技術 無人ビークル用の自動操縦制御システム

0001

本開示は、一般に、無人航空機に関し、より具体的には、無人航空機用の制御システムに関する。

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の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の送達などの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。

0003

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。

0004

例示的な実施形態では、無人ビークル用の制御システムは、無人ビークルを制御するための一次自動操縦プロセスを実施するように構成された第１の処理装置を備える。制御システムは、第１の処理装置と動作可能に通信するプログラマブル論理アレイをさらに備える。加えて、制御システムは、プログラマブル論理アレイに構成されたステートマシンを備える。ステートマシンは、第１の処理装置の無効出力に応じて、バックアップ自動操縦プロセスに従って無人ビークルの制御を可能にするように構成される。

0005

別の例示的な実施形態では、無人航空機を制御するためのシステムオンモジュールは、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の処理システムを備える。第１の処理装置は、ＵＡＶを制御するための一次自動操縦プロセスを実施するように構成される。第１の処理装置は、一次自動操縦プロセスに基づいて出力を提供するようにさらに構成される。システムオンモジュールは、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の処理システムをさらに備える。より具体的には、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、一次自動操縦プロセスに基づいてＵＡＶ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１の処理システムの無効出力に応じて、バックアップ自動操縦プロセスに基づいてＵＡＶの制御を可能にするようにさらに構成される。

0006

さらに別の例示的な実施形態では、無人ビークルを制御するための方法は、プログラマブル論理アレイに構成されたステートマシンによって、第１の処理システムで実施される一次自動操縦プロセスと関連付けられる第１の出力を監視するステップを含む。第１の出力を受信することに応じて、方法は、ステートマシンによって、一次自動操縦プロセスに従って無人ビークルを制御するために第２の出力を提供するステップを含む。方法は、ステートマシンによって、第１の出力と関連付けられる信号損失を検出するステップをさらに含む。信号損失を検出することに応じて、方法は、ステートマシンによって、第２の処理システムで実施されるバックアップ自動操縦プロセスに従って無人ビークルを制御するために第２の出力を提供するステップをさらに含む。

0007

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。

0008

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。

0009

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ユニットの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ユニット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無人航空機用の制御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システムの一部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例示的な自動操縦制御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無人航空機を制御するための方法を示すフローチャートである。

0010

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。

0011

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。

0012

本開示の例示的な態様は、無人航空機（ＵＡＶ）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、制御システムを使用して無人航空機および無人航空機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、１以上の処理システムを含んでもよい。例えば、第１の処理装置および第２の処理装置を有する処理システムを含む制御基板を設けてもよい。加えて、処理システムは、ＵＡＶの動作の必要性に適した信頼性が高く、構成可能であり、かつ認証可能なソフトウェア構成を提供するために、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブル論理アレイを含んでもよい。

0013

本開示の例示的な実施形態によれば、制御システムは、人間のオペレータからの支援なしにＵＡＶを制御するための一次自動操縦プロセスを実施するように構成された第１の処理装置を含むことができる。制御システムは、第１の処理装置と動作可能に通信するプログラマブル論理アレイを含んでもよい。加えて、制御システムは、プログラマブル論理アレイに構成されたステートマシンを含んでもよい。ステートマシンは、一次自動操縦プロセスの出力と関連付けられる１以上の信号を監視するように構成されてもよい。このようにして、ステートマシンは、一次自動操縦プロセスの無効出力を検出することができる。加えて、ステートマシンは、無効出力に応じて、バックアップ自動操縦プロセスに従ってＵＡＶの制御を可能にするように構成することができる。このようにして、一次自動操縦プロセスとバックアップ自動操縦プロセスとの間でスイッチする能力は、一次自動操縦プロセスが危険にさらされたときにＵＡＶの損失を防止する。

0014

例示的な実施形態では、ステートマシンは、遠隔装置の１以上の入力装置のユーザ操作を介してＵＡＶの動作を制御するために使用され得る遠隔装置の出力を監視するようにさらに構成されてもよい。例えば、ステートマシンは、第１の信号および第２の信号を受信してもよい。第１の信号は、一次自動操縦プロセスの出力と関連付けられてもよい。第２の信号は、遠隔装置の出力と関連付けられてもよい。

0015

第１および第２の信号に基づいて、ステートマシンは、ＵＡＶが一次自動操縦プロセス、バックアップ自動操縦プロセス、または遠隔装置によって制御されるべきかを判定してもよい。一例として、ステートマシンは、第２の信号が人間のオペレータからの支援なしにＵＡＶを制御するためのユーザ選択を示すと、一次自動操縦プロセスまたはバックアップ自動操縦プロセスによるＵＡＶの制御を可能にしてもよい。より具体的には、第１の信号が一次自動操縦プロセスの出力が有効出力であることを示す場合、次にステートマシンは、一次自動操縦プロセスによるＵＡＶの制御を可能にする。そうでなければ、ステートマシンは、バックアップ自動操縦プロセスによるＵＡＶの制御を可能にする。

