(57)【要約】  航空機制御システムは、航空機（１０２）およびコンピューティングデバイス（１０４、３００）を含む。航空機は、高度制御装置（１２６）および横方向推進制御装置（１２０）を含む。コンピューティングデバイスは、プロセッサおよびメモリを含む。メモリは、プロセッサによって実行されると、コンピューティングデバイスに、航空機の位置に対応する位置データを取得することと、風データを取得することと、位置データまたは風データのうちの少なくとも１つに基づいて、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することと、高度制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、横方向推進制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を行わせる命令を格納する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機であって、
高度制御装置、および
横方向推進制御装置、を含む航空機と、
コンピューティングデバイスであって、
プロセッサ、および
命令を格納するメモリであって、前記命令が、前記プロセッサによって実行されると、前記コンピューティングデバイスに、
前記航空機の位置に対応する位置データを取得することと、
風データを取得することと、
前記位置データまたは前記風データのうちの少なくとも１つに基づいて、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することと、
前記高度制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、
前記横方向推進制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を行わせる、メモリを含むコンピューティングデバイスと、を備える、航空機制御システム。
【請求項２】
前記メモリが、前記プロセッサによって実行されると、前記コンピューティングデバイスに、
前記航空機の所望の高度、前記航空機の所望の緯度座標、または前記航空機の所望の経度座標のうちの少なくとも１つに対応するナビゲーションコマンドを取得すること、を行わせるさらなる命令を格納し、
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを決定することが、前記ナビゲーションコマンドにさらに基づく、請求項１に記載の航空機制御システム。
【請求項３】
前記高度コマンドは、前記航空機が許容閾値内で前記所望の高度に位置付けられるように、前記高度制御装置によって実施され、前記緯度コマンドおよび前記経度コマンドは、前記航空機が許容閾値内で前記所望の緯度座標および前記所望の経度座標に位置付けられるように、前記横方向推進制御装置によって実施される、請求項２に記載の航空機制御システム。
【請求項４】
前記位置データが、
前記航空機の高度に対応する高度データ、
前記航空機の緯度座標に対応する緯度データ、または
前記航空機の経度座標に対応する経度データ、のうちの少なくとも１つを含み、
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを決定することが、前記高度データ、前記緯度データ、または前記経度データのうちの少なくとも１つにさらに基づく、請求項１に記載の航空機制御システム。
【請求項５】
前記コンピューティングデバイスが、無線通信リンク経由で前記航空機に通信可能に結合され、
前記メモリが、前記プロセッサによって実行されると、前記コンピューティングデバイスに、
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを、前記無線通信リンクを介して前記航空機に送信して、前記高度制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させ、前記横方向推進制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させること、を行わせるさらなる命令を格納する、請求項１に記載の航空機制御システム。
【請求項６】
前記航空機がセンサをさらに含み、前記メモリが、前記プロセッサによって実行されると、前記コンピューティングデバイスに、
前記無線通信リンク経由で前記センサから前記位置データを取得すること、を行わせるさらなる命令を格納する、請求項５に記載の航空機制御システム。
【請求項７】
前記風データが、前記航空機の前記位置または前記航空機の前記高度のうちの少なくとも１つまたはその近くの風に対応する、請求項１に記載の航空機制御システム。
【請求項８】
前記風データが、公的に利用可能な気象データソースまたは複数の航空機から集約されたデータを含むデータソースのうちの少なくとも１つを含むデータソースから取得される、請求項７に記載の航空機制御システム。
【請求項９】
前記航空機が、
空気ガス高度制御システムと、
プロペラと、を含み、
前記メモリが、前記プロセッサによって実行されると、前記コンピューティングデバイスに、
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、前記高度制御装置に前記空気ガス高度制御システムを作動させることにより、前記高度制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度のうちの少なくとも１つに基づいて、前記横方向推進制御装置に前記プロペラを作動させることにより、前記横方向推進制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を行わせるさらなる命令を格納する、請求項１に記載の航空機制御システム。
【請求項１０】
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを決定することが、前記位置データまたは前記風データのうちの少なくとも１つ、および前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを実行することに関連付けられている前記航空機の電力量に基づいて決定することによって、少なくとも部分的に実行される、請求項１に記載の航空機制御システム。
【請求項１１】
航空機の制御方法であって、
前記航空機の位置に対応する位置データを取得することと、
風データソースから風データを取得することと、
前記位置データまたは前記風データのうちの少なくとも１つに基づいて、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することと、
前記航空機の高度制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、
前記航空機の横方向推進制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を含む、航空機の制御方法。
【請求項１２】
前記航空機の所望の高度、前記航空機の所望の緯度座標、または前記航空機の所望の経度座標のうちの少なくとも１つに対応するナビゲーションコマンドを取得すること、をさらに含み、
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを決定することが、前記ナビゲーションコマンドにさらに基づく、請求項１１に記載の航空機制御方法。
【請求項１３】
前記高度コマンドは、前記航空機が許容閾値内で前記所望の高度に位置付けられるように、前記高度制御装置によって実施され、前記緯度コマンドおよび前記経度コマンドは、前記航空機が許容閾値内で前記所望の緯度座標および前記所望の経度座標に位置付けられるように、前記横方向推進制御装置によって実施される、請求項１２に記載の航空機制御方法。
【請求項１４】
前記位置データが、
前記航空機の高度に対応する高度データ、
前記航空機の緯度座標に対応する緯度データ、または
前記航空機の経度座標に対応する経度データのうちの少なくとも１つを含み、
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを決定することが、前記高度データ、前記緯度データ、または前記経度データのうちの少なくとも１つにさらに基づく、請求項１１に記載の航空機制御方法。
【請求項１５】
前記高度制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つ実施させることが、コンピューティングデバイスから無線通信リンク経由で、前記航空機に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを送信することを含み、
前記横方向推進制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることが、前記コンピューティングデバイスから前記無線通信リンク経由で、前記航空機に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを送信すること、を含む、請求項１１に記載の航空機制御方法。
【請求項１６】
前記航空機の前記位置に対応する前記位置データが、前記無線通信リンク経由で、前記航空機のセンサから、前記コンピューティングデバイスによって取得される、請求項１５に記載の航空機制御方法。
【請求項１７】
前記風データが、前記航空機の前記位置または前記航空機の前記高度のうちの少なくとも１つもしくはその近くの風に対応し、前記風データソースが、公的に利用可能な気象データソースまたは複数の航空機から集約されたデータを含むデータソースのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の航空機制御方法。
