JP6054796B2 - 複数のローターを有する回転翼無人機用の高度推定器 - Google Patents

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Description

本発明は、クアッドリコプター（quadricopter：４翼ヘリコプター）等の回転翼無人機に関する。そのような無人機には、それぞれのモーターによって駆動される複数のローターが設けられており、それぞれのモーターは、無人機を姿勢及び速度に関して操縦するために、別々に制御可能である。
こうした無人機の代表的な一例は、フランス、パリのParrot SA製のＡＲ．Ｄｒｏｎｅであり、それは、一連のセンサー（加速度計、３軸ジャイロ、及び高度計）と、その無人機の向かっている方向の景色の画像を捕捉する前面カメラと、上空を飛行している地形の画像を撮影する垂直視カメラとを装備したクアッドリコプターである。
特許文献１及び特許文献２（Parrot SA）は、こうした無人機を記載するとともに、それを、タッチスクリーン及び組込み加速度計を有する電話機又はマルディメディアプレイヤー、例えば、ｉＰｈｏｎｅ（米国のApple Inc.の登録商標）型の携帯電話機又はｉＰｏｄ Ｔｏｕｃｈ若しくはｉＰａｄ（米国のApple Inc.の登録商標）型のマルチメディアプレーヤー若しくはタブレットを介して操縦する原理を記載している。無人機は、デバイス傾斜センサーにより放出される信号によりユーザーによって操縦され、デバイスの傾斜運動が無人機によって再現される。例えば、無人機を前方に移動させるために、ユーザーはデバイスをそのピッチ軸を中心に傾斜させ、無人機を右又は左に寄せるために、ユーザーは上記デバイスをそのロール軸に対して傾斜させる。こうして、無人機は、下に向けて傾斜する、すなわち「急降下する」（ピッチ軸を中心に傾斜する）ように制御される場合、傾斜角が増加するにつれて益々高くなる速度で前方に移動することになり、逆に、無人機が反対方向に「機首を上に向ける（nose up）」ように制御される場合、その速度は次第に低下し、その後反転して後方に進むことになる。同様に、ロール軸を中心とした傾斜の制御の場合、無人機は右に又は左に傾くことになり、右又は左への水平並進における直線的な変位を引き起こす。
ユーザーはタッチスクリーン上に表示された他のコマンド、特に、「上昇／降下」（スロットル制御）及び「右旋回／左旋回」（無人機をそのヨー軸の回りで旋回させる）も利用することができる。
無人機は定点切換コマンドも与えられる：ユーザーが自分の遠隔制御デバイスの全てのコマンドを解除するとき、無人機は定点において動きを止めて、その場所で完全に自動的に安定する。
本発明は、特に、無人機が進行する高度の評価と、推定された高度に基づく、進行中の無人機の垂直安定性とに関する。
本明細書で使用されるとき、「高度（altitude）」は、その高度ゼロが垂直離陸時における地面上の無人機の位置に対応するガリレオ座標系等の固定地球座標系で考えられた、垂直方向の無人機の瞬時位置の値を意味する。そのため、この「高度」は絶対量である。上述した文書に記載されているＡＲ．Ｄｒｏｎｅ等の無人機は、超音波の放出及び受信用の電気音響変換器を備える超音波（ＵＳ：ultrasound）テレメーターを備える。こうした変換器は、数十マイクロ秒又は数百マイクロ秒の超音波の短いバーストを放出し、地面で反射した後に送られる音響エコーの戻りを待つ。バーストの放出とエコーの受信とを隔てる期間は、音速を知ることによって、カバーされる音響経路長を推定し、その後、無人機と反射表面とを隔てる距離を評価することを可能にする。実際には、ＵＳセンサーのビームが比較的広い限り（通常、約５５度開口の円錐）、変換器は、しばしば複数のエコーを受信し、これらのエコーの中から、最も近い点に相当するエコーを識別する。この測定は、近い間隔で、２５Ｈｚという、超音波バーストの通常の繰返し周波数で繰返される。
ＵＳテレメーターを実装するこうした高度推定器は、例えば特許文献３（Parrot SA）に記載されており、この文献では、こうした高度推定器は、加速度計データと組合せて、地面に対する無人機の水平速度を評価するために特に使用される、無人機によって上空を飛行される地形の連続画像に適用されるスケール係数を計算するために特に使用される。ＵＳテレメーターによって提供される結果（以降では「距離（distance）」）は、いずれにしても相対量であり、無人機が上空を飛行する地形の起伏に依存する。実際には、測定される距離は、特に無人機が障害物の上を通過することになるとき、例えば、無人機が一定高度でテーブル又は壁の上を飛ぶ場合、（上記で示した意味の範囲内で）高度と異なる場合がある。この上空飛行の継続期間中に、ＵＳテレメーターによって測定される距離は、突然減少し、一方、高度は変動していないことになる。
したがって、テレメーター指標だけが使用される場合において、ただ単に高度を安定した値に維持することが望まれるとき、特にでこぼこの地形上で、意図しない「地形追従（terrain following）」を無人機に行わせることがリスクとなる。
国際公開第２０１０／０６１０９９号 欧州特許出願公開第２３６４７５７号 欧州特許出願公開第２４００４６０号
本発明は、この現象から生じる幾つかの問題並びにＵＳテレメトリーセンサーに特有の他の欠点を解決することを目標とする。
こうしたセンサーは、以下の特性を有する。以下の特性とは、
−生成される測定値が、高度（テレメトリー、距離測定）の相対値に過ぎないこと、
−現実的な状況では、複数のエコーが地面によって反射されること、地形が多少の反射性を持つこと、及び例えば無人機が吸収性地形（低木等）の上空を飛行するときに、信号消失が頻繁であることに起因して、測定値が非常に雑音の多いものであること、
−範囲が制限され、上述した文書に記載されているＡＲ．Ｄｒｏｎｅの場合に約６ｍであり、この値を超えると、テレメトリー信号が突然に消失すること、
−一方、測定が非常に迅速であり、測定を高い周波数（通常、２５Ｈｚ）で繰返すことができ、その精度が優れており、数十センチメートルから数メートルにわたる測定スケールに関して数センチメートル程度（order）であること、
である。
これらの欠点を補償するため、テレメトリーセンサーと組合せて、別のタイプのセンサー、すなわち圧力センサー又は気圧センサーを使用することが可能である。
気圧センサーは、飛行中の圧力の変動を測定するために使用され、こうした変動は高度の変動に相関付けられる。したがって、垂直離陸時における高度ゼロからのこれらの変動を積分することによって高度の絶対値を得ることが可能である。
気圧センサーは、以下の特性を有する。以下の特性とは、
−気圧センサーが、上空を飛行する地形と独立して、絶対値を提供すること、
−気圧センサーが、上限なしで高い高度で使用され得ること、
−一方、圧力変動を積分することが必要である限り、気圧センサーが低速であり、それほど正確でないこと、
−その他に、気圧センサーが、無人機ローターが高い乱流を生じるときに、地面効果によって特に低高度で空気力学的擾乱を受け、圧力センサーによって送出される信号が使用不能になること、
である。
実際には、２つのテレメトリーセンサー及び気圧センサーによって同時に送出される信号の単純な結合は、無人機高度の、連続して評価された正確な推定値を得ることを常に可能にするわけではない。
