定することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、粒子の動きを検出するために、システム５は、航空機１０の周囲のエリアをスキャンするように構成されたＬＩＤＡＲセンサなどのセンサ２０、３０からセンサデータを受信し処理することができる。例示の目的で、以後、特に明記しない限り、センサ２０、３０はＬＩＤＡＲセンサとして実現されると仮定する。しかしながら、他の実施形態では空気の動きを検知するための他のセンサが使用されてよいことは強調されるべきである。
【００１６】
システム５は、センサ２０、３０からのデータを使用して空中浮遊粒子を識別し、そのような粒子の動きを評価して、そのようなポイントでの空気速度を決定することができる。以下でより詳細に説明されるように、システム５は、センサデータ（たとえば、ＬＩＤＡＲセンサのレーザーからの光学応答）をフィルタリングして、大きい物体からの応答と空中粒子などのより小さい物体からの応答を分離するように構成されてよい。
【００１７】
空気の動きを検出することに加えて、システム５は、そのような空気の動きに基づいて、航空機１０の性能特性に関する決定または推定を行うこともできる。たとえば、以下でより詳細に説明されるように、システム５は、誘導された速度または誘導抗力などの、少なくとも１つの翼の空力性能を示すパラメータを推定し、パラメータを使用して、より最適な性能を実現するための制御調整を行うことができる。
【００１８】
システム５はまた、（たとえば、突風１６に関連付けられた気流の速度の推定に基づいて）航空機１０が強い突風１６を回避しようと試みるべきか、またはその影響を補償しようと試みるべきかを決定することができる。たとえば、強い突風（たとえば、しきい値を超える空気速度の変化に関連付けられた突風）の場合、システム１０は、突風１６と交差しない飛行経路を選択することにより、突風を回避しようと試みることができる。あるいは、突風１６を回避するのではなく、システム５は、突風１６に接近し遭遇する際にその影響に対抗するように航空機１０を制御することによって突風１６を補償することができる。
【００１９】
米国特許出願第６２／５０３，３１１号に記載されている他の情報に加えて、システム５は、避難エンベロープ（図１には具体的に示されていない）を生成するときに空気の動きに関する情報を使用できることに留意されたい。一例として、システム５は、強い突風１６の位置に注意し、突風１６に対処するように避難エンベロープの形状を調整することができる。システム５はさらに、センサ２０、３０からのセンサデータ内で検知される物体を回避するだけでなく、強い突風１６を回避するか、または航空機１０へのその影響を低減もしくは補償する避難エンベロープ内の飛行経路を選択することができる。避難エンベロープは、検知された空気の動きに対処するように様々な形状をとることができる。その上、航空機監視システム５は、航空機１０に関する情報を使用して、別の航空機、地形などの衝突の脅威を回避するために航空機１０が安全に辿ることができる経路の可能な範囲（たとえば、所定の安全マージン内など）を表す避難エンベロープ（図１には具体的に示されていない）を決定することができる。システム５は、次いで、航空機１０が辿るためのエンベロープ内の飛行経路（たとえば、避難経路）を選択することができる。避難経路（具体的に図示せず）を識別する際に、システム５は、検知された空気の動きに関するセンサ２０、３０からの情報（たとえば、速度）を使用することができる。避難経路はまた、航空機１０が実行した回避操縦の前に航空機１０が辿っていたおおよその機首方位に戻るように定義されてよい。
【００２０】
図２は、本開示のいくつかの実施形態による、航空機監視システム２０５の様々な構成要素を示すブロック図である。図２によって示されたように、航空機監視システム２０５は、複数のセンサ２０、３０と、データフィルタ２５０と、検知および回避要素２０７ならびに航空機コントローラ２２０を有する航空機制御システム２１０とを含んでよい。特定の機能は航空機監視システム２０５の様々な構成要素に帰されてもよいが、そのような機能は、いくつかの実施形態では、システム２０５の１つ以上の構成要素によって実行されてよいことが理解されよう。加えて、いくつかの実施形態では、システム２０５の構成要素は航空機１０またはその他に存在することができ、有線（たとえば、導電性）、光、またはワイヤレス通信を含む様々な技法を介して、システム２０５の他の構成要素と通信することができる。さらに、システム２０５は、本明細書に記載された機能を実現し、一般に、検知動作および航空機制御を実現するための、図２に具体的に描写されていない様々な構成要素を備えてよい。
【００２１】
航空機監視システム２０５の検知および回避要素２０７は、センサデータおよび航空機コントローラ２２０から受信された空気の動きデータの処理を実行して、航空機１０が辿るための経路を決定することができる。いくつかの実施形態では、図２によって示されたように、検知および回避要素２０７は、各センサ２０、３０からのセンサデータを受信し、センサ２０、３０からのセンサデータを処理し、航空機コントローラ２２０に信号を提供するために、データフィルタ２５０に結合されてよい。検知および回避要素２０７は、センサ２０、３０からのセンサデータ、および航空機コントローラ２２０からの情報を受信し処理することが可能な様々なタイプのデバイスであってよい。検知および回避要素２０７は、ハードウェアまたはハードウェアとソフトウェア／ファームウェアの組合せに実装されてよい。一例として、検知および回避要素２０７は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアもしくはファームウェアでプログラムされたマイクロプロセッサ、または説明された機能を実行するための他のタイプの回路を備えてよい。検知および回避要素２０７の例示的な構成は、図４を参照して以下でより詳細に説明される。
【００２２】
図２によって示されたように、航空機コントローラ２２０は、検知および回避要素２０７ならびにデータフィルタ２５０に結合されてよい。航空機コントローラ２２０は、検知および回避要素２０７ならびにデータフィルタ２５０からデータを受信し処理することが可能な様々なタイプのコントローラであってよく、ハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアの組合せに実装されてよい。一例として、航空機コントローラ２２０は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアもしくはファームウェアでプログラムされたマイクロプロセッサ、または説明された機能を実行するための他のタイプの回路を備えてよい。以後より詳細に説明されるように、航空機１０の予想経路内またはその近くの検知された空気の動きに基づいて、コントローラ２２０は、航空機の１０の速度（スピードおよび／もしくは方向）または姿勢を変更するように、航空機１０のリソース（たとえば、アクチュエータおよび推進システム）を制御するように構成されてよい  一例として、航空機コントローラ２２０は、検知された空気の動きの影響に対抗するか、または航空機１０の性能を高めることを目指して、航空機１０を制御することができる。航空機コントローラ２２０の例示的な構成は、図５を参照して以下でより詳細に説明される。
