(57)【要約】  航空機（１０）のための監視システム（５）は、衝突回避、ナビゲーション、または他の目的のために航空機（１０）の周囲の物体（１５）の存在を検知するために使用されるセンサ（２０、３０）を有する。センサ（２０）のうちの少なくとも１つは、航空機（１０）の周囲の物体を検知し、検知された物体（１５）を示すデータを提供するように構成されてよい。監視システム（５）は、センサ（２０）からの情報および航空機（１０）に関する情報を使用して、物体（１５）との衝突を回避するために航空機（１０）が辿ることができる可能なルートを含む避難エンベロープ（２５）を決定することができる。監視システム（５）は、避難エンベロープ（２５）に基づいて避難経路（２５）を選択し、１つ以上の物体との衝突を回避するために避難経路（２５）を辿るように航空機（１０）を制御することができる。
2020520501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機（１０）のための監視システム（５）であって、
航空機の外部の物体（１５）を検知するための複数のセンサ（２０）と、
航空機の現在の動作条件に基づいて航空機のための避難エンベロープ（２５）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し、避難エンベロープが、物体を回避するために航空機が辿ることができる可能な経路を定義する、航空機制御システム（２２５）と、
航空機制御システムから避難エンベロープを示す第１のデータを受信し、複数のセンサによって検知された物体を示す第２のデータを受信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検知および回避要素（２０７）であって、検知および回避要素の少なくとも１つのプロセッサが、避難エンベロープに基づいて物体を回避するための経路（３５）を選択するように構成される、検知および回避要素（２０７）と
を備え、
航空機制御システムが、選択された経路に基づいて航空機の方向を制御するように構成される、
監視システム。
【請求項２】
検知および回避要素の少なくとも１つのプロセッサが、第２の航空機から物体に関する情報を受信し、第２の航空機からの情報に基づいて、物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項３】
検知および回避要素の少なくとも１つのプロセッサが、第２のデータに基づいて物体を分類するように構成されて、物体の物体タイプを決定し、検知および回避要素の少なくとも１つのプロセッサが、物体の決定された物体タイプに基づいて、物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項４】
物体タイプについての飛行性能特性を示す第３のデータを記憶するためのメモリ（３２０）をさらに備え、検知および回避要素の少なくとも１つのプロセッサが、第３のデータに基づいて物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項３に記載の監視システム。
【請求項５】
航空機の飛行性能特性を示す第３のデータを記憶するためのメモリ（４２０）をさらに備え、航空機制御システムの少なくとも１つのプロセッサが、第３のデータに基づいて避難エンベロープを決定するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項６】
航空機上の少なくとも１人の乗客または少なくとも１つの貨物の重量を示す第３のデータを記憶するためのメモリ（４２０）をさらに備え、航空機制御システムの少なくとも１つのプロセッサが、第３のデータに基づいて避難エンベロープを決定するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項７】
航空機制御システムの少なくとも１つのプロセッサが、航空機の構成要素がいつ故障したかを決定し、構成要素の検知された故障に基づいて避難エンベロープを決定するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項８】
航空機制御システムの少なくとも１つのプロセッサが、航空機のバッテリのために残っている電力量を示す値を決定し、値に基づいて避難エンベロープを決定するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項９】
航空機のためのルートを示す第３のデータを記憶するためのメモリ（４２０）をさらに備え、航空機制御システムの少なくとも１つのプロセッサが、第３のデータに基づいて避難エンベロープを決定するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項１０】
航空機制御システムの少なくとも１つのプロセッサが、航空機の近くの気象を示す気象データに基づいて避難エンベロープを決定するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項１１】
航空機制御システムの少なくとも１つのプロセッサが、乗客が航空機に乗っているかどうかを決定し、乗客が航空機に乗っていると決定されたかどうかに基づいて避難エンベロープを決定するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項１２】
航空機制御システムの少なくとも１つのプロセッサが、航空機の更新された動作条件に基づいて、物体を回避するための経路を検証するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項１３】
検知および回避要素の少なくとも１つのプロセッサが複数のプロセッサを含み、複数のプロセッサの各々が、避難エンベロープに基づいて物体を回避するためのそれぞれの経路を選択するように構成され、検知および回避要素が、複数のプロセッサの処理スピードよりも低い処理スピードで動作する安全プロセッサ（１００１）を有し、安全プロセッサが、複数のプロセッサによって選択された、物体を回避するための経路に基づいて、物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１に記載の監視システム。
【請求項１４】
航空機（１０）のための監視システム（５）であって、
航空機の外部の物体（１５）を検知し、物体を示すセンサデータを提供するための複数のセンサ（２０）と、
航空機の飛行性能特性を示すデータを記憶するためのメモリ（３２０、４２０）と、
センサデータ、航空機の飛行性能特性を示すデータ、および航空機の現在の動作条件に基づいて、物体を回避するための経路（３５）を選択するように構成された少なくとも１つのプロセッサ（３１０、４１０）と、
選択された経路に基づいて航空機の方向を制御するように構成された航空機コントローラと
を備える、監視システム。
【請求項１５】
少なくとも１つのプロセッサが第１のプロセッサを備え、監視システムが、航空機の現在の動作条件、および航空機の飛行性能特性を示すデータに基づいて、航空機のための避難エンベロープ（２５）を決定するように構成された第２のプロセッサをさらに備え、避難エンベロープが、物体を回避するために航空機が辿ることができる可能な経路を定義し、第１のプロセッサが、避難エンベロープに基づいて物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項１６】
少なくとも１つのプロセッサが、第２の航空機から物体に関する情報を受信し、第２の航空機からの情報に基づいて物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項１７】
少なくとも１つのプロセッサが、センサデータに基づいて物体を分類するように構成されて、物体の物体タイプを決定し、少なくとも１つのプロセッサが、物体の決定された物体タイプに基づいて、物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項１８】
メモリが、物体タイプについての飛行性能特性を示すデータを記憶するように構成され、少なくとも１つのプロセッサが、物体タイプについての飛行性能特性を示すデータに基づいて、物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１７に記載の監視システム。
【請求項１９】
メモリが、航空機上の少なくとも１人の乗客または少なくとも１つの貨物の重量を示すデータを記憶するように構成され、少なくとも１つのプロセッサが、少なくとも１人の乗客または少なくとも１つの貨物の重量を示すデータに基づいて経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項２０】
少なくとも１つのプロセッサが、航空機の構成要素がいつ故障したかを決定し、構成要素の検知された故障に基づいて経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項２１】
少なくとも１つのプロセッサが、航空機のバッテリのために残っている電力量を示す値を決定し、値に基づいて経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項２２】
メモリが、航空機のためのルートを示すデータを記憶するように構成され、少なくとも１つのプロセッサが、ルートを示すデータに基づいて経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項２３】
少なくとも１つのプロセッサが、航空機の近くの気象を示す気象データに基づいて、物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項２４】
少なくとも１つのプロセッサが、乗客が航空機に乗っているかどうかを決定し、乗客が航空機に乗っていると決定されたかどうかに基づいて物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項２５】
少なくとも１つのプロセッサが、航空機の更新された動作条件に基づいて物体を回避するための経路を検証するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項２６】
少なくとも１つのプロセッサが複数のプロセッサを含み、複数のプロセッサの各々が、センサデータ、航空機の飛行性能特性を示すデータ、および航空機の現在の動作条件に基づいて、物体を回避するためのそれぞれの経路を選択するように構成され、監視システムが、複数のプロセッサの処理スピードよりも低い処理スピードで動作する安全プロセッサ（１００１）をさらに備え、安全プロセッサが、複数のプロセッサによって選択された物体を回避するための経路に基づいて、物体を回避するための経路を選択するように構成される、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項２７】
