JP2662111B2 - 垂直離着陸航空機の自動着陸誘導方法 - Google Patents
垂直離着陸航空機の自動着陸誘導方法Info
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/04—Control of altitude or depth
- G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
- G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
- G05D1/0653—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing
- G05D1/0676—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing specially adapted for landing
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、垂直離着陸航空機を着
陸点に自動的に着陸又は着艦誘導する方法に関する。
陸点に自動的に着陸又は着艦誘導する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】垂直離着陸航空機の着陸を自動的に誘導
する従来の方法として、レーダを用いるものがあった。
しかしこの方法では、使用電波の周波数帯にもよるが、
直距離測定の誤差は数ｍ以上もあり、着陸点へ正確に誘
導させることは困難であった。
する従来の方法として、レーダを用いるものがあった。
しかしこの方法では、使用電波の周波数帯にもよるが、
直距離測定の誤差は数ｍ以上もあり、着陸点へ正確に誘
導させることは困難であった。
【０００３】特開昭６２−２９２５９６号公報には、着
地すべき位置を自動的に測定する装置が開示されてい
る。この装置は、直距離測定にレーザ測距器を用いてお
り、やはり測定誤差は数ｍ程度で大きい。また、高出力
のレーザ装置を地上に設置し、機体側にはレーザシーカ
と測距用レーザ装置を搭載する必要があり、システムと
して規模が大きくなる欠点がある。
地すべき位置を自動的に測定する装置が開示されてい
る。この装置は、直距離測定にレーザ測距器を用いてお
り、やはり測定誤差は数ｍ程度で大きい。また、高出力
のレーザ装置を地上に設置し、機体側にはレーザシーカ
と測距用レーザ装置を搭載する必要があり、システムと
して規模が大きくなる欠点がある。
【０００４】このため、ヘリコプタ等の垂直離着陸航空
機を高精度で着陸点に誘導することは困難であり、自動
操縦化は行われてはいないのが実状であった。
機を高精度で着陸点に誘導することは困難であり、自動
操縦化は行われてはいないのが実状であった。
【０００５】本発明は上記事情に鑑み、地上及び機体側
にそれぞれ小型軽量な装置を設け、有人機のみならず無
人機を自動的に着陸点に高精度で誘導することを可能に
する垂直離着陸航空機の自動着陸誘導方法を提供するこ
とを目的とする。
にそれぞれ小型軽量な装置を設け、有人機のみならず無
人機を自動的に着陸点に高精度で誘導することを可能に
する垂直離着陸航空機の自動着陸誘導方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の垂直離着陸航空
機の自動着陸誘導方法は、着陸点へ誘導すべき垂直離着
陸航空機の機体の定点付近にマーカーが設けられ、光軸
の仰角が降下角に一致するように設定され機体の画像を
捉える第１の画像センサと、第１の画像センサの光軸に
測定方向が一致するように設定され機体の速度を測定す
る速度計と、光軸が鉛直方向上向きに設定され機体の画
像を捉える魚眼レンズ付きの第２の画像センサと、第１
及び第２の画像センサが捉えた画像を処理し、さらに速
度計が測定した機体の速度情報を与えられて、垂直離着
陸航空機の着陸を誘導する画像処理・誘導計算装置とが
地上に設けられており、第１の画像センサで捉えられた
