JP2600503Y2 - 航空機の自動着陸装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、航空機を目標の滑走路
へ自動的に誘導し着陸させる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、航空機の自動着陸は地上からの
無線電波等を用いて方位角、上下角、及び距離データを
算出し、航空機の自動操縦装置を制御することで行って
いる。このため、航空機へ向けて無線電波を発信させる
大掛かりな地上設備を必要とする。そこで、このような
地上設備を必要としない幾つかの自動着陸装置が提案さ
れている。

【０００３】先ず、航空機側に画像センサと画像処理装
置とを設け、航空機の方位角及び距離を算出してオート
パイロット装置を制御し自動着陸させる装置(1) とし
て、実開平３−１２０２９７号公報に開示されたものが
ある。

【０００４】また、人工衛星から電波を受けて自機の位
置を知るＧＰＳ（Global Positioning System ）装置と
センサとを航空機側に設け、ＧＰＳ装置により滑走路ま
で誘導した後、ＧＰＳ装置と機体センサとを用いて滑走
路とグライド・パスとのずれをコンピュータで計算し、
オートパイロット装置を制御して自動着陸する装置(2)
が、特開平３−１２０２９７号公報に開示されている。

【０００５】さらに、特開平４−１２６６９７号公報に
は、予め記憶しておいた地形データと高度センサを用い
て測定した高度データとを照合して、着地点に対する自
機の位置を求め、レーザセンサを用いて着地点と自機と
の相対的位置を連続に算出してグランド・パスのずれを
コンピュータで計算し、オートパイロット装置を制御し
て自動着陸する装置(3) が開示されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の装置にはそれぞれ次のような問題があった。例えば、
装置(1) では、センサが滑走路を常時認識できることを
前提にしている。よって、滑走路がセンサの視野範囲や
認識可能な距離を超えた範囲にある場合には、この装置
を適用することはできず、現実の航空機の運航には利用
不可能である。

【０００７】装置(2) は、ＧＰＳ装置を用いて航空機を
誘導するが精度が低く、有人機に適用するには安全上問
題がある。

【０００８】装置(3) は、地形データと測定した高度デ
ータとを照合して自機の位置を求めている。しかし、平
坦な地形に滑走路がある場合は自機の位置を誤る虞れが
あり、やはり安全上問題がある。さらに、滑走路に反射
器を設けるなどある程度の地上設備が必要になり、あら
ゆる滑走路への着陸に適用することはできない。

【０００９】このように、従来の自動着陸装置には着陸
可能な滑走路が限られたり、安全上に問題があった。

【００１０】本考案は上記事情に鑑みてなされたもの
で、地上設備の貧弱な滑走路に対しても航空機を安全に
自動着陸させることが可能な航空機の自動着陸装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本考案の航空機の自動着
陸装置は、機体の位置情報を出力する航法装置と、機体
軸を検知し出力する機体姿勢角センサと、機体の高度情
報を出力する高度計と、出力された前記位置情報、姿勢
情報及び高度情報を用いて機体の位置を求め出力する航
法コンピュータと、前記航法コンピュータの出力に基づ
いて機体の操舵を制御する誘導制御コンピュータとを備
えた航空機の自動着陸装置であって、さらに、機体外部
に方向自在に設けられ画像を認識し画像信号を出力する
画像センサと、前記画像センサから出力された前記画像
信号を与えられて処理し画像情報を出力し、また前記画
像センサの方向を制御する画像処理追尾装置とを備え、
前記航法コンピュータは、前記画像センサにより目標の
滑走路の画像が認識されるまでは、前記航法装置が出力
した前記位置情報を用いて機体の位置を求め出力し前記
誘導制御コンピュータと協動して機体を滑走路へ誘導
し、前記画像センサにより滑走路の画像が認識されると
画像センサに滑走路を追尾させ、前記画像センサの角度
と滑走路の画像面積とから滑走路に対する機体の方位
角、上下角、及び距離に関する機体の第１の位置情報を
算出し、この算出した情報と、予め記憶している滑走路
の緯度、経度、高度と、前記航法装置が出力した位置情
報とを用いて滑走路に対する機体の第２の位置情報を出
力し、前記第１の位置情報と前記第２の位置情報とから
より正確な位置情報を算出し、前記誘導制御コンピュー
タと協動して機体を滑走路へ誘導し、前記画像センサに
より認識される滑走路の画像が所定の大きさになるまで
機体が滑走路に接近すると、前記画像センサの方向から
機体の方位角及び上下角を算出し、前記滑走路の画像面
積と予め記憶している滑走路の前記形状情報とから距離
を算出し、前記誘導制御コンピュータと協動して機体を
誘導し、前記滑走路の形状及びセンターラインを認識で
きるまで滑走路へ接近すると、前記画像センサの方向と
該画像センサが認識し前記画像処理追尾装置が出力した
滑走路の形状及びセンターラインに関する画像情報と予
め記憶している滑走路の前記形状情報とを用いて滑走路
の目標地点に対する機体の方位角、上下角、及び距離を
算出し、前記誘導制御コンピュータと協動して滑走路の
近傍まで誘導し、前記滑走路の画像が画面一般になりそ
の形状が認識できなくなると、前記画像センサによりセ
ンターラインを追尾し、前記誘導制御コンピュータと協
動して機体を滑走路の目標接地点に接地させ、標接地点
に機体が接地した後、前記画像センサが認識し前記画像
処理追尾装置が出力した滑走路のセンターラインに関す
る情報を与えられて、前記誘導制御コンピュータと協動
してセンターラインに沿って機体を走行させた後、停止
させることを特徴としている。