0016

いくつかの例では、第２の信号は、人間のオペレータからの支援なしにＵＡＶを制御するためのユーザ選択を示さなくてもよい。加えて、第２の信号は、失われるか、または復号することができない場合がある。そのような例では、ステートマシンは、遠隔装置によるＵＡＶの制御を可能にする。このようにして、ユーザは、遠隔装置の１以上の入力装置のユーザ操作を介してＵＡＶの動作を手動で制御することができる。しかしながら、何らかの理由でステートマシンが第２の信号を受信することを停止した場合、ステートマシンは、バックアップ自動操縦プロセスによるＵＡＶの制御を可能にするように構成される。このようにして、ＵＡＶは、信号損失にもかかわらず動作し続けることができる。

0017

例示的な実施形態では、制御システムは、プログラマブル論理アレイに構成されたマルチプレクサを含む。より具体的には、マルチプレクサは、一次自動操縦プロセスの出力と関連付けられる複数の第１のサーボコマンド、バックアップ自動操縦プロセスの出力と関連付けられる複数の第２のサーボコマンド、および遠隔装置の出力と関連付けられる複数の第３のサーボコマンドを受信するように構成されてもよい。加えて、マルチプレクサは、ステートマシンによって提供される出力を受信してもよい。いくつかの例では、ステートマシンによって提供される出力は、マルチプレクサがＵＡＶの１以上の制御面（例えば、アクチュエータ）を制御するように構成された１以上のサーボに提供する出力として、複数の第１のサーボコマンド、複数の第２のサーボコマンド、または複数の第３のサーボコマンドを選択するようにマルチプレクサに指示する。このようにして、本開示の制御システムは、自動操縦プロセスの利用可能性を向上させる。

0018

開示される技術の実施形態は、特に無人航空機の分野において、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航空機（ＵＡＶ）の制御を可能にする。統合された処理システムを有する回路基板は、ＵＡＶの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。

0019

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、ＵＡＶ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の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に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、さらなる多様性を提供する。

0020

開示されるシステムは、自動操縦システムの動作を可能にするための冗長性を有する軽量の検証可能な解決策を提供する。一次およびバックアップ自動操縦システムを有する単一の制御ボックスで提供される固有の解決策は、様々な機関によるＵＡＶの認証要件を満たすことができる。さらに、システムを異種動作環境に設けることによって、ＵＡＶの１以上の制御システムの利用可能性の向上を達成することができる。例えば、一次自動操縦システムを高い処理能力を有する処理装置に設けることによって、堅牢で効果的な自動操縦システムを提供することができる。さらにまた、バックアップ自動操縦システムを、例えばフラッシュベースのＦＰＧＡに設けることによって、バックアップ自動操縦システムを最小限の遅延で可能にすることができる。このバックアップ自動操縦システムは、一次自動操縦が危険にさらされるような状況において望ましいものである。

0021

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、クワッドコ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。

0022

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の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。

0023

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。

0024

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行う命令を含む。

0025

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。

0026

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。

0027

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を構造的にサポートする。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。

0028

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）、ペイロードシステム制御カード、画像処理装置（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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

いくつかの例では、第１の回路基板１２０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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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の処理および動作要件に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制御プロセスは、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。

0042

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、画像処理装置（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３の処理回路に形成され、単一のコア処理装置を含む。第４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２３０を第１の回路基板１２０に結合する。

0043

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３０５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、ラッチの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制御プロセスを含むことができる。

0044

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２の処理システム２３２を第１の回路基板１２０に結合する。

0045

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３２５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制御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。

0046

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２３８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。

0047

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。

0048

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、ＭＩＬ−ＳＴＤ−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。シリアル受信機リンク（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ントロール（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。

0049

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（図５）の一例を示すブロック図である。図８は、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。

0050

ここで図８および図９を組み合わせて参照すると、第１の処理システム２３０は、人間のオペレータ（例えば、パイロット）からの支援なしにＵＡＶを案内する一次自動操縦プロセス５００を実施するように構成される。例として、一次自動操縦プロセスは、メモリ３１２（図５）に記憶されてＲＰＵ３１０（図５）によって実施される第１の組のプロセッサ可読命令に基づいて実施されてもよい。示すように、一次自動操縦プロセス５００は、航法システム４２８からセンサデータ６１０を受信し、第１の処理システム２３０の揮発性プログラマブル論理アレイ３０５に提供され得る出力６２０を生成する。示すように、揮発性プログラマブル論理アレイ３０５は、一次自動操縦プロセス５００の出力６２０を受信し、１以上の第１のサーボコマンド６３０を生成するサーボコマンド生成ユニット５１０を含むように構成され得る。例示的な実施形態では、サーボコマンド生成ユニット５１０によって生成された１以上の第１のサーボコマンド６３０は、ＰＷＭサーボコマンドとすることができる。しかしながら、サーボコマンド生成ユニット５１０は、任意の適切な方法を介して１以上の第１のサーボコマンド６３０を生成するように構成されてもよいことを理解されたい。