【００２３】
航空機コントローラ２２０は、航空機１０の様々な動作を制御するための航空機１０の様々なリソースに結合されてよい。いくつかの実施形態では、航空機コントローラ２２０は、信号を提供するか、またはそうでない場合飛行制御システム２５５を制御することにより、航空機１０の適切な制御動作を実行することができ、  飛行制御システム２５５は、１つ以上の補助翼、フラップ、エレベータ、または舵などの複数の飛行制御面（具体的に図示せず）を含んでよい。飛行制御システム２５５はまた、必要に応じて飛行制御面を制御するためのアクチュエータ（具体的に図示せず）を含んでよい。航空機コントローラ２２０はまた、以下でより詳細に説明されるように、必要に応じて飛行動作のために推進システム２６３を制御することができる。
【００２４】
１つ以上の航空機センサ２５７は、航空機１０の様々な構成要素の動作および性能を監視することができ、そのような動作および性能を示すフィードバックをコントローラ２２０に送信することができる。一例として、センサ２５７は、１つ以上の高度計、対気速度インディケータ、機首方位インディケータ、ターンアンドスリップインディケータ、垂直スピードインディケータ、または飛行を監視するために使用される他のタイプのセンサを含んでよい。必要な場合、航空機コントローラ２２０は、検知された空気の動きに基づいて、同じ飛行パラメータの冗長な検知を実行することができる。一例として、航空機コントローラ２２０は出力インターフェース２５９に結合されてよく、出力インターフェース２５９は、対気速度  、ターンアンドスリップ、少なくとも１つの翼の迎え角、または横滑り角などの検知されたパラメータを示す出力（たとえば、視覚指示または音声指示）を提供するための、１つ以上のグラフィカルディスプレイまたは他のタイプのインターフェースを含んでよい。
【００２５】
加えて、航空機コントローラ２２０は、センサ２５７によって測定された飛行パラメータを、検知された空気の動きに基づいて航空機コントローラ２２０によって決定された飛行パラメータと比較して、しきい値を超える相違があるときに警告を提供することができる。一例として、センサ２０、３０によって検知された空気の動きから導出された対気速度が、センサ２５７（たとえば、ピトー管）によって検知された対気速度と少なくともしきい値の量だけ異なる場合、航空機コントローラ２２０は、相違を警告するために、出力インターフェース２５９または他の方法を介して警告を提供することができる。別の例では、センサ２０、３０によって検知された空気の動きから導出された迎え角が、失速が差し迫っていることを示す事前定義された範囲内に収まる場合、航空機コントローラ２２０は失速警告を提供することができる。他の実施形態では、センサ２０、３０（たとえば、ＬＩＤＡＲセンサ）によって検知された空気の動きに基づいて、様々な他のタイプの飛行パラメータが航空機コントローラ２２０によって監視されてよい。
【００２６】
図２によって示されたように、航空機コントローラ２２０は、航空機１０の推進システム２６３に結合され、それを制御することができる。推進システム２６３は、航空機１０に推進力または推力を提供するための、エンジンおよびプロペラなどの様々な構成要素を備えてよい。航空機コントローラ２２０は、必要に応じて、１つ以上のプロペラの回転スピードを制御するための信号などの、推進システム２２０を制御するための１つ以上の信号を提供することができる。
【００２７】
図３は、本開示のいくつかの実施形態による、データフィルタ２５０を描写する。図３によって示されたように、データフィルタ２５０は、センサ２０、３０からセンサデータを受信し、フィルタリングされたセンサデータを検知および回避要素２０７ならびに航空機コントローラ２２０の各々に提供するために結合される。図３によって示されたように、データフィルタ２５０は、複数のフィルタ２５４、２５６の各々にセンサデータを提供するためにスプリッタ２５２に結合されてよい。簡単にするために図３には単一のスプリッタ２５２が描写されているが、本明細書に説明された機能を実現するために様々な数のスプリッタが可能である。
【００２８】
スプリッタ２５２に結合された各フィルタ２５４、２５６は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの様々な組合せに実装されてよく、スプリッタ２５２から受信されたセンサデータの望ましいフィルタリングを実行するための様々なタイプのフィルタのいずれかであってよい。フィルタ２５４、２５６は、ハイパス、ローパス、または他のタイプのフィルタとして構成されてよく、フィルタ２５４、２５６に帰される機能を実現するための追加の構成要素（たとえば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなど）を備えてよい。フィルタ２５４、２５６は、スプリッタ２５２から受信されたセンサデータから望ましいタイプではないデータをフィルタリング（たとえば、除去、廃棄、ミュート、低減など）し、検知および回避要素２０７ならびに航空機コントローラ２２０などの１つ以上の航空機構成要素にフィルタリングされたデータを提供するように構成されてよい。たとえば、フィルタ２５４は、センサ２０、３０からのデータをフィルタリングして、航空機１０に衝突の脅威をもたらす可能性がある他の航空機、鳥、建物、地形、および他のタイプの物体などの大きい物体（たとえば、事前定義されたしきい値を超える寸法を有する物体）を示すデータを除去し、フィルタリングされたデータを航空機コントローラ２２０に提供するように構成されてよい。したがって、フィルタ２５４からのフィルタリングされたデータは、空気の動きによって運ばれる可能性がある塵、蒸気、小さい破片、汚染物質、および他の粒子などの小さい空中浮遊粒子を示す（たとえば、サイズおよび位置に関する情報を提供する）。航空機コントローラ２２０は、そのようなフィルタリングされたデータを使用して、航空機に関する制御決定を行う（たとえば、速度または姿勢を制御する）ための空気の動き（たとえば、航空機１０の近傍内の様々なポイントでの速度）を決定することができる。
【００２９】
フィルタ２５６は、センサ２０、３０からのデータをフィルタリングして、塵、蒸気、小さい破片、および汚染物質などの小さい粒子（たとえば、事前定義されたしきい値未満の寸法を有する物体）を示すデータを除去し、フィルタリングされたデータを検知および回避要素２０７に提供するように構成されてよい。したがって、フィルタ２５６からのフィルタリングされたデータは、航空機１０に衝突の脅威をもたらす可能性がある他の航空機、鳥、建物、地形、および他のタイプの物体などの大きい物体を示す（たとえば、サイズおよび位置に関する情報を提供する）。検知および回避要素２０７は、フィルタリングされたデータを使用して、そのような衝突の脅威を回避するように制御決定を行うために、航空機１０に対する衝突の脅威となり得る物体を識別することができる。簡単にするために図３には２つのフィルタが描写されているが、他の実施形態では、センサ２０、３０から受信された様々なタイプの望ましいデータをフィルタリングするための様々な数のフィルタが可能であることを理解されたい。
