JP6438992B2 - 無人航空機を位置決定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

無人航空機を位置決定するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

本開示の分野は、概して、無人航空機に関し、より詳細には、無人航空機を位置決定するためのシステムおよび方法に関する。
無人航空機（ＵＡＶ）は、搭乗パイロットがいない空中航行機である。通常は、ＵＡＶは、パイロット、搭載型制御システム、またはリモートパイロットと搭載型制御システムとの組み合わせによって遠隔制御される。ほとんどの無人航空機には、慣性航法システムや衛星航法システムなどの搭載型航法システムが含まれている。無人航空機は、飛行位置決定および操縦のための加速度計およびジャイロスコープのような慣性航法センサと、一般的な位置決定および航路発見のための衛星ベースの航法を使用することができる。衛星ベースの航法システムは、加速度計およびジャイロスコープのバイアス、ドリフトおよび他の誤差によって生じる場所誤差を補償する。しかしながら、人工構造物および自然の特徴は、衛星ベースの航法システムを妨害し、それによって、ＵＡＶの正確な位置決定および制御を妨げる可能性がある。
米国特許第８８７２０８１号公報
一態様では、無人航空機を位置決定するためのシステムが提供される。このシステムは、送信信号を変調して電磁放射送信機に対する座標系に関連する場所情報を符号化するように構成された、電磁放射送信機を含む位置基準システムを含む。システムはさらに、無人航空機の位置を制御するように構成された少なくとも１つの制御装置と、送信信号を受信するように構成された電磁放射受信機とを含む無人航空機を含む。無人航空機は、電磁放射受信機によって受信された場所情報に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの制御装置を制御するように構成された、制御システムをさらに含む。
さらなる態様では、産業資産を検査するための方法が提供される。この方法は、電磁放射送信機をラスタパターンに沿って走査し、送信信号を送信することを含む。この方法は、送信信号を変調して、ラスタパターンで走査電磁放射送信機の位置に関連付けられた場所情報で送信信号を符号化するステップをさらに含む。場所情報は、産業資産に関連付けられている。この方法はさらに、無人航空機の電磁放射受信機で送信信号を受信することと、電磁放射受信機によって受信された場所情報に基づいて、無人航空機の制御システムを使用して無人航空機の制御装置を制御することとを含む。
別の態様では、産業資産を撮像するための無人航空機を位置決定するためのシステムが提供される。システムは、送信信号を変調して電磁放射送信機に対する座標系に関連付けられた場所情報を符号化するように構成された電磁放射送信機を含む位置基準システムを含む。システムはさらに、無人航空機の位置を制御するように構成された少なくとも１つの制御装置と、その送信信号を受信するように構成された電磁放射受信機とを含む無人航空機を含む。無人航空機はさらに、電磁放射受信機によって受信された場所情報に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの制御装置を制御して、無人航空機を産業資産の見通し線内に配置し、制御システムに結合された感知ペイロードで産業資産を撮像するように構成された、制御システムを含む。
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を、同様の性質は図面全体にわたって同様の部品を表している、添付の図面を参照して読むことにより、より良く理解されるであろう。
無人航空機（ＵＡＶ）および位置決定システムを含む例示的なＵＡＶシステムの概略図である。 場所情報で符号化され、図１に示す位置決定システムによって送信される、送信信号の例示的なグラフ図である。 図１に示す位置決定システムによって送信され、空間に投射される送信信号の例示的な概略図である。 図１に示すＵＡＶ位置決定システムの、ＵＡＶおよび位置基準システムを示すブロック図である。 図１に示すＵＡＶ位置決定システムと共に使用するための地上制御ステーションを説明するブロック図である。 図１に示す位置基準システムおよびＵＡＶの概略図であり、ＵＡＶは、図５に示す地上制御ステーションとの見通し内通信のために配置されている。 無線充電のために配置された、図１に示すＵＡＶの概略図である。 図１に示すＵＡＶの位置決定の例示的な方法のフローチャートである。 図１に示すＵＡＶの位置を変更する例示的な方法のフローチャートである。 橋を検査するために配置された、図１に示すＵＡＶおよび位置基準システムの概略図である。 風力タービンブレードを検査するために配置された、図１に示すＵＡＶおよび位置基準システムの概略図である。
他に示されない限り、本明細書で提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を説明することを意味する。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムにおいて適用可能であると信じられる。このように、図面は、本明細書に開示された実施形態の実施に必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むことを意味するものではない。
以下の明細書および特許請求の範囲では、以下の意味を有すると定義される複数の用語が参照される。
単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上他に明確に指示されていない限り、複数への言及を含む。
「任意の」または「任意に」は、後に記載する事象または状況が起こっても起こらなくてもよく、その記述には、事象が起こる例および起こらない例が含まれることを意味する。
本明細書および特許請求の範囲を通して使用される言語の近似的な表現は、それが関連する基本機能に変化をもたらさずに許容可能な程度に変化し得る、任意の定量的表現を修正するために適用され得る。したがって、用語「約」、「およそ」および「実質的に」などの用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されない。少なくともいくつかの例では、言語の近似表現は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。本記述ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わされ、および／または入れ替えられてもよく、そのような範囲が特定されて、文脈または言語がそうでないことを示さない限り、そこに納まる部分範囲は含まれる。
本明細書で使用する「プロセッサ」および「コンピュータ」という用語および関連用語、例えば、「処理装置」、「コンピューティング装置」および「コントローラ」は、当技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路だけに限定されず、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラマブル回路を広く参照し、これらの用語は本明細書では互換的に使用される。本明細書に記載する実施形態では、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができるが、これらに限定されない。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を使用することもできる。また、本明細書に記載する実施形態では、追加の入力チャネルは、マウスやキーボードなどのオペレータインタフェースに関連付けられたコンピュータ周辺機器であってもよいが、これに限定されない。あるいは、例えば、限定するものではないが、スキャナを含む他のコンピュータ周辺機器を使用することもできる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、オペレータインタフェースモニタを含むことができるが、これに限定されない。
さらに、本明細書で使用される場合、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は互換的であり、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアントおよびサーバによる実行のためにメモリに記憶される任意のコンピュータプログラムを含む。
本明細書で使用する「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、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およびサブモジュール、または任意の装置内の他のデータなどの、情報の短期および長期の記憶のための任意の方法または技術で実施される任意の具体的なコンピュータベースの装置を代表することを意図している。したがって、本明細書に記載する方法は、限定するものではないが、ストレージ装置およびメモリ装置を含む、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体に具体化された、実行可能命令として符号化することができる。そのような命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに本明細書に記載する方法の少なくとも一部を実行させる。さらに、本明細書で使用する「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語には、限定するものではないが、揮発性および不揮発性媒体を含む非一時的コンピュータ記憶装置、ならびにファームウェア、物理および仮想記憶、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの取り外し可能および取り外し不可能な媒体を含む、すべての有形のコンピュータ可読媒体、そして、一時的な伝搬する信号であることを唯一の例外として、ネットワークまたはインターネットならびに今後開発されるデジタル手段などの、あらゆるその他のデジタルソースを含んでいる。
本明細書で使用される場合、「リアルタイムコマンド」という用語は、制御システムを制御するようにフォーマットされた命令、および受信されてから順番に実行される関連構成要素を表すことを意図している。これらの動作は実質的に瞬時に起こる。リアルタイムコマンドは、実質的に後の時間に実行するため、またはコマンドが受信される順序以外の順序で実行するために記憶されることはない。
本明細書に記載する監視方法およびシステムは、無人航空機の位置決定および場所特定を強化する。さらに、本明細書に記載する方法およびシステムは、強化した無人航空機の位置決定によって無人航空機が産業資産に対して静止して配置されるため、無人航空機による産業資産の撮像を強化することが可能になる。また、本明細書に記載するシステムおよび方法は、無人航空機を静止位置に維持することによって、無人航空機の見通し線トランシーバによるデータ転送を容易にする。さらに、本明細書に記載するシステムおよび方法は、無人航空機を静止位置に維持することによって、無人航空機の無線充電を容易にする。無人航空機は、固定式または移動式の位置決定システムに対して正確に位置決定および場所特定することによって、産業資産の撮像、見通し線トランシーバによるデータ伝送、および無人航空機の無線充電の強化が可能である。
図１は、ＵＡＶ１０２および位置決定システム１０４を含む例示的な無人輸送機器（ＵＶ）システム１００の概略図である。例示的な実施形態では、ＵＡＶ１０２は、搭乗パイロット無しで飛行することができる輸送機器である。例えば、限定するものではないが、ＵＡＶ１０２は、固定翼航空機、傾斜回転翼航空機、ヘリコプター、クワッドコプターなどの多回転翼ドローン航空機、小型飛行船、飛行船、または他の航空機などである。別の実施形態では、ＵＶシステム１００は、地上ベースのＵＶ（図示せず）を含む。例えば、限定するものではないが、地上ベースのＵＶは、車またはトラック型車両、無限軌道車両、または他の地上車両のような車輪付き輸送機器である。地上ベースのＵＶは任意のサイズであり得る。さらに別の実施形態では、ＵＶシステム１００は、水上移動輸送機器を含む。例えば、限定するものではないが、水上移動輸送機器は、ボートや潜水艦などの水中乗り物のような水上輸送機器である。
ＵＡＶ１０２は、少なくとも１つの制御装置１０５を含む。制御装置１０５は、制御された力を生成し、ＵＡＶ１０２の位置、向き、または場所を維持または変更する。制御装置１０５は、推力装置または制御翼面である。推力装置は、ＵＡＶ１０２に推進力または推力を提供する装置である。例えば、限定するものではないが、推力装置は、モータ駆動のプロペラ、ジェットエンジン、または他の推進源である。制御翼面は、制御可能な面、または制御翼面を通過する空気流の偏向による力を提供する他の装置である。例えば、限定するものではないが、制御翼面は、昇降舵、方向舵、補助翼、スポイラ、フラップ、スラット、エアブレーキまたはトリム装置である。制御装置１０５は、プロペラまたは回転翼ブレードのピッチ角を変更する機構、または回転翼ブレードの傾斜角を変更する機構であってもよい。