物体を検知し回避するために航空機（１０）で使用するための方法であって、
航空機のセンサ（２０）で航空機の外部の物体（１５）を検知するステップと、
航空機の飛行性能特性を示すデータをメモリ（３２０、４２０）に記憶するステップと、
航空機のセンサで航空機の現在の動作条件を検知するステップと、
航空機の少なくとも１つのプロセッサで、物体を検知するステップ、航空機の飛行性能特性を示すデータ、および現在の動作条件を検知するステップに基づいて、物体を回避するための経路（３５）を選択するステップと、
選択された経路に基づいて航空機の方向を制御するステップと
を備える、方法。
【請求項２８】
航空機の少なくとも第２のプロセッサで、航空機の現在の動作条件を検知するステップ、および航空機の飛行性能特性を示すデータに基づいて、航空機のための避難エンベロープ（２５）を決定するステップをさらに備え、避難エンベロープが、物体を回避するために航空機が辿ることができる可能な経路を定義し、選択するステップが避難エンベロープに基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
第２の航空機から物体に関する情報を受信するステップをさらに備え、選択するステップが第２の航空機からの情報に基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
物体を検知するステップに基づいて物体を分類するステップをさらに備え、選択するステップが分類するステップに基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
物体タイプについての飛行性能特性を示すデータをメモリに記憶するステップをさらに備え、選択するステップが、物体タイプについての飛行性能特性を示すデータに基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
航空機上の少なくとも１人の乗客または少なくとも１つの貨物の重量を示すデータをメモリに記憶するステップをさらに備え、選択するステップが、少なくとも１人の乗客または少なくとも１つの貨物の重量を示すデータに基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
航空機の構成要素がいつ故障したかを決定するステップをさらに備え、選択するステップが、航空機の構成要素がいつ故障したかを決定するステップに基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
航空機のバッテリに残っている電力量を示す値を決定するステップをさらに備え、選択するステップが値に基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
航空機のためのルートを示すデータをメモリに記憶するステップをさらに備え、選択するステップがルートを示すデータに基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
選択するステップが、航空機の近くの気象を示す気象データに基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
航空機に乗客が乗っているかどうかを決定するステップをさらに備え、選択するステップが、航空機に乗客が乗っているかどうかを決定するステップに基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
航空機の更新された動作条件に基づいて、物体を回避するための経路を検証するステップをさらに備える、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｖｏｉｄｉｎｇ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｏｂｊｅｃｔｓ  ｆｏｒ  Ａｉｒｃｒａｆｔ」と題し、２０１７年５月８日に出願された米国仮出願第６２／５０３，３１１号の優先権を主張する。
【０００２】
航空機は、飛行中に、破片、他の航空機、機器、建物、鳥、地形、および他の物体などの多種多様な衝突リスクに遭遇する可能性がある。任意のそのような物体と衝突すると、航空機に重大な損傷を引き起こす可能性があり、場合によっては、その乗員を傷つける可能性がある。センサは、衝突リスクをもたらす物体を検出し、検出された衝突リスクをパイロットに警告するために使用され得る。航空機が自己操縦式である場合、航空機の周囲の物体を示すセンサデータは、検出された物体との衝突を回避するためにコントローラによって使用されてよい。他の例では、物体は、他の方法で航空機のナビゲーションまたは制御を支援するために検知および分類されてよい。
【０００３】
航空機の安全で効率的な動作を確実にするために、航空機が航空機の周囲の空間にある物体を検出することが望ましい。しかしながら、航空機の周囲の物体を検出し、物体との衝突を回避するために航空機が辿るための適切な経路を決定することは困難であり得る。一例として、航空機の場合、その近くに多数の物体が存在することが可能であり、そのような物体は、航空機からあらゆる方向に位置し、様々なスピードで様々な方向に移動している可能性がある。さらに、物体を正確に検出し回避することに失敗すると、壊滅的な被害を受ける可能性がある。航空機の外部の物体を確実に検出し回避するために必要な評価を実行することが可能なシステムは、設計または実装するのに費用がかかるかまたは負担になる可能性がある。
【０００４】
航空機の近くにある物体を確実に検出し回避するための改善された技術が一般に必要である。
【０００５】
本開示は、以下の図面を参照してより良く理解することができる。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】
【０００６】
【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、図１によって描写されたような航空機の上面斜視図である。
【図３】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、ミッション処理要素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、図１によって描写されたような航空機の上面斜視図である。
【図７】本開示のいくつかの実施形態による、図１によって描写されたような航空機の三次元斜視図である。
【図８】本開示のいくつかの実施形態による、外部物体を検知し回避するための方法を示すフローチャートである。
【図９】本開示のいくつかの実施形態による、フリートコントローラを示すブロック図である。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示は、一般に、航空機の外部物体を検知し回避するための乗り物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、衝突回避、ナビゲーション、または他の目的のために航空機の周囲の物体の存在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。少なくとも１つのセンサは、センサの視野内の物体を検知し、検知された物体を示すセンサデータを提供するように構成されてよい。次いで、航空機はセンサデータに基づいて制御されてよい。一例として、検知された物体との衝突を回避するために、検知された物体に対して所望の位置に航空機をナビゲートするために、または他の目的で航空機を制御するために、航空機のスピードまたは方向が制御されてよい。
【０００８】
航空機監視システムが衝突の脅威である物体を検知すると、航空機監視システムは航空機用の避難エンベロープを生成することができる。避難エンベロープは、様々な情報に基づき、航空機が辿るための可能な経路の範囲を定義することができる。システムは、検知された物体、航空機、航空機のルートに関する情報、または他の情報を使用して、避難エンベロープを生成することができる。センサデータを使用して、システムは物体の位置および速度を決定し、検知された物体タイプを分類することができる。システムは、物体と航空機との間の距離、ならびに識別された物体タイプに基づいて物体に対する操縦能力を決定することができる。システムはまた、航空機の能力（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。システムは、既知の物体の位置、空域制限、または気象条件などの、航空機が移動しているルートに関する情報も使用することができる。
【０００９】
ひとたびシステムが避難エンベロープを生成すると、システムはエンベロープ内にある避難経路を識別し検証することができる。避難経路は、物体との衝突を安全に回避するために航空機が辿ることができるルートを表すことができる。システムは、操縦安全マージンまたは乗客の快適性もしくは貨物の完全性に対する影響などの様々な情報を考慮して、避難経路を選択することができる。たとえば、選択された避難経路により、そうでない場合航空機が乗客に過度の不快感をもたらすような操縦を必要とせずに、衝突を回避することが可能になり得る。システムは、航空機の現在の能力または動作に関する情報などに基づいて避難経路を検証し、経路が有効であるとシステムが決定した場合に航空機コントローラが辿るための避難経路を提供する。そうでない場合、航空機監視システムは、新しい情報を使用して避難エンベロープを更新し、新しい避難経路を選択することができる。
【００１０】
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の三次元斜視図である。システム５は、センサ２０、３０を使用して、航空機１０の飛行経路付近などの航空機１０の特定の近傍内にある物体１５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、物体１５との衝突を回避する、航空機１０が辿るための安全な避難経路を決定することができる。
【００１１】
物体１５は、飛行中に航空機１０が遭遇する可能性がある様々なタイプの物体であり得ることに留意されたい。一例として、物体１５は、ドローン、飛行機、またはヘリコプターなどの別の航空機であってよい。物体１５はまた、航空機１０の経路の近くにある鳥、破片、または地形でもあり得る。いくつかの実施形態では、物体１５は、航空機１０と物体１５が衝突した場合に航空機１０を損傷する可能性がある様々なタイプの物体であり得る。この点に関して、航空機監視システム５は、本明細書に記載されたように、衝突のリスクをもたらすいかなる物体１５も検知し、それを分類するように構成される。
【００１２】