0051

第２の処理システム２３２は、人間のオペレータからの支援なしにＵＡＶを案内するバックアップ自動操縦プロセス５２０を実施するように構成することができる。例として、バックアップ自動操縦プロセス５２０は、メモリ３３２（図６）に記憶されてＡＰＵ３２６（図６）によって実施される第２の組のプロセッサ可読命令に基づいて実施されてもよい。例示的な実施形態では、第２の組のプロセッサ可読命令は、一次自動操縦プロセス５００を実装するためにＲＰＵ３２６（図５）によって実施される第１の組のプロセッサ可読命令とは異なり得る。より具体的には、第１の組のプロセッサ可読命令は、第２の組のプロセッサ可読命令に含まれていない１以上の機能を含むことができる。このようにして、バックアップ自動操縦プロセス５２０は、一次自動操縦プロセス５００の簡略版とすることができる。

0052

示すように、バックアップ自動操縦プロセス５２０は、航法システム４２８からセンサデータ６１０を受信し、第２の処理システム２３２の不揮発性プログラマブル論理アレイ３２５に提供され得る出力６４０を生成する。示すように、不揮発性プログラマブル論理アレイ３２５は、自動操縦制御システム５３０を含むように構成され得る。例示的な実施形態では、自動操縦制御システム５３０は、サーボコマンド生成ユニット５１０によって生成された１以上のサーボコマンド６３０を受信する。自動操縦制御システム５３０はまた、バックアップ自動操縦プロセス５２０によって生成された出力６４０を受信することができる。

0053

例示的な実施形態では、自動操縦制御システム５３０はまた、遠隔装置５５０の出力６５０を受信することができる。より具体的には、遠隔装置５５０は、第２の回路基板１２２を介して第２の処理システム２３２に通信可能に結合することができる。いくつかの例では、遠隔装置５５０は、ディスプレイ５５２と、１以上のユーザ入力装置５５４（例えば、ジョイスティック）とを含む。したがって、出力６５０は、１以上の入力装置５５４を操作する人間のオペレータ（例えば、地上パイロット）に応じて生成され得る。例えば、１以上のユーザ入力装置５５４は、第１の場所と第２の場所との間で移動可能なスイッチを含み、一次自動操縦プロセス５００に従ってＵＡＶの制御を可能および無効にすることができる。一例として、スイッチが第１の場所にあるとき、出力６５０は、一次自動操縦プロセス５００を可能にするコマンドを含み得る。あるいは、スイッチが第２の場所にあるとき、出力６５０は、一次自動操縦プロセス５００を無効にするコマンドを含み得る。一次自動操縦プロセス５００は、任意の適切な技術を使用して可能および無効にされ得ることを理解されたい。例えば、一次自動操縦プロセス５００は、遠隔装置５５０のディスプレイ５５２に設けられた１以上のアイコンを選択することによって無効および可能にされてもよい。

0054

ここで図１０を参照すると、自動操縦制御システム５３０の例示的な実施形態が示されている。示すように、自動操縦制御システム５３０は、バックアップ自動操縦プロセス５２０の出力６４０を受信し、１以上の第２のサーボコマンド６６０を生成するサーボコマンド生成ユニット５３２を含む。例示的な実施形態では、サーボコマンド生成ユニット５３２によって生成された１以上の第２のサーボコマンド６６０は、ＰＷＭサーボコマンドとすることができる。しかしながら、サーボコマンド生成ユニット５３２は、任意の適切な方法を介して１以上の第２のサーボコマンド６６０を生成するように構成されてもよいことを理解されたい。

0055

例示的な実施形態では、自動操縦制御システム５３０はまた、シリアル通信リンク（図示せず）を介して自動操縦制御システム５３０に送信される１以上の第１のサーボコマンド６３０を再構築する第１のデシリアライザ５３４を含む。自動操縦制御システム５３０はまた、遠隔装置５５０の出力６５０を再構築する第２のデシリアライザ５３６を含むことができる。したがって、第１のデシリアライザ５３４は、一次自動操縦プロセス５００（図８および図９）の出力６２０（図９）と関連付けられる１以上の第１のサーボコマンド６３０および第１のデシリアライザユニット出力信号６７０を出力する。同様に、第２のデシリアライザ５３６は、遠隔装置５５０の出力６５０および遠隔装置５５０の出力６５０と関連付けられる第２のデシリアライザユニット出力信号６８０を出力する。

