JP2020153834A - 位置検出システム、飛行体及び位置検出方法 - Google Patents

位置検出システム、飛行体及び位置検出方法 Download PDF

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昌宏 仲
山本 賢一
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Abstract

【課題】通信状態に左右されることがなく、信頼性の高い飛行体の飛行位置を適切に検出することができる位置検出システム、この位置検出システムによって飛行位置が検出される飛行体及び飛行体の位置検出方法を提供する。【解決手段】飛行体100に搭載される情報処理装置10と、情報処理装置から送信される質問パルス信号を受信して応答パルス信号を情報処理装置に送信する距離測定装置及び飛行体の磁方位を求める超短波帯の方位電波を放射状に発信する無線標識装置を有して地上に配置される第1設備20と、地上に配置されて電波を発信する第2設備30,40と、を備え、情報処理装置は、第1設備との間の通信によって飛行体の飛行位置を検出するとともに第2設備が発信する電波によって飛行体の飛行位置を検出する一方、情報処理装置と第1設備との間の通信状態に応じて第2設備が発信する電波によって検出した飛行体の飛行位置を利用する。【選択図】図1

Description

本発明は、位置検出システム、飛行体及び位置検出方法、特に、飛行体の飛行位置を検出する位置検出システム、情報処理装置が搭載される飛行体及び飛行体の飛行位置を検出する位置検出方法に関する。
対象物を高所から観察したり、上空から地上を空撮したり、あるいは人や物を運搬したりする場合において、近年、複数の回転翼の回転によって飛行する小型の飛行体が用いられることがある。
この種の飛行体の飛行位置を検出して、飛行体の航法を支援したり、飛行体の飛行を管理したりする技術が普及しており、特許文献1には、測位衛星で測位した測位位置を示す測位情報を取得する測位情報取得部を備えた飛行体が開示されている。
特開2016−188806公報
しかし、特許文献1の飛行体のように、測位衛星で飛行体の飛行位置を検出する場合は、飛行体の飛行位置によっては、飛行体と測位衛星との通信状態が悪化して測位衛星による測位の精度が低下することから、飛行位置の検出結果に対する信頼性が低下することが懸念される。
その一方で、例えば航空機のような大型の飛行体の飛行位置の検出に用いられる二次監視レーダと通信するといったように、測位衛星によらない他の手段との通信によって飛行体の飛行位置を検出することも考えられるが、航空機よりも低空を飛行する小型の飛行体の場合には、飛行高度によっては、地上構造物の影響により二次監視レーダとの通信状態が悪化することも想定される。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、通信状態に左右されることがなく、信頼性の高い飛行体の飛行位置を適切に検出することができる位置検出システム、この位置検出システムによって飛行位置が検出される飛行体及び飛行体の位置検出方法を提供することを課題とするものである。
上記課題を達成するための、本発明に係る位置検出システムは、飛行体の飛行位置を検出する位置検出システムにおいて、飛行体に搭載される情報処理装置と、情報処理装置から送信される質問パルス信号を受信して応答パルス信号を情報処理装置に送信する距離測定装置及び飛行体の磁方位を求める超短波帯の方位電波を放射状に発信する無線標識装置を有して地上に配置される第1設備と、地上に配置されて電波を発信する第2設備と、を備え、情報処理装置は、第1設備との間の通信によって飛行体の飛行位置を検出するとともに第2設備が発信する電波によって飛行体の飛行位置を検出する一方、情報処理装置と第1設備との間の通信状態に応じて第2設備が発信する電波によって検出した飛行体の飛行位置を利用することを特徴としている。
この位置検出システムによれば、情報処理装置と距離測定装置及び無線標識装置を有して地上に配置された第1設備との通信によって、飛行体と距離測定装置との距離を算出することができる高度を飛行し、かつ無線標識装置の発信する方位電波を受信して磁方位を把握することができる高度を飛行する飛行体の飛行位置を適切に利用することができる。
この位置検出システムによれば、情報処理装置は、第1設備との間の通信によって検出された飛行体の前記飛行位置を記録するとともに第2設備が発信する電波によって検出された飛行体の飛行位置を記録する。