【請求項１８】
前記高度制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることが、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、前記高度制御装置に、前記航空機の空気ガス高度制御システムを作動させることを含み、
前記横方向推進制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることが、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、前記横方向推進制御装置に、前記航空機のプロペラを作動させることを含む、請求項１１に記載の航空機制御方法。
【請求項１９】
前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを決定することが、前記位置データまたは前記風データのうちの少なくとも１つ、および前記高度コマンド、前記緯度コマンド、および前記経度コマンドを実行することに関連付けられている前記航空機の電力量に基づいて決定することによって、少なくとも部分的に実行される、請求項１１に記載の航空機制御方法。
【請求項２０】
命令のシーケンスが上に格納されたコンピュータ可読媒体であって、前記命令のシーケンスが、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
航空機の位置に対応する位置データを取得することと、
風データソースから風データを取得することと、
前記位置データまたは前記風データのうちの少なくとも１つに基づいて、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することと、
前記航空機の高度制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、
前記航空機の横方向推進制御装置に、前記高度コマンド、前記緯度コマンド、または前記経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を行わせる、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年９月２１日に出願された米国特許出願第１５／７１１，００３号の継続出願であり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
従来の飛行船は、空中にその配置を維持するため、または新しい配置に移動するために、経験した風速と少なくとも同じ大きさの対気速度で自身を推進する能力を必要とする。ただし、飛行船のサイズ、電力、およびコストは対気速度の３乗に比例するため、従来の飛行船は特定の用途では費用対効果が低い場合がある。気球などの他の航空機は、様々な風向を利用して空中の配置を維持したり、新しい配置に移動したりするために垂直に移動できる。ただし、場合によっては、地理的ゾーンまたは季節に関連する風の特性により、風に基づいてその配置を維持または移動させるそのような航空機の能力が制限される場合がある。
【発明の概要】
【０００３】
一態様では、本開示は、航空機およびコンピューティングデバイスを含む航空機制御システムについて説明する。航空機は、高度制御装置および横方向推進制御装置を含む。コンピューティングデバイスは、プロセッサおよびメモリを含む。メモリは、プロセッサによって実行されると、コンピューティングデバイスに、航空機の位置に対応する位置データを取得することと、風データを取得することと、位置データまたは風データのうちの少なくとも１つに基づいて、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することと、高度制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、横方向推進制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を行わせる命令を格納する。
【０００４】
実施形態では、メモリは、プロセッサによって実行されると、コンピューティングデバイスに、航空機の所望の高度、航空機の所望の緯度座標、または航空機の所望の経度座標のうちの少なくとも１つに対応するナビゲーションコマンドを取得すること、を行わせるさらなる命令を格納する。高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することは、ナビゲーションコマンドにさらに基づく。
【０００５】
実施形態では、高度コマンドは、航空機が許容閾値内で所望の高度に位置付けられるように、高度制御装置によって実施され、緯度コマンドおよび経度コマンドは、航空機が許容閾値内で所望の緯度座標および所望の経度座標に位置付けられるように、横方向推進制御装置によって実施される。
【０００６】
実施形態では、位置データは、航空機の高度に対応する高度データ、航空機の緯度座標に対応する緯度データ、または航空機の経度座標に対応する経度データのうちの少なくとも１つを含み、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することが、高度データ、緯度データ、または経度データのうちの少なくとも１つにさらに基づく。
【０００７】
実施形態では、コンピューティングデバイスは、無線通信リンク経由で航空機に通信可能に結合され、メモリは、プロセッサによって実行されると、コンピューティングデバイスに、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを、無線通信リンクを介して航空機に送信して、高度制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させ、横方向推進制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させること、を行わせるさらなる命令を格納する。
【０００８】
実施形態において、航空機はセンサをさらに含み、メモリは、プロセッサによって実行されると、コンピューティングデバイスに、無線通信リンク経由でセンサから位置データを取得すること、を行わせるさらなる命令を格納する。
【０００９】
実施形態では、風データは、航空機の位置または航空機の高度のうちの少なくとも１つまたはその近くの風に対応する。
【００１０】
実施形態では、風データは、公的に利用可能な気象データソースまたは複数の航空機から集約されたデータを含むデータソースのうちの少なくとも１つを含むデータソースから取得される。
【００１１】
実施形態では、航空機は、空気ガス高度制御システムと、プロペラと、をさらに含み、メモリが、プロセッサによって実行されると、コンピューティングデバイスに、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、高度制御装置に空気ガス高度制御システムを作動させることにより、高度制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、横方向推進制御装置にプロペラを作動させることにより、横方向推進制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を行わせるさらなる命令を格納する。
【００１２】
実施形態では、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することが、位置データまたは風データのうちの少なくとも１つ、および高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを実行することに関連付けられている航空機の電力量に基づいて決定することによって、少なくとも部分的に実行される。
【００１３】
別の態様では、本開示は航空機制御方法を説明する。本方法は、航空機の位置に対応する位置データを取得することと、風データソースから風データを取得することと、位置データまたは風データのうちの少なくとも１つに基づいて、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することと、航空機の高度制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、航空機の横方向推進制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を含む。
【００１４】
実施形態では、本方法は、航空機の所望の高度、航空機の所望の緯度座標、または航空機の所望の経度座標のうちの少なくとも１つに対応するナビゲーションコマンドを取得すること、をさらに含み、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することが、ナビゲーションコマンドにさらに基づく。
【００１５】
実施形態では、高度コマンドは、航空機が許容閾値内で所望の高度に位置付けられるように、高度制御装置によって実施され、緯度コマンドおよび経度コマンドは、航空機が許容閾値内で所望の緯度座標および所望の経度座標に位置付けられるように、横方向推進制御装置によって実施される。
【００１６】
実施形態では、位置データは、航空機の高度に対応する高度データ、航空機の緯度座標に対応する緯度データ、または航空機の経度座標に対応する経度データのうちの少なくとも１つを含み、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することが、高度データ、緯度データ、または経度データのうちの少なくとも１つにさらに基づく。
