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図面 (17)

課題

無人ビークル(UV)を制御するためのシステムオンモジュール(SOM)が提供される。

解決手段

SOMは、回路基板(120、200)と、回路基板と動作可能に通信する第1の処理システム(230)と、回路基板と動作可能に通信する第2の処理システム(232)とを備える。第1の処理システム(230)は、1以上の第1の処理装置(302)と、揮発性プログラマブル論理アレイ(305)とを含む。第1の処理システム(230)は、UVの第1のプロセスを実施するように構成される。第2の処理システム(232)は、1以上の第2の処理装置(322)と、不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)とを含む。第2の処理システム(232)は、第1の処理システム(230)による第1のプロセスの実施を監視するように構成される。

概要

背景

無人ビークル(UV)は、機内パイロットがいないビークルである。典型的には、無人航空機UAV)などのUVは、パイロットによって、機内制御システムによって、または遠隔パイロットと機内制御システムとの組合せによって遠隔制御される。ほとんどの無人航空機は、ビークル動作を制御する制御システムを含む。多くの場合、UAV用の制御システムは、慣性航法システムおよび衛星航法システムなどの機内航法システムを含む1以上のビークル制御システムを含む。無人航空機は、飛行位置決めおよび操縦のための加速度計およびジャイロスコープなどの慣性航法センサ、ならびに一般的な位置決めおよび航路探索のための衛星ベース航法を使用することができる。加えて、ほとんどの制御システムは、画像のキャプチャまたはペイロード送達などの1以上のミッション制御機能を実行するための1以上のミッション制御システムを含む。典型的には、個々のハードウェア構成要素は、各ビークル制御システムおよび各ミッション制御システム用にUAVに搭載される。

概要

無人ビークル(UV)を制御するためのシステムオンモジュール(SOM)が提供される。SOMは、回路基板(120、200)と、回路基板と動作可能に通信する第1の処理システム(230)と、回路基板と動作可能に通信する第2の処理システム(232)とを備える。第1の処理システム(230)は、1以上の第1の処理装置(302)と、揮発性プログラマブル論理アレイ(305)とを含む。第1の処理システム(230)は、UVの第1のプロセスを実施するように構成される。第2の処理システム(232)は、1以上の第2の処理装置(322)と、不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)とを含む。第2の処理システム(232)は、第1の処理システム(230)による第1のプロセスの実施を監視するように構成される。

目的

第1の処理装置は、第1のプロセスを実施し、第1のプロセスに基づいて出力を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

無人ビークル(UV)(10)を制御するためのシステムオンモジュール(SOM)であって、回路基板(120、200)と、前記回路基板(120、200)と動作可能に通信する第1の処理システム(230)であって、前記第1の処理システム(230)は、1以上の第1の処理装置(302)と、揮発性プログラマブル論理アレイ(305)とを含み、前記UV(10)の第1のプロセスを実施するように構成される第1の処理システム(230)と、前記回路基板(120、200)と動作可能に通信する第2の処理システム(232)であって、前記第2の処理システム(232)は、1以上の第2の処理装置(322)と、不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)とを含み、前記第1の処理システム(230)による前記第1のプロセスの実施を監視するように構成される第2の処理システム(232)とを備える、システムオンモジュール。

請求項2

前記第1のプロセスが、第1のビークル制御プロセス(502、506)であり、前記1以上の第1の処理装置(302)が、前記第1のビークル制御プロセス(502、506)を含む複数のビークル制御プロセスを実施するように構成され、前記揮発性プログラマブル論理アレイ(305)が、複数のミッション制御プロセス(504、508、510、512)を実施するように構成される、請求項1に記載のシステムオンモジュール。

請求項3

前記不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)が、前記第1の処理システム(230)による前記第1のビークル制御プロセス(502、506)の実施を監視するように構成される、請求項2に記載のシステムオンモジュール。

請求項4

前記第2の処理システム(232)が、前記第1の処理システム(230)と関連付けられる無効出力に応じて前記第1の処理システム(230)の少なくとも一部を再開するように構成される、請求項1に記載のシステムオンモジュール。

請求項5

前記第2の処理システム(232)が、前記UV(10)の第2のプロセスを実施するように構成され、前記第1の処理システム(230)が、前記第2の処理システム(232)による前記第2のプロセスの実施を監視するように構成される、請求項1に記載のシステムオンモジュール。

請求項6

前記第2の処理システム(232)が、前記第1の処理システム(230)と関連付けられる無効出力に応じて前記第1の処理システム(230)による前記第1のプロセスの実施を再開するように構成される、請求項1に記載のシステムオンモジュール。

請求項7

前記第1のプロセスが、前記UV(10)の第1のビークル装置と関連付けられるビークル制御プロセスであり、前記第2の処理システム(232)が、第2のビークル制御プロセスを実施し、前記第1の処理システム(230)と関連付けられる無効出力に応じて前記第1のビークル装置の制御を前記第2のビークル制御プロセスに転送するように構成される、請求項1に記載のシステムオンモジュール。

請求項8

前記1以上の第1の処理装置(302)が、前記第1のプロセスを実施するように構成され、前記1以上の第2の処理装置(322)が、第2のプロセスを実施するように構成される、請求項1に記載のシステムオンモジュール。

請求項9

前記第1のプロセスが、一次システムを備える第1の組のプロセッサ可読命令を含み、前記第2のプロセスが、バックアップシステムを備える第2の組のプロセッサ可読命令を含む、請求項8に記載のシステムオンモジュール。

請求項10

前記不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)が、マルチプレクサと、制御ステートマシンとを含み、前記制御ステートマシンが、前記1以上の第1の処理装置(302)と前記不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)との間の有効出力損失に応じて前記バックアップシステムを可能にするように構成される、請求項9に記載のシステムオンモジュール。

請求項11

前記揮発性プログラマブル論理アレイ(305)が、RAMベースフィールドプログラマブルゲートアレイFPGA)であり、前記不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)が、フラッシュベースのFPGAである、請求項1に記載のシステムオンモジュール。

請求項12

無人ビークル(UV)(10)を制御するためのシステムオンモジュールであって、第1の処理装置(302)と、第1のプログラマブル論理アレイ(305)とを含む第1の処理システム(230)であって、前記第1の処理装置(302)は、第1のプロセスを実施し、前記第1のプロセスに基づいて出力を提供するように構成される第1の処理システム(230)と、第2の処理装置(322)と、第2のプログラマブル論理アレイ(325)とを含む第2の処理システム(232)であって、前記第2のプログラマブル論理アレイ(325)は、前記第1の処理システム(230)の有効出力に応じて前記第1のプロセスに基づいて前記UV(10)の制御を可能にするように構成され、第2のプロセスを実施し、前記第1の処理システム(230)の無効出力に応じて前記第2のプロセスに基づいて前記UV(10)の制御を可能にするように構成される第2の処理システム(232)とを備える、システムオンモジュール。

請求項13

前記第1の処理システム(230)を備える第1の集積回路と、前記第2の処理システム(232)を備える第2の集積回路とをさらに備え、前記第1のプロセスは、前記UV(10)の第1のビークル装置を制御することと関連付けられる第1の組のプロセッサ可読命令を含む、請求項12に記載のシステムオンモジュール。

請求項14

前記出力が、第1の出力(722)であり、前記第2の処理装置(322)が、第3のプロセスを実施し、前記第3のプロセスに基づいて第2の出力(732)を提供するように構成され、前記第2のプログラマブル論理アレイ(325)が、前記第1の出力(722)が前記第1の出力(722)を前記第2の出力(732)と比較することに基づいて有効であるかを判定するように構成される、請求項12に記載のシステムオンモジュール。

請求項15

第1のビークル装置が、ペイロード送達システム(36)を含み、前記ペイロード送達システム(36)が、第1の出力(722)と第2の出力(732)との間の一致に応じて選択的に可能にされる、請求項12に記載のシステムオンモジュール。

技術分野

0001

本開示は、一般に、無人ビークルに関し、より具体的には、無人ビークル用の制御システムに関する。

背景技術

0002

無人ビークル(UV)は、機内パイロットがいないビークルである。典型的には、無人航空機UAV)などのUVは、パイロットによって、機内制御システムによって、または遠隔パイロットと機内制御システムとの組合せによって遠隔制御される。ほとんどの無人航空機は、ビークル動作を制御する制御システムを含む。多くの場合、UAV用の制御システムは、慣性航法システムおよび衛星航法システムなどの機内航法システムを含む1以上のビークル制御システムを含む。無人航空機は、飛行位置決めおよび操縦のための加速度計およびジャイロスコープなどの慣性航法センサ、ならびに一般的な位置決めおよび航路探索のための衛星ベース航法を使用することができる。加えて、ほとんどの制御システムは、画像のキャプチャまたはペイロード送達などの1以上のミッション制御機能を実行するための1以上のミッション制御システムを含む。典型的には、個々のハードウェア構成要素は、各ビークル制御システムおよび各ミッション制御システム用にUAVに搭載される。

先行技術

0003

米国特許出願公開第2017/0285627号明細書

0004

開示される技術の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されており、または説明から明らかとなり、または本開示の実施を通して学ぶことができる。

0005

本開示の例示的な態様によれば、回路基板と、回路基板と動作可能に通信する第1の処理システムと、回路基板と動作可能に通信する第2の処理システムとを備える、無人ビークル(UV)を制御するためのシステムオンモジュール(SOM)が提供される。第1の処理システムは、1以上の第1の処理装置と、揮発性プログラマブル論理アレイとを含む。第1の処理システムは、UVの第1のプロセスを実施するように構成される。第2の処理システムは、1以上の第2の処理装置と、不揮発性プログラマブル論理アレイとを含む。第2の処理システムは、第1の処理システムによる第1のプロセスの実施を監視するように構成される。

0006

本開示の例示的な態様によれば、第1の処理装置および第1のプログラマブル論理アレイを含む第1の処理システムと、第2の処理装置および第2のプログラマブル論理アレイを含む第2の処理システムとを備える、無人ビークル(UV)を制御するためのシステムオンモジュールが提供される。第1の処理装置は、第1のプロセスを実施し、第1のプロセスに基づいて出力を提供するように構成される。第2のプログラマブル論理アレイは、第1の処理システムの有効出力に応じて第1のプロセスに基づいてUVの制御を可能にするように構成される。第2のプログラマブル論理アレイは、第2のプロセスを実施し、第1の処理システムの無効出力に応じて第2のプロセスに基づいてUVの制御を可能にするように構成される。

0007

本開示の例示的な態様によれば、無人ビークル(UV)用の制御システムのシステムオンモジュールの第2の処理システムによって、システムオンモジュールの第1の処理システムによる第1のプロセスの実施を監視するステップを含む方法が提供される。第1の処理システムは、第1の処理装置と、不揮発性プログラマブル論理アレイとを含む。第2の処理システムは、第2の処理装置と、揮発性プログラマブル論理アレイとを含む。方法は、第2の処理システムによって、第1の処理システムによる第1のプロセスの実施と関連付けられる出力が有効であるかを判定するステップと、第2の処理システムによって、第1のプロセスの実施と関連付けられる有効出力に基づいてUVの第1の制御アクションおよび第1のプロセスの実施と関連付けられる無効出力に基づいてUVの第2の制御アクションを開始するステップとを含む。第1の制御アクションと第2の制御アクションとは、異なっている。

0008

開示される技術のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されるであろう。本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成する添付の図面は、開示される技術の実施形態を例示し、説明と併せて開示される技術の原理を説明するのに役に立つ。