ＵＡＶ１０２は、限定するものではないが、搭載型制御システム（図４に示す）、地上制御ステーション（図１には図示せず）、少なくとも１つの制御装置１０５、および位置決定システム１０４を含む、本明細書に記載するシステムによって制御される。ＵＡＶ１０２は、例えば、限定するものではないが、地上制御ステーションからＵＡＶ１０２によって受信されるリアルタイムコマンド、地上制御ステーションからＵＡＶ１０２によって受信される事前プログラムされた命令のセット、搭載型制御システムに記憶された命令のセットおよび／もしくはプログラミング、またはこれらの制御スキームの組み合わせによって制御することができる。
リアルタイムコマンドは、少なくとも１つの制御装置１０５を制御する。例えば、限定するものではないが、リアルタイムコマンドは、搭載型制御システムによって実行されると、スロットル調整、フラップ調整、補助翼調整、方向舵調整、または他の制御翼面または推力装置の調整を引き起こす命令を含む。いくつかの実施形態では、リアルタイムコマンドは、ＵＡＶ１０２の追加の構成要素をさらに制御する。例えば、限定するものではないが、リアルタイムコマンドは、搭載型制御システムによって実行されたときに、カメラ（図４に示す）に画像を取り込ませ、見通し線トランシーバ（図４に示す）にデータを送信させ、通信システム（図４に示す）にデータを送信させ、または無線充電受信機（図４に示す）に電源（図４に示す）を充電させる命令を含む。
地上制御ステーションから受け取られる所定の命令セットは、搭載型制御システムによって実行されるときにＵＡＶ１０２を制御するようにフォーマットされた２つ以上の命令である。例えば、限定するものではないが、命令のセットは、少なくとも１つの制御装置１０５を制御するようにフォーマットされた２つ以上の命令のシーケンス、所定のポイントからのＵＡＶ１０２の移動を低減するために少なくとも１つの制御装置１０５を制御するようにフォーマットされた２つ以上の命令、少なくとも１つの制御装置１０５を制御してＵＡＶ１０２を所定の位置に移動させるようにフォーマットされた２つ以上の命令のシーケンス、少なくとも１つの制御装置１０５を制御してＵＡＶ１０２を所定の位置に移動させるようにフォーマットされた２つ以上の命令のシーケンス、またはＵＡＶ１０２の位置を変更するための操縦を実行するために少なくとも１つの制御装置１０５を制御するようにフォーマットされた２つ以上の命令のシーケンスである。操縦は、例えば、限定するものではないが、横転、横ねじれ、上昇、急降下、内滑り旋回、傾斜旋回、標準旋回、または他の操縦である。いくつかの実施形態では、地上制御ステーションから受信した命令のセットは、ＵＡＶ１０２の追加の構成要素をさらに制御する。例えば、限定するものではないが、命令のセットは、搭載型制御システムによって実行されると、カメラまたは感知ペイロードに画像を取り込ませ、見通し線トランシーバにデータを送信させ、通信システムにデータを送信させ、または無線充電受信機に電源を充電させる。
搭載型制御システムに記憶され、搭載型制御システムによって実行される命令のセットおよび／またはプログラミングは、ＵＡＶ１０２を制御することができる。命令のセットまたはプログラミングは、ＵＡＶ１０２のメモリに記憶され、メモリに提供される。例えば、限定するものではないが、命令のセットまたはプログラミングは、無線または有線接続を介して搭載型制御システムに送信され、メモリに記憶される。命令のセットまたはプログラミングは、一般的であってもタスク固有であってもよい。一般的な命令またはプログラミングは、例えば、限定するものではないが、少なくとも１つの制御装置１０５を制御して、特定の操縦を実行するか、少なくとも１つの制御装置１０５を制御して、特定の操縦のセットを実行するか、少なくとも１つの制御装置１０５を制御して、特定の位置に対するＵＡＶ１０２の移動を減少させるための静止状態保持モードなどの、特定のモードでＵＡＶ１０２を動作させるか、または、カメラもしくは感知ペイロードを制御して、画像を取り込むか、見通し線トランシーバがデータを送信し、通信システムがデータを送信し、あるいは無線充電受信機が電源を充電するように、フォーマットされる。
いくつかの実施形態では、ＵＡＶ１０２は、リアルタイムコマンド、地上制御ステーションから受信した命令のセット、および搭載型制御システムに記憶された命令のセットおよび／またはプログラミングの組み合わせによって制御される。例えば、限定するものではないが、リアルタイムコマンドは、検査される産業資産または産業資産の一部を識別するなどの、特定のタスクを開始するために使用される。地上制御ステーションからＵＡＶ１０２によって受信された命令のセットは、ＵＡＶ１０２を一連の経由ポイントに、そして最終的には検査される産業資産または産業資産の一部に移動させる。搭載型制御システムに記憶された命令のセットおよび／またはプログラミングは、ＵＡＶ１０２が各経由ポイントに移動するように、制御装置１０５を使用して操縦を行うために実行される。
ＵＶシステム１００は、ＵＡＶ１０２の位置決定を改善するための位置決定システム１０４を含む。例えば、限定するものではないが、衛星ベースの航法システムおよび他のシステムは、位置決定システム１０４よりも精度が低く、および／または干渉による構造または自然の特徴によって悪影響を受ける可能性がある。位置決定システム１０４は送信信号１０６を送信する。送信信号１０６は場所情報で符号化される。場所情報は、位置決定システム１０４に関連付けられている。位置決定システム１０４は、電磁放射送信機１０９を使用して、送信１０８のフィールド内で送信信号１０６を送信する。電磁放射送信機１０９は、送信信号１０６を、あるパターンで送信するように構成される。そのパターンは、上限１１０および下限１１２内で第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６を作成する。例えば、電磁放射送信機１０９は、電磁放射送信機１０９によって放射されたビームをラスタパターンで走査し、送信信号１０６は、ビームがラスタパターン内の特定のポイントを走査しているときに、変調を使用してビーム上に符号化される。これにより、第１のグリッド１１４と第２のグリッド１１６との交差線にポイントが形成される。送信信号１０６に含まれる位置データ情報は、ラスタパターン内で電磁放射送信機１０９によって送信されるビームの場所に対応する。
第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６は、座標系１１７の実質的にＹ方向の交差線を投射するパターンの送信信号１０６の送信から生じる。位置決定システム１０４から離れた距離Ｒ２にあるＺ−Ｘ平面において見た交差線の投射は、第１のグリッド１１４として現れる。Ｚ−Ｘ平面内の第１の距離Ｒ２よりも大きい距離Ｒ３で見た交差線の同じ投射は、第１のグリッド１１４よりも相対的に大きく見える第２のグリッド１１６として現れる。
位置決定システム１０４から離れた距離Ｒ２にある第１のグリッド１１４は、第１の垂直線１２０および最後の垂直線１２２によって水平方向に空間的に区切られる。第１の垂直線１２０と最後の垂直線１２２との間に空間的および時間的に生成される複数の垂直線は、電磁放射送信機１０９がラスタパターン内を移動するときに、位置決定システム１０４による送信信号１０６の送信のタイミングから生じる。位置決定システム１０４から離れた距離Ｒ２にある第１のグリッド１１４は、最初の水平線１１８と最後の水平線１２４によって垂直方向に空間的に区切られる。最初の水平線１１８と最後の水平線１２４との間に空間的におよび時間的に生成される複数の水平線は、電磁放射送信機１０９がラスタパターン内を移動するときに、位置決定システム１０４による送信信号１０６の送信のタイミングから生じる。
距離Ｒ２は、第１のグリッド１１４と位置決定システム１０４との間の任意の距離とすることができる。便宜上、距離が、示すように第１のグリッド１１４上のポイント１２６と位置決定システム１０４との間に決定される。
垂直線および水平線は、位置決定システム１０４によって任意の適切な方法で形成することができる。例示的な実施形態では、垂直線および水平線は、電磁放射送信機１０９によって電子的にまたは機械的に移動されたラスタパターン、および電磁放射送信機１０９がラスタパターンに沿って移動する際の、送信信号１０６の送信のタイミングの結果として形成される。他の実施形態では、垂直線および水平線は、他の送信方式から生じる。例えば、すべての線は順次に形成されてもよいし、一度に形成されてもよい。垂直線または水平線の一方は、他方の前に形成されてもよい。位置決定システム１０４は、送信信号１０６の送信を介して垂直線と水平線の形成を交互に行うことができる。位置決定システム１０４は、走査線を使用して、垂直線と水平線を形成し、レーザは垂直線と水平線の１つずつすべてを順次形成し、その後に他方の垂直線と水平線とを順次形成することができる。線が連続的に形成される速度は、実用上、あたかもすべての線が同時に形成されているほどに速くすることができる。
位置決定システム１０４から離れた距離Ｒ３にある第２のグリッド１１６は、水平および垂直線の数および送信信号１０６の数に関して第１のグリッド１１４と同じであるが、第１のグリッド１１４よりも位置決定システム１０４から遠い。第２のグリッド１１６は、第２のグリッド１１６の第１の垂直線１３０と、第２のグリッド１１６の最後の垂直線１３２とによって、水平方向に空間的に区切られる。第２のグリッド１１６の第１の垂直線１３０と第２のグリッド１１６の最後の垂直線１３２との間に、空間的および時間的に生成される複数の垂直線は、電磁放射送信機１０９がラスタパターン内を移動する際に、位置決定システム１０４による送信信号１０６の送信のタイミングから生じる。位置決定システム１０４から離れた距離Ｒ３にある第２のグリッド１１６は、第２のグリッド１１６の最初の水平線１２８と第２のグリッド１１６の最後の水平線１３４とによって垂直方向に空間的に区切られる。第２のグリッド１１６の最初の水平線１２８と第２のグリッド１１６の最後の水平線１３４との間に、空間的および時間的に生成される複数の水平線は、電磁放射送信機１０９がラスタパターン内を移動する際に、位置決定システム１０４による送信信号１０６の送信のタイミングから生じる。距離Ｒ３は、第２のグリッド１１６と位置決定システム１０４との間の任意の距離とすることができ、距離Ｒ３は距離Ｒ２より大きい。便宜上、距離Ｒ３は、図示のように、第２のグリッド１１６上のポイント１３６と位置決定システム１０４との間で決定される。
第１のグリッド１１４と第２のグリッド１１６との類似性は、第２のグリッド１１６が第１のグリッド１１４を形成する同じ線によって形成され、第２のグリッド１１６が位置決定システム１０４からさらに遠くに観察される以外は、第２のグリッド１１６を、第１のグリッド１１４よりも大きく見えるようにする、投射されたグリッド線の場合に明らかとなる。第２のグリッド１１６は、位置決定システム１０４によって生成された距離Ｒ３にあるグリッド線の外観であり、第１のグリッド１１４は距離Ｒ２にあるグリッド線の外観である。各水平線の間の間隔と各垂直線の間の間隔は、位置決定システム１０４からの距離が増加するにつれて増加する。ポイント１２６およびポイント１３６は、それぞれ第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６内の対応する位置にある。ポイント１２６および１３６を通過する送信信号１０６に符号化された場所情報の空間部分は同じである。送信信号はまた、送信信号１０６の送信時のタイムスタンプなどの時間的場所情報で符号化される。タイムスタンプは、送信信号１０６がＵＡＶ１０２の電磁放射受信機１１５によって受信されるときの、位置決定システム１０４からの距離の決定を可能にする。送信信号１０６が送信される時間と受信される時間との差は、ＵＡＶ１０２と位置決定システム１０４との間の距離を計算するために使用される。これにより、Ｙ方向のＵＡＶ１０２の位置の決定が可能になる。時間差はまた、ＵＡＶ１０２が送信信号１０６を受信する位置決定システム１０４からの距離における、各水平線間の間隔および各垂直線間の間隔を決定することを可能にする。送信信号１０６上に符号化された空間的場所情報は、各水平線間の既知の距離および各垂直線間の間隔と共に、Ｚ−Ｘ平面内でのＵＡＶ１０２の位置の決定を可能にする。これらの決定は、ＵＡＶ１０２の制御システム（図４に示す）によって行われる。
