JP6929914B2 - 垂直離着陸機の自動着陸システム、垂直離着陸機および垂直離着陸機の着陸制御方法 - Google Patents

垂直離着陸機の自動着陸システム、垂直離着陸機および垂直離着陸機の着陸制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、垂直離着陸機の自動着陸システム、垂直離着陸機および垂直離着陸機の着陸制御方法に関する。
従来、垂直離着陸機を目標地点へと誘導するための技術が知られている。例えば、特許文献１には、飛行体に搭載された撮像装置で取得した離着陸ターゲットの像に基づき、離着陸ターゲットと飛行体との位置関係を演算し、演算結果に基づき飛行体の離着陸を制御する自動離着陸システムが開示されている。
特願２０１２−０７１６４５号公報
上記特許文献１に記載の自動離着陸システムでは、画像処理により着陸目標点を捕捉し、着陸目標点に飛行体等の垂直離着陸機を着陸させることができる。しかしながら、特許文献１には、垂直離着陸機を着陸目標点に着陸させるまでの詳細な過程は記載されていない。垂直離着陸機の着陸に際して、周囲の物体などへの干渉をさけるためには、より高精度な着陸制御が必要となる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、垂直離着陸機を着陸目標点へと、より精度良く着陸させることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる垂直離着陸機の自動着陸システムは、垂直離着陸機に搭載された撮影装置と、前記撮影装置で着陸目標点に設けられたマーカーを撮影した画像に画像処理を施し、前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対位置を取得する相対位置取得部と、前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対高度を取得する相対高度取得部と、前記相対位置がゼロになるように、前記垂直離着陸機を複数の制御モードで制御する制御部と、を備え、前記制御モードは、ホバリングモードと、着陸モードとを含み、前記ホバリングモードは、前記相対位置が前記着陸目標点の圏内となる第１しきい値以内において実行され、前記垂直離着陸機の前記相対高度を所定相対高度まで降下させ、前記相対位置が前記第１しきい値よりも小さい所定しきい値以内であることを含む所定条件が成立すると前記着陸モードに移行し、前記着陸モードは、前記垂直離着陸機の前記相対高度をさらに降下させて前記着陸目標点に着陸させる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる垂直離着陸機は、上記垂直離着陸機の自動着陸システムを備える。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる垂直離着陸機の着陸制御方法は、垂直離着陸機に搭載された撮影装置で着陸目標点に設けられたマーカーを撮影した画像に画像処理を施し、前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対位置を取得し、前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対高度を取得し、前記相対位置がゼロになるように、前記垂直離着陸機を複数の制御モードで制御し、前記制御モードは、ホバリングモードと、着陸モードとを含み、前記ホバリングモードは、前記相対位置が前記着陸目標点の圏内となる第１しきい値以内において実行され、前記垂直離着陸機の前記相対高度を所定相対高度まで降下させ、前記相対位置が前記第１しきい値よりも小さい所定しきい値以内であることを含む所定条件が成立すると前記着陸モードに移行し、前記着陸モードは、前記垂直離着陸機の前記相対高度をさらに降下させて前記着陸目標点に着陸させる。
本発明にかかる垂直離着陸機の自動着陸システム、垂直離着陸機および垂直離着陸機の着陸制御方法は、垂直離着陸機を着陸目標点へと、より精度良く着陸させることができるという効果を奏する。
図１は、第一実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システムの一例を示す概略構成図である。 図２は、第一実施形態にかかる垂直離着陸機が着陸目標点に向かう様子を示す説明図である。 図３は、着陸目標点に設けられるマーカーの一例を示す説明図である。 図４は、第一実施形態にかかる垂直離着陸機の着陸制御方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、第一実施形態にかかる垂直離着陸機の着陸動作を示す説明図である。 図６は、アプローチモードにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７は、高高度ホバリングモードにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。 図８は、低高度ホバリングモードにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、着陸モードにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１０は、相対位置演算処理の一例を示すフローチャートである。 図１１は、第二実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システムの一例を示す概略構成図である。 図１２は、第二実施形態における高高度ホバリングモードの処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１３は、第二実施形態における低高度ホバリングモードの処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１４は、第三実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システムの一例を示す概略構成図である。 図１５は、第三実施形態における高高度ホバリングの処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１６は、第三実施形態における低高度ホバリングの処理手順の一例を示すフローチャートである。
