JP2008150028A - クラッタのある地域における無人センサの配置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッタのある地域に無人地上センサを配置する改善された方法を提供する。
【解決手段】無人地上センサ（ＵＧＳ）は、垂直離着陸機（ＶＴＯＬ）を使用することにより、クラッタのある環境内に正確に配置される。ＶＴＯＬは投下地点まで移動し、その投下地点の上空に停止するか、あるいは投下地点に着陸する。ＶＴＯＬは、ＵＧＳを配備し、ＵＧＳにその位置を提供する。加えて、ＶＴＯＬは、配備の前後に投下地点を監視して、投下地点の状況およびＵＧＳの機能を検証することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に無人地上センサに関し、より詳細には、クラッタのある地域におけるこれらのセンサの配置に関する。

無人地上センサ（ＵＧＳ）は、軍事監視、軍隊移動検出、および目標識別のために使用されることが多い無人監視ステーションである。このＵＧＳは、磁気センサ、地震センサ、音響センサ、光センサ、化学センサなどのような、１または複数のセンサを含むことができる。ＵＳＧは、センサ・データを、様々な野外作戦における分析および使用のために現地司令部隊へ送信することができる。典型的には、このセンサ・データは、地上無線リンクや衛星無線リンクを介して送信される。

ＵＳＧは、典型的には手作業による配置により、または空中からの投下により、野外に配備される。ＵＧＳからのデータを使用する作戦の全部ではないが多くにとって、ＵＧＳの正確な位置を知ることが重要である。従って、ＵＳＧが手作業により配備される場合には、そのＵＧＳの配置は、測量技術を使用して、あるいは手持ち型の全地球測位衛星（ＧＰＳ）ユニットを用いて、正確に測定することができる。ＵＧＳが空中投下により配備される場合には、ＵＧＳは、典型的には、その位置を測定するための追加のナビゲーション装置および／または測位装置を有する。

ＵＧＳの手作業配備が可能ではない状況が多くある。例えば、その地帯が、山岳地域などのように、徒歩で到達するにはあまりに困難なことがある。別の例として、監視されるべき地域が敵対的な地域であり、要員がＵＧＳを配備するのは危険なことがある。こうした状況では、ＵＧＳを空中から配備すること（空中配備）が好ましい。

空中配備用に設計されたＵＧＳは、空中投下の完了後にＵＧＳの正確な位置を測定するように設計されたＧＰＳユニットなどの位置測定装置を含むことができる。しかし、この位置測定装置は、ＵＧＳのコストおよびサイズを増大させることがある。このようにコストおよび／またはサイズが増大すると、作戦によっては、ＵＧＳを使用できるかどうかに影響が及ぶことがある。更に、位置測定装置は、クラッタのある環境では正しく動作しないこともある。

加えて、クラッタのある環境では、航空機は、意図したＵＧＳの投下地点にうまく到達することが困難なこともある。例えば、航空機がＵＧＳを投下した後、落下するＵＧＳを樹木や建物が阻止すること及び／又は向きをそらせることがあり得る。その結果、ＵＧＳが地面に届かなかったり、意図しなかった位置に着地することになり得る。ＵＧＳがうまく配備されなかった場合、ＵＧＳは、感知するように適正に機能できず、また、センサ・データを司令部へ送り返すことができない。

従って、クラッタのある地域にＵＧＳを配置する改善された方法を提供することが有益である。

クラッタのある地域における無人センサの配置の方法を説明する。この方法は、位置測定装置を有する無人航空機を投下地点まで移動させること、その位置測定装置を用いて無人航空機の位置を測定すること、無人航空機からデバイスを投下または配置すること、およびそのデバイスへ無人航空機の位置を提供することを含む。この無人航空機は、垂直離着陸機とすることができ、位置測定装置は、全地球測位衛星ユニットとすることができ、デバイスは、無人り地上センサや、計算デバイスや、通信デバイスとすることができる。投下地点はクラッタのある地域であり得る。

デバイスへ無人航空機の位置を提供することは、無線通信リンクを介してデバイスへその位置を伝達することを含むことができる。無人航空機からデバイスを投下することは、投下地点の上でホバリングすることを含むことができる。デバイスを配置することは、着陸した無人航空機からそのデバイスを引き離すことを含むことができる。