しかし、垂直方向に、定点状態で又は操縦式飛行で無人機を安定化させるように無人機を制御することが特に所望される場合、無人機安定化を制御する制御ループを乱さない方法で、連続的でかつ確実な高度の測定値を得ることが必要とされる。
したがって、本発明の目的は、推定された高度測定値の妥当性を確認し、場合によっては再調整するためのアルゴリズムであって、任意の状況において、特に無人機が、その特質及び特異性が事前にわからずかつ予見できない地形の上を飛行するときに、この困難さを解決することを可能にする、アルゴリズムを備える高度判定手段を備える無人機を提案することである。
本発明は、その目的で、上述した特許文献３によって開示される一般的なタイプの無人機、すなわち、回転翼無人機であって、該無人機を姿勢及び速度に関して操縦するために、別々の（differentiated）モーターコマンドの適用によって制御されるそれぞれモーターによって駆動される複数のローターを有し、絶対地球座標系で表現される該無人機の絶対高度値を送出するように構成された高度判定手段を備え、該高度判定手段は、該無人機と該無人機により放出される超音波パルスのエコーを反射する表面とを隔てる相対距離を推定するように構成されたテレメトリーセンサーを備える、回転翼無人機を提案する。
本発明の特性によれば、前記高度判定手段は、無人機高度変動信号を送出するように構成された気圧センサーと、前記テレメトリーセンサー及び前記気圧センサーによって送出される信号を入力として受信し、該信号を結合して、該無人機の前記高度の絶対値を出力として送出する推定器と、を更に備える。さらに、前記テレメトリーセンサーによって送出される信号の妥当性を確認する手段が、前記反射されたエコーを解析し、該解析の結果に基づいて、前記推定器のパラメーターを相応して修正し、及び／又は、前記テレメトリーセンサーによって送出される前記信号の前記推定器への適用を許可若しくは禁止する。最後に、障害検出手段が、前記反射されたエコーを解析し、該解析の結果に基づいて、前記テレメトリーセンサーの動作範囲内の障害物の存在及び構成を推定し、前記テレメトリーセンサーによって推定される前記相対距離に関する前記障害物の影響を補償するように構成された補正処置を前記推定器に適用する。
非常に有利には、前記推定器は、前記無人機の動的モデルの表現を組込む予測フィルターを備え、該フィルターは、前記モーターコマンドに基づいて前記無人機の前記高度の絶対値の予測を実施し、前記テレメトリーセンサーによって送出される前記信号及び前記気圧センサーによって送出される前記信号に応じて前記予測を定期的に再調整するように構成される。
前記予測フィルターは、特に、前記無人機の垂直離陸位置に関して計数される前記高度の絶対値、無人機垂直速度の成分、前記無人機の前記動的モデルに関する前記モーターコマンドのバイアス、及び前記気圧センサーのバイアスを含む４状態フィルター（four-state filter）である。
付随する様々な有利な特性によれば、
−前記妥当性確認手段は、前記エコーを反射する前記表面の品質を、放出される同じパルスについて同時に受信されるエコーの数の関数として、及び／又は前記テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる距離値間の分散の関数として推定する手段を備える。
−前記妥当性確認手段は、前記テレメトリーセンサーによって推定された距離値を、該テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる複数の距離値のコヒーレンスの解析に応じて、及び／又は前記テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる複数の距離値から得られる距離予測値に対する目下の距離値の差に応じて排除する手段を備える。
−前記排除手段は、前記エコーを反射する前記表面の品質の推定に応じて、可変閾値に関して動作する。
−前記回転無人機は、前記排除手段が前記推定された距離値を排除する時点において高度オフセット値を計算し、前記排除手段がもはや前記推定された距離値を排除しないとき、前記推定された距離値に前記オフセット値を加算する手段を更に備える。
−前記障害物検出手段は、前記テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる距離値において、２つの連続する反対符号のジャンプであって、２つのジャンプの前及び後に得られる同様の距離値を有する、２つの連続する反対符号のジャンプを検出する手段を備え、有利には前記第１のジャンプの時点で高度オフセット値を計算し、前記第２のジャンプの時点で推定される距離値に前記オフセット値を加算する手段を用いる。
−前記障害物検出手段は、前記無人機が不動点状態にあるときに前記テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる距離値の、２つの値の間の変動（oscillation）を検出する手段を備える。
−前記障害物検出手段は、検出された振動の存在下で連続して得られる前記距離値を平滑化する手段を備える。
−前記障害物検出手段は、反射されたエコーが存在しないことによる前記テレメトリーセンサーによって送出される信号の喪失を検出し、前記信号の喪失の時点において高度オフセット値を計算し、前記推定器の前記入力におけるテレメトリー信号として前記オフセット値を適用するように構成された手段を備える。特に、テレメトリー信号喪失の場合、ｉ）前記無人機の高度が所与の閾高度より低い場合において、記録されたオフセット値が存在するとき、該記録された値が前記推定器の前記入力において適用され、逆のとき、所定の値が適用され、ｉｉ）前記無人機の前記高度が前記所与の閾高度より高い場合、前記記録されたオフセット値が、前記推定器の前記入力において変更されずに適用される。
無人機と、無人機を遠隔操作する、関連する遠隔制御デバイスとを示す全体図である。 無人機の制御、サーボ制御、及び支援式操縦の異なる機構（organ）を示すブロック図である。 一定高度における、無人機による地形の上空飛行の種々の構成を示す図である。 ＵＳセンサー測定値の妥当性を確認し、考えられる補正値を適用する種々の機能のフローチャートである。 ＵＳセンサーによって受信されるエコーの数の関数として、地面品質を示すブール指標（Boolean indicator）の連続状態を示す時間経過図である。 放出されるＵＳ信号の変動する吸収特性を有する地形の上空飛行中の、ＵＳセンサーによって送出される未処理測定値の変動及び同時に受信されるエコーの数の変動を示す２つの時間経過図である。 連続して採取され予測される測定値に応じて、ＵＳセンサーによって送出される測定値のコヒーレンスを示すブール指標の連続状態を示す時間経過図である。 障害物を通過するときに、この障害物の上空を飛行するときに無人機が地形追従を行うことを回避するために、ＵＳセンサーによって送出される未処理測定値に適用されるオフセットの更新を示す図である。 上空飛行中の無人機の傾斜に起因する、障害物を通過し障害物から離れて移動した後の無人機による高度の喪失現象を示す図である。 図９に示す障害物通過構成における種々の信号の変動及びＵＳセンサーによって送出される信号の排除についてのブール指標の連続状態を示す時間経過図である。 図９及び図１０の障害物通過（clearing）構成における、ＵＳセンサーによって送出される未処理測定値に適用されるオフセットを管理する方法を示す時間経過図である。 無人機が定点状態で障害物の境界の上空を飛ぶときに、無人機のＵＳセンサーによって送出される測定値の不安定性に関する現象を示す図である。 図１２の障害物境界での定点の構成におけるＵＳセンサーによって送出される未処理測定値の変動及びＵＳセンサーによって送出される信号を排除するブール指標の連続状態を示す時間経過図である。 図１２及び図１３の構成においてＵＳセンサー測定値を補正するためのアルゴリズムの適用を示す時間経過図である。 地面に対する距離が突然に増加する場合の、無人機のＵＳセンサーによって送出される信号の喪失の現象を示す図である。 測定値を補正し、図１５の構成によって推定される値を再調整するためのアルゴリズムの適用を示す時間経過図である。