第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６は、任意の数の垂直線および任意の数の水平線を含むことができる。垂直線の数および水平線の数は、電磁放射送信機１０９がラスタパターンを横切る速度、および送信信号１０６が送信される周波数の関数である。図示されているように、それらは１０本の垂直線と１０本の水平線とを含む。交差線の数が増えると、固定された送信フィールド１０８、ならびに位置決定システム１０４からの距離に対する、検出および角度分解能が、交差線の数がより少ない場合に比べて向上する結果となる。第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６は、正方形を有するものとして示されているが、別の実施形態では、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６は、他の形状を有する。例えば、限定するものではないが、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６は、長方形、楕円形、台形または円形である。第１のグリッド１１４と第２のグリッド１１６との交差線は直交しているが、別の実施形態では、第１のグリッド１１４と第２のグリッド１１６との交差線は他の角度で交差する。例えば、限定するものではないが、交差線間の角度は、格子の異なる部分において直角、鋭角、または鈍角であってもよい。
ＵＶシステム１００および位置決定システム１０４はデカルト座標系を使用する。別の実施形態では、ＵＶシステム１００および位置決定システム１０４によって他の座標系が使用される。例えば、限定するものではないが、ＵＶシステム１００および位置決定システム１０４は、極座標系、円筒座標系または球面座標系を使用する。位置決定システム１０４は、ＵＶシステム１００および位置決定システム１０４がデカルト座標系以外の座標系を使用する場合、変更されたラスタパターンまたは他の伝送パターンを使用して送信信号１０６を送信する。例えば、限定するものではないが、極座標系で第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６を形成するために、位置決定システム１０４は、円の中心から放射する一連の同心円および線を生成する送信パターンを使用して送信信号１０６を送信フィールド１０８に投射する。送信信号１０６は、円の中心から放射される同心円および線に沿った一連のポイントに沿って投射される。
交差する投射線の第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６は、線の各々をラスタ走査することによって、または細長い放射ビームを投射して走査することによって生成される。位置決定システム１０４は、電磁放射送信機１０９を使用して、水平方向にラスタ走査して最初の水平線を生成する。その後、グリッド生成器は次の水平線位置に進み、次の水平線をラスタ走査する。この処理は、すべての水平線が生成されるまで、次の水平線に対して繰り返される。垂直線は、生成された第１の垂直線と同様に走査され、その後進んで、次の垂直線およびそれに続くすべての垂直線が生成されるまで、処理が繰り返される。別の実施形態では、位置決定システム１０４は、一方向（例えば、水平または垂直）にのみラスタ走査し、送信信号１０６が水平および垂直線が第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６内で交差するポイントを通過するように、送信信号１０６のタイミングを制御する。さらに別の実施形態では、位置決定システム１０４は、場所情報で符号化された送信信号１０６を送信して座標系を形成する、他の技術を使用する。
例示的な実施形態では、トランスミッション１０８のフィールドは限定されている。送信フィールド１０８は、上限１１０および下限１１２によって境界が定められている。上限１１０および下限１１２は、電磁放射送信機１０９の物理的限界に基づいて固定されている。位置決定システム１０４および／または電磁放射送信機１０９は、関心対象物（図示せず）、飛行経路またはその他の航法関心物が送信１０８の近接フィールド内に納まるように配置される。例えば、限定するものではないが、関心対象物は、産業資産の目標部分（図１０および図１１に示されている）を含む。産業資産の目標部分は、検査、撮像、または他の方法で分析される産業資産の一部、構成要素または特徴である。例えば、限定するものではないが、産業資産は、携帯電話の塔、電柱、自動車または鉄道のトンネルまたは橋、電力線または変圧器、原子力施設、石油またはガスのパイプライン、フレアスタックなどの沖合の石油プラットフォーム資産、または海岸もしくは沖合のいずれかに設置する風力タービン設備である。関心対象は、例えば、限定するものではないが、地上制御ステーション、無線電力送信機（図７に示される）、または見通し線トランシーバ（図４に示される）をさらに含む。
別の実施形態では、送信１０８のフィールドは限定されないか、または実質的に限定されない。位置決定システム１０４および／または電磁放射送信機１０９は、位置決定システム１０４から放射する全方向に送信信号１０６を送信する。例えば、限定するものではないが、電磁放射送信機１０９は球面搭載システムに搭載され、複数の電磁放射送信機１０９を含み、または送信信号１０６を全方向に送信するように構成されている。いくつかの実施形態では、送信フィールドは実質的に限定されないが、電磁放射送信機１０９を位置決定システム１０４に結合する搭載システムから生じる少なくともいくつかの境界を有する。
例示的な実施形態では、電磁放射送信機１０９は、電磁放射のコヒーレントビームを送信する。電磁放射送信機は、例えば、限定するものではないが、レーザ、メーザ、または他の電磁放射源である。別の実施形態では、電磁放射送信機１０９は、異なるビームパターンを有する電磁放射を送信する。例えば、限定するものではないが、電磁放射送信機１０９は、電磁放射のインコヒーレントビームを送信する。この例示的な実施形態では、電磁放射送信機１０９は、可視光スペクトルの外側にある波長の電磁放射を送信する。例えば、限定するものではないが、電磁放射送信機１０９は、赤外線または紫外線スペクトル内にある電磁放射を送信する。別の実施形態では、電磁放射送信機１０９は、可視光スペクトル内の電磁放射を送信する。
電磁放射受信機１１５は、送信信号１０６を受信するように構成されている。電磁放射受信機１１５は、電磁放射を測定するように構成された任意のセンサまたはセンサの組み合わせである。例えば、限定するものではないが、電磁放射受信機１１５は、１つまたは複数のアクティブピクセルセンサ、ボロメータ、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、フォトダイオード、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサ、または他の光検出器である。いくつかの実施形態では、電磁放射受信機１１５は、複数のセンサ（図３に示す）のアレイである。電磁放射受信機１１５は、ＵＡＶ１０２の制御システムに結合される。
ＵＡＶ１０２は、送信信号１０６を処理して、送信信号１０６に含まれる場所情報に基づいてＵＡＶ１０２の位置を決定する。例えば、限定するものではないが、制御システムは、ＵＡＶ１０２と位置決定システム１０４との間の距離を、送信信号１０６に含まれる送信時間と、送信信号１０６が受信される時間とに基づいて決定する。制御システムは、送信信号１０６に符号化された場所情報に基づいて、Ｚ−Ｘ平面内のＵＡＶ１０２の位置を決定する。例えば、限定するものではないが、場所情報は、送信信号１０６が送信されるラスタパターン内のポイント、位置決定システム１０４に対する送信角度、および／または他の情報を含む。制御システムは、送信信号１０６が送信されるラスタパターン内のポイントに基づいて、Ｚ−Ｘ平面内のＵＡＶ１０２の位置を決定する。制御システムは、Ｚ−Ｘ平面内の位置および位置決定システム１０４からのＹ方向の距離に基づいて、位置決定システム１０４に対するＵＡＶ１０２の位置を決定する。いくつかの実施形態では、送信信号１０６は、位置決定システム１０４の位置に関する情報を含む。例えば、限定するものではないが、送信信号１０６は、位置決定システム１０４の位置、地図座標、高度、および／または他の情報に対応する全地球測位システム情報を含む。位置決定システム１０４の絶対位置および位置決定システム１０４に対するＵＡＶ１０２の相対位置に基づいて、制御システムはＵＡＶ１０２の絶対位置を決定する。別の実施形態では、制御システムは、ＵＡＶ１０２の絶対位置を決定するのではなく、位置決定システム１０４に相対的なＵＡＶ１０２の位置を決定するのみである。
いくつかの別の実施形態では、制御システムはＵＡＶ１０２の位置を決定しない。むしろ、制御システムは、送信信号１０６が受信される時間を識別し、この情報を、通信システム（図４に示す）を使用して地上制御ステーションなどの遠隔システムに送信する。遠隔システム、例えば、地上制御システムは、ＵＡＶ１０２の位置を決定し、ＵＡＶ１０２の位置をＵＡＶ１０２の通信システムに送信する。ＵＡＶ１０２は、遠隔システムから受信したＵＡＶ１０２の位置を使用して、例えば、限定するものではないが、ＵＡＶ１０２の位置もしくは場所を維持または変更するために少なくとも１つの制御装置１０５を制御する。
図２は、場所情報で符号化され、位置決定システム１０４（図１に示す）によって送信される送信信号１０６（図１に示す）のグラフ図２００である。例示的な実施形態では、送信信号１０６は、振幅変調方式を使用して場所情報で符号化される。グラフ２００は、秒単位の時間を規定するＸ軸２０２を含む。グラフ２００は、正規化された振幅を規定するＹ軸２０４を含む。Ｔsの各期間は、１ビットの情報に対応する。例えば、原点とポイント２０６との間の時間は１ビットに対応する。振幅ゼロの送信信号１０６は、論理「０」ビットに対応する。例えば、ポイント２０６とポイント２０８との間のビット２１２は論理「０」ビットである。振幅「Ａ」を有する送信信号１０６は、論理「１」ビットに対応する。例えば、ポイント２０８とポイント２１０との間のビット２１４は、論理「１」ビットである。いくつかのビットは、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６（両方とも図１に示される）に対応する場所情報を符号化するためのデータビットである。いくつかのビットは、開始または停止インジケータ、エラー検査ビット、タイムスタンプビット、またはヘッダービットである。電磁放射受信機１１５（図１に示す）は、送信信号１０６の振幅を経時的に検出し、この情報を制御システム（図４に示す）に送る。制御システムは、ＵＡＶ１０２（図１に示されている）を制御するために、本明細書に記載するような符号化された情報を使用する。電磁放射受信機１１５によってこれらのビットを検出し、制御システムによる処理が行われると、グリッド内の位置を決定することができる。いくつかの実施形態では、送信信号１０６は、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６内の位置に関する情報だけではない情報を含むメッセージを使用して、位置決定システム１０４とＵＡＶ１０２との間の通信にも使用される。
別の実施形態では、送信信号１０６は、他の変調方式を使用して符号化される。例えば、限定するものではないが、送信信号１０６は、周波数変調、側波帯変調、位相変調、位相シフトキーイング、周波数シフトキーイング、振幅シフトキーイング、または直交振幅変調を使用して符号化される。さらに別の実施形態では、２つ以上の変調方式が、送信信号１０６を場所情報で符号化するために使用される。
図３は、位置決定システム１０４（図１に示す）によって送信され、空間に投射される送信信号１０６（図１に示す）の概略図３００である。ビュー３００は、座標系１１７のＺ−Ｘ平面に投射された第１のグリッド１１４を示す。第１のグリッド１１４は、第１の垂直線１２０および最後の垂直線１２２によって区切られる。第１のグリッド１１４はまた、最初の水平線１１８および最後の水平線１２４によって区切られる。電磁放射受信機１１５（図１に示す）は、第１のグリッド１１４を形成する送信信号１０６を受信する。電磁放射受信機１１５は、第１の受信機構成要素３０２、第２の受信機構成要素３０４、第３の受信機構成要素３０６、および第４の受信機構成要素３０８を含む複数の受信機構成要素を含む。別の実施形態では、電磁放射受信機１１５は、異なる数の受信機構成要素を含む。送信信号１０６によって形成された垂直線および水平線の各々は、グリッド１〜１００内の各領域が識別されるように符号化される。４つの受信機構成要素３０２、３０４、３０６、３０８は、ＵＡＶ１０２（図１に示す）の向きに起因する非同一平面構成にある。検出器の非同一平面上の間隔が第１のグリッド１１４との交点において異なる領域を生じるので、図３に示されているそれぞれの円が異なるサイズで示されている。
