JP2001325245A - ハイブリッドフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で周波数設定が容易にでき、高速
で高精度の計算処理ができるハイブリッドフィルタを提
供する。 【解決手段】 第１の信号が通る第１のフィルタ４と、
第２の信号が通る第２のフィルタ６と、前記第１のフィ
ルタ４通過後の信号に所定の時定数を掛けるための時定
数回路５と、該時定数回路５通過後の信号と前記第２の
フィルタ６通過後の信号を加え合わせる加算器７とから
なり、前記第１の信号は加速度信号または速度信号であ
り、前記第２の信号は、第１の信号を積分した単位系の
信号であり、前記第１、第２のフィルタ４，６及び前記
時定数回路５の時定数Ｔ1は等しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２つの信号をそれぞ
れフィルタリングしてこれらを組合せるハイブリッドフ
ィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機や船舶等の移動体において、速度
や加速度信号あるいは位置信号をフィルタを通すことに
より特定周波数の信号として位置や姿勢制御に用いられ
ている。このような制御を行う例として、無人ヘリコプ
タの自律飛行システム等において、飛行中の機体の位置
及び速度を検出するためのＧＰＳセンサ及び機体の姿勢
を検出するためのジャイロセンサが備わり、自己の位置
や姿勢を確認するとともに指令した飛行経路に沿って飛
行するようにサーボ機構等を用いて機体が駆動制御され
る。この場合、ＧＰＳセンサにより位置が検出されると
ともにこの位置データを微分して速度データが得られ
る。

【０００３】しかしながら、このＧＰＳセンサは、電波
状態等の環境に影響され制御の信頼性が低下し、また計
測間隔が短く（通常計測間隔約０．２秒、時間遅れ約
０．４秒）、高速演算ができない。したがって、周波数
の低い帯域では安定して高精度の検出ができるが、高い
周波数では精度が低下する。

【０００４】一方、ジャイロセンサは加速度を検出し、
これを積分することにより速度データが得られる。しか
しながら、このジャイロセンサによる速度検出データ
は、積分演算を行うため、誤差成分が積分されて累積
し、高周波数帯域では精度がよいが低周波数帯域での精
度が悪くなる。

【０００５】そこで、ＧＰＳセンサからの速度信号をロ
ーパスフィルタを通して高精度な低周波数領域を取出
し、ジャイロセンサから積分して得た速度信号をハイパ
スフィルタを通して高精度な高周波数領域を取出し、こ
れらを足し合わせることにより検出周波数全域について
高精度なデータを得るようにしたハイブリッドフィルタ
が考えられている。

【０００６】一方、特開平５−１９３５７４号公報に、
ＧＰＳとＩＮＳによるハイブリッド慣性航法フィルタに
より速度を計算し、機体のホバリング時の縦方向、横方
向の速度制御を行う自動飛行制御システムが開示されて
いる。この公報記載のハイブリッド慣性航法部は、ＩＮ
Ｓ、ＧＰＳ、航法フィルタ、速度補正スムージング回
路、減算器とから構成される。ＩＮＳから出力されるＩ
ＮＳ位置及び速度信号と、ＧＰＳから出力されるＧＰＳ
位置および速度信号を航法フィルタに入力し、カルマン
フィルタにより速度誤差推定値を生成する。速度補正ス
ムージング回路は、速度誤差推定値に基づいて速度誤差
補正値を作成し、ＩＮＳから出力されるＩＮＳ速度信号
より差し引いて慣性速度信号を生成し、制御器により設
定される設定速度信号とともに速度保持制御則に出力
し、ホバリング時の縦方向および横方向の速度制御を行
う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ジャイロセンサとＧＰＳセンサを組合せたハイブリッド
フィルタでは、ジャイロセンサの加速度信号から速度信
号を得るための積分演算を伴うため、誤差成分の累積に
よりフィルタが発散し、また積分演算時間も長くなり、
充分な高精度化および高速化が図られない。