0056

例示的な実施形態では、第１のデシリアライザユニット出力信号６７０は、出力６２０が有効出力または無効出力であるかを示すことができる。より具体的には、無効出力は、第１のデシリアライザユニット出力信号６７０を欠如している場合がある。いくつかの例では、第１のデシリアライザユニット出力信号６７０の欠如は、第１の処理システム２３０（図８）が危険にさらされていることを示し得る。代替的にまたは追加的に、第１のデシリアライザユニット出力信号６７０またはその欠如は、第１の処理システム２３０（図８）が故障状態にある、電力を失った、または任意の他の適切な種類の故障状態に遭遇したことを示し得る。

0057

同様に、第２のデシリアライザユニット出力信号６８０は、出力６５０が有効出力または無効出力であるかを示すことができる。例示的な実施形態では、遠隔装置５５０の出力６５０は、ステートマシン５４２が第２のデシリアライザユニット出力信号６８０を受信しなくなる信号損失イベントが発生した場合、無効出力と見なすことができる。信号損失イベントは、ＵＡＶと遠隔装置５５０との間の距離が遠隔装置５５０を介してＵＡＶを制御することができる最大距離を超えると発生し得る。

0058

例示的な実施形態では、第２のデシリアライザユニット出力信号６８０は、人間のオペレータが一次自動操縦プロセス５００を可能または無効にしたかを示すことができる。より具体的には、人間のオペレータは、１以上の入力装置５５４を操作して、一次自動操縦プロセス５００を可能または無効にすることができる。一例として、１以上の入力装置５５４は、第１の場所と第２の場所との間で移動可能なスイッチを含むことができる。スイッチが第１の場所にあるとき、一次自動操縦プロセス５００を可能にすることができる。逆に、スイッチが第２の場所にあるとき、一次自動操縦プロセス５００を無効にすることができる。

0059

例示的な実施形態では、自動操縦制御システム５３０は、第１の監視ユニット５３８と、第２の監視ユニット５４０とを含んでもよい。示すように、第１の監視ユニット５３８は、第１のデシリアライザユニット出力信号６７０を受信する。同様に、第２の監視ユニット５４０は、第２のデシリアライザユニット出力信号６８０を受信する。第１の監視ユニット５３８が第１のデシリアライザユニット出力信号６７０を受信すると、第１の監視ユニット５３８は、第１のデシリアライザユニット出力信号６７０が有効であることを示す第１の監視ユニット出力信号６７２を生成することができる。しかしながら、第１の監視ユニット５３８が第１のデシリアライザユニット出力信号６７０を受信しないとき、第１の監視ユニット出力信号６７２は、一次自動操縦プロセス５００と関連付けられる出力６２０が無効であることを示し得る。同様に、第２の監視ユニット５４０が第２のデシリアライザユニット出力信号６８０を受信すると、第２の監視ユニット５４０は、第２の監視ユニット出力信号６８２を生成して遠隔装置５５０の出力６５０が有効であることを示す。対照的に、第２の監視ユニット５４０が第２のデシリアライザユニット出力信号６８０を受信しないとき、第２の監視ユニット出力信号６８２は、遠隔装置５５０の出力６５０が無効であることを示す。第１および第２の監視ユニット５３８、５４０は、他の問題に関して、それぞれ第１のデシリアライザユニット出力信号６７０および第２のデシリアライザユニット出力信号６８０を監視するように構成されてもよいことを理解されたい。

0060

示すように、自動操縦制御システム５３０は、ステートマシン５４２を含むことができる。例示的な実施形態では、ステートマシン５４２は、第１の信号および第２の信号を受信してもよい。示すように、第１の信号は、第１の監視ユニット出力信号６７２を含むことができ、第２の信号は、第２の監視ユニット出力信号６８２を含むことができる。代替の実施形態では、第１の信号は、第１のデシリアライザユニット出力信号６７０を含むことができ、第２の信号は、第２のデシリアライザユニット出力信号６８０を含むことができる。後述するように、ステートマシン５４２は、ＵＡＶ１０（図１）を制御するために、一次自動操縦プロセス５００、遠隔装置５５０、またはバックアップ自動操縦プロセス５２０を選択するように構成されてもよい。

0061

例示的な実施形態では、ステートマシン５４２は、第１の信号、第２の信号、またはその両方に基づいて出力６９０を生成する。示すように、自動操縦制御システム５３０は、ステートマシン５４２の出力６９０を受信するように構成されたマルチプレクサ５４４を含む。加えて、マルチプレクサ５４４は、一次自動操縦プロセス５００と関連付けられる１以上の第１のサーボコマンド６３０、バックアップ自動操縦プロセス５２０と関連付けられる１以上の第２のサーボコマンド６６０、および遠隔装置５５０の出力６５０を受信することができる。より具体的には、マルチプレクサ５４４によって受信された出力６５０は、１以上の第３のサーボコマンドを含むことができる。より詳細に後述するように、ステートマシン５４２によって生成された出力６９０は、マルチプレクサ５４４の出力７００を判定する。