以下に、本発明にかかる垂直離着陸機の自動着陸システム、垂直離着陸機および垂直離着陸機の着陸制御方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
[第一実施形態]
図１は、第一実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システムの一例を示す概略構成図であり、図２は、第一実施形態にかかる垂直離着陸機が着陸目標点に向かう様子を示す説明図である。第一実施形態にかかる垂直離着陸機１は、回転翼機としての飛行体（例えばヘリコプタ、ドローン等）である。本実施形態において、垂直離着陸機１は、無人機である。なお、垂直離着陸機１は、前進、後進、旋回、ホバリングが可能な飛行体であればよく、有人機であってもよい。また、垂直離着陸機１が無人機である場合、自動操縦による無人機の飛行制御中において、遠隔手動操縦が実行されたときには、遠隔手動操縦に基づく飛行制御が優先される。同様に、垂直離着陸機１が有人機である場合、自動操縦による有人機の飛行制御中において、手動操縦が実行されたときには、手動操縦に基づく飛行制御が優先される。この垂直離着陸機１は、自動着陸システム１００を搭載しており、自動着陸システム１００により飛行が制御され、図２に示す着陸目標点２に着陸する。
（着陸目標点）
本実施形態において、着陸目標点２は、図２に示すように、船舶５上に設けられている。したがって、垂直離着陸機１は、水上を移動する移動体としての船舶５に着陸（着船）する。ただし、着陸目標点２は、船舶５に限らず、地上を移動する移動体としての車両等に設けられてもよいし、移動しない設備、地面に設けられてもよい。なお、船舶５には、図示省略するが、着陸目標点２に垂直離着陸機１を着船させた際に、垂直離着陸機１を拘束するための拘束装置が設けられている。
着陸目標点２には、垂直離着陸機１が着陸目標点２の位置を捕捉するためのマーカー７が設けられている。図３は、着陸目標点に設けられるマーカーの一例を示す説明図である。図示するように、マーカー７は、例えば白黒の２色で色分けされたＡＲマーカーであり、正方形状のマーカーである。なお、マーカー７は、ＡＲマーカーに限らず、画像処理により着陸目標点２の位置を捕捉することができるマーカーであればよく、例えばヘリポートの着陸点を示すＨマーク、Ｒマーク等であってもよい。また、マーカー７は、船舶５に異なる形状のマーカーが複数設けられてもよく、垂直離着陸機１は、異なるマーカー７のいずれかに対応した着陸目標点２に誘導されるものであってもよい。
（船舶）
船舶５は、図１に示すように、航法装置７０と、データ伝送装置８０と、操作表示部９０とを備える。航法装置７０は、例えば、慣性航法装置（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）であり、船舶５のピッチ方向およびロール方向の姿勢角、船首方位、速度、加速度および地球座標系における位置座標等を取得する。なお、本実施形態において、航法装置７０は、慣性航法装置に適用して説明するが、特に限定されず、いずれの航法装置７０を用いてもよい。また、航法装置７０は、本実施形態において、位置の計測精度を向上させるために、位置計測部としてのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を含んだ慣性航法装置となっている。本実施形態では、ＧＰＳを含んだ慣性航法装置に適用して説明するが、ＧＰＳに特に限定されず、精度よく位置を計測可能な位置計測部であればよく、例えば、準天頂衛星システムを用いたものであってもよいし、航法装置７０のみで精度よく位置を計測可能であれば、ＧＰＳ等の位置計測部を省いた構成であってもよい。また、航法装置７０は、各種データの少なくとも一部をセンサで取得するものとしてもよい。データ伝送装置８０は、後述する自動着陸システム１００に含まれ、垂直離着陸機１に搭載されたデータ伝送装置４０と無線通信により各種信号をやり取りする。操作表示部９０は、船舶５に乗員するオペレータが制御ステータスを把握し、各種指示を入力するユーザーインターフェースである。操作表示部９０によりオペレータが入力する指示としては、例えば、後述する制御モードの移行指示が含まれる。移行指示の詳細については、後述する。操作表示部９０で入力された指示は、データ伝送装置８０からデータ伝送装置４０へと送信される。また、垂直離着陸機１の制御ステータスは、データ伝送装置４０からデータ伝送装置８０へ送信される。つまり、データ伝送装置４０及びデータ伝送装置８０は双方向通信が可能となっている。
（自動着陸システム）
第一実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システム１００は、飛行中の垂直離着陸機１を着陸目標点２に着陸させるために、垂直離着陸機１の位置を制御するシステムである。自動着陸システム１００は、垂直離着陸機１に搭載される。自動着陸システム１００は、図１に示すように、カメラ１０と、航法装置２０と、制御部３０と、データ伝送装置４０とを備える。
（撮影装置）
