JP3038166B2 - 航空機搭載用障害物探知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、警戒範囲にレーザ
光を照射して三次元的に障害物探知を行う航空機搭載用
障害物探知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図７に示すような、ヘリコプ
タなどの航空機１の機体外部に走査部２を設け、レーザ
ビーム３を走査して警戒範囲の三次元的な探知が行われ
ている。警戒範囲の地面４には、たとえば複数の支柱５
が立設され、高圧送電線などの電線６が地面４の上方に
張架されている。電線６は、背景７となっている山など
よりも高さは低いけれども、細くて見えにくいので、航
空機１に対する脅威度は高い。航空機１が、つねに背景
７となっている山よりも高い空８の部分を飛行していれ
ば、電線６からの脅威はないけれども、航空機１の運用
上低空を飛行しなければならないこともある。電線６な
どの障害物を探知するためにレーザビーム３は、二次元
的なスキャニングパターン９を描くように走査される。

【０００３】このように、電磁波の一種である光波を二
次元的に走査しながら常時照射すると、その照射方向に
ある物体からの反射信号が距離に応じて遅れて戻ってく
るので、常時三次元的な情報を取得することができる。
レーザ光を走査することによって航空機の障害物を探知
する先行技術は、たとえば特表平７−５０８５９２、特
開平７−１８１２６２あるいは特開平７−２６０９３５
などにも開示されている。これらの先行技術でも、機体
外部の走査部分にアンテナや光発生部および光電変換部
を収納している。

【０００４】図８は、図７に示すような三次元的障害物
探知の結果の例を示す。航空機１の飛行速度や高度など
から、安全領域１１と危険領域１２とが境界ライン１３
によって区分されて画像表示される。電線６などの線状
障害物は、警戒範囲の映像のみでは見にくいので、強調
表示を行って見やすくしている。検出される障害物の上
端よりも少しだけ上方には、包絡線１５が形成され、包
絡線１５よりも上方を飛行すれば安全であることを示
す。境界ライン１３は、電線６についての包絡線ともな
っている。また電線６などの最近接障害物までの距離１
６も数字で表示され、この距離が近くて危険が大きいと
きには音声による警報や、警報音なども発生される。

【０００５】図９は図７の航空機１に搭載される障害物
探知装置の概略的なシステム構成を示す。搭載母機であ
る航空機１の機体外部に装着される走査部２には、送信
アンテナ２１、受信アンテナ２２、光発生部２３および
光電変換部２４を含む。搭載母機の機体内部には、制御
部／信号処理部２５が搭載される。受信光の検出感度を
高めるため、受信アンテナ２２には大口径の集光レンズ
２６が用いられる。集光レンズ２６で集光される受信光
は、光電変換部２４内の光検知器２７に受光され、電気
信号に変換され、信号電線２８を介して制御部／信号処
理部２５に与えられる。

【０００６】図１０は、図９に示す障害物探知装置の概
略的な電気的構成を示す。光発生部２３からは、レーザ
光が間欠的に送信アンテナ２１に与えられ、警戒範囲を
走査するレーザビームとなる。障害物で反射された受信
光は、受信アンテナ２２から光電変換部２４に入力さ
れ、光発生部２３からのタイミングを基準として時間的
なずれから距離を表す距離信号が得られる。距離信号は
制御部／信号処理部２５に入力される。制御部／信号処
理部２５では、入力された距離信号と、走査部２から入
力される方向信号とに基づき、情報出力部２９に画像と
して警告表示を行うための映像信号を与える。情報出力
部２９では、撮像装置３０によって撮像された警戒範囲
の情景の画像上に、制御部／信号処理部２５で生成され
た探知結果を表す画像を重畳して情報出力部２９で表示
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来、三次元的に障害
物探知を行う航空機搭載用障害物探知装置は、図９に示
すように、走査部２として送信アンテナ２１および受信
アンテナ２２とともに、光発生部２３や光電変換部２４
を一体化して形成している。このため一体化された走査
部２が大型化してしまう。走査部２が大型化すると、機
体外部なので空気抵抗なども増大する。さらに、光学的
な機能部品であるために、光の行路を確保する必要があ
るので、形状としての自由度も低い。また、受光側で
は、走査部２と受信アンテナ２２と光電変換部２４とを
一体化しているので、光電変換後の電気信号を制御部／
信号処理部２５に信号電線２８を介して伝送する必要が
ある。光電変換部２４からの出力信号が微弱であった
り、信号電線２８による伝達経路が長いと、伝送経路で
電磁干渉（以下、Electro-Magnetic Interference から
「ＥＭＩ」と略称する）ノイズの影響を受けやすく、耐
ＥＭＩ性が低くなってしまう。また、走査部２では、大
口径の集光レンズ２６を用いる必要があるので、光学的
に不透過なＥＭＩ遮蔽を設けることができず、ＥＭＩノ
イズに対しては開放状態と等価であり、ここでの耐ＥＭ
Ｉ性も低くなってしまう。