0009

本開示の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図を参照する。

図面の簡単な説明

0010

本開示の実施形態を実施することができる無人航空機(UAV)の一例を示すブロック図である。
バックプレーンおよびカードアーキテクチャを含むUAVの典型的な制御システムの一例を示すブロック図である。
本開示の例示的な実施形態による機内制御システムを有するUAVの一例を示すブロック図である。
本開示の例示的な実施形態による機内制御システムの制御ボックス制御モジュールを備える第1の回路基板を示すブロック図である。
本開示の例示的な実施形態による第1の回路基板の第1の処理システムを示すブロック図である。
本開示の例示的な実施形態による第1の回路基板の第2の処理システムを示すブロック図である。
本開示の例示的な実施形態による制御ボックスのキャリアモジュールを備える第2の回路基板を示すブロック図である。
本開示の例示的な実施形態による異種処理システムの区画化動作環境の一例を示すブロック図である。
第2の処理システムによる、第1の処理システムにおけるプロセス実施を監視するプロセスを説明するフローチャートである。
処理システムの出力に基づいて制御アクションを開始するプロセスを説明するフローチャートである。
第1の処理システムによるプロセスの実施を監視する一例、およびビークル機能の制御を第2の処理システムに転送する一例を示すブロック図である。
本開示の実施形態による制御ボックスの斜視図である。
本開示の実施形態による制御ボックスの内部構成要素を示す斜視図である。
本開示の実施形態による制御ボックスの分解斜視図である。
本開示の実施形態によるシステムオンモジュール回路基板の斜視上面図である。
本開示の実施形態によるシステムオンモジュール回路基板の斜視底面図である。

実施例

0011

ここで、本開示の実施形態を詳細に参照するが、その1以上の例が図面に示されている。各例は、説明の目的で提示されており、開示される実施形態を限定するものではない。実際には、特許請求の範囲の範囲および精神から逸脱せずに、本開示において様々な修正および変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。例えば、例示的な実施形態の一部として図示または記載する特徴は、別の実施形態と共に用いて、なおさらなる実施形態を得ることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することが意図されている。

0012

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用する場合、単数形「1つの(a、an)」および「その(the)」は、別段文脈において明確に示されない限り、複数の指示対象を含む。数値と組み合わせた用語「約」の使用は、記載された量の25%以内を指す。

0013

本開示の例示的な態様は、無人ビークル(UV)を制御するためのシステムおよび方法に関し、より具体的には、統合ビークルおよびミッション管理制御を提供するために制御システムを使用して無人ビークルおよび無人ビークルのビークル装置を制御するためのシステムおよび方法に関する。例示的な実施形態では、制御システムは、内部を画定するハウジングと、内部内に配置された1以上の回路基板とを含む。より具体的には、制御システムは、第1の処理システムおよび第2の処理システムを提供する1以上の集積回路を有する第1の回路基板を含むことができる。例示的な実施形態では、第1および第2の処理システムは、多様で構成可能であり、かつ認証可能なUV用途を提供するために異種フィールドプログラマブルゲートアレイアーキテクチャを有する。

0014

いくつかの例では、第1の回路基板は、制御ボックスの制御モジュールを形成し、UVのビークルおよびミッション機能を制御するように構成される。例えば、第2の処理システムは、第1の処理システムによる第1のミッションまたはビークル制御プロセスの実施および第2の処理システムによる第2のミッションまたはビークル制御プロセスの実施に基づいて第1のビークル装置またはUVの機能を制御することができる。

0015

加えて、制御システムは、内部内に配置された第2の回路基板を含むことができる。第2の回路基板は、1以上の追加の集積回路を有し、追加の集積回路と第1および第2の処理システムとの間にインターフェースを提供してもよい。例示的な実施形態では、第2の回路基板の集積回路は、第2の回路基板の複数のセンサコネクタを介してビークル装置に結合するように適合される通信インターフェース回路などのインターフェース回路である。ビークル装置は、推進移動装置と、制御面と、センサとを含んでもよい。

0016

いくつかの例では、インターフェース回路は、センサコネクタを介して出力を受信し、装置出力に基づいて第1の回路基板にビークル装置データを提供することができる。いくつかの実装では、第1の回路基板は、第2の回路基板で第2の入力/出力(I/O)コネクタに結合される第1のI/Oコネクタを含む。加えて、第2の回路基板は、制御システムのハウジングから延びる第3のI/Oコネクタを含んでもよい。いくつかの例では、第2の回路基板は、制御モジュールなどの第1の回路基板のUVのビークル装置間にI/Oインターフェースを提供するように構成されたキャリアモジュールである。

0017

様々な実施形態では、第1の回路基板は、複数のビークル制御プロセスならびに複数のミッション制御プロセスを実施するように構成されてもよい。加えて、第2の回路基板は、UVとこれらのビークル制御プロセスおよびミッション制御プロセスとの間にI/Oインターフェースを提供するように構成することができる。

0018

例示的な実施形態では、第1の処理システムは、1以上の第1の処理装置と、RAMベースのフィールドプログラマブルゲートアレイなどの揮発性プログラマブル論理アレイとを含むことができる。第2の処理システムは、1以上の第2の処理装置と、フラッシュベースのフィールドプログラマブルゲートアレイなどの不揮発性プログラマブル論理アレイとを含むことができる。いくつかの実装では、フラッシュベースのフィールドプログラマブルゲートアレイは、1以上の第1の処理装置によって実施される第1のビークルプロセスおよび1以上の第2の処理装置によって実施される第2のビークルプロセスに基づいてUAVの1以上のビークル装置の制御を管理する。

0019

いくつかの例では、第1の回路基板は、第1の処理システムを備える第1の集積回路と、第2の処理システムを備える第2の回路基板とを含む。各処理システムは、中央処理装置(CPU)、アプリケーション処理装置APU)、リアルタイム処理装置(RPU)、共処理装置、およびグラフィックス処理装置(GPU)などの1以上の処理装置を含んでもよい。加えて、各集積回路は、それぞれの処理システムの統合部分を形成するフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などの埋め込み型プログラマブル論理アレイを含んでもよい。

0020

いくつかの例では、第1の処理システムおよび/または第2の処理システムは各々、マルチ処理コアシステムオンチップとして提供されてもよい。共に、説明したような処理システムで構成された2つ以上のシステムオンチップは、UVの異種処理システムを提供してもよい。

0021

開示される技術の例示的な実施形態では、第1の処理システムと第2の処理システムは協働して、より信頼性が高く、堅牢であり、かつ/または認証可能なUV用途を提供する。例えば、第1の回路基板の第1の処理システムは、UVの第1のプロセスを実施するように構成することができる。第1のプロセスは、UVの第1のビークル装置と関連付けられてもよい。第2の処理システムは、第1の処理システムによる第1のプロセスの実施を監視するように構成することができる。同様に、第1の処理システムは、第2の処理システムによるプロセスの実施を監視するように構成することができる。

0022

より具体的には、いくつかの例では、第1の処理システムの1以上の第1の処理装置は、複数のビークル管理プロセスを実施するように構成することができる。第1の処理システムの揮発性プログラマブル論理アレイは、複数のミッション制御プロセスを実施するように構成することができる。第2の処理システムの不揮発性プログラマブル論理アレイは、1以上の第1の処理装置によるビークル制御プロセスの1以上の実施を監視するように構成することができる。

0023

いくつかの例では、第2の処理システムは、第1の処理システムによるプロセスの実施の監視に基づいて1以上の制御アクションを開始するように構成される。例えば、第2の処理システムの不揮発性プログラマブル論理アレイは、第1の処理システムと関連付けられる出力を監視するように構成することができる。無効出力を検出したことに応じて、第2の処理システムは、制御アクションを開始することができる。例として、不揮発性プログラマブル論理アレイは、無効出力に基づいて第1の処理システムの少なくとも一部を再開してもよい。別の例では、第2の処理システムの論理アレイは、第1の処理システムによる1以上のプロセスを再開してもよい。無効出力は、プロセスまたは処理システムが故障したときに発生し得るような、プロセスまたは処理システムからの出力の欠如、ならびに出力として提供される予期しない信号または値を含んでもよい。

0024

いくつかの実装では、第2の処理システムは、第1の処理システムの監視に基づいて1以上のUV機能の制御を転送するように構成することができる。例えば、第2の処理システムは、第1の処理システムによって実施された第1のプロセスと関連付けられる無効出力を検出してもよい。それに応じて、第2の処理システムは、第1のプロセスと関連付けられる機能または装置の制御を第2のプロセスに転送してもよい。例えば、第2の処理システムは、UV装置または自動操縦機能の制御を第1の処理システムから第2の処理システムに転送してもよい。いくつかの例では、第2の処理システムは、無効出力の検出に応じて第2のプロセスを実施するように構成することができる。

0025

開示される技術の実施形態は、特に無人航空機などの無人ビークルの分野において、多数の技術的利益および利点を提供する。一例として、本明細書に記載の技術は、小型で軽量の電子的解決策を使用して無人ビークル(UV)の制御を可能にする。統合された異種処理システムを有する回路基板は、UVの複数のビークル制御プロセスおよびミッション管理プロセスを提供するハードウェア実装の低減を可能にする。加えて、そのような解決策は、航空用途の高度な認証要件を満たすことができるバックアップ機能および複数のフェイルポイント実装を提供する。さらに、そのような異種処理システムを入力/出力(I/O)インターフェースを提供する1以上の回路基板と共にハウジングに統合することにより、スペースおよび重量の要件をさらに軽減することが可能になる。

0026

開示される技術の実施形態はまた、コンピューティング技術の分野において多数の技術的利益および利点を提供する。例えば、開示されるシステムは、UV用途の様々な要求を満たすために多様なコンピューティング環境を提供することができる。複数の集積回路にわたる複数の処理装置は、用途統合のための一連高速処理オプションを提供する。ビークルおよびミッション制御プロセスは、重要度および性能の必要性に応じて様々なハードウェアおよび/またはソフトウェア区画割り当てることができる。さらに、単一の集積回路で対応する処理装置と統合することによってこれらの処理装置に密接に結合された埋め込み型フィールドプログラマブルゲートアレイは、さらなる多様性および信頼性を提供する。

0027

図1は、例示的な無人航空機(UAV)UAV10の概略図である。UAV10は、機内パイロットがいなくても飛行可能なビークルである。例えば、限定はしないが、UAV10は、固定翼航空機チルトロータ航空機ヘリコプタクワッドプタなどのマルチロータドローン航空機、小型軟式飛行船飛行船、または他の航空機であってもよい。

0028

UAV10は、少なくとも1つの推進移動(PM)装置14を含む複数のビークル装置を含む。PM装置14は、制御された力を発生し、かつ/またはUAV10の場所、配向、もしくは位置を維持もしくは変更する。PM装置14は、推力装置または制御面であり得る。推力装置は、推進力または推力をUAV10に提供する装置である。例えば、限定はしないが、推力装置は、モータ駆動プロペラジェットエンジン、または他の推進源であり得る。制御面は、制御面を通過する空気流の偏向に起因する力を提供する制御可能面または他の装置である。例えば、限定はしないが、制御面は、エレベータラダーエルロン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ってもよい。様々なアクチュエータサーボモータ、および他の装置を使用して、制御面を操作することができる。PM装置14はまた、プロペラもしくはロータブレードピッチ角を変えるように構成された機構、またはロータブレードの傾斜角を変えるように構成された機構であってもよい。

0029

UAV10は、限定はしないが、制御ボックス100と、地上制御ステーション図1には図示せず)と、少なくとも1つのPM装置14とを含む機内制御システムを含む本明細書に記載のシステムによって制御されてもよい。UAV10は、例えば、限定はしないが、地上制御ステーションからUAV10によって受信されたリアルタイムコマンド、地上制御ステーションからUAV10によって受信された一組の事前プログラムされた命令、機内制御システムに記憶された一組の命令および/もしくはプログラミング、またはこれらの制御の組合せによって制御されてもよい。

0030

リアルタイムコマンドは、少なくとも1つのPM装置14を制御することができる。例えば、限定はしないが、リアルタイムコマンドは、機内制御システムによって実施されると、スロットル調整、フラップ調整、エルロン調整、ラダー調整、または他の制御面もしくは推力装置調整を引き起こす命令を含む。