各受信機構成要素３０２、３０４、３０６、３０８は、第１のグリッド１１４において送信信号１０６を受信すると出力信号を生成する。受信機構成要素３０２、３０４、３０６、３０８が垂直線と水平線との交点を横切るとき、受信機構成要素３０２、３０４、３０６、３０８は、その交点に特有の場所情報で符号化された送信信号１０６を受信する。送信信号１０６の受信から生じる各受信機構成要素３０２、３０４、３０６、３０８の出力信号は、ＵＡＶ１０２の制御システムを使用して復調され、処理されて、第１のグリッド１１４内の各受信機構成要素３０２、３０４、３０６、３０８の位置および、位置決定システム１０４からの各受信機構成要素３０２、３０４、３０６、３０８の距離を決定する。
図４は、ＵＡＶ１０２および位置決定システム１０４を示すブロック図である。位置決定システム１０４は、電源４０２および電磁放射送信機１０９を含む。電源は、電磁放射送信機１０９に電力を供給し、電磁放射送信機１０９は、それを使用して送信信号１０６（図１に示す）を送信する。電源４０２は、例えば、限定するものではないが、バッテリ、太陽電池、電力網への接続、発電機、または他の電気エネルギー源である。いくつかの実施形態では、位置決定システム１０４は、さらなる構成要素を含む。例えば、限定するものではないが、位置決定システム１０４は、制御システム、通信システム、または他の構成要素を含む。いくつかの実施形態では、位置決定システム１０４は常にオンであり、送信信号１０６を連続的に送信する。別の実施形態では、位置決定システム１０４は、スケジュールに従って送信信号１０６を送信する。例えば、限定するものではないが、位置決定システム１０４は、昼間、確定作業スケジュール中、または他の予定された時間期間中に送信信号１０６を送信する。さらなる実施形態では、位置決定システム１０４は、地上制御ステーション、ＵＡＶ１０２、または位置決定システム１０４による送信信号１０６の送信を制御する他のシステムからの通信を受信する。例えば、限定するものではないが、位置決定システム１０４はリッスンモードまたは待機モードにあり、位置決定システム１０４がＵＡＶ１０２または地上制御ステーションからの通信を受信すると、位置決定システム１０４は送信信号１０６の送信を開始する。位置決定システム１０４は、産業資産またはその一部（図１０に示す）の撮像のためのＵＡＶ１０２の位置決定、地上制御ステーション（図５に示す）への撮像データの見通し内通信のためのＵＡＶ１０２の位置決定、無線再充電のためのＵＡＶ１０２の位置決定、および液体または固体燃料による燃料補給のためのＵＡＶ１０２の位置決定のうち、少なくとも１つを容易にする。
ＵＡＶ１０２は、電磁放射受信機１１５を含む。電磁放射受信機１１５は、位置決定システム１０４の電磁放射送信機１０９から送信信号１０６を受信する。電磁放射受信機１１５は、制御システム４０４に結合される。電磁放射受信機１１５は、受信した送信信号１０６を反映する信号を制御システム４０４に出力する。例えば、限定するものではないが、電磁放射受信機１１５は、伝送信号１０６に符号化された論理ビットに対応する電圧を出力する。制御システム４０４は、本明細書に記載するように、電磁放射受信機１１５からの信号を処理して、ＵＡＶ１０２の位置を決定する。
制御システム４０４は、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、および／または本明細書に記載する機能を実行することができる、任意の他の回路またはプロセッサを含むコンピュータシステムなどの、任意の適切なプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースのシステムを含む、リアルタイムコントローラである。一実施形態では、制御システム４０４は、例えば、２ＭビットＲＯＭおよび６４ＫビットＲＡＭを有する３２ビットマイクロコンピュータなどの、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）および／またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むマイクロプロセッサであってもよい。例示的な実施形態では、制御システム４０４はまた、本明細書に記載する機能を実行するための実行可能命令を記憶する、メモリ装置（図示せず）を含む。例えば、例示的な実施形態では、メモリ装置は、制御システム４０４の信号プロセッサ４０６サブシステムおよび飛行制御システム４０８サブシステムによって実行される命令を記憶する。信号プロセッサ４０６サブシステムおよび飛行制御システム４０８サブシステムは、ソフトウェアサブシステム、ハードウェアサブシステム、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであってもよい。制御システム４０４、信号プロセッサ４０６、および／または飛行制御システム４０８は、限定するものではないが、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロコンピュータ、プログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）、および／または任意の他のプログラム可能回路などの、１つまたは複数の処理ユニット（図示せず）を含むことができる。プロセッサ（複数可）は、（例えば、マルチコア構成の）複数の処理ユニットを含むことができる。プロセッサは、本明細書に記載する機能を実行する命令を実行する。上記の例は単なる例示であり、決して「プロセッサ」という用語の定義および／または意味を限定するものではない。
信号プロセッサ４０６は、制御システム４０４において電磁放射受信機１１５（複数可）から受信した信号を処理するように構成される。信号プロセッサ４０６は、送信信号１０６を処理するように構成される。信号プロセッサ４０６は、送信信号１０６を復調し、送信信号１０６から場所情報を検索する。その場所情報に基づいて、信号プロセッサ４０６は、本明細書に記載するように、位置決定システム１０４に対するＵＡＶ１０２の位置を決定する。例えば、限定するものではないが、信号プロセッサ４０６は、送信信号１０６上に符号化された場所情報の空間部分に基づいて、位置決定システム１０４（図１に示す）に対するＺ−Ｘ平面内のＵＡＶ１０２の位置を決定する。場所情報の空間部分は、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６において送信信号１０６が位置する場所を識別する。この情報は、Ｚ−Ｘ平面内でＵＡＶ１０２がどこに位置するかを識別する。信号プロセッサ４０６は、送信信号１０６に符号化された時間的位置に基づいて、位置決定システム１０４（図１に示す）に対するＹ方向のＵＡＶ１０２の位置を決定する。送信信号１０６は、送信信号１０６がいつ送信されたかに対応するタイムスタンプを含む。信号プロセッサ４０６は、そのタイムスタンプおよび送信信号１０６が受信される時間を使用して、位置決定システム１０６とＵＡＶ１０２との間の距離を決定する。第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６が発散している実施形態では、例えば、垂直および／または水平線間の距離が、第１のグリッド１１４よりも第２のグリッド１１６においてさらに離れている場合、信号プロセッサ４０６は、送信信号１０６の空間部分および時間部分を組み合わせて使用して、Ｚ−Ｘ平面（図１に示す）におけるＵＡＶの位置を決定する。
電磁放射受信機１１５が複数の構成要素３０２、３０４、３０６、３０８（図３に示す）を含む実施形態では、信号プロセッサ４０６は、ＵＡＶ１０２の位置を決定するために各構成要素３０２、３０４、３０６、３０８によって受信された場所情報を使用する。例えば、限定するものではないが、信号プロセッサ４０６は、各構成要素３０２、３０４、３０６、３０８と、各構成要素３０２、３０４、３０６、３０８によって提供される場所情報との間の知られている幾何学的関係を使用して、位置決定システム１０４（図１に示す）に対する、Ｚ−Ｘ平面（図１に示す）内そしてＹ方向のＵＡＶ１０２の位置を決定する。
いくつかの実施形態では、信号プロセッサ４０６は、位置決定システム４１０から位置情報を受信する。位置情報は、特定の場所におけるＵＡＶ１０２の位置に関する情報である。例えば、限定するものではないが、位置情報は、横転角、横ねじれ角、縦揺れ角、対気速度、高度、および／または他の位置情報を含む。制御システム４０４は、ＵＡＶ１０２の飛行を制御するために、位置情報を使用して少なくとも１つの制御装置１０５を制御する。位置決定システム４１０は、ジャイロスコープ、加速度計、傾斜計、および／または他のセンサのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、位置決定システム４１０は、衛星ベースの航法システム受信機、例えば、全地球測位システム受信機、無線周波数航法システム、および／または他の航法システムを含む。いくつかの実施形態では、信号プロセッサ４０６は、例えば、限定するものではないが、カルマンフィルタを使用して場所情報と位置情報とを組み合わせる。制御システム４０４は、ＵＡＶ１０２の位置を決定するために結合された情報を使用する。
飛行制御システム４０８は、信号プロセッサ４０６からの情報を少なくとも処理し、受信した情報に基づいて少なくとも１つの制御装置１０５を制御するように構成される。飛行制御システム４０８は、信号プロセッサ４０６によって決定された現在位置でＵＡＶ１０２を維持および／または安定化するために少なくとも１つの制御装置１０５を制御する。例えば、限定するものではないが、飛行制御システム４０８は、制御フィードバックループを使用して、信号プロセッサ４０６によって決定されたＵＡＶ１０２の位置に基づいた位置に、ＵＡＶ１０２を維持する。
飛行制御システム４０８はさらに、ＵＡＶ１０２の位置を変更するように構成される。飛行制御システム４０８は、少なくとも１つの制御装置１０５を制御して、ＵＡＶ１０２の位置を変更する。例えば、限定するものではないが、飛行制御システム４０８は、少なくとも１つの制御装置１０５を制御して、前進飛行、ホバリングとの間の移行、横転、横ねじれ、上昇、急降下、内滑り旋回、傾斜旋回、標準レート旋回、または他の操縦などの操縦を実行する。飛行制御システム４０８は、ＵＡＶ１０２にローカルに記憶された命令に基づいて、ＵＡＶ１０２の位置をある位置から別の位置に変更することができる。例えば、限定するものではないが、飛行制御システム４０８は、少なくとも１つの制御装置１０５を制御して、位置決定システム４１０からの場所情報、例えば、限定するものではないが、全地球測位システムからの場所情報を使用して、ＵＡＶ１０２の位置を第１の位置から別の位置に変更する。これにより、飛行制御システム４０８は、経由ポイント、目的地、および／または他の定義された位置などの位置の間でＵＡＶ１０２を移動させることができる。いくつかの実施形態では、飛行制御システム４０８は、位置決定システム４１０を使用して１つの位置から別の位置に移動し、ＵＡＶ１０２が位置決定システム１０４から送信信号１０６を受信すると、飛行制御システム４０８は、ＵＡＶ１０２を制御して、送信信号１０６に基づいてＵＡＶ１０２の位置を維持する。
飛行制御システム４０８はまた、通信システム４１４から制御システム４０４で受信された情報または命令に基づいて、少なくとも１つの制御装置１０５を制御することができる。例えば、通信システム４１４は、地上制御ステーション５００から命令を受信し、命令は、飛行制御システム４０８によって実行される場合、飛行制御システム４０８が少なくとも１つの制御装置１０５を制御してＵＡＶ１０２の位置を変更し、かつ／または操縦を実行するようにさせる。通信システム４１４は、１つまたは複数の制御装置１０５の手動制御に対応する地上制御ステーション５００からの命令を受信することもできる。これにより、オペレータは、地上制御ステーション５００を使用してリアルタイムでＵＡＶ１０２を手動で制御することができる。いくつかの実施形態では、飛行制御システム４０８は、通信システム４１４によって受信された命令がない場合にデフォルト状態と見なす。例えば、限定するものではないが、デフォルト状態は、経由ポイントまたは目的地に向かう飛行を継続し、位置決定システム１０４から受信した送信信号１０６を使用して位置を維持し、位置決定システム４１０から受信した情報を使用して位置を維持し、かつ／またはデフォルト状態を再開する。
通信システム４１４は、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１規格（すなわち、ＷｉＦｉ）に従って実装された無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を介して、および／または、携帯電話（すなわち、セルラ）ネットワーク（例えば、グローバル移動体通信システム（ＧＳＭ（登録商標））、３Ｇ、４Ｇ）あるいはその他のモバイルデータネットワーク（例えば、Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ（ＷＩＭＡＸ））、もしくは有線接続（すなわち、電気信号を送信するための１つまたは複数の導体）を介して、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＺ−Ｗａｖｅ（登録商標）などの無線通信規格を使用して通信するように構成された、無線通信トランシーバである。