【０００８】また、上記公報記載の慣性航法フィルタで
は、カルマンフィルタにより速度の推定誤差を計算し、
速度補正スムージング回路によりその誤差量を修正して
いるため、カルマンフィルタでの計算が非常に複雑で面
倒になり、回路全体のプログラム構造が複雑になって計
算時間も長くかかる。また、カルマンフィルタは、周波
数を設定するチューニングのパラメータが多数あって、
実際に使用する際に非常に手間がかかり、使用性の点で
問題がある。また、この公報記載のフィルタ構造では、
速度の推定計算しかできず、速度とともに位置を推定計
算する場合にこれを単純に適用することができない。

【０００９】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、簡単な構造で周波数設定が容易にでき、高速で高
精度の計算処理ができるハイブリッドフィルタの提供を
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、第１の信号が通る第１のフィルタと、
第２の信号が通る第２のフィルタと、前記第１のフィル
タ通過後の信号に所定の時定数を掛けるための時定数回
路と、該時定数回路通過後の信号と前記第２のフィルタ
通過後の信号を加え合わせる加算器とからなり、前記第
１の信号は加速度信号または速度信号であり、前記第２
の信号は、第１の信号を積分した単位系の信号であり、
前記第１、第２のフィルタ及び前記時定数回路の時定数
は等しいことを特徴とするハイブリッドフィルタを提供
する。

【００１１】この構成によれば、例えば加速度とこれを
積分した速度の信号の組合せや、速度とこれを積分した
位置の信号の組合せ等の場合に、両信号を同じ時定数の
簡単な一次遅れフィルタを通すことにより、非常に簡単
な回路構成によって、１つの時定数を設定するだけで高
速で高精度の計算処理ができ、速度や位置データの信頼
性が向上し、自律飛行等に適用した場合の飛行制御精度
や飛行の安全性が向上する。

【００１２】好ましい構成例では、前記加算器からの出
力信号を第１の信号として、別の第１および第２のフィ
ルタ、時定数回路および加算器からなる２段目のハイブ
リッドフィルタを結合したことを特徴としている。

【００１３】この構成によれば、２段のハイブリッドフ
ィルタの組合せにより、例えば１段目でセンサからの速
度と加速度の信号から速度データを算出し、この算出速
度データとセンサからの位置信号からさらに精度のよい
位置データを算出することができ、速度および位置とも
に高精度の算出推定データが得られる。

【００１４】さらに好ましい構成例では、前記第１の信
号はジャイロセンサからの加速度信号であり、前記第２
の信号はＧＰＳセンサからの位置信号を微分した速度信
号であり、前記第１および第２のフィルタはローパスフ
ィルタであることを特徴としている。

【００１５】この構成によれば、高い周波数で精度が高
いジャイロセンサからの加速度信号と、低い周波数で精
度が高いＧＰＳセンサからの速度信号とを組合せて、同
じ構成のローパスフィルタを通すことにより、全周波数
帯域で高い精度の推定速度が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態
に係るハイブリッドフィルタの構成をその原理および作
用とともに示す説明図である。本実施形態は、ジャイロ
センサとＧＰＳセンサからの信号をそれぞれフィルタを
介して組合せるハイブリッドフィルタであり、まずその
原理を説明する。

【００１７】ジャイロセンサから入力された加速度信号
から速度データを得るために積分回路１で演算処理す
る。続いて、これをハイパスフィルタ２を通過させて
（ａ）に示すようにジャイロセンサの高精度成分である
高い周波数帯域を演算処理により取出す。この高周波数
帯域はハイパスフィルタ２の時定数Ｔ1により定まる。
この積分回路１（１／ｓ）とハイパスフィルタ２（Ｔ1
ｓ／（Ｔ1ｓ＋１））を結合した回路は、図中の式から
も分かるように等価回路３（Ｔ1／（Ｔ1ｓ＋１））と同
じである。この等価回路３は、ローパスフィルタ４（１
／Ｔ1＋１）の出力に時定数回路５により時定数Ｔ1（ゲ
イン）を掛けた演算回路と同じである。したがって、積
分回路１とハイパスフィルタ２とでそれぞれ演算処理す
る代わりにローパスフィルタ４を用いて演算処理するこ
とにより同じ結果が得られる。これにより、誤差成分が
累積して演算結果が発散する積分回路１を用いることな
く、ハイパスフィルタ２を通過させた演算結果と同じ演
算処理データを得ることができる。