【００３０】
図４は、本開示のいくつかの実施形態による、検知および回避要素２０７を描写する。図４によって示されたように、検知および回避要素２０７は、１つ以上のプロセッサ３１０と、メモリ３２０と、データインターフェース３３０と、ローカルインターフェース３４０とを含んでよい。プロセッサ３１０は、フィルタ２５０（図１、図２）から受信されたセンサデータ、および航空機コントローラ２２０（図２）からのエンベロープデータの処理などの、様々な機能を実行するためにメモリに記憶された命令を実行するように構成されてよい。プロセッサ３１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、ＦＰＧＡ、他のタイプの処理ハードウェア、またはそれらの任意の組合せを含んでよい。さらに、プロセッサ３１０は、より高速の処理スピードおよび冗長性を提供するために、任意の数の処理装置を含んでよい。プロセッサ３１０は、少なくとも１つのバスを含むことができるローカルインターフェース３４０を介して、検知および回避要素２０７内の他の要素と通信し、それらを駆動することができる。さらに、データインターフェース３３０（たとえば、ポートまたはピン）は、検知および回避要素２０７の構成要素を、センサ２０、３０、データフィルタ２５０、および航空機コントローラ２２０などのシステム２０５の他の構成要素とインターフェースすることができる。
【００３１】
図４によって示されたように、検知および回避要素２０７は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せに実装され得る検知および回避ロジック３５０を備えてよい。図４では、検知および回避ロジック３５０はソフトウェアに実装され、プロセッサ３１０が実行するためにメモリ３２０に記憶される。しかしながら、他の実施形態では、検知および回避ロジック３５０の他の構成が可能である。
【００３２】
検知および回避ロジック３５０は、ソフトウェアに実装されると、命令をフェッチおよび実行することができる命令実行装置により、またはそれとともに使用するための任意のコンピュータ可読媒体に記憶および転送され得ることに留意されたい。本文書のコンテキストでは、「コンピュータ可読媒体」は、命令実行装置により、またはそれとともに使用するためのコードを収容するかまたは記憶することができる任意の手段であり得る。
【００３３】
検知および回避ロジック３５０は、物体と航空機１０との間に衝突リスクがあるかどうかを評価する際に使用するためにデータフィルタ２５０（図２）からデータを受信するように構成される。米国特許出願第６２／５０３，３１１号により詳細に説明されているように、検知および回避ロジック３５０は、受信されたデータに基づいて衝突の脅威を識別し、各識別された衝突の脅威を航空機コントローラ２２０に通知するように構成される。検知および回避ロジック３５０は、識別された物体を分類し（たとえば、物体タイプを決定し）、物体の速度、分類、および可能な飛行性能などの物体に関する情報をコントローラ２２０に提供することができる。以下に説明されるように、コントローラ２２０は、避難エンベロープを生成し、検知および回避要素２０７に提供する際に、そのような情報を使用することができる。そのような避難エンベロープは、各識別された衝突の脅威を回避するための可能な経路の範囲を定義する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、検知および回避ロジック３５０は、フィルタ２５６（図３）によってフィルタリングされたセンサデータを使用して物体を識別できることに留意されたい。上で説明されたように、フィルタ２５６から受信されたデータは、小さい空中浮遊粒子（たとえば、塵、蒸気など）を示すデータを除去するためにフィルタリングされたセンサデータを含んでよい。したがって、検知および回避要素２０７に提供されるデータは、航空機１０に衝突の脅威を与える可能性がある物体、または物体の周囲の空気の運動を必ずしも示さない方式で移動する可能性がある他の物体を示すことができる。このフィルタリングされたセンサデータは、検知および回避要素２０７に提供されてよく、検知および回避ロジック３５０が使用するためのセンサデータ３４３として記憶されてよい。検知および回避ロジック３５０は、センサデータ３４３を使用して、本明細書および参照により本明細書に組み込まれる文書に説明されている物体の検出、分類、評価、および他の動作を実行するように構成される。
【００３５】
検知および回避要素２０７は、航空機コントローラ２２０からの避難エンベロープを示すデータ「エンベロープデータ」（図４には具体的に示されていない）を受信するように構成されることに留意されたい。いくつかの実施形態では、航空機コントローラ２２０から提供される避難エンベロープは、空気の動きの存在に対処するように定義されてよい。一例として、避難エンベロープは、強い突風の領域（たとえば、ある特定のしきい値を超える速度変化を伴う突風）を通って航空機を連れていく経路を除外するように定義されてよい。検知および回避ロジック３５０は、避難エンベロープを使用してエンベロープ内の避難経路を選択し、選択された避難経路を航空機コントローラ２２０に提案するように構成され、次いで、航空機コントローラ２２０は選択された避難経路に沿って飛行するように航空機１０を制御することができる。上で説明されたように、避難エンベロープから強い突風のエリアを除外することにより、検知および回避要素２０７は、そのようなエリアを通過する避難経路を選択するのを防止される。加えて、以下でより詳細に説明されるように、避難エンベロープの形状は、風が航空機１０の性能能力に与える可能性がある影響に対処するように、検知された空気の動きによって影響を受ける場合がある。
【００３６】
検知および回避ロジック３５０は、（たとえば、データフィルタ２５０のフィルタ２５６からの）新しいデータが利用可能になるときに、センサデータ３４３およびエンベロープデータ３４５を動的に処理するように構成される。一例として、検知および回避要素２０７がデータフィルタ２５０または航空機コントローラ２２０から新しいデータを受信すると、検知および回避ロジック３５０は新しいデータを処理し、以前に行われた任意の決定を必要に応じて更新する。したがって、検知および回避ロジック３５０は、データフィルタ２５０から新しい情報を受信すると、センサデータ３４３および物体に関する情報（たとえば、位置、速度、脅威エンベロープなど）を更新することができる。加えて、検知および回避ロジック３５０は、航空機コントローラ２２０から更新された避難エンベロープ２５を受信し、更新された情報を使用して、更新された避難エンベロープ内の航空機コントローラ２２０に提案する新しい避難経路を選択することができる。したがって、センサデータ３４３およびエンベロープデータ（具体的に図示せず）は、条件が変化するにつれて繰り返し更新される。