0062

第２の信号が少なくとも１つの自動操縦入力に基づいてＵＡＶを制御するユーザ選択を示すと、ステートマシン５４２は、一次自動操縦プロセス５００またはバックアップ自動操縦プロセス５２０によるＵＡＶの制御を可能にする。第１のデシリアライザ出力６７０が一次自動操縦プロセス５００の出力６２０が無効である（例えば、一貫していないまたは存在しない）ことを示す場合、次にステートマシン５４２は、バックアップ自動操縦プロセス５２０によるＵＡＶの制御を可能にする。したがって、ステートマシン５４２の出力６９０は、マルチプレクサ５４４の出力７００として１以上の第２のサーボコマンド６６０を選択するようにマルチプレクサ５４４に指示することができる。しかしながら、第１の信号（例えば、第１の監視ユニット出力信号６７２）が一次自動操縦プロセス５００の出力６２０が有効である（例えば、存在しておりかつ一貫している）ことを示す場合、次にステートマシン５４２は、一次自動操縦プロセス５００によるＵＡＶの制御を可能にする。したがって、ステートマシン５４２の出力６９０は、マルチプレクサ５４４の出力７００として１以上の第１のサーボコマンド６３０を選択するようにマルチプレクサ５４４に指示することができる。

0063

第２の信号（例えば、第２のデシリアライザユニット出力信号６８０）が少なくとも１つの自動操縦入力に基づいてＵＡＶを制御するユーザ選択を示さないとき、ステートマシンは、遠隔装置５５０によるＵＡＶの制御を可能にする。したがって、ステートマシン５４２の出力６９０は、マルチプレクサ５４４の出力７００として遠隔装置５５０の出力６５０を選択するようにマルチプレクサ５４４に指示することができる。より具体的には、出力６９０は、出力７００として遠隔装置５５０の出力６５０と関連付けられる１以上の第３のサーボコマンドを選択するようにマルチプレクサ５４４に指示することができる。しかしながら、ステートマシン５４２が第２のデシリアライザ出力６８０を受信することを停止した場合、ステートマシン５４２は、バックアップ自動操縦プロセス５２０によるＵＡＶの制御を可能にする。したがって、ステートマシン５４２は、マルチプレクサ５４４が出力７００として１以上の第２のサーボコマンド６６０を選択するように、マルチプレクサ５４４に提供される出力６９０を修正する。

0064

マルチプレクサ５４４は、自動操縦制御システムの一部として追加の入力装置および／または処理システムからデータ（例えば、サーボコマンド）を受信するように構成されてもよいことを理解されたい。例えば、マルチプレクサ５４４は、図１０に示すように、３つ以上の自動操縦プロセスまたは２つ以上の遠隔装置からデータを受信することができる。追加の自動操縦プロセスは、第１もしくは第２の処理システムに、または上述の第１および第２の処理システム２３０、２３２以外の追加の処理システムに構成することができる。さらに、本開示は自動操縦制御システムに関して提示されているが、開示される技術は、任意の適切な航空機システムおよび／または装置に適用されてもよいことを理解されよう。説明したようなマルチプレクサは、任意の適切な航空機システムおよびどのデータを出力として提供するかを判定するように構成された関連するステートマシンからデータを受信するように構成することができる。例えば、説明したようなマルチプレクサは、複数の航空機航法システムまたはプロセスからデータを受信し、ステートマシン制御に基づいて特定の出力を提供するように構成されてもよい。他の例は、複数のプロセスがステートマシンによって選択される出力を生成する通信システムまたはペイロード送達システムを含んでもよい。

0065

再び図８および図９を参照すると、マルチプレクサ５４４の出力７００は、第２の回路基板１２２の１以上のバッファ５６０に提供され得る。示すように、（１以上の）バッファ５６０は、出力７００を１以上のサーボモータ５７０に提供することができる。このようにして、ＵＡＶの飛行経路は、航法システム４２８から取得されたセンサデータ６１０に少なくとも部分的に基づいて調整することができる。代替の実施形態では、マルチプレクサ５４４の出力は、１以上のサーボモータ５７０に直接提供されてもよい。