【００１７】
実施形態では、高度制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つ実施させることが、コンピューティングデバイスから無線通信リンク経由で、航空機に、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを送信することを含み、横方向推進制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることが、コンピューティングデバイスから無線通信リンク経由で、航空機に、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを送信すること、を含む。
【００１８】
実施形態では、航空機の位置に対応する位置データが、無線通信リンク経由で、航空機のセンサから、コンピューティングデバイスによって取得される。
【００１９】
実施形態では、風データが、航空機の位置または航空機の高度のうちの少なくとも１つもしくはその近くの風に対応し、風データソースが、公的に利用可能な気象データソースまたは複数の航空機から集約されたデータを含むデータソースのうちの少なくとも１つを含む。
【００２０】
実施形態では、高度制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることが、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、高度制御装置に、航空機の空気ガス高度制御システムを作動させることを含み、横方向推進制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることが、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つに基づいて、横方向推進制御装置に、航空機のプロペラを作動させることを含む。
【００２１】
実施形態では、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することが、位置データまたは風データのうちの少なくとも１つ、および高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを実行することに関連付けられている航空機の電力量に基づいて決定することによって、少なくとも部分的に実行される。
【００２２】
別の態様では、本開示は、命令のシーケンスが上に格納されたコンピュータ可読媒体について説明する。命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、航空機の位置に対応する位置データを取得することと、風データソースから風データを取得することと、位置データまたは風データのうちの少なくとも１つに基づいて、高度コマンド、緯度コマンド、および経度コマンドを決定することと、航空機の高度制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、航空機の横方向推進制御装置に、高度コマンド、緯度コマンド、または経度コマンドのうちの少なくとも１つを実施させることと、を行わせる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
航空機を制御するための本システムおよび方法の様々な態様および特徴は、図面を参照して本明細書で以下に説明される。
【００２４】
【図１】本開示の実施形態による、例示的な航空機システムの概略図である。
【図２】本開示の実施形態による、図１の航空機システムの追加の態様を示す概略図である。
【図３】例えば、本開示の実施形態による、図１または図２のシステムまたは構成要素の一部として、本システムの様々な実施形態で使用され得るコンピューティングデバイスの例示的な実施形態の概略ブロック図である。
【図４】本開示の実施形態による、図１のコンピューティングデバイスの視点から航空機を制御するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図５】本開示の実施形態による、図１の航空機の視点から航空機を制御するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示は、例えば、浮力制御機構（空気ガス高度制御システムなど）による横方向の移動と、例えば、プロペラによる横方向推進力との組み合わせを使用して、航空機を制御するためのシステムおよび方法に関する。一態様では、本開示のシステムおよび方法は、経験した風速と少なくとも同じ大きさの対気速度での推進力を必要とせずに、地理的ゾーンまたは季節に関連する風の特性などの風の特性によってなどの風の特性によって制限されない方法で、航空機が空中でその配置を維持するか、費用効果の高い方法で新しい配置に移動することを可能にする。本開示のシステムおよび方法は、いくつかの態様において、垂直気球スタイルの移動を比較的低速の横方向推進と組み合わせ、その一方または両方は、風データ、航空機位置データおよび／または同様のものなどの集約データに基づいて制御され、電力消費量を最適化する。いくつかの例では、本開示の航空機制御は、垂直操縦の複合効果後の残りのドリフトに比較的小さな横方向補正を適用する。
【００２６】
図１を参照すると、例示的な航空機システム１００は、一定の比率で描かれていない、航空機１０２、１つまたは複数のコンピューティングデバイス１０４、および１つまたは複数のデータソース１０６を含む。航空機１０２およびコンピューティングデバイス１０４は、第１の無線通信リンク１０８経由で互いに通信可能に結合され、コンピューティングデバイス１０４およびデータソース１０６は、第２の無線通信リンク１１０経由で互いに通信可能に結合される。図１には別個に示されていないが、通信リンク１０８および／または１１０は、衛星リンクおよび／または他の介在デバイス、リンク、および／またはネットワークを含み得る。いくつかの態様では、航空機１０２は、大気中に発射されて大気中を移動するように構成され、コンピューティングデバイス１０４は、地上ベースの分散アレイとして協働して、本明細書で説明する機能を実行する。データソース１０６は、空中気象気球、追加の空中航空機１０２、衛星データソースおよび／または同様のものなどの空中データソース、および／または公的に利用可能な、かつ／または独自のデータベースなどの地上ベースのデータソースを含むことができる。本開示は、システム１００が複数のコンピューティングデバイス１０４および複数のデータソース１０６を含む実施形態の文脈で提供されるが、他の実施形態では、システム１００は単一のコンピューティングデバイス１０４および単一のデータソース１０６を含み得る。さらに、図１は単一の航空機１０２を示しているが、様々な実施形態では、システム１００は、大気中の異なる場所に位置付けられ、通信リンク１０８および／または１１０経由で、コンピューティングデバイス１０４、ソース１０６、および／または互いと通信するように構成された複数の航空機１０２の艦隊を含む。
【００２７】
様々な実施形態において、航空機１０２は、例えば電気通信サービス（例えば、長期発展（ＬＴＥ）サービス）、ハリケーン監視サービス、船舶追跡サービス、撮像、天文学、レーダー、自然環境、保護、および／または他のタイプの機能またはサービスに関連するサービスなどの様々な機能を実行するか、様々なサービスを提供するように構成され得る。一般に、本開示のシステムおよび方法は、大気中またはそれを超える航空機１０２の配置（位置とも称される）および／または移動を制御して、場合によっては、それらのサービスの機能または提供の効果的かつ効率的な性能を促進するための技術を提供する。本明細書でさらに詳細に説明するように、コンピューティングデバイス１０４は、様々なソースから様々なタイプのデータを取得し、取得したデータに基づいて、航空機１０２にメッセージを伝達して、飛行の間のその配置および／または移動を制御するように構成される。
【００２８】
引き続き図１を参照すると、航空機１０２は、外側エンベロープ１１２および、航空機１０２が飛行している間、外側エンベロープ１１２の下に吊り下げられたゴンドラ１１４とを含む。外側エンベロープ１１２は、以下でさらに詳細に説明されるように、飛行中の航空機１０２の浮力、ひいては高度を制御するために使用される１つまたは複数のバロネット１１６を含む。いくつかの態様では、バロネット１１６は空気を含み、外側エンベロープ１１２は空気よりも軽い揚力ガスを含む。高度制御装置１２６は、（航空機１０２の外部の空気から）空気をバロネット１１６に送り込み、航空機１０２の質量を増大させて、その高度を下げるように、または、バロネット１１６から（航空機１０２の外部の大気中に）空気を放出し、航空機１０２の質量を減少させて、その高度を増大させるように、ポンプおよびバルブ（いずれも図１には図示せず）を制御する。高度制御装置１２６、外側エンベロープ１１２、バロネット１１６、ならびにバルブおよびポンプ（図１には図示せず）の組み合わせは、空気ガス高度制御システムと称される場合があるが、他のタイプの浮力制御機構が同様に考えられる。
【００２９】
外側エンベロープ１１２はまた、利用可能な場合に、太陽光を吸収し、吸収された太陽光から電気エネルギーを生成する、その上部に取り付けられた１つまたは複数のソーラーパネル１３４を有する。ソーラーパネル１３４は、電力経路１３６などの電力経由で、飛行中に利用するために、ゴンドラ１１４内に収容された構成要素などの航空機１０２の様々な構成要素に、生成された電気エネルギーを提供する。
【００３０】
