JP2014181034A

JP2014181034A - 無人航空機の飛行方法

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Publication number: JP2014181034A
Application number: JP2014054956A
Authority: JP
Inventors: Sweeney Stephen; スティーヴンスィーニ，; Fucke Lars; ラルスフッケ，
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-09-29
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Abstract

【課題】無線通信を介して制御される無人航空機に、１つ以上の緊急事態が検出されたときに、最高の関連優先順位を有する緊急事態に対して、該緊急事態に対応する目標に従って軌道を生成し、飛行する方法を提供する。
【解決手段】無人航空機のコントローラを使用して実行されるステップは、複数の緊急事態を定義するステップと、各々の緊急事態に優先順位を関連付けるステップ１１１−１５１と、各々の緊急事態に目標を関連付けるステップ１１８−１５８と、前記無人航空機の動作パラメータを感知して、前記複数の緊急事態のうちの１つが存在するかどうかを検出するステップ１１０−１５０と、１つ以上の緊急事態が検出されたときに、最高の関連優先順位を有する緊急事態に対して、該最高の関連優先順位を有する緊急事態に関連付けられている目標に従って軌道を生成するステップと、前記生成された軌道に従うように前記無人航空機に指示するステップとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、緊急事態に対応した無人航空機（ＵＡＶ：ｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ）の飛行方法に関する。

ＵＡＶは、典型的には、無線通信を介して遠隔操作者によって制御される。ＵＡＶの構成部品が故障し、あるいは何らかの機能が失われた場合に、無人航空機は、自体の飛行計画の適切な変更を実行できないことが珍しくない。

さらに、いかなる従来技術も、不具合が複数発生する可能性を考慮していない。

本発明の第１の態様によれば、無人航空機の飛行方法であって、該無人航空機の一部を形成するコントローラを使用して実行されるステップを含んでおり、前記ステップが、複数の緊急事態を定義するステップと、各々の緊急事態に優先順位を関連付けるステップと、各々の緊急事態に目標を関連付けるステップと、前記無人航空機の複数の動作パラメータを感知して、前記複数の緊急事態のうちの１つが存在するかどうかを検出するステップと、１つ以上の緊急事態が検出されたときに、最高の関連優先順位を有する検出された緊急事態に対して、該最高の関連優先順位を有する緊急事態に関連付けられている目標に従って軌道を生成するステップと、前記生成された軌道に従うように前記無人航空機に指示するステップとを含む方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、無人航空機のための緊急対応システムであって、前記無人航空機の複数の動作パラメータを受信するための入力部と、前記動作パラメータを使用して１つ以上の緊急事態が存在する場合を検出し、該緊急事態に関連付けられた優先順位を特定し、最高の優先順位が関連付けられている緊急事態に関連付けられた目標を特定し、前記特定された目標にもとづいて軌道を生成するように構成されたプロセッサと、生成された軌道を出力するための出力部とを備える緊急対応システムが提供される。

さらに、本開示は、以下の項目による実施形態を含む。

項目１：
無人航空機の飛行方法であって、該無人航空機の一部を形成するコントローラを使用して実行されるステップを含んでおり、前記ステップは、
複数の緊急事態を定義するステップと、
各々の緊急事態に優先順位を関連付けるステップと、
各々の緊急事態に目標を関連付けるステップと、
前記無人航空機の複数の動作パラメータを感知して、前記複数の緊急事態のうちの１つが存在するかどうかを検出するステップと、
１つ以上の緊急事態が検出されたときに、
最高の関連優先順位を有する検出された緊急事態に対して、該最高の関連優先順位を有する緊急事態に関連付けられている目標に従って軌道を生成するステップと、
該生成された軌道に従うように前記無人航空機に指示するステップと
を含んでいる方法。

項目２：
複数の飛行終了点を記憶するステップと、
前記複数の飛行終了点のうち、着陸が可能である利用可能な飛行終了点のサブセットを特定するステップと
をさらに含んでおり、
前記軌道を生成するステップが、前記利用可能な飛行終了点のサブセットのうちの１つを終点とする軌道を生成するステップを含んでいる項目１に記載の方法。