かかる構成により、検出した飛行位置及びその履歴も含めて記録することができることから、通信機器等を介して、他の情報処理措置にも提供することができる。
この位置検出システムによれば、情報処理装置は、第1設備との間の通信によって検出された飛行体の飛行位置を表示するとともに第2設備が発信する電波によって検出された飛行体の飛行位置を表示する、
かかる構成により、検出した飛行位置及びその履歴も含めてモニターなどの表示部に表示することができることから、操作者に対して、現在の飛行位置を知らせることができる。
一方、情報処理装置と第1設備との間の通信状態が悪化する等、情報処理装置と第1設備との間の通信状態に応じて、情報処理装置が受信した第2設備が発信する電波によって検出した飛行体の飛行位置を記録することができる。
したがって、通信状態に左右されることがなく、信頼性の高い飛行体の飛行位置を適切に検出することができる。
この位置検出システムの情報処理装置は、測位衛星からの測位信号を受信する測位部を備え、測位部が受信した測位信号と第2設備が発信する電波とによって飛行体の飛行位置を検出することを特徴としている。
さらに、この位置検出システムの第2設備は、放送の電波を発信する電波塔であってもよく、携帯型電話機と通信する基地局であってもよい。
上記課題を達成するための、本発明に係る飛行体は、情報処理装置が搭載される飛行体において、情報処理装置と情報処理装置から送信される質問パルス信号を受信して応答パルス信号を情報処理装置に送信する距離測定装置及び飛行体の磁方位を求める超短波帯の方位電波を放射状に発信する無線標識装置を有して地上に配置される第1設備との間の通信によって飛行位置が検出されて記録されるとともに、地上に配置されて電波を発信する第2設備が発信する電波によって飛行位置が検出される一方、情報処理装置と第1設備との間の通信状態に応じて第2設備が発信する電波によって検出した飛行位置が記録される、ことを特徴としている。
上記課題を達成するための、本発明に係る位置検出方法は、飛行体の飛行位置を検出する位置検出方法において、飛行体に搭載される情報処理装置と情報処理装置から送信される質問パルス信号を受信して応答パルス信号を情報処理装置に送信する距離測定装置及び飛行体の磁方位を求める超短波帯の方位電波を放射状に発信する無線標識装置を有して地上に配置される第1設備との間の通信によって飛行体の飛行位置を検出して記録するとともに、地上に配置されて電波を発信する第2設備が発信する電波を情報処理装置が受信して飛行体の飛行位置を検出する一方、情報処理装置と第1設備との間の通信状態に応じて第2設備が発信する電波によって検出した飛行体の飛行位置を記録する、ことを特徴としている。
この発明によれば、通信状態に左右されることがなく、信頼性の高い飛行体の飛行位置を適切に検出することができる。
本発明の実施の形態に係る位置検出システムの概略を説明する図である。 同じく、本実施の形態に係る位置検出システムで飛行位置が検出される飛行体の構成の概略を説明するブロック図である。 同じく、本実施の形態に係る位置検出システムの情報処理装置の構成の概略を説明するブロック図である。 同じく、本実施の形態に係る位置検出システムの情報処理装置の通信部の構成の概略を説明するブロック図である。 同じく、本実施の形態に係る位置検出システムのDME/VOR設備の構成の概略を説明する図であり、(a)は概念図、(b)はブロック図である。 同じく、本実施の形態に係る位置検出システムのDME/VOR設備におけるDMEの構成の概略を説明する図である。 同じく、本実施の形態に係る位置検出システムのDME/VOR設備におけるVORの構成の概略を説明する図である。 同じく、本実施の形態に係る位置検出システムの作動概略を説明する図である。
次に、図1〜図8に基づいて、本発明の実施の形態に係る位置検出システムについて説明する。
図1は、本実施の形態に係る位置検出システムの概略を説明する図である。図示のように、位置検出システム1は、ネットワーク200を介して管理制御部120によって飛行の制御が実行される飛行体100の飛行位置を検出するものである。
この位置検出システム1の説明に先立って、まず、飛行体100について説明する。
飛行体100は、本実施の形態では、複数の回転翼によって飛行する、人が搭乗可能なエアモービルであって、150m程度の高度を上限とした低空域において、飛行開始地Sと飛行目的地Eとの間で予め設定された航路Rに従って自律的に飛行する。
