JP2004025971A

JP2004025971A - 移動体制御システム

Info

Publication number: JP2004025971A
Application number: JP2002183396A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Masuko; 増子　洋一郎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】移動体が複数運用される場合に、複数の移動体の移動経路などの制御が全体として行われることが可能な移動制御システムを提供する。
【解決手段】第１移動体２２に設けられ第２移動体２１との間で所定の位置関係が形成されるように前記第１移動体の移動に関する制御を行う移動体制御システムであって、前記第２移動体との間の前記第１移動体の相対的な位置及び速度を求める相対位置関係算出部と、前記第１移動体の相対的な位置及び速度に基づいて、前記第２移動体との間で前記所定の位置関係が形成されるべく前記第２移動体に対する相対的な位置を調整するための相対位置調整用コマンドを生成するコマンド生成部３２ａとを備えている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体制御システムに関し、特に、複数の移動体によるフォーメーション飛行が可能な移動体制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の移動や姿勢を安定的に制御する安定化装置が存在している。以下、移動体として航空機を例にとって説明する。その安定化装置は、個々の航空機の飛行が安定するように制御するものであった。これに対し、多数の航空機を制御する手法は存在していない。即ち、従来の安定化装置は、その安定化装置が設けられた単一の航空機の単独飛行が安定するように制御するものであった。
【０００３】
従来の単体の航空機の制御システムだけでは、複数の航空機の飛行を制御することは不可能であった。図３は、Ａ機１１、Ｂ機１２及びＣ機１３のそれぞれの安定化装置が自機の機動経路を単独で制御している場合であって、主機であるＡ機１１に対して、従機であるＢ機１２及びＣ機１３が追従して右方向に旋回飛行する場合を示している。
【０００４】
図３のように、フォーメーション飛行を行う場合、単体の機体に対する飛行制御システムのみでは、自機の機動経路と他機の機動経路は並行移動したものとなるため、機動経路が交錯する場合があり、そのままでは衝突する可能性が高い。よって、このようなフォーメーション飛行を行う場合には、その飛行制御システム（安定化装置）に完全には依存しないパイロットの手動による飛行操作が要求されていた。具体的には、フォーメーション飛行を行う場合、従機であるＢ機１２及びＣ機１３のパイロットは、主機であるＡ機１１の機体の姿勢を見て、フォーメーションを形成するように追従して飛行していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、地上の航空管制塔にて、複数の航空機を集中管理（集中制御）することは行われていたが、更に、飛行中の複数の航空機相互間のみで互いの移動経路や姿勢などを全体として制御することが望まれている。
移動体が複数運用される場合に、複数の移動体の移動経路などの制御が全体として行われることが望まれている。
【０００６】
航空機を含む移動体を複数運用する場合に、それらをより効率的に運用するためにフォーメーションを組ませるなど複数の移動体を全体として制御することが望まれる。