【００３７】
図５は、本開示のいくつかの実施形態による、航空機コントローラ２２０を描写する。図５によって示されたように、航空機コントローラ２２０は、１つ以上のプロセッサ４１０と、メモリ４２０と、データインターフェース４３０と、ローカルインターフェース４４０とを含んでよい。プロセッサ４１０は、航空機データ４４３およびルートデータ４４５の処理などの様々な機能を実行するために、メモリに記憶された命令を実行するように構成されてよい。プロセッサ４１０には、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、ＦＰＧＡ、他のタイプの処理ハードウェア、またはそれらの任意の組合せが含まれてよい。さらに、プロセッサ４１０は、より高速の処理スピードおよび冗長性を提供するために、任意の数の処理装置を含んでよい。プロセッサ４１０は、少なくとも１つのバスを含むことができるローカルインターフェース４４０を介して、航空機コントローラ２２０内の他の要素と通信し、それらを駆動することができる。さらに、データインターフェース４３０（たとえば、ポートまたはピン）は、ミッション処理要素２１０の構成要素を、検知および回避要素２０７ならびにデータフィルタ２５０などのシステム５の他の構成要素とインターフェース接続することができる。
【００３８】
図５によって示されたように、航空機コントローラ２２０は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せに実装され得る航空機制御ロジック４５０を備えてよい。図５では、航空機制御ロジック４５０はソフトウェアに実装され、プロセッサ４１０が実行するためにメモリ４２０に記憶される。しかしながら、他の実施形態では、航空機制御ロジック４５０の他の構成が可能である。航空機制御ロジック４５０は、ソフトウェアに実装されると、命令をフェッチおよび実行することができる命令実行装置により、またはそれとともに使用するための任意のコンピュータ可読媒体に記憶および転送され得ることに留意されたい。
【００３９】
航空機制御ロジック４５０は、航空機データ４４３、運航データ４４４、ルートデータ４４５、および空気の動きデータ４４８などの情報を処理して空気の動きを補償し、ならびに、上で説明されたように避難エンベロープを生成し、それを検知および回避要素２０７に提供するように構成されてよい。
【００４０】
航空機データ４４３は、航空機１０の様々なスピード（たとえば、超過禁止スピード、様々な飛行構成のための通常の動作スピード、失速スピードなど）、操縦性、パワー要件、ならびに航空機の能力および飛行性能を決定する際に有用な他の情報などの、航空機１０に関連付けられた性能特性に関する情報を含む。特に、航空機データ４４３は、理想的な（たとえば、実験的または理論的な）空力条件などの、航空機１０の空力性能に関する情報を含んでよい。航空機データ４４３はさらに、乗客または貨物の重量、任意の乗客が航空機１０に乗っているかどうか、または航空機１０の飛行性能特性を制限するか、またはそれ以外で影響を及ぼす可能性がある他の情報などの、航空機１０に関する様々な情報を示すことができる。航空機データ４４３は、航空機１０の様々な飛行構成に対して異なる特性を示す場合があることに留意されたい。一例として、プロペラまたはエンジンなどのすべての構成要素が動作しているときの航空機１０の性能特性は、１つ以上の構成要素（たとえば、プロペラ）の故障後に異なる可能性があり、航空機データ４４３は、特定の構成要素の故障を被っているときの航空機１０の性能を示すことができる。航空機データ４４３は、製造仕様または運航前の航空機４４３の試験に基づいて事前定義され、メモリ内で航空機に関連付けられ、飛行中に航空機コントローラ２２０で受信された測定または検知データに基づいて更新されてよい。
【００４１】
動作データ４４４は、航空機の現在の機種方位、スピード、高度、スロットル設定、ピッチ、ロール、ヨー、燃料レベルまたはバッテリパワー、および他の動作情報などの、航空機１０の現在の動作条件に関する情報を含む。動作データ４４４はまた、航空機１０の飛行中の様々な時間または時間期間の間の現在の（たとえば、システム２０５のセンサによって測定された）空力条件に関する情報を含んでよい。一例として、航空機データ４４３は、所与の時間に、または所与の時間期間の間に航空機１０の様々な構成要素（たとえば、翼、プロペラ、胴体、エンジンカウリングなど）に存在する圧力、揚力、抗力、または他の空気力に関する情報、ならびに航空機１０の様々な構成要素の誘導抗力または誘導された速度（たとえば、分布またはプロファイル）に関する情報を含んでよい。そのような情報は、１つ以上の航空機センサから航空機コントローラ２２０によって受信されてよい。動作データ４４４はまた、飛行制御面（補助翼、エレベータ、舵、フラップなど）、推進システムのプロペラ、翼構成、または可変もしくは調整可能な構成を有する航空機１０の他の構成要素などの、航空機１０の構成要素の現在の向きに関する情報を含んでよい。一例として、動作データ４４４は、航空機１０の翼のピッチ、航空機１０の推進システムのプロペラのトリムなどに関する情報を含んでよい。
【００４２】
ルートデータ４４５は、航空機１０が飛行しているルートに関する情報を含む。一例として、ルートデータ４４５は、航空機１０をその望ましい目的地にナビゲートするために使用される通過点を定義することができ、ルートデータ４４５は、衝突回避またはナビゲーションに使用され得るルートに沿った様々な障害物または物体（たとえば、建物、橋、タワー、地形など）を示すことができる。ルートデータ４４５は、制限空域（たとえば、航空機１０が飛行することを許可されていない空域）の位置も示すことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、ルートデータ４４５は、航空機制御ロジック４５０によって検出された突風１６の位置に関する情報を含んでよい。ルートデータ４４５は、強い突風１６が検出されるかまたは発生する可能性が高い領域にナビゲートしないように航空機１０を防止する制限を示す識別子を含んでよい。ルートデータ４４５は、航空交通管制または他の目的のために、遠隔システムとの通信に基づいて航空機制御ロジック４５０によって更新されてよい。一例として、航空機１０は、航空機１０が留まらなければならない空域のブロックまたは回廊を割り当てられる場合があり、それにより、航空機１０が強い突風１６または衝突の脅威を回避するために取り得る可能なルートが制限される。さらに、ルートデータ４４５は、乱気流１６を補償するときに航空機１０がルートデータ４４５内のその目的地または次の通過点までの本質的に直線の飛行経路を維持することを可能にする経路を示す情報を含んでよい。ルートデータ４４５は、新しい突風１６、ルートに沿った新しい衝突の脅威、または新しい航空交通管制指示などの、ルートに関する情報が検知されると、航空機コントローラ２２０によって事前定義され、必要に応じて更新されてよい。