図2は、飛行体100の構成の概略を説明するブロック図である。図示のように、飛行体100には、本実施の形態では情報処理装置10が搭載されるとともに、この情報処理装置10に制御されて回転翼を回転させる複数のモータ101、モータ101と情報処理装置10とを中継するドライバ102、モータ101及びドライバ102に電力を供給するバッテリ103を主要構成として備える。
モータ101は、情報処理装置10による制御によって、上昇、下降、水平移動といった飛行体100の飛行制御や、図示しないジャイロに基づいて飛行体100の姿勢制御を実行するものであって、本実施の形態では直流モータによって実装される。
ドライバ102は、本実施の形態では、情報処理装置10からの制御信号に従って、指定された電圧をモータ101に印加する可変電圧電源回路によって実装される。
次に、本実施の形態に係る位置検出システム1の構成の概略について説明する。
図1で示すように、位置検出システム1は、情報処理装置10、情報処理装置10と通信する第1設備であるDME/VOR設備20、情報処理装置10が受信する電波を発信する第2設備である電波塔30、同じく第2設備である基地局40、及び測位信号を発信する測位衛星50を備える。
図3は、情報処理装置10の構成の概略を説明するブロック図である。図示のように、情報処理装置10は、プロセッサ11、メモリ12、ストレージ13、送受信部14、入出力部15、通信部16、測位部17及び検知部18を主要構成として備え、これらが互いにバス19を介して電気的に接続される。
プロセッサ11は、情報処理装置10の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御や、プログラムの実行に必要な処理等を行う演算装置である。
このプロセッサ11は、本実施の形態では例えばCPU(Central Processing Unit)であり、後述するストレージ13に格納されてメモリ12に展開されたプログラムを実行して各処理を行う。
メモリ12は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の揮発性記憶装置で構成される主記憶装置、及びフラッシュメモリやHDD(Hard Disc Drive)等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶装置を備える。
このメモリ12は、プロセッサ11の作業領域として使用される一方、制御部61の起動時に実行されるBIOS(Basic Input/Output System)、及び各種の設定情報等が格納される。
ストレージ13は、プログラムや各種の処理に用いられる情報等が格納されている。本実施の形態では、例えば、予め設定された航路Rがデータとして格納されるとともに、検出された飛行体100の飛行位置が記録される。
送受信部14は、情報処理装置10をインターネット網等のネットワーク200に接続するものであって、Bluetooth(登録商標)やBLE(Bluetooth Low Energy)といった近距離通信インターフェースを具備するものであってもよい。
本実施の形態では、空撮画像等といった飛行体100で取得した各種のデータが、この送受信部14を介して、例えば管理制御部120に送信される。
入出力部15は、入出力機器が接続されるインターフェースであって、本実施の形態では、操縦桿(ハンドル)やスイッチ類等の情報入力機器や、搭乗者に情報を提供するディスプレイ等の情報出力機器が接続される。
通信部16は、DME/VOR設備20と通信し、電波塔30から発信される電波を受信し、かつ基地局40が発信する電波を受信するモジュールによって構成される。この通信部16の具体的な構成については、後述する。
測位部17は、本実施の形態では、測位衛星50から測位信号を受信する測位信号受信センサ、大気圧を測定する気圧センサ、温度を測定する温度センサや加速度センサといった各種のセンサによって構成される。
検知部18は、飛行体100の外部の環境を音声や画像といった各種のデータとして取得するものであって、例えばマイクやカメラ、赤外線センサ等によって構成される。
バス19は、接続したプロセッサ11、メモリ12、ストレージ13、送受信部14、入出力部15、通信部16、測位部17及び検知部18の間において、例えばアドレス信号、データ信号及び各種の制御信号を伝達する。