図１の物体１５は、特定のサイズおよび形状を有する単一の物体として描写されているが、物体１５は様々な特性を有してもよいことが理解されよう。加えて、単一の物体１５が図１によって描写されているが、他の実施形態では、航空機１０の近くに任意の数の物体１５が存在してもよい。物体１５は、物体１５が建物であるときのように静止していてもよいが、いくつかの実施形態では、物体１５は運動が可能であってもよい。たとえば、物体１５は、航空機１０との衝突のリスクをもたらす可能性がある経路に沿って運動している別の航空機であってよい。物体１５は、他の実施形態では、航空機１０の安全な動作にリスクをもたらす他の障害物（たとえば、地形または建物）であってよい。
【００１３】
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は自律的な垂直離着陸（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、航空機内に実装される航空機監視システム５に起因する機能に関するが、他の実施形態では、同様の機能を有するシステムは、自動車または船舶などの他のタイプの乗り物１０とともに使用されてよい。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、自己操縦式（たとえば、自律的な）飛行用に構成されている。一例として、航空機１０は、その目的地までの所定の経路を辿ることにより、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、本明細書に説明されるように航空機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。
【００１４】
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）の１つ以上のセンサ２０と、同じ空間の冗長センシングまたはさらなる空間のセンシングを提供するための第２のタイプ（たとえばレーダーまたはＬＩＤＡＲ）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、視野内の物体１５の存在を検知し、物体１５の位置を示すセンサデータを提供することができる。次いで、そのようなセンサデータは、物体１５が乗り物１０に衝突の脅威を与えるかどう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、こ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。
【００１５】
図１は、物体１５の検出に応答して航空機監視システム５によって生成された避難エンベロープ２５をさらに示す。避難エンベロープ２５は、避難経路が選択され得る領域の境界を画定する。避難エンベロープは、航空機の現在の動作条件（対気速度、高度、方位（たとえば、ピッチ、ロール、またはヨー）、スロットル設定、利用可能なバッテリ電力、既知のシステム障害など）、現在の動作条件下の航空機の能力（たとえば、操縦性）、気象、空域上の制限などの様々な要因に基づいてよい。一般に、避難エンベロープ２５は、航空機がその現在の動作条件下で飛行することが可能な様々な経路を定義する。避難エンベロープ２５は、一般に、航空機１０が移動するにつれてその現在の経路からより遠くに旋回することが可能であるという事実を示す、航空機１０から離れた点で広がる。図１に示された実施形態では、避難エンベロープは漏斗の形状であるが、他の実施形態では他の形状が可能である。
【００１６】
その上、センサ２０、３０によって検知されたデータにおいて物体１５が識別されると、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、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、事前に定義された安全性のマージン内など）を表す避難エンベロープ２５を決定することができる。避難エンベロープ２５に基づいて、システム５は、次いで、検出された物体１５を回避するために、航空機１０が辿るためのエンベロープ２５内の避難経路を選択する。この点に関して、図２は、システム５によって識別され検証された例示的な避難経路３５を描写する。避難経路３５を識別する際に、システム５は、検知された物体１５の位置、速度、および（たとえば、物体が鳥、航空機、破片、建物などである）可能性がある分類などの、検知された物体１５に関するセンサ２０、３０からの情報を使用することができる。避難経路３５はまた、航空機がその実行された回避操縦の前に航空機が辿っていたおおよその方向に戻るように定義されてもよい。
【００１７】
避難経路３５は、避難エンベロープ２５によって示された情報に基づいて生成されるが、利用可能な最新のデータに基づいてそれが安全であることを確実にするために、システム５によって検証されてよいことに留意されたい。たとえば、センサ２０、３０による物体１５の検出の間の時間中に、物体１５の分類、避難エンベロープ２５の決定、および提案された避難経路２５の選択、航空機１０のシステムの動作条件（たとえば、バッテリ）などの元の避難エンベロープ２５が基づいていた条件が変更された可能性がある。この点に関して、システム５は、検証チェックを実行して、提案された避難経路３５を危険にさらすか、またはさもなければ航空機１０が辿るための別の潜在的に利用可能な経路に対して好ましくないものにする可能性があるような変更が発生していないことを確実にすることができる。システム５は、航空機１０用の避難経路３５が検証されるまで、航空機１０の変化している条件の検出に基づいて避難エンベロープ２５を更新し、潜在的な避難経路３５を決定することができる。
【００１８】
加えて、任意の所与の時間に航空機１０に衝突の脅威をもたらす任意の数の物体１５が存在する可能性があることにも留意されたい。これらの物体１５のいくつかは、それらが航空機１０と通信してそのルート、位置、方向、スピード、サイズ、または他の情報などの物体１５に関する情報を伝達するという点で「協力的」な場合があり、物体のいくつかは、それらが検知および回避要素２０７または航空機１０による衝突回避を支援するための他のデバイスもしくはシステムによって使用され得る情報を通信しないという点で「非協力的」な場合がある。検知された物体ごとに、検知および回避要素２０７は、脅威エンベロープを決定し、本明細書に記載された技法に従ってすべての物体１５を回避する避難経路３５を選択することができる。
【００１９】
図３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３に示されたように、航空機監視システム２０５は、検知および回避要素２０７と、ミッション処理要素２１０と、複数のセンサ２０、３０と、航空機制御システム２２５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（たとえば、ワイヤレスネットワークもしくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの短距離ワイヤレスプロトコルを使用する）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、本明細書に説明された機能を実現し、一般に、脅威検知動作および航空機制御を実行するための、図３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。
【００２０】
航空機監視システム２０５の検知および回避要素２０７は、航空機制御システム２２５から受信されたセンサデータおよびエンベロープデータ（たとえば、避難エンベロープデータ）の処理を実行して、避難経路３５を決定することができる。いくつかの実施形態では、図３に示されたように、検知および回避要素２０７は、各センサ２０、３０に結合され、センサ２０、３０からのセンサデータを処理し、航空機制御システム２２５のミッション処理要素２１０に信号を提供することができる。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、およびミッション処理要素２１０からのエンベロープデータを受信および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を参照して以下により詳細に説明される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、航空機制御システム２２５は、ミッション処理要素２１０と、航空機コントローラ２２０と、推進システム２３０と、アクチュエータ２２２と、航空機センサ２２４とを含んでよい。ミッション処理要素２１０は、検知および回避要素２０７および航空機コントローラ２２０に結合されてよく、検知および回避要素２０７および航空機コントローラ２２０からデータを受信および処理することが可能な様々なタイプであってよく、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、ミッション処理要素２１０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。ミッション処理要素２１０の例示的な構成は、図５を参照して以下により詳細に説明される。
【００２２】
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に、ミッション処理要素２１０、アクチュエータ２２２、航空機センサ２２４、および推進システム２３０の各々に結合されてよい。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、またはさもなければ補助翼、フラップ、エレベータ、または舵などの、１つ以上の飛行制御面２２３にそれぞれ結合され得る複数のアクチュエータ２２２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る。説明を簡単にするために、図３では単一のアクチュエータ２２２および飛行制御面２２３が描写されているが、航空機１０の飛行動作を実現するために、様々な数のアクチュエータ２２２および飛行制御面２２３が可能である。
【００２３】
１つ以上の航空機センサ２２４は、航空機１０の様々な構成要素の動作および性能を監視し、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。説明を簡単にするために、図３では単一のセンサ２２４が描写されているが、いくつかの実施形態では、様々な数の航空機センサ２２４が可能である。一例として、航空機センサ２２４は、アクチュエータの動作を監視し、処理のために航空機コントローラ２２０にそれを報告するために、アクチュエータ２２２に結合されてよい。センサ２２４はまた、推進システム２３０の構成要素の動作を検知し、検知されたデータを航空機コントローラ２２０に提供するために結合されてもよい。航空機１０のシステムの性能に関する航空機センサ２２４によって提供される情報に応答して、航空機コントローラ２２０は、飛行動作を実行するように航空機１０を制御することができる。