ＵＡＶ１０２は、見通し線トランシーバ４１６をさらに含む。見通し線トランシーバ４１６は、見通し内通信技術を使用して追加の見通し線トランシーバ４１６（図５に示す）と通信するように構成されている。例えば、限定するものではないが、見通し線トランシーバ４１６は、レーザ光、マイクロ波、赤外線光および／または他の電磁エネルギーのコヒーレントビームを送信および受信するように構成される。見通し線トランシーバ４１６は、例えば、限定するものではないが、レーザ、メーザ、赤外線エミッタ、アクティブピクセルセンサ、ボロメータ、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、フォトダイオード、または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサであるか、またはそれを含んでいる。
ＵＡＶ１０２は、無線充電受信機４１８をさらに含む。無線充電受信機４１８は、電磁エネルギーを無線で受信し、受信した電磁エネルギーを使用して電源４２０を充電するように構成されている。例えば、限定するものではないが、無線充電受信機４１８は、誘導結合、共振誘導結合、容量性結合、電磁力学結合、マイクロ波、または電磁エネルギーを伝送するための光伝送のうちの少なくとも１つによって、無線で電磁エネルギーを受信するように構成される。無線充電受信機４１８は、電磁エネルギーを受信するように構成された１つまたは複数のアンテナ装置を含む。例えば、限定するものではないが、無線充電受信機４１８は、ワイヤコイル、同調ワイヤコイル、集中素子共振器、電極、回転磁石、パラボラアンテナ、フェーズドアレイアンテナ、レーザ、光電池、レンズ、および／または電磁放射を受信するための他の装置を含む。電源４２０は、バッテリ、コンデンサ、燃料電池、および／または電気エネルギーを貯蔵するための他の装置などの、電気エネルギーを貯蔵するための少なくとも１つの装置を含む。別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、液体燃料および／または固体燃料によって駆動される。ＵＡＶ１０２は、燃料タンクまたは貯蔵装置であり、燃料補給ポート（例えば、ドローグまたは他の燃料源から燃料を受け取るように構成されたプローブ）を含む電源４２０を含む。位置決定システム１０４は、燃料補給装置および／または燃料供給源による燃料補給のために、燃料補給装置および／または燃料供給源に対して、（例えば、静止状態保持モードで）ＵＡＶ１０２を位置決定するために使用される。
ＵＡＶ１０２はカメラ４１２をさらに含む。カメラ４１２は、制御システム４０４に結合され、画像データを制御システム４０４に提供する。制御システム４０４は、カメラ４１２を制御する。いくつかの実施形態では、カメラ４１２および／または他のセンサは、制御システム４０４によって制御される能動的に減衰されたジンバルによってＵＡＶ１０２に結合される。能動的に減衰されたジンバル内に含まれる他のセンサは、測距センサ、ＬＩＤＡＲシステム、赤外線撮像システム、レーダシステム、および／または他のセンサを含むことができる。制御システム４０４は、能動的に減衰されたジンバルの位置を制御してセンサをその中に導く。例えば、限定するものではないが、制御システム４０４は、通信システム４１４を使用して地上制御ステーション５００から、センサをパン、傾斜、回転、または別の方法で位置を変更するコマンドを受信する。制御システム４０４は、コマンドを処理し、能動的に減衰されたジンバルを制御して、受信したコマンドに従ってセンサを位置決定する。
図５は、ＵＡＶ１０２および位置決定システム１０４（ともに図１および図４に示す）と共に使用する地上制御ステーション５００を示すブロック図である。地上制御ステーション５００は、通信システム４１４を含む。通信システム４１４は、ＵＡＶ１０２の通信システム４１４と通信するように構成される。本明細書に記載するように、地上制御ステーション５００は、通信システム４１４を使用してＵＡＶ１０２にＵＡＶ１０２を制御する命令を送る。オペレータからのコマンドは、ユーザインタフェース５０４を介して地上制御ステーション５００によって受信される。これらのコマンドは、次に通信システム４１４を使用する命令としてＵＡＶ１０２に送信される。いくつかの実施形態では、通信システム４１４は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ネットワーク、モバイルコンピューティング装置、および／または他の装置などの、他の装置との無線および／または有線通信のためにさらに構成される。
ユーザインタフェース５０４は、オペレータ入力を受信し、オペレータに出力を提供するように構成される。例えば、限定するものではないが、ユーザインタフェースは、キーボード、マウス、タッチスクリーン、ジョイスティック（複数可）、スロットル（複数可）、ボタン、スイッチ、および／または他の入力装置を含む、入力装置を含む。例えば、限定するものではないが、ユーザインタフェースは、ディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ）、スピーカ、インジケータライト、飛行用器具、および／またはその他の出力装置を含む、出力装置を含む。
地上制御ステーション５００は、再充電または燃料補給装置５０２（例えば、限定するものではないが、無線電力トランシーバ）をさらに含む。例えば、限定するものではないが、無線電力トランシーバ５０２は、電磁エネルギーを送信するために、誘導結合、共振誘導結合、容量結合、磁気力学結合、マイクロ波または光伝送のうちの１つまたは複数を使用する。無線電力トランシーバ５０２は、電磁エネルギーを送信するように構成された１つまたは複数のアンテナ装置を含む。例えば、限定するものではないが、無線電力トランシーバ５０２は、ワイヤコイル、同調ワイヤコイル、集中素子共振器、電極、回転磁石、パラボラアンテナ、フェーズドアレイアンテナ、レーザ、フォトセル、レンズ、および／または電磁放射を送信するための他の装置を含む。無線電力トランシーバ５０２は、電源５０６から電力を引き出す。電源５０６は、バッテリ、燃料電池、電力網、発電機、太陽電池パネル、および／または他の電気エネルギー源への接続のうちの１つまたは複数を含む。別の実施形態では、無線電力トランシーバ５０２および無線電力トランシーバ専用の別個の電源５０６は、地上制御ステーション５００とは別個である。別の実施形態では、再充電または燃料補給装置５０２は、ＵＡＶ１０２に液体または固体燃料をＵＡＶ１０２の燃料補給ポートを介して燃料補給するように構成された燃料補給装置である。
地上制御ステーションは、見通し線トランシーバ４１６をさらに含む。例えば、限定するものではないが、見通し線トランシーバ４１６は、レーザ光、マイクロ波、赤外線、および／または他の電磁エネルギーのコヒーレントビームを送信および受信するように構成される。見通し線トランシーバ４１６は、例えば、限定するものではないが、レーザ、メーザ、赤外線エミッタ、アクティブピクセルセンサ、ボロメータ、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、フォトダイオード、または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサであるか、またはそれを含む。別の実施形態では、見通し線トランシーバ４１６は、地上制御ステーションとは別個であり、追加の遠隔コンピューティング装置への通信接続を有するデータハブに含まれる。見通し線トランシーバ４１６を介して利用可能な高い帯域幅は、ＵＡＶ１０２が多数の高解像度画像を地上制御ステーション５００および／またはＵＡＶ１０２の機外で処理するための他のコンピュータ装置に送信することを可能にする。これは、ＵＡＶ１０２のコンピューティング要求および重量を最小化して、範囲および飛行時間を増加させる。地上管理ステーション５００および／または他のコンピューティング装置は、例えば、限定するものではないが、産業資産１００２（図１０に示す）の目視検査、三次元モデルの構築、腐食の特定、および／または他の目的を含む様々な目的のために、ＵＡＶ１０２からの画像および／または画像データを処理する。見通し線トランシーバ４１６によって提供される高い帯域幅は、ＵＡＶ１０２によって送信された画像および／または画像データのリアルタイム機外処理を可能にする。
いくつかの実施形態では、地上制御ステーション５００の一部または全部が携帯型である。他の実施形態では、地上制御ステーション５００は固定されているか、そうでなければ移動可能であり、例えば、車両に含まれている。地上制御ステーション５００は、本明細書に記載する地上制御ステーション５００の機能を提供するための１つまたは複数の命令、プログラム、または機能を実行する制御システム、プロセッサ、および／またはメモリ（図示せず）をさらに含むことができる。
図６は、地上制御ステーション５００との見通し内通信のためにＵＡＶ１０２が位置決定された、位置基準システム１０４およびＵＡＶ１０２の概略図である。ＵＡＶ１０２は、本明細書に記載する技術を使用して位置基準システム１０４に対して静止位置に保持される。ＵＡＶ１０２は、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６を形成する送信フィールド１０８の送信信号１０６で送信された位置基準システム１０４からの場所情報を使用してその位置を保持する。地上制御ステーション５００およびＵＡＶ１０２は、ＵＡＶ１０２と地上制御ステーション５００との間で送信される見通し内送信６０２を使用して通信する。ＵＡＶ１０２が位置基準システム１０４に対して固定された位置に静止しているので、地上制御ステーション５００は、ＵＡＶ１０２の見通し線トランシーバ４１６にコヒーレントビームを送信するために、地上制御ステーション５００の見通し線トランシーバ４１６（図５に示す）の能動的制御を必要としない。例えば、限定するものではないが、地上制御ステーション５００は、ポインティングおよび追跡システムを含まない。むしろ、地上制御ステーション５００のオペレータは、ＵＡＶ１０２と地上制御ステーション５００との間の見通し内通信を確立するために、地上制御ステーション５００を静止ＵＡＶ１０２に向けさせる。別の実施形態では、地上制御ステーション５００は、ＵＡＶ１０２の位置をＵＡＶ１０２（図４に示す）の通信システム４１４から受信し、ＵＡＶ１０２の既知の位置および地上制御ステーション５００の既知の位置に基づいて向けられた見通し内送信６０２で、ＵＡＶ１０２に見通し内通信６０２を送信する。
図７は、無線電力トランシーバ５０２による無線充電のために位置決定されたＵＡＶ１０２の概略図である。ＵＡＶ１０２は、本明細書に記載する技術を使用して、位置決定システム１０４および／または無線電力トランシーバ５０２に対して静止位置に位置決定される。ＵＡＶ１０２は、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６を形成する、送信フィールド１０８の送信信号１０６で送信された位置基準システム１０４からの場所情報を使用して、その位置を保持する。ＵＡＶ１０２は、位置決定システム１０４から受信された場所情報に基づいて、１つまたは複数の制御装置１０５を制御して静止位置を維持する。いくつかの実施形態では、位置決定システム１０４は、無線電力トランシーバ５０２に取り付けられるか、または無線電力トランシーバ５０２に含まれる。別の実施形態では、位置決定システム１０４は、無線電力トランシーバ５０２から離れている。いくつかの実施形態では、無線電力トランシーバ５０２は、地上制御システム５００（図５に示す）に含まれる。別の実施形態では、無線電力トランシーバ５０２は、地上制御システム５００とは別個である。ＵＡＶ１０２は、無線電力トランシーバ５０２に対して静止位置にある空間に配置される。別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、位置決定システム１０４からの場所情報を使用して、無線充電のためにＵＡＶ１０２を位置決定するプラットフォーム（図示せず）に着陸する。さらに別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、燃料補給装置による燃料補給のために本明細書に記載するように位置決定される。