画像が画像処理・誘導計算装置により処理され、画面の
中心にマーカーが一致するように制御され、また速度計
により測定された速度が目標速度に一致するように制御
される工程と、機体が所定の高度まで降下すると、この
高度を保つように制御される工程と、第２の画像センサ
の視野内に機体が捉えられるように誘導され、速度計に
より測定された速度が０になるように制御されてホバリ
ング状態となる工程と、第２の画像センサで捉えられた
画像が画像処理・誘導計算装置により処理され、画面の
中心にマーカーが一致するように制御されて、着陸点上
でのホバリング状態となる工程と、所定の降下率で機体
が降下し着陸するように制御される工程とを備えたこと
を特徴としている。
機の自動着陸誘導方法は、着陸点へ誘導すべき垂直離着
陸航空機の機体の定点付近にマーカーが設けられ、光軸
の仰角が降下角に一致するように設定され機体の画像を
捉える第１の画像センサと、第１の画像センサの光軸に
測定方向が一致するように設定され機体の速度を測定す
る速度計と、光軸が鉛直方向上向きに設定され機体の画
像を捉える魚眼レンズ付きの第２の画像センサと、第１
及び第２の画像センサが捉えた画像を処理し、さらに速
度計が測定した機体の速度情報を与えられて、垂直離着
陸航空機の着陸を誘導する画像処理・誘導計算装置とが
地上に設けられており、第１の画像センサで捉えられた
画像が画像処理・誘導計算装置により処理され、画面の
中心にマーカーが一致するように制御され、また速度計
により測定された速度が目標速度に一致するように制御
される工程と、機体が所定の高度まで降下すると、この
高度を保つように制御される工程と、第２の画像センサ
の視野内に機体が捉えられるように誘導され、速度計に
より測定された速度が０になるように制御されてホバリ
ング状態となる工程と、第２の画像センサで捉えられた
画像が画像処理・誘導計算装置により処理され、画面の
中心にマーカーが一致するように制御されて、着陸点上
でのホバリング状態となる工程と、所定の降下率で機体
が降下し着陸するように制御される工程とを備えたこと
を特徴としている。
【０００７】
【作用】第１の画像センサで画像が取得され、画像処理
・誘導計算装置によって処理されて得られた画面におい
て、画面の中心に対するマーカーの偏差が測定され、中
心にくるように制御される。また、速度計によって測定
された速度が目標速度に一致するように制御される。こ
の後、機体が所定の高度まで降下すると、機体に搭載さ
れた高度計によって測定された高度が一定になるように
制御される。第２の画像センサの視野内に機体が捉えら
れるように誘導され、速度計により測定された速度が０
になるように制御されてホバリング状態となる。第２の
画像センサで捉えられた画像が画像処理・誘導計算装置
により処理され、得られた画面において、画面の中心に
対するマーカーの偏差が測定される。この偏差が０にな
るように機体誘導が行われ、着陸点上でのホバリング状
態となる。そして、所定の降下率で機体が降下し着陸す
るように制御される。ここで、機体側に誘導のために新
たに設けられるのはマーカーのみであり、非常に簡便で
あって小型の無人機等にも適用することができる。さら
に、魚眼レンズの付いた第２の画像センサを用いること
によって、高精度に着陸点に誘導することが可能であ
る。
・誘導計算装置によって処理されて得られた画面におい
て、画面の中心に対するマーカーの偏差が測定され、中
心にくるように制御される。また、速度計によって測定
された速度が目標速度に一致するように制御される。こ
の後、機体が所定の高度まで降下すると、機体に搭載さ
れた高度計によって測定された高度が一定になるように
制御される。第２の画像センサの視野内に機体が捉えら
れるように誘導され、速度計により測定された速度が０
になるように制御されてホバリング状態となる。第２の
画像センサで捉えられた画像が画像処理・誘導計算装置
により処理され、得られた画面において、画面の中心に
対するマーカーの偏差が測定される。この偏差が０にな
るように機体誘導が行われ、着陸点上でのホバリング状