0066

図１１は、本開示の例示的な実施形態による無人航空機を制御するための例示的な方法８００のフロー図を示す。方法８００は、例えば、図８を参照して上述した第１および第２の処理システム２３０、２３２を使用して実装することができる。図１１は、図示および説明の目的のために特定の順序で実行されるステップを示す。当業者であれば、本明細書で提供される本開示を使用して、本明細書に開示される方法８００またはあらゆる他の方法の様々なステップは、本開示の範囲から逸脱することなく様々な方法で適合、修正、再配置、同時に実行または修正することができることを理解するであろう。

0067

ステップ８０２において、方法８００は、プログラマブル論理アレイに構成されたステートマシンによって、第１の処理システムで実施される一次自動操縦プロセスと関連付けられる第１の出力を監視することを含む。例示的な実施形態では、第１の出力は、一次自動操縦プロセスと関連付けられる第１の信号（例えば、第１の監視ユニット出力信号６７２）を含み得る。

0068

ステップ８０４において、方法８００は、ステートマシンによって、遠隔装置の１以上の入力のユーザ操作を介してＵＡＶを制御するように構成された遠隔装置と関連付けられる第３の出力を監視することを含む。いくつかの例では、第３の出力は、図８および図９を参照して上述した遠隔装置の出力を含み得る。より具体的には、第３の出力は、一次自動操縦プロセス５００が無効または可能にされているかを示すことができる。

0069

ステップ８０６において、方法８００は、一次自動操縦プロセスが可能にされているかを判定することを含む。第３の出力が一次自動操縦プロセスが無効にされていることを示すとき、方法８００は、ステップ８０８に進む。そうでなければ、方法８００は、ステップ８１０に進む。

0070

ステップ８０８において、方法８００は、ステートマシンによって、遠隔装置を介して受信されたユーザ入力に従ってＵＡＶを制御するために第２の出力を提供することを含む。例えば、人間のオペレータは、遠隔装置の１以上の入力装置を操作してＵＡＶを飛行させることができる。

0071

ステップ８１０において、方法８００は、ステートマシンによって、第１の出力が有効であるかを判定することを含む。例示的な実施形態では、第１の出力が有効であると判定することは、一次自動操縦プロセスの出力と関連付けられる信号損失を検出することを含むことができる。ステートマシンが第１の出力が有効出力であると判定したとき、方法８００は、ステップ８１２に進む。そうでなければ、方法８００は、ステップ８１４に進む。

0072

ステップ８１２において、方法８００は、ステートマシンによって、一次自動操縦プロセスに従ってＵＡＶを制御するために第２の出力を提供することを含む。例示的な実施形態では、ステートマシンは、プログラマブル論理アレイに構成されたマルチプレクサに第２の出力を提供することができる。より具体的には、第２の出力は、ステートマシンの出力であり得、マルチプレクサの出力として一次自動操縦プロセスと関連付けられる１以上の第１のサーボコマンドを選択するようにマルチプレクサに指示することができる。このようにして、ＵＡＶは、一次自動操縦プロセスに従って制御され得る。

0073

ステップ８１４において、方法８００は、ステートマシンによって、第２の処理システムで実施されるバックアップ自動操縦プロセスに従ってＵＡＶを制御するために第２の出力を提供することを含む。例示的な実施形態では、ステートマシンは、第２の出力をマルチプレクサに提供することができる。より具体的には、第２の出力は、マルチプレクサの出力としてバックアップ自動操縦プロセスと関連付けられる１以上の第２のコマンドを選択するようにマルチプレクサに指示することができる。このようにして、ＵＡＶは、バックアップ自動操縦プロセスに従って制御され得る。

0074

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れら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。

0075

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。

0076

本明細書に記載のメモリブロック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。

0077

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。

0078

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場合があるが、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。

0079

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。

0080

［実施態様１］
無人ビークル（１０）用の制御システム（５０、８０、５３０）であって、
前記無人ビークル（１０）を制御するための一次自動操縦プロセス（５００）を実施するように構成された第１の処理装置（３０２）と、
前記第１の処理装置（３０２）と動作可能に通信するプログラマブル論理アレイ（３２５）と、
前記プログラマブル論理アレイ（３２５）に構成され、前記第１の処理装置（３０２）の無効出力に応じて、バックアップ自動操縦プロセス（５２０）に従って前記無人ビークル（１０）の制御を可能にするように構成されるステートマシン（５４２）と
を備える、制御システム（５０、８０、５３０）。

0081

［実施態様２］
前記一次自動操縦プロセス（５００）が、前記無人ビークル（１０）の１以上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み、
前記バックアップ自動操縦プロセス（５２０）が、前記第１の組のプロセッサ可読命令とは異なり、前記無人ビークル（１０）の前記１以上のビークルデバイスを制御することと関連付けられる第２の組のプロセッサ可読命令を含む、
実施態様１に記載の制御システム（５０、８０、５３０）。

