JP5150615B2 - 航空機衝突感知および回避システムならびに方法 - Google Patents
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Description
この発明は、一般的には、飛行中である少ないペイロードの飛行体を制御することに関し、より詳細には、他の近くの飛行体との起こり得る衝突を感知および回避するよう無人操縦飛行体(Unmanned Air Vehicle;UAV)および遠隔操縦飛行体(Remotely Piloted
Vehicle;RPV)を自動的に制御することに関する。
中の目標との衝突を検知および回避し得る、小さく、コンパクトで、軽量であり、リアルタイムで、機内にある衝突感知および回避システムに対する必要性がある。さらに、如何なる飛行条件下でも、他の近くの空中の物体からの脅威の深刻さを判断し得るとともに、適切な回避操作をさらに決定し得るような衝突感知および回避システムへの必要性がある。
この発明の実施例は、衝突のリスクを伴い得る、航空機の近傍の物体を検知する。この発明の別の実施例は、ある航空機に対して衝突のリスクを伴うと識別される如何なる近くの物体をも回避するために、当該航空機に回避的な操作を提案してもよい。この発明のさらに別の実施例は、無人操縦航空機の近傍にあり、かつ当該無人操縦航空機に対する衝突のリスクを伴い得る物体を視覚的に特定および自動的に検知するとともに、如何なる識別された衝突リスクも回避するために回避的操作を自動的に提案する。
ここで図面を参照すると、より詳細には、図1は、この発明の好ましい実施例に従った衝突感知および回避システムを有する、たとえば無人操縦飛行体(UAV)または遠隔操縦飛行体(RPV)のような好ましい実施例の航空機100の例を示す。ホスト航空機100の近傍の移動している物体を検知するよう、好適な数の典型的なモーションセンサ102が配置される。モーションセンサ102は、たとえば人間の視覚を模倣する任意の好適な可視帯センサ、またはたとえば霧の中もしくは夜間といった視界が悪いもしくは視界が制限される期間に物体の動きを検知するための赤外線(infra-red;IR)センサであってもよい。センサ102は、当該センサ102からリアルタイムの画像データを受入れ、かつクラッタのある背景に対してでさえ、たとえば他の航空機といった空中の目標を検知するよう当該画像データを処理する、ホスト航空機100における好ましい実施例の画像インテロゲータに接続される。この画像インテロゲータは、見通し線(Line Of Sight;LOS)空間における時間履歴を構築する。目標の履歴は、検知された目標の相対的な動作を示す。各検知された目標は、その相対的な動作に基づき分類され、受動センサ角度および見かけ上の目標のサイズならびに/または強度から決定される脅威レベルカテゴリが割当てられる。各々の目標の脅威レベルカテゴリに基づき、画像インテロゲータは回避的操作が望ましいかどうか判断し、望ましいならば、如何なる起こり得る脅威も回避するよう適切な回避的操作を提案する。好ましい実施例の画像インテロゲータはさらに、より高いレベルで動作する他の衝突回避ルーチン、たとえば離れたところに位置する制御ステーションに対してLOS目標進路(track)および脅威評定を提供し得る。
(Sanders-Reed)らによる、2004年9月14日に出願され、この発明の譲渡人に譲渡された、米国公開特許出願公報第2006/0055628A1号に記載される。さらに、好ましい画像インテロゲータ112は、埋込まれた汎用の中央処理装置(Central Processing Unit; CPU)コアを有する1つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array; FPGA)において実現される。たとえばザイリンクス(Xilinx)社のVirtex-IIのような典型的な当該技術水準のFPGAプロセッサは、スタンドアロンのプロセッサボードのフォームファクタを有する数平方インチのものである。そのため、全体のFPGAプロセッサは、単一の3.5″またはさらにそれよりも小さい立方体で実施される単一の小さいプロセッサボードであり得、外部のコンピュータバスまたは他のシステムに特有なインフラストラクチャハードウェアを必要としない。このようなFPGAプロセッサで実施されると、画像インテロゲータ112は、ザ・ボーイング・カンパニー(The Boeing Company)からのスキャンイーグル(ScanEagle)のような非常に小型のUAVの側に文字通り貼り付けられ得る。
よび目標検知ユニット118に渡される。クラッタ抑制および目標検知ユニット118は、たとえば自然な空に対して、雲の中において、および地形背景に対してといったような如何なる条件下でも、かつさまざまな光の条件下でも目標を識別することができる。LOS複数目標追跡ユニット120は、目標検知ユニット118において識別される目標をLOS座標において追跡する。LOS複数目標追跡ユニット120はさらに、各識別された目標についての動きの履歴122を維持する。脅威評定ユニット124が、識別された目標および各々についての進路履歴を監視し、各目標との衝突の尤度を算出する。回避操作ユニット126が、ホスト航空機との衝突針路上にあるとみなされる如何なる目標に対しても好適な回避操作を決定する。回避操作ユニット126は、回避操作を実行のために飛行制御およびガイダンス部116に伝える。