この方法はまた、デバイスを投下または配置する前に、その投下地点を評価することを含むこともできる。投下地点を評価することは、無人航空機が投下地点の画像を取得し、その画像を評価できる遠隔地へ画像を送信することを含むことができる。

この方法はまた、デバイスを投下または配置した後に、デバイスを評価することを含むこともできる。デバイスを評価することは、デバイスが地面に適正に配置されたことを検証することを含むことができる。デバイスを評価することはまた、デバイスの機能を検証することを含むこともできる。

この方法はまた、デバイスが無人航空機へデータを送ることを含むこともできる。この方法はまた、無人航空機がデバイスを再プログラミングすることを含むこともできる。

これらならびに他の態様および利点は、添付の図面を適宜参照しながら以下の詳細な説明を読めば、当業者には明らかになるであろう。更に、この概要は例にすぎず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。

現在好ましい実施形態を、以下に、添付の図面と併せて説明する。様々な図面において、同じ参照数字は同じ要素を指す。

図１は、クラッタのある地域１００でのＵＧＳ１０４の空中投下を図で示したものである。この例では、クラッタのある地域１００は、森林などのような樹木の茂った地域であり、樹木がＵＧＳ１０４の空中投下を妨げることがある。なお、本発明は、特定の種類のクラッタのある環境に対するものとして限定されるものではないことを、理解されたい。例えば、環境は、建物、岩石、あるいは他の任意の障害物や、障害物の組合せによって、クラッタが発生される環境であり得る。

ＵＧＳ１０４は、１または複数の条件を検知するように設計された１または複数のセンサを有することができる。例えば、ＵＧＳ１０４は、磁気センサ、地震センサ、音響センサ、光センサ、および／または化学センサを有することができる。ＵＧＳ１０４に含まれるセンサ（１または複数）の種類は、ＵＧＳ１０４が配備される任務の種類により決められ得る。ＵＧＳ１０４はまた、センサ・データを司令部や他の適切な場所へ送信するための無線機およびアンテナを有することもできる。ＵＧＳ１０４はまた、電源などのような他のデバイスも同様に有することができる。

ＵＧＳ１０４は、空中配備に適した多様な形状、構成、幾何学的配置、および特質を有するように形成することができる。例えば、ＵＧＳ１０４は、配備中および配備後にセンサを保護するハウジングを有することができる。加えて、ＵＧＳ１０４は、地面に突き刺さるように設計された貫入先端部材を有することもできる。ＵＧＳ１０４は、ハウジングが地中へ過度に突き刺さらないようにする停止板や、安定化のための空中フィンなどのような、他の部品を含むこともできる。しかし、本発明がいかなる特定の種類のＵＧＳにも限定されないことを理解されたい。

ＵＧＳ１０４は、垂直離着陸機（ＶＴＯＬ）１０２から空中投下されるか、あるいはＶＴＯＬ１０２により配置される。ＶＴＯＬ１０２はまた、別のデバイスと相対してのその位置を知る必要がある処理ユニットまたは他の計算デバイスなどのような、他のデバイスを配備することもできる。例えば、デバイスは、ゲートウェイ・デバイスとすることができ、これは、幾つかのセンサから情報を受け取り、そのセンサ・データを相関させ、相関させたデータを司令部へ送る。別の例としては、デバイスは通信中継デバイスとすることができる。

ＶＴＯＬ１０２は無人航空機とすることができる。無人航空機は、遠隔操縦または自動操縦される航空機であり、カメラ、センサ、通信機器、および／または他の搭載物を搬送することができる。好ましくは、ＶＴＯＬ１０２はダクテッド・ファン（ducted fan）・プラットフォームを有する。例えば、ＶＴＯＬ１０２は、超小型航空機（ＭＡＶ）や有機体航空機（ＯＡＶ）とすることができる。なお、本発明は、特定の種類のＶＴＯＬに対してのものとして限定されないことを、理解されたい。