本発明のデバイスの例示的な実施形態が、ここで、添付図面を参照して述べられる。添付図面では、同じ参照符号は、図面全体を通して、同一の又は機能的に同様の要素を示す。
図１では、参照符号１０は、全体的に無人機を示し、無人機は、例えば、特許文献１及び特許文献２号並びに仏国特許出願公開第２９１５５６９号（これは特に、無人機によって使用されるジャイロメーター及び加速度計のシステムを記載する）並びに欧州特許出願公開第２４３１０８４号（これは特に、所定の軌道を制御する方法を記載する）に記載される、上述したＡＲ．Ｄｒｏｎｅ等のクアッドリコプターである。
無人機１０は、そのモーターが、ナビゲーション及び高度制御の統合システムによって独立に制御される、４つの同一平面上のローター１２を備える。
慣性センサー（加速度計及びジャイロメーター）は、無人機の角速度及び姿勢角度、すなわち、地球固定座標系の水平面に対する無人機の傾斜を記述するオイラー角を或る特定の精度で測定することを可能にする。
無人機は、その無人機が向かう方向の景色の画像を取得するための第１の前方視カメラと、上空を飛行される地形の連続画像を捕捉するために下を向き、特に、加速度計データと組合せて、ソフトウェアによって地面に対する無人機の速度を評価するために使用される第２の垂直視カメラとを備え、そのソフトウェアは、カメラによって捕捉される景色の変位を画像毎に推定し、この推定された変位に、測定された高度の関数であるスケール係数を適用する。この技法は、更なる詳細のために参照され得る上述した特許文献３に詳細に記載される。
無人機の下に配置された超音波テレメーター及び搭載型の気圧センサーは、ともに結合されると、地面に対する無人機の高度の推定値を与える測定値を更に提供する。
より的確には、超音波テレメーターは、約５５度程度の開口角度２０でほぼ円錐のビーム１６において短い（数十マイクロ秒又は数百マイクロ秒の）超音波バーストを地面１８に向かって発生させる電気音響変換器１４を備える。このビームの地面１８での反射は音響エコーを生じ、音響エコーは、変換器１４によって受信され、解析されて、バーストの放出と第１のエコーの受信を隔てる期間及び音速に基づいて、カバーされる音響経路長が推定され、したがって、無人機１０と地面１８とを隔てる距離が推定される。
本発明の特性によれば、この距離測定値は、以降で説明されるように、無人機の進行中の無人機の高度の変動によって生じる圧力変動の値と一致する。無人機１０は遠隔制御デバイス２２によって操縦され、遠隔制御デバイス２２は、無人機カメラのうちの１つのカメラによって生成される画像を、タッチスクリーン１８上でユーザーの指２６が触るだけで操縦コマンドの起動を可能にする幾つかのシンボルと重ね合わせて表示するタッチスクリーン２４を備える。デバイス２２は、対応する傾斜をデバイスに与えることによって無人機の姿勢を制御するための傾斜センサーを備える。無人機との双方向データ交換のために、例えばＷｉＦｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等のローカルネットワークタイプの無線リンク手段も設けられる。
序文において示したように、遠隔制御デバイス２２は、有利には、タッチスクリーン及び加速度計を有する電話機又はマルチメディアプレーヤー、例えば、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）型の携帯電話機、ｉＰｏｄ Ｔｏｕｃｈ（登録商標）型のマルチメディアプレーヤー、又はｉＰａｄ（登録商標）型のマルチメディアタブレットで構成され、これらは、操縦コマンドの表示及び検出、前面に取り付けられたカメラにより捕捉された画像の閲覧、並びにＷｉＦｉリンク又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）リンクによる無人機との双方向データ交換に必要な様々な機構を組み込んだデバイスである。
無人機１０を操縦することは、場合に応じて、
ａ）無人機を前方又は後方に移動させるためのピッチ軸を中心とした回転運動、及び／又は、
ｂ）無人機を右又は左に寄らせるためのロール軸を中心とした回転運動、及び／又は、
ｃ）無人機の主軸を右又は左に回転させるためのヨー軸を中心とした回転運動、及び／又は、
ｄ）無人機の高度をそれぞれ下げるか又は上げるための、ガスレジーム（gas regime）を変更することによる下向き又は上向きの並進運動、
を生成するために、別々にモーターを制御することによって無人機を進めることを含む。
これらの操縦コマンドが、デバイス２２からユーザーによって適用される場合（ユーザーによって指令される「制御式操縦（controlled piloting）」構成）、コマンドａ）及びｂ）がデバイスの傾斜によって得られ、例えば、無人機を前方に移動させるために、ユーザーは、デバイスを前方に傾けることによりデバイスを傾斜させる必要があるだけであり、無人機を右に寄らせるためには、ユーザーは、デバイスを右に向かって傾けることによりデバイスを傾斜させる必要があるだけである等である。コマンドｃ）及びｄ）は、ユーザーの指がタッチスクリーンの対応する特定のゾーンに接触することによって適用される動作に起因する（システムのこれらの態様に関する更なる詳細については、上述した特許文献１及び特許文献２が参照され得る）。
無人機はまた、静止飛行安定化の自動自律システム（自動操縦式「定点（fixed-point）」構成）を有し、静止飛行安定化は、特に、ユーザーが指をデバイスのタッチスクリーンから離すとすぐに、又は垂直離陸フェーズの終了時に自動的に、又は、デバイスと無人機との無線リンクが中断した場合にも起動する。その後、無人機は、無人機が自動的に不動化され安定化されるリフト状態に、ユーザーの介入なく切換わる。
無人機モーターの制御及びサーボ制御
無人機のモーターについての操縦用設定点が規定される方法が、ここで図２を参照して明らかにされる。図２は、無人機の制御及びサーボ制御の種々の機構の機能ブロック図である。
これらの図が相互接続された回路であるとして提示されているが、種々の機能は、本質的にソフトウェア実装式であり、この表現は例示に過ぎないことが留意されるであろう。
より一般的に、図２に示されるように、操縦システムは、高度変動に加えて、無人機の水平速度、角速度、及び姿勢の制御のための、幾つかの組込まれた（imbricated）ループを含む。