【０００８】さらに、図７に示すようなスキャニングパ
ターン９は一定であるので、走査範囲も一定である。レ
ーザビーム３の走査速度も一定であるので、障害物探知
結果の更新レートも一定である。また、警戒範囲に対す
るレーザビーム３の照射密度である警戒密度も一定で固
定されている。このため、搭載母機である航空機１の飛
行状況が変化しても、警戒範囲、警戒情報の更新レー
ト、あるいは警戒密度が一定で固定のままであるので、
搭載母機の飛行状況によっては、必ずしも適切で有効な
障害物探知情報を得ることができない場合が生じる。

【０００９】本発明の目的は、航空機の飛行状況に応じ
て適切な警戒状態となり、信頼性の高い障害物探知を行
うことができる航空機搭載用障害物探知装置を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、搭載母機の機
体外部の送信アンテナから、ビーム状のレーザ光を二次
元的に走査しながら警戒範囲に照射し、照射方向に存在
する物体からの反射光が受信アンテナに戻るまでの時間
から距離を算出し、三次元的な障害物検知を行う航空機
搭載用障害物探知装置において、搭載母機の飛行方向を
検出する検出手段と、検出手段によって検出される搭載
母機の飛行方向に応じ、レーザ光を走査する走査範囲の
方向を変化させる制御手段とを含むことを特徴とする航
空機用障害物探知装置である。

【００１１】本発明に従えば、飛行方向に応じて障害物
探知を行う範囲の方向を変化させるので、ヘリコプタな
どの回転翼機のように、飛行方向の変更が容易である航
空機に対し、適切な障害物探知を行うことができる。

【００１２】また本発明で前記検出手段は、前記搭載母
機の速度も検出し、前記制御手段は、搭載母機の速度に
応じて、高速時には速く低速時には遅くなるように、走
査速度を変化させることを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、搭載母機の飛行速度に応
じて走査速度を変化させる。飛行速度が速い場合には、
走査速度を速くして、障害物探知情報の更新レートを高
めることにより、障害物を回避するのに必要な時間を確
保した上で探知情報を得ることが可能となる。

【００１４】さらに本発明は、搭載母機の機体外部の送
信アンテナから、ビーム状のレーザ光を二次元的に走査
しながら警戒範囲に照射し、照射方向に存在する物体か
らの反射光が受信アンテナに戻るまでの時間から距離を
算出し、三次元的な障害物検知を行う航空機搭載用障害
物探知装置において、搭載母機の飛行状況を検出する検
出手段と、検出手段によって検出される飛行状況に応
じ、レーザ光の走査を行う走査範囲、走査範囲の方向お
よび走査速度を、変化させる制御手段とを含むことを特
徴とする航空機用障害物探知装置である。

【００１５】本発明に従えば、搭載母機が回転翼機など
の場合に、機動性に応じて障害物検知のための警戒範
囲、方向および更新レートを変化させて、最適化を図る
ことができる。