【００１８】本実施形態では、このような原理に基づい
て、ジャイロセンサからの加速度信号を第１の信号とし
てこれをローパスフィルタ４および時定数回路５により
演算処理するとともに、ＧＰＳセンサの位置検出値を微
分して得た速度信号を第２の信号としてローパスフィル
タ６に入力させる。このローパスフィルタ６は、ジャイ
ロセンサの加速度信号が入力されるローパスフィルタ４
と同じ時定数Ｔ1を有する回路である。これにより、こ
の時定数により定まる所定の周波数より低い周波数の速
度信号がローパスフィルタ６を通過するように演算処理
され、（ｂ）に示すようにＧＰＳセンサの高精度成分で
ある低い周波数帯域が取出される。

【００１９】このようにして同じ時定数に基づいてそれ
ぞれ高精度の周波数成分が取出されたジャイロセンサか
らの第１の信号とＧＰＳセンサからの第２の信号は、加
算器７で足し合わされて、（ｃ）に示すように全周波数
帯域にわたって高精度で演算された推定速度データが得
られる。

【００２０】図２は、本発明の実施の形態に係る２段構
造のハイブリッドフィルタの回路図である。この実施形
態は、前述の図１のフィルタ構造、すなわちジャイロセ
ンサからの加速度信号を演算処理するローパスフィルタ
４および時定数回路５と、ＧＰＳセンサからの速度信号
を演算処理するローパスフィルタ６と、演算処理された
信号同士を加算する加算器７からなるハイブリッドフィ
ルタとにより１段目のハイブリッドフィルタ１２を形成
し、この１段目のハイブリッドフィルタ１２の出力デー
タである推定速度信号を第１の信号とし、ＧＰＳセンサ
からの位置検出信号を第２の信号として２段目のハイブ
リッドフィルタ１３を形成したものである。この２段目
のハイブリッドフィルタ１３は、１段目のハイブリッド
フィルタ１２と同様の原理に基づく同様の構成であり、
同様の作用効果を有する。

【００２１】すなわち、１段目のハイブリッドフィルタ
１２からの推定速度信号を演算処理する時定数Ｔ2のロ
ーパスフィルタ５５と、このローパスフィルタ５５の出
力に時定数Ｔ2（ゲイン）を掛けて演算処理する時定数
回路９と、ＧＰＳセンサからの位置信号を演算処理する
時定数Ｔ2のローパスフィルタ１０と、演算処理された
速度信号と位置信号を加え合せる加算器１１とにより構
成される。ローパスフィルタ５５と時定数回路９を通し
て演算処理することにより、前述のように、積分回路と
ハイパスフィルタを通して演算処理した結果と同じデー
タが得られ、したがって、速度のデータから高精度の位
置のデータが求まる。また、ローパスフィルタ１０を通
して位置データを演算処理することにより前述のように
高精度の低周波数帯域の位置データが得られる。これら
を加算器１１で加え合せることにより全周波数帯域で高
精度の推定位置データが求められる。

【００２２】図３は、上記実施形態のハイブリッドフィ
ルタが適用される無人ヘリコプタの制御系を示すブロッ
ク構成図である。地上側に設置されたパソコン（本体）
１４は演算処理回路を内蔵し、モニタ１５および入力手
段としてキーボード１６とマウス１７を備え、メモリ１
８を有している。機体側には演算処理回路を内蔵しメモ
リ６０を有するマイコン２０が搭載される。マイコン２
０には、位置検出用のＧＰＳセンサ２１と、姿勢検出用
のジャイロセンサ２２が接続される。地上側のパソコン
１４と機体側のマイコン２０は、それぞれの送受信機１
９，２３を介して相互にデータ通信する。

【００２３】前述の速度指令データあるいは位置指令デ
ータからなる飛行データは、キーボード１６からの数値
入力あるいはマウス１７によりモニタ１５の表示画面を
クリックすることにより入力される。入力された予定飛
行データに基づき予想軌跡が算出され、この予想軌跡が
モニタ１５に表示される。