最も中心的なループは、角速度を制御するループ１００であり、一方でジャイロメーター１０２によって提供される信号を、他方で角速度設定点１０４によって構成される基準を利用する。これらの種々の情報項目は、角速度補正ステージ１０６の入力において適用される。このステージ自体が、モーター１１０を制御するための制御ステージ１０８を操縦して、種々のモーターのレジーム（regime）を別々に調節し、それにより、これらのモーターによって駆動されるローターの組合せられた動作（action）によって無人機の角速度を補正する。
角速度制御ループ１００は、姿勢制御ループ１１２内に組込まれ、姿勢制御ループは、ジャイロメーター１０２、加速度計１１４、及び地磁気座標系における無人機の絶対方位を与える磁力計１１６によって提供される指標に基づいて動作する。これらの種々のセンサーによって送出されるデータは、ＰＩ（比例−積分）タイプの姿勢推定ステージ１１８に適用される。ステージ１１８は、無人機の実際の姿勢の推定値を生成し、その推定値は姿勢補正ステージ１２０に適用され、ステージ１２０は、実際の姿勢を、ユーザー１２４によって直接適用されるコマンド（「制御式操縦」構成）及び／又は無人機を静止状態位置に維持する（自動操縦式「固定位置（fixed-position）」構成）ために水平速度補正回路１２６を介して無人機の自動操縦によって内部で生成されるデータに基づいて回路１２２によって生成される角度設定点と比較する。回路１２０に適用され、無人機の実際の姿勢と比較された、おそらく補正された設定点は、モーターを適切に制御するために、回路１２０によって回路１０４に送信される。
要約すると、設定点（ユーザーによって適用される、及び／又は内部で生成される）と角度測定値（姿勢推定回路１１８によって与えられる）との間の誤差に基づいて、姿勢制御ループ１１２は、回路１２０のＰＩ補正器を使用して、角速度設定点を計算する。その後、角速度制御ループ１００は、前述の角速度設定点と、ジャイロメーター１０２によって実際に測定された角速度との間の差を計算する。そのループは、この情報に基づいて、回転速度について（したがって、揚力について）種々の設定点を計算し、その設定点は、ユーザーによって要求される、及び／又は無人機の自動操縦によって計画される運動操作を実行するために、モーター１１０に送信される。
水平速度制御ループ１３０は、垂直ビデオカメラ１３２及び高度推定器回路１３４（以降で更に詳細に述べる）を使用する。回路１３６は、加速度計１１４の信号及び姿勢推定回路１１８の信号と組み合わせて、垂直カメラ１３２によって生成される画像の処理を処理して、回路１３８によって、無人機の水平速度の２つの成分を推定する。推定された水平速度は、無人機の幾つかの特定の飛行構成において、回路１４０によって与えられる垂直速度推定値、並びに推定器１３４及び高度値補正／補償回路１４２から与えられる高度値によって補正される（この態様は、同様に以降で更に詳細に述べられるであろう）。
無人機の垂直変位に関して、ユーザー１２４は、高度設定点を計算する回路１４４にコマンドを適用し、こうした設定点は、回路１４２によって与えられる高度推定値を受信する高度補正回路１４８を介して、上昇速度設定点ＶＺを計算する回路１４６に適用される。計算された上昇速度ＶＺは、回路１５０に適用され、回路１５０は、この速度設定点を、回路１４０によって推定される対応する速度と比較し、モーター制御データ（回路１０８）を相応して修正して、全てのモーターに関して回転速度を同時に増減し、上昇速度設定点と測定された上昇速度との間の差を最小化する。
無人機高度の推定
より詳細には、本発明は、高度推定回路１３４及び推定された高度値の補正／補償回路１４２が動作する方法に関する。
高度推定回路１３４の動作が最初に述べられる。この回路は、入力に適用される一連の測定値に基づいて動的システム（本事例の場合、無人機）の状態を推定する無限パルス応答（infinite pulse response）フィルターである「カルマンフィルター（Kalman filter）」タイプの状態推定器を実装する。この技法の一般的な原理は、例えば、R.E. Kalman著「A new Approach to Linear Filtering and Prediction Problems」（Transactions of the ASME-Journal of Basic Engineering, Vol. 82 (1960)）において見出され得る。
本事例では、カルマンフィルターは、入力として、
−ＵＳセンサー１５４によって送出される信号、
−気圧センサー１５６によって送出される信号、及び、
−１５８にて、垂直速度ＶＺを補正する回路１５０によって生成され、無人機モーター（回路１０８）に適用される上昇速度設定点（以降、「ＰＷＭ設定点」とする。）
を受信する。ＰＷＭ設定点は、無人機の４つのモーターの同時制御から生じる垂直推進力を示す。
カルマンフィルターの動的システムは、無人機挙動を記述する方程式のセットで構成される。こうしたモデルは、特に、更なる詳細のために参照され得る欧州特許出願公開第２４３１０８４号に記載されている。
カルマンフィルター１５２は、連続して２つのフェーズで動作する。２つのフェーズとは、
−フィルターの各反復において実行される予測フェーズであって、一方でＰＷＭ設定点によって、他方で無人機の動的モデルによって目下の時間に無人機の高度を予測することを含む、予測フェーズ、及び、
−再調整フェーズであって、ＵＳセンサー１５４及び気圧センサー１５６によって送出される目下の測定値を使用して予測値を補正することを含む、再調整フェーズ、
である。再調整のステップは、以降で見てわかるように、ＵＳセンサー測定値が、必ずしも常に利用可能ではないため、各反復において必ずしも実施されない。
カルマンフィルターは、４つの状態、すなわち、
−その開始点（垂直離陸時の位置）に対する無人機の高度、
−垂直速度ＶＺ、
−ＰＷＭ設定点のバイアス、及び、
−気圧センサー１５６によって送出される圧力測定値のバイアス、
を使用し、推定する。
ＰＷＭ設定点のバイアスに対応する状態は、無人機推進力モデルの誤差を表す。推進力モデルは、実際には、無人機の重量、プロペラの空気力学的効率（この効率は、プロペラの状態及び空気圧力に依存する）等の種々のパラメーターに応じて変動する場合がある。ＰＷＭ設定点のバイアス状態は、２つのセンサーによって提供される測定値を使用して、飛行中のモデルを再調整するのに役立ち、特に、これらの測定値が消えるときに、より精密になることを可能にする。
圧力測定のバイアス状態は、気圧センサーのドリフトを補正することを可能にする。ドリフトは、主に、温度の上昇を伴う、垂直離陸時、モーターの始動時、及び飛行の最初の数秒間に現れる。こうしたドリフトはまた、圧力環境が他の状況において変更されるとき、例えば無人機が部屋の内部に進行するとき及び人がこの部屋の窓を開けたとき等に現れる場合がある。圧力測定のこのバイアス状態は、ＵＳセンサー１５の測定値に基づいて推定される。ＵＳ測定値がもはや利用可能でないとき、例えば無人機が、ＵＳセンサー範囲を超えて高度を上げたか、又は、別の理由で（地面が吸収し過ぎるため）エコーをもはや受信しないとき、圧力測定のバイアス状態は、もはや推定されず、一定値に維持される。
フィルターの状態を再調整するため、フィルターは３つの観測結果を使用する。該３つの観測結果は、以下の通りである。