無人機である航空機を含む移動体を複数運用する場合に、それらをより効率的に運用するためにフォーメーションを組ませるなど複数の移動体を全体として制御することが望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、移動体が複数運用される場合に、複数の移動体の移動経路などの制御が全体として行われることが可能な移動体制御システムを提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、航空機を含む移動体を複数運用する場合に、それらをより効率的に運用するためにフォーメーションを組ませるなど複数の移動体を全体として制御することが可能な移動体制御システムを提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、無人機である航空機を含む移動体を複数運用する場合に、それらをより効率的に運用するためにフォーメーションを組ませるなど複数の移動体を全体として制御することが可能な移動体制御システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明の移動体制御システムは、第１移動体（２２）に設けられ第２移動体（２１）との間で所定の位置関係が形成されるように前記第１移動体（２２）の移動に関する制御を行う移動体制御システムであって、前記第２移動体（２１）との間の前記第１移動体（２２）の相対的な位置及び速度を求める相対位置関係算出部と、前記第１移動体（２２）の相対的な位置及び速度に基づいて、前記第２移動体（２１）との間で前記所定の位置関係が形成されるべく前記第２移動体（２１）に対する相対的な位置を調整するための相対位置調整用コマンドを生成するコマンド生成部（３２ａ）とを備えている。
【００１２】
本発明の移動体制御システムは、第１移動体（２２）に設けられ第２移動体（２１）との間で所定の位置関係が形成されるように前記第１移動体（２２）の移動に関する制御を行う移動体制御システムであって、前記第２移動体（２１）との間で前記第１移動体（２２）が前記所定の位置関係を確立したか否かを判定する判定部（３２ｂ）と、前記所定の位置関係が確立されたと判定された場合に、前記第２移動体（２１）に対して与えられる前記第２移動体（２１）の移動に関する第２移動体移動コマンドを、前記第１移動体（２２）の移動に関する第１移動体移動コマンドとして入力する入力部（３２ｃ）とを備えている。
【００１３】
本発明の移動体制御システムは、第１移動体（２２）に設けられ第２移動体（２１）との間で所定の位置関係が形成されるように前記第１移動体（２２）の移動に関する制御を行う移動体制御システムであって、前記第２移動体（２１）との間の前記第１移動体（２２）の相対的な位置及び速度を求める相対位置関係算出部と、前記第１移動体（２２）の相対的な位置及び速度に基づいて、前記第２移動体（２１）との間で前記所定の位置関係が形成されるべく前記第２移動体（２１）に対する相対的な位置を調整するための相対位置調整用コマンドを生成するコマンド生成部（３２ａ）と、前記第２移動体（２１）との間で前記第１移動体（２２）が前記所定の位置関係を確立したか否かを判定する判定部（３２ｂ）と、前記所定の位置関係が確立されたと判定された場合に、前記第２移動体（２１）に対して与えられる前記第２移動体（２１）の移動に関する第２移動体移動コマンドを、前記第１移動体（２２）の移動に関する第１移動体移動コマンドとして入力する入力部（３２ｃ）とを備えている。
【００１４】
本発明の移動体制御システムにおいて、前記入力部（３２ｃ）は、前記第２移動体移動コマンドを所定時間遅延させた後に前記第１移動体移動コマンドとして入力する。
【００１５】
本発明の移動体制御システムにおいて、前記入力部（３２ｃ）は、前記第２移動体（２１）と通信することによって得た前記第２移動体移動コマンドを、第１移動体移動コマンドとして入力する。
【００１６】
本発明の移動体制御システムにおいて、前記相対位置関係算出部は、前記第２移動体（２１）と通信することによって前記第１移動体（２２）の相対的な位置及び速度を求める。
【００１７】
本発明の移動体制御システムにおいて、前記第１移動体（２２）及び前記第２移動体（２１）のそれぞれは、航空機、人工衛星又は車両である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の移動体制御システムの一の実施形態として、航空機の飛行制御システムについて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の飛行制御システムの機能ブロックを示す図である。