態となる。そして、所定の降下率で機体が降下し着陸す
るように制御される。ここで、機体側に誘導のために新
たに設けられるのはマーカーのみであり、非常に簡便で
あって小型の無人機等にも適用することができる。さら
に、魚眼レンズの付いた第２の画像センサを用いること
によって、高精度に着陸点に誘導することが可能であ
る。
【０００８】
【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。一般に、ヘリコプタ等の垂直離着陸航空
機が着陸する際には、先ず一定の降下角で定点への侵入
を図り、定点の上空に達してからホバリングを行った
後、垂直に降下して着陸する。本実施例は、このような
手順に則った着陸を自動的に誘導する方法である。
して説明する。一般に、ヘリコプタ等の垂直離着陸航空
機が着陸する際には、先ず一定の降下角で定点への侵入
を図り、定点の上空に達してからホバリングを行った
後、垂直に降下して着陸する。本実施例は、このような
手順に則った着陸を自動的に誘導する方法である。
【０００９】図１に、本実施例による自動着陸誘導方法
で用いられる装置の概略構成を示す。画像センサ２２と
ドップラ速度計２３とが、地上に設置された台２４上に
固定されている。地上に、台２４の中心を通る基準軸３
３を想定する。そして、この軸３３に平行に画像センサ
２２のレンズの中心を通る軸３２が存在する。この軸３
２に対し、降下角に対応した仰角を持つ軸３１が設定さ
れ、この軸３１に光軸が一致するように画像センサ２３
が設置される。
で用いられる装置の概略構成を示す。画像センサ２２と
ドップラ速度計２３とが、地上に設置された台２４上に
固定されている。地上に、台２４の中心を通る基準軸３
３を想定する。そして、この軸３３に平行に画像センサ
２２のレンズの中心を通る軸３２が存在する。この軸３
２に対し、降下角に対応した仰角を持つ軸３１が設定さ
れ、この軸３１に光軸が一致するように画像センサ２３
が設置される。
【００１０】画像センサ２２は、視野の領域３４内に存
在するヘリコプタの機体１０ａを捉えて画像信号を出力
する。ドップラ速度計２３は、機体１０ａの速度の計測
を行い計測結果を出力する。画像センサ２１は着陸点上
に位置し、その光軸３６は鉛直方向上向きに設定されて
いる。この画像センサ２１には魚眼レンズが設けられて
おり、拡張された視野の領域３５内に侵入した機体１０
の画像を捉え画像信号を出力する。ここで、画像センサ
２１は地面に埋めるなどの工夫をして、機体と衝突しな
いようにする必要がある。
在するヘリコプタの機体１０ａを捉えて画像信号を出力
する。ドップラ速度計２３は、機体１０ａの速度の計測
を行い計測結果を出力する。画像センサ２１は着陸点上
に位置し、その光軸３６は鉛直方向上向きに設定されて
いる。この画像センサ２１には魚眼レンズが設けられて
おり、拡張された視野の領域３５内に侵入した機体１０
の画像を捉え画像信号を出力する。ここで、画像センサ
２１は地面に埋めるなどの工夫をして、機体と衝突しな
いようにする必要がある。
【００１１】画像処理・誘導計算装置２５は、画像セン
サ２１及び２２が出力した画像信号を受信して後述する
ような画像処理を行い、またドップラ速度計２３から速
度を計測した結果を与えられて誘導に必要な計算を行
う。ここで、ヘリコプタの機体１０ａ〜１０ｃは誘導さ
れて着陸点へ接近していく様子を順に示したものであ
る。そして機体１０ａには、画像センサ２２が検出でき
るようマーカー１２が設けられている。さらに機体１０
ａには、高度計１１が常備されている。
サ２１及び２２が出力した画像信号を受信して後述する
ような画像処理を行い、またドップラ速度計２３から速
度を計測した結果を与えられて誘導に必要な計算を行
う。ここで、ヘリコプタの機体１０ａ〜１０ｃは誘導さ
れて着陸点へ接近していく様子を順に示したものであ
る。そして機体１０ａには、画像センサ２２が検出でき
るようマーカー１２が設けられている。さらに機体１０
ａには、高度計１１が常備されている。
【００１２】次に、このような装置を用いて着陸を誘導