−ＵＳセンサー１５４によって与えられ、障害物を通過するときに、いわゆるオフセット値によって、場合により補正される距離測定値（この態様は以降で更に詳細に述べられる）。この観測結果は、常に利用可能であるわけではなく、最適条件、すなわち平滑な地面及び低い高度において、通常２００Ｈｚである無人機操縦データの再計算の周波数に対して、２５Ｈｚの、すなわち８回のうちの１回の繰返し周波数で測定値が提供されることが留意されるであろう。他方、測定値は、超音波テレメーターの動作範囲、通常６ｍを超えるとすぐに消え、また、測定値は、障害物を又は雑然とした（chaotic）地面の上を通過するときに更に常時排除される場合がある（この態様、特に、ＵＳセンサーによって送出される測定値を排除するか否かの判定がどのように行われるかが、以降で更に詳細に述べられる）；
−気圧センサー１５６によって与えられ、それ自身のオフセットで補正される圧力測定値。圧力測定値は、一般に、各反復において存在する。しかし、圧力測定は、圧力測定値に強く干渉する擾乱ブラスト効果を考慮して、無人機が地面に非常に接近する、通常、地面から２０ｃｍ未満に接近すると無効にされる；及び、
−無人機が飛行状態にないときにだけ使用されるゼロ高度値。ゼロ高度値は、ナビゲーション回路に送出される高度値がゼロに固定されたままになることを保証することを可能にする仮想値である。
超音波テレメーターによって送出されるデータの妥当性の確認
ＵＳテレメトリーセンサーによって送出される信号の管理のこの態様は、ｉ）所与の時間に、ＵＳ測定値が存在するかどうか、また、ＵＳ測定値が使用可能かどうかを判定するという目的、及び、ｉｉ）必要なら、障害物を通過するときにオフセット値を更新するという目的を有する。
ＵＳ測定値の特性は、地面の多少の反射性の特質に強く関連し、また、無人機が定点状態にあるか又は水平変位状態にあるかに応じて更に非常に異なり、対処されるべきである種々の事例を管理するために、幾つかのアルゴリズムが使用される。
図３は、無人機による地形の上空飛行のこれらの種々の構成を示す。
最初に、無人機は、地面上に静止状態で置かれ（位置１６０）、そして、高度値は、強制的にゼロにされる。
無人機は、その後、地面の上方に上昇し（位置１６２）、一定高度で、水平変位移動を実行する（位置１６４〜１７２）。
ＵＳセンサーは、高度絶対値の指標を与えず、無人機と地面１８とを隔てる距離ｄの指標だけを与える。水平で規則的で十分に反射性がある地面の場合、この距離は、曖昧さなしで評価され得る。一方、無人機が、例えば１６６にて、ほとんど反射性がない地面（低木等）の上を飛行するとき、戻って来るエコーは、存在しないか又は不規則であり、非常に雑音の多い測定値をもたらす。
別の態様は、図３の１６８に示すように、障害物を通過すること、例えば屋外の壁又は室内のテーブルの上を飛行することである。障害物が反射性を有する場合、無人機が一定（絶対）高度で進行する間に、テレメーターは、障害物の上空飛行の前又は後に測定される距離ｄ２及びｄ３（位置１７０及び１７２）より非常に短い（lower）距離ｄ１（位置１６８）を測定することになる。したがって、ＵＳセンサー信号の突然の減少によって明示される障害物通過は、障害物通過中にＵＳ値に適用される「オフセット」によって補償されなければならないことになる。
したがって、
−ＵＳセンサーによって送出される測定値を有効にするか又は測定値を無効にするために受信信号の品質を評価すること、及び、
−この測定値が有効とされる場合、おそらく測定値に加算されなければならないオフセットを管理すること、
が必要である。
測定値の妥当性を確認し、考えられる補正を適用するというこれらの機能は、図４のフローチャートに示される。
ＵＳ信号の解析は、もちろん、センサーが信号を送出する（テスト２００）場合にだけ、すなわち、ｉ）データ再計算の８サイクルのうちの１サイクルで、また、ｉｉ）少なくとも１つのエコーが、ＵＳセンサー範囲に対応する時間窓内で検出される場合に動作する。
そして、無人機によって上空を飛行される地面の品質を推定すること（ブロック２０２及び２０４）、より的確には、ＵＳ変換器によって放出されるエコーの反射の品質を推定することが得策であり、反射は、平滑な地面に関して非常に良好であるが、より乱反射性の地面に関して非常に雑音の多いものである。
こうした変動を考慮するため、カルマンフィルター測定ノイズの設定は、地面品質の良好／劣悪ブール指標に応じて適合されることになる（テスト２０６）。例えば、フィルターのノイズレベルは、平坦な、良好な品質の地面に関しては５ｃｍに調整されることになり（ブロック２０８）、一方、劣悪な反射品質の地面に関しては１５ｃｍに調整されることになる（ブロック２１０）。こうして、平坦な地面に関しては、フィルターは、推定される高度をＵＳテレメーターによって提供される距離測定値に精密に調整することになり、一方、劣悪な品質の地面に関しては、フィルターは、距離測定をあまり信頼せず、したがって、ノイズをより効率的にフィルタリングすることになる。地面品質のこの良好／劣悪ブール指標は、測定値についての後続の有効又は無効についての排除閾値を修正するのにも役立つことになり、また、オフセットを管理するのにも役立つことになる。これらの態様は以降で述べられる。
地面品質の総合的な推定は、２つの特定のブール指標、すなわち、エコーの数の解析から得られる指標（ブロック２０２）及びＵＳテレメーターによって連続して生成される値のおおよその安定特性から得られる他の指標（ブロック２０４）をマージすることを含む。地面は、２つのブール指標が良好な地面に対応する場合、良好として宣言されることになり、他の場合、すなわち、２つのブール指標の少なくとも一方が、地面が劣悪であるとみなす場合、劣悪であると宣言されることになる（ブロック２０６）。
より的確には、第１の地面品質評価基準（ブロック２０２）は、反射され、変換器によって受信されるエコーの数の関数として地面の性質を評価することを含む。
具体的には、ＵＳテレメトリーセンサーの距離測定は、第１のエコーの戻り時間に相当する。しかし、多くの他のエコーもまた、変換器によって受信及び記録され、受信されたエコーの数が、地面品質の推定値を構成する場合がある。例えば、平坦な地面に関しては、全体として１つ又は２つのみのエコーが受信され、一方、雑然とした地面（低木又は障害物）に関しては、エコーの数は、６又は７に増加する場合がある。エコーの数のこの測定値は、比較的雑音の多いものであり、最初に、１次再帰フィルターを使用してフィルタリングされる。アルゴリズムは、その後、ヒステリシス閾値処理（例えば、３エコーの高い閾値及び２エコーの低い閾値による）を適用して、地面の第１のブール指標を得る。
図５は、無人機が平滑な地面及び低木の上を交互に飛行する構成の飛行の例について、こうして得られた結果を示す。第２の地面品質評価基準（ブロック２０４）は、ＵＳセンサーによって送出される連続する距離測定値の安定性に基づく。
実際には、場合によって、エコーの数は地面品質を判定するのに十分でない。
したがって、図６には、放出されるＵＳ信号の変動する吸収特性を有する地形の上空飛行中における、ＵＳセンサーによって送出される未処理測定値の変動及び同時に受信されるエコーの数の変動を示す例が示される。ＵＳセンサーによって与えられる測定値は、非常に雑音の多いものであり、劣悪な反射品質の地面を示し、一方、エコーの数は、低いままであり、第１のブール指標（受信されるエコーの数の関数）だけに基づいて地面が「劣悪（poor）」であると宣言するのに十分でないことが留意される。