図２は、本実施形態の飛行制御システムをそれぞれが有する複数の航空機がフォーメーション飛行を行っている様子を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の飛行制御システム３０は、通信ユニット３１と、フォーメーション飛行制御部３２と、オートパイロット装置３３とを備えている。フォーメーション飛行制御部３２は、Ｓｅｅｋコントロール用コマンド生成部３２ａと、フォーメーション確立判定部３２ｂと、ディレイ回路３２ｃとを備えている。
【００２１】
図２に示すように、複数の航空機２１〜２３のそれぞれが飛行制御システム３０を有している。図２において、Ａ機２１が主機（リーダー機）であり、Ｂ機２２及びＣ機２３のそれぞれが従機（追従機）である。
【００２２】
図１において、オートパイロット装置３３は、例えば特開平７−２４８８２７号公報に記載の公知のものがそのまま適用されることができる。
通信ユニット３１は、フォーメーション飛行を形成している自機以外の航空機との間で通信を行う。ここで、フォーメーション飛行とは、いわゆる編隊飛行に限定されずに、所定の位置関係を有しつつ飛行するという広義の意味である。
【００２３】
フォーメーション飛行制御部３２は、通信ユニット３１から得た自機以外の航空機の情報（相対位置及び相対速度など）に基づいて、自機以外の航空機との間でフォーメーション飛行を実現するためのコマンドをオートパイロット装置３３に出力する。以下に具体的に説明する。
【００２４】
ここでは、Ｂ機２２が有している飛行制御システム３０について説明する。
Ｂ機２２の通信ユニット３１は、リーダー機であるＡ機２１と通信して、Ａ機２１の慣性軸位置の情報と速度情報を受信するとともに、Ｂ機２２と同じく追従機であるＣ機２３の慣性軸位置の情報と速度情報を受信する。通信ユニット３１にて受信されたこれらの情報は、フォーメーション飛行制御部３２のＳｅｅｋコントロール用コマンド生成部３２ａに送られる。
【００２５】
上記において、「慣性軸位置」とは、ＧＰＳなどで検出可能な地球座標上での位置である。飛行制御システム３０においては、その地球座標上での位置に対して更に機体の向きを示す情報が加えられてなる「機体軸位置」（機体軸座標上での位置）までは要求されない。
【００２６】
Ｂ機２２のフォーメーション飛行制御部３２は、Ｂ機２２が飛行している間のＢ機２２自身の姿勢角の情報を有している。ここで、姿勢角とは、ある平面に対して機体の上下方向の傾きの角度、その平面に対して機体の左右方向の傾きの角度、及びその平面に対して機体の機首の向きの角度の３つの角度の情報である。
【００２７】
Ｂ機２２のＳｅｅｋコントロール用コマンド生成部３２ａは、そのＢ機２２の姿勢角の情報と、Ａ機２１の慣性軸位置の情報と速度情報とに基づいて、Ｂ機２２に対するＡ機２１の相対的関係としてのＡ機２１の相対位置及び相対速度を算出する。また、Ｂ機２２のＳｅｅｋコントロール用コマンド生成部３２ａは、そのＢ機２２の姿勢角の情報と、Ｃ機２３の慣性軸位置の情報と速度情報とに基づいて、Ｂ機２２に対するＣ機２３の相対的関係としてのＣ機２３の相対位置及び相対速度を算出する。
【００２８】
Ｂ機２２のＳｅｅｋコントロール用コマンド生成部３２ａは、上記算出されたＡ機２１の相対位置及び相対速度に基づいて、Ａ機２１にＢ機２２が追従してフォーメーション飛行を形成するためのＳｅｅｋコントロール用コマンドを生成して、Ｂ機２２のオートパイロット装置３３に出力する。そのＳｅｅｋコントロール用コマンドとは、Ａ機２１に追従してフォーメーション飛行を行うために、Ｂ機２２のＸ軸方向をスラスト（推力）で、Ｙ軸方向をバンク及び方位角で、Ｚ軸方向をピッチ角でそれぞれ合わせるためのコマンドである。
【００２９】
なお、Ｓｅｅｋコントロール用コマンド生成部３２ａにおける、そのＳｅｅｋコントロール用コマンドの生成に際しては、上記算出されたＣ機２３の相対位置及び相対速度に基づいて、Ｂ機２２がＣ機２３に対して機動経路の交錯やニアミスなどのおそれが無いように、Ｂ機２２のＳｅｅｋコントロール用コマンドが生成される。
【００３０】
オートパイロット装置３３は、上記Ｓｅｅｋコントロール用コマンドに従ってＢ機２２の機体の自動飛行制御を行うことにより、リーダー機であるＡ機２１に対する相対位置を調整する（Ｓｅｅｋコントロール）。
【００３１】