0031

いくつかの実施形態では、リアルタイムコマンドは、1以上の二次装置12など、UAV10の追加のビークル装置をさらに制御することができる。二次装置12は、UAVの推進または移動を指示する1以上の二次機能を実行するように構成された電気または電子装置である。二次装置は、UAVの推進または移動に関連し得るが、典型的には、ビークル推進の直接制御または運動制御とは無関係に、1以上のビークルまたはミッション機能を提供することができる。例えば、二次装置は、オブジェクトの検出および追跡に使用されるカメラまたは他のセンサなどのミッション関連装置を含んでもよい。二次装置12の他の例は、LIDAR/SONAR/RADARセンサ、GPSセンサ通信装置航法装置、および様々なペイロード送達システムなどのセンサを含んでもよい。例えば、限定はしないが、リアルタイムコマンドは、機内制御システムによって実施されると、カメラに画像をキャプチャさせる、通信システムにデータを送信させる、または処理構成要素に1以上の処理要素をプログラムまたは構成させる命令を含む。

0032

UAV10は、限定ではなく例として示されている。本開示の多くは無人航空機に関して説明されているが、開示される技術の実施形態は、無人海洋ビークルおよび無人地上ビークルなど、任意の無人ビークル(UV)と共に使用されてもよいことが理解されよう。例えば、開示される制御システムは、無人ボート、無人潜水艦無人車、無人トラック、または移動可能な任意の他の無人ビークルと共に使用されてもよい。

0033

図2は、UAVの典型的な制御システム50の一例を示すブロック図である。この例では、制御システムは、複数のカードスロット71、72、73、74、75を有するバックプレーン60を使用して形成される。各カードスロットは、所定の組の機械的および電気的基準を満たすカードを受け取るように構成される。各カードは、典型的には、特定のビークルまたはミッション制御機能を実行するように構成された1以上の集積回路を含む1以上の回路基板を含む。カードスロットは、カード、ならびにカードとその下にあるバスとの間の電気的接続構造的サポートする。第1のカードスロット71に設置されたCPUカード61、第2のカードスロット72に設置された共処理カード62、およびカードスロット73、74、75にそれぞれ設置されたアドオンカード63、64、65を有する特定の例が示されている。例として、CPUカード61は、プロセッサPCI回路スイッチング回路、およびカード61をカードスロット71に構造的および電気的に接続するように構成された電気コネクタを有する回路基板を含んでもよい。同様に、共処理カード62は、プロセッサ、PCI回路、スイッチング回路、およびコネクタを含んでもよい。

0034

アドオンカード63、64、65は、1以上のビークルおよび/またはミッション機能を実行するように構成された任意の数および種類のカードを含むことができる。アドオンカードの例は、入力/出力(I/O)カード、ネットワークカード、操縦および航法機能カードセンサインターフェースカード(例えば、カメラ、レーダなど)、ペイロード送達システム制御カード、グラフィックス処理装置(GPU)カード、ならびに特定の種類のビークルおよび/またはミッション機能の任意の他のカードを含む。

0035

図2のような典型的なバックプレーンアーキテクチャは、各カードが任意の他のスロットのカードと通信することを可能にするスイッチ66を含む。異なる種類のバックプレーンアーキテクチャを定義するための様々な基準を含む、多数の例が存在する。例えば、スイッチ66はカードスロット71、72、73、74、75とは別に示されているが、いくつかのアーキテクチャは、中央スイッチをバックプレーンの特定のスロットに載置することができる。いずれの場合も、ノード装置は、スイッチを介して互いに通信することができる。5つのカードスロットが図2に示されているが、バックプレーンは、任意の数のカードスロットを含んでもよい。

0036

図2のようなバックプレーンアーキテクチャを利用するUAVの機内制御システムは、何らかの機能制御を提供するのに効果的であり得る。加えて、そのようなアーキテクチャは、ハードウェアの変更を通じていくらかの構成可能性を提供することができる。しかしながら、従来のバックプレーンアーキテクチャは、UAVの実装においていくつかの欠点を有し得る。例えば、電気的および機械的接続を組み合わせて複数のカードに結合するバックプレーンの構造的性能は、一部のUAVの高応力環境にはあまり適していない場合がある。振動、温度、および他の要因により、機械的および/または電気的な障害がバックプレーンの1以上のカードに発生することがある。加えて、そのようなアーキテクチャは、かなりのスペースおよび重量を必要とするが、処理能力は限られている。各カードは、典型的には、コネクタ、スイッチング回路、通信回路などを含むそれ自体の回路基板を含む。各回路基板がこれらの共通の機能のためにそれ自体の回路を必要とするので、バックプレーンアーキテクチャは、比較的高い重量とスペースの要件を提示し得る。さらに、これらの種類のシステムのコンピューティング能力および容量は、典型的には、複数のカードのアプローチによって制限される。カード間および様々な処理要素間の通信は、計算能力の低下を招く可能性がある。

0037

図3は、開示される技術の実施形態による制御システム80を含む無人航空機(UAV)10を示すブロック図である。制御システム80は、ビークルおよびミッション機能の集中制御を提供する制御ボックス100を含む。制御ボックスは、内部を画定するハウジング110を含む。第1の回路基板120および第2の回路基板122は、ハウジング110の内部内に配置され、I/Oコネクタ126は、後述するように第2の回路基板122からハウジング110を通って延びる。制御ボックス100は、制御ボックス100の電気構成要素から熱を放散するために設けられたヒートシンク118を含む。例示的な実施形態では、ヒートシンク118は、後述するようにハウジング110の少なくとも一部を形成することができる。制御システム80は、ビークルまたはミッション制御プロセスを実行する追加の制御ユニットまたは他の要素などの追加の構成要素を含んでもよい。

0038

いくつかの実装では、第1の回路基板120は、UAV10のビークルおよびミッション制御プロセスを制御するための制御モジュールを備え、第2の回路基板122は、UAVの制御ユニットと様々なPM装置および二次装置との間の通信インターフェースを提供するためのキャリアモジュールを備える。

0039

いくつかの例では、第1の回路基板は、各々が様々なビークルおよびミッション機能の管理を提供するための再構成可能な処理アーキテクチャを有する、複数の異種処理システムを含む。再構成可能な機能を有する複数の異種処理システムは、無人航空機によって実行される多様な機能、ならびにこれらのビークルに典型的には必要とされる高度な認証に適している。

0040

例示的な実施形態では、第2の回路基板122は、第1の回路基板120とUAV10の様々なPM装置および二次装置との間のインターフェースを提供するキャリアモジュールである。例えば、図3は、推力装置30と、制御面32と、位置決めシステム34とを含む一組のPM装置を示す。加えて、図3は、画像センサ20と、レーダセンサ22と、LIDARセンサ24と、ソナーセンサ26と、GPSセンサ28と、ペイロード送達システム36と、通信システム38とを含む一組の二次装置を示す。第2の回路基板122は、第1の回路基板の対応するI/Oコネクタに接続するI/Oコネクタと、ハウジングから延びるI/Oコネクタとを含むことができる。加えて、第2の回路基板は、ハウジングから延びる複数のセンサコネクタを含むことができる。第2の回路基板は、データを送受信するために使用される関連する電子回路を含む通信または入力/出力(I/O)インターフェースを提供し得る。より具体的には、通信インターフェースは、第2の回路基板の様々な集積回路のいずれかの間、および第2の回路基板と他の回路基板との間でデータを送受信するために使用することができる。例えば、アイテムインターフェースは、I/Oコネクタ126、I/Oコネクタ238、および/またはI/Oコネクタ124を含んでもよい。同様に、インターフェース回路のいずれか1つの通信インターフェースは、別の航空機、センサ、他のビークル装置、および/または地上制御装置などの外部の構成要素と通信するために使用することができる。通信インターフェースは、適切な有線または無線通信インターフェースの任意の組合せであり得る。

0041

いくつかの例では、制御ボックス100は、追加の構成要素を含んでもよい。例えば、別の実施形態では、メザニンカードなどの第3の回路基板を制御ボックス100内に設けることができる。第3の回路基板は、いくつかの例では、1以上の不揮発性メモリアレイを含んでもよい。例えば、ソリッドステートドライブSSD)は、メザニンカードの1以上の集積回路として設けられてもよい。さらに、制御ボックス100は、制御モジュールを形成する追加の回路基板と、追加のキャリアモジュールを形成する追加の回路基板とを含むことができる。

0042

図4は、開示される技術の例示的な実施形態による第1の回路基板120を説明するブロック図である。図4では、第1の回路基板120は、無人航空機(UAV)の制御モジュール(例えば、制御基板)として構成される。例示的な実施形態では、第1の回路基板120は、システムオンモジュール(SOM)カードである。第1の回路基板120は、第1の処理システム230と、第2の処理システム232と、メモリブロック234と、I/Oコネクタ238とを含む。

0043

第1および第2の処理システムは、任意の適切な数の個々のマイクロプロセッサ電源記憶装置、インターフェース、および他の標準的な構成要素を含むか、またはそれらと関連付けることができる。処理システムは、任意の数のソフトウェアプログラム(例えば、ビークルおよびミッション制御プロセス)または航空機10の動作に必要な様々な方法、プロセスタスク、計算、および制御/表示機能を行うように設計された命令を含むか、またはそれらと協働することができる。メモリブロック234は、限定はしないが、対応する処理システムをサポートするように構成されたSDRAMなどの任意の適切な形態のメモリを含んでもよい。例えば、第1のメモリブロック234は、第1の処理システム230をサポートするように構成されてもよく、第2のメモリブロック234は、第2の処理システム232をサポートするように構成されてもよい。任意の数および種類のメモリブロック234を、使用してもよい。例として、各々が個々の集積回路を備える4つのメモリブロックが第1の処理システム230をサポートするために設けられてもよく、2つのメモリブロックが第2の処理システム232をサポートするために設けられてもよい。

0044

I/Oコネクタ238は、第1の回路基板120の第1の面から延び、第2の回路基板122への動作可能な通信リンクを提供する。

0045

第1の処理システム230および第2の処理システム232は、開示される技術の例示的な実施形態では、UAV10の多様で安定した必要性に適した異種の再構成可能なコンピューティングアーキテクチャを形成する。第1の処理システム230は、第1の処理プラットフォームを形成する1以上の処理装置302と、第2の処理プラットフォームを形成する1以上のプログラマブル論理回路304とを含む。例として、1以上の処理装置302は、中央処理装置を含んでもよく、プログラマブル論理回路304は、RAMベースのフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などの揮発性プログラマブル論理アレイを含んでもよい。任意の数および種類の処理装置を、処理装置302に使用してもよい。複数の処理装置302およびプログラマブル論理回路304は、いくつかの実施形態では、一般に処理回路と呼ばれる第1の集積回路内に設けることができる。

0046

第2の処理システム232は、第3の処理プラットフォームを形成する1以上の処理装置322と、第4の処理プラットフォームを形成する1以上のプログラマブル論理回路324とを含む。例として、1以上の処理装置302は、共処理装置を含んでもよく、プログラマブル論理回路324は、フラッシュベースのFPGAを含んでもよい。任意の数および種類の処理装置を、処理装置322に使用してもよい。1以上の処理装置322およびプログラマブル論理回路324は、いくつかの実施形態では、処理回路とも呼ばれる第2の集積回路内に設けることができる。

0047

各処理システムにおいて異なる処理装置の種類ならびに異なるプログラマブル論理回路の種類を設けることによって、第1の回路基板120は、高応力用途のUAVの処理、信頼性、および動作要件固有に適した異種コンピューティングシステムを提供する。例えば、RAMベースとフラッシュベースのFPGA技術を組み合わせることで、UAV用途に両方の長所を活かすことができる。異種処理装置302および322ならびに異種プログラマブル論理回路304および324の固有の能力は、ハードウェアとソフトウェアの両方の区画化動作環境をサポートする。ビークルおよびミッション管理機能は、重要度と性能の必要性に応じて異なる区画に割り当てることができる。これにより、重要な動作に適した制御および監視アーキテクチャが提供される。例えば、不可逆的な重要な機能を制御するためのオンオフまたはレッドグリーンアーキテクチャが提供される。さらなる例として、フィールドプログラマブルゲートアレイの1以上は、機内センサ処理のためのファブリックアクセラレータを提供するように構成されてもよい。