【００２４】
さらに、推進システム２３０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。以下により詳細に説明されるように、検知および回避要素２０７が物体１５（図１、図２）を検知すると、ミッション処理要素２１０は、航空機制御システム２２５（たとえば、アクチュエータ２２２および推進システム２３０）のリソースを制御して、航空機１０の速度（スピードおよび／または方向）を変更するために、乗り物コントローラ２２０に信号を提供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、避難経路３５を辿ることを目指して航空機１０の速度を制御することができ、それにより、検知された物体１５を回避する。あるいは、航空機コントローラ２２０は、検知された物体１５に基づいて所望の目的地または他の場所にナビゲートすることができる。
【００２５】
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、センサ２０、３０（図１、図２）からのセンサデータおよびミッション処理要素３１０（図３）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３１０は、以下により詳細に記載されるように、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、任意の数の処理ユニットを含んでよい。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およびミッション処理要素２１０などのシステム５の他の構成要素とインターフェースすることができる。
【００２６】
図４に示されたように、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による実行のためにメモリ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。
【００２７】
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って、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トランスポート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、命令実行装置によって、またはそれとともに使用するためのコードを含むかまたは記憶することができる任意の手段であり得る。
【００２８】
検知および回避ロジック３５０は、センサ２０および３０によって検知されたデータを受信し、データに基づいて物体１５を分類し、物体１５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ように構成される。検知および回避ロジック３５０は、物体の位置および速度などの様々な情報に基づいて衝突の脅威を識別するように構成される。一例として、検知および回避ロジック３５０は、物体１５の検知された位置および速度に基づいてその経路を推定し、航空機１０の現在の経路を物体１５の推定された経路と比較して、航空機が物体１５にどの程度接近する可能性があるかを決定することができる。２つの経路間の距離がしきい値未満である場合、検知および回避ロジック３５０は、物体１５を衝突の脅威として識別することができる。物体１５が衝突の脅威であるかどうかの決定は、物体のサイズ、速度、および操縦性などの他の要因に基づいてもよいことに留意されたい。たとえば、大きく、速く、きわめて操縦しやすい物体１５は、遅く、小さく、または操縦しにくい物体１５に比べて、航空機１０から離れた距離にある衝突の脅威であり得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、検知および回避ロジック３５０は、スピードおよび操縦性などのその可能な飛行性能、ならびに脅威リスクをより良く評価するために、物体１５を分類するように構成される。この点に関して、検知および回避要素２０７は、飛行中に航空機１０が遭遇する可能性がある鳥または他の航空機などの、様々なタイプの物体を示す物体データ３４４を記憶することができる。物体タイプごとに、物体データ３４４は、検知された物体が物体タイプに対応するときを決定するために、センサデータ３４３と比較することができる署名を定義する。一例として、物体３４４は、物体１５が物体タイプと一致するかどうかを決定するために、物体の実際のサイズおよび形状と比較することができる物体の予想されるサイズおよび形状を示すことができる。物体のカテゴリ（鳥、ドローン、飛行機、ヘリコプターなど）だけでなく、カテゴリ内の特定の物体タイプも識別することが可能である。一例として、物体を特定のタイプの飛行機（たとえば、セスナ１７２）として識別することが可能である。いくつかの実施形態では、検知および回避要素２０７は、機械学習アルゴリズムを利用して物体タイプを分類することができる。
【００３０】
物体タイプごとに、物体データ３４４は、物体の性能能力および脅威リスクを示す情報を定義する。一例として、物体データ３４４は、物体タイプのありそうなまたは通常のスピード範囲および操縦性（または他の飛行性能特性）を示すことができ、そのような情報は、航空機１０が物体１５に近づくときの物体の動きを予測するために使用されてよい。この点に関して、検知および回避ロジック３５０は、その物体タイプについて示された性能特性に基づいて、物体が通過する可能性が高い領域の境界を画定する、航空機１０について上で説明された避難エンベロープ２５と同様の脅威エンベロープを決定することができる。避難経路３５は、検出された物体１５の脅威エンベロープを通過しない、および／または脅威エンベロープから少なくとも指定された距離に留まるように、検知および回避ロジック３５０によって選択される。他の実施形態では、その分類の飛行性能特性に基づいて識別された物体を回避するために経路を選択するための他の技法が可能である。
【００３１】
いずれにしても、ひとたび検知および回避ロジック３５０が物体１５を識別し分類すると、ロジック３５０は、本明細書では「リスクスコア」と呼ばれる、物体に関連付けられたリスクの程度を示す値を決定することができる。リスクスコアは、物体のサイズおよび性能特性などの、物体に関連付けられた様々な要因に基づいてよい。たとえば、より大きいスピードおよび操縦性が可能であり、より大きいサイズを有する物体は、航空機１０により大きいリスクをもたらすことを示すより高いリスクスコアに関連付けられてよい。そのようなリスクスコアは、選択されるべき避難経路３５についての所望の安全マージンを決定するために使用されてよい。一例として、より大きいリスクスコアに関連付けられた物体の場合、検知および回避ロジック３５０は、避難経路３５と物体１５の予想される経路または脅威エンベロープとの間のより大きい分離距離を必要とする可能性がある。
【００３２】
一例として、センサ２０、３０からのデータに基づく検知および回避ロジック３５０が、航空機のルート近くの特定の場所で物体１５を検出すると仮定する。物体が鳥（たとえば、ガチョウ）として分類された場合、検知および回避ロジック３５０は、物体１５について比較的低いリスクスコアを評価し、物体データによって示された物体の分類能力に基づいて物体１５用の比較的小さい脅威エンベロープを決定することができる。そのような場合、検知および回避ロジック３５０は、航空機１０が物体１５を通過するときに識別された物体１５に航空機１０を比較的接近させる航空機の現在のルートからの比較的小さい逸脱をもたらす避難経路３５を選択することができる。
【００３３】
しかしながら、物体１５が、代わりに、物体データ３４４によって高い性能特性に関連付けられた航空機タイプなどのきわめて操縦しやすい物体として分類されると仮定する。そのような場合、検知および回避ロジック３５０によって物体１５用に決定された脅威エンベロープは、より高い性能特性に起因して、鳥について上で説明されたものよりもはるかに大きい可能性が高い。加えて、検知および回避ロジック３５０は、物体が鳥の場合に上で説明された例と比較して大きいリスクプロファイルに関連付けられていることを示すより高いリスクスコアを評価する可能性が高い。そのような例では、検知および回避ロジック３５０は、鳥の場合に上で説明された避難経路と比較して航空機の現在のルートからのより大きい逸脱をもたらす避難経路を選択することができる。さらに、物体１５はより大きいリスクスコアに関連付けられるので、物体１５を回避するためのより高い安全マージンを提供するために、航空機１０と脅威エンベロープとの間の距離がより大きくなるように避難経路が選択されてよい。両方の例では、選択された実際の避難経路は、残りの電力量などの他の要因、または本明細書に記載された他の要因のいずれかに基づいてよい。
【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、物体１５の存在または位置を検出するための他の航空機１０からの情報を使用するように構成されてよいことに留意されたい。たとえば、いくつかの実施形態では、航空機１０は、航空機の近くの物体を検出するために同様に構成され得る航空機のフリートの１ユニットであってよい。さらに、航空機は、検知された物体に関する情報を共有するために互いに通信するように構成されてよい。一例として、検知および回避要素２０７は、他の航空機と通信するために、図３に示されたように、トランシーバ３９９に結合されてよい。検知および回避要素２０７が物体１５を検知すると、物体のタイプ、位置、速度、性能特性、または他の情報などの、物体１５に関する情報を他の航空機に送信することができ、その結果、他の航空機の検知および回避要素は、本明細書に説明された技法に従って物体１５を監視し回避することができる。さらに、検知および回避要素２０７は、他の航空機によって検出された物体１５に関する同様の情報を受信し、そのような情報を使用してそのような物体１５を監視し回避することができる。いくつかの実施形態では、乗り物間の調停が、ＡＤＳ−Ｂビーコンなどの様々なタイプのプロトコルを介して行われてよい。
【００３５】
上で説明されたように、検知および回避要素２０７は、ミッション処理要素２１０からの避難エンベロープ２５を示す、本明細書では「エンベロープデータ」と呼ばれるデータ３４５を受信するように構成され、検知および回避ロジック３５０は、避難エンベロープ２５を使用して、ミッション処理要素２１０に避難経路３５を提案するように構成される。検知および回避ロジック３５０は、物体１５に対するリスクスコア、物体の位置および速度、物体の性能特性、ならびに航空機１０用の安全な避難経路３５を選択することに関する他の情報を含む、様々な情報に基づいて、避難経路を識別して提案することができることに留意されたい。加えて、検知および回避ロジック３５０が物体１５はもはや衝突の脅威ではないとひとたび決定すると、検知および回避ロジック３５０は、航空機１０をその目的地へのその以前のルートに誘導する避難経路を提案することができる。