ゴンドラ１１４は、様々な構成要素を含み、そのいくつかは、用途および／またはニーズに応じて、含まれても含まれなくてもよい。図１には明示的に示されていないが、一般に航空機１０２、および／または特にゴンドラ１１４の様々な構成要素は、電力、データ、および／または他の信号または情報の通信のために互いに結合されてもよい。図１に示される例示的なゴンドラ１１４は、推進制御装置１２０、１つまたは複数のセンサ１２８、エネルギー貯蔵モジュール１２４、発電所１２２、高度制御装置１２６、トランシーバ１３２、および他の搭載機器１３０を含む。トランシーバ１３２は、それぞれ無線通信リンク１０８および／または通信リンク１１０経由で、航空機１３２とコンピューティングデバイス１０４および／またはデータソース１０６との間でデータを無線通信するように構成される。
【００３１】
ゴンドラ１１４はまた、関節運動可能なアーム部材１３８によってその端部のいずれかに取り付けられたプロペラ１１８を有する。推進制御装置１２０は、プロペラ１１８を制御して、横方向推進などの推進を提供し、航空機１０２を推進して、飛行中のその配置および／または移動の制御を支援する。以下でさらに詳細に説明するように、様々な実施形態において、推進制御装置１２０は、無線通信リンク１０８およびトランシーバ１３２経由でコンピューティングデバイス１０４によって生成され、そこから受信される推進コマンドに少なくとも部分的に基づいて、プロペラ１１８を制御するように構成される。いくつかの態様では、推進制御装置１２０は、推進コマンドに基づいてプロペラ１１８を作動させることにより、推進コマンドを実施する。図１に示されているプロペラ１１８および関節運動可能なアーム部材１３８の構成は、限定ではなく例として提供されている。推進の他の構成が考えられる。例えば、他の実施形態では、航空機１０２は、ゴンドラ１１４の対応する部分に取り付けられた複数のプロペラ１１８を含むことができ、または関節運動可能なアーム部材１３８とは対照的に関節運動不能なアーム部材を含むことができ、または、当技術分野で知られている代替の推進方法を含むことができる。プロペラ１１８および／または関節運動可能なアーム部材１３８は、航空機１０２を横方向（この場合、推進制御装置１２０は横方向推進制御装置と称され得る）および／または垂直方向に推進するために使用され得る。
【００３２】
いくつかの実施形態では、センサ１２８は、地球の大気中の航空機１０２の緯度、経度、および／または高度に対応する緯度、経度、および／または高度データなどの位置データを感知および出力する全地球位置衛星（ＧＰＳ）センサを含む。センサ１２８は、以下でさらに詳細に説明するように、航空機１０２を制御する際に使用するための無線トランシーバ１３２および無線通信リンク１０８を介してコンピューティングデバイス１０４に位置データを提供するように構成される。
【００３３】
エネルギー貯蔵モジュール１２４は、航空機１０２の様々な構成要素による使用のためにソーラーパネル１３４によって提供される電気エネルギーを貯蔵する１つまたは複数のバッテリーまたは、１つまたは複数の燃料電池などの１つまたは複数の他のエネルギー貯蔵装置を含む。発電所１２２は、エネルギー貯蔵モジュール１２４により貯蔵された電気エネルギーを取得し、電気エネルギーを航空機１０２の様々な構成要素による使用に適した形態に変換し、かつ／または調整する。いくつかの実施形態では、発電所１２２は、プロペラ１１８を駆動するように構成された１つまたは複数のモーター（図１には図示せず）も含む。
【００３４】
高度制御装置１２６は、飛行中のその配置および／または移動の制御を支援するために、航空機１０２の浮力を調整するように、バロネット１１６を制御するように構成される。以下でさらに詳細に説明するように、様々な実施形態において、高度制御装置１２６は、無線通信リンク１０８およびトランシーバ１３２経由でコンピューティングデバイス１０４によって生成され、そこから受信される高度コマンドに少なくとも部分的に基づいてバロネット１１６を制御するように構成される。いくつかの例では、高度制御装置１２６は、高度コマンドに基づいて空気ガス高度制御システムを作動させることにより高度コマンドを実施するように構成される。
【００３５】
搭載機器１３０は、上記で概説したように、用途またはニーズに応じて、様々なタイプの機器を含み得る。例えば、搭載機器１３０は、ＬＴＥ送信機および／または受信機、気象センサ、撮像機器、および／または任意の他の適切なタイプの機器を含み得る。
【００３６】
図１に関連して航空機システム１００の概要を提供したが、次に、本開示の実施形態による航空機システム１００の特定の部分を示す図２を参照する。特に、図２は、航空機１０２の配置および／または移動を制御するために、機能および対応する構成要素が航空機１０２、コンピューティングデバイス１０４、および／またはデータソース１０６の間でどのように割り当てられるかの例示的な実施形態を示す。システム１００が航空機１０２の制御を実施する方法のより詳細な態様は、図４の文脈で以下に提供されるが、図２は、機能および構成要素割り当ての概要を提供する。図２に示されている構成要素の配置は、限定ではなく例として提供されている。構成要素の他の配置および機能の割り当てが考えられ、例えば、航空機１０２は、コンピューティングデバイス１０４によって実装されるとして図２に示される機能を実装する構成要素を含み、またはその逆も考えられる。しかしながら、図２に示される例では、構成要素および機能の大部分は、航空機１０２ではなくコンピューティングデバイス１０４に割り当てられ、航空機１０２の構成要素を動作させるのに必要なエネルギー量を低減し、したがってより多くの構成要素および機能が航空機１０２に割り当てられた場合に可能であるよりも、航空機１０２の構成要素が利用可能なエネルギーのより多くの部分を利用することを可能にする。これは、機能を実装し、および／または利用可能なエネルギーの所与の量にサービスを提供するための航空機１０２の能力を高める。
【００３７】
図１に関連して上記で紹介された特定の構成要素に加えて、図２は、コンピューティングデバイス１０４内に含まれるウインドミキサーモジュール２０２、ナビゲーションモジュール２０４、および操縦自動化モジュール２０６を示す。航空機１０２が大気中を飛行すると、センサ１２８は、トランシーバ１３２および無線通信リンク１０８経由で、ウインドミキサーモジュール２０２に、対応する時間での航空機１０２のタイムスタンプ付きＧＰＳ配置などの位置データ、および測定された風データを定期的に送信するように構成される。ウインドミキサーモジュール２０２は、センサ１２８から取得された位置データおよび測定された風データを使用し、場合によっては、他のデータソース１０６（例えば、アメリカ海洋大気庁（ＮＯＡＡ）データソース、ヨーロッパ中期予報センター（ＥＣＭＷＦ）データソース、および／または同様のもの）から得られた風パターンデータを利用し、航空機１０２が飛行している、または飛行すると予想される風を推測するか、または推定する。特に、風点は、１つまたは複数の所定のナビゲーションアルゴリズムによって推測された、または推定された風に基づいて、航空機１０２をナビゲートする方法を決定する際に、ナビゲーションモジュール２０４を支援するガウス過程カーネル関数などのカーネル関数を構築するウインドミキサーモジュール２０２に格納される。ナビゲーションモジュール２０４によって実施され得るナビゲーションアルゴリズムのタイプの例が、それぞれが「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＡＥＲＩＡＬ  ＶＥＨＩＣＬＥＳ」と題され、それぞれが２０１７年７月２８日に出願され、かつ、それぞれが、米国特許出願第１５／６６２，９４０号、第１５／６６２，９６８号、第１５／６６３，０００号、および第１５／６６３，０３０号、ならびに、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＳＩＭＵＬＡＴＩＮＧ  ＷＩＮＤ  ＮＯＩＳＥ  ＭＯＤＥＬＳ」と題され、２０１７年７月２８日に出願された、米国特許出願第１５／６６３，１１７号に記載されており、それぞれの全体が、参照により本明細書に組み込まれる。実施されているナビゲーションアルゴリズムに応じて、ナビゲーションモジュール２０４は、航空機１０２がどのように移動するか、または静止したままであるかを定義する、１つまたは複数のナビゲーションコマンドを含む操縦計画を生成し、操縦計画を操縦自動化モジュール２０６に登録する。
【００３８】
様々な実施形態において、ナビゲーションモジュール２０４は、様々なタイプのナビゲーションコマンドを含む様々なタイプの操縦計画を生成し得る。例えば、座標ベースの操作計画には１つまたは複数の座標ベースのナビゲーションコマンドが含まれてもよく、ベクトルベースの操作計画には１つまたは複数のベクトルベースのナビゲーションコマンドが含まれてもよい。特に、座標ベースの操縦計画は、座標ベースのナビゲーションコマンドとして、航空機１０２が達成し、かつ／または維持しようとすべき位置を定義する位置データのアイテムを含むことができる。座標ベースのナビゲーションコマンドの位置データのアイテムには、（１）航空機１０２が到達し、かつ／または維持しようとすべき垂直地理的配置または高度を定義する、垂直ナビゲーションコマンド、ならびに、（２）緯度座標および経度座標の組み合わせであってもよく、航空機１０２が達成し、かつ／または維持しようとすべき水平地理的位置（例えば、緯度座標および経度座標）を定義する、水平ナビゲーションコマンドの、２つのサブ構成要素が含まれる。本明細書でさらに説明するように、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１０４から受信した垂直ナビゲーションコマンドおよび／または水平ナビゲーションコマンドに基づいて、航空機１０２は、適切な高度コマンドおよび／または推進コマンドを生成し、これにより、高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、全体的なナビゲーションコマンドまたは操縦計画を達成するために作動される。他の実施形態では、例えば図４および図５に関連して説明したように、コンピューティングデバイス１０４は、適切な高度コマンドおよび／または推進コマンドを生成し、高度コマンドおよび／または推進コマンドを、ナビゲーションコマンドとして、航空機１０２に通信する。