上記Ｓｅｅｋコントロールの結果、Ｂ機２２のＡ機２１に対するフォーメーションが確立されると、Ｂ機２２は、次に述べるＦｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールに入る。なお、Ｂ機２２が上記Ｓｅｅｋコントロールを実施している間は、Ｂ機２２は、Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールを実施せずに、上記Ｓｅｅｋコントロールのみを行う。
【００３２】
ここで、Ｂ機２２のフォーメーション確立判定部３２ｂは、上記フォーメーションが確立されたか否かを、Ａ機２１とＢ機２２との間の相対位置が所定の関係になったか否かで判断する。この場合、所定の関係とは、例えば、Ａ機２１とＢ機２２との方向が同じで、その距離が一定の設定値に維持されている（速度が同じ）場合である。その距離の設定値は、Ａ機２１との間で通信を行う等により、Ｂ機２２において設定されることができる。
【００３３】
Ｂ機２２において、フォーメーション確立判定部３２ｂが上記フォーメーションが確立したと判断すると、Ｂ機２２の通信ユニット３１は、Ａ機２１のオートパイロット装置３３に入力されるコマンドを、Ａ機２１の通信ユニット３１から受信する。
【００３４】
Ｂ機２２の通信ユニット３１にて受信したＡ機２１のオートパイロット装置３３に入力されるコマンドは、Ｂ機２２のフォーメーション飛行制御部３２内に設けられたディレイ回路３２ｃで所定の遅延時間経過した後に、そのまま（コマンドの内容が変更されること無く）Ｂ機２２のオートパイロット装置３３に出力される。その所定の遅延時間とは、Ａ機２１及びＢ機２２において形成されているフォーメーションにおいて、例えば、Ａ機２１とＢ機２２の速度、Ａ機２１とＢ機２２との距離に基づいて、設定される。
【００３５】
Ａ機２１のオートパイロット装置３３に入力されるコマンドが、所定の遅延時間の経過後にそのままＢ機２２のオートパイロット装置３３に入力されることで、上記形成されたフォーメーションが維持される（Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロール）。即ち、上記Ｓｅｅｋコントロールの結果、フォーメーションが確立された後は、Ａ機２１のオートパイロット装置３３に入力されるコマンドがそのまま、所定の遅延時間経過後に、Ｂ機２２のオートパイロット装置３３にも入力されることで、Ｂ機２２はＡ機２１に対して設定された距離を維持しつつ追従する。ここで、Ａ機２１のオートパイロット装置３３に入力されるコマンドとは、例えば、Ａ機２１のパイロットがＡ機２１の操舵スティックを介して入力した操舵用コマンドである。
【００３６】
Ｂ機２２のフォーメーション確立判定部３２ｂは、上記Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールを行っている間にも、Ａ機２１との間の上記形成されたフォーメーションが維持されているか否かをモニタしており、Ａ機２１との間の上記形成されたフォーメーションが維持されていないと判断した場合には、上記Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールを一時中断して上記Ｓｅｅｋコントロールを再度行う。その再開された上記Ｓｅｅｋコントロールの結果、Ｂ機２２のフォーメーション確立判定部３２ｂがＡ機２１との間のフォーメーションが確立されたと判断した場合には、上記Ｓｅｅｋコントロールを停止して、上記Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールを再開する。
【００３７】
なお、Ｂ機２２は、上記Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロール中と、上記Ｓｅｅｋコントロール中とで、Ａ機２１から受け取る情報は同じであり、Ｂ機２２のフォーメーション確立判定部３２ｂが上記フォーメーションが確立したと判断する前は、そのＡ機２１から受け取った情報のうち、上記Ｓｅｅｋコントロールに必要な情報を用いて上記Ｓｅｅｋコントロールを行い、Ｂ機２２のフォーメーション確立判定部３２ｂが上記フォーメーションが確立したと判断した後は、そのＡ機２１から受け取った情報のうち、上記Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールに必要な情報を用いて上記Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールを行う。