【００１６】また本発明で前記検出手段は、前記搭載母
機の速度を検出し、前記制御手段は、前記走査範囲を、
搭載母機の速度に応じて、高速時には狭く、低速時には
広くなるように変化させることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、搭載母機の飛行速度が高
速のときには、走査範囲を狭くするので、警戒範囲が狭
くなるけれども走査密度を高くすることができる。また
低速時には走査範囲が広くなるように変化させるので、
搭載母機の周囲の障害物の状況を充分に把握し、方向変
換などの際の安全を確認することが容易となる。

【００１８】また本発明は、前記搭載母機の機体内部に
収納され、レーザ光を発生する光発生手段と、光発生手
段から発生されるレーザ光を、前記機体の外部の送信ア
ンテナに伝送する送信用光ファイバとをさらに含むこと
を特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、搭載母機の機体内部に光
発生手段を収納し、機体外部の送信アンテナと光発生手
段との間は送信用光ファイバで光を伝送するので、機体
外部に装備されて送信アンテナを含む走査部を小型化す
ることができる。機体外部に装着される走査部を小型化
することができるので、走査部を装着する位置を、航空
機の飛行時に警戒すべき警戒範囲に対して有効に走査す
るために適切な位置に装着することが容易となり、信頼
性が高く有効な障害物探知を行うことができる。

【００２０】また本発明は、前記受信アンテナは前記搭
載母機の機体外部に装着され、受信アンテナによって受
信される反射光を、機体の内部に伝送する受信用光ファ
イバと、機体内部に収納され、受信用光ファイバによっ
て伝送される反射光を電気信号に変換する光電変換手段
とをさらに含むことを特徴とする。

【００２１】本発明に従えば、障害物探知装置を搭載す
る母機の機体内部に光電変換手段を収納し、機体外部の
受信アンテナで受光する障害物からの反射光を、受信用
光ファイバを介して光電変換手段に伝送するので、ＥＭ
Ｉノイズの影響を受けやすい光電変換手段を電気的に遮
蔽することが容易であり、耐ＥＭＩ性を高めることがで
きる。受信アンテナとして、大口径の集光レンズを用い
ても、耐ＥＭＩノイズ性は低下しないので、障害物から
の微弱な反射光も充分に受光して、探知可能な距離を延
ばすことができる。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明の実施
基礎形態としての航空機搭載用障害物探知装置の概略的
なシステム構成および電気的構成をそれぞれ示す。アン
テナ／走査部４０には、レンズによって実現される送信
アンテナ４１および受信アンテナ４２と、送信アンテナ
４１および受信アンテナ４２の光軸の向きを変化させ、
図７のスキャニングパターン９のような二次元的な走査
を行うための走査機構が含まれる。送信アンテナ４１か
ら照射される光は、近赤外線レーザなどの光発生部４３
から発生される。受信アンテナ４２に受光される光は、
光電変換部４４で電気信号に変換され、制御部／信号処
理部４５で電気的に処理される。制御部／信号処理部４
５は光発生部４３に制御信号を与え、送信アンテナ４１
から光がパルス状に、一定の周期で繰返して照射される
ように制御する。このような間欠的なレーザ光の発生
は、光発生部４３内に設けられるＱスイッチなどによっ
て制御される。受信アンテナ４２は、受信光の検出感度
を高めるため、大口径の集光レンズ４６を含む。集光レ
ンズ４６によって集光される光は、光電変換部４４内の
光検知器４７で光電変換される。

【００２７】光発生部４３と光電変換部４４および制御
部／信号処理部４５は、搭載母機の機体内部に収納され
る。アンテナ／走査部４０は、搭載母機の機体外部に装
着される。図９に示すように、航空機１の機体外部に設
ける走査部２に送信アンテナおよび受信アンテナ２２と
ともに、光発生部２３、光電変換部２４を収納しない
で、機体の内外に分離して航空機に搭載するので、機体
外部のアンテナ／走査部４０を小型化することができ
る。光発生部４３と送信アンテナ４１との間は、送信用
の光ファイバ４８ａで光の伝送を行う。受信アンテナ４
２から光電変換部４４までの間も、受信用の光ファイバ
４８ｂで光の伝送を行う。