0048

図5は、開示される技術の例示的な実施形態による第1の処理システム230のさらなる詳細を説明するブロック図である。図5では、第1の処理システム230は、図4で説明するような3つの処理装置302を含む。より具体的には、第1の処理システム230は、アプリケーション処理装置(APU)306と、グラフィックス処理装置(GPU)308と、リアルタイム処理装置(RPU)310とを含む。処理装置306、308、310の各々は、SDRAMなどの任意の数および種類のメモリを含むことができるメモリ312によってサポートされ得る。各処理装置は、処理回路と呼ばれる個々の集積回路に実装される。一例では、APU306は、第1の処理回路に形成され、4つのプロセッサを備えるクアッドコア処理装置を含む。RPU310は、第3の処理回路に形成され、2つのプロセッサを備えるデュアルコア処理装置を含む。GPU308は、第4の処理回路に形成され、単一のコア処理装置を含む。第2の処理装置は、以下に説明するように第2の処理システムに対して設けられる。スイッチファブリック316は、処理システム230の様々な構成要素を接続する。スイッチファブリック316は、例えば、いくつかの例では、低電力スイッチと、中央スイッチとを含んでもよい。通信インターフェース314は、第1の処理システム232を第1の回路基板120に結合する。

0049

プログラマブル論理回路304は、揮発性プログラマブル論理アレイ305を含む。例示的な実施形態では、論理アレイは、RAM論理ブロックまたはメモリセルを含むRAMベースの浮動小数点ゲートアレイなどのRAMベースのプログラマブル論理アレイを含むことができる。揮発性プログラマブル論理アレイ305は、通信インターフェース314を介して第1の処理システムに提供される構成データでプログラムすることができる。例えば、RAMベースのFPGAは、ラッチアレイを備える組織内など、アレイの静的メモリに構成データを記憶することができる。論理ブロックは、プログラマブル論理回路304が開始または電源投入されたときにプログラム(構成)される。構成データは、外部メモリ(例えば、後述するような第1の回路基板120の不揮発性メモリまたはメザニン基板)から、または(例えば、第2の回路基板122を使用して)UAV10の外部ソースから論理アレイ305に提供され得る。RAMベースのFPGAは、高レベルの構成可能性および再構成可能性を提供する。図示されていないが、論理アレイ305は、イーサネット登録商標)インターフェースおよびPCIインターフェースなどの様々なプログラムされた回路、ならびに本明細書に記載の様々なビークルおよびミッション管理プロセスを含むことができる。

0050

図6は、開示される技術の例示的な実施形態による第2の処理システム232のさらなる詳細を説明するブロック図である。図6では、第2の処理システム232は、アプリケーション処理装置(APU)326と、メモリ332とを含む。一例では、APU326は、第2の処理回路に形成され、4つのプロセッサを備えるクアッドコア処理装置を含む。メモリ332は、SDRAMなどの任意の数および種類のメモリを含んでもよい。スイッチファブリック336は、処理システム232の様々な構成要素を接続する。通信インターフェース334は、第1の処理システム232を第1の回路基板120に結合する。

0051

プログラマブル論理回路324は、不揮発性プログラマブル論理アレイ325を含む。例示的な実施形態では、論理アレイ325は、フラッシュ論理ブロックまたはメモリセルを含むフラッシュベースの浮動小数点ゲートアレイなどのフラッシュベースのプログラマブル論理アレイを含むことができる。不揮発性プログラマブル論理アレイ325は、通信インターフェース334を介して第2の処理システムに提供される構成データでプログラムすることができる。例えば、フラッシュベースのFPGAは、構成データをアレイの不揮発性メモリに記憶することができる。フラッシュメモリは、RAMベースのメモリが不要になるように、構成データを記憶するための一次リソースとして使用される。構成データが不揮発性メモリ内に記憶されるので、起動時または電源投入時に構成データを論理アレイに読み出す必要はない。そのため、フラッシュベースの論理アレイは、電源投入時に直ちにアプリケーションを実施することができる。さらに、構成データの外部記憶は、必要とされない。フラッシュベースの論理アレイは、論理アレイに現在記憶されている構成データを上書きするために更新された構成データを提供することによって再プログラムまたは再構成することができる。フラッシュベースの論理アレイは、RAMベースの論理アレイよりも消費する電力が少なく、かつ干渉に対してより多くの保護を提供することができる。図示されていないが、論理アレイ325は、本明細書に記載の様々なビークルおよびミッション管理プロセスなどのための様々なプログラムされた回路を含むことができる。一例では、論理アレイ325は、機内センサ処理のための少なくとも1つのFPGAファブリックアクセラレータを含んでもよい。

0052

図7は、開示される技術の例示的な実施形態による第2の回路基板122のさらなる詳細を示すブロック図である。図7では、第2の回路基板122は、無人航空機(UAV)のキャリアモジュール(例えば、キャリアカード)として構成される。第2の回路基板122は、制御ボックス100にI/O能力を提供するインターフェース回路などの複数の集積回路を含む。インターフェース回路は、センサコネクタを介してUAVの複数のビークル装置の出力を受信するように構成される。インターフェース回路は、I/Oコネクタ124を介して第1の回路基板にビークル装置の出力に基づいてビークル装置データを提供する。第2の回路基板122は、制御ボックス100のハウジングから延びてUAV10のPM装置および二次装置への動作可能な通信リンクを提供するI/Oコネクタ126を含む。加えて、第2の回路基板122は、第2の回路基板122の第1の面から延びて第1の回路基板120への動作可能な通信リンクを提供するI/Oコネクタ124を含む。図示されていないが、第2の回路基板122は、例えばソリッドステートドライブを含むメザニンカードに結合するための追加のI/Oコネクタを含んでもよい。I/Oコネクタ126、124、および228のいずれか1つまたはそれらの組合せは、第2の回路基板のインターフェース回路と第1の回路基板の第1および第2の処理システムとの間にI/Oインターフェースを形成することができる。

0053

図7は、制御ボックス100の特定の実装で使用され得るような特定の組のインターフェース回路を説明する。しかしながら、特定の実装に適したものであれば、任意の数および種類のインターフェース回路を使用してもよいことが理解されよう。第2の回路基板122は、LIDAR/SONARインターフェース420、Pitot/静的インターフェース422、電気光学グリッド参照システムEOGRS)受信機インターフェース424、および第1の回路基板120と通信するための第1の回路基板インターフェース432などの複数のインターフェース回路を含む。第2の回路基板122はまた、ソフトウェア無線426、航法システム428、コントローラエリアネットワークバス(CANBUS)430、および電源434などのインターフェース回路を含む。いくつかの実施形態では、航法システム428は、慣性測定センサなどの様々なセンサを含む、統合航法センサスイートを提供する集積回路である。加えて、第2の回路基板122は、UAV10の複数のビークル装置(例えば、PM装置または二次装置)と動作可能に通信する多数のインターフェース回路を含む。複数のセンサコネクタ458が、UAV10のビークル装置に結合するために制御ボックス100のハウジングから延びる。

0054

図7の特定の例では、1以上のパルス幅変調器(PWM)402が、第1のセンサコネクタ458を介して1以上のサーボ442と動作可能に通信する。PWMサーボコマンドインターフェースが示されているが、他の種類のサーボコマンドインターフェースが使用されてもよい。例えば、アナログ電圧電流ループ、RS−422、RS−485、MILSTD−1553は、すべて可能なサーボ制御信号の例である。GPS受信機404は、第2のセンサコネクタ458を介して1以上のGPSアンテナ444と動作可能に通信する。GPSアンテナ444は、GPSセンサ28の一例である。データリンク受信機406は、第3のセンサコネクタ458を介して1以上のデータリンクアンテナ446と動作可能に通信する。シリアル受信リンク(SRXL)入力408は、第4のセンサコネクタ458を介してパイロットインコマンド(PIC)受信機448と動作可能に通信する。プログラマブル電源ユニット(PSU)410は、第5のセンサコネクタ458を介してサーボ電源450と動作可能に通信する。1以上の比較器412は、第6のセンサコネクタ458を介して1以上の個別入力452と動作可能に通信する。1以上のドライバ414は、第7のセンサコネクタ458を介して1以上の個別出力454と動作可能に通信する。1以上のアナログ−デジタル変換器ADC)416は、第8のセンサコネクタ458を介して1以上のアナログ入力456と動作可能に通信する。

0055

図8は、開示される技術の実施形態による第1の回路基板120の一例を示すブロック図である。図8は、特定の飛行またはミッションのために構成することができるような、第1の回路基板120の特定の実装を示す。図8は、前述のような第1の処理システム230および第2の処理システム232を示す。説明を明確にするために、処理システム230および232の構成要素のサブセットのみが示されている。処理装置302と、揮発性プログラマブル論理アレイ305とを含む第1の処理システム230の簡略版が示されている。第2の処理システム232は、処理装置322およびプログラマブル論理アレイ305と共に示されている。

0056

図8は、異種処理システムにわたって作成された複数の区画化動作環境POE0〜POE7を示す。図8はまた、開示される主題をさらに説明するためにビークルおよびミッション制御プロセスの特定の割り当てを示す。具体的には、第1の区画化動作環境POE0、第2の区画化動作環境POE1、および第3の区画化動作環境POE2が、1以上の処理装置302に割り当てられる。いくつかの例では、区画化動作環境は、ハードウェア区画である。例えば、POE0は、APU306に割り当てられてもよく、POE1は、RPU310に割り当てられてもよく、POE2は、GPU308に割り当てられてもよい。他の例では、区画化動作環境は、1以上の処理装置から仮想化された異なる仮想マシンなどのソフトウェア区画である。例えば、APU306、GPU308、およびRPU310の1以上を仮想化して、3つの区画化動作環境を作成することができる。第4の区画化動作環境POE3は、プログラマブル論理アレイ305に割り当てられる。単一の動作環境が図8に示されているが、複数の動作環境をプログラマブル論理アレイ内に作成することもできる。一例では、それぞれのプログラマブル論理アレイを有する個々の区画化動作環境は、異なる論理ブロックなどの異なるハードウェア要素を表す。他の例では、仮想化または他のソフトウェア技術を使用して、個々の区画化動作環境を作成することができる。さらに、いくつかの実施形態は、処理装置302とプログラマブル論理アレイ305の両方の組み合わされた仮想化を含む。図8に示すように、任意の数および組合せのハードウェアプロセッサおよび仮想マシンを使用して個々の区画化動作環境を作成することができる。

0057

図8では、1以上の第1のビークル制御プロセス(VCP)502および1以上の第1のミッション制御プロセス(MCP)504が、第1の区画化動作環境POE0に割り当てられる。1以上のVCP506および1以上のMCP508が、第2の区画化動作環境POE1に割り当てられる。1以上のMCP510が、第3の区画化動作環境POE2に割り当てられる。1以上のMCP512が、第4の区画化動作環境POE3に割り当てられる。

0058

図8は、特定の実装の必要性を満たすために、複数のビークル制御プロセスおよびミッション制御プロセスを複数の区画化動作環境にわたって割り当てることができることを示している。例えば、制御プロセスをカテゴリ化し、そのカテゴリを使用して制御プロセスを特定の区画化動作環境に割り当てることができる。いくつかの実装では、第1の処理システムは、少なくとも2つの区画化動作環境を提供することができる。同様に、第2の処理システムは、少なくとも2つの区画化動作環境を提供することができる。例えば、第1の処理システムは、高完全性区画およびクラスタ区画を含んでもよい。高完全性区画は、リアルタイム動作環境を含むことができる。そのような動作環境は、例えば、1以上の重要なビークル航法プロセスを実施するように構成することができる。他のプロセスも、同様に高完全性区画に配置することができる。クラスタ区画は、非リアルタイム動作環境を含むことができる。そのような動作環境は、1以上のミッション制御プロセスを実施するように構成することができる。他のプロセスも、同様にクラスタ区画に配置することができる。