【００３６】
検知および回避ロジック３５０は、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がセンサ２０、３０またはミッション処理要素２１０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、センサ２０、３０から新しい情報を受信すると、物体の位置、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、ミッション処理要素２１０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ミッション処理要素２１０に提案する、避難エンベロープ内の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３４５は、状態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、ミッション処理要素２１０を描写する。図５に示されたように、ミッション処理要素２１０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、任意の数の処理ユニットを含んでよい。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、ミッション処理要素２１０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および航空機コントローラ２２０などのシステム５の他の構成要素とインターフェースすることができる。
【００３８】
図５によって示されたように、ミッション処理要素２１０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ミッションロジック４５０を備えてよい。図５では、ミッションロジック４５０はソフトウェアに実装され、プロセッサ４１０による実行のためにメモリ４２０に記憶される。しかしながら、他の実施形態では、ミッションロジック４５０の他の構成が可能である。ミッションロジック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って、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トランスポートされ得ることに留意されたい。
【００３９】
ミッションロジック４５０は、上で説明されたように、航空機データ４４３、動作データ４４４、ルートデータ４４５、および気象データ４４６などの情報を処理して避難エンベロープ２５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。航空機データ４４３は、航空機１０の様々なスピード（たとえば、決して超えないスピード、様々な飛行構成用の通常の動作スピード、失速スピードなど）、操縦性、電力要件、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の性能特性に関する情報を含む。航空機データ４４３は、少なくとも１人の乗客または少なくとも１つの貨物の重量、および任意の乗客が航空機１０に乗っているかどうかなどの、航空機１０の飛行性能特性を制限するか、またはさもなければ影響を及ぼす可能性がある、航空機１０に関する様々な情報も示すことができる。一実施形態では、乗客または貨物の重量は、センサ２０によって自動的に検知されてよく、またはさもなければ、たとえばユーザによる入力などによって決定されてよい。航空機データ４４３は、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に遭遇し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てもよい。
【００４０】
動作データ４４４は、航空機の現在の方向、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電力、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。そのような情報は、示された動作条件を検知するための１つ以上の航空機センサまたは航空機コントローラ２２０から、ミッション処理要素２１０によって受信されてよい。動作データ４４４は、電気（たとえば、バッテリ）故障、飛行制御面２２３もしくはアクチュエータ２２２の故障、推進システム２３０（たとえば、プロペラもしくはエンジン）の故障、または航空機１０の別の構成要素の故障などの、システム２２５によって検出された現在の故障に関する情報も含んでよい。
【００４１】
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をその所望の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）の場所も示すことができる。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ミッションロジック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が物体１５を回避するために取り得る可能なルートを制限する。ルートデータ４４５は、ルートに沿った新しい静止障害物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、ミッション処理要素２１０によって事前定義され、必要に応じて更新されてよい。
【００４２】
気象データ４４６は、航空機１０の数マイル以内などの航空機２０の近くの気象に関する情報を含む。気象データ４４６は、風、降水、雷、雷雨、着氷、および航空機１０の飛行性能に影響を及ぼす可能性がある他の気象現象を示すことができる。気象データ４４６は、搭載気象レーダー（図示せず）または他の気象センサによって生成されてよく、または気象データ４４６は、航空機１０が移動するにつれて遠隔地からワイヤレスに受信されてよい。一例として、航空機１０は、国立気象局または気象情報の他のソースから気象データを受信し処理するように構成された受信機を有することができる。
【００４３】
ミッションロジック４５０は、メモリ４２０に記憶された様々な情報に基づいて避難エンベロープ２５を生成するように構成される。この点に関して、ミッションロジック４５０は、航空機１０がその現在の動作条件および飛行性能特性に基づいて取ることが可能な経路の範囲を計算するように構成される。この点に関して、航空機１０が動作データ４４４によって示された現在の動作条件に対して航空機データ４４３によって示された性能制限に起因して飛行してはならない、または飛行することができない、少なくともいくつかの経路が存在する。
【００４４】
特に、航空機１０の性能制限は、特定の動作条件によって影響を受ける可能性がある。たとえば、航空機１０がバッテリ式である場合、性能制限は、バッテリで利用可能な電力が減少するにつれて変化する場合がある。一例として、利用可能な電力がしきい値を下回る場合、さもなければかなりの電力を消費するいくつかの操作を制限することが望ましい場合がある。そのような場合、ミッションロジック４５０は、現在の動作条件下で過剰な電力を必要とする少なくともいくつかの経路を排除するために、避難エンベロープ２５を制限することができる。この実施形態では、監視システム２０５は、バッテリによって利用可能または使用される電力を監視するためのセンサを有することができ、そのようなセンサに基づいてバッテリ内に残っている電力量の指示を決定することができる。その値がしきい値を下回る場合、ミッションロジック４５０は、少なくともいくつかの経路を排除するために、避難エンベロープを制限することができる。
【００４５】
加えて、上で説明されたように、特定の構成要素（たとえば、１つ以上のプロペラ）の故障は、航空機の性能特性に影響を及ぼす可能性があり、ミッションロジック４５０は、航空機１０が構成要素の故障に起因してもはや飛行することができない少なくともいくつかの経路を排除するために、避難エンベロープ２５を制限することができる。さらに、他の要因に基づいて避難エンベロープ２５を制限することが望ましい場合がある。
【００４６】
たとえば、避難エンベロープ２５は、ルートデータ４４５によって示された制限空域に航空機１０を望ましくなく飛行させるか、またはルートデータ４４５によって示された既知の障害物に近づかせ過ぎる、エンベロープ２５内の経路を排除するために、制限されてよい。加えて、避難エンベロープ２５は、着氷または雷雨などの望ましくない気象現象の中に航空機１０を飛行させるエンベロープ２５内の経路を排除するために、気象データ４４６に基づいて制限されてよい。気象データ４４６によって示された気象も、ミッションロジック４５０によって計算される性能特性に影響を及ぼす可能性があることに留意されたい。一例として、強風は、さもなければ風が存在しない場合に可能な少なくともいくつかの経路を航空機１０が飛行することを妨げる可能性がある。
【００４７】
他の要因が同様に避難エンベロープ２５の境界に影響を及ぼす場合がある。一例として、貨物の重量は、航空機１０がどれだけ速く上昇または旋回することができるかに影響を及ぼし、したがって、航空機が飛行することが可能であり得る経路の範囲に影響を及ぼす可能性がある。加えて、航空機データ４４３で示されたように、乗客が航空機１０に乗っているとき、乗客に対する何らかの不快感または不安の原因となる可能性がある（高旋回率を必要とする経路などの）少なくともいくつかの経路を排除するために、避難エンベロープ２５を制限することが望ましい場合がある。
【００４８】
本明細書で述べられたように、ミッションロジック４５０は、避難エンベロープ２５を動的に更新し、更新されたバージョンを検知および回避要素２０７に提供するように構成される。いくつかの実施形態では、ミッションロジック４５０が、避難エンベロープ２５の有効性に影響を及ぼす程度に情報が変化したと決定すると、ロジック４５０は、更新されたエンベロープ２５を生成し、それを要素２０７に提供することができる。ロジック４５０は、そのような変化が検出されたとき、または必要に応じて、そのような動作を繰り返し実行するように構成されてよい。
【００４９】