する手順について述べる。
する手順について述べる。
【００１３】先ずヘリコプタは、図１における機体１０
ａのように着陸点上の画像センサ２１では捉えられない
位置に存在している。図２に示されるように、画像セン
サ２２によってヘリコプタの機体１０ａの画像が捉えら
れ、同時にドップラ速度計２３により速度の計測が開始
される。
ａのように着陸点上の画像センサ２１では捉えられない
位置に存在している。図２に示されるように、画像セン
サ２２によってヘリコプタの機体１０ａの画像が捉えら
れ、同時にドップラ速度計２３により速度の計測が開始
される。
【００１４】画像センサ２２から出力された画像信号
は、画像処理・誘導計算装置２５により画像処理され
る。図３に、画面４１内に捉えられた機体１０ａと画面
中心４２との位置関係を示す。機体１０ａからマーカー
１２が抽出され、画面中心４２に対する垂直方向の偏差
ΔＬv1と、水平方向の偏差ΔＬh1とが測定される。この
実施例のように、誘導すべき垂直離着陸航空機がヘリコ
プタの場合には、垂直方向の偏差ΔＬv1はコレクティブ
ピッチへのフィードバック量に相当し、水平方向への偏
差ΔＬh1は横サイクリックピッチへのフィードバック量
に相当する。さらに、ドップラ速度計２３により実測さ
れた速度と目標速度との差は、縦サイクリックピッチへ
のフィードバックとなる。
は、画像処理・誘導計算装置２５により画像処理され
る。図３に、画面４１内に捉えられた機体１０ａと画面
中心４２との位置関係を示す。機体１０ａからマーカー
１２が抽出され、画面中心４２に対する垂直方向の偏差
ΔＬv1と、水平方向の偏差ΔＬh1とが測定される。この
実施例のように、誘導すべき垂直離着陸航空機がヘリコ
プタの場合には、垂直方向の偏差ΔＬv1はコレクティブ
ピッチへのフィードバック量に相当し、水平方向への偏
差ΔＬh1は横サイクリックピッチへのフィードバック量
に相当する。さらに、ドップラ速度計２３により実測さ
れた速度と目標速度との差は、縦サイクリックピッチへ
のフィードバックとなる。
【００１５】図４に示されるように、機体１０ｂが予め
設定されている高度まで降下すると、高度計１１で検出
される高度を一定に保つように制御される。この場合
に、機体１０ｂの機首方位は画像センサ２２の光軸３１
を向くように保持される。
設定されている高度まで降下すると、高度計１１で検出
される高度を一定に保つように制御される。この場合
に、機体１０ｂの機首方位は画像センサ２２の光軸３１
を向くように保持される。
【００１６】機体１０ｂの位置で高度保持が達成される
と、次にドップラ速度計２３で検出される速度が０とな
るように速度制御が行われることで、機体１０ｃの位置
でホバリング状態となる。このホバリングが行われてい
る最中も、機首方位は画像センサ２２の光軸３１を向く
ように保持される。
と、次にドップラ速度計２３で検出される速度が０とな
るように速度制御が行われることで、機体１０ｃの位置
でホバリング状態となる。このホバリングが行われてい
る最中も、機首方位は画像センサ２２の光軸３１を向く
ように保持される。
【００１７】ホバリングが達成されたときに、図５の機
体１０ｂのように画像センサ２１の視野の領域３５内に
捉えられない場合には、ドップラ速度計２３により検出
される速度が数ｍ／ｓになるように速度制御が行われ
る。これにより、機体１０ｂが低速で画像センサ２１で
捉えられる領域３５内へ接近していく。
体１０ｂのように画像センサ２１の視野の領域３５内に
捉えられない場合には、ドップラ速度計２３により検出
される速度が数ｍ／ｓになるように速度制御が行われ
る。これにより、機体１０ｂが低速で画像センサ２１で
捉えられる領域３５内へ接近していく。
【００１８】ヘリコプタが画像センサ２１で捉えられる
位置にくると、画像センサ２１の光軸３６上に位置する
ように制御される。この段階でも、高度保持及び機首方
位の保持は継続される。
位置にくると、画像センサ２１の光軸３６上に位置する
ように制御される。この段階でも、高度保持及び機首方
位の保持は継続される。