【００３８】
上記においては、Ｂ機２２の動作について説明したが、Ｃ機２３も上記Ｂ機２２と同様の動作を行うことで、Ａ機２１に対して追従して飛行し、Ａ機２１及びＢ機２２との間でフォーメーション飛行を行うことができる。
【００３９】
図２を参照して、具体的に説明する。
Ｂ機２２及びＣ機２３のそれぞれが上記の動作を行うことで、Ａ機２１が右旋回すると、Ｂ機２２及びＣ機２３のそれぞれは、Ａ機２１との距離を維持しつつ同じく右方向に旋回する。Ａ機２１、Ｂ機２２及びＣ機２３のそれぞれが、上記の飛行制御システム３０を用いた動作を行うと、Ａ機２１が右旋回すると、その旋回方向の外側に位置するＢ機２２は、旋回前（例えばＦｏｌｌｏｗｉｎｇコントロール中であることができる）にＡ機２１と同じ速度で飛行（例えばＡ機２１のコマンドと同じコマンドで飛行）したままでは旋回前のフォーメーションを維持できないため、上記Ｓｅｅｋコントロールを行ってＡ機２１に比べて速度を速める一方、旋回半径を大きくとる。この場合、同様に、旋回方向の内側に位置するＣ機２３は、旋回前にＡ機２１と同じ速度で飛行したままでは旋回前のフォーメーションを維持できないため、上記Ｓｅｅｋコントロールを行ってＡ機２１に比べて速度を遅くする一方、旋回半径を小さくとる。Ａ機２１、Ｂ機２２及びＣ機２３のそれぞれが旋回を終了した後、例えば直線飛行に入った後に、フォーメーションが確立された後には、上記Ｓｅｅｋコントロールから上記Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールに入る。図２に示したような上記動作は、従来の単一機の飛行制御システムだけでは、このようなフォーメーション飛行はできない。
【００４０】
また、上記フォーメーション飛行を形成する途中に、又は上記フォーメーション飛行を形成した後に、リーダー機であるＡ機２１が離脱した場合には、代わりにＢ機２２又はＣ機２３がリーダー機になることができる。Ａ機２１、Ｂ機２２及びＣ機２３は、飛行制御システム３０を含めて互いに同じ構成を有しているため、リーダー機が不在になった場合には、それまで追従機であった航空機が代わってリーダー機になることが可能である。
【００４１】
また、Ａ機２１、Ｂ機２２及びＣ機２３のそれぞれは、いずれかの航空機がリーダー機になり、それ以外の航空機が追従機になった場合にも、その追従機は、そのリーダー機に対して飛行制御システム３０を用いて追従するか否かを自由に選択することができる。
【００４２】
さらに、飛行制御システム３０を用いることにより、Ａ機２１、Ｂ機２２及びＣ機２３のそれぞれが無人機である場合にも、追従飛行を含むフォーメーション飛行を行うことができる。
【００４３】
上記実施形態においては、Ｓｅｅｋコントロールの後に、Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールを行うこととしたが、ＳｅｅｋコントロールとＦｏｌｌｏｗｉｎｇコントロールのいずれか一方のみを行ってもよい。
【００４４】
なお、上記実施形態においては、移動体の例として、航空機を用いて説明したが、その航空機は民間航空機を含む。民間航空機の場合、図２に示すようなリーダー機に追従して追従機が旋回するようなフォーメーション飛行（いわゆる編隊飛行）を行うことは考え難いが、従来より一般に地上の管制塔からの指示に従って、例えば、同じ空港の周辺エリアを飛行する場合には、他の民間航空機との関係で広義のフォーメーション飛行を形成していると捉えることが可能である。この場合、民間航空機は、従来と同様に地上の管制塔からの指示に従うと共に、上記実施形態で述べたように他の民間航空機との間でデータリンクを形成（互いの機体情報や位置や速度の情報を共有）して、航路の交錯やニアミスを未然に防止することができる。
【００４５】