【００１２】

【００１３】

【作用】滑走路までの距離が遠く、画像センサにより滑
走路の画像を認識できない間は、航法装置の出力に基づ
いて航法コンピュータが機体の位置を求めて誘導制御コ
ンピュータと協動して滑走路へ向けて飛行を誘導し、画
像センサにより滑走路の画像を認識できる距離まで接近
すると、画像センサに滑走路を追尾させ、画像センサの
角度と滑走路の画像面積とから滑走路に対する機体の方
位角、上下角、及び距離に関する機体の第１の位置情報
を算出し、この情報と予め記憶している滑走路の緯度、
経度、高度と、航法装置の出力とを用いて第２の位置情
報を出力し、第１及び第２の位置情報を用いてより精度
の高い位置情報を算出し、誘導制御コンピュータと協動
して滑走路へ誘導し、画像センサにより認識される滑走
路の画像が所定の大きさになるまで接近すると、画像セ
ンサの方向から機体の方位角及び上位角を算出し、滑走
路の画像面積と予め記憶している滑走路の形状情報とか
ら距離を算出し、誘導制御コンピュータと協動して機体
を誘導し、滑走路付近まで接近すると画像センサの方向
と画像センサが認識し画像処理追尾装置が出力した滑走
路の形状及びセンターラインに関する画像情報と予め記
憶している滑走路の形状情報とを用いて滑走路の目標地
点に関する機体の方位角、上下角、距離を算出して誘導
制御コンピュータと協動して滑走路の近傍まで誘導し、
滑走路の画像が画面一杯になりその形状が認識できなる
まで接近すると、画像センサによりセンターラインを追
尾し、誘導制御コンピュータと協動して機体を滑走路の
目標地点に接地させ、接地後は画像センサ及び画像処理
追尾装置により得られた滑走路のセンターラインに関す
る画像情報を用いて誘導制御コンピュータと協動して機
体をセンターラインに沿って走行させた後、停止させ
る。このように、機体から滑走路までの距離に応じて航
法装置の出力と画像センサを用いた画像情報とを用いて
機体の位置情報を算出し、飛行を誘導するため、航空機
が備えた装置のみで安全に着陸を誘導することができ、
地上設備が貧弱な滑走路への着陸にも適用が可能であ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【００１５】図１に、本実施例による航空機の自動着陸
装置の構成を示す。

【００１６】機体１の外部に、方向を自在に変えること
ができるように、画像センサ５が設けられている。画像
センサ５を少なくとも２台用いた場合には、立体的な画
像情報を得ることが可能になる。

【００１７】機体１内部には、次のような装置が設けら
れている。

【００１８】ＧＰＳ又は慣性航法装置２は、機体１の地
上に対する位置情報を出力する。

【００１９】ジャイロ装置７は、機体軸を検出すること
で機体１の姿勢角に関する情報を出力する。

【００２０】画像処理追尾装置３は、画像センサ５から
出力された画像情報信号を与えられて必要な画像処理を
行い、目標の滑走路６の画像を認識する。そして、画像
センサ５が滑走路６の方向を向くように、カメラ方向指
令信号を与える。これにより、画像処理追尾装置３は滑
走路の画像を自動的に追尾することができる。