、増大する目標は接近しており、減少する目標は退行している。そのため、脅威評定ユニット124は、1252において、この倍率を知ることさえなく、すなわち真の距離を知ることさえなく、平均の見かけ上の目標の直径に対して正確な衝突リスク評定を求める。1252において、目標が当該ホスト航空機に近過ぎるところを通っていると判断されると、目標が衝突脅威1254であると回避操作ユニット126に伝達される。1252において、脅威評定ユニット124が、選択される目標が衝突脅威でないと判断すると、別の目標が1256において選択され、1242に戻り、脅威評定ユニット124がその目標が脅威であるかどうかを判断する。
Claims (8)
- 空中にある飛行体によって目標の衝突を検知および回避する方法であって、当該飛行体は複数の結像センサを有し、前記方法は、
飛行体上の複数の結像センサから入力を受取るためのモジュールを設けることを含み、
当該モジュールは複数の結像センサからの複数の画像を処理するためのロジックを有し、前記モジュールはフィールドプログラマブルゲートアレイプロセッサを含み、前記方法はさらに、
前記複数の画像を処理して、クラッタのある背景に対して目標を検知することと、
前記目標の相対的な動きの時間履歴を作り出すことと、
前記目標の1つ以上との衝突脅威のレベルを評定することと、
前記1つ以上の目標との衝突を回避するよう前記飛行体に命令することとを含み、衝突脅威の前記レベルを評定することは、
前記検知された目標からある目標を選択することと、
前記選択された目標についての軌道を判断することとを含み、前記目標の軌道は三次元(3D)軌道であり、前記3D軌道を判断することは、
前記空中の飛行体に対する、前記選択された目標についての見通し線(LOS)軌道を判断することと、
前記選択された目標と前記空中の飛行体との間の見かけ上の距離の変化を判断することとを含み、衝突脅威の前記レベルを評定することはさらに、
前記軌道が、選択された最小の安全距離よりも大きい距離だけ離れて、前記空中の飛行体を通り過ぎるかどうかを判断することと、
前記検知された目標から別の目標を選択することと、
前記選択された目標についての軌道を判断するステップに戻ることとを含み、
前記3D軌道から目標のスピード対サイズの比が求められ、前記選択された目標についての前記軌道が、前記選択された最小の安全距離よりも小さい距離だけ離れて、前記空中の飛行体を通り過ぎるかどうかを判断することは、求められた前記目標のスピード対サイズの比の結果と、既知の現実の衝突脅威のスピード対サイズの比および確率とを比較することを含む方法。 - 空中にある飛行体によって目標の衝突を検知および回避する方法であって、当該飛行体は複数の結像センサを有し、前記方法は、
飛行体上の複数の結像センサから入力を受取るためのモジュールを設けることを含み、
当該モジュールは複数の結像センサからの複数の画像を処理するためのロジックを有し、前記モジュールはフィールドプログラマブルゲートアレイプロセッサを含み、前記方法はさらに、
前記複数の画像を処理して、クラッタのある背景に対して目標を検知することと、
前記目標の相対的な動きの時間履歴を作り出すことと、
前記目標の1つ以上との衝突脅威のレベルを評定することと、
前記1つ以上の目標との衝突を回避するよう前記飛行体に命令することとを含み、衝突脅威の前記レベルを評定することは、
前記検知された目標からある目標を選択することと、
前記選択された目標についての軌道を判断することとを含み、前記目標の軌道は三次元(3D)軌道であり、前記3D軌道を判断することは、
前記空中の飛行体に対する、前記選択された目標についての見通し線(LOS)軌道を判断することと、
前記選択された目標と前記空中の飛行体との間の見かけ上の距離の変化を判断することとを含み、衝突脅威の前記レベルを評定することはさらに、
前記軌道が、選択された最小の安全距離よりも大きい距離だけ離れて、前記空中の飛行体を通り過ぎるかどうかを判断することと、
前記検知された目標から別の目標を選択することと、
前記選択された目標についての軌道を判断するステップに戻ることとを含み、
さらに、前記空中の飛行体について操作制約を決定することを含み、前記操作制約は、前記空中の飛行体が規定される飛行体動作限界を超える操作を実行するのを制約し、
前記操作制約内において、前記空中の飛行体に対する各々の前記衝突脅威を避けるよう回避的操作を決定することを含む方法。 - 前記選択された目標についての前記軌道が、前記選択された最小の安全距離よりも小さい距離だけ離れて、前記空中の飛行体を通り過ぎると判断される場合はいつでも、前記目標は衝突脅威として識別される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記空中の飛行体についての軌道は、前記最小の安全距離を求める前に決定される、請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
- 前記モジュールは無人操縦飛行体上に設けられる、請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
- 前記モジュールは有人飛行体上に設けられる、請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
- 前記複数の画像を処理することは、単一のフレーム処理と、光学点広がり関数での畳み込みとを用いることを含む、請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
- 前記複数の画像を処理することは、複数フレーム移動目標検知アルゴリズムを用いることを含む、請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
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