また更に、上記実施形態の移動体の例は、航空機に限らず、自動車を含む車両一般や人工衛星にも適用可能である。例えば、自動車の場合には、ＩＴＳ技術に適用して安全性の向上に寄与することができる。例えば、追従車両は相手車両との距離を維持しつつ相手車両に入力された運転コマンドを追従車両にそのまま入力して衝突を防止するなどに用いることができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、移動体が複数運用される場合に、複数の移動体の移動経路などの制御が全体として行われることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である移動体制御システムの一の実施の形態の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明である移動体制御システムの一の実施の形態を用いてフォーメーション飛行をした場合を説明するための図である。
【図３】従来の単体の飛行制御システムにおいてフォーメーション飛行をした場合を説明するための図である。
【符号の説明】
１１　Ａ機（リーダー機）
１２　Ｂ機（追従機）
１３　Ｃ機（追従機）
２１　Ａ機（リーダー機）
２２　Ｂ機（追従機）
２３　Ｃ機（追従機）
３０　飛行制御システム
３１　通信ユニット
３２　フォーメーション飛行制御部
３２ａ　Ｓｅｅｋコントロール用コマンド生成部
３２ｂ　フォーメーション確立判定部
３２ｃ　ディレイ回路
３３　オートパイロット装置

Claims

第１移動体に設けられ第２移動体との間で所定の位置関係が形成されるように前記第１移動体の移動に関する制御を行う移動体制御システムであって、
前記第２移動体との間の前記第１移動体の相対的な位置及び速度を求める相対位置関係算出部と、
前記第１移動体の相対的な位置及び速度に基づいて、前記第２移動体との間で前記所定の位置関係が形成されるべく前記第２移動体に対する相対的な位置を調整するための相対位置調整用コマンドを生成するコマンド生成部と
を備えた移動体制御システム。
第１移動体に設けられ第２移動体との間で所定の位置関係が形成されるように前記第１移動体の移動に関する制御を行う移動体制御システムであって、
前記第２移動体との間で前記第１移動体が前記所定の位置関係を確立したか否かを判定する判定部と、
前記所定の位置関係が確立されたと判定された場合に、前記第２移動体に対して与えられる前記第２移動体の移動に関する第２移動体移動コマンドを、前記第１移動体の移動に関する第１移動体移動コマンドとして入力する入力部と
を備えた移動体制御システム。
第１移動体に設けられ第２移動体との間で所定の位置関係が形成されるように前記第１移動体の移動に関する制御を行う移動体制御システムであって、
前記第２移動体との間の前記第１移動体の相対的な位置及び速度を求める相対位置関係算出部と、
前記第１移動体の相対的な位置及び速度に基づいて、前記第２移動体との間で前記所定の位置関係が形成されるべく前記第２移動体に対する相対的な位置を調整するための相対位置調整用コマンドを生成するコマンド生成部と、
前記第２移動体との間で前記第１移動体が前記所定の位置関係を確立したか否かを判定する判定部と、
前記所定の位置関係が確立されたと判定された場合に、前記第２移動体に対して与えられる前記第２移動体の移動に関する第２移動体移動コマンドを、前記第１移動体の移動に関する第１移動体移動コマンドとして入力する入力部と
を備えた移動体制御システム。
請求項２または３に記載の移動体制御システムにおいて、
前記入力部は、前記第２移動体移動コマンドを所定時間遅延させた後に前記第１移動体移動コマンドとして入力する
移動体制御システム。
請求項２または３に記載の移動体制御システムにおいて、
前記入力部は、前記第２移動体と通信することによって得た前記第２移動体移動コマンドを、第１移動体移動コマンドとして入力する
移動体制御システム。
請求項１または３に記載の移動体制御システムにおいて、
前記相対位置関係算出部は、前記第２移動体と通信することによって前記第１移動体の相対的な位置及び速度を求める
移動体制御システム。
請求項１から６のいずれか１項に記載の移動体制御システムにおいて、
前記第１移動体及び前記第２移動体のそれぞれは、航空機、人工衛星又は車両である
移動体制御システム。