【００４３】
空気の動きデータ４４８は、センサ２０、３０から（たとえば、データフィルタ２５０のフィルタ２５４から）のデータを使用して航空機制御ロジック４５０により決定される場合があるような、航空機１０の周囲の空気の運動に関する情報を含む。空気の動きデータ４４８は、空中浮遊粒子を示すフィルタリングされたセンサデータに基づいて、航空機１０の周囲の空中浮遊粒子の運動を定義することができる。たとえば、空中浮遊粒子の動きを示す空気の動きデータ４４８内の情報は、航空機１０が遭遇する可能性がある航空機１０の周囲の様々なタイプの空気の運動（たとえば、突風、上昇気流、下降気流、航空機１０の後方へのダウンウォッシュなど）に関連付けられてよい。空気の動きデータ４４８は、航空機１０の周囲の空間における空気の動きの３次元マップを生成する際に航空機制御ロジック４５０が使用するために、航空機１０の周囲の領域または空間を用いてセンサデータ内の浮遊粒子の位置を定義することができる。航空機制御ロジック４５０は、そのような３次元マップを空気の動きデータ４４８に記憶し、マップに影響を与える新しいデータが利用可能になるとマップを時々更新することができる。空気の動きデータ４４８は、（たとえば、航空機データ４４３などの情報に基づいて）空気の動きを補償するために、検出された空気の動きと航空機１０に対して利用可能な飛行操作との間の関係を定義するテーブルまたは他の情報などの情報をさらに含むことができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、航空機制御ロジック４５０は、航空機１０が物体を回避しようと試みているときなどに、空気の動きデータ４４８を使用して、航空機１０が飛行するための利用可能なルートを示す避難エンベロープを生成することができる。避難エンベロープの特性は、（たとえば、航空機データ４４３および動作条件４４４に基づく）空域の制限または航空機の性能の制限を含む様々な要因によって制限される場合がある。たとえば、ロジック４５０は、航空機１０が強い突風１６に遭遇する領域に注意し、その領域を通って航空機１０を連れていく経路を除外するように避難エンベロープを制限することができ、それにより、強い突風１６からもたらされる乱気流が回避される。いくつかの実施形態では、避難エンベロープは、（たとえば、以下でさらに説明されるように、空気の動きデータ４４８、更新された航空機データ４４３、および動作データ４４４に基づいて）航空機の性能に対する空気の動きの影響に対処するように修正されてよい。
【００４５】
一例として、避難エンベロープを定義する際に、航空機制御ロジック４５０は、航空機データ４４３によって示される航空機１０の性能特性、およびそのような性能特性に対する空気の動きの影響を考慮に入れることができる。これに関して、空気の動き（たとえば、風または乱気流）は、航空機１０が旋回、上昇、または下降することが可能な速度を制限する可能性があり、それにより、地球に対する空気の動きがない例に対して、航空機１０が飛行することが可能な経路の範囲が変更される。したがって、空気の動きデータ４４８によって示される空気の動きを考慮に入れると、航空機制御ロジック４５０によって生成された避難エンベロープを変更し、それにより、航空機１０の位置およびその周囲の実際の空気の動き条件を考慮してより正確な避難エンベロープが提供される。
【００４６】
航空機制御ロジック４５０はまた、空気の動きデータ４４８を使用して、空気の動きを補償するための制御決定を行うように構成されてよい。航空機１０が突風１６に遭遇すると、航空機制御ロジック４５０は、検知された空気の動きに基づいて、突風１６の影響に対抗するように航空機１０を制御しようと試みることができる。一例として、航空機制御ロジック４５０は、空気の動きの力または速度などの空気の動きを示すパラメータを決定し、そのようなパラメータに基づいて、航空機１０に空気の動きに対抗するのに十分な制御入力を決定することができ、それにより、航空機１０の性能に対する検知された空気の動きの影響が補償される。一例として、航空機制御ロジック４５０が、航空機１０がかなりの下降気流のエリアに入っていると決定した場合、航空機制御ロジック４５０は、下降気流によって引き起こされる航空機の飛行経路に対する下方への変化を低減させるためのより大きい揚力を生成することを目指して、航空機１０を上方に傾斜させることができる。加えて、航空機制御ロジック４５０は、下降気流の影響に対抗することを目指して、プロペラスピードを上げて揚力を増大させることができる。特に、航空機１０が空気の動きに到達する前にそれが検出される場合があり、必要に応じて空気の速度の迫り来る変化に備えて、航空機１０が空気の動きに遭遇するとき、または空気の動きが遭遇される少し前に、制御入力が提供される場合がある。検知された空気の動きの推定される影響に応じて、他のタイプの制御入力が可能である。
【００４７】
いくつかの実施形態では、航空機制御ロジック４５０は、空気の動きデータ４４８に基づいて空気の動きを分析し、航空機の性能を最適化するように航空機の構成要素を制御するように構成される。たとえば、空気の動きデータ４４８に基づいて、航空機制御ロジック４５０は、航空機１０が遭遇している空気力を推定し、そのような推定に基づいて制御調整を行うことができる。これに関して、空気の動き（特に、強い上昇気流、下降気流、および風）は、空気力（たとえば、揚力および誘導抗力）ならびに翼にわたる力分布（たとえば、揚力分布）に重大な影響を与える可能性がある。空気の動きデータ４４８に基づいて、ロジック４５０が、航空機１０が被っているかまたは被る空気力を示すパラメータを推定し、より最適な飛行性能を実現するために、航空機１０をどのように制御する（たとえば、姿勢または推進力を調整する）かを決定することが可能である。ルートに沿ったより効率的な飛行を実現することにより、航空機１０の範囲を大幅に拡大することができる。空気の動きに基づいて、航空機１０の飛行特性および飛行性能を最適化するための適切な制御入力を決定するために使用され得るいくつかの技法が存在する。例示の目的で、いくつかの例示的な技法が以下でより詳細に説明されるが、これらの技法に対する様々な変更および修正が可能であることは強調されるべきである。
【００４８】
これに関して、当技術分野で知られているように、翼が発生させる揚力は、翼の揚力特性に基づくダウンウォッシュを作り出す。航空機制御ロジック４５０は、空気の動きデータ４４８に基づいて、少なくとも１つの翼からのダウンウォッシュを分析して、翼の性能を示す少なくとも１つの空力パラメータを決定するように構成される。一例として、航空機１０の後方の翼のダウンウォッシュ内で、航空機制御ロジック４５０は、航空機の運動方向に垂直な誘導された速度を測定して、誘導抗力の推定値を提供することができる。誘導抗力に基づいて、航空機制御ロジック４５０は、翼にわたる揚力分布を推測し、次いで、航空機の現在の動作条件に対してより最適な揚力分布を提供し、それにより翼の性能を改善するために、姿勢調整または推力（たとえば、プロペラスピード）の調整などの制御入力を提供することができる。