無線電力トランシーバ５０２は、端子７０４を介して電源４２０（図４に示す）に結合された第１の誘導コイル７０２を含む。交流電流は、磁界７０８を生成する第１の誘導コイル７０２を流れる。磁界７０８は、ＵＡＶ１０２の位置がもとで、ＵＡＶ１０２の無線充電受信機４１８を囲む。無線充電受信機４１８は、第２の誘導コイル７０６を含む。第２の誘導コイル７０６を横切る磁界７０８は、ＵＡＶ１０２を充電する第２の誘導コイル７０６に電流を生成する。別の実施形態では、無線電力トランシーバ５０２は、ＵＡＶ１０２を無線で充電するための他の無線充電技術および構成要素を含む。例えば、限定するものではないが、無線電力トランシーバ５０２は、電磁エネルギーを送信するために、誘導結合、共振誘導結合、容量結合、磁気力学結合、マイクロ波または光伝送のうちの１つまたは複数を使用する。無線電力トランシーバ５０２は、電磁エネルギーを送信するように構成された１つまたは複数のアンテナ装置を含む。例えば、限定するものではないが、無線電力トランシーバ５０２は、ワイヤコイル、同調ワイヤコイル、集中素子共振器、電極、回転磁石、パラボラアンテナ、フェーズドアレイアンテナ、レーザ、フォトセル、レンズ、および／または電磁放射を送信するための他の装置を含む。別の実施形態では、再充電または燃料補給装置５０２は、ＵＡＶ１０２に含まれる燃料補給ポートを介してＵＡＶ１０２に燃料補給するように構成された燃料補給構成要素、例えば、限定するものではないが、ドローグ、ブーム、ホースまたは他の構成要素を含む。
ＵＡＶ１０２が無線電力トランシーバ５０２に対して固定位置に固定されているので、地上制御ステーション５００は、ＵＡＶ１０２の無線充電受信機４１８の線に無線エネルギーを送信するために、無線電力トランシーバ５０２の能動的制御を必要としない。例えば、限定するものではないが、地上制御ステーション５００は、ポインティングおよび追跡システムを含まない。
図８は、ＵＡＶ１０２（図１に示す）を位置決定する例示的な処理８００のフローチャートである。位置決定システム１０４（図１に示す）は、ラスタパターンに沿って電磁放射送信機１０９（図１に示す）を走査する（８０２）。例えば、限定するものではないが、ラスタパターンは、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６（いずれも図１に示されている）に対応する。位置決定システム１０４は、送信信号１０６が送信されるときに電磁放射送信機１０９の位置に関連付けられる、場所情報で符号化された送信信号１０６（図１に示す）をラスタパターンで送信する（８０４）。例えば、限定するものではないが、送信信号１０６は、図２に示すような振幅変調を使用して符号化される。ＵＡＶ１０２の電磁放射受信機１１５（図１に示す）は、送信信号１０６を受信する（８０６）。ＵＡＶ１０２の制御システム４０４（図４に示す）は、少なくとも受信した送信信号１０６に基づいて、少なくとも１つの制御装置１０５（図１に示す）を制御する（８０８）。例えば、限定するものではないが、制御システム４０４は、信号プロセッサ４０６（図４に示す）を使用して受信した送信信号１０６を処理し、飛行制御システム４０８（図４に示す）を使用して制御装置１０５を制御する。信号プロセッサ４０６は、送信信号１０６に符号化された場所情報を使用してＵＡＶ１０２の位置を決定する。その位置は、位置決定システム１０４に対するものであるか、または位置決定システム１０４の位置がわかっている場合には絶対的である。いくつかの実施形態では、信号プロセッサ４０６は、ＵＡＶ１０２の位置および／または場所を決定する際に（図４に示す）位置決定システム４１０からの位置情報、例えば縦揺れ角、横転角、横ねじれ角、高度および／または他の位置情報を使用する。例えば、限定するものではないが、信号プロセッサ４０６は、カルマンフィルタを使用して位置情報と場所情報とを組み合わせる。
制御システム４０４は、産業資産（図１０および図１１に示す）の見通し線内にＵＡＶ１０２を配置する（８１０）。例えば、限定するものではないが、制御システム４０４は、少なくとも１つの制御装置１０５を制御することによって、場所および／または位置情報に基づいてＵＡＶ１０２を位置決定する。ＵＡＶ１０２は、ＵＡＶ１０２に搭載されたカメラ４１２（図４に示す）を使用して、産業資産または産業資産の目標部分を撮像する（８１２）。カメラ４１２は、制御システム４０４によって制御される。例えば、限定するものではないが、制御システム４０４は、地上制御ステーション５００（図５に示す）から産業資産（図１０および図１１に示す）の目標部分を撮像するコマンドを受信する。これに応答して、制御システム４０４は、カメラ４１２がＵＡＶ１０２によって産業資産の目標部分の視野内に位置決定されるようにして、カメラ４１２に、産業資産の目標部分の画像、複数の画像、ビデオ、または他の画像データを取得させる。別の実施形態では、制御システム４０４は、ＵＡＶ１０２を産業資産の目標部分の近くに配置し、地上制御ステーション５００からのコマンドは、カメラ４１２が産業資産の目標部分を見るようにカメラ４１２を移動させる。制御システム４０４は、産業資産および位置決定システム１０４に対するＵＡＶ１０２の位置および場所を維持する。
さらに別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、感知ペイロードを使用して、産業資産または産業資産の目標部分を撮像するかまたは他の方法で感知する。感知ペイロードは、１つまたは複数の視覚センサ（例えば、カメラ４１２）、熱カメラ、レーザ距離計、ＬＩＤＡＲシステム、および／または他のセンサを含む。感知ペイロードは、カメラ４１２に関して本明細書に記載する１つまたは複数の技術を使用して制御される。いくつかの実施形態では、感知ペイロードまたはカメラ４１２のみが、ＵＡＶ１０２に結合された能動的に減衰されたジンバルに取り付けられる。能動的に減衰されたジンバルは、画像の安定化を提供する。能動的に減衰されたジンバルは、感知ペイロードおよび／またはカメラ４１２の感知方向がＵＡＶ１０２の移動方向と異なることを可能にするように（例えば、制御システム４０４および／または地上制御ステーション５００によって）制御可能である。カメラ４１２および／または他のセンサの方向は、ＵＡＶ１０２の位置から独立して制御可能である。これにより、ＵＡＶ１０２を感知すべき産業資産の部分の直前に配置することができない場合の産業資産の感知が可能になる。
制御システム４０４は、地上制御ステーション５００に対して静止位置にＵＡＶ１０２を位置決定する（８１４）。例えば、ＵＡＶ１０２は、位置決定システム１０４に対して静止した位置に位置決定され、それにより地上制御ステーション５００を、例えば携帯している間、ＵＡＶ１０２に対して、静止または実質的に静止した場所に配置するかまたは移動することを可能にする。別の実施形態では、地上制御ステーション５００は、ＵＡＶ１０２および／または地上制御ステーション５００と通信し、地上制御ステーション５００の場所に対応する情報を提供する。位置決定システム１０４からのこの情報および場所情報を使用して、制御システム４０４は、ＵＡＶ１０２を地上制御ステーション５００に対して特定の静止位置に位置決定する。
静止位置にあるとき、ＵＡＶ１０２は、地上制御ステーション５００（図５に示す）の見通し線トランシーバ４１６に、見通し線トランシーバ４１６（図４に示す）でデータを送信する（８１６）。制御システム４０４および位置決定システム１０４を使用して静止位置にＵＡＶ１０２を保持することにより、見通し内通信接続が容易になり、受信の損失による通信の中断が低減される。見通し線トランシーバ４１６は、無線周波数トランシーバなどの他の通信システムよりもデータ転送に大きな帯域幅を提供する。例えば、限定するものではないが、地上制御ステーション５００に転送されるデータは、産業資産の目標部分のカメラ４１２によって取り込まれた画像に対応する画像データ、他の画像データ、残存バッテリ電力、飛行ログデータ、または現在の命令などのＵＡＶ１０２のステータスに対応するデータと、新しい経由ポイントもしくは移動先の新しい目的地などの、ＵＡＶ１０２のための新規もしくは更新された命令である。別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、見通し線トランシーバ４１６でデータを地上制御ステーション５００以外の装置に送信する。例えば、限定するものではないが、ＵＡＶ１０２は、データを位置決定システム１０４に送信する。位置決定システム１０４は、受信したデータを収集するために記憶するか、または受信したデータを制御ステーションもしくは他の位置に再送信する。
静止位置にあるとき、地上制御ステーション５００は、無線電力トランシーバ５０２（図５に示す）から電磁エネルギーを送信する（８１８）。例えば、限定するものではないが、無線電力トランシーバ５０２は、電磁エネルギーを送信するために、誘導結合、共振誘導結合、容量結合、磁気力学結合、マイクロ波または光伝送のうちの１つまたは複数を使用する。ＵＡＶ１０２は、無線充電受信機４１８（図４に示す）を使用して、送信された電磁エネルギーを受信する（８２０）。制御システム４０４および位置決定システム１０４を使用してＵＡＶ１０２を静止位置に保持することは、ＵＡＶ１０２の移動による無線電力トランシーバ５０２および無線充電受信機４１８の結合解除を低減することによって電磁エネルギーの受信を容易にする。制御システム４０４および位置決定システム１０４を使用してＵＡＶ１０２を静止位置に保持することは、レーザ光またはマイクロ波の受信による充電などのコヒーレントビームを使用する無線充電技術を可能にすることによって、電磁エネルギーの受信をさらに容易にする。
図９は、ＵＡＶ１０２（図１に示す）の位置を変更する例示的な処理９００のフローチャートである。ＵＡＶ１０２の制御システム４０４（図４に示す）は、電磁放射受信機１１５（図１に示す）を使用して位置決定システム１０４（図１に示す）から場所情報を受信する（９０２）。例えば、限定するものではないが、場所情報は、位置決定システム１０４に対するＵＡＶ１０２の位置に関する情報を含む。いくつかの実施形態では、ＵＡＶ１０２は、ＵＡＶ１０２の位置決定システム４１０（図４に示す）から追加の場所情報をさらに受信する。例えば、限定するものではないが、追加の場所情報は、全地球測位システムからの座標であるか、またはそれを含む。制御システム４０４（図４に示す）は、慣性センサから位置情報を受信する（９０４）。例えば、限定するものではないが、制御システム４０４は、位置情報、例えば、横転角、横ねじれ角、縦揺れ角、対気速度、高度、および／または他の位置情報を、ジャイロスコープ、加速度計、傾斜計、および／または他のセンサなどの、位置決定システム４１０のセンサから受信する。ＵＡＶ１０２は、場所情報および位置情報を処理する（９０６）。例えば、限定するものではないが、ＵＡＶ１０２は、信号プロセッサ４０６（図４に示す）およびカルマンフィルタまたは他の機能を使用して場所情報および位置情報を処理する。別の実施形態では、場所情報および位置情報は、ＵＡＶ１０２から遠隔で処理され、結果はＵＡＶ１０２に送信される。例えば、限定するものではないが、ＵＡＶ１０２は、場所情報および位置情報を地上制御ステーション５００（図５に示す）に通信システム４１４（図４に示す）を使用して送信する。地上制御ステーション５００は、場所情報および位置情報を処理し、その結果をＵＡＶ１０２の通信システム４１４に送信する。
処理された場所情報および位置情報に基づいて、制御システム４０４は、ＵＡＶ１０２の位置および／または場所を調整して（９０８）、ＵＡＶ１０２を特定の位置で安定化させる。例えば、限定するものではないが、制御システム４０４は、飛行制御システム４０８（図４に示す）および少なくとも１つの制御装置１０５（図４に示す）の制御を使用して、ＵＡＶ１０２をその現在の位置に保持する。ＵＡＶ１０２は、場所情報を反復的に受信し、位置情報を受信し、場所および位置情報を処理し、ＵＡＶ１０２の位置を調整して、ＵＡＶ１０２をその位置に安定化し、または維持する。
ＵＡＶ１０２の制御システム４０４は、ＵＡＶ１０２の位置を変更するためのコマンドを実行する（９１０）。例えば、限定するものではないが、ＵＡＶ１０２は、通信システム４１４を使用して地上制御ステーション５００から位置を変更するコマンドを受信する。場所を変更するコマンドは、制御システム４０４によって実行され、少なくとも１つの制御装置１０５は、ＵＡＶ１０２の場所を変更するように制御される。位置を変更するコマンドは、特定の経由ポイントまたは目的地に移動するコマンド、特定の方法で特定の制御装置１０５を始動するコマンド、または、ＵＡＶ１０２の位置を変更する別のコマンドであり得る。位置を変更するコマンドを実行することによってＵＡＶ１０２の位置が変更されると、ＵＡＶ１０２は、新しい位置で位置決定システム１０４から場所情報を受信する。例えば、限定するものではないが、ＵＡＶ１０２は、位置決定システム１０４からの場所データに基づいて第１の場所に位置を維持し、場所を変更するコマンドを実行し、第２の場所に移動する。第２の位置では、ＵＡＶ１０２は、同じまたは異なる位置決定システム１０４から場所情報を受信する。位置決定システム１０４からの場所情報を使用して、ＵＡＶ１０２は、その場所および／または位置を維持する。