【００３９】
ベクトルベースの操縦計画は、ベクトルベースのナビゲーションコマンドとして、方向ナビゲーションコマンドおよび速度ナビゲーションコマンド（または力コマンド、加速コマンド、または他の任意の種類の大きさベースのコマンド）を含む、ナビゲーションベクトルデータのアイテムを含んでもよい。方向ナビゲーションコマンドは、航空機１０２が移動しようとすべき方向を定義し、速度ナビゲーションコマンド（または他の大きさベースのコマンド）は、航空機１０２が定義された方向に移動しようとすべき速度（または力、加速度、または他の大きさ）を定義する。方向ナビゲーションコマンドは、基数ベースの方向および／または仰角方向（例えば、北、南、東、西、上昇、下降および／または同様のもの）の組み合わせとして定義するか、または、任意の参照座標系の用語で定義することができる。方向性ナビゲーションコマンドは、（１）航空機１０２が垂直方向に移動すべき場合に、どのように移動すべきかを定義する、垂直ナビゲーションコマンド（例えば、上昇、下降、または現在の高度の維持）および、（２）航空機１０２が水平方向（例えば、北、南、東、西および／または同様のもの）に移動すべき場合に、どのように移動すべきかを定義する、水平ナビゲーションコマンドの２つのサブ構成要素を含んでもよい。本明細書でさらに説明するように、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１０４から受信した垂直ナビゲーションコマンドおよび／または水平ナビゲーションコマンドに基づいて、航空機１０２は、適切な高度コマンドおよび／または推進コマンドを生成し、これにより、高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、全体的なナビゲーションコマンドまたは操縦計画を達成するために作動される。他の実施形態では、例えば図４および図５に関連して説明したように、コンピューティングデバイス１０４は、適切な高度コマンドおよび／または推進コマンドを生成し、高度コマンドおよび／または推進コマンドを、ナビゲーションコマンドとして、航空機１０２に通信する。
【００４０】
さらに、操縦計画は、他に指示がない限り、航空機１０２が達成するか、または維持しようとすべきである、単一の配置または移動（例えば、単一の地理的位置または単一の方向および速度のペア）を定義する、単一のナビゲーションコマンド（例えば、位置データの単一アイテムまたはナビゲーションベクトルデータの単一アイテム）を含むことができる。代替的に、または追加的に、操縦計画は時間ベースであってもよく、航空機１０２が対応する時間で到達するか、または維持しようとすべきである、複数の配置または移動（例えば、一連の位置または一連の方向および速度のペア）を定義する、複数のナビゲーションコマンド（例えば、位置データの複数のアイテムまたはナビゲーションベクトルデータの複数のアイテム）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、時間ベースの操縦計画は、コンピューティングデバイス１０４のメモリに格納され、かつ／または、航空機１０２に通信されるテーブルとして表されてもよい。
【００４１】
操縦自動化モジュール２０６は、生成された操縦計画、またはより具体的には、操縦計画に含まれる、１つまたは複数のナビゲーションコマンド（例えば、座標ベースのナビゲーションコマンドまたはベクトルベースのナビゲーションコマンド）を、実施のために、高度制御装置１２６および／または推進制御装置１２０に順次転送する。特に、座標ベースの操縦計画の一例では、操縦自動化モジュール２０６は、無線通信リンク１０８経由で、（例えば、気圧高度に相当する場合があり、航空機１０２を何らかの許容帯域内に維持するための所望の高度を示す、気圧として指定され得る）高度コマンドおよび（例えば、航空機１０２を何らかの許容帯域内に維持するための所望の推進量および／または方向を示す）推進コマンドを、トランシーバ１３２に送信する。高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、高度および推進ループをそれぞれ実行するように構成され、それにより、高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、コンピューティングデバイス１０４から高度コマンドおよび推進コマンドを定期的に受信し、航空機１０２の配置（例えば、緯度、経度、高度）および／または移動を制御するために、これらのコマンドを実行する。
【００４２】
様々な実施形態において、航空機１０２が操縦計画に従って、所望の位置および／または移動を達成するか、または維持することを確実にするために、フィードバックループを様々な方法で実施することができる。例えば、いくつかの実施形態では、航空機１０２は、コンピューティングデバイス１０４から受信したナビゲーションコマンド（複数可）に基づいて、高度制御装置１２６および／または推進制御装置１２０を作動させ、位置データなどのフィードバックをコンピューティングデバイス１０４に提供するように構成される。コンピューティングデバイス１０４は、位置データフィードバックを使用して、航空機１０２が操縦計画に従って所望の位置および／または移動を達成するか、または維持していることを検証し、必要に応じて、操縦計画を適宜調整し、更新されたナビゲーションコマンドを、実施のために、航空機１０２に通信する。他の実施形態では、例えば図５（後述）に示されるように、航空機１０２は、そのセンサ１２８からの位置データを分析して、航空機１０２が操縦計画に従って所望の位置および／または移動を達成するか、または維持していることを確実にし、必要に応じて、その高度制御装置１２６および／またはその推進制御装置１２０の作動を適宜調整する。
【００４３】
図３は、本明細書の様々な実施形態によって使用され得るコンピューティングデバイス３００の概略ブロック図である。図１または図２には明示的に示されていないが、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス３００またはその１つまたは複数の構成要素は、システム１００の１つまたは複数の構成要素（例えば、コンピューティングデバイス１０４、ゴンドラ１１４の構成要素、データソース１０６、および／または同様のもの）をさらに表すことができる。コンピューティングデバイス３００は、様々な実施形態において、１つまたは複数のメモリ３０２、プロセッサ３０４、ディスプレイデバイス３０６、ネットワークインターフェース３０８、入力デバイス３１０、および／または出力モジュール３１２を含み得る。メモリ３０２は、プロセッサ３０４によって実行可能であり、コンピューティングデバイス３００の動作を制御する、データおよび／またはソフトウェアを格納するための非一時的なコンピュータ可読ストレージ媒体を含む。実施形態では、メモリ３０２は、フラッシュメモリチップなどの１つまたは複数のソリッドステートストレージデバイスを含むことができる。または１つまたは複数のソリッドステートストレージデバイスの代替として、またはそれに加えて、メモリ３０２は、大容量ストレージ制御装置（図３には示されていない）および通信バス（図３には示されていない）を通してプロセッサ３０４に接続された、１つまたは複数のストレージデバイスを含んでもよい。本明細書に含まれるコンピュータ可読媒体の説明はソリッドステートストレージに言及しているが、コンピュータ可読ストレージ媒体は、プロセッサ３０４によってアクセス可能な任意の利用可能な媒体であり得ることを当業者は理解すべきである。つまり、コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータなどの情報の格納のための任意の方法または技術で実装された、非一時的、揮発性および不揮発性、リムーバブルおよび非リムーバブル媒体を含む。コンピュータで読み取り可能なストレージメディアの例は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他のソリッドステートメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイもしくは他の光学ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、もしくは他の磁気ストレージデバイス、または、または、所望の情報を格納するために使用でき、コンピューティング装置３００がアクセスできる、任意の他の媒体を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態では、メモリ３０２は、データ３１４および／またはアプリケーション３１６を格納する。いくつかの態様では、アプリケーション３１６は、プロセッサ３０４によって実行されると、ディスプレイデバイス３０６にユーザインターフェース（図３には図示せず）を提示させる、ユーザインターフェース構成要素３１８を含む。ネットワークインターフェース３０８は、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス３００および／またはその個々の構成要素を、有線ネットワーク、無線ネットワーク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、無線モバイルネットワーク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク、インターネット、および／または別のタイプのネットワークに結合するように構成される。入力デバイス３１０は、ユーザがコンピューティングデバイス３００と対話することができる手段による任意のデバイスとすることができる。入力装置３１０の例には、マウス、キーボード、タッチスクリーン、音声インターフェースおよび／または同様のものが含まれるがこれらに限定されない。出力モジュール３１２は、様々な実施形態において、例えば、パラレルポート、シリアルポート、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、または当業者に知られている他の同様の接続ポートなどの接続ポートまたはバスを含むことができる。