【００２８】搭載母機の機体外部に装着するアンテナ／
走査部４０と、機体内部に収納する光発生部４３、光電
変換部４４および制御部／信号処理部４５との間を、光
ファイバ４８ａ，４８ｂで接続するので、アンテナ／走
査部４０を小型化し、機体外部での取付の自由度を増大
させることができる。また光電変換部４４は微弱な光を
受光するので、単体ではＥＭＩノイズに対する耐性が低
いけれども、電気的に遮蔽して耐ＥＭＩ性を向上させる
ことができる。

【００２９】制御部／信号処理部４５は、探知結果を画
像として表示するための映像信号を生成し、探知した障
害物に対する音声警報等を生成し、情報出力部４９から
画像または音声として出力させる。映像信号は、ＣＣＤ
カメラなどの撮像装置５０が撮像し、走査範囲の情景を
示す画像信号に重ねて表示される。航空機の動揺などで
撮像装置５０が撮像する画像が変化するとき、制御部／
信号処理部４５で形成する障害物探知結果を示す映像信
号の更新レートは、撮像装置５０が撮像する画像信号の
更新レートに比べておそいので、機体システム等他機器
５０で検出する機体運動に従って、障害物検知映像を画
像信号の移動に合わせて位置を修正する表示を行えば、
見やすい表示を行うことができる。

【００３０】図３は、本発明に関連する形態として、ア
ンテナ／走査部６０では、受信アンテナ４２と光電変換
部４４および制御部／信号処理部４５とを分離し、光電
変換部４４および制御部／信号処理部４５を機体内部に
分離して収納する構成を示す。図３（ｂ）に示すよう
に、図９に示すような従来の受信側の構成に比較し、Ｅ
ＭＩノイズの影響を受けにくくすることができる。

【００３１】図４は、本発明に関連するさらに他の形態
として、（ａ）では、アンテナ／走査部７０で送信アン
テナ４１のみを光発生部４３と分離する構成を示す。図
４（ｂ）に示すように、従来の図９に示すような送信側
の構成と比較して、アンテナ／走査部７０を小型化する
ことができる。

【００３２】図５は本発明の実施の一形態として、ヘリ
コプタなどの回転翼を有して機動性の良好な航空機８０
での障害物探知装置の走査範囲を、低速のときには実線
で示すような広い範囲８１とし、高速のときには破線で
示すように狭い範囲８２に変化させる状態を示す。この
ような制御は、図２に示すような電気的構成で、機体シ
ステム等他機器５１を検出手段として、飛行速度などの
機体運動を検出し、制御手段である制御部／信号処理部
４５が走査部５２に与える制御信号によって走査範囲を
変え、光発生部４３に与える制御信号によってレーザビ
ームを発生する繰返し周波数を変化させて行うことがで
きる。

【００３３】光発生部４３からの光発生の頻度を高め
て、レーザビームを発生する繰返し周波数を高めるのに
対応して、障害物情報の個別的な取込みレートを高める
ようにすれば、警戒範囲は広く、かつ、警戒範囲内でレ
ーザビームを照射する密度は濃くすることができる。さ
らに、警戒範囲全体に対する障害物検知情報の更新レー
トも高くすることができる。しかしながら、一般的に、
光発生部４３からの光発生の繰返しレートを高めると、
光出力がある繰返しレートを境に低下するように成って
しまう。したがって、光発生の繰返しレートを高めるに
は限界があり、無制限に高めることはできない。本実施
形態では、光発生部４３からは光出力が低下する直前の
レートで光発生を繰返すようにする。レーザビームを走
査する速度は一定とし、搭載母機の飛行速度が高速の場
合には、警戒範囲を狭めることによって、最も注目しな
ければならない飛行方向を中心に警戒密度を濃くして、
障害物検知をより確実なものにして信頼性を高めること
ができる。また、搭載母機の飛行速度が低速の場合は、
警戒密度を薄くして、その代りに警戒範囲を広げ、大ま
かではあっても広い範囲について警戒し、機体の機動性
に対応して信頼性を高めることができる。