この場合を考慮するため、地面品質の第２のブール指標が、測定値の分散を観測することによって計算される。ＵＳセンサーによって新しい測定値が送出されるたびに、アルゴリズムは、先行する値に対する差（絶対値）を計算する。この値は、次に、ローパスフィルター（エコーの数のフィルタリングの場合と同じ）によってフィルタリングされ、その結果、閾値処理される。例えば４０ｍｍより高い値は、第２のブール指標に対して「劣悪」な値を与えることをもたらす。４０ｍｍというこの値は、２５Ｈｚの測定繰返しによって、無人機が決して達しない８ｍ／ｓの垂直速度に相当するように選択され、そのことは、無人機が非ゼロ垂直速度を有するときに現れる可能性があるバイアスの発生を最小にする。
実際には、障害物を通過することがテストをトリガーしないように、例えば５０ｃｍより小さい分散が維持され、より大きい分散は、障害物のジャンプから生じるものと考えられ、劣悪な品質の地面を明示する分散とみなされないことになる。
地面品質を評価した後、アルゴリズムは、ＵＳセンサーによって送出される測定値が有効とされなければならないか又は排除されなければならないかを判定する。
妥当性確認テスト（図４のステップ２１２〜２１６）が、ここで述べられ、以下の要件に対応することを可能にする。
−頑健性を増すように、また、ＵＳ測定値が良好であり、フィルターモデルがうまくいかない場合（例えば、横風がある構成において）にＵＳ測定値を排除しないように、フィルターの予測値ではなく、ＵＳセンサーによって生成される測定値だけを使用すること；
−幾つかの反復にわたってメモリ効果（memory effect）を提示すること：実際には、検出が非常に乱される（低木等）場合、センサーによって送出される値のジャンプについての単純な検出は、測定値が安定しない一方で単純な検出がこの値をあまりに早急に受け入れさせ得るため十分でなく、その結果、より多くの数の点にわたって測定値のコヒーレンスを調査することが好ましい；
−無人機の垂直速度に感度を持たないこと：外乱を迅速に排除するため、実際には、測定された量に対するかなり厳しい閾値であって、無人機の上昇フェーズ及び下降フェーズにおける測定値を排除するいかなるリスクをも回避するために垂直速度に独立でなければならない、閾値を有することが必要である。
測定値のコヒーレンスのテストは、ＵＳセンサーの最新の５つの測定値の履歴を維持し、これらの測定値に線形回帰を適用することを含む（図４のブロック２１２）。
互いの間の５つの点のコヒーレンスは、その後、例えば前の５つの測定値に基づいて計算された回帰直線に対して各点の差を加算することによって計算される。履歴に記録された５つの点が互いにコヒーレントでない（分散が大き過ぎる）場合又は目下の測定値（ＵＳセンサーの測定値）が回帰計算によって予測された値から遠過ぎる場合、目下の測定値は排除される。
図７は、同じ図の上で、センサーによって送出されたＵＳ測定値、回帰計算によって予測された高度、及びＵＳ測定値の有効／排除結果を示す例を示す。
最初の数秒において見られるような上昇フェーズでは、ＵＳ測定値は排除されないことが留意される。このことは、回帰が垂直速度（高度増加）を考慮することに起因する。一方、障害物を通過するとき（ｔ＝９９秒〜１００秒及び１０２秒〜１０３秒の周辺）、測定値の排除が効果的に存在し、連続する５つのコヒーレントサンプルへの戻りが明言（state）された後に、測定値が再び受け入れられる。
このコヒーレンステストは、ｉ）記録された５つの測定値のコヒーレンス、及びｉｉ）予測に対する目下の点の差を、２つの各閾値と比較する（ブロック２１４）。有利には、これらの２つの閾値は、一定でなく、２つのパラメーター、すなわち、地面品質指標（示す方法では、以前に判定された）及び無人機の変位の速度に応じて変動する。したがって、
−平坦な地面に関して、２つの閾値は、平均値、例えば５０ｍｍ（５つの点のコヒーレンス）及び２０ｍｍ（目下の点の差）の各値に固定され、誤った障害物検出についての低いリスクを保証しながら、外乱の良好な排除を提供する；
−起状のある地面（disturbed ground）に関して、無人機が定点状態か又は低い（３００ｍｍ／ｓより遅い）並進速度にある状態で、超音波測定値は、地面の性質のせいでより雑音の多いものであり、カルマンフィルター設定は、相応して高過ぎる（too important）排除率を回避するように構成され、上述した閾値は、１００ｍｍ及び５０ｍｍにそれぞれ固定される；
−地形乱れがある地面に関して、無人機が移動中である状態（３００ｍｍ／ｓより速い並進速度）で、ＵＳ測定値は、非常に１つのエコーから別のエコーへジャンプしがちであり、信頼指数が低い。したがって、どんな疑いがあってもＵＳ測定値を排除することが必要であり、そのために、目下の点に関する閾値は、非常に低く選択され、各閾値は、その後、例えば１００ｍｍ及び１０ｍｍに固定される。
これらの種々のテストに続いて、ＵＳ測定値は、最終的に、排除又は有効にされる（図４のテスト２１６）。
排除の場合（ブロック２１８）、カルマンフィルターは、目下のＵＳ測定値を使用せず、モーター操縦設定点（図２の入力１５８）及び気圧センサー（図２の１５６）によって送出される信号にのみ基づいてその予測値を確立する。
逆の（測定値が有効とされている）場合、ＵＳ測定値は、排除された後に有効状態に戻る場合、以前の排除が障害物の上を通過した結果であった場合に、おそらくは（potentially）オフセット値だけオフセットされる。この状況は、図４のブロック２２０にて管理される。
いずれにしても、測定値が有効にされた場合、カルマンフィルターは、ＵＳセンサーによって送出される測定値（図２の入力１５４）を使用する（ブロック２２２）。
この場合の例が図８に示される。障害物を通過することは、ｔ＝９１秒〜９４秒で検出される不正常に相当する。障害物に到着した時点（ｔ＝９１秒の少し前）で、高度についての実質的に一定の推定を維持するためにオフセットが使用される。障害物通過後（ｔ＝９４秒の少し前）に、オフセットは、先行する値の排除後に有効と考えられる第１のＵＳ測定値に基づいて再計算される。これは、特に、障害物の後に、地面が障害物の前と同じ高さ（level）でない場合に、無人機が地形追従を行うことを回避することを可能にする。
障害物の存在下でのデータ補正／補償
種々の状況において、ＵＳセンサーによる距離テレメトリー測定は、障害物によって乱される。
第１の現象は、図９に概略的に示されており、図９で、水平進行中（連続的な位置１７４〜１８０）の無人機が、障害物通過後（位置１８０）すぐに高度を喪失する傾向にあることが見てわかる。この現象は、無人機が障害物を過ぎ去った後（位置１８０及び１８２）でも、無人機が（水平速度が無人機に与えられるように）前方にわずかに傾斜しているため、ビーム１６が障害物を向いたままであることによる。したがって、テレメーターは、障害物を過ぎ去るのを見て、水平速度の一部を垂直速度に変換する。推定器は、その後、無人機が上昇していると誤って推定し、補償オフセットを提供することになり、そのことが、実際には、無人機の高度の喪失をもたらすことになる（位置１８２）。
図１０は、図９の構成の、障害物の上空飛行の前、その最中、及びその後における種々の信号（ＵＳテレメーターによって送出される測定値、推定器によって送出される高度、及びＵＳ測定値の排除のブール指標）の変動を示す。すなわち、
−無人機が障害物に近づく（図９の位置１７６）と、ＵＳ測定値は、減少を呈するが、その減少は、ＵＳ測定値が排除される期間に対応するため、重要性を持たない；
