JP2008308154A - 無人航空機の探知を低減するための飛行経路計画 - Google Patents

Abstract

【課題】無人航空機の飛行経路を計画、管理、および実行するための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】本方法およびシステムは、注目ポイントに対するＵＡＶの近さと、注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、音響シグネチャ、および赤外線シグネチャとに基づいて飛行経路を決定することによって、ＵＡＶが探知される可能性を低減するように設計される。さらに、これらの方法およびシステムは、変更された飛行経路により注目ポイントに対するＵＡＶの近さがどのように変更されるか、また注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、音響シグネチャ、および赤外線シグネチャがどのように変更されるかに基づいて、ＵＡＶオペレータが推奨飛行経路と、変更された飛行経路とを比較することを可能にする。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、探知の可能性を低減するように無人航空機の飛行経路を計画、管理、および実行することに関する。

無人航空機（ＵＡＶ）は、偵察、監視、および目標捕捉（ＲＳＴＡ）など、様々な任務のために使用される。典型的には、ＵＡＶは、始点から事前定義のルートに沿って１つまたは複数の注目ポイント（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）に飛行してから終点に到着することによって、任務を遂行する。オペレータは、グラフィカルユーザインターフェースを有する飛行プランナまたは地上管制ステーションを使用してそのオペレータが開発する任務飛行計画として、始点、注目ポイント、および終点をＵＡＶ内にロードすることができる。ＵＡＶは、発射された後で、自律的に、または様々な度合いの遠隔オペレータ誘導を用いて任務飛行計画を実行することができる。

一般に、オペレータは、自分自身の経験と直観に基づいてＵＡＶの飛行経路を計画する。従来の地上管制ステーションは、注目ポイントの位置を示す地図または写真画像の上に重ねられたＵＡＶ任務飛行計画を表示することができる。また、従来の地上管制ステーションは、地形のコンフリクトに関して飛行経路を検査し、飛行経路が燃料およびバッテリの限界、高高度限界および低高度限界、または他の性能限界を超えているかどうか判定することができる。しかし、既存の地上管制ステーションは、オペレータが、探知の可能性を最小限に抑え、したがってＵＡＶの生存可能性を最大化するために低高度ＵＡＶ任務を計画する助けとならない。

多数のＵＡＶ、特に固定翼ＵＡＶは、観測者による探知が困難な高高度で動作する。しかし、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）ＵＡＶは、しばしば地上付近で動作するように設計され、目標を観測し、正確な目標位置を決定し、かつ／または目標を指定するための安定したプラットフォームを提供するように、空中に静止したままでいることができる。ＲＳＴＡ任務を実施するとき、ＵＡＶは一般に、また特にＶＴＯＬ ＵＡＶは、悟られないままでいることを望む敵対勢力による破壊または無力化の目標になる可能性がある。

探知を低減するためのＵＡＶの飛行経路を計画および実行するための方法およびシステムが開示される。

具体的には、これらの方法およびシステムは、（１）注目ポイントを回避し、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減し、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャを低減し、かつ／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャを低減する推奨飛行経路を決定することによって、ＵＡＶ探知の確率を低減し、それにより飛行中にＵＡＶの生存可能性を増大するように設計される。また、これらの方法およびシステムは、オペレータが推奨飛行経路を変更することを可能にし、変更された飛行経路により、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャがどのように変更されるかに基づいて、推奨飛行経路と変更された飛行経路の比較をオペレータに提供する。以下の概要では、本発明を完全に理解することができるように多数の特定の詳細が述べられているが、本発明は、それらの特定の詳細なしに実施することができる。さらに、周知の回路、構造、標準、および技法は、本発明を不明瞭にしないために、詳細に述べられていない。

本発明による、ＵＡＶの飛行経路を計画する１つの例示的な方法は、（１）始点および終点を含む飛行経路要求と、地形標高データベースからの地形データと、地図、航空図、および／または航空写真からの入力とを含む複数のデータ入力に基づいて推奨飛行経路を決定するステップと、（２）複数のデータ入力に基づく推奨飛行経路の、グラフィック表現を表示するステップとを含む。

一実施形態では、複数のデータ入力は、（１）脅威データベース、（２）地図データベース、（３）音響シグネチャデータベース、（４）植物相データベース、（５）気象データベース、（６）航空写真情報データベース、および／または（７）航空図データベースなど、データベースのグループからの１つまたは複数の入力を含む。

一実施形態では、飛行経路要求は、始点および終点を含む。始点は、ＵＡＶ任務が開始することになる位置であり、終点は、ＵＡＶ任務が終了することになる位置である。また、飛行経路要求は、１つまたは複数の注目ポイントを含むことができる。注目ポイントは、位置、地理的特徴、エリア、目標、建築物、橋梁、道路、乗物、人、または人のグループを含むことができる。ＵＡＶは、その飛行経路を実行している間に、選択された注目ポイントを、カメラ、マイクロフォン、または他の同様のセンサデバイスを用いて監視することができる。また、注目ポイントは、ＵＡＶが、その飛行経路を実行している間に、レーザ、ビーコン、信号、または他の同様の目標設定機構を用いて示す、またはマークすることになる目標を含むことができる。