【００４９】
一例として、航空機データ４４３は、対気速度および高度などの様々な動作条件のセットに対する理想的な揚力分布を示す情報を記憶することができる。航空機制御ロジック４５０が、空気の動きデータ４４８の分析に基づいて現在の揚力分布を推測するとき、航空機制御ロジック４５０は、航空機のセンサ２５７によって示される高度および対気速度などの航空機の現在の動作条件に対する翼の理想的な揚力分布を示す情報を求めて、航空機データ４４３をサーチすることができる。空気の動きデータ４４８から推定またはそれ以外で決定された翼の現在の揚力分布およびその理想的な揚力分布に基づいて、航空機制御ロジック４５０は、理想に近い揚力分布を実現する可能性がある１つ以上の制御入力を決定することができる。一例として、ロジック４５０は、翼の実際の揚力分布がより最適になるように、飛行制御面を調整するか、または推進装置を調整（たとえば、１つもしくは複数のプロペラのプロペラスピードを変更）して、航空機１０の姿勢または対気速度を変更することができる。翼のダウンウォッシュの監視を継続することにより、航空機制御ロジック４５０は、条件が変化するにつれて、より最適な揚力分布、したがってより効率的な飛行を提供するために、調整を続けることができる。他の実施形態では、航空機制御ロジック４５０は、航空機の性能を評価するための他のタイプのパラメータを決定することができる。
【００５０】
航空機制御ロジック４５０は、航空機１０に対する適切な制御調整を決定してより最適な性能を実現するために、空気力および力分布、ならびに他の飛行性能特性を動的に計算できることに留意されたい。しかしながら、計算が事前に実行され、システムが翼のダウンウォッシュについての空気の動きデータ４４８によって示される特定の空気の動き（たとえば、誘導された速度）を、様々な動作条件のための望ましい制御入力に相関させて最適な性能を実現するデータを記憶することが可能である。そのような実施形態では、航空機制御ロジック４５０は、リアルタイムの空気力計算を実際に実行することなく、測定された空気の動きおよび現在の動作条件に基づいて、適切な制御入力を調べるように構成されてよい。他の実施形態では、さらに他の変更および修正が可能である。
【００５１】
空気の動きに対抗するためのシステム２０５の例示的な使用および動作が、図６を参照して以下でより詳細に説明される。
【００５２】
ステップ６０２において、１つ以上のセンサ２０、３０は、ＬＩＤＡＲを使用して航空機１０の周囲の空間を検知することができる。センサ２０、３０は、次いで、ＬＩＤＡＲのデータ応答を示すセンサデータをデータフィルタ２５０に提供することができる。データフィルタ２５０は、１つ以上のセンサ２０、３０からセンサデータを受信することができ、スプリッタ２５２は、センサデータを示すデータ信号を１つ以上の経路に分割することができる。その後、処理はステップ６０４に続くことができる。
【００５３】
ステップ６０４において、フィルタ２５４および２５６は、それぞれ、航空機コントローラ２２０ならびに検知および回避要素２０７にフィルタリングされたセンサデータを提供する前に、ＬＩＤＡＲセンサデータからの物体または粒子を示すデータをフィルタリングすることができる。フィルタ２５４は、小さい粒子を示すフィルタリングされたセンサデータを航空機コントローラ２２０に提供することができ、フィルタ２５６は、比較的大きい物体を示すフィルタリングされたセンサデータを検知および回避要素２０７に提供すことができる。航空機コントローラ２２０がフィルタ２５６からフィルタリングされたセンサデータを受信した後、処理はステップ６０６に進むことができる。
【００５４】
ステップ６０６において、航空機制御ロジック４５０は、データフィルタ２５０からフィルタリングされたセンサデータを受信することができ、センサデータ内の粒子運動を検出することができる。航空機制御ロジック４５０は、航空機１０の周囲の空間の３次元マップを生成することができ、上で説明されたようにセンサデータに基づいて、移動する空気を示す粒子運動を検出することができる。その後、処理はステップ６１０に進むことができる。
【００５５】
ステップ６１０において、航空機制御ロジック４５０は、センサデータから導出された３次元マップに基づいて、航空機１０に接近している空気の速度を決定することができる。ロジック４５０は、次いで、ステップ６１２において、空気の動き（たとえば、突風）に対抗するための１つ以上の制御入力（たとえば、推進力の変更または飛行制御面の作動）を決定することができる。一例として、航空機１０が上昇気流に接近している場合、ロジック４５０は、航空機１０の動きに対する上昇気流の影響を低減させることを目指して、航空機の機首を下に傾けるか、または１つもしくは複数のプロペラのスピードを低下させることを決定することができる。その後、処理はステップ６１４に進むことができ、ここで、航空機制御ロジック４５０は、ステップ６１２において決定された制御入力を提供することにより、空気の動きの影響に対抗するように航空機１０を制御することができる。ステップ６１８において、航空機制御ロジック４５０は、監視を継続するべきかどうかを決定する。そうである場合、処理はステップ６０２に進むことができる。
【００５６】
航空機１０が進行するときにより最適な飛行性能を提供するためのシステム２０５の例示的な使用および動作が、図７を参照して以下でより詳細に説明される。
【００５７】
ステップ７０２において、１つ以上のセンサ２０、３０は、ＬＩＤＡＲを使用して航空機１０の周囲の空間を検知することができる。センサ２０、３０は、次いで、ＬＩＤＡＲのデータ応答を示すセンサデータをデータフィルタ２５０に提供することができる。データフィルタ２５０は、１つ以上のセンサ２０、３０からセンサデータを受信することができ、スプリッタ２５２は、センサデータを示すデータ信号を１つ以上の経路に分割することができる。その後、処理はステップ７０４に続くことができる。
【００５８】
ステップ７０４において、フィルタ２５４および２５６は、それぞれ、航空機コントローラ２２０ならびに検知および回避要素２０７にフィルタリングされたセンサデータを提供する前に、ＬＩＤＡＲセンサデータからの物体または粒子を示すデータをフィルタリングすることができる。フィルタ２５４は、小さい粒子を示すフィルタリングされたセンサデータを航空機コントローラ２２０に提供することができ、フィルタ２５６は、比較的大きい物体を示すフィルタリングされたセンサデータを検知および回避要素２０７に提供すことができる。航空機コントローラ２２０がフィルタ２５６からフィルタリングされたセンサデータを受信した後、処理はステップ７０６に進むことができる。
【００５９】