【００２１】画像センサ５が１つ設けられている場合
は、得られた画像の光軸と、ジャイロ装置７が検出した
機体軸との相対的な角度と、滑走路６の画像の面積か
ら、機体１の方位角、上下角、及び距離データを求める
ことができる。画像センサ５が２つ設けられている場合
には、立体的な画像情報が得られる。

【００２２】また、画像処理追尾装置３には予め滑走路
６の緯度、経度、高度、及び形状に関する情報が入力さ
れており、画像センサ５から得られた情報と総合して、
機体１の方位角、上下角、及び距離を求めることもでき
る。

【００２３】航法コンピュータ８は、滑走路６までの距
離に応じて、画像処理追尾装置３が出力した機体１の滑
走路６に対する方位角、上下角及び距離に関する情報、
ＧＳＰ又は慣性航法装置２が出力した地上に対する方位
角、上下角及び距離に関する情報、電波高度計１１が出
力した高度情報、ジャイロ装置７が出力した機体１の姿
勢角に関する情報を与えられる。そして、航法コンピュ
ータ８はこれらの情報を用いて機体１の滑走路６に対す
る正確な現在位置を求める。

【００２４】航法コンピュータ８により、これらの機体
１の現在位置を示す情報が求められて誘導制御コンピュ
ータ９に出力される。また、誘導制御コンピュータ９に
は電波高度計１１が検出した機体１の高度に関する情報
が入力される。特に、機体１が滑走路６に接近した場合
には、機体１の対地高度の微妙な変化にすばやく対応す
るためにこの高度情報が重要なものとなる。そして、誘
導制御コンピュータ９は機体１の現在位置と飛行すべき
経路との差を求め、舵面１２等の操舵装置を制御する。

【００２５】次に、本実施例による自動着陸装置を用い
て、滑走路６に機体１を着陸させる動作手順について説
明する。

【００２６】滑走路６までの距離が遠い段階では、画像
センサ５では滑走路６の画像を認識することはできな
い。そこで、ステップ１０１に示されたように、ＧＰＳ
又は慣性航法装置２の出力に基づいて航法コンピュータ
８が機体１の現在位置を算出し、誘導制御コンピュータ
９がこの位置情報に基づいて舵面１２等の操舵装置を制
御し、滑走路６の近くまで誘導する。そして、滑走路６
までの距離が所定距離以内になると（ステップ１０
２）、滑走路６の方向へ画像センサ５が向くように、画
像処理追尾装置３はカメラ方向指令信号を画像センサ５
に出力する。

【００２７】航空機１が滑走路６に接近していく過程
で、画像センサ５が滑走路６を画像認識できたか否かを
判断し（ステップ１０４）、認識できる位置までＧＳＰ
又は慣性航法装置２の出力による誘導飛行を継続する。

【００２８】画像センサ５が滑走路６を画像認識できる
位置まで航空機１が接近すると、ステップ１０５のよう
に、画像処理追尾装置３は滑走路６の中央を画像センサ
５が認識するようにカメラ方向指令信号を出力する。こ
のようにして、滑走路６の画像を連続的に追尾してい
く。

【００２９】ステップ１０６のように、画像センサ５か
ら画像情報信号が画像処理追尾装置３に与えられ、滑走
路６に対する方位角、上下角、及び距離が算出される。
画像センサ５を２台用いる場合には、上述したように立
体的な画像を認識することで、航空機１の滑走路６に対
する方位角、上下角、及び距離をより高い精度で検出す
ることができる。またステップ１０７にあるように、引
き続いてＧＰＳ又は慣性航法装置２からも方位角、上下
角、及び距離の情報が出力される。

【００３０】ステップ１０８として、画像処理追尾装置
３と、ＧＰＳ又は慣性航法装置２からそれぞれ出力され
た機体１の方位角、上下角、及び距離に関する情報を航
法コンピュータ８が与えられ、正確な機体１の現在位置
を求める。

【００３１】ここで、画像処理追尾装置３の出力と、Ｇ
ＰＳ又は慣性航法装置２の出力とを用いて、航法コンピ
ュータ８が機体１の位置情報を正確に求める手順につい
て述べる。