0082

［実施態様３］
前記ステートマシン（５４２）が、
前記第１の処理装置（３０２）の前記出力と関連付けられる第１の信号（６７０、６７２）を受信し、
遠隔装置（５５０）の１以上の入力装置（５５４）のユーザ操作を介して前記無人ビークル（１０）を制御するように構成された前記遠隔装置（５５０）の出力（６５０）と関連付けられる第２の信号（６８０、６８２）を受信し、
前記第２の信号（６８０、６８２）が少なくとも１つの自動操縦入力に基づいて前記無人ビークル（１０）を制御するユーザ選択を示すと、前記一次自動操縦プロセス（５００）または前記バックアップ自動操縦プロセス（５２０）による前記無人ビークル（１０）の制御を可能にし、かつ
前記第２の信号（６８０、６８２）が前記自動操縦プロセス（５００、５２０）に基づいて前記無人ビークル（１０）を制御するユーザ選択を示さないとき、前記遠隔装置（５５０）による前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能にする
ように構成される、実施態様１に記載の制御システム（５０、８０、５３０）。

0083

［実施態様４］
前記ステートマシン（５４２）が、
前記第２の信号（６８０、６８２）が前記少なくとも１つの自動操縦入力に基づいて前記無人ビークル（１０）を制御するユーザ選択を示すと、前記一次自動操縦プロセス（５００）の有効出力に応じて前記一次自動操縦プロセス（５００）による前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能にする
ように構成される、実施態様３に記載の制御システム（５０、８０、５３０）。

0084

［実施態様５］
前記一次自動操縦プロセス（５００）の前記出力と関連付けられる複数の第１のサーボコマンド（６３０）を受信し、
前記バックアップ自動操縦プロセス（５２０）の出力（６４０）と関連付けられる複数の第２のサーボコマンド（６６０）を受信し、かつ
前記遠隔装置（５５０）の前記出力（６５０）と関連付けられる複数の第３のサーボコマンドを受信する
ようにＦＰＧＡに構成されたマルチプレクサ（５４４）をさらに備える、実施態様３に記載の制御システム（５０、８０、５３０）。

0085

［実施態様６］
前記マルチプレクサ（５４４）が、前記ステートマシン（５４２）が前記一次自動操縦プロセス（５００）による前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能にすると、前記複数の第１のサーボコマンド（６３０）を出力するように構成され、
前記マルチプレクサ（５４４）が、前記ステートマシン（５４２）が前記バックアップ自動操縦プロセス（５２０）による前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能にすると、前記複数の第３のサーボコマンドを出力するように構成される、
実施態様５に記載の制御システム（５０、８０、５３０）。

0086

［実施態様７］
前記マルチプレクサ（５４４）が、前記ステートマシン（５４２）が前記遠隔装置（５５０）による前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能にすると、前記複数の第３のサーボコマンドを出力するように構成される、実施態様５に記載の制御システム（５０、８０、５３０）。

0087

［実施態様８］
前記マルチプレクサ（５４４）から前記第３の複数のサーボコマンドを受信するように構成された複数のバッファ（５６０）
をさらに備える、実施態様６に記載の制御システム（５０、８０、５３０）。

0088

［実施態様９］
前記プログラマブル論理アレイ（３２５）が、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を備える、実施態様１に記載の制御システム（５０、８０、５３０）。

0089

［実施態様１０］
無人航空機（ＵＡＶ）（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）および第１のプログラマブル論理アレイ（３２５）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、前記ＵＡＶ（１０）を制御するための一次自動操縦プロセス（５００）を実施するように構成され、前記第１の処理装置（３０２）は、前記一次自動操縦プロセス（５００）に基づいて出力を提供するようにさらに構成される第１の処理システム（２３０）と、
第２の処理装置（３２２）および第２のプログラマブル論理アレイ（３０５）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（３０５）は、前記第１の処理システム（２３０）の有効出力に応じて、前記一次自動操縦プロセス（５００）に基づいて前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能に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（３０５）は、前記第１の処理システム（２３０）の無効出力に応じて、バックアップ自動操縦プロセス（５２０）に基づいて前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能にするようにさらに構成される第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。

0090

［実施態様１１］
前記第２のプログラマブル論理アレイ（３０５）が、前記第１の処理装置（３０２）の前記出力と関連付けられる信号損失に基づいて前記無効出力を検出するように構成される、実施態様１０に記載のシステムオンモジュール。

0091

［実施態様１２］
前記第２の処理装置（３２２）が、前記バックアップ自動操縦プロセス（５２０）を実施するように構成される、実施態様１０に記載のシステムオンモジュール。

0092

［実施態様１３］
前記第２のプログラマブル論理アレイ（３０５）が、
前記ＵＡＶ（１０）を選択的に制御するように構成された遠隔装置（５５０）の出力（６５０）を受信し、かつ
前記遠隔装置（５５０）の有効出力に応じて前記遠隔装置（５５０）による前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能にする
ようにさらに構成される、実施態様１０に記載のシステムオンモジュール。