ＶＴＯＬ１０２は、樹木、建物、および他の障害物の間を移動する能力を有する。加えて、ＶＴＯＬ１０２は空中で停止（ホバリング）する能力も有する。従って、ＶＴＯＬ１０２は、所望の投下地点（図１に示した「Ｘ」）へ移動し、その投下地点の上方の所望の高度まで降下し、次いで、投下地点の上空で停止しながらＵＧＳ１０４を投下することができる。ＶＴＯＬ１０２はまた、離着陸する能力も有し、それにより、ＶＴＯＬ１０２は、投下地点に着陸して、そこでＵＧＳ１０４を切り離すことにより、ＵＧＳ１０４を配備することができる。その結果、手作業での配置や従来の空中からの配備が不可能である場所に、ＵＧＳ１０４や他のデバイスを配備することができる。

加えて、ＶＴＯＬ１０２は下方画像機能を有することができる。例えば、ＶＴＯＬ１０２は、可視光および／または赤外線ビデオ・カメラを有することができる。その結果として、ＶＴＯＬ１０２は、ＵＧＳ１０４を投下する前に、所望の投下場所の画像を取得することができる。その画像は、作戦を遠隔監視している司令部へ送信することができる。画像はまた、携帯型ラップトップ・コンピュータ、手持ち型端末ユニット、兵士着用可能型コンピュータ、車両搭載型コンピュータなどにより、現地で遠隔監視することもできる。

送信された画像に基づき、作戦司令官または他の適切な要員が、空中投下を計画通りに続行するか、それとも計画を変更するかを認可することができる。計画された投下地点に問題がある場合、司令官は、作戦全体を中止するか、あるいは、新たな投下地点を見つけるために、クラッタのある地域１００でＶＴＯＬ１０２を移動させることができる。例えば、計画された投下地点に、配置の妨げになる岩があることもある。岩の上に投下された場合、ＵＧＳ１０４は岩に当たって跳ね返ったり、破損したり、また、そうならなくても適切に配備されないことがある。ＶＴＯＬ１０２に対して、岩から離れるように移動することを指示することにより、ＵＧＳ１０４を適切に配備することができる。

ＵＧＳ１０４が地面に配備されて配置された後、ＶＴＯＬ１０２は、ＵＧＳ１０４がその位置を「知る」ように、ＶＴＯＬ１０２の位置をＵＧＳ１０４へ伝達することができる。このＶＴＯＬの位置は、搭載されたＧＰＳシステム、航行システム、高度計、および／または他の航空機搭載電子システムを使用して、配備時またはそれに近い時間に測定することができる。ＶＴＯＬ１０２は、意図した投下地点まで移動し、配備のときに投下地点の上空で停止したり、投下地点に着陸することができるので、ＶＴＯＬの位置は、ＵＧＳ１０４の位置を正確に表すものになる。

ＶＴＯＬ１０２とＵＧＳ１０４とは、第１の通信リンクを介して通信することができる。ＵＧＳ１０４と司令部とは、第２の通信リンクを介して通信することができ、第２の通信リンクは第１の通信リンクと同じでもよく、あるいは異なっていてもよい。第１および第２の通信リンクは、知られているまたは将来開発される商用および／または軍用の無線通信リンクでよい。例えば、通信リンクは、超広帯域通信リンクや、８０２．１１通信リンクや、Ｌｉｎｋ １６データ・リンクとすることができる。Ｌｉｎｋ １６データ・リンクは、北大西洋条約機構（ＮＡＴＯ）の軍用コンピュータ間データ交換フォーマットである。

ＶＴＯＬ１０２の下方画像機能はまた、配備の後に使用して、ＵＧＳ１０４が地面に適正に固定されたかどうかを判定することもできる。例えば、以前に配備されたＵＧＳ１０６の上空で停止するＶＴＯＬ１０２は、ＵＧＳ１０６が適切に地面に配置されていることを確認するための画像を、司令部へ送ることができる。

ＶＴＯＬ１０２はまた、ＵＧＳ１０４の機能を、その配備後に判断するために使用することもできる。ＶＴＯＬ１０２は周辺領域を移動して、ＵＧＳ１０４のデータ収集および／または送信の機能を妨げる得る障害物があるかどうかを判断することができる。例えば、ＵＧＳ１０４にビデオ・カメラがあり、このＵＧＳ１０４が岩の近くに配備されている場合、ビデオ・カメラは、岩の方向に関しては有用な画像を取得できないことがある。別の例として、ＵＧＳ１０４に音響センサがあり、このＵＧＳ１０４が壁の近くに配備されている場合、音響センサは、壁の向こう側から出ている音を感知できないことがある。これらの障害物はまた、ＵＧＳ１０４のデータを司令部へ送る機能に影響を及ぼすこともある。