図4は、通信部16の構成の概略を説明するブロック図である。図示のように、通信部16は、DME送受信部16A、VOR受信部16B、電波塔受信部16C、基地局受信部16Dを備える。
DME送受信部16Aは、DME送受信端子16Aa及びDME送受信モジュール16Abによって構成される。このDME送受信部16Aは、本実施の形態では、DME/VOR設備20に質問パルス信号を送信するとともに、質問パルス信号を受信したDME/VOR設備20から送信される応答パルス信号を受信する。
VOR受信部16Bは、VOR受信端子16Ba及びVOR受信モジュール16Bbによって構成される。このVOR受信部16Bは、本実施の形態では、DME/VOR設備20から発信される方位電波を受信する。
電波塔受信部16Cは、電波塔受信端子16Ca及び電波塔受信モジュール16Cbによって構成される。この電波塔受信部16Cは、本実施の形態では、電波塔30が発信する電波を受信する。
基地局受信部16Dは、基地局受信端子16Da及び基地局受信モジュール16Dbによって構成される。この基地局受信部16Dは、本実施の形態では、基地局40が発信する電波を受信する。
図5は、DME/VOR設備20の構成の概略を説明する図であり、(a)は概念図、(b)はブロック図である。図5(a)で示すように、DME/VOR設備20は、地上Lに配置される設備であって、一般に、航空機のような大型の飛行体の飛行位置を検出する場合に用いられる。
DME/VOR設備20は、地上Lに設けられる建屋21、建屋21の上部に設けられる平面視で環状の基板22、基板22のほぼ中央部分から上方に突出するDME送受信アンテナ23a、DME送受信アンテナ23aと接続されて建屋21内に収容されるDME送受信機23b、DME送受信アンテナ23aを平面視で環状に包囲するように放射状に配置されて上方に突出する複数のVOR発信アンテナ24a、及びVOR発信アンテナ24aと接続されて建屋21内に収容されるVOR発信機24bを備える。
図5(b)で示すように、このDME送受信アンテナ23aとDME送受信機23bとによって、距離測定装置であるDME(Distant Measuring Equipment)23が構成され、VOR発信アンテナ24aとVOR発信機24bとによって、無線標識装置であるVOR(VHF Omnidirectional Range)24が構成される。
図6は、DME23の構成の概略を説明する図である。図示のように、DME23は、飛行体100に搭載された情報処理装置10から送信される質問パルス信号Qを受信すると、一定時間の経過後に情報処理装置10に対して応答パルス信号Aを送信する。
このように、DME23と情報処理装置10との間で質問パルス信号Qと応答パルス信号Aとによる通信が繰り返されながら、情報処理装置10の通信部16のDME送受信部16Aにおいて、質問パルス信号Qと応答パルス信号Aとの時間差に基づいて、DME23と飛行体10との間の距離が算出される。
図7は、VOR24の構成の概略を説明する図である。VOR24は、超短波帯の方位電波Dを放射状に発信するものであって、図示のように、飛行体100に搭載された情報処理装置10が方位電波Dを受信すると、情報処理装置10の通信部16のVOR受信部16Bにおいて、磁北Nに対するVOR24からの飛行体100の磁方位Mが把握される。
図1で示すように、電波塔30は、本実施の形態では、テレビ放送用の電波を発信する、地上に配置されるテレビ塔で実装されるが、ラジオ放送用の電波を発信する、地上に配置されるラジオ塔で実装されるものであってもよい。
基地局40は、本実施の形態では、携帯型電話機の通信用の電波を発信する、地上に配置される無線局であって、測位衛星50は、本実施の形態では、GPS(Global Positioning System)で運用される人工衛星である。
次に、本実施の形態に係る位置検出システム1の作動概略について説明する。
図1で示すように、飛行体100が、飛行開始地Sと飛行目的地Eとの間で予め設定された航路Rに従って飛行する際には、情報処理装置10の通信部16のDME送受信部16Aが質問パルス信号Qを継続的に送信している。
この質問パルス信号Qを、地上に配置されるDME/VOR設備20のDME23が受信すると、DME23は、一定時間の経過後に情報処理装置10に対して応答パルス信号Aを送信し、この応答パルス信号Aを、情報処理装置10の通信部16のDME送受信部16Aが受信する。
このような質問パルス信号Qと応答パルス信号Aとの通信に基づいて、情報処理装置10の通信部16のDME送受信部16Aによって、DME23と飛行体10との間の距離が算出される。