【００１９】画像センサ２１から画像信号が画像処理・
誘導計算装置２５に出力され、画像処理がなされて図６
に示されるような画面５１が得られる。画面５１内に機
体１０ｂが捉えられ、機体の中心に位置するマーカー１
２が抽出される。このマーカー１２と画面中心５２との
垂直方向の偏差ΔＬv2と、水平方向の偏差ΔＬh2とが測
定される。ここで、画面５１の上下方向が進入経路と平
行な場合には、ΔＬv2は縦サイリックピッチへのフィー
ドバック量に相当し、ΔＬh2は横サイクリックピッチへ
のフィードバック量となる。このようにして、図７に示
されるように機体１０ｃが着陸点上でホバリング状態と
なる。
誘導計算装置２５に出力され、画像処理がなされて図６
に示されるような画面５１が得られる。画面５１内に機
体１０ｂが捉えられ、機体の中心に位置するマーカー１
２が抽出される。このマーカー１２と画面中心５２との
垂直方向の偏差ΔＬv2と、水平方向の偏差ΔＬh2とが測
定される。ここで、画面５１の上下方向が進入経路と平
行な場合には、ΔＬv2は縦サイリックピッチへのフィー
ドバック量に相当し、ΔＬh2は横サイクリックピッチへ
のフィードバック量となる。このようにして、図７に示
されるように機体１０ｃが着陸点上でホバリング状態と
なる。
【００２０】ホバリングが達成されると、次のような誘
導が行われる。高度計１１で実測された高度データが画
像処理・誘導計算装置２５に与えられ、この高度値を微
分して得られた降下率が一定になるようにコレクティブ
ピッチが制御され、着陸点への着陸がなされる。ここ
で、降下率が一定になるように制御するには、例えば画
面４１内に捉えられるマーカー１２の見かけの大きさの
変化率を利用する方法がある。このような場合には、下
方から見ると円形に見える球形や円盤状のマーカー１２
を用いることで、見かけの大きさの検出をより容易に行
うことができる。
導が行われる。高度計１１で実測された高度データが画
像処理・誘導計算装置２５に与えられ、この高度値を微
分して得られた降下率が一定になるようにコレクティブ
ピッチが制御され、着陸点への着陸がなされる。ここ
で、降下率が一定になるように制御するには、例えば画
面４１内に捉えられるマーカー１２の見かけの大きさの
変化率を利用する方法がある。このような場合には、下
方から見ると円形に見える球形や円盤状のマーカー１２
を用いることで、見かけの大きさの検出をより容易に行
うことができる。
【００２１】本実施例による着陸誘導方法によれば、機
体１０ａには高度計１１は予め搭載されているため、新
らしく設けるべきものはマーカー１２に限られる。よっ
て、小型の無人機等にも適用が可能である。また、定点
に着陸できる精度は、魚眼レンズの付いた画像センサ２
１を用いることにより、極めて高いものとなる。さら
に、画面４１及び５１において計測された画面中心から
のマーカーのそれぞれの偏差ΔＬv1，ΔＬh1，ΔＬv2，
及びΔＬh2は、ヘリコプタの操舵量への対応が容易で、
操舵に必要な計算の負荷が軽減され、より高速で精度の
高い誘導が可能となる。
体１０ａには高度計１１は予め搭載されているため、新
らしく設けるべきものはマーカー１２に限られる。よっ
て、小型の無人機等にも適用が可能である。また、定点
に着陸できる精度は、魚眼レンズの付いた画像センサ２
１を用いることにより、極めて高いものとなる。さら
に、画面４１及び５１において計測された画面中心から
のマーカーのそれぞれの偏差ΔＬv1，ΔＬh1，ΔＬv2，
及びΔＬh2は、ヘリコプタの操舵量への対応が容易で、
操舵に必要な計算の負荷が軽減され、より高速で精度の
高い誘導が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の垂直離着陸
航空機の自動着陸誘導方法は、機体側にマーカーのみを
新たに設け、地上側には第１及び第２の画像センサ、速
度計及び画像処理・誘導計算装置を設けて自動的に着陸
を誘導するものであり、小型の無人機に対しても誘導が
可能であると同時に、魚眼レンズの付いた第２の画像セ
ンサを用いることによって高精度に着陸点に誘導するこ