センサの環境を理解することにより、作戦司令官は、よりよく準備して決定を下すことができる。例えば、クラッタのある地域１００内のＵＧＳ１０４の位置に基づき、司令官はセンサの機能のマップを作成することができる。このマッピングには、クラッタのある地域１００内の全ての無人センサを含めるようにして、カバレージ・エリアを示すことができる。その後このマップを、現在配備されているセンサの有効範囲に含まれない領域を識別するために使用することができ、また、無人センサの追加配備を計画するために使用することができる。

ＶＴＯＬ１０２とＵＧＳ１０４との間の通信を、配備の時点に関して説明したが、ＶＴＯＬ１０２とＵＧＳ１０４との間の通信は、配備後にも行うことができる。例えば、センサ・データを司令部へ送信することに加えて、ＵＧＳ１０４はまた、ある期間にわたりデータを記憶することもできる。配備してから或る時間の経過後、ＵＧＳ１０４は、記憶したデータをＶＴＯＬ１０２へ送ることができる。別の例として、ＶＴＯＬ１０２は、新たな任務のためにＵＧＳ１０４を再プログラミングすることができる。その結果として、その後の配備をしなくて済み、時間と費用を節約できることになる。

図２は、ＵＧＳ１０４の空中配備の方法の流れ図２００である。ブロック２０２で、ＶＴＯＬ１０２は、クラッタのある地域１００を移動する。ＶＴＯＬ１０２は、その搭載物としてＵＧＳ１０４を有する。ＶＴＯＬ１０２は計画された投下地点まで移動し、ブロック２０４で、投下高度まで降下する。この投下高度は、センサ配備に最適であり、且つＶＴＯＬ１０２がそのＧＰＳリンクを保持することが可能な地上高である。

ブロック２０６で、ＶＴＯＬ１０２は、計画された投下地点の画像を司令部へ送信することができる。加えて又は別法として、ＶＴＯＬ１０２は、投下高度まで降下する前に投下地点の画像を送信することができる。作戦司令官はその画像を見て、その投下地点がＵＧＳ１０４を配置するのに許容可能かどうかを判断することができる。投下地点が許容可能である場合、ブロック２１０で、ＵＧＳ１０４がＶＴＯＬ１０２から投下される。あるいは、ＶＴＯＬ１０２は、投下地点に着陸してＵＧＳ１０４を切り離す。そうでない場合、作戦司令官はＶＴＯＬ１０２に対して、別の投下地点を見つけるためにクラッタのある地域１００内を引き続き移動するように、あるいは空中投下を中止するように、指示することができる。

ブロック２１２で、ＵＧＳ１０４の投下状態が検証される。ＵＧＳ１０４が適正に配備されたことの検証に加えて、ＵＧＳ１０４の機能状態を判定することもできる。ＵＧＳ１０４の投下状態を検証するために、ＶＴＯＬ１０２は、配備されたＵＧＳ１０４および周辺領域の画像を司令部へ送信することができる。加えて、ＶＴＯＬ１０２は、ＵＧＳ１０４との通信リンクを確立することにより、配備後にセンサ機能を確認し、また、ＵＧＳ１０４へそのＧＰＳ位置を提供することができる。

ＶＴＯＬ１０２を使用してクラッタのある地域１００にＵＧＳ１０４を配置することにより、手作業での配置や従来の空中投下の技術では配置が困難な場所に、ＵＧＳ１０４を正確に配置することができる。更に、ＵＧＳ１０４は、正確な位置情報をＶＴＯＬ１０２から受け取ることができるので、クラッタのある環境１００では動作しないこともある位置測定機器をＵＧＳ１０４に備える必要がなくなる。その結果として、正確に配置されたＵＧＳ１０４は、センサ・データを取得して、それを評価のために遠隔の場所へ送信することができるようになる。