【００３４】また、搭載母機の飛行速度が速いときに
は、レーザビームを走査する速度を速くして障害物検知
情報の更新レートを速め、より新しい情報を得るように
することも有効である。飛行速度が遅いとき、障害物検
知情報の更新レートも遅くすれば、警戒密度を広い警戒
範囲にわたって濃くすることができ、詳細な情報を得る
ことができる。

【００３５】走査部５２にＸ−Ｙ二軸スキャナ等を採用
する場合、その振れ幅／振れ位置および振れ速度を変化
させることによって、機体速度および方向に応じて走査
範囲／走査密度および走査速度を変化させることができ
る。搭載母機が回転翼機であるときは、ホバリング時に
は全方位に対する大まかな警戒を行うことが好ましい。
３６０°にわたる全方位を警戒するためには、９０°ず
つの警戒範囲を走査することが可能なアンテナ／走査部
４０、光発生部４３および光電変換部４４を４組、搭載
母機の四隅に搭載するようにすればよい。

【００３６】図６は本発明の実施のさらに他の形態によ
る走査範囲の変化の概略的な考え方を示す。搭載母機で
ある航空機８０の飛行方向がほぼ水平方向であるときに
は実線で示す範囲８１ａを走査し、下方に傾斜する場合
には破線で示す範囲８１ｂを走査するように、走査範囲
を変更する。このような走査範囲の変更は図２に示す制
御部／信号処理部２５が、検出手段としての機体システ
ム等他機器５１からの信号に応答し、走査部５２に対す
る制御信号で行うことができる。また、前述のように四
隅にアンテナ／走査部４０、光発生部４３および光電変
換部４４を搭載する場合は、水平面内での飛行方向の変
化に対応して、９０°ずつ走査範囲を切換えるようにす
ることも可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、搭載母機
の飛行方向に応じて障害物探知のための走査を行う走査
範囲の方向を変化させるので、ヘリコプタなどのように
方向変更が多い搭載母機に対して適切な障害物探知を行
うことができる。

【００３８】また本発明によれば、搭載母機の飛行速度
が速い場合には、走査速度を速くして、障害物探知情報
の更新レートを高め、障害物を回避するのに必要な時間
を確保した上で探知情報を得ることができる。

【００３９】さらに本発明によれば、搭載母機の飛行状
況に応じて障害物探知のための走査範囲、走査範囲の方
向および走査速度を変化させるので、飛行状況に応じて
適切に障害物探知を行い、搭載母機の飛行に対して効率
的に信頼性の高い障害物情報を提供することができる。

【００４０】また本発明によれば、障害物探知のために
走査を行う範囲は、搭載母機の飛行速度が高速のときに
は狭く、低速のときには広くなるように制御されるの
で、高速時には警戒範囲が狭いけれども走査密度を高め
ることができ、低速時には警戒範囲を広げて広範な障害
物の情報を得ることができる。

【００４１】また本発明によれば、搭載母機の機体外部
に装着する走査部にはレーザなどの光発生手段を含ま
ず、光発生手段は機体内部に収納するので、機体外部の
走査部を小型化し軽量化することができる。走査部が小
型化するので、走査部の配置が容易であり、警戒範囲に
対して効率的な走査を行って有効に信頼性が高い障害物
探知を行うことができる。

【００４２】また本発明によれば、搭載母機の機体外部
に装着する走査部には光電変換手段を含まず、光電変換
手段は機体内部に収納されるので、ＥＭＩノイズに弱い
光電変換手段を電気的に遮蔽し、障害物の探知感度を向
上させて、警戒範囲を拡大し、信頼性の高い探知を行う
ことができる。

【００４３】

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の基礎形態としての概略的なシス
テム構成を示すブロック図である。