項目３：
前記記憶された飛行終了点の各々にランクを関連付けるステップをさらに含んでおり、
前記利用可能な飛行終了点のサブセットのうちの１つを終点とする軌道を生成するステップが、
前記利用可能な飛行終了点のサブセットのうちで最高のランクが関連付けられた飛行終了点を選択するステップと、
前記選択された飛行終了点のうちの１つを終点とする軌道を生成するステップと
を含んでいる項目２に記載の方法。

項目４：
前記無人航空機が、推進力をもたらすためのエンジンを備えており、
前記動作パラメータが、前記エンジンの出力速度を含んでおり、
前記複数の緊急事態のうちの１つが、エンジンの不具合である項目１から３のいずれか一項に記載の方法。

項目５：
前記エンジンの不具合という緊急事態に、最高の優先順位が関連付けられている項目４に記載の方法。

項目６：
前記エンジンの不具合という緊急事態に関連付けられた目標が、飛行終了点までの最も効率的な滑空の軌道である項目４または５に記載の方法。

項目７：
前記無人航空機が、電力をもたらすための手段を備えており、
前記動作パラメータが、前記電力をもたらすための手段によってもたらされる電流の水準を含んでおり、
前記方法が、しきい値電流を定めるステップを含んでおり、
前記複数の緊急事態のうちの１つが、電流の水準が前記しきい値電流よりも低いことである項目１から６のいずれか一項に記載の方法。

項目８：
前記電流の水準が、前記しきい値電流よりも低いという緊急事態に、２番目に高い優先順位が関連付けられている項目７に記載の方法。

項目９：
前記電流の水準が前記しきい値電流よりも低いという緊急事態に関連付けられた目標が、飛行終了点への最速での帰還である項目７または８に記載の方法。

項目１０：
前記無人航空機が、保有リソースを備えており、
前記動作パラメータが、保有リソースの量を含んでおり、
前記方法が、保有リソースのしきい値量を定めるステップを含んでおり、
前記複数の緊急事態のうちの１つが、保有リソースの量が前記しきい値量よりも少ないことである項目１から９のいずれか一項に記載の方法。

項目１１：
前記保有リソースの量が前記しきい値量よりも少ないという緊急事態に、３番目に高い優先順位が関連付けられている項目１０に記載の方法。

項目１２：
前記しきい値量を定めるステップが、
飛行終了点を特定するステップと、
前記特定された飛行終了点を終点とする軌道を生成するステップと、
前記軌道を達成するために必要な保有リソースの最小量を割り出すステップと
を含んでいる項目１０または１１に記載の方法。

項目１３：
前記保有リソースの量が前記しきい値量よりも少ないという緊急事態に関連付けられた目標が、飛行終了点への最も経済的な帰還である項目１０から１２のいずれか一項に記載の方法。

項目１４：
前記無人航空機が、遠隔局から制御信号を受信するための通信システムを備えており、
前記動作パラメータが、前記制御信号の強度を含んでおり、
前記方法が、しきい値信号強度を定めるステップを含んでおり、
前記複数の緊急事態のうちの１つが、前記制御信号の強度が前記しきい値信号強度よりも低いことである項目１から１３のいずれか一項に記載の方法。

項目１５：
前記制御信号の強度が前記しきい値信号強度よりも低いという緊急事態に、最も低い優先順位が関連付けられている項目１４に記載の方法。

項目１６：
前記制御信号の強度が前記しきい値信号強度よりも低いという緊急事態に関連付けられた目標が、飛行終了点への最も経済的な帰還である項目１４または１５に記載の方法。

項目１７：
無人航空機のための緊急対応システムであって、
前記無人航空機の複数の動作パラメータを受信するための入力部と、
前記動作パラメータを使用して１つ以上の緊急事態が存在する場合を検出し、
該緊急事態に関連付けられた優先順位を特定し、
最高の優先順位が関連付けられている緊急事態に関連付けられた目標を特定し、
前記特定された目標にもとづいて軌道を生成する
ように構成されたプロセッサと、
生成された軌道を出力するための出力部と
を備える緊急対応システム。

項目１８：
項目１から１６のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成された項目１７の緊急対応システム。

項目１９：
項目１７または１８に記載の緊急対応システムを備えるＵＡＶ。

本発明のよりよい理解のため、および本発明を実施することができるやり方を示すために、以下で、添付の図面を、あくまでも例として参照する。

ＵＡＶ用の飛行制御システムの緊急対応モジュールの概略図を示している。緊急対応の実施方法を表すフロー図である。ＵＡＶを示している。飛行終了点の選択方法を表すフロー図である。