カメラ１０は、垂直離着陸機１に図示しないジンバルを介して搭載された撮影装置である。カメラ１０は、マーカー７を撮影することができれば、単眼カメラ、複眼カメラ、赤外線カメラ等であってもよい。カメラ１０は、垂直離着陸機１から着陸目標点２に設けられたマーカー７を撮影するために設けられる。カメラ１０は、図示しないジンバルを介して撮影方向を調整可能とされている。本実施形態において、カメラ１０は、その撮影範囲（画角）Ｂ（図２参照）が、一例として、鉛直方向の真下を向くように制御部３０によって制御される。なお、カメラ１０は、撮影範囲Ｂが、鉛直方向に対して斜め前方側を向くように制御部３０によって制御されてもよい。また、カメラ１０は、ジンバルを省いてもよく、撮影方向が、例えば、鉛直方向の下方側を向くように、垂直離着陸機１の機体直下に固定してもよい。
（航法装置）
航法装置２０は、航法装置７０と同様に、例えば、ＧＰＳを含んだ慣性航法装置となっている。なお、航法装置２０も、航法装置７０と同様に、ＧＰＳ等の位置計測部を含む慣性航法装置であってもよいし、ＧＰＳ等の位置計測部を省いた慣性航法装置であってもよく、特に限定されない。ＧＰＳを含んだ航法装置２０は、垂直離着陸機１のピッチ方向およびロール方向の姿勢角、機首方位、垂直離着陸機１の機体速度、機体加速度および地球座標系における位置座標等を取得する。なお、航法装置２０は、垂直離着陸機１の姿勢角を検出する姿勢角センサ、垂直離着陸機１の機体速度を検出する速度検出センサ、垂直離着陸機１の機体加速度を検出する加速度検出センサ、垂直離着陸機１の機首方位を検出するセンサを有するものであってもよい。航法装置２０は、取得した垂直離着陸機１の姿勢角、機体速度、機体加速度および位置座標を制御部３０に出力する。
また、自動着陸システム１００は、図１に示すように、垂直離着陸機１の地表面または水面からの高度を検出する高度センサ２５を備えている。高度センサ２５は、例えば、レーザ高度計であり、垂直離着陸機１から着陸目標点２までの相対高度Δｈ（図２参照）を計測している。なお、高度センサ２５としては、電波高度計を用いてもよいし、気圧高度計を用いてもよく、いずれの高度計を用いてもよい。また、これらの高度計を、使用環境に応じて、すなわち地表面からの高度、海面からの高度を計測するために、適宜組み合わせて適用してもよい。高度センサ２５は、検出した垂直離着陸機１の相対高度Δｈを制御部３０に出力する。なお、高度センサ２５は、垂直離着陸機１の高度を計測して制御部３０に出力し、制御部３０は、後述する誘導演算部３４において、垂直離着陸機１の高度に基づいて、着陸目標点２までの相対高度Δｈ（図２参照）を算出するものであってもよい。また、自動着陸システム１００は、高度センサ２５に限らず、後述する画像処理部３２において、カメラ１０で撮影したマーカー７を含む画像に画像処理を施すことで、垂直離着陸機１と船舶５との相対高度Δｈを算出するものであってもよい。
（制御部）
制御部３０は、画像処理部３２と、誘導演算部３４と、飛行制御部３６とを有する。なお、制御部３０は、垂直離着陸機１に設けられた図示しないジンバルを介して、カメラ１０の撮影方向を制御する図示しない撮影制御部を備えている。本実施形態では、上述したように、カメラ１０の撮影範囲Ｂが鉛直方向の真下を向くように調整される。
（画像処理部）
画像処理部３２は、カメラ１０で撮影された画像に画像処理を施して、マーカー７すなわち着陸目標点２の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）（図３参照）を算出する。ここでの中心（Ｃｘ、Ｃｙ）は、カメラ１０で撮影された画像の中心を原点とするカメラ固定座標系における座標点であり、画像中心からの画素数により算出することができる。具体的には、画像処理部３２は、図３に示すように、画像処理によってマーカー７の角部同士の間を延びる対角線Ｌｄを２つ特定し、特定した２つの対角線Ｌｄの交点をマーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）とする。なお、着陸目標点２は、マーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）に限定されず、マーカー７の四隅のいずれかであってもよいし、マーカー７の中心からオフセットした位置であってもよい。
なお、画像処理部３２は、対角線Ｌｄを１つのみ特定し、特定した対角線Ｌｄの長さの中心位置をマーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）としてもよい。また、画像処理部３２は、対角線Ｌｄを２つ以上特定し、特定した対角線Ｌｄの長さの中心位置の平均となる位置をマーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）としてもよい。さらに、画像処理部３２は、正方形状のマーカー７を射影変換による関数を用いて台形補正するとき、関数に基づいて正方形の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）を算出してもよい。その際、マーカー７の四隅の座標点、またはマーカー７の白黒に色分けされた境界の各点の座標点を用いて台形補正を行い、他の座標点は内挿補間により算出してもよい。画像処理部３２は、算出したマーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）を誘導演算部３４に出力する。
また、画像処理部３２は、上述したように、カメラ１０で撮影したマーカー７を含む画像に画像処理を施すことで、垂直離着陸機１と船舶５との相対高度Δｈを算出するものであってもよい。さらに、画像処理部３２は、カメラ１０で撮影したマーカー７を含む画像に画像処理を施すことで、マーカー７の向きを特定し、航法装置２０で取得される垂直離着陸機１の機首方位と対応づけることで、船舶５の船首方位を算出してもよい。なお、船舶５に、船首方位を算出するためのマーカーを別途設けてもよい。
（誘導演算部）
誘導演算部３４は、垂直離着陸機１を着陸目標点２に誘導するための垂直離着陸機１の制御量を算出する。制御量は、垂直離着陸機１の機体速度、姿勢角、姿勢角の変化レート等を調整するための制御量である。誘導演算部３４は、制御量を算出するために、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（Ｘ、Ｙ）および垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対速度を算出する。