0059

特定の例として、POE0を使用して、重要な制御プロセスを実施することができる。例えば、POE0は、モデルベース設計フローから自動生成されたコードを使用した、自動操縦、ガイダンス、および航法プロセスを含む、高完全性区画とすることができる。一例では、スタンドアロン動作システムを重要なプロセスに割り当てられた第1の区画化動作環境に使用することができる。POE1は、重要性は低いが時間的制約のあるビークルおよびミッション制御プロセスを実施するために使用することができる。例えば、ミッション航法プロセス、データリンク管理プロセス、センサデータ管理プロセス、および/または地上ステーション/他のC2プロセスは、第2の区画化動作環境に割り当てられてもよい。さらなる例として、健全性および/または他のパラメータなどのセンサ処理およびバックエンドパラメータ分析は、第3の区画化動作環境POE2に割り当てられてもよい。最後に、第4の区画化動作環境POE3は、画像分析ならびにオブジェクトの検出および追跡などの高処理要件の用途に割り当てることができる。例えば、センサ相対航法およびロボット知覚/認識は、第4の区画化動作環境で実行されてもよい。他の例では、ターゲティングおよび代替の航法ソースを含むセンサ集合体位置登録が、POE3に割り当てられてもよい。加えて、信号情報集合体およびペイロードデータ配布のための柔軟なデータリンクを含むソフトウェア無線が割り当てられてもよい。いくつかの例では、POE1、POE2、およびPOE3の1以上は、高完全性区画から隔離されるミッション制御プロセスのための仮想化コンピューティングクラスタ形態であり得る。例は説明のみを目的として提供されており、特定の実装の要件に従って多数の他のオプション割り当てが行われてもよいことが理解されよう。

0060

第2の処理システム232を参照すると、第5の区画化動作環境POE4が、追加のビークル制御プロセスに割り当てられてもよい。いくつかの例では、POE4は、バックアップ航法および操縦プロセスなどの重要な、かつ/または時間的制約のあるビークル制御プロセスを実施するために使用されてもよい。第6の区画化動作環境POE5は、追加のミッション制御プロセスに割り当てられてもよい。いくつかの例では、POE5は、重要性が低い、または時間的制約のあるミッション制御プロセスを実施するために使用されてもよい。第7の区画化動作環境POE6は、プログラマブル論理アレイ325に割り当てられる。この例では、POE6は、1以上のビークル制御プロセスの実施のために割り当てられる。特定の例として、航法監視および/または制御プロセスは、一実施形態では、第7の区画化動作環境POE6に構成することができる。以下により詳細に説明するように、1以上の監視および/または制御プロセスは、一実装では、POE6に実装することができる。

0061

第1の回路基板120によって提供される異種処理システムは、UAVの多様で高い信頼性の要件を処理するために固有に位置付けられる。より具体的には、異種処理システムは、監視、補正、およびバックアップ機能を提供するために2つの異なる処理システムによる共同処理を可能にする。例えば、第1の処理システム230の1以上の構成要素は、第2の処理システム232における1以上のプロセスの実施を監視し、監視の実施に基づいて制御アクションを生成することができる。同様に、第2の処理システム232の1以上の構成要素は、第1の処理システム230における1以上のプロセスの実施を監視し、監視された実施に基づいて制御アクションを生成することができる。例として、第2の処理システムは、第1の処理システムによるプロセスの実施と関連付けられる1以上の異常を検出し、プロセスおよび/または第1の処理システムを再開してもよい。さらなる例として、第2の処理システムは、第1の処理システムと関連付けられる検出された異常に応じてバックアッププロセスを実施してもよい。さらに別の例では、第2の処理システムは、第1の処理システムの出力を監視し、第2の処理システムの出力との一致を確認してもよい。一致に応じて、ビークル装置を可能にするなどの制御アクションを開始することができる。

0062

図9は、開示される技術の実施形態による異種処理システムによる管理プロセスの共同処理のプロセス600を説明するフローチャートである。プロセス600は、第1の処理システムによるプロセスの第2の処理システムの実施による監視を説明しているが、第2の処理システムによるプロセスの実施を監視するために、プロセスが第1の処理システムによって同様に使用されてもよいことが理解されよう。一例では、プロセス600は、処理システムのプログラマブル論理アレイ内の専用プロセスによって実行することができる。別の例では、プロセス600は、1以上の処理装置によって実行されてもよい。

0063

プロセス602において、第1のプロセスは、第1の処理システムによって実施される。例えば、アプリケーションまたは他の組の命令は、第1の処理システムの1以上の処理装置および/または揮発性プログラマブル論理アレイによって実施することができる。

0064

プロセス604において、第2の処理システムは、第1の処理システムにおける第1のプロセスの実施を監視する。いくつかの実装では、プロセスの実施を監視することは、第1の処理システムの出力を監視することを含む。他の例では、プロセスの実施を監視することは、第1の処理システムによるプロセスの実施と関連付けられる1以上の異常を監視することを含む。

0065

プロセス606において、第2の処理システムは、第1のプロセスの出力が有効であるかを判定する。いくつかの例では、出力が有効であるかを判定することは、第1の処理システムが出力を生成しているかを判定することを含む。第1の処理システムが出力を生成している場合、第2の処理システムは、出力が有効であると判定する。別の例では、出力を監視することは、出力が有効信号を含むかを判定することを含む。例えば、第2の処理システムは、出力が第1の処理システムで実施されている第1のプロセスと一致する信号を含むかを判定することができる。別の例では、第2の処理システムは、出力が別の出力と整合するか、または一致を共有するかを判定することができる。例えば、第2の処理システムは、一例では、第1の処理システムの出力が第2の処理システムの出力と整合するか、または同じであるかを判定することができる。

0066

プロセス608において、プロセス600は、第1のプロセスの出力が有効であると判定されたか、および/または別の出力との一致を共有したかに基づいて分岐する。第1のプロセスの出力が有効であると判定された場合、プロセス610において、第1の制御アクションが無人航空機に生成される。第1のプロセスの出力が無効であると判定された場合、プロセス612において、第2の制御アクションが無人航空機に生成される。以下により詳細に説明するように、第1の制御アクションは、第1のプロセスの出力を提供することを含むことができる。第2の制御アクションは、第1のプロセスまたは第1の処理システムを再開すること、バックアッププロセスを実施すること、新しいプロセスを構成すること、または他の適切なアクションを含むことができる。

0067

図10は、第2の処理システムによる第1の処理システムの実施の監視、またはその逆に基づいて制御アクションを開始するプロセス650を説明するフローチャートである。より具体的には、プロセス650は、第1の処理システムの無効出力に基づいて生成され得る第2の制御アクションを説明する。例えば、プロセス650は、図9に示すプロセス600のプロセス612において、第2の処理システム232によって実行されてもよい。

0068

プロセス652において、プロセス650は、無効出力信号と関連付けられる第1のプロセスがUAVの重要度の高い機能と関連付けられるかを判定する。例えば、第2の処理装置は、無効出力が検出されたプロセスの種類に基づいて異なるアクションをとってもよい。このようにして、第2の処理システムは、様々な実装の特定の要件に適合することができる。特定の例では、すべてのビークル制御プロセスは、重要度の高いビークル機能と関連付けられると見なすことができる。同様に、航法またはある特定のセンサデータ管理などのミッション管理プロセスのサブセットは、重要度の高い機能と関連付けられると見なされ得る。

0069

制御アクションが重要度の高い機能に応じて開始されている場合、プロセス652は、プロセス654に続く。プロセス654において、第1のプロセスのバックアッププロセスは、第2の処理システムによって実施される。いくつかの例では、第2の処理システムは、1以上の処理装置322でバックアッププロセスを実施する。他の例では、第2の処理システムは、プログラマブル論理回路324でバックアッププロセスを実施する。

0070

プロセス656において、機能制御は、バックアッププロセスに転送される。例えば、第2の処理システムは、重要度の高い機能の制御を第1のプロセスからバックアッププロセスに転送することができる。バックアッププロセスは、無効出力を検出する前に第2の処理システムによって実施されてもよいことが理解されよう。例えば、バックアッププロセスは、第2の処理システムにおいて既に実施中であり得る。第1の処理システムからの無効出力に応じて、機能制御は、バックアッププロセスに転送することができる。

0071

機能制御をバックアッププロセスに転送した後、または機能が重要度の高い機能ではないとの判定に応じて、プロセス650は、プロセス658に続く。プロセス658において、プロセス650は、第1の処理システムが危険にさらされているかどうかを判定する。例えば、第2の処理システムは、無効出力が第1の処理システムにおける第1のプロセスの無許可の修正と関連付けられるかを判定することができる。いくつかの例では、第2の処理システムは、第1の処理システムの予期しない出力に応じて無許可の修正を検出してもよい。他の例では、第2の処理システムは、悪意のあるコードの存在による無許可の修正を検出してもよい。

0072

第1の処理システムが危険にさらされている場合、プロセス650は、プロセス664に続く。プロセス664において、第2の処理システムは、一次プロセスの更新された構成データおよび/または更新された命令セットを取得する。更新された構成データは、例えばメモリ332からローカルに、または例えば地上ステーションによって送信された情報から遠隔に取得することができる。

0073

プロセス666において、第1の処理システムは、更新された構成データおよび/または命令セットに基づいて再構成および/または事前プログラムされる。例えば、第2の処理システムは、更新された構成データファイルおよび/または命令セットを第1の処理システムに送信することができる。第1の処理システムの1以上の処理装置は、再プログラムすることができ、かつ/またはプログラマブル論理アレイは、再構成することができる。いくつかの例では、一次プロセスは、第1の処理システムのその後の無許可の修正を回避するために再構成することができる。例えば、一次プロセスは、第1の処理システムを最初に危険にさらすように使用されていた可能性がある脆弱性のその後の悪用を回避するために修正することができる。

0074

プロセス670において、機能制御は、第1の処理システムに戻される。いくつかの例では、プロセス670は、機能制御をバックアッププロセスから再構成された一次プロセスに転送することを含む。

0075

第1の処理システムが危険にさらされていない場合、プロセス650は、プロセス660に続く。プロセス660において、プロセス650は、第1の処理システムを再開するか、または第1の処理システムによる第1のプロセスの実施を再開する。例えば、第2の処理システムは、無効出力の原因を軽減するために、第1のプロセスの実施を再開するか、または第1の処理システム全体を再開してもよい。例えば、無効出力は、第1の処理システムの電力または他の故障による出力信号の損失として検出され得る。第1の処理システムまたは第1のプロセスを再開すると、再び出力が有効に生成される可能性がある。プロセス662において、機能制御は、機能制御がプロセス656においてバックアッププロセスに先に転送された場合に一次プロセスに転送される。

0076

図11は、開示される技術の例示的な実施形態による第1の回路基板120、および第2の処理システム232によって実行され得る監視プロセスを示すブロック図である。別の例では、同様のプロセスが第1の処理システム230によって実行されてもよい。

0077

第1の処理システム230は、第1のUAV機能の一次制御プロセスを実施するリアルタイム処理装置(RPU)310と共に示されている。例として、一次制御プロセスは、メモリに記憶されてRPU310によって実施される第1の命令セットを含んでもよい。一次制御プロセス702は、1以上のサポートプロセス704に提供される出力722を生成する。サポートプロセス704は、第1のUAV機能と関連付けられる。例として、一次制御プロセスは、センサデータに基づいてUAVを操縦することをナビゲートするための出力コマンドを生成するように構成された自動操縦プロセスであり得る。1以上のサポートプロセス704は、パルス幅変調(PWM)サーボコマンド生成ユニットを含むことができる。PWMサーボコマンド生成ユニットは、自動操縦プロセスの第1の出力722からコマンドを受信し、適切なPWMサーボコマンドを出力724として生成することができる。別の例では、一次制御プロセス702は、ペイロード送達制御プロセスであり得る。PWMサーボコマンドが説明されているが、シリアルデータバスアナログ位相振幅などのような任意の種類のサーボコマンド信号およびサーボコマンド生成ユニットが使用されてもよい。

0078

第2の処理システム232は、同様に第1のUAV機能と関連付けられる1以上のサポートプロセス708を含む。例として、サポートプロセス708は、いくつかの例では、デシリアライザプロセスを含んでもよい。デシリアライザプロセスは、シリアルPWMサーボコマンドを受信し、バッファに記憶することができるPWMコマンドを生成することができる。サポートプロセス708は、出力726をプロセスモニタコントローラ710に提供する。プロセスモニタ/コントローラ710は、一次制御プロセス702が有効出力を生成しているかを判定するように構成される。一例では、プロセスモニタ/コントローラ710は、一次制御プロセス702が第1の出力722を生成しているかを判定するために、出力726がサポートプロセス708から受信されるかを判定するように構成される。別の例では、プロセスモニタ/コントローラ710は、一次制御プロセス702が有効である第1の出力722を生成しているかを判定するために、出力724がサポートプロセス708によって受信されるかを判定するように構成される。別の例では、プロセスモニタ/コントローラ710は、第1の出力722が有効であるかを判定するために、出力726の内容が有効であるかを判定するように構成される。プロセスモニタ/コントローラ710が第1の出力722が有効であると判定した場合、出力728が提供される。一例では、出力728は、サポートプロセス708から受信したPWMサーボコマンドを含む。