フロー図において、ひし形のボックスは「判定」を表しており、判定の結果に応じてフロー図における方法の経路に変化が生じる。ひし形のボックス内の条件が真である場合、方法は、「Ｔ」と記されている経路を辿る。ひし形のボックス内の条件が偽である場合、方法は、「Ｆ」と記されている経路を辿る。判定ボックス１５５においては、経路の選択を、ユーザが最も高速な回復または最も経済的な回復のどちらを選択しているかによって決定することができる。

図１が、緊急対応モジュール５の概略図を示すとともに、緊急対応モジュール５がどのようにＵＡＶの従来型の飛行管理／誘導システム３０とやり取りをするのかを示している。

緊急対応モジュール５は、ＵＡＶの一部を形成している。

緊急対応モジュール５は、診断／優先順位決定システム１０および軌道計算エンジン２０を備えることができる。

図３に示されるとおり、緊急対応モジュール５は、エンジン１と、燃料タンク２と、電池などの電源３と、通信システム４とを有するＵＡＶを制御するように使用することができる。

これは、緊急対応モジュール５を使用して、ＵＡＶの飛行管理／誘導システム３０に直接信号を提供するように実行することもできる。そのような信号は、例えばあらかじめ定められた飛行計画に従い続けるなど、ＵＡＶについて通常の動作を続けるべきである旨を指示する通常実行信号を含むことができる。

これに加え、あるいはこれに代えて、信号は、例えば緊急対応モジュール５によってもたらされる緊急軌道に従うなど、ＵＡＶについて通常の動作を停止して緊急対応を実行すべきである旨を指示する緊急実行信号を含むことができる。緊急軌道を、軌道計算エンジン２０によってもたらすことができる。

診断／優先順位決定システム１０が、ＵＡＶの動作パラメータを表すことができる信号を受信するように構成される。動作パラメータとして、エンジン１の速度、燃料タンク２内の燃料の量、電源３によってもたらされる電流の大きさ、電池の充電レベル、および通信システム４によって受信される信号の強度を含むことができる。

診断／優先順位決定システム１０は、ＵＡＶのシステムのうちの１つにおける緊急事態を検出するために、動作パラメータを監視する。

緊急事態として、
１．エンジンの不具合、
２．電源の不具合、
３．航続距離限界、および／または
４．通信の喪失
の組み合わせを含むことができる。

エンジン１の速度がしきい値エンジン速度を下回る場合に、エンジンの不具合であると判断することができる。しきい値エンジン速度を、飛行管理／誘導システム３０によって指令される速度として決定することができる。

電源３の不具合は、例えば電池の残量低下の場合がある。あるいは、電源３は、燃焼機関によって駆動される発電機の場合もある。電源によってもたらされる電流がしきい値電流未満（例えば、０アンペア）である場合に、電源３の不具合であると判断することができる。

電池に蓄えられた充電の水準がしきい値充電量を下回る場合に、電池の残量の低下と判断することができる。しきい値充電量を、それを下回る場合に電池の劣化が生じうる水準、すなわちしきい値電圧として決定することができる。

あるいは、しきい値充電量を、後述されるやり方で航続距離に関連して決定してもよい。これは、燃焼機関よりもむしろ電動モータを動力とするＵＡＶにおいて好ましい。

航続距離限界は、電池の充電または利用可能な燃料などの保有リソースが、いつ所望の軌道に沿った飛行をＵＡＶにとって達成可能にするのに不充分になるのかを指す。航続距離限界の緊急事態の一例として、燃料の残量低下の場合がある。ＵＡＶが燃焼機関よりもむしろ電動モータを動力源とする場合には、航続距離限界と電源の不具合とが同じ緊急事態となり得る。燃料タンク２内の燃料の量がしきい値燃料量を下回る場合に、燃料の残量低下と判断することができる。しきい値燃料量の航続距離に関する判断は、後述される。

制御信号の強度がしきい値信号強度よりも低い場合に、通信の喪失と判断することができる。しきい値信号強度を、信号対雑音比が通信を可能にするのに充分である強度として決定することができる。