ステップ７０６において、航空機制御ロジック４５０は、データフィルタ２５０からフィルタリングされたセンサデータを受信することができ、センサデータ内の粒子運動を検出することができる。航空機制御ロジック４５０は、航空機１０の周囲の空間の３次元マップを生成することができ、上で説明されたようにセンサデータに基づいて、移動する空気を示す粒子運動を検出することができる。その後、処理はステップ７１０に進むことができる。
【００６０】
ステップ７１０において、航空機制御ロジック４５０は、センサデータから導出された３次元マップに基づいて、少なくとも１つの翼のダウンウォッシュ内の空気の速度を決定することができる。一例として、航空機制御ロジック４５０は、翼上を通過する気流の誘導された速度を測定することができる。ステップ７１２において、航空機制御ロジック４５０は、空気速度に基づいて、翼の空力性能を示す少なくとも１つのパラメータを推定することができる。一例として、航空機制御ロジック４５０は、誘導された速度に基づいて誘導抗力を推定し、次いで、誘導抗力に基づいて翼上の揚力分布を推測することができる。他の例では、他のタイプのパラメータが決定されてよい。ステップ７１４において、ロジック４５０は、ステップ７１２において決定されたパラメータに基づいて、翼の性能を高めるための１つ以上の制御入力（たとえば、推進力の変更または飛行制御面の作動）を決定することができる。一例として、航空機制御ロジック４５０は、高度および対気速度などの現在の動作条件に基づいて、翼の理想的な揚力分布を決定し、現在の揚力分布をより理想的にするための制御入力を決定することができる。その後、処理はステップ７１６に進むことができ、ここで、航空機制御ロジック４５０は、ステップ７１４において決定された制御入力を提供することにより、翼の性能を高めるように航空機１０を制御することができる。ステップ７１８において、航空機制御ロジック４５０は、監視を継続するべきかどうかを決定する。そうである場合、処理はステップ７０２に進むことができる。
【００６１】
図８は、本開示のいくつかの実施形態による、都市環境内で動作する、航空機監視システムを有する航空機８１０、８１５の三次元斜視図を描写する。障害物８０５は、都市部などの高層ビルとして描写されているが、空気の動きを検知する航空機監視システム２０５のセンサ２０、３０の能力を妨害することが可能な様々なタイプの障害物であり得る。航空機８１０、８１５の各々は、本明細書に説明された空気の動きを検出するための航空機監視システム２０５を有する。図８には２つの航空機８１０、８１５のみが描写されているが、同じ領域または都市部内で数百または数千もの航空機８１０、８１５が動作することができるときなどの他の実施形態では、様々な数の航空機８１０、８１５が可能である。図８に示されたように、航空機８１０、８１５は、（たとえば、センサ２０、３０の視野を遮ることにより）空気の動き８１６の検出を妨害する高層ビルなどの多くの障害物を有する都市環境で動作する場合がある。これに関して、航空機８１５は、障害物の背後の空気の動き８１６を事前に検知することができない可能性があり、空気の動き８１６によって悪影響を受ける可能性がある。
【００６２】
図８の各航空機８１０、８１５は、本明細書に説明されたように構成された航空機監視システム２０５を有する。各航空機８１０、８１５の航空機コントローラ２２０（たとえば、制御ロジック４５０）は、上で説明されたように、センサデータに基づいて、そのそれぞれの航空機８１０、８１５の周囲の空間の３Ｄマップを生成することができ、３Ｄマップを使用して、空気の動きデータ４４８に基づいて空気の動きを識別することができる。各航空機８１０、８１５は、他の航空機８１０、８１５と３Ｄマップデータを通信するか、またはそうでない場合共有して、航空機監視システム２０５が各それぞれの航空機８１０、８１５によって検知されたデータを示すより大きい３Ｄマップを生成することを可能にすることができる。これに関して、一方の航空機８１０、８１５は、異なる場所にある他方の航空機８１０、８１５からの３Ｄマップデータを使用して、別の航空機によって検知された妨害された領域のためのデータを使用して３Ｄマップ内のギャップを埋めることなどにより、航空機８１０、８１５が動作している環境のより完全な地図を構築することができる。
【００６３】
都市環境内で動作するフリートの航空機によって検出された空気の動き８１６を示す情報は、遠隔フリートコントローラ（具体的に図示せず）またはフリートの他の航空機などの様々な場所に通信されるか、または記憶されてよいことに留意されたい。これに関して、フリートの各航空機は、検知されたデータ（たとえば、航空機の監視システムによって生成された３Ｄマップ）を遠隔フリートコントローラ（具体的に図示せず）、他の航空機８１０、８１５などに通信することができる。新しい情報がフリートコントローラまたはフリート航空機に利用可能になると、情報は動的に更新され、フリートコントローラおよび他のフリート航空機に通信されてよい。フリートの各航空機は、同様の空気の動きの検知、ならびにフリートコントローラおよび他のフリート航空機との情報の共有を実行することができる。加えて、フリートコントローラは、受信されるとフリートの航空機に新しい情報を通信することができる。いくつかの実施形態では、フリートコントローラは、航空機の位置に基づいて情報を提供することができ、その結果、空気の動きが航空機の飛行に影響を及ぼす可能性が低い領域のための情報は提供されなくてよい。
【００６４】
一例として、図８のコンテキストでは、航空機８１０および８１５の各々は、都市エリアで動作する航空機のフリートの航空機として描写され、障害物８０５は、航空機８１５のセンサ２０、３０が空気の動き８１６を検知することを妨害する高層ビルである。上で説明されたように、航空機８１０、８１５の各々のための航空機監視システム２０５は、それらのそれぞれのセンサ２０、３０によって検知されたデータに基づいて３Ｄマップを生成することができる。各航空機８１０、８１５によって生成された３Ｄマップは、フリートコントローラ、他のフリート航空機（たとえば、航空機８１０、８１５）などに通信されてよい。
【００６５】
航空機８１０が建物８０５を通過すると、そのセンサ２０、３０は、空気の動き８１６が位置する領域を検知し、空気の動き８１６を示すセンサデータを含む３Ｄマップを生成または更新することに航空機コントローラ２２０が使用するために、センサデータを提供することができる。コントローラ２２０は、センサデータ（たとえば、３Ｄマップ）をフリートコントローラおよび航空機８１５などのエリア内の他の航空機に通信することができ、それらは、空気の動き８１６がビル８０５によって妨害されるためにまだ検知または検出できない場合がある。航空機８１５の航空機監視システム５（たとえば、航空機コントローラ２２０）は、本明細書に説明されたように、（たとえば、フリートコントローラ、航空機８１０、または両方から）センサデータを受信し、航空機８１０によって提供された、空気の動き８１６が発生している領域を示すセンサデータを使用して、空気の動き８１６を検出し、空気の動き８１６の存在に基づいて制御決定を行うことができる。
【００６６】