図１０は、産業資産１００２を検査するために配置されたＵＡＶ１０２および位置基準システム１０４の概略図である。この実施形態では、産業資産１００２はブリッジである。産業資産１００２は、ＵＡＶ１０２によって検査されるべき目標部分１００４を含む。位置決定システム１０４は、産業資産１００２上に配置され、送信信号１０６（図１に示す）を投射して、上限１１０および下限１１２によって区切られる、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６を形成する。ＵＡＶ１０２は、送信信号１０６に符号化された場所情報を受信し、ＵＡＶ１０２を撮像目標部分１００４の位置に移動するために場所情報を使用する。ＵＡＶ１０２はさらに、受信した場所情報を使用して、ＵＡＶ１０２を位置決定システム１０４に対する、そしてそのため目標部分１００４に対する、特有の場所においてＵＡＶ１０２を保持する。いくつかの実施形態では、ＵＡＶ１０２は、衛星航法などの位置決定システム４１０（図４に示す）を使用して産業資産１００２に移動するように指示される。産業資産１００２に到達すると、ＵＡＶ１０２は、目標部分１００４を撮像するためのＵＡＶ１０２を配置するために、位置決定システム１０４を使用する。地上制御ステーション５００（図５に示す）を使用するＵＡＶ１０２のオペレータは、ＵＡＶ１０２を手動で制御して、例えば１つまたは複数の制御装置１０５（図４に示す）を手動で制御して、ＵＡＶ１０２を目標部分１００４の見通し線内に配置することができる。ＵＡＶ１０２は、位置決定システム１０４からの場所情報を使用してＵＡＶ１０２の場所を維持する。いくつかの実施形態では、複数の位置決定システム１０４（図示せず）が場所情報をＵＡＶ１０２に提供する。複数の位置決定システム１０４は、トランスミッション１０８（図示せず）のフィールドを排他的または重複させることができる。複数の位置決定システム１０４は、例えば、それぞれの位置決定システム１０４が異なる目標部分１００４に対応する単一の産業資産１００２、複数の産業資産１００２、単一の目標部分１００４、または複数の目標部分１００４に関連付けられてもよい。
図１１は、産業資産１００２を検査するために配置されたＵＡＶ１０２および位置基準システム１０４の概略図である。この実施形態では、産業資産１００２は風力タービンである。目標部分１００４は、産業資産１００２の風力タービンブレードである。位置決定システム１０４は、目標部分１００４上に配置され、風力タービンブレードと共に移動する。位置決定システム１０４は、送信信号１０６（図１に示す）を投射して、目標部分１００４および風力タービンブレードに対する上限１１０および下限１１２によって区切られる第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６を形成する。風力タービンブレードが動く際に、送信信号１０６、第１のグリッド１１４および第２のグリッド１１６は、風力タービンブレードに対して静止したままである。位置決定システム１０４は、動く風車ブレードに関する場所情報の固定座標系を提供する。これにより、ＵＡＶ１０２は、風力タービンブレードが動いている間に、風力タービンブレードに対して固定位置を維持することができる。したがって、ＵＡＶ１０２は、産業資産が稼働して目標部分１００４が動いている間に、目標部分１００４を撮像することができる。いくつかの実施形態では、ＵＡＶ１０２は、衛星航法などの位置決定システム４１０（図４に示す）を使用して産業資産１００２に移動するように指示される。産業資産１００２に到達すると、ＵＡＶ１０２は位置決定システム１０４を使用して、目標部分１００４を撮像するためにＵＡＶ１０２を配置する。位置決定システム１０４は、ＵＡＶ１０２が、例えば、他の風力タービンブレードのような障害物を回避しながら、目標部分１００４を撮像するための場所に移動することを可能にする。地上制御ステーション５００（図５に示す）を使用するＵＡＶ１０２のオペレータは、ＵＡＶ１０２を手動で制御して、例えば１つまたは複数の制御装置１０５（図４に示す）を手動で制御して、ＵＡＶ１０２を目標部分１００４の見通し線内に配置することができる。ＵＡＶ１０２は、位置決定システム１０４からの場所情報を使用してＵＡＶ１０２の位置を維持する。
上述の方法およびシステムは、無人航空機の位置決定および場所特定を強化する。本明細書に記載する方法およびシステムは、強化した無人航空機の位置決定によって無人航空機が産業資産に対して静止して配置されるため、無人航空機による産業資産の撮像を強化することが可能となる。さらに、本明細書に記載するシステムおよび方法は、無人航空機を静止位置に維持することによって、無人航空機の見通し線トランシーバによるデータ転送を容易にする。また、本明細書に記載するシステムおよび方法は、無人航空機を静止位置に維持することによって、無人航空機の無線充電を容易にする。無人航空機は、固定式または移動式の位置決定システムに対して正確に位置決定および場所特定することによって、産業資産の撮像、見通し線トランシーバによるデータ伝送、および無人航空機の無線充電の強化が可能である。
本明細書に記載する方法、システム、および装置の例示的な技術的効果は、（ａ）位置決定システムに対する場所に無人航空機を位置決定することと、（ｂ）位置決定システムからの場所情報に基づいて安定化された無人航空機を使用して、位置決定システムに対応する産業資産を撮像することと、（ｃ）無人航空機を地上制御ステーションに対して静止した位置に配置することと、（ｄ）静止した無人航空機から地上制御ステーションに、見通し線トランシーバを使用してデータを送信することと、（ｅ）静止した無人航空機で電磁エネルギーを受信して無人航空機を充電することとの中の、少なくとも１つを含む。
無人航空機を位置決定するための方法およびシステムの例示的な実施形態は、上で詳細に記載されている。本明細書に記載する方法およびシステムは、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの構成要素または本方法のステップは、本明細書に記載する他の構成要素またはステップから独立してかつ別個に利用され得る。例えば、本方法は、複数の無人航空機および／または位置決定システムと組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載するような無人輸送機器および位置決定システムのみで実施することに限定はされない。さらに、これらの方法は、装置の他の構成要素と共に使用することもでき、本明細書に記載する構成要素のみで実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の無人輸送機器および位置決定システムと関連して実施および利用されてもよい。
様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面には示されているが、他の図面には示されていないが、これは便宜上のものに過ぎない。本明細書に記載するシステムおよび方法の原理に従って、図面の任意の特徴は、他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照または請求することができる。
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子装置またはコンピューティング装置の使用を含む。そのような装置は、一般に、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置、および／または本明細書に記載する機能を実行することができる他の任意の回路または処理装置などの、プロセッサ、処理装置、またはコントローラを含む。本明細書に記載する方法は、記憶装置および／またはメモリ装置を含むが、これに限定されないコンピュータ可読媒体に具体化された、実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理装置によって実行されると、処理装置に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部を実行させる。上記の例は単なる例示であり、したがって、決してプロセッサおよび処理装置という用語の定義および／または意味を限定するものではない。
この記述された説明は、最良の形態を含む実施形態を開示するために例を使用し、また、当業者が、任意の装置またはシステムを作成および使用し、組み込まれた方法を実行することを含んで実施形態を実施できるようにする。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が考え付く他の実施例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求項の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求項の文字通りの言葉とのわずかな差異を有する等価な構造要素を含む場合、本特許請求の範囲内にあることが意図される。
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
無人航空機（１０２）を位置決定するための位置決定システム（１００）であって、
電磁放射送信機（１０９）に対する座標系に関連付けられた場所情報（１１４、１１６）を符号化するために送信信号（１０６）を変調するように構成された前記電磁放射送信機（１０９）を含む、位置基準システム（１０４）と、
無人航空機（１０２）と
を含み、前記無人航空機（１０２）が、
前記無人航空機（１０２）の位置を制御するように構成された少なくとも１つの制御装置（１０５）と、
前記送信信号（１０６）を受信するように構成された電磁放射受信機（１１５）と、
前記電磁放射受信機（１１５）によって受信された前記場所情報（１１４、１１６）に少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも１つの制御装置（１０５）を制御するように構成された制御システム（４０４）と
を含む、位置決定システム（１００）。
［実施態様２］
前記無人航空機（１０２）が、第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）をさらに含み、前記位置決定システム（１００）が、前記第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）と通信するように構成された第２の見通し内通信トランシーバ（４１６）を含む地上制御ステーション（５００）をさらに含む、実施態様１記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様３］
前記制御システム（４０４）が、静止状態保持モードにおいて、前記場所情報（１１４、１１６）に基づいて前記少なくとも１つの制御装置（１０５）を制御して、前記無人航空機（１０２）を前記位置基準システム（１０４）に対して実質的に特定のポイントに維持するようにさらに構成され、前記静止状態保持モードが、前記第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）と前記第２の見通し内通信トランシーバ（４１６）との間の通信を容易にする、実施態様２記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様４］
前記第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）および前記第２の見通し内通信トランシーバ（４１６）が、レーザ光トランシーバ、赤外線トランシーバ、またはマイクロ波トランシーバのうちの少なくとも１つである、実施態様２記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様５］
前記無人航空機（１０２）が、前記第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）を使用して前記地上制御ステーション（５００）に画像情報を送信するように構成されたカメラ（４１２）をさらに含む、実施態様２記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様６］
前記地上制御ステーション（５００）が、前記画像情報を処理するように構成された、実施態様５記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様７］
前記無人航空機（１０２）が、電磁エネルギーを受信するように構成された無線充電受信機（４１８）をさらに含み、前記位置決定システム（１００）が、地上制御ステーション（５００）をさらに含み、前記地上制御ステーション（５００）は、電磁エネルギーを前記無線充電受信機（４１８）に送信するように構成された無線充電送信機（５０２）を含む、実施態様１記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様８］