好ましくは、診断／優先順位決定システム１０が、求められる状態（例えば、通信信号が弱い）が所定の最小期間にわたって真である場合に、緊急事態と判断する。このやり方で、監視対象の動作パラメータの一時的な短い変動が、不必要に作動を引き起こすことはない。

好ましくは、診断／優先順位決定システム１０が、緊急事態の解消を検出して、ＵＡＶを緊急事態の検出前の状態に戻すことができる。

診断／優先順位決定システム１０が検出するように構成された緊急事態の各々に、優先順位レベルが関連付けられる。優先順位レベルは、緊急事態の相対的な重要性を定める。

好ましくは、エンジンの不具合が、電源３の不具合、航続距離限界、および通信の喪失よりも高い優先順位を有する。好ましくは、電源３の不具合が、航続距離限界よりも高い優先順位を有する。好ましくは、通信の喪失が、エンジンの不具合、電源３の不具合、および航続距離限界よりも低い優先順位を有する。

診断／優先順位決定システム１０は、通常実行信号、緊急実行信号、緊急軌道をもたらすために軌道計算エンジン２０によって使用されるべき目標を知らせる信号、および／または所望の飛行終了点を知らせる信号を含むことができる１つ以上の出力を生成する。

診断／優先順位決定システム１０が検出するように構成された緊急事態の各々に、目標を関連付けることができる。目標は、緊急事態の検出後のＵＡＶの飛行のやり方についての制約をもたらす。具体的には、軌道計算エンジン２０への入力を形成することで、軌道を計算するアルゴリズムにとっての制約を定めることができる。

好ましくは、エンジンの不具合には、飛行終了点までの最も効率的な滑降の軌道（すなわち、航続距離が最大になる軌道）、すなわちＵＡＶにとって可能な限り最も短い時間での飛行終了点までの滑空を可能にする軌道を割り出すという目標が関連付けられる。

好ましくは、電源３の不具合には、飛行終了点までの最速の動力飛行の軌道、すなわちＵＡＶにとって可能な限り最も短い時間での飛行終了点への到達を（推進手段または他の方法によって）可能にする軌道を割り出すという目標が関連付けられる。

しかしながら、ＵＡＶが燃焼機関よりもむしろ電動モータを動力源とする場合など、いくつかの場合には、電池の残量低下の事態に、最も効率的な軌道（すなわち、必要になる、電池からの充電の量が最小である軌道）を割り出すという目標を関連付けることができる。

好ましくは、航続距離限界には、最も経済的な軌道（例えば、エンジンによって駆動されるＵＡＶにおいて燃やされる燃料の量が最小で済み、あるいは電動モータによって駆動されるＵＡＶにおいて使用される電池の充電の量が最小で済む軌道）を割り出すという目標が関連付けられる。

好ましくは、通信の喪失には、最も経済的な軌道を割り出すという目標または最速の動力飛行の軌道を割り出すという目標のうちの一方が関連付けられる。最も好ましくは、通信の喪失には、最も経済的な軌道を割り出すという目標が関連付けられる。目標は、ユーザによって設定されてよい。

診断／優先順位決定システム１０または外部のデータベースが、複数の飛行終了点を記憶することができる。

記憶された複数の飛行終了点から飛行終了点を選択する好ましい方法が、図４に示されている。

記憶された飛行終了点の各々に、カテゴリを関連付けることができる。

例えば、記憶された飛行終了点は、最高カテゴリの飛行終了点（ＵＡＶを受け入れるための適切な基盤が備わった適切な滑走路を有している飛行場）、より低いカテゴリの飛行終了点（適切な滑走路を有しているが、適切なＵＡＶ用の基盤は備わっていない飛行場）、および最低カテゴリの飛行終了点（ＵＡＶが安全に着陸できる滑走路以外の終了点）を含むことができる。