注目ポイントはまた、ＵＡＶに対する脅威を含むことができる。ＵＡＶに対する脅威は、任意の人、センサ、あるいはＵＡＶを視覚的に探知し、ＵＡＶを聴取可能に探知し、赤外線センサなど他のセンサデバイスを介してＵＡＶを感知し、ＵＡＶを無力化し、またはＵＡＶを破壊するように設計された他のデバイスを含めて、ＵＡＶの安全に対する任意の実際の、または疑わしい脅威を含む。ＵＡＶに対する脅威に関する情報は、脅威データベース内に含まれることが好ましい。しかし、代替の実施形態では、脅威データベース内に含まれない脅威データは、他のデータベース内に含まれても、オペレータによって手動で入力されても、任務指令センタなどソースからダウンロードされてもよい。

一実施形態では、飛行経路要求は、ＵＡＶオペレータによって入力される。代替の実施形態では、飛行経路要求は、任務指令センタからなど、直接受け取る、かつ／またはダウンロードすることができる。

本発明の一実施形態では、この方法によって決定され表示される飛行経路は、計画飛行経路、すなわち将来とられる飛行経路に対応する。代替の実施形態では、この方法によって決定され表示される飛行経路は、実時間飛行経路、すなわちその任務を帯びているＵＡＶによって実時間で実行される実際の飛行経路に対応することができる。他の実施形態では、飛行経路は、計画飛行経路および実時間飛行経路に対応することができ、オペレータが、計画飛行経路に沿ったＵＡＶの進行を監視し、実時間で計画飛行経路に調整を加える。

本発明の実施形態について、本明細書において図面を参照して述べる。

図１Ａおよび図１Ｂは、典型的なＶＴＯＬ ＵＡＶ１００用の飛行経路を決定するためのシステムの一例を示す。ＵＡＶ１００は、一般に、ＲＴＳＡ任務のために使用される。たとえば、ＵＡＶ１００は、ある飛行経路に沿って１つまたは複数の中継地点に飛行してから着陸位置に到着することによって、ＲＳＴＡ任務に着手し、それを遂行する。ＵＡＶ１００は、発射された後で、自律的に、またはＵＡＶ地上管制ステーション１０１からの様々な度合いの遠隔オペレータ誘導を用いて、その飛行経路に沿って任務飛行経路を実行することができる。

図１Ｂは、本発明の例示的な一実施形態を示す。ＵＡＶ地上管制ステーション１０１は、（１）１つまたは複数のキーボード、ジョイスティックコントローラ、タッチスクリーン、マウス／ポインタデバイス、ディスクドライブ、シリアルデータバスインターフェースおよび／またはパラレルデータバスインターフェース、ならびに／あるいは他の同様の入力デバイスを含むことができる少なくとも１つのユーザ入力デバイス１０２と、（２）グラフィックのデータを処理および生成するためのグラフィカル情報システム（ＧＩＳ）プロセッサ１０３と、（３）１つまたは複数の情報データベース１０４〜１１１と、（４）１つまたは複数のコンピュータ端末画面、ビデオ画面、または他の同様のディスプレイデバイスを含むことができる、ＵＡＶオペレータに対して情報を表示するためのディスプレイ出力１１２とを含むことができる。図１Ｂに示されている例示的な実施形態における１つまたは複数の情報データベースは、脅威データベース１０４と、地図データベース１０５と、地形標高データベース１０６と、音響シグネチャデータベース１０７と、植物相データベース１０８と、気象データベース１０９と、航空写真情報データベース１１０と、航空図データベース１１１とを含む。これらのデータベースは、別個のものとすることも、１つまたは複数の、より大きなデータベースに組み合わせることもできる。

ＧＩＳプロセッサ１０３は、飛行経路要求と、データベース１０４〜１１１からの情報とを使用し、（１）注目ポイントに到着し、または回避し、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減し、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャを低減し、かつ／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャを低減する飛行経路を決定する。

脅威データベース１０４は、任意の人、センサ、あるいはＵＡＶ１００を視覚的に、もしくは聴取可能に探知し、ＵＡＶ１００の赤外線シグネチャを感知し、ＵＡＶ１００を無力化し、またはＵＡＶ１００を破壊するように設計された他のデバイスを含む、ＵＡＶ１００の安全に対する任意の実際の、または疑わしい脅威に関する情報を含むことが好ましい。脅威データベース１０４内に含まれる情報は、衛星写真、航空写真、地上観測、より以前のＵＡＶ任務からのデータ、または他の諜報ソースなど、様々な偵察ソースから得ることができる。ＧＩＳプロセッサ１０３は、脅威データベース１０４内のデータを使用し、ＵＡＶ１００の飛行経路を決定することができ、（１）脅威を回避し、（２）脅威に対するＵＡＶ１００の視覚シグネチャを低減し、（３）脅威に対するＵＡＶ１００の音響シグネチャを低減し、かつ／または（４）脅威に対するＵＡＶ１００の赤外線シグネチャを低減する、ＵＡＶ１００用の飛行経路を決定することを含むことができる。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、脅威データベース１０４からのデータの、グラフィック表現を、ＵＡＶ１００の飛行経路に沿って、１つまたは複数のデータベース１０４〜１１１からの他の情報と共に、ディスプレイ出力１１２上で表示することができる。