上記は本開示の原理の単なる例示であり、本開示の範囲から逸脱することなく当業者によって様々な修正が行われてよい。上で説明された実施形態は、限定ではなく例示の目的で提示されている。本開示はまた、本明細書に明示的に説明されたもの以外の多くの形態をとることができる。したがって、本開示は、明示的に開示された方法、システム、および装置に限定されず、以下の特許請求の範囲の趣旨内にあるそれらの変形形態および修正形態を含むことを意図していることが、強調される。
【００６７】
さらなる例として、本明細書に図示され説明されたように、提供された構造、デバイス、および方法をさらに最適化するために、装置またはプロセスパラメータ（たとえば、寸法、構成、構成要素、プロセスステップ順序など）の変形形態が作成されてよい。いずれにしても、本明細書に説明された構造およびデバイス、ならびに関連する方法には多くの用途がある。したがって、開示された主題は、本明細書に説明されたいかなる単一の実施形態にも限定されるべきでなく、むしろ、添付の特許請求の範囲による広がりおよび範囲で解釈されるべきである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月27日(2020.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機監視システム（２０５）であって、
航空機（１０）の外部の空気の動きを検知するための少なくとも１つの光学センサ（２０、３０）と、
検知された空気の動きに基づいて航空機を制御するように構成された、少なくとも１つのプロセッサを有する航空機コントローラ（２２０）と
を備える、航空機監視システム（２０５）。
【請求項２】
航空機コントローラが、検知された空気の動きに基づいて航空機の飛行制御システム（２５５）または推進システム（２６３）を制御するように構成されて、航空機の姿勢または速度を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つの光学センサが、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも１つのプロセッサが、航空機の翼の空力性能を示す少なくとも１つのパラメータを決定するように構成され、少なくとも１つのプロセッサが、翼の空力性能を高めるために、少なくとも１つのパラメータに基づいて航空機を制御するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
航空機コントローラが、翼のダウンウォッシュ内の空気の動きの速度に基づいて少なくとも１つのパラメータを決定するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つのパラメータが翼にわたる揚力分布を示す、請求項４に記載の航空機監視システム。
【請求項７】
少なくとも１つのパラメータが誘導抗力である、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
航空機コントローラが、少なくとも１つのパラメータに基づいて翼にわたる揚力分布を決定するように構成され、航空機コントローラが、揚力分布に基づいて航空機を制御するようにさらに構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
少なくとも１つのプロセッサが、検知された空気の動きに基づいて、航空機の外部の突風を示す少なくとも１つのパラメータを決定するように構成され、少なくとも１つのプロセッサが、突風に対抗するために、少なくとも１つのパラメータに基づいて航空機を制御するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
少なくとも１つのプロセッサが、航空機が突風に到達する前に突風を検出するように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
少なくとも１つのプロセッサが、突風によって引き起こされる航空機の経路の変更を低減させるように、少なくとも１つのパラメータに基づいて航空機を制御するように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
航空機（１０）を監視するための方法であって、
航空機の少なくとも１つの光学センサ（２０、３０）を用いて、航空機の外部の空気の動きを検知するステップと、
少なくとも１つのプロセッサを用いて、検知された空気の動きに基づいて航空機を制御するステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
制御するステップが、航空機の姿勢または速度を変更するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの光学センサが、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）センサを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのプロセッサを用いて、検知された空気の動きに基づいて、航空機の外部の突風を示す少なくとも１つのパラメータを決定するステップをさらに含み、制御するステップが少なくとも１つのパラメータに基づく、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
決定するステップが、航空機が突風に到達する前に行われる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
制御するステップが、突風によって引き起こされる航空機の経路の変更を低減させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つのプロセッサを用いて、検知された空気の動きに基づいて、航空機の翼の空力性能を示す少なくとも１つのパラメータを決定するステップをさらに含み、制御するステップが少なくとも１つのパラメータに基づく、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
決定するステップが、翼のダウンウォッシュ内の空気の動きの速度に基づく、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つのパラメータが翼にわたる揚力分布を示す、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つのパラメータが誘導抗力である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つのパラメータに基づいて翼にわたる揚力分布を決定するステップをさらに含み、制御するステップが揚力分布に基づく、請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
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