0093

［実施態様１４］
前記第２のプログラマブル論理アレイ（３０５）が、前記第１の処理システム（２３０）の有効出力および前記遠隔装置（５５０）の前記有効出力に応じて、前記一次自動操縦プロセス（５００）に基づいて前記ＵＡＶ（１０）の制御を可能にするようにさらに構成される、実施態様１０記載のシステムオンモジュール。

0094

［実施態様１５］
前記第１のプログラマブル論理アレイ（３２５）が、ＲＡＭベースのフィールドプログラマブルゲートアレイを備え、
前記第２のプログラマブル論理アレイ（３０５）が、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を備える、
実施態様１０記載のシステムオンモジュール。

0095

［実施態様１６］
無人ビークル（１０）を制御するための方法（８００）であって、
プログラマブル論理アレイ（３２５）に構成されたステートマシン（５４２）によって、第１の処理システム（２３０）で実施される一次自動操縦プロセス（５００）と関連付けられる第１の出力を監視するステップ（８０２）と、
前記第１の出力を受信することに応じて、前記ステートマシン（５４２）によって、前記一次自動操縦プロセス（５００）に従って前記無人ビークル（１０）を制御するために第２の出力を提供するステップ（８１２）と、
前記ステートマシン（５４２）によって、前記第１の出力と関連付けられる信号損失を検出するステップと、
前記信号損失を検出することに応じて、前記ステートマシン（５４２）によって、第２の処理システム（２３２）で実施されるバックアップ自動操縦プロセス（５２０）に従って前記無人ビークル（１０）を制御するために前記第２の出力を提供するステップ（８１４）と
を含む、方法（８００）。

0096

［実施態様１７］
前記方法（８００）が、
前記ステートマシン（５４２）によって、遠隔装置（５５０）の１以上の入力のユーザ操作を介して前記無人ビークル（１０）を制御するように構成された制御装置と関連付けられる第３の出力を監視するステップ（８０４）と、
前記第３の出力を受信することに応じて、前記ステートマシン（５４２）によって、前記第３の出力が前記一次自動操縦プロセス（５００）に従って前記無人ビークル（１０）を制御するユーザ選択を示すかを判定するステップと、
をさらに含む、実施態様１６に記載の方法（８００）。

0097

［実施態様１８］
第４の出力が前記一次自動操縦プロセス（５００）に従って前記無人ビークル（１０）を制御するユーザ選択を示すと、
前記ステートマシン（５４２）によって、前記一次自動操縦プロセス（５００）または前記バックアップ自動操縦プロセス（５２０）に従って前記無人ビークル（１０）を制御するために前記第２の出力を提供するステップ（８１２、８１４）
をさらに含む、実施態様１６に記載の方法（８００）。

0098

［実施態様１９］
前記第４の出力が前記自動操縦プロセスに基づいて前記無人ビークル（１０）を制御するユーザ選択を示さないとき、
前記ステートマシン（５４２）によって、前記遠隔装置（５５０）を介して受信された１以上のユーザ入力に従って前記無人ビークル（１０）を制御するために前記第２の出力を提供するステップ（８０８）
をさらに含む、実施態様１６に記載の方法（８００）。

0099

［実施態様２０］
前記プログラマブル論理アレイ（３２５）が、不揮発性フィールドプログラマブルゲートアレイを備える、実施態様１６に記載の方法（８００）。

0100

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、１１０ハウジング、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、１２６ Ｉ／Ｏコネクタ、２００ 第１の回路基板、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、２３８ Ｉ／Ｏコネクタ、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画像処理装置（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パイロットインコントロール（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、５００ 一次自動操縦プロセス、５１０ サーボコマンド生成ユニット、５２０バックアップ自動操縦プロセス、５３０自動操縦制御システム、５３２ サーボコマンド生成ユニット、５３４ 第１のデシリアライザ、５３６ 第２のデシリアライザ、５３８ 第１の監視ユニット、５４０ 第２の監視ユニット、５４２ステートマシン、５４４マルチプレクサ、５５０遠隔装置、５５２ディスプレイ、５５４ユーザ入力装置、５６０バッファ、５７０サーボモータ、６１０センサデータ、６２０ 出力、６３０ 第１のサーボコマンド、６４０ 出力、６５０ 出力、６６０ 第２のサーボコマンド、６７０ 第１のデシリアライザユニット出力信号、６７２ 第１の監視ユニット出力信号、６８０ 第２のデシリアライザユニット出力信号、６８２ 第２の監視ユニット出力信号、６９０ 出力、７００ 出力、８００ 方法