【００４５】
図４は、本開示の実施形態による、システム１００のコンピューティングデバイス１０４の視点から航空機を制御するための例示的な方法４００を示すフローチャートである。ブロック４０２において、ウインドミキサーモジュール２０２は、航空機１０２によって定期的に送信される位置データを、トランシーバ１３２および無線通信リンク１０８経由で、航空機１０２のセンサ１２８から取得する。位置データにはタイムスタンプが付けられ、対応する時間での航空機１０２の緯度座標、経度座標、および／または高度などの位置を示す。
【００４６】
ブロック４０４で、ウインドミキサーモジュール２０２は、データソース１０６、航空機１０２のセンサ１２８、空中にある、または以前に空中にあった、かつ／または同様の他の航空機１０２のセンサ１２８などの様々なソースから風パターンデータなどの風データを取得する。ブロック４０６で、ウインドミキサーモジュール２０２は、ブロック４０２でセンサ１２８から取得した位置データおよび、ブロック４０４でデータソース１０６から取得した風データを利用して、航空機１０２が飛行しているか、または、飛行すると予想される風を判定するか、または推定する。決定された、または推定された風に基づいて、ウインドミキサーモジュール２０２は、風モデル（例えば、上記のカーネル関数を含む）を構築し、風モデルをナビゲーションモジュール２０４に転送する。
【００４７】
ブロック４０８で、ナビゲーションモジュール２０４は、ブロック４０６で提供された風モデルを使用して、上記の１つまたは複数の所定のナビゲーションアルゴリズムに従って、判定され、かつ／または推定された風を考慮して、航空機１０２をどのようにナビゲートするかを決定する。実施されている特定のナビゲーションアルゴリズムに基づいて、ナビゲーションモジュール２０４は、いくつかの実施形態では、航空機１０２がナビゲーションアルゴリズムに従って、対応する時間で達成するか、または維持しようとすべき１つまたは複数の位置（例えば、高度、緯度座標、および／または経度座標）を示す操縦計画を生成する。場合によっては、操縦計画は、対応する位置と時間を一致させる図４に示すテーブル４０９などのテーブルの形をとってもよい。ブロック４０８の即時反復の前に以前の操縦計画が既に生成されている場合、ブロック４０８で、ナビゲーションモジュール２０４は、ブロックで４０２取得された位置データ、および／または、ブロック４０４で取得された風データなどの新しい、または更新されたデータに基づいて、操縦計画を更新するかどうかを決定する。ナビゲーションモジュール２０４は、生成された、または更新された操縦計画を、実施のために操縦自動化モジュール２０６に登録する。
【００４８】
ブロック４１０で、操縦自動化モジュール２０６は、ブロック４０８で実行されたナビゲーションアルゴリズムに基づいて、ナビゲーションコマンドを航空機１０２に送信するかどうかを決定する。ナビゲーションコマンドは、上述のように様々な形をとることができ、いくつかの実施形態では、航空機１０２が１つまたは複数の対応する時間に達成するか、または維持しようとする、１つまたは複数の所望の位置（例えば、緯度座標、経度座標、および／または高度）を航空機１０２に示す、位置データを含む。ナビゲーションコマンドは、航空機１０２が受信するとすぐに到達しようとする単一の位置を含むことができるか、または、ナビゲーションコマンドは、航空機１０２がその時間に到達するか、または維持しようとする複数の時間および対応する位置を含むことができる。場合によっては、ナビゲーションコマンドは、ブロック４０８で生成された操縦計画テーブル４０９を含んでもよい。様々な実施形態では、操縦自動化モジュール２０６は、操縦コマンドアイテムを一度に１つずつ順次送信することができるか、または、操縦計画テーブル４０９経由などで、ナビゲーションコマンドアイテムをバッチで送信することができる。操縦自動化モジュール２０６がナビゲーションコマンドを航空機１０２に送信するかどうかに関するブロック４１０の決定は、ブロック４０８で生成された操縦計画が新しいか、または、ナビゲーションコマンドとしてすでに航空機１０２に提供されているかどうかに基づき得る。ブロック４０８で生成された操縦計画が新しいものであり、航空機１０２に提供されていない場合、ブロック４１０で、操縦自動化モジュール２０６が計画位置データ（例えば、操縦計画テーブル）を航空機１０２に送信することが決定され得る。ブロック４０８で生成された操縦計画が新しくなく、すでに航空機１０２に提供されている場合、ブロック４１０で、操縦自動化モジュール２０６が航空機１０２にナビゲーションコマンドを送信しないことを決定することができる。操縦自動化モジュール２０６が、ブロック４１０でナビゲーションコマンドを航空機１０２に送信しないと決定した場合（ブロック４１０で「いいえ」）、制御はブロック４０２に戻り、上記のとおり、追加の、またはより最新の位置データを取得する。操縦自動化モジュール２０６がブロック４１０でナビゲーションコマンドを航空機１０２に送信することを決定した場合（ブロック４１０で「はい」）、制御ブロック４１２。
【００４９】
ブロック４１２で、操縦自動化モジュール２０６は、無線通信リンク１０８およびトランシーバ１３２経由で、ブロック４０８で生成された操縦計画に従って、実施のために、上記のうちの１つまたは複数の方法で、ナビゲーションコマンドを航空機１０２、特にその高度制御装置１２６および／または推進制御装置１２０に送信する。特に、操縦自動化モジュール２０６は、無線通信リンク１０８経由で、航空機１０２を何らかの許容帯域内に到達させるか、または維持するための、（例えば、気圧高度に相当する場合があり、航空機１０２を何らかの許容帯域内に維持するための所望の高度を示す、気圧として指定され得る）高度コマンド、（例えば、所望の緯度座標を示すことができる）緯度コマンド、および／または（例えば、所望の経度座標を示すことができる）経度コマンドを、トランシーバ１３２に送信する。いくつかの実施形態では、位置（例えば、高度、緯度、および経度）を指定する代わりに、操縦自動化モジュール２０６は、航空機１０２に大気中の所望のベクトルまたは進行方向を指定する。
【００５０】
図５に関連して以下でさらに詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、それぞれ高度および推進ループを実行するように構成され、それにより、高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、高度コマンドおよび推進コマンドをコンピューティングデバイス１０４から定期的に受信し、それらのコマンドを実行して、航空機１０２の位置（例えば、緯度、経度、高度）および／または移動を制御する。高度制御装置１２６は一般に航空機１０２の高度を制御するために使用され、推進制御装置１２０は一般に航空機１０２の緯度および経度座標を制御するために使用されるが、いくつかの実施形態では、高度制御装置１２６は、さらにまたは代替的に、（例えば、データソース１０６からのデータを使用することによって、より好ましい風方向を特定して、航空機１０２を、特定された高度に移動させるために）航空機１０２の緯度および／または経度座標を制御するために使用されてもよくまた、あるいは代替的に、推進制御装置１２０が、航空機１０２の高度を制御するために、使用されてもよい。さらなる実施形態では、高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、互いに協働して、航空機１０２の高度、緯度座標、または経度座標のいずれか１つまたは任意の組み合わせを制御するように構成され得る。
【００５１】
ブロック４１４において、例えば、航空機１０２が飛行中のままであるかどうかに基づいて、かつ／または、航空機１０２の動作のモードに基づいて、航空機１０２の制御を終了するかどうかに関して決定が行われる。ブロック４１４で航空機１０２の制御を終了すると決定された場合（ブロック４１４で「はい」）、手順４００は終了する。ブロック４１４で航空機１０２の制御を終了しないと判定された場合（ブロック４１４で「いいえ」）、制御はブロック４０２に戻り、上述のように追加の、またはより最新の位置データを取得する。
【００５２】