【００２４】機体側では、ＧＰＳセンサ２１およびジャ
イロセンサ２２により、飛行中の現在時点の位置と姿勢
が検出され、実際の飛行データが地上側のパソコン１４
に送られる。パソコン１４は、これらの飛行データから
実際の飛行軌跡の表示データを算出しこれを前述の予想
軌跡とともにモニタ１５に表示する。これにより、実際
の飛行軌跡と予想軌跡のずれがモニタ画面上でリアルタ
イムで識別できる。

【００２５】このＧＰＳセンサ２１により機体の位置を
検出して制御用の位置データおよびこれを微分した速度
データを算出する場合に、本発明に係るハイブリッドフ
ィルタを用いてジャイロセンサ２２からの加速度信号を
演算処理してＧＰＳセンサからの信号と組合せることに
より、前述のように高精度の速度データおよび位置デー
タが得られる。このようにして得られた高精度の速度デ
ータおよび位置データに基づいて速度指令あるいは位置
指令によるサーボ機構のフィードバック制御を行うこと
により、信頼性の高い自律飛行制御ができる。

【００２６】図４は、上記制御系を備えた自律飛行シス
テム全体の構成図である。無人ヘリコプタ８の機体に
は、駆動源である不図示のエンジン、該エンジンのスロ
ットル系や姿勢制御系を駆動する不図示のサーボモー
タ、ＧＰＳセンサ２１、ＧＰＳアンテナ２１ａ、ジャイ
ロセンサ２２、マイコン２０（図３）等が搭載され、マ
イコン２０（図３）には、Ｉ／Ｆ回路２４を介して通信
装置（送受信機）２３が接続されている。

【００２７】一方、地上側に設置されたパソコン１４に
は、ＧＰＳ衛星２５からの信号を受信するＧＰＳアンテ
ナ２６とＧＰＳ受信機２７及び通信装置（送受信機）１
９がＩ／Ｆ回路２８を介して接続されている。また、シ
ステムの安全性を確保するために、通常の送信機からな
るバックアップ用送信機２９を備え、指令変更や異常発
生時その他のときに、操縦者がバックアップして操縦す
ることができる。

【００２８】このような構成の飛行システムにおいて、
前述のようにパソコン１４に入力された前後、左右、上
下および回転の４つの飛行指令データに基づいて微分お
よび積分を含む演算処理を行って、前後方向のエレベー
タサーボ指令、左右方向のエルロンサーボ指令、上下方
向のコレクティブサーボ指令および回転方向のラダーサ
ーボ指令を発する。

【００２９】図５は、上記各方向のサーボ指令による駆
動機構の例を示す概略構成説明図である。主ロータ３０
のロータ軸３１がアクチュエータ板３２に連結される。
アクチュエータ板３２には、前２ヶ所、後１ヵ所に上下
駆動のシリンダ３３ａ，３３ｂ，３３ｃが備わる。エレ
ベータサーボ制御は、前２つのシリンダ３３ａ，３３ｂ
を固定し、後のシリンダ３３ｃを駆動することにより
（又はその逆により）、主ロータ３０の前後方向の角度
を変化させ、前後進およびその速度を制御して行われ
る。エルロンサーボ制御は、前２つのシリンダ３３ａ，
３３ｂを駆動して主ロータ３０の左右方向の傾きを変化
させ、左右の方向およびその速度を制御して行われる。
コレクティブサーボ制御は、３つのシリンダ３３ａ，３
３ｂ，３３ｃを同時に同じ方向に駆動してロータ軸３１
内の主ロータ連結部（図示しない）を介して主ロータ３
０の迎え角を矢印Ａのように変化させることにより機体
を上昇または下降させて行う。ラダーサーボ制御は、テ
ールロータ（図示しない）の回転を制御することにより
行われる。

【００３０】このような４方向についての飛行速度デー
タに基づくサーボ指令値の算出方法を図６〜図９を参照
して以下に説明する。図６はデータ処理の制御信号図、
図７は無人ヘリコプタの斜視図、図８および図９はそれ
ぞれ無人ヘリコプタが前進しながら右旋回している状態
を示す側面図と後面図である。