地図データベース１０５は、ＵＡＶ飛行経路を囲むエリアに関する地図データを含み、地形特徴物、街路、道路、高速道路、鉄道の軌道、橋梁、空港、町、都市、河川、小川、湖、池、海岸線、建築物の位置、または地図上で表示される可能性がある任意の他のデータを含むことができる。ＧＩＳプロセッサ１０３は、飛行経路要求と、地図データベース１０５内のデータとを使用し、ＵＡＶ１００の飛行経路を決定し、これは（１）ＵＡＶに対する脅威を含む注目ポイントに到着する、または回避すること、（２）ＵＡＶ１００に対する脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の視覚シグネチャ、（３）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の音響シグネチャ、および／または（４）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の赤外線シグネチャに基づいてＵＡＶ１００用の飛行経路を決定することを含むことができる。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、地図データベース１０５からのデータを使用し、ＵＡＶ１００用の飛行経路の、グラフィック表現、および１つまたは複数のデータベース１０４〜１１１からの情報を、ディスプレイ出力１１２上で表示することができる。たとえば、ＧＩＳプロセッサ１０３は、地図データベース１０５からのデータを、ＵＡＶ１００用の飛行経路、（ＵＡＶ１００に対する脅威を含む）注目ポイント、飛行経路に沿った植物相情報、飛行経路に沿った標高情報、音響シグネチャ情報など、他の関連データを載せる背景として使用することができるであろう。

地形標高データベース１０６は、ＵＡＶ１００の飛行経路に沿ったエリア内の地形の標高に関する情報を含む。ＧＩＳプロセッサ１０３は、飛行経路要求と、地形標高データベース１０６内のデータとを使用し、（１）ＵＡＶに対する脅威を含む注目ポイント、（２）ＵＡＶ１００に対する脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の視覚シグネチャ、（３）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の音響シグネチャ、および／または（４）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の赤外線シグネチャに基づいてＵＡＶ１００用の飛行経路を決定する。たとえば、ＧＩＳプロセッサ１０３は、飛行経路に沿って地形の標高を表示するために、また、（１）ＵＡＶ１００が、高いポイントで稜線の上を飛行するのではなく、低いポイントで稜線の上を飛行すべきであること、（２）ＵＡＶ１００が脅威による探知を回避するために渓谷内で飛行すべきこと、または（３）ＵＡＶ１００が、空を背にしてシルエットが浮かび上がる位置でホバリングするのではなく、地形の前面でホバリングすべきであることを決定するために使用することができるであろう。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、地形標高データベース１０６からのデータを使用し、ＵＡＶ１００用の飛行経路の、グラフィック表現、および１つまたは複数のデータベース１０４〜１１１からの情報を、ディスプレイ出力１１２上で表示することができる。

音響シグネチャデータベース１０７は、ＵＡＶによって生成されるノイズの推定値を含む。音響シグネチャデータベース１０７内のデータは、実際の、または疑わしい脅威の位置を含む注目ポイントに対して計算することができる。音響シグネチャデータベース１０７内のデータは、注目ポイントに位置する実際の、または疑わしい聴取者に対するＵＡＶ方位角および極角の関数として、空力的ノイズおよびエンジンノイズのモデルから計算することができる。別法として、音響シグネチャデータベース１０７内のデータは、注目ポイントに対する音響シグネチャを計算することができるＵＡＶ１００に関して、一般的なエンジンおよび／または空力的ノイズの数量を含むことができる。ＧＩＳプロセッサ１０３は、飛行経路要求と、音響シグネチャデータベース１０７内のデータとを使用し、脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の音響シグネチャに基づいて、ＵＡＶ１００の経路を決定する。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、音響シグネチャデータベース１０７からのデータを使用し、ＵＡＶ１００用の飛行経路の、グラフィック表現、および１つまたは複数のデータベース１０４〜１１１からの情報を、ディスプレイ出力１１２上で表示することができる。

植物相データベース１０８は、高木限界、草の茂ったエリア、雑木林、および他の地上の群葉の存在および色など、飛行経路に沿ったエリア内の植物に関する情報を含む。植物相データベース１０８内のデータは、衛星写真、航空写真、地上観測、より以前のＵＡＶ任務からのデータ、または他の諜報ソースなど、様々な偵察ソースから得ることができる。ＧＩＳプロセッサ１０３は、飛行経路要求と、植物相データベース１０８内のデータとを使用し、ＵＡＶ１００が隠れる際に助けとするために植物相を利用することができるかどうかに基づいて、ＵＡＶ１００の経路を決定し、これは（１）ＵＡＶに対する可能な脅威を含む注目ポイントを回避するＵＡＶ１００用の飛行経路を決定すること、（２）注目ポイントに対するＵＡＶ１００の視覚シグネチャに基づいてＵＡＶ１００用の飛行経路を決定すること、および／または（３）注目ポイントに対するＵＡＶ１００の音響シグネチャに基づいてＵＡＶ１００用の飛行経路を決定することを含むことができる。たとえば、ＧＩＳプロセッサ１０３は、（１）ＵＡＶ１００に対する脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の視覚シグネチャを低減するために、ＵＡＶ１００が、高木限界に沿って飛行する、またはＵＡＶ１００の外部の塗料と同様の色を有する草もしくは雑木林を含む丘の前面でホバリングすべきことを決定する、あるいは（２）ＵＡＶ１００に対する脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の音響シグネチャを低減するために、ＵＡＶ１００が高木限界の背後を飛行すべきことを決定するために、植物相データベース１０８内に含まれるデータを使用することができるであろう。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、植物相データベース１０８からのデータを使用し、ＵＡＶ１００用の飛行経路の、グラフィック表現、および１つまたは複数のデータベース１０４〜１１１からの情報を、ディスプレイ出力１１２上で表示することができる。