0079

サポートプロセス708は、第2の処理システム232のAPU326によって実施されるバックアップ制御プロセス706から第2の出力732を受信するようにさらに構成される。例えば、バックアップ制御プロセス706は、バックアップ自動操縦プロセスまたはバックアップペイロード送達プロセスであり得る。サポートプロセス708は、一例では、バックアップ自動操縦プロセスからコマンドを受信し、PWMサーボコマンドを生成することができる。サポートプロセス708は、プロセスモニタ/コントローラ710に提供される出力734を生成する。プロセスモニタ/コントローラ710が一次制御プロセス702の出力722が無効であると判定した場合、バックアップ制御プロセスの出力732を含む出力736を生成することができる。

0080

いくつかの実装では、プロセッサモニタ/コントローラ710は、第1の処理システム230の第1の出力722が第1の出力を第2の処理システムからの第2の出力732と比較することに基づいて有効であるかを判定することができる。例えば、プロセスモニタ/コントローラ710は、第1の出力722と第2の出力732とが整合するか、または一致しているかを判定することができる。第1の出力722と第2の出力732との間に一致がある場合、プロセッサモニタ/コントローラ710は、第1の出力722が有効であると判定することができる。

0081

図11は、一次制御プロセス702と関連付けられる無効出力に応じてプロセスモニタ/コントローラ710がバックアップ制御プロセス706を可能にする特定の例である。他の例では、プロセスモニタ/コントローラ710は、各処理システムによって実施されるプロセスの出力に基づいてビークル装置を可能にするかまたは特定の機能を開始するように構成することができる。例えば、ペイロード送達システムは、第1の処理システムによって生成された出力と第2の処理システムによって生成された出力との間の一致に基づいて可能にまたは起動されてもよい。

0082

ここで図12図16を参照すると、改良型制御ボックス100およびその構成要素のさらなる実施形態が概して示されている。説明したように、本開示による制御ボックス100は、一般に、無人航空機(UAV)の動作を制御する様々な電気/コンピューティング構成要素を収容し、したがって制御ボックス100は、一般に、UAVに取り付けられる。本開示による制御ボックス100は、本明細書で説明されるヒートシンク、カバー、および/または補強材などの制御ボックス100の様々な構成要素が各々、そのような各構成要素の様々な異なる設計と交換可能であるそれらのモジュール式設計により特に有利である。本明細書で説明するような特定の特徴は、そのようなモジュール性を容易にするのを助ける。加えて、本明細書で説明するように、ヒートシンク、補強材、およびシステムオンモジュール(SOM)回路基板などのそのような制御ボックス100の様々な特徴は、一般にSOM回路基板からおよび制御ボックス100から熱を伝達するための有利な熱伝達特徴を含む。他の有利な特徴については、本明細書で説明する。

0083

本開示による制御ボックス100は、示すように、横方向102、縦方向104、および横断方向106を画定し得る。そのような方向102、104、106は、制御ボックス100の直交座標系を共に画定することができる。

0084

制御ボックス100は、内部112を画定するハウジング110を含むことができる。ハウジング110は、例示的な実施形態では、カバー114と、1以上の補強材116とを含む。いくつかの実施形態では、単一の補強材116のみが制御ボックス100で利用されるが、代替の実施形態では、2つ以上の補強材116が利用されてもよい。ハウジング110がカバー114と、(1以上の)補強材116とを含む実施形態では、少なくとも1つのそのような補強材116は、カバー114と接触して取り外し可能に接続され、補強材116は、互いに横断方向106に沿ってハウジング110に積み重ねられる。制御ボックス100は、ヒートシンク118をさらに含むことができる。ヒートシンク118は、複数の補強材116の1つと接触するなどして、ハウジング110に取り外し可能に接続することができる。ヒートシンク118はさらに、横断方向106に沿って補強材116およびハウジング110に積み重ねられてもよい。

0085

1以上の回路基板を、内部112内に配置することができる。例えば、第1の回路基板120を、内部112に配置することができる。例示的な実施形態では、第1の回路基板120は、本明細書で説明するような例示的なSOM回路基板200などのシステムオンモジュール(「SOM」)回路基板である。そのような第1の回路基板120は、例示的な実施形態では、補強材116とヒートシンク118との間など、ハウジング110とヒートシンク118との間に位置決めされてもよい。さらに、第1の回路基板120は、第1の回路基板120からの熱がヒートシンク118を通って第1の回路基板120から放散されるようにヒートシンク118と接触してもよい。加えて、第1の回路基板120は、補強材116と接触してもよい。

0086

例えば、第1の回路基板120は、1以上のコンピューティング構成要素を含んでもよい。そのようなコンピューティング構成要素は、第1の処理システム230、第2の処理システム232、および/または1以上のメモリブロック234を含むことができ、それらはすべて、SOM回路基板200の文脈などで本明細書で詳細に説明する。さらに、熱界面材料236(SOM回路基板200の文脈で以下に詳細に説明する)を、そのようなコンピューティング構成要素の1以上に配置することができる。例示的な実施形態では、コンピューティング構成要素の1以上に配置された熱界面材料236などの第1の回路基板120は、ヒートシンク118および/または補強材116と接触してもよい。

0087

いくつかの実施形態では、熱界面材料236は、ヒートシンク118と接触してもよい。特に、1以上のコンピューティング構成要素(SOM回路基板200の文脈で以下に説明するような回路基板120の第1のフェース面210に取り付けられる第1の処理システム230、第2の処理システム232、および/または1以上のメモリブロック234など)に配置される熱界面材料236は、そのベース130などのヒートシンク118と接触してもよい。

0088

追加的または代替的に、補強材116は、複数のフィンガ140を含むことができる。フィンガ140は、サポートおよび熱伝達の目的で他の構成要素と接触する補強材116の概して平ら内面である。第1の回路基板120は、そのようなフィンガ140と接触してもよい。特に、1以上のコンピューティング構成要素(SOM回路基板200の文脈で以下に説明するような回路基板120の第2のフェース面212に取り付けられる1以上のメモリブロック234など)に配置される熱界面材料236は、フィンガ140と接触してもよい。

0089

例示的な実施形態では、補強材116は、外枠142と、1以上の横材144とを含む。加えて、補強材116は、フィンガ140を含むことができる。第1の回路基板120が補強材116と接触すると、第1の回路基板120は、外枠142および/または1以上の横材144と接触することができ、上述のようにフィンガ140とさらに接触することができる。

0090

例示的な実施形態では、ヒートシンク118は、金属から形成される。ヒートシンク118は、ベース130を含むことができる。ベースは、例示的な実施形態では、上述のようなその構成要素などの第1の回路基板120と接触することができる。さらに、いくつかの例示的な実施形態(図示せず)では、ヒートシンク118は、ベース130から外側に延びる複数のフィン132を含んでもよい。これらの実施形態では、ヒートシンク118は、フィン132を介して制御ボックス100から対流熱伝達を提供することができる。他の実施形態では、図12図14に示すように、フィン132を設けなくてもよく、ヒートシンク118は、例えば、制御ボックス100が取り付けられる対象UAVのベース130と他の構成要素との接触を介して制御ボックス100から伝導性熱伝達を提供することができる。さらに他の実施形態では、ヒートシンク118は、熱伝達を容易にするための使い捨てもしくは可逆的相変化材料液体冷却材料、および/または他の適切な構成要素をさらに含んでもよい。

0091

制御ボックス100は、第2の回路基板122をさらに含むことができる。第2の回路基板122は、インターフェース回路を形成する様々な集積回路を含む、ソナー、レーダ、GPS、無線などの関連構成要素などの通信関連構成要素を一般に含むキャリアカード型回路基板とすることができる。第2の回路基板は、内部112内に配置することができる。例えば、そのような第2の回路基板122は、例示的な実施形態では、カバー114と補強材116との間に位置決めされてもよい。さらに、第2の回路基板122は、補強材116と接触してもよい。

0092

例示的な実施形態では、第2の回路基板122は、第1の回路基板120と動作可能に通信する。例えば、第2の回路基板122は、第2の回路基板122に位置決めされ、第1の回路基板120の相手方の入力/出力コネクタ(SOM回路基板200の実施形態におけるコネクタ238など)と動作可能に接触する1以上の入力/出力コネクタ124をさらに含んでもよい。

0093

いくつかの実施形態では、第2の回路基板122は、1以上のセンサコネクタ125をさらに含んでもよい。そのようなセンサコネクタ125は、図12図14に示すように縦方向104に沿って、または別の適切な方向になど、ハウジング110から延びることができる。これらのセンサコネクタ125は、例えば、制御ボックス100が取り付けられるUAVに取り付けることができる(本明細書で説明するものなどの)適切な外部センサまたは他の二次装置12に第2の回路基板122を接続するためのポートであり得る。

0094

加えて、制御ボックス100は、ハウジング110から延びる1以上の入力/出力コネクタ126を含むことができる。例示的な実施形態では、そのような(1以上の)コネクタ126の1以上は、第2の回路基板122の構成要素である。そのような入力/出力コネクタ126は、制御ボックス100およびその構成要素を、例えば、制御ボックス100が取り付けられるUAVの他の構成要素に接続することができる。いくつかの実施形態では、図12図14に示すように、(1以上の)入力/出力コネクタ126は、ハウジング110の端面板115を通るなどして、縦方向104に沿ってハウジング110から延びる。他の実施形態では、(1以上の)入力/出力コネクタ126は、カバー114を通るなどして、横断方向106に沿ってハウジング110から延びる。

0095

いくつかの実施形態では、制御ボックス100は、メザニンカード128をさらに含んでもよい。メザニンカード128は、内部112内に配置することができ、第2の回路基板122と動作可能に通信することができる。メザニンカード128は、例えば、第2の回路基板122とカバー114との間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、入力/出力コネクタ126の1以上は、メザニンカード128の構成要素である。

0096

示すように、ヒートシンク118およびハウジング110の構成要素は、貫通孔を含むことができる。様々な貫通孔を、制御ボックス100の様々な構成要素のモジュール性を容易にするために有利に位置合わせすることができる。例えば、複数の貫通孔150が、横断方向106に沿ってなど、ヒートシンク118のベース130を通って延びてもよい。そのような貫通孔150は、パターン状に配置することができる。さらに、複数の貫通孔が、横断方向106に沿ってなど、ハウジング110を通って延びてもよい。そのような貫通孔は、パターン状に配置することができる。そのような貫通孔は、例えば、横断方向106に沿ってパターン状にカバー114を通って延びる貫通孔152と、横断方向106に沿ってパターン状に補強材116を通って延びる貫通孔154とを含むことができる。例示的な実施形態では、貫通孔150、152、および154などの、ベース130およびハウジング110の貫通孔のパターンは、同一である。したがって、締結具を貫通孔150、152、154を通して挿入し、制御ボックス100のそのような構成要素を共に締結することができる。特に、そのような同一のパターンは、そのような構成要素の異なる版をモジュール形式で互いに交換することができるように、様々な異なる種類のヒートシンク118およびハウジング110(ならびにそのカバー114および補強材116)に延びることができる。

0097

ヒートシンク118がその補強材116などのハウジング110と接触すると、そのような構成要素は、「さねはぎ」タイプの特徴を使用して共に嵌合することができる。そのような特徴は、適切な嵌合を確実にするように構成要素を互いに対して有利に配向させ、また電磁干渉EMIフィルタとして有利に作用する。