とが可能である。
航空機の自動着陸誘導方法は、機体側にマーカーのみを
新たに設け、地上側には第１及び第２の画像センサ、速
度計及び画像処理・誘導計算装置を設けて自動的に着陸
を誘導するものであり、小型の無人機に対しても誘導が
可能であると同時に、魚眼レンズの付いた第２の画像セ
ンサを用いることによって高精度に着陸点に誘導するこ
とが可能である。
【図１】本発明の一実施例による垂直離着陸航空機の自
動着陸誘導方法を実施する際に用いられる装置の概略構
成を示した斜視図。
動着陸誘導方法を実施する際に用いられる装置の概略構
成を示した斜視図。
【図２】本実施例による自動着陸誘導方法を用いて誘導
する際の手順を示した斜視図。
する際の手順を示した斜視図。
【図３】本実施例による自動着陸誘導方法を用いて誘導
する際に画像センサ及び画像処理・誘導計算装置により
検出された画面を示した平面図。
する際に画像センサ及び画像処理・誘導計算装置により
検出された画面を示した平面図。
【図４】本実施例による自動着陸誘導方法を用いて誘導
する際の手順を示した斜視図。
する際の手順を示した斜視図。
【図５】本実施例による自動着陸誘導方法を用いて誘導
する際の手順を示した斜視図。
する際の手順を示した斜視図。
【図６】本実施例による自動着陸誘導方法を用いて誘導
する際に画像センサ及び画像処理・誘導計算装置により
検出された画面を示した平面図。
する際に画像センサ及び画像処理・誘導計算装置により
検出された画面を示した平面図。
【図７】本実施例による自動着陸誘導方法を用いて誘導
する際に画像センサ及び画像処理・誘導計算装置により
検出された画面を示した平面図。
する際に画像センサ及び画像処理・誘導計算装置により
検出された画面を示した平面図。
１０ 機体 １１ 高度計 １２ マーカー ２１ 画像センサ ２２ 画像センサ ２３ ドップラ速度計 ２４ 台 ２５ 画像処理・誘導計算装置 ３１ 光軸 ３６ 光軸 ４１ 画面 ５１ 画面
Claims (1)
- 【請求項１】着陸点へ誘導すべき垂直離着陸航空機の機
体の定点付近にマーカーが設けられ、 光軸の仰角が降下角に一致するように設定され前記機体
の画像を捉える第１の画像センサと、前記第１の画像セ
ンサの光軸に測定方向が一致するように設定され前記機
体の速度を測定する速度計と、光軸が鉛直方向上向きに
設定され前記機体の画像を捉える魚眼レンズ付きの第２
の画像センサと、前記第１及び第２の画像センサが捉え
た画像を処理し、さらに前記速度計が測定した前記機体
の速度情報を与えられて、前記垂直離着陸航空機の着陸
を誘導する画像処理・誘導計算装置とが地上に設けられ
ており、 前記第１の画像センサで捉えられた画像が前記画像処理
・誘導計算装置により処理され、画面の中心に前記マー
カーが一致するように制御され、また前記速度計により
測定された速度が目標速度に一致するように制御される
工程と、前記機体が所定の高度まで降下すると、この高
度を保つように制御される工程と、 前記第２の画像センサの視野内に前記機体が捉えられる
ように誘導され、前記速度計により測定された速度が０
になるように制御されてホバリング状態となる工程と、 前記第２の画像センサで捉えられた画像が前記画像処理
・誘導計算装置により処理され、画面の中心に前記マー
カーが一致するように制御されて、前記着陸点上でのホ
バリング状態となる工程と、所定の降下率で前記機体が
降下し着陸するように制御される工程とを備えたことを
特徴とする垂直離着陸航空機の自動着陸誘導方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3186635A JP2662111B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 垂直離着陸航空機の自動着陸誘導方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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