図４における第１のステップ３１０は、最高の優先順位の緊急事態に関する目標にもとづいて、ＵＡＶの公称の航続距離を計算することである。

目標が（エンジンの不具合における）最も効率的な滑空の軌道である場合、公称の航続距離は、ＵＡＶの滑空での最大航続距離として計算される。

目標が（電源３の不具合における）最速の動力飛行の軌道である場合、公称の航続距離は、最大速度で動作するときのＵＡＶの航続距離として計算される。

目標が（燃料の減少および通信の喪失における）最も経済的な軌道である場合には、公称の航続距離が、ＵＡＶの最大航続距離として計算される。

ひとたび公称の航続距離が計算されると、ステップ３１５において、公称の航続距離への到達に要する時間が計算される。

ステップ３２０において、公称の航続距離への到達に要する時間が、推定される電池の寿命と比較される。

公称の航続距離への到達に要する時間が、推定される電池の寿命よりも短い場合、ステップ３２４において、公称の航続距離が、ＵＡＶの推定航続距離として使用される。

公称の航続距離への到達に要する時間が、推定される電池の寿命よりも長い場合、ステップ３２８において、ＵＡＶの推定航続距離が、推定される電池の寿命から決定される残り時間において、現時点の目標に鑑みて、ＵＡＶが移動することができる距離として計算される。

次のステップ３３０において、最高のカテゴリ（例えば、図４ではカテゴリＡ）に関連付けられ、かつＵＡＶの推定航続距離の範囲内にある飛行終了点が、記憶済みの複数の飛行終了点から特定される。

最高のカテゴリに関連付けられる少なくとも１つの飛行終了点が特定された場合、ステップ３３５において、最高のカテゴリに関連付けられ、かつ最も近くにあり、最も速く到達でき、あるいは保有リソースを最も少なく使用して到達できる飛行終了点が選択される。

最高のカテゴリに関連付けられる飛行終了点が発見されない場合、ステップ３４０において、次に高いカテゴリ（例えば、図ではカテゴリＢ）に関連付けられ、かつＵＡＶの推定航続距離の範囲内にある飛行終了点が、記憶済みの複数の飛行終了点から特定される。

このカテゴリに関連付けられる少なくとも１つの飛行終了点が特定された場合、ステップ３４５において、このカテゴリに関連付けられる最も近くの飛行終了点が選択される。

このカテゴリに関連付けられる飛行終了点が発見されない場合、ステップ３５０において最低のカテゴリに関連付けられかつＵＡＶの推定航続距離の範囲内にある飛行終了点が、記憶済みの複数の飛行終了点から特定されるまで、ステップ３４０の処理が、各カテゴリについて降順で繰り返される。

最低のカテゴリに関連付けられる少なくとも１つの飛行終了点が特定された場合、ステップ３５５において、最低のカテゴリに関連付けられる最も近くの飛行終了点が選択される。

好ましい実施形態においては、最低のカテゴリに関連付けられる少なくとも１つの飛行終了点を記憶済みの飛行終了点から特定することができない場合、ＵＡＶは、ステップ３６０において、記憶済みの飛行終了点のうちの１つではない飛行終了点において飛行を終了させることができる。これは、ＵＡＶの現在位置の近くの飛行終了点を選択すること、または何らかの場所または領域（例えば、住宅地域）から離れた（例えば、達成可能な最大距離にある）飛行終了点を選択することを含むことができる。

随意により、ＵＡＶは、飛行の終了中にパラシュート６を展開でき、あるいは強制的な失速、らせん状の急降下、または他の操縦へと入ることができる。したがって、ＵＡＶを、予測可能な様相で飛行を終了させることができる。

やはり随意により、ステップ３６０において、ＵＡＶが衝突地点（ｉｍｐａｃｔｐｏｉｎｔ）をユーザに伝えることができる。衝突地点を、飛行の終了に先立って予測することができる。

軌道計算エンジン２０を、診断／優先順位決定システム１０から飛行終了点および目標を受け取るように構成することができる。

随意により、軌道計算エンジン２０を、燃料タンク２内の燃料の量を示す入力信号を受け取るように構成することもできる。

さらに、随意により、軌道計算エンジン２０を、飛行禁止区域の場所および範囲、周囲の地形に関するデータ、大気のデータ、および／または終了場所をもたらす入力信号を受け取るように構成することができる。

軌道計算エンジン２０は、ＵＡＶの現在位置と診断／優先順位決定システム１０によってもたらされる飛行終了点との間の軌道を生成することができる。軌道の計算においては、診断／優先順位決定システム１０によってもたらされる目標を考慮することができる。

軌道を、障害物または飛行禁止区域を考慮に入れて最短経路を割り出すことによって計算することができる。

随意により、遠隔操作者へと警報を伝達するようにＵＡＶの通信システム４に指示するための警報の出力がもたらされる。これは、通信の喪失という緊急事態を除く各々の緊急事態において利用可能である。