気象データベース１０９は、日光の存在および方向、日光がないこと、降水または湿度の有無、温度など、飛行経路に沿ったエリア内の現在の、または予想される気象条件に関する情報を含む。ＧＩＳプロセッサ１０３は、飛行経路要求と、気象データベース１０９内のデータとを使用し、（１）ＵＡＶに対する脅威を含む注目ポイント、（２）ＵＡＶ１００に対する脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の視覚シグネチャ、（３）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の音響シグネチャ、および／または（４）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の赤外線シグネチャに基づいてＵＡＶ１００用の飛行経路を決定することなど、ＵＡＶ１００が探知を回避するために気象条件を利用することができるかどうかに基づいてＵＡＶ１００の飛行経路を決定する。たとえば、ＧＩＳプロセッサ１０３は、（１）ＵＡＶ１００が地形の影の中でホバリングすべきであることを決定し、（２）そのエリア内の雨および雲によりＵＡＶ１００の音を聞く、かつ／またはＵＡＶ１００を見るのがより困難になるはずであるため、ＵＡＶ１００が、探知されることなしに注目ポイントに、より近接して飛行することが可能であることを決定し、ならびに／あるいは（３）天候が快晴かつ寒冷であり、したがってＵＡＶ１００をより遠くから見る、かつ／またはその音を聞くことが可能になるため、ＵＡＶ１００が注目ポイントからより遠くで飛行すべきであることを決定することができるであろう。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、気象データベース１０９からのデータを使用し、ＵＡＶ１００用の飛行経路の、グラフィック表現、および１つまたは複数のデータベース１０４〜１１１からの情報を、ディスプレイ出力１１２上で表示することができる。

航空写真情報データベース１１０は、他のデータベース内に含まれるデータ、たとえば植物相、地形、道路、橋梁、建物などの位置を検証するために、またはＵＡＶが監視するための注目ポイントを識別するために、他のデータベースのデータの上に載せることができる航空写真情報を含む。ＧＩＳプロセッサ１０３は、飛行経路要求と、航空写真情報データベース１１０内のデータとを使用し、ＵＡＶ１００の飛行経路を決定し、これは（１）ＵＡＶに対する脅威を含む注目ポイント、（２）ＵＡＶ１００に対する脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の視覚シグネチャ、（３）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の音響シグネチャ、および／または（４）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の赤外線シグネチャに基づいてＵＡＶ１００用の飛行経路を決定することを含むことができる。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、航空写真情報データベース１１０からのデータを使用し、ＵＡＶ１００用の飛行経路の、グラフィック表現、および１つまたは複数のデータベース１０４〜１１１からの情報を、ディスプレイ出力１１２上で表示することができる。

航空図データベース１１１は、他のデータベースからのデータと組み合わせて使用することができる航空図情報を含む。ＧＩＳプロセッサ１０３は、航空図データベース１１１内のデータを使用し、ＵＡＶ１００の飛行経路を決定し、これは（１）ＵＡＶに対する脅威を含む注目ポイント、（２）ＵＡＶ１００に対する脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の視覚シグネチャ、（３）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の音響シグネチャ、および／または（４）脅威を含む注目ポイントに対するＵＡＶ１００の赤外線シグネチャに基づいてＵＡＶ１００用の飛行経路を決定することを含むことができる。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、航空図データベース１１１からのデータを使用し、ＵＡＶ１００用の飛行経路の、グラフィック表現、および１つまたは複数のデータベース１０４〜１１１からの情報を、ディスプレイ出力１１２上で表示することができる。

本発明の様々な実施形態は、上述の例示的な実施形態内の情報データベースすべてを必ずしも必要とすることなしに機能することになることを、当業者なら理解するであろう。同様に、本発明の実施形態はまた、図１Ｂに示されている例示的な実施形態に示されていない追加の情報データベースを利用することができる。

図２は、ＵＡＶ地上管制ステーション１０１のディスプレイ出力１１２上で表示される可能性があるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）２００の例示的な一例の図を示す。例示的なＧＵＩ２００は、ＵＡＶ飛行経路２０１の、グラフィック表現と、地図データベース１０５からの地図情報と、地形標高データベース１０６からの地形標高情報と、好ましくは脅威データベース１０４内に含まれる実際の、または疑わしい脅威の位置と、植物相データベース１０８からの、飛行経路のエリア内の植物相に関する情報とを示す。この例示的な実施形態では、オペレータ警報２０２が、好ましくは脅威データベース１０４内に含まれる情報に基づく実際の、または疑わしい脅威２０３〜２０７の位置に対して、ＵＡＶオペレータの注意を喚起する。オペレータ警報２０８は、地形標高データベース１０６内に含まれる標高情報、および脅威データベース１０４内に含まれる脅威位置情報に基づく、ＵＡＶ飛行経路２０１が脅威による探知を回避するために小川の谷に従うべきであるという飛行経路決定に対して、ＵＡＶオペレータの注意を喚起する。オペレータ警報２０９は、脅威データベース１０４、地形標高データベース１０６、音響シグネチャデータベース１０７、植物相データベース１０８、気象データベース１０９のうちのいずれか、またはすべてにおける情報に基づく、ＵＡＶ飛行経路２０１が脅威２０５と脅威２０６の間のコースに従い、脅威２０５または脅威２０６がＵＡＶを探知する機会を最小限にすべきであるという飛行経路決定に対して、ＵＡＶオペレータの注意を喚起する。オペレータ警報２１０は、脅威データベース１０４および地形標高データベース１０６内に含まれる情報に基づく、ＵＡＶ飛行経路２０１が低いポイントで稜線を横断し、ＵＡＶの視覚シグネチャを低減すべきであるという飛行経路決定に対して、オペレータの注意を喚起する。オペレータ警報２１１は、脅威データベース１０４および地形標高データベース１０６内に含まれる情報に基づく、ＵＡＶ飛行経路２０１が丘の前側に従い、ＵＡＶの視覚シグネチャを低減すべきであるという飛行経路決定に対して、オペレータの注意を喚起する。最後に、オペレータ警報２１２は、脅威データベース１０４内の情報、および植物相データベース１０８内の情報に基づく、ＵＡＶ飛行経路２０１が地形マスキングを利用し、ＵＡＶの視覚シグネチャを低減し、かつ脅威２０７による探知を回避すべきであるという飛行経路決定に対して、オペレータの注意を喚起する。