図５は、本開示の実施形態による、航空機１０２の視点から、航空機を制御するための例示的な方法５００を示すフローチャートである。ブロック５０２において、航空機１０２は、無線通信リンク１０８およびトランシーバ１３２経由で、コンピューティングデバイス１０４によって送信されたナビゲーションコマンド（図４、ブロック４１２）を受信する。上述したように、航空機１０２は、コンピューティングデバイス１０４からナビゲーションコマンドの複数の送信を定期的に受信する。ブロック５０２の現在のインスタンスでナビゲーションコマンドを受信する時間で、航空機１０２がブロック５０２の前のインスタンスでナビゲーションコマンドをすでに受信している場合、ブロック５０２の現在のインスタンスで、航空機１０２は以前に受け取ったナビゲーションコマンドを、最近受信した最新のナビゲーションコマンドで上書きする。
【００５３】
ブロック５０４で、高度制御装置１２６および／または推進制御装置１２０は、航空機１０２の現在の高度、緯度座標、および／または経度座標をそれぞれ示す高度データ、緯度データ、および／または経度データなどの位置データをセンサ１２８から取得する。上述のように、高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、様々な実施形態において、高度、緯度、および経度座標を別々に制御してもよいか、または、協働して高度、緯度、および経度座標を制御してもよい。これに関して、高度制御装置１２６および推進制御装置１２０は、ブロック５０４で、処理に必要であり得る位置データのいずれのタイプでも、センサ１２８から取得することができる。いくつかの実施形態では、ブロック５０４で、高度制御装置１２６はセンサ１２８から高度データを取得し、推進制御装置１２０はセンサ１２８から緯度データおよび経度データを取得する。
【００５４】
ブロック５０６で、高度制御装置１２６（または場合によっては推進制御装置１２０）は、ブロック５０４でセンサ１２８から取得された現在の高度を、高度の調整が必要かどうかを判定するために、ブロック５０２で現在の時間に取得されたナビゲーションコマンドに基づいて指示された所望の高度と比較する。ブロック５０６で、高度制御装置１２６が、現在の高度が許容帯域内で所望の高度に一致すると判定した場合（ブロック５０６で「はい」）、制御はブロック５１２に移る。高度制御装置１２６が、現在の高度が許容帯域内で所望の高度に一致しないとブロック５０６で判定する場合（ブロック５０６で「いいえ」）、制御はブロック５０８に移る。
【００５５】
ブロック５０８で、高度制御装置１２６は、現在の高度から所望の高度まで、大気中で航空機１０２を移動させようとして、バロネット１１６に提供する高度コマンドを算出する。ブロック５１０で、高度制御装置１２６は、高度コマンドをバロネット１１６に提供して、航空機１０２に所望の高度を達成し、かつ／または維持しようとさせる。
【００５６】
ブロック５１２で、推進制御装置１２０（または場合によっては高度制御装置１２６）は、ブロック５０４でセンサ１２８から取得された現在の緯度および経度座標を、航空機１０２の緯度および／または経度座標の調整が必要かどうかを判定するために、ブロック５０２で現在の時間に取得されたナビゲーションコマンドに基づいて指示された所望の緯度および経度座標と比較する。推進制御装置１２０が、ブロック５１２において、現在の緯度および経度が許容帯域内で所望の緯度および経度に一致すると判定した場合（ブロック５１２で「はい」）、制御はブロック５１８に移る。推進制御装置１２０が、ブロック５１２で、現在の緯度および／または経度が許容帯域内で所望の緯度および／または経度と一致しないと判定した場合（ブロック５１２で「いいえ」）、制御はブロック５１４に移る。
【００５７】
ブロック５１４で、推進制御装置１２０は、現在の緯度および／または経度から所望の緯度まで大気中で航空機１０２を移動させようとして、プロペラ１３０および／または関節運動可能なアーム部材１３８に提供する推進コマンドを算出する。ブロック５１６で、推進制御装置１２０は、推進コマンドをプロペラ１３０および／または関節運動可能なアーム部材１３８に提供して、航空機１０２に所望の緯度および／または経度を達成し、かつ／または維持しようとさせる。推進制御コマンドは、プロペラ１３０が提供する推進量、プロペラ１３０および／または関節運動可能なアーム部材１３８が航空機１０２を推進する方向などを含むことができる。
【００５８】
ブロック５１８で、例えば、航空機１０２が飛行中のままであるかどうかに基づいて、かつ／または航空機１０２の動作モードに基づいて、航空機１０２の制御を終了するかどうかに関して決定が行われる。ブロック５１８で航空機１０２の制御を終了すると決定された場合（ブロック５１８で「はい」）、手順５００は終了する。ブロック５１８で、航空機１０２の制御を終了しないと判定された場合（ブロック５１８で「いいえ」）、制御はブロック５２０に戻る。
【００５９】
ブロック５２０では、新しい位置コマンド（例えば、新しい高度コマンド、緯度制御コマンド、および／または経度制御コマンド）が高度制御装置１２６および／または推進制御装置１３０に提供されるかどうかに関して決定が行われ、ブロック５０２で取得されたナビゲーションコマンドに従って、航空機１０２の高度、緯度、および／または経度座標を調整する。ブロック５２０での決定は、現在の時間をナビゲーションコマンド（例えば、図４の操縦計画テーブル４０９）にリストされた対応する時間と比較して、航空機１０２を新しい場所に移動する時間であるか、または、ブロック５０４で取得された現在の位置で航空機１０２を維持するかを判定することに基づき得る。ブロック５２０で、新しい位置コマンドが提供されるべきであると判定された場合（ブロック５２０で「はい」）、ブロック５２２で、位置設定点が更新され、新しい所望の高度、所望の緯度座標、および／または所望の経度座標が反映される。
【００６０】
ブロック５２４で、例えば、風データまたは他の気象データなどの条件の変化、またはユーザ入力に基づいて、操縦計画を更新するために、コンピューティングデバイス１０４から新しいナビゲーションコマンドが受信されたかどうかが判定される。ブロック５２４で、新しいナビゲーションコマンドが受信されたと判定された場合（ブロック５２４で「はい」）、制御はブロック５０２に戻り、ナビゲーションコマンド（例えば、図４の操縦計画テーブル４０９）を更新または上書きする。これは、ブロック５０２の最新のインスタンスで受信されたナビゲーションコマンドとともに、ブロック５０２の前のインスタンスで受信された。ブロック５２４で、新しいナビゲーションコマンドが受信されていないと判定された場合（ブロック５２４で「いいえ」）、制御はブロック５０４に戻り、航空機１０２に大気中の所望の高度、緯度座標、および経度座標を達成するか、または維持させ続けようとして、新しい、またはより最新の現在位置データを取得する。
【００６１】
本明細書で開示される実施形態は、本システムおよび方法の例であり、様々な形態で具現化され得る。例えば、本明細書の特定の実施形態は別個の実施形態として説明されているが、本明細書の各実施形態は、本明細書の他の実施形態の１つまたは複数と組み合わせることができる。本明細書で開示される特定の構造および機能の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、請求項の根拠として、および実質的に任意の適切に詳細な構造で本情報システムを様々に採用するために当業者を教示するための代表的な根拠として解釈されるべきである。同様の参照番号は、図面の説明全体を通して類似または同一の要素を指す場合がある。
【００６２】
「一実施形態において」、「実施形態において」、「いくつかの実施形態において」、または「他の実施形態において」という語句は、それぞれ、本開示による同じまたは異なる実施形態の１つまたは複数を指し得る。「ＡまたはＢ」という形式のフレーズは、「（Ａ）、（Ｂ）、または（ＡおよびＢ）」を意味し、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」という形式のフレーズは、「（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡおよびＢ）、（ＡおよびＣ）、（ＢおよびＣ）または（Ａ、Ｂ、およびＣ）」を意味する。
【００６３】
本明細書で説明されるシステムおよび／または方法は、１つまたは複数の制御装置を利用して、様々な情報を受信し、受信した情報を変換して出力を生成することができる。制御装置は、メモリに格納された一連の命令を実行できる任意のタイプのコンピューティングデバイス、算出回路、または任意のタイプのプロセッサまたは処理回路を含むことができる。制御装置は、複数のプロセッサおよび／またはマルチコア中央処理装置（ＣＰＵ）を含むことができ、マイクロプロセッサー、デジタル信号プロセッサ、マイクロ制御装置、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの任意のタイプのプロセッサを含むことができる。制御装置はまた、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、１つまたは複数のプロセッサに１つまたは複数の方法および／またはアルゴリズムを実行させるデータおよび／または命令を格納するメモリを含み得る。複数の制御装置および／または複数のメモリの組み合わせを使用する例示的な実施形態では、本明細書に記載のシステムおよび／または方法の各機能は、制御装置およびメモリの任意の組み合わせに割り当てられ、実行され得る。
【００６４】