0098

ここで図15および図16を参照すると、本開示による制御ボックス100は、システムオンモジュール(SOM)回路基板200を含むことができ、これは上述のように第1の回路基板120とすることができる。SOM回路基板200は、示すように、横方向202、縦方向204、および横断方向206を画定し得る。そのような方向202、204、206は、SOM回路基板200の直交座標系を共に画定することができる。SOM回路基板200が制御ボックス100に設置されると、方向202、204、206は、それぞれの方向102、104、106に対応し得る。

0099

SOM回路基板200は、複数の外面を含む主本体208を有することができる。例えば、主本体208は、第1のフェース面210と、第2の対向するフェース面212とを含み、これらの両方は、一般に、横方向202および縦方向204によって画定された平面内に延びる。主本体208は、第1の端面214と、対向する第2の端面216とをさらに含み、これらの両方は、一般に、横方向202および横断方向206によって画定された平面内に延びる。主本体208は、第1の側面218と、対向する第2の側面220とをさらに含み、これらの両方は、一般に、縦方向204および横断方向206によって画定された平面内に延びる。

0100

一般に、SOM回路基板200およびその主本体208は、示すように、超長方形の形状を有する。したがって、第1および第2の端面214、216も各々、横方向202に沿った最大長さである長さ222を有する。第1および第2の側面218、220も各々、縦方向204に沿った最大長さである長さ224を有する。示すように、例示的な実施形態では、最大長さ224は、最大長さ222よりも大きい。

0101

SOM回路基板200は、複数のコンピューティング構成要素をさらに含むことができる。各コンピューティング構成要素は、第1のフェース面210または第2のフェース面212など、主本体208に取り付けることができる。例えば、コンピューティング構成要素は、第1の処理システム230と、第2の処理システム232と、複数のメモリブロック234とを含んでもよい。特に、第1および第2の処理システム230、232ならびにメモリブロック234は、例示的な実施形態では、結合型コンピューティングシステムに共に統合され得、2つの処理システム230、232が共に動作する。したがって、例えば、第1の処理システム230は、第2の処理システム232を監視およびバックアップすることができ、第2の処理システム232は、第1の処理システム230を監視およびバックアップすることができる。

0102

いくつかの実施形態では、例えば、第1の処理システム230は、ランダムアクセスメモリ(RAM)ベースの処理システムであってもよい。追加的または代替的に、第2の処理システム232は、いくつかの実施形態では、フラッシュメモリベースの処理システムであってもよい。追加的または代替的に、メモリブロック234は、RAMメモリブロックであってもよい。

0103

示すように、例示的な実施形態では、第1および第2の処理システム230、232は、主本体208の第1のフェース面210に取り付けられてもよい。しかしながら、あるいは、第1および第2の処理システム230、232の一方または両方は、主本体208の第2のフェース面212に取り付けることができる。さらに、いくつかの実施形態では、メモリブロック234の少なくとも1以上は、第1のフェース面210に取り付けられてもよい。追加的または代替的に、メモリブロック234の少なくとも1以上は、第2のフェース面212に取り付けられてもよい。

0104

いくつかの実施形態では、熱界面材料236は、コンピューティング構成要素の1以上に配置することができる。熱界面材料236は、本明細書で説明するように、そのようなコンピューティング構成要素から制御ボックス100の他の構成要素への熱伝達を容易にすることができる。適切な熱界面材料236は、例えば、比較的柔軟な材料であってもよく、これは例えば硬化性であり得る。例示的な実施形態では、そのような材料236は、チキソトロピー材料であってもよい。例示的な実施形態では、そのような材料236は、3.2〜4W/m・K、例えば3.4〜3.8W/m・K、例えば3.6W/m・Kの熱伝導率を有することができる。1つの適切な材料は、The Bergquist Companyから市販されているGap Filler 3500S35である。

0105

例示的な実施形態では、熱界面材料236は、第1のフェース面210に取り付けられたメモリブロック234の1以上および/または第2のフェース面212に取り付けられたメモリブロック234の1以上などのメモリブロック234に配置され得る。追加的または代替的に、熱界面材料236は、第1の処理システム230および/または第2の処理システム232に配置されてもよい。

0106

加えて、1以上の入力/出力コネクタ238が、主本体208に取り付けられてもよい。これらのコネクタ238は、制御ボックス100で、本明細書で説明するようにSOM回路基板200を他の回路基板に接続することができ、したがってSOM回路基板200とそのような他の回路基板との間の通信を可能にする。コネクタ238は、例えば、示すように第2のフェース面212に取り付けられてもよく、あるいは、第1のフェース面210に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、コネクタ238は、第1の側面218に近接して、したがって横方向202に沿って第2の側面220よりも第1の側面218に近く配置されてもよい。これらの実施形態のいくつかでは、コネクタ238を第2の側面220に近接して設けなくてもよい。さらに、コネクタ238の縦方向軸は、示すように、縦方向204に沿って位置合わせすることができる。

0107

さらに示すように、複数の取付孔240が、主本体208を通って延びることができる。これらの取付孔240の1以上は、例えば、SOM回路基板200を制御ボックス100の他の構成要素に接続するために利用され得る。各取付孔240は、第1のフェース面210と第2のフェース面212との間を通って横断方向206に沿って延びることができる。

0108

主本体の取付孔240の位置は、特に有利であり得る。例えば、取付孔240の第1のアレイ242は、第1の側面218に近接して、例示的な実施形態では、横方向202に沿ってコネクタ238と第1の側面218との間に配置されてもよい。第1のアレイ242の取付孔240は、縦方向204に沿って互いに離間してもよい。例示的な実施形態では、第1のアレイ242は、3つ以上の取付孔を含んでもよいが、代替の実施形態では、2つの取付孔を利用してもよい。取付孔240の第2のアレイ244は、第2の側面220に近接して配置されてもよく、例示的な実施形態では、第1のアレイ242が第1の側面218から離れているので、横方向202に沿って第2の側面220から等しい距離だけ離間してもよい。第2のアレイ244の取付孔240は、縦方向204に沿って互いに離間してもよい。例示的な実施形態では、第2のアレイ244は、3つ以上の取付孔を含んでもよいが、代替の実施形態では、2つの取付孔を利用してもよい。第1および第2のアレイは、SOM回路基板200を制御ボックス100の他の構成要素に有利に接続し、そのような構成要素に対するSOM回路基板200の相対運動を最小限に抑えることができる。

0109

加えて、1以上の第3の取付孔246を、横方向202に沿って第1のアレイ242と第2のアレイ244との間に配置することができる。例示的な実施形態では、1以上の第3の取付孔246は、横方向202に沿ってなど、第1の側面218と第2の側面220との間のほぼ中央に位置決めされてもよい。これにより、第3の取付孔246は、横方向202に沿って第1のアレイ242および第2のアレイ244から等間隔に配置することができる。さらに、単一の第3の取付孔246のみが利用される実施形態では、第3の取付孔246は、縦方向204に沿ってなど、第1の端面214と第2の端面216との間のほぼ中央に位置決めされてもよい。(1以上の)第3の取付孔246は、そのような(1以上の)孔246がSOM回路基板200の使用中の共振周波数の問題を低減し、改善された剛性をSOM回路基板200に提供するので、特に有利であり得る。

0110

いくつかの実施形態では、複数のビア250を、SOM回路基板200に設けてもよい。各ビアは、横断方向206に沿って本体208を通って延びることができ、第1のフェース面210および/または第2のフェース面212から突出することができる。ビア250は、第1の側面218および/または第2の側面220に近接して位置することができる。ビア250は、例示的な実施形態では、金または銅などの金属材料から形成することができ、主本体208内から熱を伝達し、一般に主本体208およびSOM回路基板200からこの熱を伝達するための熱伝達導管として機能することができる。

0111

いくつかの実施形態では、1以上の金属コーティングを主本体208、例えばその第1のフェース面210および/または第2のフェース面212にメッキすることができる。金属コーティングは、一般に主本体208およびSOM回路基板200から熱を伝達するための熱伝達導管として機能することができる。

0112

例えば、第1の金属コーティング252は、複数の取付孔240(第1および第2のアレイ242、244の取付孔ならびに(1以上の)第3の取付孔246を含む)を画定する本体208の部分(その第1のフェース面210および/または第2のフェース面212など)にメッキされてもよい。そのようなコーティング252は、様々なメッキが接続されないように、本体208のそのような部分に別々にメッキされてもよい。例示的な実施形態では、そのような第1の金属コーティング252が銅コーティングであるが、代替の実施形態では、金または他の適切な金属を利用してもよい。

0113

追加的または代替的に、第2の金属コーティング254が、本体208(その第1のフェース面210および/または第2のフェース面212など)にメッキされてもよい。そのようなコーティング252は、第1および第2の側面218、220に近接して位置してもよく、そのような面218、220に、例えば長さ224全体に沿って延びてもよい。第1および第2の金属コーティング252、254の両方が利用される実施形態では、第2の金属コーティング254は、第1の金属コーティング252の上にメッキされてもよい。例示的な実施形態では、そのような第2の金属コーティング254が金コーティングであるが、代替の実施形態では、銅または他の適切な金属を利用してもよい。

0114

開示される技術のいくつかの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せとして実装され得る。ソフトウェアは、プロセッサ可読コードとして記憶され、例えばプロセッサをプログラムするためのプロセッサ可読コードとして、プロセッサに実装されてもよい。いくつかの実装では、構成要素の1以上は、例えば、他のユニット、関連する機能の特定の機能を通常実行するプロセッサによって実施可能なプログラムコードの一部(例えば、ソフトウェアまたはファームウェア)、またはより大型のシステムとインターフェースする内蔵型ハードウェアもしくはソフトウェア構成要素と共に使用するように設計されたパッケージされた機能ハードウェアユニット(例えば、1以上の電気回路)として個別にまたは1以上の他の構成要素と組み合わせて実装することができる。各ハードウェアユニットは、例えば、特定用途向け集積回路ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、回路、デジタル論理回路アナログ回路、個別の回路の組合せ、ゲート、または任意の他の種類のハードウェアもしくはその組合せを含んでもよい。代替的にまたは追加的に、これらの構成要素は、様々なミッションおよびビークル制御プロセスを含む、本明細書に記載の機能を実行するようにプロセッサをプログラムするためにプロセッサ可読装置(例えば、メモリ)に記憶されるソフトウェアを含んでもよい。

0115

処理装置は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または他の適切な処理装置などの任意の数および種類のプロセッサを含むことができる。(1以上の)メモリ装置は、限定はしないが、非一時的コンピュータ可読媒体、RAM、ROM、ハードドライブフラッシュドライブ、または他のメモリ装置を含む、1以上のコンピュータ可読媒体を含むことができる。

0116

本明細書に記載のメモリブロック234および他のメモリは、1以上のプロセッサによって実施することができるコンピュータ可読命令を含む、1以上の処理装置または論理アレイによってアクセス可能な情報を記憶することができる。命令は、プロセッサによって実施されると、プロセッサに動作を実行させる任意の組の命令とすることができる。命令は、任意の適切なプログラミング言語で書かれたソフトウェアであってもよいし、ハードウェアに実装されてもよい。いくつかの実施形態では、命令は、プロセッサにビークルおよび/またはミッション機能を制御するための動作、および/またはコンピューティング装置の任意の他の動作もしくは機能などの動作を実行させるためにプロセッサによって実施することができる。

0117

本明細書で説明した技術は、コンピュータベースのシステム、ならびにコンピュータベースのシステムにより行われるアクション、およびそれとの間でやりとりされる情報を参照する。当業者であれば、コンピュータベースのシステムの固有の柔軟性によって、構成要素間の多種多様な可能な構成、組合せ、ならびにタスクおよび機能の分割が可能になることを認識するであろう。例えば、本明細書で説明したプロセスは、単一のコンピューティング装置または組み合わせて働く複数のコンピューティング装置を使用して実装することができる。データベース、メモリ、命令、およびアプリケーションは、単一のシステムに実装してもよいし、複数のシステムに分散してもよい。分散した構成要素は、順次または並列に動作することができる。

0118

様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および/または特許請求することができる。

0119

本明細書は、特許請求される主題を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む特許請求される主題の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。開示される技術の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者であれば想到できる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を含んでおり、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