【００３２】画像処理追尾装置３からは、上述したよう
に機体１から滑走路６までの距離ｌG （ｍ）と、機体１
から見た滑走路６の方位角ψG （度）及び上下角θG
（度）とが出力される。また、ＧＰＳ又は慣性航法装置
２の出力から地上に対する機体１の位置がわかり、さら
に予め入力されている滑走路６の位置情報とから、機体
１から滑走路６までの距離ｌ1 （ｍ）と、機体１から見
た滑走路６の方位角ψ1（度）及び上下角θ1 （度）と
が算出される。

【００３３】この二つの情報を用いて確からしい１つの
情報を得るとすると、 距離：ｌcon ＝ｌ1 −（ｌ1 −ｌG ）・Ｆ（ｌ1 ） … （１） 方位角：ψcon ＝ψ1 −（ψ1 −ψG ）・Ｆ（ｌ1 ） … （２） 上下角：θcon ＝θ1 −（θ1 −θG ）・Ｆ（ｌ1 ） … （３） となる。

【００３４】ここで、Ｆ（ｌ1 ）は補間関数であり、図
３に示されたように０〜１の間のいずれかの値をとる。
補間の始まりの値ｌ0'と終りの値ｌ0'' の値は、機器の
精度によって影響を受けるため、飛行試験等を行って決
定する。

【００３５】このようにして航法装置８により得られた
機体１の現在位置に関する正確な情報（方位角ψcon 、
上下角θcon 、距離ｌcon ）が、誘導制御コンピュータ
９に与えられる。ステップ１０９において、誘導制御コ
ンピュータ９が機体１の現在位置と飛行すべき経路との
差に基づいて舵面１２等を制御する。これにより、機体
１が滑走路６へ向けてさらに誘導飛行を続行する。

【００３６】ステップ１１０として、画像センサ５によ
り認識された滑走路６の画像が、所定の大きさになった
か否かが判断される。そして、滑走路６の画像が所定の
大きさになると、ステップ１１１において画像処理追尾
装置３が画像センサ５を滑走路６の方を追尾するように
カメラ方向指令信号を出力する。

【００３７】滑走路６の画像を大きく認識できるように
なると、ステップ１１２にあるように、画像処理追尾装
置３により正確な方位角、上下角、距離を算出すること
が可能になる。この情報が航法コンピュータ８に与えら
れ、機体１の現在位置を高精度で検出することができ
る。このように、滑走路６に接近すると高精度な画像情
報が得られる。このため、この段階からはＧＰＳ又は慣
性航法装置２の出力は用いずに、画像処理追尾装置３か
らの画像情報と、電波高度計１１からの出力とを用いて
飛行を誘導する。

【００３８】ステップ１１３として、この機体１の現在
位置を示す情報が誘導制御コンピュータ９に与えられ舵
面１２等が制御されて、さらに滑走路６へ接近する。

【００３９】ステップ１１４において、滑走路６の形状
とセンターライン６ａとが画像センサ５により認識され
たか否かが判断される。滑走路６の形状及びセンターラ
イン６ａが認識できるまで滑走路６へ接近すると、滑走
路６の画像が画面一杯になり認識が困難になる。そこ
で、滑走路６のセンターライン６ａを追尾するように、
画像処理追尾装置３から画像センサ５にカメラ方向指令
信号が出力される。（ステップ１１５）。

【００４０】そして、機体１を滑走路６に接地させる
（ステップ１１６）。接地後も、画像センサ５がセンタ
ーライン６ａを追尾できるように向きを固定し、センタ
ーライン６ａに沿って機体１を走行させ停止させる（ス
テップ１１８）。

【００４１】このように、本実施例の自動着陸装置によ
れば、地上設備の貧弱な滑走路に対しても機体に備えた
設備のみで安全に自動着陸させることが可能である。

【００４２】上述した実施例は一例であり、本発明を限
定するものではない。例えば、地上の基準位置に対する
機体の位置を求める航法装置としては、ＧＰＳ以外の種
々の方式による航法装置を用いることができる。また画
像センサは、例えば可視テレビカメラや赤外線カメラの
ように、滑走路の画像を認識し得るものであればよい。