本明細書に記載の方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのいずれも、プログラミング言語またはコンピュータプログラムに変換するか、またはプログラミング言語またはコンピュータプログラムで表現することができる。ここで使用される「プログラミング言語」および「コンピュータプログラム」という用語には、コンピュータへの命令を指定するために使用されるすべての言語が含まれ、以下の、言語とその派生語が含まれる（ただしこれらに限定されない）。アセンブラー、基本、バッチファイル、ＢＣＰＬ、Ｃ、Ｃ＋、Ｃ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｊａｖａ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ、マシンコード、オペレーティングシステムコマンド言語、Ｐａｓｃａｌ、Ｐｅｒｌ、ＰＬ１、スクリプト言語、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ、それ自体がプログラムを指定するメタ言語、およびすべての第１、第２、第３、第４、第５、またはそれ以降の世代のコンピュータ言語。また、データベースおよびその他のデータスキーマ、およびその他のメタ言語も含まれる。解釈、コンパイル、またはコンパイルと解釈の両方のアプローチを使用する言語を区別しない。プログラムのコンパイル済みバージョンとソースバージョンは区別されない。したがって、プログラミング言語が複数の状態（ソース、コンパイル済み、オブジェクト、リンクなど）に存在する可能性があるプログラムへの参照は、そのような状態のすべてへの参照である。プログラムの参照には、実際の命令および／またはそれらの命令の意図が含まれる場合がある。
【００６５】
本明細書で説明される方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのいずれかは、１つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読または機械可読媒体またはメモリに含まれてもよい。「メモリ」という用語は、プロセッサ、コンピュータ、またはデジタル処理デバイスなどの機械によって読み取り可能な形式で情報を提供する（一例では、格納し、かつ／または送信する）メカニズムを含み得る。例えば、メモリには、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスクストレージ媒体、光学ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイス、またはその他の揮発性または不揮発性メモリストレージデバイスが含まれる。その上に含まれるコードまたは命令は、搬送波信号、赤外線信号、デジタル信号、および他の同様の信号で表すことができる。
【００６６】
前述の説明は、本システムおよび方法の例示にすぎない。本開示から逸脱することなく、当業者によって様々な代替および修正が考案され得る。したがって、本開示は、そのようなすべての代替、修正、および変更を包含することを意図している。添付の図面を参照して説明される実施形態は、本開示の特定の例を実証するためにのみ提示されている。上記および／または添付の特許請求の範囲と実質的に異なる他の要素、ステップ、方法、および技術も、本開示の範囲内にあることを意図している。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月24日(2020.4.24)
【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】
空気よりも軽い車両であって、
前記空気よりも軽い車両を大気中に浮遊させるための揚力ガスが充填されるように構成された外側エンベロープと、
１つまたは複数の機器を収容するように構成されたゴンドラであって、前記外側エンベロープに連結され、大気中に浮遊している間、前記外側エンベロープの下に吊り下げられるように構成された、ゴンドラと、
前記ゴンドラに収容された高度制御装置であって、浮力調整によって、前記空気よりも軽い車両の浮遊高度を変更するように構成された、高度制御装置と、
前記空気よりも軽い車両に横方向の変化を生じさせるように構成されたプロペラと、
前記プロペラに連結されたアーム部材と、
前記ゴンドラに収容された横方向推進制御装置であって、飛行中の前記空気よりも軽い車両の位置または横方向の移動の少なくとも１つを管理するために、前記プロペラおよび前記アーム部材の少なくとも１つを制御するように構成される、横方向推進制御装置と、を備える
空気よりも軽い車両。
【請求項２】
前記アーム部材は、前記プロペラと前記ゴンドラとの間に連結される、請求項１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項３】
前記空気よりも軽い車両は成層圏内での動作用に構成される、請求項１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項４】
前記アーム部材は関節運動をするように構成される、請求項１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項５】
前記横方向推進制御装置は、前記アーム部材の関節運動を制御して、前記空気よりも軽い車両を選択された横方向に移動させるように構成される、請求項４に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項６】
前記外側エンベロープ内に収容されたバロネットであって、前記空気よりも軽い車両の浮力を制御するように構成されたバロネットをさらに備え、
前記高度制御装置は、前記バロネットの状態を修正することによって、前記空気よりも軽い車両の前記浮力を調整するように構成される、
請求項１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項７】
前記空気よりも軽い車両の位置データを出力するように構成された１つまたは複数の位置センサをさらに備え、
前記高度制御装置は、前記出力された位置データに基づいて前記浮遊高度を変更するように構成され、前記横方向推進制御装置は、前記出力された位置データに基づいて前記空気よりも軽い車両の前記位置または移動の少なくとも１つを管理するように構成される、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記高度制御装置は、
前記出力された位置データに基づいて、前記空気よりも軽い車両の現在の高度を所望の高度と比較することと、
前記比較に基づいて、高度調整が必要であるか否かを決定することと、
前記決定に基づいて、前記高度調整を生じさせることと、を行うように構成される、
請求項７記載の空気よりも軽い車両。
【請求項９】
前記所望の高度は、受信されたナビゲーションコマンドに基づく、請求項８に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１０】
前記高度調整が必要であるか否かの前記決定は、前記現在の高度が、前記所望の高度との一致許容帯域内に収まるか否かの決定を含む、請求項８に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１１】
前記横方向推進制御装置は、
前記出力された位置データに基づいて、前記空気よりも軽い車両の現在の横方向位置を所望の横方向位置と比較することと、
前記比較に基づいて、横方向位置調節が必要であるか否かを決定することと、
前記決定に基づいて、前記横方向位置調整を生じさせることと、を行うように構成される、
請求項７記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１２】
前記所望の横方向位置は、受信されたナビゲーションコマンドに基づく、請求項１１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１３】
前記横方向位置調整が必要であるか否かの前記決定は、前記現在の横方向位置が、前記所望の横方向位置に対する許容帯域内に収まるか否かの決定を含む、請求項１１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１４】
前記横方向推進制御装置は、横方向推進コマンドを算出することにより、前記横方向位置調整を生じさせて、前記プロペラおよび前記アーム部材の少なくとも１つを制御するように構成される、請求項１１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１５】
前記横方向推進コマンドは、前記プロペラの推進量を含む、請求項１４に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１６】
前記横方向推進コマンドは、前記プロペラまたは前記アーム部材の少なくとも１つが前記空気よりも軽い車両を推進させる方向を含む、請求項１４に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１７】
前記プロペラを駆動するように構成された１つまたは複数のモータをさらに備える、請求項１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１８】
前記空気よりも軽い車両は気球を含む、請求項１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項１９】
前記ゴンドラに収容された前記１つまたは複数の機器は、１つまたは複数の地上ベースのコンピューティングデバイスとの無線通信用に構成された通信トランシーバを含む、請求項１に記載の空気よりも軽い車両。
【請求項２０】
前記ゴンドラに収容された前記１つまたは複数の機器は、長期発展（LTE：Long-Term Evolution）サービスを提供するように構成された電気通信モジュールを含む、請求項１に記載の空気よりも軽い車両。
【国際調査報告】
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