図２が、図１の診断／優先順位決定システム１０を使用して実行することができる実施形態のフロー図を示している。図２において、エンジンの不具合（ステップ１１０を参照）、電源の不具合（ステップ１２０を参照）、航続距離限界（ステップ１３０を参照）、予備のリソースを含んだ航続距離限界（ステップ１４０を参照）、および通信の喪失（ステップ１５０を参照）の緊急事態が考慮されている。しかしながら、これらの事態のすべてを考慮する必要は必ずしもなく、これらの事態の任意の組み合わせを有する実施形態が考えられる。

図２に見て取ることができるとおり、診断／優先順位決定システム１０は、飛行パラメータ１００を評価して、緊急事態の各々を順次に優先順位の順番で判断する。

すなわち、ステップ１１０において、診断／優先順位決定システム１０が、最高の優先順位に関連付けられた緊急事態が存在するかどうかを判断するために必要な飛行パラメータ１００を最初に評価する。

最高の優先順位に関連付けられた緊急事態が検出されない場合、次のステップ１２０において、診断／優先順位決定システム１０は、次に高い優先順位に関連付けられた緊急事態が存在するかどうかを判断するために必要な飛行パラメータ１００を評価する。

最低の優先順位に関連付けられた緊急事態が検出されない場合、診断／優先順位決定システム１０は、ステップ１６０において、これが新たな状態であるかどうか、すなわち緊急事態が以前に存在していたが、現在は存在していないかどうか（例えば、緊急事態が一時的に検出されたにすぎないかどうか）を判断する。これが新たな状態である場合、診断／優先順位決定システム１０は、通常の状態が存在していると判断する。そのような場合、システムは、ステップ２０１において、ＵＡＶの飛行管理／誘導システム３０へと通常実行信号をもたらすことができる。次いで、本方法は、ステップ１００へと戻る。

緊急事態が存在しないことが新たな状態ではない場合、ＵＡＶは、現在の経路を続けることができる。

いずれにせよ、飛行終了点までの軌道が計算される。これは、リソースの要件（例えば、燃料または電池）を判断するためである場合がある。この軌道を、ステップ１３０および１４０の航続距離限界の条件が満たされるかどうかの計算に使用することができる。飛行終了点を、図４の方法および航続距離限界に関連付けられた目標、すなわち最も経済的な軌道を使用して選択することができる。このステップにおいて、軌道は、好ましくは、ユーザが定める飛行終了点のカテゴリに属する飛行終了点までの軌道として計算される。

このようにして、診断／優先順位決定システム１０は、各々の緊急事態が存在するかどうかを順次に、優先順位の降順にて連続的に判断する。

緊急事態が存在すると判断された場合、診断／優先順位決定システム１０は、ステップ１１１、１２１、１３１、１４１、１５１において、これが緊急事態の新たな検出であるか、あるいは緊急事態が以前から検出されていたかを確認する。

新たな緊急事態でない場合、飛行パラメータ１００を評価する処理が繰り返される。

ステップ１１１、１２１、１３１、１４１、１５１において新たな緊急事態が検出されたと判断される場合、診断／優先順位決定システム１０は、ステップ１１５、１２５、１３５、１４５、１５１において、検出された緊急事態に関連付けられた目標を特定する。新たな緊急事態は、緊急事態がそれまでは検出されていなかった場合、またはそれまでに検出された事態がより高い優先順位を有する場合のいずれかの場合に検出されている。

診断／優先順位決定システム１０は、ステップ１０５において、特定された目標を軌道計算エンジン２０へと供給する。ステップ１１８、１２８、１３８、１４８、１５８の各々において、本方法は、飛行終了点を決定することができる。これを、上述の方法を使用して行なうことができる。飛行終了点が、ステップ１０８において軌道計算エンジン２０へともたらされ、軌道計算エンジン２０が、前記目標を使用して軌道を計算する。計算された軌道は、実行のためにＵＡＶの飛行管理／誘導システム３０へと渡される。次いで、飛行パラメータ１００を評価する処理が繰り返される。