一方、DME/VOR設備20のVOR24が放射状に発信する超短波帯の方位電波Dを、情報処理装置10の通信部16のVOR受信部16Bが受信すると、VOR受信部16Bによって、磁北Nに対するVOR24からの飛行体の磁方位Mが把握される。
このように、DME送受信部16Aによって算出されたDME23と飛行体100との間の距離、及びVOR受信部16Bによって把握された飛行体の磁方位Mに基づいて、飛行体100の飛行位置が検出される。
検出された飛行体100の飛行位置は、本実施の形態では、情報処理装置10の入出力部15に接続されたディスプレイを介して搭乗者に提示されるとともに情報処理装置10のストレージ13に記録される一方、情報処理装置10の送受信部14を介して管理制御部120に送信されて記録される。
ところで、本実施の形態に係る位置検出システム1では、飛行体100は、情報処理装置10においてDME/VOR設備20と通信をしつつも、電波塔30が発信するテレビ放送用の電波、基地局40が発信する携帯型電話機の通信用の電波、及び測位衛星50が発信する測位信号をそれぞれ、電波塔受信部16C、基地局受信部16D及び測位部17が受信する。
電波塔受信部16Cが複数の電波塔30から電波を受信した場合は、それぞれの電波を受信した方向に配置される電波塔30と飛行体100との相対的な距離及び方位に基づいて、飛行体100の飛行位置が検出される。
基地局受信部16Dが複数の基地局40から電波を受信した場合は、それぞれの電波を受信した方向に配置される基地局40と飛行体100との相対的な距離及び方位に基づいて、飛行体100の飛行位置が検出される。
電波塔受信部16Cが複数の電波塔30から電波を受信し、かつ基地局受信部16Dが複数の基地局40から電波を受信した場合は、それぞれの電波を受信した方向に配置される電波塔30及び基地局40と飛行体100との相対的な距離及び方位に基づいて、飛行体100の飛行位置が検出される。
一方、電波塔受信部16Cあるいは基地局受信部16Dが、例えば1基の電波塔30あるいは1基の基地局40といった少数の電波塔30あるいは基地局40からしか電波を受信できないような場合には、電波塔受信部16Cあるいは基地局受信部16Dが受信した電波と測位部17が受信した測位信号とによって、飛行体100の飛行位置が検出される。
ここで、図8で示すように、航路RとDME/VOR設備20との間に大型のビル等の地上構造物300が存在しており、飛行体100が航路Rに従って飛行する際に、この地上構造物300によって情報処理装置10とDME/VOR設備20との間の通信が遮断される、あるいは情報処理装置10とDME/VOR設備20との間の通信状態が悪化する場合がある。
この場合、情報処理装置10とDME/VOR設備20との間の通信状態に応じて、電波塔30が発信する電波、基地局40が発信する電波あるいは測位衛星50が発信する測位信号によって検出した飛行体100の飛行位置が情報処理装置10のストレージ13に記録される一方、情報処理装置10の送受信部14を介して管理制御部120に送信されて記録される。
このように、本実施の形態の位置検出システム1によれば、情報処理装置10とDME23及びVOR24を有して地上Lに配置されたDME/VOR設備20との通信によって、飛行体100とDME23との距離を算出することができる高度を飛行し、かつVOR24の発信する方位電波Dを受信して磁方位Mを把握することができる高度を飛行する飛行体100の飛行位置を適切に検出して記録することができる。
一方、情報処理装置10とDME/VOR設備20との間の通信状態が悪化する等、情報処理装置10とDME/VOR設備20との間の通信状態に応じて、情報処理装置10が受信した電波塔30や基地局40が発信する電波によって検出した飛行体100の飛行位置を記録し利用することができる。
このとき、受信した電波が少数の電波塔30あるいは基地局40から発信されたものである場合は、情報処理装置10が受信した電波と測位信号とによって、飛行体100の飛行位置が検出されその情報を利用することから、検出した飛行体100の飛行位置に対する信頼性が向上する。
このように、本実施の形態の位置検出システム1によれば、通信状態に左右されることがなく、信頼性の高い飛行体100の飛行位置を適切に検出することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。上記実施の形態では、飛行体100が航路Rに従って自律的に飛行するエアモービルである場合を説明したが、搭乗者の操縦によって航路Rに従って飛行するエアモービルであってもよい。