図３Ａは、ＵＡＶに対する脅威である可能性がある注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減するための、本発明の一実施形態によって決定された、例示的な得られる飛行経路を示す。望ましくない飛行経路３０１では、空を背にしてシルエットが浮かび上がるポイント３０２でＵＡＶが配置され、それにより、ＵＡＶが注目ポイント３０５によって容易に見えるようになる。より良い飛行経路３０３では、地形を背にしてシルエットが浮かび上がるポイント３０４でＵＡＶが配置され、それにより、ＵＡＶが注目ポイント３０５によって探知するのがより困難になる。より良い飛行経路３０３を決定するために、図１に戻ると、ＧＩＳプロセッサ１０３は、その飛行要件と、脅威データベース１０４、地図データベース１０５、および地形標高データベース１０６内に含まれる情報とに依拠することができるであろう。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、植物相データベース１０８から得られた、そのエリア内の地上の群葉の色およびタイプに関する情報に依拠し、同様の色の群葉の前面でＵＡＶをカムフラージュし、それにより、注目ポイント３０５に対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減する飛行経路を決定することができるであろう。

図３Ｂは、注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減するための、本発明の一実施形態によって決定された、他の例示的な、得られる飛行経路を示す。望ましくない飛行経路３０６では、ＵＡＶが、注目ポイント３０８に対して、日光に照らされた丘の前面のポイント３０７で配置され、それにより、ＵＡＶが注目ポイント３０８によって容易に見えるようになり、これによりＵＡＶが脅威にさらされるおそれがある。より良い飛行経路３０９では、ＵＡＶが、注目ポイント３０８に対して、日光に照らされた丘の影の前面のポイント３１０で配置され、それにより、注目ポイント３０８にとってＵＡＶを探知するのがより困難になる。より良い飛行経路３０９を決定するために、図１に戻ると、ＧＩＳプロセッサ１０３は、その飛行要件と、脅威データベース１０４、地図データベース１０５、地形標高データベース１０６、および気象データベース１０９内に含まれる情報とに依拠することができるであろう。

図３Ｃは、注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減するための、本発明の一実施形態によって決定された、他の例示的な、得られる飛行経路を示す。望ましくない飛行経路３１１では、ＵＡＶが、高いポイントで稜線を横断するポイント３１２で配置され、それにより、ＵＡＶが空を背にしてシルエットが浮かび上がり、ＵＡＶが注目ポイント３１３によって容易に見えるようになり、これによりＵＡＶが脅威にさらされるおそれがある。より良い飛行経路３１４では、ＵＡＶが、２つの山頂間の低いポイントで稜線を横断するポイント３１５で配置され、それにより、注目ポイント３１３にとってＵＡＶを探知するのがより困難になる。より良い飛行経路３１４を決定するために、図１に戻ると、ＧＩＳプロセッサ１０３は、その飛行要件と、脅威データベース１０４、地図データベース１０５、および地形標高データベース１０６内に含まれる情報とに依拠することができるであろう。

図４Ａおよび図４Ｂは、ＵＡＶの音響シグネチャが極角および方位角の関数としてどのように変化するかを示す。
図４Ａは、ＵＡＶに対する方位角の関数として、聴取者によって探知可能なＵＡＶ総ビークルノイズを示し、総ビークルノイズは、ＵＡＶ空力的ノイズと、ＵＡＶエンジンノイズとを含む。ＵＡＶ４００は、飛行するとき、ラジアルチャート４０１に従って、空力的ノイズおよびエンジンノイズを発する。ラジアルチャート４０１上の各同心円は、ＵＡＶに対する聴取者の方位角の関数として、聴取者によって探知可能なＵＡＶノイズのレベルをマークする。破線トレース４０２は、ＵＡＶに対する聴取者の方位角の関数として、聴取者によって探知可能なＵＡＶ空力的ノイズレベルを示す。一点鎖線トレース４０３は、ＵＡＶに対する聴取者の方位角の関数として、聴取者によって探知可能なＵＡＶエンジンノイズレベルを示す。実線トレース４０４は、ＵＡＶに対する聴取者の方位角の関数として、聴取者によって探知可能なＵＡＶ４００の総ビークルノイズを示し、総ビークルノイズは、ＵＡＶ空力的ノイズとＵＡＶエンジンノイズの和である。たとえば、図４Ａは、ＵＡＶに対する聴取者の方位角の関数としての聴取者によって探知可能なｄＢＡ単位の総ノイズが、ＵＡＶに対する聴取者の方位角に応じて、約５５ｄＢＡから６５ｄＢＡに変動することを示す。

