JP6360744B2 - 乗り物を遠隔的に制御するための方法およびシステム - Google Patents

Description

この発明は乗り物を遠隔的に制御することに関する。より特定的には、この発明は、乗り物の標準位置調整技術が利用不能および／または信頼し難いような環境において乗り物が操作されているときに、乗り物の正しい制御を確保するための方法およびシステムに関する。システムは、その後、乗り物の通常の位置調整技術動作が回復されたことが確認されるまで、制御の下に置かれる。

乗り物の制御はより洗練されつつあり、そしてすべては技術進歩として包含する。乗り物が陸上車両、船舶、または航空機に拘わらず、この事情は真である。乗り物の制御における究極は、無人航空機（ＵＡＶ）として見つけられる。ＵＡＶは遠隔測定法によって誘導され、そしてその名称が主張するように、それらは無人である。ＵＡＶはしばしば無人機として参照される。

ＵＡＶと関連付けられた１つの問題は、システムを制御するため、および／または計画された指名を完了させることを阻止するように操作するために、ＵＡＶの制御システムが不適切にアクセスおよび操られる状況である。いくつかの事例では、ＵＡＶは敵地に上陸するように命じられるであろう。他の状況においては、ＵＡＶは、ＵＡＶが動作している使命のために指定された標的ではない標的を識別し得る。概して、偽ＧＰＳ信号がＵＡＶに送られたときにそのような「なりすまし」が発生し、コースから外れ、またはその使命において直前に指定された以外の様式で動作させらせる。

それゆえ、遠隔測定法を通して遠隔的に制御されるＵＡＶまたは他のそのような乗り物に関する技術において、乗り物の真の位置、および偽情報の受け取りのために、制御システムの一部分が損なわれたかどうかを判定することができ、ホスト乗り物で任意の行為が取られる前にその情報を収集する能力を持つ、受動システムを有することが必要である。

乗り物に関する測位場所ベクトルを検出し、生成することのできる搭載ナビゲーション測位システムによって誘導されている乗り物の物理的場所を判定するための方法。この方法は、複数の電磁放射信号を検出および受信するステップを含む。複数の周囲パラメータ測定値も受け取られる。確認場所位置は、複数の電磁放射信号および複数の周囲パラメータ測定値から計算される。確認場所位置は、微分ベクトルを作成するために搭載システムによって生成される測位場所ベクトルと比較される。確認場所位置および測位場所ベクトルが所定の値より大きい場合は、搭載ナビゲーション測位システムによって生成された測位場所ベクトルは、位置差異が所定のエラー値を下回るまで、乗り物の移動の指示において使用されることが阻止される。

これらおよび他の特徴および長所は、本発明の１つ以上の実施形態の、以下の詳細な記述および図面との関係において、当業者には明白なものとなろう。

ＧＰＳによって制御される無人航空機の透視図である。 乗り物の物理的場所を判定するための方法の操作のブロック図である。 方法によって使用されるデータの星座地図である。 方法の１つの実施形態の流れまたは論理表である。

無人の車両、航空機、船舶は、それらが設計された通りに動作するために正確なナビゲーションシステムを必要とする。ナビゲーションシステムが故障した場合、またはナビゲーションシステムが干渉されて損なわれた場合、ホスト乗り物は、事故の関与者となるか、または所有者以外の何者かによって回収されることになるため、すぐに障害となる。

無人の乗り物の共通例は、無人航空機（ＵＡＶ）であり、これは概して図中の１０として表示される。ＵＡＶ１０は搭載ナビゲーション測位システムを使用して地球１２に対するその位置を識別するが、それは衛星１４によって図形的に表現される全地球測位システムＧＰＳ等である。ＧＰＳ以外のナビゲーション測位システムが使用され得るということは、当業者によって評価されるべきである。簡素化のために、ナビゲーション測位システムはこれ以降ＧＰＳとして参照される。

ＵＡＶ１０は地上コマンド基地１６からもコマンドを受け取る。当業者は評価するであろうが、ＵＡＶ１０は、ＧＰＳ１４が不正確なデータを提供したり、またはデータを提供しなかった場合には脆弱であり、そしてコマンド基地１６と類似する別の地上基地が信号をＵＡＶ１０に送信すると、ＵＡＶ１０の使命または方向を効果的に変更する。そのような状況では、ＵＡＶ１０は敵地内に着陸する様に指示され得、またはその弾頭を、ＵＡＶ１０の使命のための指定された標的以外の「なりすまし」標的に展開し得る。