司令部および作戦司令官という用語を説明全体にわたって使用したが、ＵＧＳ１０４を軍事作戦以外の用途にも使用できることを理解されたい。例えば、ＵＧＳ１０４は、野生生物、地震活動、侵入者などを監視するために使用することもできる。別の例として、ＵＧＳ１０４は、文民警察により使用されてもよい。従って、これらの用語は、ＵＧＳ１０４を監視するのに適切な任意の場所および要員についても適用される。

説明した実施形態は例にすぎず、また本発明の範囲を限定するものと見なされるべきでないことを理解されたい。例えば、本発明は、クラッタのない地域で使用することもできる。加えて、上述のように、本発明は、計算デバイスや通信デバイスなどのような、ＵＧＳ以外のデバイスを配置するために使用することもできる。

特許請求の範囲は、記載された順番や要素に限定される旨を述べられていない限り、記載された順番や要素に限定して読まれるべきではない。従って、特許請求の範囲および精神に入る全ての実施形態ならびにその等価物を、本発明として主張する。

図１は、一実施例によるクラッタのある地域でのＵＧＳの空中投下を表したものである。 図２は、一実施例によるＵＧＳの空中からの配備の方法の流れ図である。

Claims (21)

1. デバイスを配置する方法であって、
   位置測定装置を有する無人航空機を、投下地点へ移動させるステップと、
   前記位置測定装置を用いて、前記無人航空機の位置を測定するステップと、
   前記無人航空機からデバイスを配備するステップと、
   前記デバイスへ、前記無人航空機の位置を提供するステップと
   を組み合わせて備える方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記無人航空機が垂直離着陸機である、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記位置測定装置が全地球測位衛星ユニットを含む、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記デバイスが、無人地上センサ、計算デバイス、および通信デバイスのうちの１つである、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記投下地点がクラッタのある地域内にある、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記デバイスを配備する前記ステップが、前記無人航空機が前記投下地点の上空にホバリングしている間に前記無人航空機から前記デバイスを投下するステップを含む、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記デバイスを配備する前記ステップが、前記無人航空機が着陸した後に前記無人航空機から前記デバイスを分離するステップを含む、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記デバイスへ前記無人航空機の位置を提供する前記ステップが、無線通信リンクを介して前記デバイスへ前記位置を伝達するステップを含む、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、前記デバイスを配備する前に前記投下地点を評価するステップを更に含む、方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、前記投下地点を評価する前記ステップが、前記無人航空機が前記投下地点の画像を取得して、前記画像を、前記画像を評価できる遠隔地へ送信するステップを含む、方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、前記デバイスを配備した後に前記デバイスを評価するステップを更に含む、方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、前記デバイスを評価する前記ステップが、前記デバイスが地面に適切に配置されたことを検証するステップを含む、方法。
13. 請求項１１に記載の方法であって、前記デバイスを評価する前記ステップが、前記デバイスの機能を検証するステップを含む、方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、前記デバイスがデータを前記無人航空機へ送信するステップを更に含む、方法。
15. 請求項１に記載の方法であって、前記無人航空機が前記デバイスを再プログラミングするステップを更に含む、方法。
16. デバイスを配置する方法であって、
    クラッタのある環境内で投下地点上方の投下高度へ移動するステップと、
    地域の状況を確認するステップと、
    前記地域の状況が適切である場合にデバイスを配備するステップと、
    前記クラッタのある環境における前記デバイスの位置を示す位置情報を前記デバイスに提供するステップと
    を組み合わせて備える方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、前記デバイスを配備した後に前記デバイスの動作機能を検証するステップを更に含む、方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、無人航空機が前記クラッタのある環境内を移動する、方法。
19. 請求項１６に記載の方法であって、地域の状況を確認する前記ステップが、前記地域の状況の画像を取得するステップと、前記画像を、前記画像を評価できる遠隔地へ送信するステップとを含む、方法。
20. 請求項１６に記載の方法であって、前記デバイスが、無人地上センサ、計算デバイス、および通信デバイスのうちの１つである、方法。
21. 請求項１６に記載の方法であって、位置情報を前記デバイスに提供する前記ステップが、前記デバイスを投下する航空機の位置を前記デバイスに提供するステップを含む、方法。