図４Ｂは、ＵＡＶに対する極角の関数として、聴取者によって探知可能なＵＡＶ総ビークルノイズを示し、総ビークルノイズは、ＵＡＶ空力的ノイズと、ＵＡＶエンジンノイズとを含む。ＵＡＶ４００は、飛行するとき、ラジアルチャート４０１に従って、空力的ノイズおよびエンジンノイズを発する。ラジアルチャート４０１上の各同心円は、ＵＡＶに対する聴取者の極角の関数として、聴取者によって探知可能な、調整デシベル（ｄＢＡ）単位のＵＡＶノイズのレベルをマークする。破線トレース４０５は、ＵＡＶに対する聴取者の極角の関数として、聴取者によって探知可能なｄＢＡ単位のＵＡＶ空力的ノイズを示す。一点鎖線トレース４０６は、ＵＡＶに対する聴取者の極角の関数として、聴取者によって探知可能なｄＢＡ単位のＵＡＶエンジンノイズを示す。実線トレース４０７は、ＵＡＶに対する聴取者の極角の関数として、聴取者によって探知可能なＵＡＶ４００の総ビークルノイズを示し、総ビークルノイズは、ＵＡＶ空力的ノイズとＵＡＶエンジンノイズの和である。たとえば、図４Ｂは、ＵＡＶに対する聴取者の極角の関数としての聴取者によって探知可能なｄＢＡ単位の総ノイズが、ＵＡＶに対する聴取者の極角に応じて、約５５ｄＢＡから６５ｄＢＡに変動することを示す。

図４Ｃは、注目ポイントに対するＵＡＶ４００の音響シグネチャを低減するための、本発明の例示的な一実施形態によって決定された飛行経路を示す。ボックス４０８で示されている望ましくない飛行経路では、ＵＡＶ４００が、第１の高さ４１０と、注目ポイント４１２に対して６０°の方位角４１１とを有するポイント４０９で配置され、それにより、図４Ａに示されているラジアルチャートによる、ＵＡＶに対する聴取者の方位角の関数としての聴取者によって探知可能な総ＵＡＶノイズに基づいて、注目ポイント４１２でＵＡＶ４００から約５８ｄＢＡのノイズが聞こえる。軍事的状況では、注目ポイント４１２は、軍事基地、見張り、偵察など、ＵＡＶに対する脅威を表す可能性がある。民間人の状況では、注目ポイント４１２は、ＵＡＶオペレータが学校、病院、または事務所建築物内の聴取者に聞こえるノイズを最小限に抑えたいと望む病院、学校、または事務所建築物を表す可能性がある。ボックス４１３で示されているより良い飛行経路では、ＵＡＶ４００が、第２の高さ４１５を有するポイント４１４で、注目ポイント４１２に対して１５°の方位角４１６で配置され、それにより、図４Ａに示されているラジアルチャートに基づいて、注目ポイント４１２でＵＡＶ４００から約５５ｄＢＡのノイズが聞こえる。ボックス４１３で示されているより良い飛行経路では、ボックス４０８で示されている望ましくない飛行経路に比べて、注目ポイント４１２に対してＵＡＶ４００の音響シグネチャが３ｄＢ低減される。また、ボックス４１３におけるより良い飛行経路は、図４Ｂに示されているラジアルチャートによる、ＵＡＶに対する聴取者の極角の関数としての聴取者によって探知可能な総ＵＡＶノイズに基づいて、変更４１７、すなわちＵＡＶ４００の回転によって引き起こされる、注目ポイント４１２に対するＵＡＶ４００の異なる極位置にあることができる。ボックス４１３のより良い飛行経路を決定するために、図１に戻ると、ＧＩＳプロセッサ１０３は、その飛行要件と、脅威データベース１０４および音響シグネチャデータベース１０７内に含まれる情報とに依拠することができるであろう。

図５は、ＵＡＶに対する脅威に対応する可能性がある注目ポイント５０２に対するＵＡＶ５００の赤外線シグネチャを低減するための、本発明の例示的な一実施形態によって決定された飛行経路を示す。ボックス５０３で示されている望ましくない飛行経路では、ＵＡＶ５００の排気ポート５０１が注目ポイント５０２に面する方向で配置される。軍事的状況では、注目ポイント５０２は、ＵＡＶ５００の排気ポート５０１から発せられる熱など赤外線エネルギーを検出することが可能な暗視機器または同様のセンサ機器を備える可能性がある。ボックス５０４で示されているより良い飛行経路では、ＵＡＶ５００を回転することによってＵＡＶ５００の排気ポート５０１が注目ポイント５０２から逸れる方向で配置され、その結果、ＵＡＶ５００の本体は、排気ポート５０１が注目ポイント５０２によって観測可能となるのを防止する。ボックス５０４におけるより良い飛行経路を決定するために、図１に戻ると、ＧＩＳプロセッサ１０３は、その飛行要件と、脅威データベース１０４内に含まれる情報とに依拠することができるであろう。また、ＧＩＳプロセッサ１０３は、気象データベース１０９から得られる現在の気象条件に関する情報に依拠することができるであろう。

図６は、（１）始点および終点を含む飛行経路要求と、地形標高データベースからの地形データと、地図、航空図、および航空写真からなる入力のセットから選択された少なくとも１つの入力とを含む複数のデータ入力に基づいて推奨飛行経路を決定するステップ６０１と、（２）複数のデータ入力に基づく推奨飛行経路の、グラフィック表現を表示するステップ６０２とを含む、ＵＡＶの飛行経路を決定するための例示的な方法６００を示す流れ図である。