【００４３】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の航空機の
自動着陸装置は、滑走路までの距離に応じて、機体に設
けられた航法装置の出力と画像センサによる画像情報と
を用いて、機体の方位角、上下角、及び距離の位置情報
を算出し着陸を誘導することができるため、地上設備の
貧弱な滑走路に対しても安全に自動着陸させることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例による航空機の自動着陸装置
の構成を示したブロック図。

【図２】同自動着陸装置の動作の手順を示したフローチ
ャート。

【図３】同自動着陸装置において用いる補間関数を示し
た説明図。

【符号の説明】

１ 機体 ２ ＧＰＳ又は慣性航法装置 ３ 画像処理追尾装置 ５ 画像センサ ６ 滑走路 ６ａ センターライン ７ ジャイロ装置 ８ 航法コンピュータ ９ 誘導制御コンピュータ １１ 電波高度計 １２ 舵面

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機体（１）の位置情報を出力する航法装置
   （７）と、機体軸を検知し出力する機体姿勢角センサ
   （７）と、機体（１）の高度情報を出力する高度計（１
   １）と、出力された前記位置情報、姿勢情報及び高度情
   報を用いて機体（１）の位置を求め出力する航法コンピ
   ュータ（８）と、前記航法コンピュータ（８）の出力に
   基づいて機体（１）の操舵を制御する誘導制御コンピュ
   ータ（９）とを備えた航空機の自動着陸装置であって、 さらに、機体外部に方向自在に設けられ画像を認識し画
   像信号を出力する画像センサ（５）と、 前記画像センサ（５）から出力された前記画像信号を与
   えられて処理し画像情報を出力し、また前記画像センサ
   の方向を制御する画像処理追尾装置（３）とを備え、 前記航法コンピュータ（８）は、 前記画像センサ（５）により目標の滑走路の画像が認識
   されるまでは、前記航法装置（２）が出力した前記位置
   情報を用いて機体（１）の位置情報を出力し、前記誘導
   制御コンピュータ（９）と協動して機体（１）を滑走路
   へ誘導し、 前記画像センサにより滑走路の画像が認識されると画像
   センサに滑走路を追尾させ、前記画像センサの角度と滑
   走路の画像面積とから滑走路に対する機体の方位角、上
   下角、及び距離に関する機体の第１の位置情報を算出
   し、この算出した情報と、予め記憶している滑走路の緯
   度、経度、高度と、前記航法装置が出力した位置情報と
   を用いて滑走路に対する機体の第２の位置情報を出力
   し、前記第１の位置情報と前記第２の位置情報とからよ
   り正確な位置情報を算出し、前記誘導制御コンピュータ
   と協動して機体を滑走路へ誘導し、 前記画像センサ（５）により認識される滑走路（６）の
   画像が所定の大きさになるまで機体（１）が滑走路
   （６）に接近すると、前記画像センサ（５）の方向から
   機体（１）の方位角及び上下角を算出し、前記滑走路
   （６）の画像面積と予め記憶している滑走路（６）の前
   記形状情報とから距離を算出し、前記誘導制御コンピュ
   ータ（９）と協動して機体（１）を誘導し、 前記滑走路（６）の形状及びセンターライン（６ａ）を
   認識できるまで滑走路（６）へ接近すると、前記画像セ
   ンサ（５）の方向と該画像センサ（５）が認識し前記画
   像処理追尾装置（３）が出力した滑走路（６）の形状及
   びセンターライン（６ａ）に関する画像情報と予め記憶
   している滑走路（６）の前記形状情報とを用いて滑走路
   （６）の目標地点に対する機体（１）の方位角、上下
   角、及び距離を算出し、前記誘導制御コンピュータ
   （９）と協動して滑走路（６）の近傍まで誘導し、 前記滑走路（６）の画像が画面一般になりその形状が認
   識できなくなると、前記画像センサ（５）によりセンタ
   ーライン（６ａ）を追尾し、前記誘導制御コンピュータ
   （９）と協動して機体（１）を滑走路（６）の目標接地
   点に接地させ、 目標接地点に機体（１）が接地した後、前記画像センサ
   （５）が認識し前記画像処理追尾装置（３）が出力した
   滑走路（６）のセンターライン（６ａ）に関する画像情
   報を与えられて、前記誘導制御コンピュータ（９）と協
   動してセンターライン（６ａ）に沿って機体（１）を走
   行させた後、停止させることを特徴とする航空機の自動
   着陸装置。