−一方、障害物を通過した後すぐに（位置１８０）、測定値は、もはや排除されず、無人機の傾斜による約１５ｃｍの高度の仮想的な増加は、１５ｃｍだけ下げるように設定点を修正することによってこの（仮定される）増加を補償するために、推定器に、オフセットの再計算による補正値を適用させる。
この現象を補償し、無人機が高度を常に喪失することを回避するために、本発明は、障害物ジャンプを管理し、オフセットを管理するためのアルゴリズムを適用することを提案し、そのアルゴリズムの効果は、図１１（図１０の時間経過図に類似するが、本発明による管理アルゴリズムが適用される）の時間経過図によって示される。
このアルゴリズムは、２つの条件、すなわち、
−ＵＳセンサーの測定値において、反対符号の２つの連続するジャンプ（図１１のＳ＋及びＳ−）が存在すること、及び、
−最初のジャンプの時点と２回目のホップの時点において、ＵＳセンサーによって（所定の閾値内の）ほぼ等しい距離値（図１１のｄ１及びｄ２）が送出されること
が満たされる場合に、無人機が障害物の上空飛行及び通過の終了を検出するときに起動される。
これらの条件が満たされる場合、ｉ）障害物の上空を飛行し、通過した、また、ｉｉ）障害物後の地面高さが、障害物前の地面高さとほぼ同じである、と考えられる。
こうした場合、オフセットは、もはや再計算されないが、障害物通過の前に持っている値を強制的にとらされる。この補正の効果は、図１１で、推定された高度に関するＸにおいて見ることができ、障害物の通過後、高度推定値は、障害物の接近及び通過前に持っている高さをほぼ取り戻すことが見てわかる。換言すれば、障害物を出る時点で、１５ｃｍの測定値に関して前に認められた誤差が存在するが、この誤差は、ＵＳセンサーの測定値がもはや排除されなくなったときに、後で補正される。したがって、ＵＳセンサーの測定値と高度推定値との差は、障害物の前及び後で同一であり、高度喪失の現象はなくなる。
注意事項として、この検出及び補償アルゴリズムは、劣悪な反射品質の障害物を通過するときには観測されるＵＳセンサー測定値の変動が大き過ぎるため、地面品質が良好であると考えられるときだけ起動される。
障害物によって生じる第２の現象は、無人機が障害物の境界において定点状態にあるときに起こる。
この状況は、図１２の１８４に示される。
無人機が、急峻な障害物の境界、例えばテーブル縁部で定点状態にあるとき、ＵＳセンサーによって提供される測定値は、非常に不安定であり、２つの値の間で、すなわち、無人機からテーブルまでの距離と無人機から地面までの距離との間で持続的に（permanently）ジャンプする。
図１３は、未処理測定値のこれらの変動並びにＵＳ信号の排除のブール指標の連続する状態を示す。
ＵＳセンサーによって与えられる測定値の妥当性を確認するために、少なくとも５つの連続する適合的測定値を必要とする、上記で明らかにしたコヒーレンスのテストは、こうした場合に、非常に頻繁な排除をもたらすため、無人機は、定点状態でその高度を正確に維持できない。実際には、高度評価は、この場合、本質的に圧力センサーに基づくが、圧力センサーの精度は、定点状態において適切な安定性を提供するのに十分でない。
しかし、こうした状況でＵＳ測定値を排除することは残念である。その理由は、ジャンプを除いて、測定値は、非常に安定しており、圧力センサーの性能に対応する、図１３における５０ｃｍ程度の、無人機の高度の変動を見ることが非常に容易であるからである。
この第２の現象を補償するため、特定のアルゴリズムが、無人機が定点状態にあるときに起動される（こうした飛行状態は、知られており、無人機の「自動操縦式（auto-piloted）」状態に対応する）。
ジャンプは、例えば少なくとも５０ｃｍのＵＳセンサー測定値に関する差として規定される。こうしたジャンプが検出されると、このジャンプの値が、最後の５つの測定値の履歴に記録される後続の測定値から除外される。
したがって、履歴は、もはや未処理測定値を含まないが、ジャンプ削除後に平滑化された値を含む。ジャンプはさておき、測定値が安定している場合、これは、コヒーレンス検査アルゴリズムによる測定値排除をトリガーしない比較的一様な曲線を生成する。一方、劣悪な品質の地面の場合、ＵＳセンサー測定値は、雑音が多く、全ての周波数で変動を含む。この場合、ジャンプの削除後でさえも、結果は雑音が多いままであり、コヒーレンス検査アルゴリムは、適合する測定値だけを有効とするために適切に動作し続ける。
得られる結果は、図１４に示される。ジャンプの場合、最初の測定値だけが排除され、ＵＳ測定値の有効化を回復するために５つの後続の測定値を待つことはもはや必要でない。さらに、障害物ジャンプ管理アルゴリズムの使用は、地面の絶対参照が喪失されないことを保証し、ＵＳ信号のオフセットは、２つの値の間で変動するが、発散せず、無人機は、その高度を正確に維持し、したがって、図１４では、時間経過図の始まりと終わりとの間で約１０ｃｍを超えない、非常に小さな高度変動が観測される。
ＵＳセンサーの動作を乱しがちである第３の現象は、任意のエコーの突然の消失による、このセンサーによって送出される任意の測定値の喪失から生じる現象である。
この現象の例は、図１５に示され、無人機は、例えば床から１ｍの比較的低い高度で室内を進行し（位置１８６〜１８８）、その後、窓を通って進む（位置１９０）。部屋が上階であった場合、無人機は、最後には地面からずっと高い高度（例えば１０ｍ）に行きつく。この場合、推定器から送出される高度値は、圧力センサーによって積分され続け、それにより、オフセットはもはや更新されない。それでも、このオフセットは重要である。その理由は、無人機の高度との差によって、このオフセットが地面までの距離を計算することを可能にするからである。地面までの距離は、特に無人機の水平速度を評価するのに役立つ垂直カメラの画像を解析するのに役立つビジョンアルゴリズムにとって重要なパラメーターである。
ＵＳ測定値が喪失されると、無人機の計算器に返送される地面までの距離は、計算された最後のオフセットによって補正された、推定高度である。図１５に示す事例では、無人機が、窓を通って進んだ後（位置１９０）、地面までのこの距離は、依然として１ｍに等しいと考えられることになるため、無人機が、例えば２ｍ降下する場合（位置１９２）、オフセットの適用後の地面までの距離は、つじつまの合わない（incoherent）値である−１ｍであることになる。
この現象を補償するため、本発明は、無人機が高い高度（「高い高度」とは、ＵＳテレメトリーセンサーの動作範囲より高い高度、通常、６ｍよりも高い高度である）にあるときに実行される特定のオフセット管理アルゴリズムを提案する。
ＵＳセンサー測定値が、例えば２秒より長い継続期間にわたって消失しているとき、それは、無人機が地面から遠くにあり、地面までの距離の値が、記憶されたオフセットに基づいて評価されることを意味する。すなわち、
−この距離が６ｍより長い場合、動作は修正されず、オフセット値が記録される；
−この距離が６ｍより短い場合、それは、その距離が補正されず、無人機がおそらく落差の上を通過した（無人機が窓を通過した、無人機が穴の上を通過した等）ことを意味する。
後者の場合、オフセット値が修正されなければならない。すなわち、
−記録された適切なオフセット値が存在する場合、そのオフセット値が、取り戻され、使用される；
−逆の場合、地面までの距離が、任意の値、例えば６ｍに固定される。
図１６は、無人機が中庭を飛行するときに得られる結果を示す。