好ましい実施形態では、ステップ６０１の飛行経路要求は、始点、終点、および少なくとも１つの注目ポイントを含む。一実施形態では、ステップ６０１の飛行経路要求は、ＵＡＶオペレータによって入力されてもよい。代替の実施形態では、ステップ６０１の飛行経路要求は、ＵＡＶオペレータからの助けと共に、またはその助けなしに、任務指令センタからなどソースから直接受け取る、かつ／またはダウンロードすることができる。

一実施形態では、少なくとも１つの注目ポイントは、ＵＡＶが飛行中に到着すべき、または飛行中に回避すべき場所とすることができる。少なくとも１つの注目ポイントは、任意の人、センサ、あるいはＵＡＶを視覚的に、もしくは聴取可能に探知し、ＵＡＶの赤外線シグネチャを感知し、ＵＡＶを無力化し、またはＵＡＶを破壊するように設計された他のデバイスを含む、ＵＡＶの安全に対する任意の実際の、または疑わしい脅威に対応する可能性がある１つまたは複数の脅威を含むことができる。他の実施形態では、脅威に対応する注目ポイントは、脅威データベース内に含まれる。

一実施形態では、ステップ６０１の複数のデータ入力は、（１）脅威データベース、（２）地図データベース、（３）音響シグネチャデータベース、（４）植物相データベース、（５）気象データベース、（６）航空写真情報データベース、および（７）航空図データベースなど、１つまたは複数の追加のデータベースをさらに含むことができる。

好ましい実施形態では、ステップ６０１は、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さに基づいて飛行経路を決定するステップ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップとをさらに含む。代替の実施形態では、ステップ６０１は、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さに基づいて飛行経路を決定するステップ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップの任意のサブセットを含む。

一実施形態では、方法６００によって決定され表示される飛行経路は、計画飛行経路、すなわち将来とられる飛行経路に対応する。代替の実施形態では、方法６００によって決定され表示される飛行経路は、実時間飛行経路、すなわちその任務を帯びているＵＡＶによって実時間で実行される実際の飛行経路に対応する。他の実施形態では、方法６００によって決定され表示される飛行経路は、計画飛行経路および実時間飛行経路に対応することができ、オペレータが、計画飛行経路に沿ったＵＡＶの進行を監視し、実時間で計画飛行経路に調整を加える。

図７は、（１）少なくとも１つのオペレータ入力に応答して、変更された飛行経路を表示するステップ７０１と、（２）変更された飛行経路により、ＵＡＶが探知される可能性が変更される程度に基づいて、変更された飛行経路を推奨飛行経路に比較するステップ７０２と、（３）比較の結果を示すステップ７０３とを含む、ＵＡＶの飛行経路を決定するための例示的な方法７００を示す流れ図である。

一実施形態では、比較の結果を示すステップ７０３は、変更された飛行経路に関するスコアを提供するステップを含むことができる。代替の一実施形態では、スコアは、飛行経路変更が加えられたとき更新されてもよい。他の代替の実施形態では、変更された飛行経路のスコアは、変更された飛行経路が推奨飛行経路にどのように匹敵するか示すために、推奨飛行経路に対して正規化することができる。

方法７００の好ましい実施形態では、ＵＡＶが探知される可能性は、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャに関する。代替の実施形態では、ＵＡＶが探知される可能性は、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャの任意のサブセットに関する。

図８は、本発明の例示的な実施形態を示しており、（１）始点、終点、および少なくとも１つの注目ポイントを含む飛行経路要求を受け取るステップ８０１と、（２）地図データベースおよび地形標高データベースから地形データ入力を受け取るステップ８０２と、（３）飛行経路要求と、地形データ入力とに基づいてＵＡＶの推奨飛行経路を決定するステップ８０３であって、飛行経路の決定が、注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性を低減するステップを含むステップと、（４）推奨飛行経路の、グラフィック表現を表示するステップ８０４と、（５）１つまたは複数の注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性に関して推奨飛行経路にスコアを付けるステップ８０５と、（６）推奨飛行経路のスコアを表示するステップ８０６と、（７）オペレータからの少なくとも１つの入力に応答して、変更された飛行経路の、グラフィック表現を表示するステップ８０７と、（８）変更された飛行経路により１つまたは複数の注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性が変更される程度に従って、推奨飛行経路に比べて、変更された飛行経路にスコアを付けるステップ８０８と、（９）スコアを表示するステップ８０９とを含む方法８００を示す。

一実施形態では、ステップ８０３に示されている、注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性を低減するステップは、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さに基づいて飛行経路を決定するステップ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップをさらに含む。代替の実施形態では、ステップ８０３に示されている、注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性を低減するステップは、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さに基づいて飛行経路を決定するステップ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャに基づいて飛行経路を決定するステップの任意のサブセットをさらに含む。

好ましい実施形態では、ステップ８０５に示されている、１つまたは複数の注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性にスコアを付けるステップは、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャに関する。代替の実施形態では、ステップ８０５に示されている、１つまたは複数の注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性にスコアを付けるステップは、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャの任意のサブセットに関する。