図２に示した実施形態など、好ましい実施形態においては、緊急事態が検出されたとき、システムは、より低い優先順位に関連付けられた緊急事態が存在するかどうかを判断するために必要な飛行パラメータ１００について、評価を行なわない。しかしながら、システムは、より高い優先順位に関連付けられた緊急事態が存在するかどうかを判断するために必要な飛行パラメータ１００については、評価を行なう。

例えば、燃料残量低下の緊急事態が存在する場合、本方法は、これをステップ１３０において検出してステップ１３１へと進み、ステップ１３１は、本方法を再びステップ１００へと導き（新たな緊急事態でない場合）、あるいはステップ１３１、１３５、１３８、１０５、および１０８を介して再びステップ１００へと進める（新たな緊急事態である場合）。ステップ１００に続いて、より高い優先順位を有する緊急事態が、ステップ１１０および１２０において再び評価されるが、本方法は、燃料残量低下の緊急事態が存在する間はステップ１４０に進むことはない。

緊急事態が検出されているときに、より高い関連優先順位を有するさらなる緊急事態が初めて検出された場合、診断／優先順位決定システム１０は、新たに検出された緊急事態に関連付けられた目標を特定し、次いで特定した目標を軌道計算エンジン２０へともたらす。次いで、飛行パラメータ１００を評価する処理が繰り返されるが、今やより低い優先順位の緊急事態の評価は行なわない。

このようにして、緊急事態が検出されているときに、システムは、より高い優先順位の緊急事態を監視し続け、そのような緊急事態のうちの１つが検出された場合に新たな指示をもたらす。したがって、新たな指示が、既存の指示を取り消す。

随意により、図２には示されていないが、通信の喪失が検出され、それが新たな状態である場合、診断／優先順位決定システム１０は、既存の任務の残りの部分の完了に通信が必要であるかどうかを確認する。好ましくは、記憶済みのあらかじめ定められた飛行計画が、飛行の少なくとも一部分において人間の操作者がＵＡＶと通信できなければならない旨を示すメタデータを含むことができる（通信は、例えばライブストリーミングの映像データの受信を操作者にとって可能にし、あるいはＵＡＶ上の装置またはＵＡＶ自体の制御を操作者にとって可能にするためである場合がある）。

通信が不要である場合、本方法は、ステップ１００へと戻る。通信が必要である場合、本方法は、ステップ１５５へと進み、緊急軌道の計算において使用される目標を決定するために、ユーザによる目標の設定を確認することができる。

航続距離限界の緊急事態を検出する１つのやり方は、従来型の帰投用燃料（ｂｉｎｇｏｆｕｅｌ）の考え方を使用することである。すなわち、燃料タンク２の燃料の量が、しきい値燃料量（帰投用燃料）と比較される。燃料タンク２に蓄えられた燃料の量がしきい値まで減少したとき、燃料残量低下の緊急事態であると判断することができる。

より高度な随意による代替の手法は、緊急対応モジュール５が、飛行終了点までの飛行に必要な保有リソースの量を計算することである。保有リソースは、燃料タンク２に蓄えられた燃料である場合があり、あるいはＵＡＶが電池を動力とする電動モータによって駆動される場合に、電池の充電の量である場合がある。好ましくは、軌道計算エンジン２０が、終了点までの飛行に必要なリソース（燃料または電池の充電）の量を実質的に連続的に計算する。例えば、これを図２のステップ１６５および１６８において計算することができる。

この計算によるリソースの量を、保有リソース（燃料タンク２に蓄えられた燃料または電池に蓄えられた充電）の量と比較することができる。これは、好ましくは、保有リソースの量が飛行終了点までの飛行に必要なリソースの量よりも所定の「予備」量だけ多い場合に航続距離限界の緊急事態が検出されるよう、安全係数も含むと考えられる。

図２において、予備限界という緊急事態が、追加の条件としてステップ１４０に示されている。この緊急事態は、保有リソースの量が、飛行終了点までの飛行に必要なリソースの量に所定の「予備」量を加えた量よりも少ない場合に検出される。航続距離限界と同様に、この緊急事態には、最も経済的な軌道を割り出すという目標が関連付けられる。しかしながら、この場合には、最低のカテゴリに関連付けられた飛行終了点は考慮されない。