【００３１】この飛行制御系は、上記４種類の速度指令
値を積分して位置指令値を算出し、同速度指令値を微分
して係数を掛けることによって姿勢指令値を算出し、こ
れらの指令値を目標値として、該目標値と無人ヘリコプ
タに搭載されたＧＰＳセンサ２１およびジャイロセンサ
２２によって検出された機体の位置と速度および姿勢の
各検出値との差分を算出し、この差分を制御指令値（サ
ーボ指令値）として機体に搭載されたサーボモータに送
信し、サーボモータによって前記差分が０になるように
機体の速度と姿勢を制御する。

【００３２】さらに詳細な計算方法は以下のとおりであ
る。図７に示すように、前後の速度指令値をｖx、左右
の速度指令値をｖy、上下の速度指令値をｖz、回転の速
度指令値を回転角速度ωとする。

【００３３】上述のように４種類の速度指令値ｖ_x，
ｖ_y，ｖ_z，ωがパソコン１４に入力されると、これらの
速度指令値はローパスフィルタ３４を通過して目標速度
ｖ_x ^*，ｖ_y ^*，ｖ_z ^*，ω^*として設定され、これらの目標
速度ｖ_x ^*，ｖ_y ^*，ｖ_z ^*，ω^*は地球座標に変換された後
に時間積分される。このように目標速度を時間積分する
ことにより無人ヘリコプタ８の地球座標における前後、
左右,上下（高度）および回転方向（方位角）の目標位
置ｘ^*，ｙ^*，ｚ^*，Ψ^*がそれぞれ次式によって求められ
る。なお、方位角Ψ^*は無人ヘリコプタ８の機体の姿勢
を示すパラメータである。

【００３４】ｘ^*＝∫ｖ_x ^*ｄｔ ｙ^*＝∫ｖ_y ^*ｄｔ ｚ^*＝∫ｖ_z ^*ｄｔ Ψ^*＝∫ω^*ｄｔ また、目標速度ｖ_x ^*，ｖ_y ^*，ｖ_z ^*，ω^*を時間微分する
ことにより無人ヘリコプタ８の目標姿勢を示すパラメー
タとしてピッチ角θおよびロール角φが求められる。

【００３５】ここで目標ピッチ角θ^*と目標ロール角φ^*
の計算方法を図８および図９に基づいて説明する。

【００３６】１）ピッチ角θ：図示のように無人ヘリコ
プタ８の機体に作用する推力をＴ、機体の質量をｍ、重
力加速度をｇとすると上下方向の力の釣合いから次式が
成立する。なお、ピッチ角θは、無人ヘリコプタの機首
が上がる方向を正とする。

【００３７】 ｍｇ＝Ｔｃｏｓ（−θ） …（１） また、機体に作用する慣性力はｍ・ｄｖ_x／ｄｔとなる
ため、前後方向の力の釣合いから次式が成立する。

【００３８】 ｍ・ｄｖ_x／ｄｔ＝Ｔｓｉｎ（−θ） …（２） 上記（１）、（２）式より次式が導かれる。 ｔａｎ（−θ）＝（ｄｖ_x／ｄｔ）／ｇ ここで、θが微小であるとするとｔａｎ（−θ）＝−θ
とみなすことができるため、ピッチ角θは次式によって
求められる。 θ＝−（ｄｖ_x／ｄｔ）／ｇ …（３）

【００３９】２）ロール角φ：上下方向の力の釣合いか
ら次式が成立する。 ｍｇ＝Ｔｃｏｓφ …（４） また、機体に作用する遠心力はｍｖ_xωとなるため、左
右方向の力の釣合いから次式が成立する。

【００４０】 ｍｖ_xω＝Ｔｓｉｎφ …（５） 上記（４）、（５）式より次式が導かれる。 ｔａｎφ＝ｖ_xω／ｇ ここで、φが微小であるとするとｔａｎφ＝φとみなす
ことができるため、ロール角φは次式によって求められ
る。 φ＝ｖ_xω／ｇ …（６）

【００４１】また、同様にして無人ヘリコプタ８が右移
動しながら右旋回している場合のピッチ角θとロール角
φはそれぞれ次式によって求められる。 θ＝ｖ_yω／ｇ …（７） φ＝（ｄｖ_y／ｄｔ）／ｇ …（８）