【図２】図１の基礎形態の概略的な電気的構成を示すブ
ロック図である。

【図３】本発明に関連する形態としての概略的なシステ
ム構成を、従来のシステム構成と比較して示すブロック
図である。

【図４】本発明の実施の他の形態の概略的なシステム構
成を、従来のシステム構成と比較して示すブロック図で
ある。

【図５】本発明の実施の一形態の考え方を示す模式図で
ある。

【図６】本発明の実施のさらに他の形態の考え方を示す
模式図である。

【図７】従来からの航空機搭載用障害物探知装置の使用
状態を示す簡略化した斜視図である。

【図８】図１の航空機搭載用障害物探知装置による探知
結果の例を示す図である。

【図９】従来の航空機搭載用障害物探知装置の概略的な
システム構成を示すブロック図である。

【図１０】図９の航空機搭載用障害物探知装置の概略的
な電気的構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

４０，７０ アンテナ／走査部 ４１ 送信アンテナ ４２ 受信アンテナ ４３ 光発生部 ４４ 光電変換部 ４５ 制御部／信号処理部 ４６ 集光レンズ ４７ 光検知器 ４８ａ，４８ｂ 光ファイバ ４９ 情報出力部 ５０ 撮像装置 ５１ 機体システム等他機器 ５２ 走査部 ８０ 航空機 ８１，８１ａ，８１ｂ，８２ 範囲

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−264884（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−140807（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−93599（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−272898（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−50385（ＪＰ，Ｕ) 実用新案登録3010429（ＪＰ，Ｕ) 特公 平８−20513（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−74828（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搭載母機の機体外部の送信アンテナか
   ら、ビーム状のレーザ光を二次元的に走査しながら警戒
   範囲に照射し、照射方向に存在する物体からの反射光が
   受信アンテナに戻るまでの時間から距離を算出し、三次
   元的な障害物検知を行う航空機搭載用障害物探知装置に
   おいて、 搭載母機の飛行方向を検出する検出手段と、 検出手段によって検出される搭載母機の飛行方向に応
   じ、レーザ光を走査する走査範囲の方向を変化させる制
   御手段とを含むことを特徴とする航空機用障害物探知装
   置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記搭載母機の速度も
   検出し、 前記制御手段は、搭載母機の速度に応じて、高速時には
   速く低速時には遅くなるように、走査速度を変化させる
   ことを特徴とする請求項１記載の航空機搭載用障害物探
   知装置。
3. 【請求項３】 搭載母機の機体外部の送信アンテナか
   ら、ビーム状のレーザ光を二次元的に走査しながら警戒
   範囲に照射し、照射方向に存在する物体からの反射光が
   受信アンテナに戻るまでの時間から距離を算出し、三次
   元的な障害物検知を行う航空機搭載用障害物探知装置に
   おいて、 搭載母機の飛行状況を検出する検出手段と、 検出手段によって検出される飛行状況に応じ、レーザ光
   の走査を行う走査範囲、走査範囲の方向および走査速度
   を、変化させる制御手段とを含むことを特徴とする航空
   機用障害物探知装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、前記搭載母機の速度を
   検出し、 前記制御手段は、前記走査範囲を、搭載母機の速度に応
   じて、高速時には狭く、低速時には広くなるように変化
   させることを特徴とする請求項１または３記載の航空機
   用障害物探知装置。
5. 【請求項５】 前記搭載母機の機体内部に収納され、レ
   ーザ光を発生する光発生手段と、 光発生手段から発生されるレーザ光を、前記機体の外部
   の送信アンテナに伝送する送信用光ファイバとをさらに
   含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
   航空機用障害物探知装置。
6. 【請求項６】 前記受信アンテナは前記搭載母機の機体
   外部に装着され、 受信アンテナによって受信される反射光を、機体の内部
   に伝送する受信用光ファイバと、 機体内部に収納され、受信用光ファイバによって伝送さ
   れる反射光を電気信号に変換する光電変換手段とをさら
   に含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
   の航空機用障害物探知装置。