好ましい実施形態では、ステップ８０８に示されている、変更された飛行経路により１つまたは複数の注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性が変更される程度は、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャに関する。代替の実施形態では、ステップ８０８に示されている、変更された飛行経路により注目ポイントに対するＵＡＶの探知可能性が変更される程度は、（１）注目ポイントに対するＵＡＶの近さ、（２）注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャ、（３）注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャ、および／または（４）注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャの任意のサブセットに関する。

ＶＴＯＬ ＵＡＶとそのＵＡＶを制御するために使用されるＵＡＶ地上管制ステーションの図である。 グラフィカル情報システムプロセッサと、グラフィカル情報システムプロセッサに情報を提供する複数の情報データベースとを示す、本発明の一実施形態の図である。 位置注目ポイントを示す地図上の、あるＵＡＶに関する飛行経路と、そのＵＡＶが、その注目ポイントに位置する人またはセンサによって探知される可能性を最小限に抑えるための飛行経路措置とを示す、本発明の一実施形態の図である。 注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減するための、本発明の一実施形態によって決定された、得られるＵＡＶ飛行経路の図である。 注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減するための、本発明の一実施形態によって決定された、得られるＵＡＶ飛行経路の図である。 注目ポイントに対するＵＡＶの視覚シグネチャを低減するための、本発明の一実施形態によって決定された、得られるＵＡＶ飛行経路を示す図である。 ＵＡＶの音響シグネチャが極角および方位角の関数としてどのように変化するかを示す図である。 ＵＡＶの音響シグネチャが極角および方位角の関数としてどのように変化するかを示す図である。 注目ポイントに対するＵＡＶの音響シグネチャを低減するための、本発明の一実施形態によって決定された、例示的な得られるＵＡＶ飛行経路を示す図である。 注目ポイントに対するＵＡＶの赤外線シグネチャを低減するための、本発明の一実施形態によって決定された、例示的な得られるＵＡＶ飛行経路を示す図である。 ＵＡＶの飛行経路を決定するために実施される一連のステップを示す、本発明の例示的な一実施形態の図である。 変更された飛行経路を推奨飛行経路に比較し、比較の結果を示すために実施される一連のステップを示す、本発明の他の例示的な実施形態の図である。 ＵＡＶの飛行経路を決定し、推奨飛行経路を表示し、推奨飛行経路の探知可能性にスコアを付け、スコアを表示し、変更された飛行経路を表示し、推奨飛行経路に比べて、変更された飛行経路にスコアを付け、変更された飛行経路のスコアを表示するために実施される一連のステップを示す、本発明の他の例示的な一実施形態の図である。

符号の説明

１００、４００、５００ ＵＡＶ
１０１ ＵＡＶ地上管制ステーション
１０２ ユーザ入力デバイス
１０３ グラフィカル情報システム（ＧＩＳ）プロセッサ
１０４ 脅威データベース
１０５ 地図データベース
１０６ 地形標高データベース
１０７ 音響シグネチャデータベース
１０８ 植物相データベース
１０９ 気象データベース
１１０ 航空写真情報データベース
１１１ 航空図データベース
１１２ ディスプレイ出力
２００ グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）
２０１ ＵＡＶ飛行経路
２０２、２０８、２０９、２１０、２１１ オペレータ警報
２０３〜２０７ 脅威
３０１、３０６、３１１、４０８、５０３ 望ましくない飛行経路
３０３、３０９、３１４、４１３、５０４ より良い飛行経路
３０５、３０８、３１３、４１２、５０２ 注目ポイント
４０１ ラジアルチャート
４１１、４１６ 方位角
４１０、４１５ 第１の高さ
５０１ 排気ポート

Claims (3)

1. 始点および終点を含む飛行経路要求と、
   地形標高データベースからの地形データと、
   地図、航空図、および航空写真からなる入力のセットから選択された少なくとも１つの入力と
   を含む複数のデータ入力に基づいて推奨飛行経路を決定するステップと、
   前記複数のデータ入力に基づく前記推奨飛行経路の、グラフィック表現を表示するステップと、
   を組合せて含む無人航空機の飛行経路を計画する方法方法。
2. 始点、終点、および少なくとも１つの注目ポイントを含む飛行経路要求と、
   地形標高データベースからの地形データと、
   地図、航空図、および航空写真からなる入力のセットから選択された少なくとも１つの入力と
   を含む複数のデータ入力に基づいて推奨飛行経路を決定するための手段と、
   前記複数のデータ入力に基づく前記推奨飛行経路の、グラフィック表現をディスプレイに出力するための手段と
   を組合せて備える無人航空機の飛行経路を計画するためのシステム。
3. 始点、終点、および少なくとも１つの注目ポイントを含む飛行経路要求を受け取るステップと、
   地図データベースおよび地形標高データベースから地形データ入力を受け取るステップと、
   前記飛行経路要求と、前記地形データ入力とに基づいて前記無人航空機の推奨飛行経路を決定するステップと、前記飛行経路の決定は、注目ポイントに対する前記無人航空機の探知可能性を低減するステップを含み、
   前記推奨飛行経路のグラフィック表現を表示するステップと、
   オペレータからの少なくとも１つの入力に応答して、変更された飛行経路のグラフィック表現を表示するステップと、
   前記変更された飛行経路により注目ポイントに対する前記無人航空機の探知可能性が変更される範囲に従って、前記推奨飛行経路に比べて、前記変更された飛行経路にスコアを付けるステップと、
   前記スコアを表示するステップと、
   を含む無人航空機の飛行経路を計画する方法

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