0120

[実施態様1]
無人ビークル(UV)(10)を制御するためのシステムオンモジュール(SOM)であって、
回路基板(120、200)と、
前記回路基板(120、200)と動作可能に通信する第1の処理システム(230)であって、前記第1の処理システム(230)は、1以上の第1の処理装置(302)と、揮発性プログラマブル論理アレイ(305)とを含み、前記UV(10)の第1のプロセスを実施するように構成される第1の処理システム(230)と、
前記回路基板(120、200)と動作可能に通信する第2の処理システム(232)であって、前記第2の処理システム(232)は、1以上の第2の処理装置(322)と、不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)とを含み、前記第1の処理システム(230)による前記第1のプロセスの実施を監視するように構成される第2の処理システム(232)と
を備える、システムオンモジュール。

0121

[実施態様2]
前記第1のプロセスが、第1のビークル制御プロセス(502、506)であり、
前記1以上の第1の処理装置(302)が、前記第1のビークル制御プロセス(502、506)を含む複数のビークル制御プロセスを実施するように構成され、
前記揮発性プログラマブル論理アレイ(305)が、複数のミッション制御プロセス(504、508、510、512)を実施するように構成される、
実施態様1に記載のシステムオンモジュール。

0122

[実施態様3]
前記不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)が、前記第1の処理システム(230)による前記第1のビークル制御プロセス(502、506)の実施を監視するように構成される、
実施態様2に記載のシステムオンモジュール。

0123

[実施態様4]
前記第2の処理システム(232)が、前記第1の処理システム(230)と関連付けられる無効出力に応じて前記第1の処理システム(230)の少なくとも一部を再開するように構成される、
実施態様1に記載のシステムオンモジュール。

0124

[実施態様5]
前記第2の処理システム(232)が、前記UV(10)の第2のプロセスを実施するように構成され、
前記第1の処理システム(230)が、前記第2の処理システム(232)による前記第2のプロセスの実施を監視するように構成される、
実施態様1に記載のシステムオンモジュール。

0125

[実施態様6]
前記第2の処理システム(232)が、前記第1の処理システム(230)と関連付けられる無効出力に応じて前記第1の処理システム(230)による前記第1のプロセスの実施を再開するように構成される、
実施態様1に記載のシステムオンモジュール。

0126

[実施態様7]
前記第1のプロセスが、前記UV(10)の第1のビークル装置と関連付けられるビークル制御プロセスであり、
前記第2の処理システム(232)が、第2のビークル制御プロセスを実施し、前記第1の処理システム(230)と関連付けられる無効出力に応じて前記第1のビークル装置の制御を前記第2のビークル制御プロセスに転送するように構成される、
実施態様1に記載のシステムオンモジュール。

0127

[実施態様8]
前記1以上の第1の処理装置(302)が、前記第1のプロセスを実施するように構成され、
前記1以上の第2の処理装置(322)が、第2のプロセスを実施するように構成される、
実施態様1に記載のシステムオンモジュール。

0128

[実施態様9]
前記第1のプロセスが、一次システムを備える第1の組のプロセッサ可読命令を含み、
前記第2のプロセスが、バックアップシステムを備える第2の組のプロセッサ可読命令を含む、
実施態様8に記載のシステムオンモジュール。

0129

[実施態様10]
前記不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)が、マルチプレクサと、制御ステートマシンとを含み、
前記制御ステートマシンが、前記1以上の第1の処理装置(302)と前記不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)との間の有効出力の損失に応じて前記バックアップシステムを可能にするように構成される、
実施態様9に記載のシステムオンモジュール。

0130

[実施態様11]
前記揮発性プログラマブル論理アレイ(305)が、RAMベースのフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)であり、
前記不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)が、フラッシュベースのFPGAである、
実施態様1に記載のシステムオンモジュール。

0131

[実施態様12]
無人ビークル(UV)(10)を制御するためのシステムオンモジュールであって、
第1の処理装置(302)と、第1のプログラマブル論理アレイ(305)とを含む第1の処理システム(230)であって、前記第1の処理装置(302)は、第1のプロセスを実施し、前記第1のプロセスに基づいて出力を提供するように構成される第1の処理システム(230)と、
第2の処理装置(322)と、第2のプログラマブル論理アレイ(325)とを含む第2の処理システム(232)であって、前記第2のプログラマブル論理アレイ(325)は、前記第1の処理システム(230)の有効出力に応じて前記第1のプロセスに基づいて前記UV(10)の制御を可能にするように構成され、第2のプロセスを実施し、前記第1の処理システム(230)の無効出力に応じて前記第2のプロセスに基づいて前記UV(10)の制御を可能にするように構成される第2の処理システム(232)と
を備える、システムオンモジュール。

0132

[実施態様13]
前記第1の処理システム(230)を備える第1の集積回路と、
前記第2の処理システム(232)を備える第2の集積回路と
をさらに備え、
前記第1のプロセスは、前記UV(10)の第1のビークル装置を制御することと関連付けられる第1の組のプロセッサ可読命令を含む、
実施態様12に記載のシステムオンモジュール。

0133

[実施態様14]
前記出力が、第1の出力(722)であり、
前記第2の処理装置(322)が、第3のプロセスを実施し、前記第3のプロセスに基づいて第2の出力(732)を提供するように構成され、
前記第2のプログラマブル論理アレイ(325)が、前記第1の出力(722)が前記第1の出力(722)を前記第2の出力(732)と比較することに基づいて有効であるかを判定するように構成される、
実施態様12に記載のシステムオンモジュール。

0134

[実施態様15]
前記第1のビークル装置が、ペイロード送達システム(36)を含み、
前記ペイロード送達システム(36)が、前記第1の出力(722)と前記第2の出力(732)との間の一致に応じて選択的に可能にされる、
実施態様12に記載のシステムオンモジュール。

0135

[実施態様16]
無人ビークル(UV)(10)用の制御システム(80)のシステムオンモジュールの第2の処理システム(232)によって、前記システムオンモジュールの第1の処理システム(230)による第1のプロセスの実施を監視するステップ(604)であって、前記第1の処理システム(230)は、第1の処理装置(302)と、不揮発性プログラマブル論理アレイ(325)とを含み、前記第2の処理システム(232)は、第2の処理装置(322)と、揮発性プログラマブル論理アレイ(305)とを含む、監視するステップ(604)と、
前記第2の処理システム(232)によって、前記第1の処理システム(230)による前記第1のプロセスの実施と関連付けられる出力が有効であるかを判定するステップ(606)と、
前記第2の処理システム(232)によって、前記第1のプロセスの実施と関連付けられる有効出力に基づいて前記UV(10)の第1の制御アクションおよび前記第1のプロセスの実施と関連付けられる無効出力に基づいて前記UV(10)の第2の制御アクションを開始するステップ(610、612)であって、前記第1の制御アクションと前記第2の制御アクションとは、異なっている、開始するステップ(610、612)と
を含む、方法(600、650)。

0136

[実施態様17]
前記第1のプロセスが、第1のビークル装置と関連付けられ、
前記方法(600、650)が、前記第2の処理システム(232)によって、前記第2の処理システム(232)による第2のプロセスの実施を監視することであって、前記第2のプロセスが、前記第1のビークル装置と関連付けられる、監視するステップをさらに含み、
前記第1の制御アクションを開始するステップ(610)が、前記第1のプロセスの実施と関連付けられる前記有効出力および前記第2のプロセスの実施と関連付けられる有効出力に応じて前記第1のビークル装置を起動するステップを含み、
前記第2の制御アクションを開始するステップ(612)が、前記第1のプロセスの実施と関連付けられる前記無効出力に応じて前記第1のビークルシステムを無効にするステップを含む、
実施態様16に記載の方法(600、650)。

0137

[実施態様18]
前記第1の制御アクションを開始するステップ(610)が、前記有効出力を前記制御システム(80)のキャリアカードに提供するステップを含み、
前記第2の制御アクションを開始すること(612)が、前記第1の処理システム(230)による前記第1のプロセスの実施を再開するステップ(660)を含む、
実施態様16に記載の方法(600、650)。

0138

[実施態様19]
前記第2の制御アクションを開始するステップ(612)が、前記無効出力に応じて前記第1の処理システム(230)を再開するステップ(660)を含む、
実施態様16に記載の方法(600、650)。

0139

[実施態様20]
前記第1のプロセスが、1以上のビークル機能と関連付けられ、
前記第2の制御アクションを開始するステップ(612)が、前記無効出力に応じて前記1以上のビークル機能と関連付けられる第2のプロセスを実施するステップと、前記1以上のビークル機能の制御を前記第2のプロセスに転送するステップとを含む、
実施態様16に記載の方法(600、650)。

0140

10無人航空機(UAV)、12二次装置、14推進移動(PM)装置、20画像センサ、22レーダセンサ、24LIDARセンサ、26ソナーセンサ、28GPSセンサ、30推力装置、32制御面、34位置決めシステム、36ペイロード送達システム、38通信システム、50 制御システム、60バックプレーン、61CPUカード、62 共処理カード、63アドオンカード、64 アドオンカード、65 アドオンカード、66 スイッチ、71 第1のカードスロット、72 第2のカードスロット、73 カードスロット、74 カードスロット、75 カードスロット、80 制御システム、100制御ボックス、102 横方向、104縦方向、106横断方向、110ハウジング、112 内部、114カバー、115端面板、116補強材、118ヒートシンク、120 第1の回路基板、122 第2の回路基板、124 入力/出力(I/O)コネクタ、125センサコネクタ、126 I/Oコネクタ、128メザニンカード、130ベース、132フィン、140フィンガ、142外枠、144横材、150貫通孔、152 貫通孔、154 貫通孔、200システムオンモジュール(SOM)回路基板、202 横方向、204 縦方向、206 横断方向、208 主本体、210 第1のフェース面、212 第2のフェース面、214 第1の端面、216 第2の端面、218 第1の側面、220 第2の側面、222最大長さ、224 最大長さ、230 第1の処理システム、232 第2の処理システム、234 第1のメモリブロック,第2のメモリブロック、236熱界面材料、238 I/Oコネクタ、240取付孔、242 第1のアレイ、244 第2のアレイ、246 第3の取付孔、250ビア、252 第1の金属コーティング、254 第2の金属コーティング、302処理装置、304プログラマブル論理回路、305揮発性プログラマブル論理アレイ、306アプリケーション処理装置(APU)、308グラフィックス処理装置(GPU)、310リアルタイム処理装置(RPU)、312メモリ、314通信インターフェース、316スイッチファブリック、322 処理装置、324 プログラマブル論理回路、325不揮発性プログラマブル論理アレイ、326 アプリケーション処理装置(APU)、332 メモリ、334 通信インターフェース、336 スイッチファブリック、402パルス幅変調器(PWM)、404GPS受信機、406データリンク受信機、408シリアル受信機リンク(SRXL)入力、410プログラマブル電源ユニット(PSU)、412比較器、414ドライバ、416アナログ−デジタル変換器(ADC)、420 LIDAR/SONARインターフェース、422 Pitot/静的インターフェース、424電気光学グリッド参照システム(EOGRS)受信機インターフェース、426ソフトウェア無線、428航法システム、430コントローラエリアネットワークバス(CANBUS)、432 第1の回路基板インターフェース、434電源、442サーボ、444GPSアンテナ、446 データリンクアンテナ、448パイロットインコマンド(PIC)受信機、450サーボ電源、452 個別入力、454 個別出力、456アナログ入力、458 第1のセンサコネクタ,第2のセンサコネクタ,第3のセンサコネクタ,第4のセンサコネクタ,第5のセンサコネクタ,第6のセンサコネクタ,第7のセンサコネクタ,第8のセンサコネクタ、502 第1のビークル制御プロセス(VCP)、504 第1のミッション制御プロセス(MCP)、506 1以上のVCP、508 1以上のMCP、510 1以上のMCP、512 1以上のMCP、600 プロセス、650 プロセス、702一次制御プロセス、704サポートプロセス、706バックアップ制御プロセス、708 サポートプロセス、710プロセスモニタ/コントローラ、722 第1の出力、724 出力、726 出力、728 出力、732 第2の出力、734 出力、736 出力

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