図２を参照すると、冗長システムはＵＡＶ１０の場所を受動的にチェックし、それをＧＰＳ１４によって受け取られたデータと比較する。図２において図形的に表現されるように、ＵＡＶ１０は搭載羅針盤１８、３軸ジャイロスコープ２０、および地上基地無線送信機２２から電気信号の形でデータを受け取る。電気信号のソースは、地上基地無線送信機２２も含み得、これは複数のスペクトル範囲から複数の電磁放射信号を提供し得る。スペクトル範囲は広帯域であり、多重スペクトル範囲を包含する。

このリストは網羅的ではなく、当業者はこの発明の方法を利用するシステム内に他のまたは追加の入力を含み得る。さらに、地上基地無線送信機２２は、それらに限定されないが、テレビ放送信号、無線放送信号、セルタワー送信機等を含む。

図３において、羅針盤１８、３軸ジャイロスコープ２０、および地上基地無線送信機２２が図形的に表現されている。さらに、マイクロ波送信タワー２４も入力を提供するように示されているが、これは概して地上基地無線送信機２２でも類別され得る。視覚データの追加入力が、カメラ２６によって図形的に図３によって図解されている。これらの入力デバイス１８、２０、２２、２４、２６のそれぞれによって提供されるデータのすべては、標的ゾーン２８を定義するのを助ける。標的ゾーン２８内に場所決めされるデータを使用して、アンカーポイント３０はＵＡＶ１０の位置として識別され得る。言い換えれば、この発明の方法を使用することにより、システムはＵＡＶ１０の場所であるアンカーポイント３０を識別するために入力デバイス１８、２０、２２、２４、２６によって収集された入力を使用して、組み合わせハッシュ法を使用することができる。これは、主たるナビゲーションシステムであるＧＰＳ１４とは独立して行われ得る。

カメラ２６からの光データを使用する事例においては、１つの実施形態は少なくとも２つのカメラの使用を含み得、これは大方ＵＡＶ１０の翼端の各端において１つである。ユークリッド幾何学を使用して、ＵＡＶ１０と両方のカメラ２６の焦点にある物体との間の距離を計算することができる。カメラ２６およびＵＡＶ１０に搭載されたアンテナシステム３２の使用は、ＵＡＶ１０の方向および場所を識別するためにも使用され、これは、ベクトルキッシュがＵＡＶ１０に搭載された天体暦場所データベース３４内に記憶された位置データと比較されることを許す様式で組み合わせハッシュを収集することによる。組み合わせハッシュ法の使用を通して、論理回路３６によって図形的に表現されているが、計算は天体歴を使用して行われ得、ＵＡＶ１０が現在操作している特定の場所および方向を判定する。組み合わせハッシュ法３６の使用により、天体歴情報は自動的に素早くそして正確に再吟味されてＵＡＶ１０の場所および方向を識別する。多くのまたはほとんどの事例においては、組み合わせハッシュ法は、計算のために利用可能な天体歴の異なるタイプの理由により、並列計算として発生する。例としてのみであるが、カメラシステム２６からのデータは、地上基地無線送信機２２およびマイクロ波送信タワー２４から放送情報を受信するアンテナシステム３２によって受け取られる情報とは独立して、ＵＡＶ１０の一般的場所を識別するために使用されることが可能である。すべてのデータが収集され、そして演算ハッシュ法が完了されると、ＵＡＶ１０の場所および方向が利用可能である。

図４を参照すると、発明の方法は概して１００において表示される。方法は１０２から出発する。地上基地無線送信機２２およびマイクロ波送信タワー２４からの電磁信号は、１０４において受け取られる。理想的には、これらの電磁信号の３つが受け取られる。周囲パラメータは１０６において受け取られおよび／または測定される。周囲パラメータは１０６において受け取られおよび／または測定される。周囲パラメータはカメラ２６によって収集されたデータを含む。さらに、羅針盤１８、３軸ジャイロスコープ２０から受け取られたデータは収集され、この時間期間において使用される。さらに、非常に重要な情報の１つは、ナビゲーションシステムとは独立して収集される日時であり、組み合わせハッシュ関数をさらに洗練させる。

収集されたデータおよび信号から、確認場所位置が１０８において計算される。この計算は、収集されたデータをデータベース３４内に記憶された位置情報と比較することにより行われる。上に述べられたように、正確および迅速な計算を確保するために、組み合わせハッシュ法３６の使用が採用される。