始めに、無人機は、地面から垂直離陸する。上昇フェーズ中（ｔ＝１５秒〜ｔ＝２０秒）、地面までの距離は、ＵＳテレメトリーセンサーの動作範囲内にあるままであり、したがって、高度は、ＵＳセンサー信号の解析によって得られるオフセットの補正後に推定器によって適切に評価される。
ｔ＝２０秒から、無人機の高度は、ＵＳセンサー範囲限界に近づき、ＵＳ信号喪失が観測され、それが、ｔ＞３２秒において、信号が完全に喪失するまで繰返される。ｔ＝３３秒の後では、高度が４ｍより高いため、そのときに記録された最後のオフセット値が維持され、記憶される。
ｔ＝３７秒になるにつれて、無人機は壁の近くに移動し、幾つかのエコーの戻りを生じ、エコーの戻りは、その後、無人機がこの壁から離れると消失する。
壁に対するロックオンによるＵＳ信号の再出現／消失後に、前に記憶されたオフセットが適用され、そのオフセットは、このロックオン時に地面までの距離の値の測定値によって突然のくぼみが提示されても、ほぼ一定な地面までの距離の値を維持することを可能にする。
図１６の例では、地面までの距離が、飛行の開始時に推定されることができており、それによって、地面までの距離が、窓のロックオン後に回復されることが可能になることが留意される。窓からの直接の垂直離陸となる図１５の例では、記憶されたオフセットが全く存在せず、また、地面までの距離は、任意に、６ｍに固定されている。

Claims (15)

  1. 回転翼無人機（１０）であって、該無人機を姿勢及び速度に関して操縦するために、別々のモーターコマンド（１５８）の適用によって制御されるそれぞれのモーター（１１０）によって駆動される複数のローター（１２）を有し、絶対地球座標系で表現される該無人機の絶対高度値を送出するように構成された高度判定手段（１３４）を備え、該高度判定手段（１３４）は、
    −該無人機と該無人機により放出される超音波パルスのエコーを反射する表面（１８）とを隔てる相対距離を推定するように構成されたテレメトリーセンサー（１５４）を備え、前記高度判定手段（１３４）は、
    −無人機高度変動信号を送出するように構成された気圧センサー（１５６）と、
    −前記テレメトリーセンサー及び前記気圧センサーによって送出される信号を入力として受信し、該信号を結合して、無人機の前記高度の絶対値を出力として送出する推定器（１５２）と、
    −前記テレメトリーセンサーによって送出される前記信号の妥当性を確認する手段であって、前記反射されたエコーを解析し、該解析の結果に基づいて、前記推定器のパラメーターを相応して修正し、及び／又は、前記テレメトリーセンサーによって送出される前記信号の前記推定器への適用を許可若しくは禁止するように構成された、妥当性確認手段と、
    −障害検出手段であって、前記反射されたエコーを解析し、該解析の結果に基づいて、前記テレメトリーセンサーの動作範囲内で障害物の存在及び構成を推定し、前記テレメトリーセンサーによって推定される前記相対距離に関する前記障害物の影響を補償するように構成された補正処置を前記推定器に適用するように構成された、障害検出手段と、を更に備えることを特徴とする、回転翼無人機。
  2. 前記推定器は、前記無人機の動的モデルの表現を組込む予測フィルター（１５２）を備え、該フィルターは、前記モーターコマンド（１５８）に基づいて前記無人機の前記高度の絶対値の予測を実施し、前記テレメトリーセンサー（１５４）によって送出される前記信号及び前記気圧センサー（１５６）によって送出される前記信号に応じて前記予測を定期的に再調整するように構成される、請求項１に記載の無人機。
  3. 前記予測フィルターは、特に、前記無人機の垂直離陸位置に関して計数された前記高度の絶対値、無人機垂直速度の成分、前記無人機の前記動的モデルに関する前記モーターコマンドのバイアス、及び前記気圧センサーのバイアスを含む４状態フィルターである、請求項２に記載の無人機。
  4. 前記妥当性確認手段は、前記エコーを反射する前記表面の品質を、放出される同じパルスについて同時に受信されるエコーの数の関数として推定する手段を備える、請求項１に記載の無人機。
  5. 前記妥当性確認手段は、前記エコーを反射する前記表面の品質を、前記テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる距離値間の分散の関数として推定する手段を備える、請求項１に記載の無人機。
  6. 前記妥当性確認手段は、前記テレメトリーセンサーによって推定された距離値を、該テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる複数の距離値のコヒーレンスの解析に応じて排除する手段を備える、請求項１に記載の無人機。
  7. 前記妥当性確認手段は、前記テレメトリーセンサーによって推定された距離値を、該テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる複数の距離値から得られる距離予測値に対する目下の距離値の差に応じて排除する手段を備える、請求項１に記載の無人機。
  8. 前記排除手段は、前記エコーを反射する前記表面の品質の推定に応じて、可変閾値に関して動作する、請求項６又は７に記載の無人機。
  9. 前記排除手段が前記推定された距離値を排除する時点において高度オフセット値（ＯＦＦＳＥＴ）を計算し、前記排除手段がもはや前記推定された距離値を排除しないとき、前記推定された距離値に前記オフセット値を加算する手段を更に備える、請求項６又は７に記載の無人機。
  10. 前記障害物検出手段は、前記テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる距離値において、２つの連続する反対符号のジャンプであって、該２つのジャンプの前及び後に同様の距離値が得られる、２つの連続する反対符号のジャンプを検出する手段を備える、請求項１に記載の無人機。
  11. 第１のジャンプの時点において高度オフセット値（ＯＦＦＳＥＴ）を計算し、第２のジャンプの時点において、前記推定された距離値に前記オフセット値を加算する手段を更に備える、請求項１０に記載の無人機。
  12. 前記障害物検出手段は、前記無人機が定点状態にあるときに前記テレメトリーセンサーによって放出されるパルスの時間遷移について得られる距離値の、２つの値の間の変動を検出する手段を備える、請求項１に記載の無人機。
  13. 前記障害物検出手段は、検出された変動の存在下で連続して得られる前記距離値を平滑化する手段を備える、請求項１２に記載の無人機。
  14. 前記障害物検出手段は、反射されたエコーが存在しないことによる前記テレメトリーセンサーによって送出される信号の喪失を検出し、該信号の喪失の時点において高度オフセット値（ＯＦＦＳＥＴ）を計算し、前記推定器の前記入力におけるテレメトリー信号として前記オフセット値を適用するように構成された手段を備える、請求項１に記載の無人機。
  15. テレメトリー信号喪失の場合、ｉ）前記無人機の高度が所与の閾高度より低い場合において、記録されたオフセット値が存在するとき、該記録された値が前記推定器の前記入力において適用され、逆のとき、所定の値が適用され、ｉｉ）前記無人機の前記高度が前記所与の閾高度より高い場合、前記記録されたオフセット値が、前記推定器の前記入力において、変更されずに適用される、請求項１４に記載の無人機。
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