ミッションロジック４５０が避難エンベロープ２５を検知および回避要素２０７に提供し、その後、検知および回避要素２０７から提案された避難経路３５を受信した後、ミッションロジック４５０は、避難経路３５を検証し、検証された避難経路を乗り物コントローラ２２０に提供するように構成される。この点に関して、ミッションロジック４５０は、避難経路３５が基づく情報（たとえば、避難エンベロープ２５を生成するために使用される情報）を、利用可能な最新情報（たとえば、航空機データ４４３、動作データ４４４、ルートデータ４４５、および気象データ４４６の更新情報）と比較するように構成される。ロジック４５０は、物体１５の更新された位置および速度、航空機と物体１５との間の距離、ならびに航空機１０の動作条件などの様々な情報を使用して、提案された避難経路３５を検証することができる。一例として、ミッションロジック４５０は、航空機データ４４３を処理し、航空機１０が、提案された経路３５を辿るために必要な操縦を実行するために利用可能なエネルギーに影響を及ぼす問題（たとえば、バッテリ故障または他の構成要素の誤動作など）に遭遇したと決定することができる。あるいは、経路は、航空機１０を、物体１５の現在位置に対して所望のしきい値または緩衝距離を下回る距離内に運ぶことができる。上で説明されたように、ミッションロジック４５０は、更新された避難エンベロープを動的に生成し、検知および回避要素２０７に提供するように構成され、要素２０７から受信された各々の提案された避難経路３５を動的に検証するように構成される。ミッションロジック４５０は、提案された避難経路を受信し、ミッション処理要素２１０に利用可能な情報に対して有効性を動的にチェックすることができる。
【００５０】
図６は、本開示のいくつかの実施形態による、図１に描写されたような航空機１０の上面斜視図である。図６の航空機は、乗り物１０の周囲の空間の冗長な検知のために重複する範囲６２５、６３５を有するセンサ２０、３０を有する。図６に示されたように、重複領域６６０は、物体１５が重複部分６６０内にあるときの重複領域の冗長な検知ならびにセンサ較正を可能にする。センサ較正を実行するためのさらなる技法は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、ＰＣＴ出願番号ＰＣＴ  ＵＳ／２０１７／２５５９２にさらに完全に説明されている。航空機監視システム５の例示的な動作では、センサ２０、３０の各々は、上で説明されたように、物体１５を検知し、物体の位置および速度を示すデータを検知および回避要素２０７に提供することができる。検知および回避要素２０７（たとえば、ロジック３５０）は、各センサ２０、３０からのデータを処理し、（たとえば、センサデータ３４３またはその他に基づいて）各センサからのデータによって示された情報間の不一致に注意することができる。検知および回避ロジック３５０はさらに、センサデータ３４３として、センサ２０、３０ごとの較正データなどの様々な情報に基づいて、またはさもなければ他の実施形態で、センサ２０、３０からのデータ内に存在する不一致を解決することもできる。この点に関して、検知および回避ロジック３５０は、上で説明されたように、航空機１０のセンサ２０によって検知された物体に関する情報が、避難エンベロープを生成し、避難経路を選択し検証する際にシステム５のリソースによる使用に対して正確であることを確実にするように構成されてよい。
【００５１】
図７は、本開示のいくつかの実施形態による、図１によって描写されたような航空機１０の三次元斜視図である。図７は、（たとえば、着陸または離陸中の）ＶＴＯＬ航空機１０の実質的に垂直な飛行動作のコンテキストにおけるシステム５の動作の例示的な図を提供する。図７の航空機１０は、水平飛行モード（たとえば、巡航モード）から垂直飛行構成（たとえば、着陸または離陸構成）に移行している。いくつかの実施形態では、航空機１０は、着陸または離陸位置と安全な水平飛行高度との間の所定の距離にわたって等、実質的に垂直方向に移動するように構成されてよい。
【００５２】
航空機１０がその巡航モードから離着陸モードに移行すると、航空機監視システム５は、航空機１０の運動の方向に構成され方向付けられたセンサからのセンサデータを処理することができる。この点に関して、航空機１０および航空機監視システム５は、航空機１０の運動の方向にある空間を検知するように構成され方向付けられたセンサ２０からのデータを検知するように構成される。検知されたデータに基づいて、システム５は避難エンベロープ２５を生成および提供しており、航空機１０が着陸中に物体１５を回避することを可能にする避難経路３５を提案および検証する。
【００５３】
ホバリング飛行中の物体１５を検知し回避する際に、航空機１０は、動きの方向（すなわち、垂直）に方向付けられた避難エンベロープ２５を用いて、上で説明された同じ技法を使用することができる。したがって、前方飛行について上で説明された技法と同様に、検知および回避要素２０７は、ホバリング飛行中の航空機１０に衝突リスクをもたらす１つ以上の物体１５を検出し、物体１５を分類し、物体１５の性能特性を決定し、分類された各物体１５の脅威リスクを評価することができる。本明細書に記載された技法を使用して、検知および回避要素２０７は、検知された物体１５を回避するための避難経路３５を選択するか、または他の決定を下すことができる。特に、着陸ゾーン上またはその近くの人、動物、または乗り物などの、１つ以上の物体１５が地上にある可能性がある。一例として、着陸ゾーン上の物体１５などの検知された脅威に応答して、検知および回避要素２０７は、下向きの動きを遅くするかまたは停止するように決定することができ、それにより、物体１５を監視して着陸ゾーンへの継続する動きが安全であるときを決定する間、着陸ゾーン上でホバリングする。あるいは、検知および回避要素２０７は、新しい着陸ゾーン、および航空機１０を新しい着陸ゾーンに導く避難経路２５を選択することができる。他の例では、検知された物体１５に応答する他の決定が可能である。
【００５４】
いくつかの実施形態では、航空機監視システム５（たとえば、検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０）は、特定の安全および予防機能を実行して、離着陸時に航空機１０に提示されるリスクにさらされる機会が増えた時間中、物体との衝突のリスクを低減するように構成されてよいことに留意されたい。航空機監視システム５（たとえば、検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０）は、離着陸操縦を実行するときにセンサのチェックを実行して、物体１５が航空機１０の経路内にないことを確認することができる。たとえば、航空機コントローラ２２０が推進システム２３０を開始する前に、航空機監視システム５は、（たとえば、航空機１０の上の）航空機が離陸中に移動するエリアを検知するように方向付けられた１つ以上のセンサ２０によって検知されたデータを監視し、物体１５がエリア内に存在する場合、航空機コントローラ２２０が推進システム２３０の開始（たとえば、プロペラの起動、エンジン出力の増加、またはそれ以外）を始めることを防止することができる。
【００５５】
加えて、離陸の前に、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３４３をチェックして、回転しているプロペラブレードなどの航空機１０によってぶつかられる可能性がある、航空機１０の近くの地上に物体がないことを決定することができる。この点に関して、人または動物が離陸エリア上を歩き回り、航空機のプロペラがオンになったときに、プロペラによってぶつかられる危険があることが考えられる。検知および回避要素２０７が、航空機、特に航空機のプロペラまたはエンジンの近くの物体の存在を検出した場合、検知および回避要素２０７は、物体がもはや衝突の脅威ではないことが確認され得るまで、航空機コントローラ２２０と通信してプロペラまたはエンジンの動作を無効にするミッション処理要素２１０に通知することができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、航空機監視システム５は、着陸動作中に物体が存在しないことを確認するように構成されてよい。物体１５がエリア内にあるか、またはさもなければ着陸中に航空機１０に衝突リスクを示したと航空機監視システム５が決定した場合、システム５は、いくつかのアクションのいずれかを実行して、航空機１０が物体１５と衝突することを防止することができる。一例として、物体１５が運動しており、航空機１０に衝突リスクをもはや示さないようにエリアを離れようとしていることを航空機監視システム５が検知した場合、システム５は、物体１５が航空機１０の経路から離れようと移動し続ける間、ホバリングすることによって乗り物を待機させることができる。しかしながら、物体１５が乗り物１０の経路内で静止している場合、航空機監視システム５は、上で説明されたように、避難エンベロープ２５を有する避難経路３５を決定し、航空機１０を制御して避難経路を辿るように航空機コントローラ２２０に信号を提供することができる。
【００５７】
上で説明されたいくつかの実施形態では、検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０は、各々がこれらの要素に起因する機能を実行するそれ自体のプロセッサまたはプロセッサのセットを有する別個のユニットとして説明される。しかしながら、他の実施形態では、検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０が分離される必要はない。一例として、検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０が統合されるか、またはプロセッサもしくは他のリソースを共有することが可能である。異なるハードウェア（たとえば、プロセッサ）上で検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０の機能を分離することは、いくつかの利点を有することができる。
【００５８】
具体的には、検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０に異なるプロセッサまたは他のハードウェアを使用することは、これらの要素に関連付けられた処理負担をハードウェアリソース全体に分散することに役立つ。加えて、要素２０７、２１０を分離することは、他の要素に影響を及ぼす可能性があるハードウェア障害から１つの要素を隔離することに役立つ。さらに、検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０用に異なるプロセッサまたは他のハードウェアを使用することは、検知および回避要素２０７に対して航空機のタイプを透過的にすることにより、設計および製造コストを削減することに役立つことができる。
【００５９】