前記制御システム（４０４）が、静止状態保持モードにおいて前記場所情報（１１４、１１６）に基づいて前記少なくとも１つの制御装置（１０５）を制御して、前記無人航空機（１０２）を前記位置基準システム（１０４）に対して実質的に特定のポイントに維持するようにさらに構成され、前記静止状態保持モードが、前記無線充電送信機（５０２）から前記無線充電受信機（４１８）への電磁エネルギーの送信を容易にする、実施態様７記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様９］
前記無線充電受信機（４１８）および前記無線充電送信機（５０２）が、磁気誘導、マイクロ波エネルギーのビーム、またはレーザ光エネルギーのビームのうちの少なくとも１つを使用して、それぞれエネルギーを受信、およびエネルギーを送信するように構成された、実施態様７記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様１０］
前記走査電磁放射送信機（１０９）がレーザ送信機である、実施態様１記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様１１］
前記位置基準システム（１０４）が、前記走査電磁放射送信機（１０９）によって放射されたビームをラスタパターンで走査するように構成され、前記ビーム上に符号化された前記場所情報（１１４、１１６）が、前記ラスタパターン内の前記ビームの現在の場所に対応する、実施態様１記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様１２］
前記無人航空機（１０２）がカメラ（４１２）をさらに含み、前記位置基準システム（１０４）は、前記走査電磁放射送信機（１０９）が産業資産（１００２）に向けられた前記送信信号（１０６）を放射するように構成されるように位置決定される、実施態様１記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様１３］
前記無人航空機（１０２）が、燃料を受け取るように構成された燃料ポートをさらに含み、前記位置決定システム（１００）が、燃料源から前記燃料ポートに燃料を供給するように構成された燃料補給装置をさらに含む、実施態様１記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様１４］
前記制御システム（４０４）が、静止状態保持モードにおいて前記場所情報（１１４、１１６）に基づいて前記少なくとも１つの制御装置（１０５）を制御して、前記無人航空機（１０２）を前記位置基準システム（１０４）に対して実質的に特定のポイントに維持するようにさらに構成され、前記静止状態保持モードが、前記燃料補給装置による前記無人航空機（１０２）の燃料補給を容易にする、実施態様１３記載の位置決定システム（１００）。
［実施態様１５］
産業資産（１００２）を検査する方法であって、
ラスタパターンに沿って電磁放射送信機（１０９）を走査することと、
送信信号（１０６）を送信することと、
前記送信信号（１０６）を変調してラスタパターンにおける前記走査電磁放射送信機（１０９）の位置に関連付けられた場所情報（１１４、１１６）で前記送信信号（１０６）を符号化することであって、前記場所情報（１１４、１１６）が前記産業資産（１００２）に対するものである、符号化することと、
無人航空機（１０２）の電磁放射受信機（１１５）で前記送信信号（１０６）を受信することと、
前記電磁放射受信機（１１５）によって受信された前記場所情報（１１４、１１６）に基づいて、前記無人航空機（１０２）の制御システム（４０４）を使用して、前記無人航空機（１０２）の制御装置（１０５）を制御することと
を含む、方法。
［実施態様１６］
前記制御システム（４０４）を使用して、前記受信した場所情報（１１４、１１６）に基づいて前記制御装置（１０５）を制御して、前記無人航空機（１０２）を前記産業資産（１００２）の見通し線内に位置決定することと、
前記産業資産（１００２）を前記無人航空機（１０２）に含まれるカメラ（４１２）で撮像することと
をさらに含む、実施態様１５記載の方法。
［実施態様１７］
前記制御装置（１０５）を制御して、前記制御システム（４０４）を使用し、かつ前記受信された場所情報（１１４、１１６）に基づいて、前記無人航空機（１０２）を前記産業資産（１００２）の一部に対して静止位置に位置決定することをさらに含む、実施態様１５記載の方法。
［実施態様１８］
前記産業資産（１００２）の前記一部が移動中である、実施態様１７記載の方法。
［実施態様１９］
前記制御システム（４０４）を使用して、前記受信した場所情報（１１４、１１６）に基づいて前記制御装置（１０５）を制御して、前記無人航空機（１０２）を地上制御ステーション（５００）に対して静止位置に位置決定することと、
前記無人航空機（１０２）に含まれる第１の見通し線トランシーバ（４１６）から、前記地上制御ステーション（５００）に含まれる第２の見通し線トランシーバ（４１６）にデータを送信することと
をさらに含む、実施態様１５記載の方法。
［実施態様２０］
前記第１の見通し線トランシーバ（４１６）からデータを送信することが、前記無人航空機（１０２）に含まれるカメラ（４１２）によって取り込まれた前記産業資産（１００２）の画像に関連付けられた画像データを送信することを含む、実施態様１９記載の方法。
［実施態様２１］
前記制御システム（４０４）を使用して、前記受信した場所情報（１１４、１１６）に基づいて前記制御装置（１０５）を制御して、前記無人航空機（１０２）を地上制御ステーション（５００）に対して静止位置に位置決定することと、
前記無人航空機（１０２）に含まれる無線充電受信機（４１８）を使用して電磁エネルギーを受信することと
をさらに含む、実施態様１５記載の方法。
［実施態様２２］
地上制御ステーション（５００）に含まれる無線充電送信機（５０２）を使用して電磁エネルギーを送信することをさらに含む、実施態様１５記載の方法。
［実施態様２３］
前記無線充電受信機（４１８）が、磁気誘導、マイクロ波エネルギーのビーム、またはレーザ光エネルギーのビームのうちの少なくとも１つを使用してエネルギーを受信する、実施態様２２記載の方法。
［実施態様２４］
燃料補給装置を使用して前記無人航空機（１０２）に燃料補給することをさらに含む、実施態様１５記載の方法。
１００ 無人輸送機器システム
１０２ 無人航空機（ＵＡＶ）
１０４ 位置決定システム
１０５ 制御装置
１０６ 送信信号
１０８ 送信フィールド
１０９ 電磁放射送信機
１１０ 上限
１１２ 下限
１１４ 第１のグリッド
１１５ 電磁放射受信機
１１６ 第２のグリッド
１１７ 座標系
１１８ 最初の水平線
１２０ 最初の垂直線
１２２ 最後の垂直線
１２４ 最後の水平線
１２６ ポイント
１２８ 最初の水平線
１３０ 最初の垂直線
１３２ 最後の垂直線
１３４ 最後の水平線
１３６ ポイント
２００ グラフ
２０２ Ｘ軸
２０４ Ｙ軸
２０６ ポイント
２０８ ポイント
２１０ ポイント
２１２ ビット
２１４ ビット
３００ 概略図
３０２ 受信機構成要素
３０４ 第２の受信機構成要素
３０６ 第３の受信機構成要素
３０８ 第４の受信機構成要素
４０２ 電源
４０４ 制御システム
４０６ 信号プロセッサ
４０８ 飛行制御システム
４１０ 位置決定システム
４１２ カメラ
４１４ 通信システム
４１６ 見通し線トランシーバ
４１８ 無理充電受信機
４２０ 電源
５００ 地上制御ステーション
５０２ 無線電力トランシーバ
５０４ ユーザインタフェース
５０６ 電源
６０２ 見通し内通信
７０２ 第１の誘導コイル
７０４ 端子
７０６ 第２の誘導コイル
７０８ 磁界
８００ 処理
８０２ 走査する
８０４ 送信する
８０６ 受信する
８０８ 制御する
８１０ 位置決定する
８１２ 撮像する
８１４ 位置決定する
８１６ 送信する
８１８ 送信する
８２０ 受信する
９００ 処理
９０２ 受信する
９０４ 受信する
９０６ 処理する
９０８ 調整する
９１０ 実行する
１００２ 産業資産
１００４ 目標部分

Claims (10)

  1. 無人航空機（１０２）を位置決定するための位置決定システム（１００）であって、
    電磁放射送信機（１０９）に対する座標系に関連付けられた場所情報（１１４、１１６）を符号化するために送信信号（１０６）を変調するように構成された前記電磁放射送信機（１０９）を含む、位置基準システム（１０４）と、
    無人航空機（１０２）と
    を含み、前記無人航空機（１０２）が、
    前記無人航空機（１０２）の位置を制御するように構成された少なくとも１つの制御装置（１０５）と、
    前記送信信号（１０６）を受信するように構成された電磁放射受信機（１１５）と、
    前記電磁放射受信機（１１５）によって受信された前記場所情報（１１４、１１６）に少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも１つの制御装置（１０５）を制御するように構成された制御システム（４０４）と
    を含み、
    前記送信信号（１０６）はさらに、前記送信信号（１０６）の送信時を示す時間的場所情報で符号化され、前記送信信号（１０６）が前記無人航空機（１０２）の前記電磁放射受信機（１１５）によって受信されたときの、前記位置基準システム（１０４）からの距離を決定する、位置決定システム（１００）。
  2. 前記無人航空機（１０２）が、第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）をさらに含み、前記位置決定システム（１００）が、前記第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）と通信するように構成された第２の見通し内通信トランシーバ（４１６）を含む地上制御ステーション（５００）をさらに含む、請求項１記載の位置決定システム（１００）。
  3. 前記制御システム（４０４）が、静止状態保持モードにおいて、前記場所情報（１１４、１１６）に基づいて前記少なくとも１つの制御装置（１０５）を制御して、前記無人航空機（１０２）を前記位置基準システム（１０４）に対して実質的に特定のポイントに維持するようにさらに構成され、前記静止状態保持モードが、前記第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）と前記第２の見通し内通信トランシーバ（４１６）との間の通信を容易にする、請求項２記載の位置決定システム（１００）。
  4. 前記第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）および前記第２の見通し内通信トランシーバ（４１６）が、レーザ光トランシーバ、赤外線トランシーバ、またはマイクロ波トランシーバのうちの少なくとも１つである、請求項２または３に記載の位置決定システム（１００）。
  5. 前記無人航空機（１０２）が、前記第１の見通し内通信トランシーバ（４１６）を使用して前記地上制御ステーション（５００）に画像情報を送信するように構成されたカメラ（４１２）をさらに含む、請求項２乃至４のいずれかに記載の位置決定システム（１００）。
  6. 前記地上制御ステーション（５００）が、前記画像情報を処理するように構成された、請求項５記載の位置決定システム（１００）。
  7. 前記制御システム（４０４）が、静止状態保持モードにおいて前記場所情報（１１４、１１６）に基づいて前記少なくとも１つの制御装置（１０５）を制御して、前記無人航空機（１０２）を前記位置基準システム（１０４）に対して実質的に特定のポイントに維持するようにさらに構成され、前記静止状態保持モードが、無線充電送信機（５０２）から前記無人航空機（１０２）の無線充電受信機（４１８）への電磁エネルギーの送信を容易にする、請求項１乃至６のいずれかに記載の位置決定システム（１００）。
  8. 前記位置基準システム（１０４）が、前記電磁放射送信機（１０９）によって放射されたビームをラスタパターンで走査するように構成され、前記ビーム上に符号化された前記場所情報（１１４、１１６）が、前記ラスタパターン内の前記ビームの現在の場所に対応する、請求項１乃至７のいずれかに記載の位置決定システム（１００）。
  9. 前記無人航空機（１０２）がカメラ（４１２）をさらに含み、前記位置基準システム（１０４）は、前記電磁放射送信機（１０９）が産業資産（１００２）に向けられた前記送信信号（１０６）を放射するように構成されるように位置決定される、請求項１乃至８のいずれかに記載の位置決定システム（１００）。
  10. 前記位置基準システム（１０４）が、前記電磁放射送信機（１０９）によって放射されたビームをラスタパターンで走査するように構成され、前記ビーム上に符号化された前記場所情報（１１４、１１６）が、前記ラスタパターン内の前記ビームの現在の場所に対応する、請求項１乃至９のいずれかに記載の位置決定システム（１００）。
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