1 位置検出システム
10 情報処理装置
16 通信部
16A DME送受信部
16B VOR受信部
17 測位部
20 DME/VOR設備(第1設備)
23 DME(距離測定装置)
24 VOR(無線標識装置)
30 電波塔(第2設備)
40 基地局(第2設備)
50 測位衛星
100 飛行体
120 管理制御部
300 地上構造物
A 応答パルス信号
D 方位電波
L 地上
M 磁方位
N 磁北
Q 質問パルス信号

Claims (8)

  1. 飛行体の飛行位置を検出する位置検出システムにおいて、
    前記飛行体に搭載される情報処理装置と、
    該情報処理装置から送信される質問パルス信号を受信して応答パルス信号を前記情報処理装置に送信する距離測定装置及び前記飛行体の磁方位を求める超短波帯の方位電波を放射状に発信する無線標識装置を有して地上に配置される第1設備と、
    地上に配置されて電波を発信する第2設備と、を備え、
    前記情報処理装置は、
    前記第1設備との間の通信によって前記飛行体の飛行位置を検出するとともに前記第2設備が発信する前記電波によって前記飛行体の飛行位置を検出する一方、前記情報処理装置と前記第1設備との間の通信状態に応じて前記第2設備が発信する前記電波によって検出した前記飛行体の飛行位置を利用することを特徴とする位置検出システム。
  2. 前記情報処理装置は、
    前記第1設備との間の通信によって検出された前記飛行体の前記飛行位置を記録するとともに前記第2設備が発信する前記電波によって検出された前記飛行体の飛行位置を記録する、
    請求項1に記載の位置検出システム。
  3. 前記情報処理装置は、
    前記第1設備との間の通信によって検出された前記飛行体の前記飛行位置を表示するとともに前記第2設備が発信する前記電波によって検出された前記飛行体の飛行位置を表示する、
    請求項1又は請求項2に記載の位置検出システム。
  4. 前記情報処理装置は、
    測位衛星からの測位信号を受信する測位部を備え、
    該測位部が受信した前記測位信号と前記第2設備が発信する前記電波とによって前記飛行体の飛行位置を検出することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の位置検出システム。
  5. 前記第2設備は、
    放送の電波を発信する電波塔を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の位置検出システム。
  6. 前記第2設備は、
    携帯型電話機と通信する基地局を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の位置検出システム。
  7. 情報処理装置が搭載される飛行体において、
    前記情報処理装置と、該情報処理装置から送信される質問パルス信号を受信して応答パルス信号を前記情報処理装置に送信する距離測定装置及び前記飛行体の磁方位を求める超短波帯の方位電波を放射状に発信する無線標識装置を有して地上に配置される第1設備との間の通信によって飛行位置が検出されるとともに地上に配置されて電波を発信する第2設備が発信する前記電波によって飛行位置が検出される一方、
    前記情報処理装置と前記第1設備との間の通信状態に応じて前記第2設備が発信する前記電波によって検出した飛行位置を利用する、
    ことを特徴とする飛行体。
  8. 飛行体の飛行位置を検出する位置検出方法において、
    前記飛行体に搭載される情報処理装置と、該情報処理装置から送信される質問パルス信号を受信して応答パルス信号を前記情報処理装置に送信する距離測定装置及び前記飛行体の磁方位を求める超短波帯の方位電波を放射状に発信する無線標識装置を有して地上に配置される第1設備との間の通信によって前記飛行体の飛行位置を検出するとともに地上に配置されて電波を発信する第2設備が発信する前記電波を前記情報処理装置が受信して前記飛行体の飛行位置を検出する一方、
    前記情報処理装置と前記第1設備との間の通信状態に応じて前記第2設備が発信する前記電波によって検出した前記飛行体の飛行位置を利用する、
    ことを特徴とする位置検出方法。
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