この点に関して、検知および回避要素２０７の構成は、多くの異なるタイプの航空機で動作することが可能であるようであってよく、ミッション処理要素２１０は、それが存在する特定のタイプの航空機１０向けに構成またはプログラムされてよい。したがって、航空機制御システム２２５の設計、ならびにメモリ４２０に記憶される航空機データ４４３および動作データ４４４は、システム２２５が存在する航空機１０のタイプに合わせて調整されてよいが、検知および回避要素２０７は、航空機のタイプに合わせて独自に構成される必要はない。すなわち、検知および回避要素２０７は、航空機の能力を含む航空機のタイプに基づく避難エンベロープ２５を受信し、ミッション処理要素２１０によって提供される避難エンベロープ２５以外の航空機の能力または構成に固有の知識なしに、避難エンベロープ２５を処理してエンベロープ２５内の避難経路３５を選択することが可能である。このように、検知および回避要素２０７は、それが使用される特定の航空機タイプ向けに検知および回避要素２０７を再設計する必要なしに、様々な航空機のいずれにも使用されてよい。
【００６０】
航空機１０の経路内の物体を検知し回避するためのシステム５の例示的な使用および動作は、図８を参照して以下により詳細に説明される。例示目的で、物体１５が航空機１０の経路内にあり、少なくとも１つのセンサ２０、３０の視野内にあると仮定される。
【００６１】
ステップ８０２において、検知および回避要素２０７は、１つ以上のセンサ２０、３０からデータを受信することができ、検知および回避ロジック３５０は、センサデータ内の物体を検出することができる。センサ２０、３０によって検知された物体１５に関する情報（たとえば、位置、速度、質量、サイズなど）に基づいて、検知および回避要素２０７は、物体１５を分類するか、または言い換えると、検出された物体１５の物体タイプを識別することができる。その後、処理はステップ８０４に続くことができ、そこで、検知および回避要素２０７は、衝突の脅威が検出されたことをミッション処理要素２１０に通知することができる。
【００６２】
ステップ８０６において、ミッション処理要素２１０は、航空機１０用の避難エンベロープ２５を決定することができる。ミッション処理要素２１０は、上で説明されたように避難エンベロープ２５を生成し、ステップ８０８において、提案された避難経路の識別のために検知および回避要素２０７にそれを提供することができる。検知および回避要素２０７がミッション処理要素２１０から避難エンベロープを受信した後、検知および回避要素２０７は、避難エンベロープ２５を処理し、航空機１０用の避難経路３５を決定することができる。たとえば、エンベロープ２５内の避難経路３５は、物体１５との衝突のリスクを回避する航空機１０が辿るための経路を識別することができ、次いで、航空機の目的地への元のルートに沿った地点に航空機１０を戻す。検知および回避要素２０７が避難経路３５を決定した後、検知および回避要素２０７は、ステップ８１２において、ミッション処理要素２１０に避難経路を提供することができる。
【００６３】
ミッション処理要素２１０が避難経路３５を受信すると、ミッション処理要素２１０は、ステップ８１４において避難経路を検証することができる。ミッション処理要素２１０は、以前の避難エンベロープ２５を生成するために使用された情報に対する変更に基づいて、提案された避難経路３５が更新された避難エンベロープ２５内にあるかどうかを決定することによって検証を実行することができる。そうでない場合、処理はステップ８０８に戻り、ミッション処理要素２１０は、更新された避難エンベロープ２５を検知および回避要素２０７を提供する。提案された経路３５が更新された避難エンベロープ２５内にある場合、ミッション処理要素２１０は、提案された避難経路３５が有効であると決定するように構成され、処理はステップ８１８に続くことができ、そこで、ミッション処理要素２１０は、航空機１０を制御して避難経路３５を辿るために、航空機コントローラ２２０に避難経路３５を示す情報を提供する。図８によって示されたプロセスは、必要に応じて繰り返されてよいことに留意されたい。たとえば、航空機１０が避難経路３５を辿っているとき、航空機の環境および動作条件が再評価されてよく、航空機１０および物体１５による動きなどの変化する条件に基づいて新しい避難経路３５が選択されてよい。
【００６４】
いくつかの実施形態では、本明細書では「フリート」９５２と総称される複数の航空機１０からの情報を受信し処理する、以後「フリートコントローラ」と称されるコントローラ９００（図９）との通信を使用することにより、検知および回避動作が促進されてよい。そのようなフリートコントローラ９５２は、地上設備（たとえば、航空管制塔）または他の場所などの任意の場所にあってよい。フリートコントローラ９００は、航空機１０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。フリートコントローラ９００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、フリートコントローラ９００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。上で説明された検知および回避要素２０７ならびにミッション処理要素２１０と同様に、フリートコントローラ９００は、１つ以上のＣＰＵ、ＤＳＰ、ＧＰＵ、ＦＰＧＡ、または他のタイプの処理ハードウェアを有することができる。図９に示されたように、フリートコントローラ９００は、フリートコントローラ９００から遠く離れて位置する航空機１０または他のシステムとの通信を可能にするために、少なくとも１つのトランシーバ９１１に結合されてよい。この点に関して、フリートコントローラ９００は、航空機１０のフリート９５２とワイヤレス通信することができる。
【００６５】
フリート９５２の航空機１０のいずれかは、直接フリートコントローラ９００と通信するか、またはフリート９５２の近くの周りの様々な場所に配置されてよい他のデバイス（たとえば、リピータ）を通して通信することができる。必要に応じて、様々な航空機１０の検知および回避要素２０７は、上で説明されたように、検知された物体１５に関する情報を交換するために互いに通信することができる。そのような検知および回避要素２０７は、航空機１０のフリート９５２がワイヤレスメッシュネットワークを形成するように、航空機１０によって通信されるメッセージの、リピート、ルーティング、またはスイッチング機能として働くこともできる。そのようなメッシュネットワークは、航空機１０間の通信、ならびにフリートコントローラ９００と航空機１０との間の通信のために使用されてよい。
【００６６】
図９に示されたように、フリートコントローラ９００は、環境データ９２０、トラフィックデータ９２１、および物体データ９２２などの様々な情報を記憶するためのメモリも有する。環境データ９２０は、フリートの航空機１０が動作する環境に関する様々な情報を示す。一例として、環境データ９２０は、建物、橋、タワーなどの、航空機１０が上で動作する地上の障害物を含む地形を示す情報を記憶することができる。環境データ９２０は、制限空域のエリアなどの、航空機１０が飛行する空域に関する情報も示すことができる。環境データ９２０は、本明細書では「高リスクエリア」と呼ばれる、特定の衝突リスクに関連付けられたエリアも示すことができる。一例として、環境データ９２０は、高リスクエリアとして、空港周辺のエリアなどの多量のトラフィックに関連付けられた領域を識別することができる。そのような指定は、一時的であってよい（たとえば、１日の特定の時間、１週間または１ヶ月の特定の日などの特定の時間に限定されてよい）ことに留意されたい。一例として、所与のエリア内のトラフィックは、１日の特定の時間中にのみ多く、したがって、そのような時間中にのみ高リスクエリアとして指定される場合がある。別の例では、特定の時間にのみ花火が打ち上げられるエリアは、そのような時間期間の間、高リスクエリアとして指定されてよい。環境データ９２０は、各高リスクエリアを、高リスクエリアに関連付けられたリスクのタイプ（たとえば、多トラフィックまたは花火）を示す情報と相関させることができる。そのような情報は、エリアに関連付けられたリスクの程度、および特定の状況下でエリアを通る経路が選択されるべきかどうかを評価するのに役立つ場合がある。
【００６７】
必要に応じて、フリートコントローラ９００は、航空機１０に環境データ９２０を送信することができ、航空機１０は、検知および回避機能用にデータ９２０を使用することができる。一例として、検知および回避要素２０７は、環境データ９２０に基づいて所望の経路を選択することができる。さらに、検知および回避要素２０７は、可能なとき、高リスクエリアを通る避難経路３５の選択を制限することができる。加えて、ルートデータ４４５（図５）は、環境データ９２０に少なくとも部分的に基づいて定義または更新されてよい。一例として、環境データ９２０によって識別された制限空域または高リスクエリアを回避するために、避難エンベロープ２５が定義されてよい。
【００６８】
トラフィックデータ９２１は、各航空機１０の位置、各航空機１０の速度、各航空機１０のルート、各航空機の航空機タイプ、ならびに／または航空機１０の追跡および衝突の回避に役立つ他の情報などの、フリート９５２の航空機１０に関する情報を示す。そのような情報は、協力的な航空機からフリートコントローラ９００に通信されてよい。ある航空機１０に関する情報は、別の航空機１０によって通信されてもよい。一例として、第１の航空機１０の検知および回避要素２０７は、第２の航空機１０の位置を検知し、その位置をフリートコントローラ９５２に報告することができ、フリートコントローラ９５２は、多くの航空機１０からの第２の航空機１０に関する位置を比較して、トラフィックデータ９２１の完全性および正確性を確実にすることを助ける冗長性チェックを提供することができる。
【００６９】
物体データ９２２は、他の航空機１０（そのような他の航空機１０が協力的であるか否かにかかわらず）、鳥、および他のタイプの衝突リスクなどの、物体１５に関する情報を示す。フリート９５２内の各航空機１０の検知および回避要素２０７は、検知および回避要素２０７により物体１５を示す情報をフリートコントローラ９５２に送信し、フリートコントローラ９５２は、次いで、そのような情報をフリートコントローラ９５２に記憶される物体データ９２２に編集することができる。複数の航空機１０からの同じ物体１５に関する情報は、物体データ９２２の完全性および正確性を確実にすることを助けるために、不一致を識別し解決するために比較されてよい。さらに、フリートコントローラ９００は、フリート９５２の航空機１０に物体データ９２２を送信するように構成されてよく、その結果、航空機１０は、フリートコントローラ９００およびフリート９５２によって監視される環境内の物体１５の首尾一貫していて正確なビューを、各航空機１０が有するように、そのデータを更新することができる。
【００７０】