あるいは、燃料残量低下の緊急事態を、飛行終了点までの飛行に必要な燃料の量が燃料タンク２に蓄えられた燃料の量の所定の割合を超える場合に検出することができる。

好ましくは、軌道計算エンジン２０が、飛行計画または緊急軌道を実行するために必要な燃料を評価するために使用される。

１エンジン
２燃料タンク
３電源
４通信システム
５緊急対応モジュール
６パラシュート
１０診断／緊急優先順位決定論理回路
２０緊急軌道計算エンジン
３０飛行管理／誘導システム

Claims

無人航空機の飛行方法であって、前記無人航空機の一部を形成するコントローラを使用して実行されるステップを含んでおり、前記ステップは、
複数の緊急事態を定義するステップと、
各々の緊急事態に優先順位を関連付けるステップと、
各々の緊急事態に目標を関連付けるステップと、
前記無人航空機の複数の動作パラメータを感知して、前記複数の緊急事態のうちの１つが存在するかどうかを検出するステップと、
１つ以上の緊急事態が検出されたときに、
最高の関連優先順位を有する前記緊急事態に対して、前記最高の関連優先順位を有する前記緊急事態に関連付けられている目標に従って軌道を生成するステップと、
前記生成された軌道に従うように前記無人航空機に指示するステップと
を含んでいる方法。
複数の飛行終了点を記憶するステップと、
前記複数の飛行終了点のうち、着陸が可能である利用可能な飛行終了点のサブセットを特定するステップと
をさらに含んでおり、
前記軌道を生成するステップが、前記利用可能な飛行終了点のサブセットのうちの１つを終点とする軌道を生成するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
前記記憶された飛行終了点の各々にランクを関連付けるステップをさらに含んでおり、
前記利用可能な飛行終了点のサブセットのうちの１つを終点とする軌道を生成する前記ステップが、
前記利用可能な飛行終了点のサブセットのうちで最高のランクが関連付けられた飛行終了点を選択するステップと、
前記選択された飛行終了点のうちの１つを終点とする軌道を生成するステップと
を含んでいる請求項２に記載の方法。
前記無人航空機が、推進力をもたらすためのエンジンを備えており、
前記動作パラメータが、前記エンジンの出力速度を含んでおり、
前記複数の緊急事態のうちの１つが、エンジンの不具合である請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
前記エンジンの不具合という緊急事態に、最高の優先順位が関連付けられている請求項４に記載の方法。
前記エンジンの不具合という緊急事態に関連付けられた前記目標が、飛行終了点までの最も効率的な滑空の軌道である請求項４または５に記載の方法。
前記無人航空機が、電力をもたらすための手段を備えており、
前記動作パラメータが、前記電力をもたらすための手段によってもたらされる電流の水準を含んでおり、
前記方法が、しきい値電流を定めるステップを含んでおり、
前記複数の緊急事態のうちの１つが、電流の水準が前記しきい値電流よりも低いことである請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
前記無人航空機が、保有リソースを備えており、
前記動作パラメータが、保有リソースの量を含んでおり、
前記方法が、保有リソースのしきい値量を定めるステップを含んでおり、
前記複数の緊急事態のうちの１つが、保有リソースの量が前記しきい値量よりも少ないことである請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
前記しきい値量を定めるステップが、
飛行終了点を特定するステップと、
前記特定された飛行終了点を終点とする軌道を生成するステップと、
前記軌道を達成するために必要な保有リソースの最小量を割り出すステップと
を含んでいる請求項８に記載の方法。
前記無人航空機が、遠隔局から制御信号を受信するための通信システムを備えており、
前記動作パラメータが、前記制御信号の強度を含んでおり、
前記方法が、しきい値信号強度を定めるステップを含んでおり、
前記複数の緊急事態のうちの１つが、前記制御信号の強度が前記しきい値信号強度よりも低いことである請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
無人航空機のための緊急対応システムであって、
前記無人航空機の複数の動作パラメータを受信するための入力部と、
前記動作パラメータを使用して１つ以上の緊急事態が存在する場合を検出し、
前記緊急事態に関連付けられた優先順位を特定し、
最高の優先順位が関連付けられている前記緊急事態に関連付けられた目標を特定し、
前記特定された目標にもとづいて軌道を生成する
ように構成されたプロセッサと、
生成された軌道を出力するための出力部と
を備える緊急対応システム。
請求項１１に記載の前記緊急対応システムを備えているＵＡＶ。