【００４２】ここで、ホバリング（停止）状態での釣り
合い姿勢角をθ₀，φ₀とすると、結局、（３），
（６），（７），（８）式よりピッチ角θとロール角φ
は次式によって求められる。 θ＝θ₀−（ｄｖ_x／ｄｔ）／ｇ＋ｖ_yω／ｇ…（９） φ＝φ₀＋（ｄｖ_y／ｄｔ）／ｇ＋ｖ_xω／ｇ…（１０）

【００４３】したがって、目標ピッチ角θ^*と目標ロー
ル角φ^*は目標速度ｖ_x ^*，Ｖ_y ^*ω^*を用いて次式によって
求められる。 θ^*＝θ₀ ^*−（ｄｖ_x ^*／ｄｔ）／ｇ＋ｖ_y ^*ω^*／ｇ…（９）’ φ^*＝φ₀ ^*＋（ｄｖ_y ^*／ｄｔ）／ｇ＋ｖ_x ^*ω^*／ｇ…（１０）’

【００４４】他方、図４に示すＧＰＳ衛星２５からの信
号は無人ヘリコプタ８に設置された前記ＧＰＳアンテナ
２１ａ及びＧＰＳセンサ２１と地上に設置されたＧＰＳ
アンテナ２６及びＧＰＳ受信機２７によって受信され、
無人ヘリコプタ８の地球座標における位置（緯度と経度
及び高度）と速度（水平速度と左右速度及び鉛直速度）
が検出され、これらは方位変換されて機体座標での値が
求められ、さらにアンテナ補正（ＧＰＳアンテナ２１ａ
が無人ヘリコプタ８の機体重心位置に設置されていない
ための補正）されて機体の重心位置（前後方向位置ｘ、
左右方向位置ｙ及び上下方向位置ｚ）と機体重心速度
（前後方向速度ｖ_x、左右方向速度ｖ_y及び上下方向速度
ｖ_z）の検出データが得られる。

【００４５】また、無人ヘリコプタ８に設置された前記
ジャイロセンサ２２によって機体の姿勢（ピッチ角θ、
ロール角φ、方位角Ψ及び方位角速度ω）が検出され
る。

【００４６】上記検出データｘ，ｙ，ｚ，ｖ_x，ｖ_y，ｖ
_z，θ，φ，Ψ，ωは通信装置１９，２３による通信に
よってパソコン１４に送信され、パソコン１４において
は、前記目標値ｘ^*，ｙ^*，ｚ^*，ｖ_x ^*，ｖ_y ^*，ｖ_z ^*，
θ^*，φ^*，Ψ^*，ω^*と検出データｘ，ｙ，ｚ，ｖ_x，
ｖ_y，ｖ_z，θ，φ，Ψ，ωとの差分（誤差）Δｘ，Δ
ｙ，Δｚ，Δｖ_x，Δｖ_y，Δｖ_z，Δθ，Δφ，ΔΨ，
Δωが次式によって求められる。

【００４７】Δｘ＝ｘ^*−ｘ Δｙ＝ｙ^*−ｙ Δｚ＝ｚ^*−ｚ Δｖ_x＝ｖ_x ^*−ｖ_x Δｖ_y＝ｖ_y ^*−ｖ_y Δｖ_z＝ｖ_z ^*−ｖ_z Δθ＝θ^*−θ Δφ＝φ^*−φ ΔΨ＝Ψ^*−Ψ Δω＝ω^*−ω

【００４８】上式によって差分（誤差）Δｘ，Δｙ，Δ
ｚ，Δｖ_x，Δｖ_y，Δｖ_z，Δθ，Δφ，ΔΨ，Δωが
求められると、これらを制御指令（エレベータサーボ指
令（前後方向）、エルロンサーボ指令（左右方向）、コ
レクティブサーボ指令（上下方向）及びラダーサーボ指
令（回転方向））として機体に搭載されたサーボモータ
に送信し、サーボモータによって前記差分Δｘ，Δｙ，
Δｚ，Δｖ_x，Δｖ_y，Δｖ_z，Δθ，Δφ，ΔΨ，Δω
が０になるように機体の速度と姿勢がフィードバック制
御され、これによって無人ヘリコプタ８は所定のコース
に沿って飛行する。なお、上記実施形態は無人ヘリコプ
タについて説明したが、本発明はこれに限定されず、船
舶や航空機等の各種移動体の制御系で用いるフィルタと
して適用可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、例え
ば加速度とこれを積分した速度の信号の組合せや、速度
とこれを積分した位置の信号の組合せ等の場合に、両信
号を同じ時定数の簡単な一次遅れフィルタを通すことに
より、非常に簡単な回路構成によって、１つの時定数を
設定するだけで高速で高精度の計算処理ができ、速度や
位置データの信頼性が向上し、自律飛行等に適用した場
合の飛行制御精度や飛行の安全性が向上する。