いくつかの実施形態では、フリートコントローラ９００は、環境データ９２０、トラフィックデータ９２１、および物体データ９２２を使用して、航空機１０が飛行する領域を示す三次元（３Ｄ）マップ９３０または他のタイプのマップを定義することができる。そのようなマップ９３０は、地形および地上の障害物の位置、ならびに空域内の航空機１０および物体１５の位置を示すことができる。マップ９３０は、航空機１０および物体１５に関連付けられた他の情報、たとえばそれらの速度、ルート、および他の情報などを、フリートコントローラ９００によってそのような情報が知られる程度に含んでよい。フリートコントローラ９００は、各航空機１０に３Ｄマップ９３０を送信するように構成されてよく、各航空機１０は、次いで、衝突回避のためにマップ９３０を使用することができる。一例として、マップ９３０は、ルートおよび避難経路を選択するために使用されてよい。さらに、航空機１０におけるデータは、必要に応じてマップ９３０に基づいて更新されてよい。
【００７１】
航空機１０の間で情報を通信することにより、ある航空機１０が、別の航空機１０によって得られた経験または知識から学び、利益を得ることが可能である。一例として、建物またはタワーなどの新しい障害物が建てられたが、フリートの航空機１０が障害物の存在を認識していないと仮定する。第１の航空機１０が障害物に接近すると、第１の航空機１０はセンサ２０、３０を使用して障害物の存在を検知し、必要な場合、それを回避するためにそのルートを調整することができる。検知および回避要素２０７が障害物を地上の障害物として分類した場合、検知および回避要素２０７は、そのようなデータ４４５によって定義された地形の一部として障害物を含めるように、そのルートデータ４４５を更新することができる。したがって、ルートの選択および避難エンベロープ３５の定義に関する将来の決定は、更新されたルートデータ４４５に基づいてよく、それにより、そのような決定における障害物の存在を計算にいれる。
【００７２】
加えて、第１の航空機１０は、新たに検出された障害物を示す情報をフリートコントローラ９００に送信することができ、フリートコントローラ９００は、障害物を含めるように環境データ９２０および／またはマップ９３０を更新することができる。したがって、更新された環境データ９２０またはマップ９３０がフリート９５２の他の航空機１０に配信されると、そのような他の航空機１０は、障害物の存在を示すようにルートデータ４４５を更新することができる。したがって、フリート９００の各航空機１０は、新たに検出された障害物を通知され、そのような航空機がそれ自体のセンサ２０、３０で障害物を検出する前であっても、新たに検出された障害物に基づいて制御決定を適宜行うことができる。一例として、検知および回避要素２０７は、障害物が航空機のセンサ２０、３０で検知される前であっても、障害物の存在に基づいて障害物を回避する経路を選択することができる。
【００７３】
いずれにしても、フリートコントローラ９００に記憶された情報は、航空機１０が動作する環境に関連付けられたリスクモデルと行動モデルの両方を定義する。リスクモデルは、高レベルのリスクに関連付けられたエリアを示し、そのような各エリアに関連付けられたリスクのタイプも示す。行動モデルは、監視される領域内の航空機１０および他の物体１５の位置を示す。両方のモデルは、それらが経時的に変化するという点で一時的である。所与のモデルはリアルタイムであってよく、現在観察されているリスクまたは行動のタイプを示し、モデルは、リスクの予測および評価を正確に行うことができるように、パターンが認識され得る履歴を定義することもできる。一例として、特定の時間中に、空港の近くなどの特定の領域でより多量のトラフィックを観察することにより、その領域は将来の１日の同じ期間に対する高リスクエリアとして予測されてよい。フリートコントローラ９００によって決定された行動モデルおよびリスクモデルは、より良い情報に基づいた検知および回避決定を行う際に、航空機１０と共有されて、それらを支援してよい。したがって、リスクモデルおよび行動モデルに基づいて、航空機１０は、フリートコントローラ９００またはその他によって認識された過去のパターンに基づいて、将来のより大きいリスクに関連付けられる可能性が高い特定の領域を回避するために、予測されるリスクおよび行動を考慮に入れることによってより良いルート選択決定を行うことができる。
【００７４】
上で説明されたように、航空機１０は、航空機の安全性を強化するための冗長機能を実行するために、処理ハードウェアを並行して使用することが可能である。図１０は、検知および回避要素２０７について本明細書に記載された機能を実行するために複数のプロセッサ１００１−１００４が使用される、検知および回避要素２０７の例示的な実施形態を描写する。図１０は、１つの安全プロセッサ１００１、および以後「汎用プロセッサ」と呼ばれる３つの他のプロセッサ１００２−１００４を示すが、他の実施形態では、検知および回避要素２０７は、任意の数の安全プロセッサ１００１および他のタイプのプロセッサ１００２−１００４を利用することができる。
【００７５】
安全プロセッサ１００１は、汎用プロセッサ１００２−１００４に比べてエラーが発生するかまたは故障する可能性が低くなるように、安全に動作するように特別に設計されている。いくつかの実施形態では、安全プロセッサ１００１は、国際標準化機構（ＩＳＯ）または他の標準ベースの組織によって公布された特定のプロセッサ安全基準を満たすように設計されてもよい。そのような基準を満たすために、安全プロセッサ１００１は、汎用プロセッサ１００２−１００４の処理スピードよりも遅く動作するように設計されてよく、汎用プロセッサ１００２−１００４は、安全プロセッサ１００１と同じ安全資格を達成したり、安全プロセッサ１００１と同じ安全マージンで動作するように設計されていない。
【００７６】
図１０に示された実施形態では、各汎用プロセッサ１００２−１００４は、本明細書に説明された技法に従って避難経路選択を行うように構成される。したがって、物体１５が検出されると、各プロセッサ１００２−１００４は、ミッション処理要素２１０から避難エンベロープ２５を受信し、上で説明されたように、避難エンベロープ２５および他の要因に基づいて避難経路３５を選択する。必要に応じて、各汎用プロセッサ１００２−１００４は、避難経路３５を選択するために同じアルゴリズムを使用してよく、またはいかなる汎用プロセッサ１００２−１００４も、他の汎用プロセッサと比べて異なるアルゴリズムを使用してもよい。いくつかの実施形態では、各プロセッサ１００２−１００４は、機械学習を使用して、トレーニングデータの１つ以上のセットに基づいて避難ルート３５をどのように選択するかを学習する。検知および回避決定のためのそのような非決定論的な方法は、同じ入力に対して汎用プロセッサ１００２−１００４によって選択される経路間の不一致をもたらす可能性がある。不一致は、汎用プロセッサ１００２−１００４のいずれかの誤った操作から生じる場合もある。
【００７７】
各汎用プロセッサ１００２−１００４は、その避難経路選択を安全プロセッサ１００１に報告するように構成され、安全プロセッサ１００１は、次いで、避難経路選択を比較し、選択間に存在する可能性があるいかなる不一致も解決する。一例として、２つの汎用プロセッサ１００２−１００３が同じ避難経路または同様の避難経路を選択し、他のプロセッサ１００４が大幅に異なる避難経路を選択した場合、安全プロセッサ１００１は、より多くのプロセッサ１００２−１００３によって選択された避難経路または避難経路のうちの１つを使用するように構成されてよい。使用する避難経路を決定した後、安全プロセッサ１００１は、選択された避難経路をミッション処理要素２１０に報告し、ミッション処理要素２１０は、上で説明されたように、選択された避難経路を検証し使用する。
【００７８】
汎用プロセッサ１００２−１００４による他の検知および回避決定が、同様に安全プロセッサ１００１に報告され、安全プロセッサ１００１によって監視されることに留意されたい。一例として、センサ２０、３０からのデータ内で物体１５が検出されたかどうかに関する決定、物体１５の分類、リスク評価、ならびに上で説明された検知および回避要素２０７の他の決定は、各汎用プロセッサ１００２−１００４によって行われてよく、安全プロセッサ１００１は、そのような決定を比較し、任意の所望のアルゴリズムに従ってそれらの間の不一致を解決することができる。
【００７９】
加えて、汎用プロセッサ１００２−１００４から受信されたデータに基づいて、安全プロセッサ１００１は、汎用プロセッサ１００２−１００４の動作を監視して、是正措置が望ましい汎用プロセッサが故障したときを決定するように構成される。この点に関して、安全プロセッサ１００１は、汎用プロセッサ１００２−１００４のためのウォッチドッグ機能を実行する。一例として、所与の汎用プロセッサ１００２による決定が、経時的に他の汎用プロセッサ１００３−１００４による決定と比較してある程度異なる場合、安全プロセッサ１００１は、汎用プロセッサ１００２が故障したと決定することができる。他の実施形態では、汎用プロセッサの故障を検出するための他の技法が可能である。汎用プロセッサが故障したと決定された場合、安全プロセッサ１００１は、故障したプロセッサを非アクティブ化すること、または将来の制御決定のためにその出力を無視することなどの是正措置を講じるように構成されてよい。どの汎用プロセッサ１００２−１００４が有効なデータを提供しており、どれが故障した可能性が高いかを安全プロセッサ１００１が解決することができない場合、安全プロセッサ１００１は、航空機１０が外部物体１５にぶつかる可能性を低減するために、航空機１０の緊急着陸またはホバリング飛行への移行を実行するように、ミッション処理要素２１０に指示することなどの他のタイプの是正措置を講じることができる。さらに他の例では、他のタイプの是正措置が可能である。
【００８０】
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もよい。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に多くの形態を取ることができる。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ものとすることが強調される。
【００８１】
さらなる例として、本明細書に図示され説明されたような、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もよい。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は多くの用途を有する。したがって、開示された主題は、本明細書に記載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内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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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