確認場所位置が計算されると、確認場所位置は１１０においてＧＰＳ場所と比較される。差別因子が１１２において作成される。差別因子は、確認場所位置の場所および方向を、ＧＰＳ場所位置によって識別された場所および方向と比較する。アンテナシステム３２は微分ベクトルを地上コマンド基地１６に送信する。微分ベクトルが所定のエア値より大きい場合、これは図４の１１４において行われる計算であるが、ＵＡＶ１０の操作の継続方法が判定される。微分ベクトルが所定のエア値より大きくない場合、ＵＡＶ１０は、ＧＰＳ１４から伝統的に受け取るＧＰＳ場所位置信号を使用して動作が継続される。もしも、しかしながら、微分ベクトルが所定の値より大きい場合は、地上コマンド基地１６からの信号はＵＡＶ１０に戻り、ＧＰＳ１４によって受け取られた信号の使用を通して、ＵＡＶ１０が制御されることを阻止する。地上コマンド基地は、ＵＡＶ１０に対し、１２０において確認場所位置に基づいて方向機能を操作するように命じる。方法は次にループバックして情報を再び収集し、微分ベクトルが所定のエア値未満となるまで、確認場所位置１２０を使用してＵＡＶ１０を操作する。

方法１００の使用により、ＵＡＶ１０は、主たるナビゲーションシステムであるＧＰＳ１４とは独立して手動で制御され得、これはＵＡＶ１０が、設計された操作ソースの外部であるソースによって干渉されることなく動作することを許す。

本記述は、発明の限定を記述するのではなく、請求項で主張された発明の実施形態を図解するのみである。この記述の言語はそれゆえ排他的に記述的であり、非限定的である。明らかにこの発明は、記述が教えるものを修正することは可能である。この請求項の範囲内で、上に記述された以外で発明を実践し得る。

Claims (20)

1. 乗り物のための場所ベクトルを生成することのできる搭載ナビゲーション測位システムで誘導される乗り物の物理的場所を判定するための方法であって、
   複数の電気信号を受け取るステップと、
   前記複数の電気信号から確認場所位置を計算するステップと、
   前記確認場所位置を前記場所ベクトルと比較して位置差異を作成するステップと、
   前記位置差異が所定のエラー値未満となるまで、前記乗り物の移動を指図する際に前記場所ベクトルの使用を阻止するステップと、を含む、方法。
2. 前記複数の電気信号は複数の電磁放射信号を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の電気信号は複数の周囲パラメータ測定値をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記複数の電磁放射信号の各信号は複数のスペクトル範囲からのものである、請求項３に記載の方法。
5. 前記スペクトル範囲は広帯域であり、多重スペクトル範囲を包含する、請求項４に記載の方法。
6. 前記確認場所位置を天体暦データと突き合わせることによって、前記乗り物の場所および方向を判定する前記ステップを含む、請求項３に記載の方法。
7. 比較の前記ステップは、前記周囲パラメータ測定値の組み合わせハッシュ法を含む、請求項６に記載の方法。
8. 比較のステップは、天体暦の前記使用を含む、請求項７に記載の方法。
9. 搭載デジタル羅針盤の前記使用を含む、請求項８に記載の方法。
10. 搭載３軸ジャイロスコープの前記使用を含む、請求項８に記載の方法。
11. 搭載加速度計の前記使用を含む、請求項８に記載の方法。
12. 搭載周囲光センサの前記使用を含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記確認場所位置を、前記乗り物が移動している期間終始前記場所ベクトルと比較する前記ステップを繰り返す前記ステップを含む、請求項１に記載の方法。
14. 乗り物のための場所ベクトルを生成することのできる、搭載ナビゲーション測位システムで誘導されている乗り物の物理的場所を判定するための方法であって、
    複数の電磁放射信号を受け取るステップと、
    複数の周囲パラメータ測定値を受け取るステップと、
    前記複数の周囲パラメータ測定値のそれぞれが作成される時間を測定するステップと、
    前記時間の測定、前記複数の電磁放射信号および前記複数の周囲パラメータ測定値から確認場所位置を計算するステップと、
    前記確認場所位置を前記場所ベクトルと比較して差異ベクトルを作成するステップと、
    前記差異ベクトルが所定のエラー値未満となるまで、前記乗り物の移動を指図する際に前記搭載ナビゲーション測位システムの使用を阻止するステップと、を含む、方法。
15. 前記複数の電磁放射信号の各信号は複数のスペクトル範囲からのものである、請求項１４に記載の方法。
16. 前記スペクトル範囲は広帯域であり、多重スペクトル範囲を包含する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記確認場所位置を天体暦データと突き合わせることによって、前記乗り物の場所および方向を判定する前記ステップを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 比較の前記ステップは、前記周囲パラメータ測定値の組み合わせハッシュ法を含む、請求項１５に記載の方法。
19. 比較のステップは、天体暦の前記使用を含む、請求項１６に記載の方法。
20. 搭載デジタル羅針盤の前記使用を含む、請求項１７に記載の方法。