【００５０】また、時定数は、ジャイロセンサとＧＰＳ
の周波数特性により簡単に予測することができ周波数の
チューニング時間が大幅に少なくなる。また、加速度セ
ンサのデータから速度データを推定するにあたり、積分
演算を行っていないので、誤差成分の累積によりフィル
タが発散するおそれがなく、信頼性の高いハイブリッド
フィルタが得られる。また、フィルタ構成が簡単である
ため、加速度センサやＧＰＳセンサに誤差が生じた場合
に、これらの誤差によるフィルタ出力値を簡単に計算す
ることができ、制御系への対処がし易くなる。これによ
り、誤差に対して迅速的確に対応しながら飛行制御を行
い、高精度で信頼性の高い自律飛行システムが実現され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るハイブリッドフィ
ルタの構成および原理説明図。

【図２】 本発明の別の実施形態の回路図。

【図３】 本発明が適用される無人ヘリコプタの飛行制
御系の構成図。

【図４】 本発明に係る自律飛行システム全体の構成
図。

【図５】 サーボ指令による駆動機構の例を示す概略構
成説明図。

【図６】 データ処理の制御信号図。

【図７】 無人ヘリコプタの斜視図。

【図８】 無人ヘリコプタが前進しながら右旋回してい
る状態を示す側面図。

【図９】 無人ヘリコプタが前進しながら右旋回してい
る状態を示す後面図。

【符号の説明】

１：積分回路、２：ハイパスフィルタ、３：等価回路、
４：ローパスフィルタ、５：時定数回路、６：ローパス
フィルタ、７：加算器、８：無人ヘリコプタ、９：時定
数回路、１０：ローパスフィルタ、１１：加算器、１
２：１段目のハイブリッドフィルタ、１３：２段目のハ
イブリッドフィルタ、１４：パソコン、１５：モニタ、
１６：キーボード、１７：マウス、１８：メモリ、１
９：通信装置、２０：マイコン、２１：ＧＰＳセンサ、
２２：ジャイロセンサ、２３：通信装置、２４：Ｉ／Ｆ
回路、２５：ＧＰＳ衛星、２６：ＧＰＳアンテナ、２
７：ＧＰＳ受信機、２８：Ｉ／Ｆ回路、２９：バックア
ップ用送信機、３０：主ロータ、３１：ロータ軸、３
２：アクチュエータ板、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ：シリ
ンダ、３４：ローパスフィルタ、５５：ローパスフィル
タ、６０：メモリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｃ 21/16 Ｇ０１Ｃ 21/16 Ｎ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の信号が通る第１のフィルタと、第２
   の信号が通る第２のフィルタと、前記第１のフィルタ通
   過後の信号に所定の時定数を掛けるための時定数回路
   と、該時定数回路通過後の信号と前記第２のフィルタ通
   過後の信号を加え合わせる加算器とからなり、前記第１
   の信号は加速度信号または速度信号であり、前記第２の
   信号は、第１の信号を積分した単位系の信号であり、前
   記第１、第２のフィルタ及び前記時定数回路の時定数は
   等しいことを特徴とするハイブリッドフィルタ。
2. 【請求項２】前記加算器からの出力信号を第１の信号と
   して、別の第１および第２のフィルタ、時定数回路およ
   び加算器からなる２段目のハイブリッドフィルタを結合
   したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドフ
   ィルタを用いた多段ハイブリッドフィルタ。
3. 【請求項３】前記第１の信号はジャイロセンサからの加
   速度信号であり、前記第２の信号はＧＰＳセンサからの
   位置信号を微分した速度信号であり、前記第１および第
   ２のフィルタはローパスフィルタであることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載のハイブリッドフィルタ。