誘導演算部３４は、画像処理部３２で算出されたマーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）と、カメラ１０の方位すなわち垂直離着陸機１の機首方位と、垂直離着陸機１の高度（着陸目標点２に対する相対高度Δｈ）とに基づいて、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出する。なお、本実施形態では、カメラ１０の方位と垂直離着陸機１の機首方位とを一致させたが、特に限定されず、カメラ１０の方位と垂直離着陸機１の機首方位とを一致させなくてもよい。このように、画像処理部３２および誘導演算部３４は、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置を取得する相対位置取得部として機能する。相対位置（Ｘ、Ｙ）は、水平方向における垂直離着陸機１と着陸目標点２との距離となる。より詳細には、誘導演算部３４は、画像処理部３２で算出されたカメラ固定座標系におけるマーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）を、垂直離着陸機１の機首方位と垂直離着陸機１の高度（着陸目標点２に対する相対高度Δｈ）とに基づいて船慣性系における垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置に変換し、さらに、航空機慣性系における垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（Ｘ、Ｙ）に変換する。このとき、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１の機首方位と垂直離着陸機１の高度（着陸目標点２に対する相対高度Δｈ）とに基づいて航空機慣性系における垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（Ｘ、Ｙ）に直接的に変換してもよい。なお、船慣性系は、着陸目標点２を原点として、船舶５の船首方位に沿った方向、船舶５の船首方位と水平方向で直交する方向、鉛直方向を直交軸とする座標系である。また、航空機慣性系は、図２に示すように、垂直離着陸機１を原点として、垂直離着陸機１の機首方位に沿った方向をＸ軸、垂直離着陸機１の機首方位と水平方向で直交する方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とする座標系である。
また、誘導演算部３４は、航法装置２０で取得された垂直離着陸機１の地球座標系における位置座標と、船舶５の航法装置７０で取得され、データ伝送装置４０、８０の通信により得られた船舶５の地球座標系における位置座標とに基づいて、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（ＸＧＰＳ、ＹＧＰＳ）を算出する。したがって、誘導演算部３４は、ＧＰＳにより取得された垂直離着陸機１の位置座標と、データ伝送装置４０により取得した着陸目標点２が設けられた船舶５の位置座標とに基づいて、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（ＸＧＰＳ、ＹＧＰＳ）を算出する第２の相対位置取得部として機能する。
また、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対速度を算出する。したがって、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対速度を取得する相対速度取得部として機能する。より詳細には、誘導演算部３４は、例えば、航法装置２０、７０で取得される垂直離着陸機１の機体速度と船舶５の船体速度との差分により、相対速度を算出する。また、誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）の擬似微分に基づいて相対速度を算出してもよい。つまり、誘導演算部３４は、相対速度を取得する相対速度取得部として機能する。また、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１の機首方位と船舶５の船首方位との相対方位を算出する。
また、誘導演算部３４は、高度センサ２５で検出された垂直離着陸機１の高度に基づいて、着陸目標点２０までの相対高度Δｈを算出する。したがって、高度センサ２５および誘導演算部３４は、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対高度Δｈを取得する相対高度取得部として機能する。なお、画像処理部３２において、カメラ１０で撮影したマーカー７を含む画像に画像処理を施すことで、垂直離着陸機１と船舶５との相対高度Δｈを算出する場合は、画像処理部３２が相対高度取得部となる。
そして、誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）、相対速度、相対方位および機体加速度に基づいて、フィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）により制御量を算出する。第一実施形態において、誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）および相対方位がゼロとなるように、フィードバック制御によって垂直離着陸機１の制御量を算出する。また、誘導演算部３４は、相対速度が所定速度以内となるように、また、機体加速度が所定加速度以内となるように、フィードバック制御によって垂直離着陸機１の制御量を算出してもよい。所定速度以内および所定加速度以内としては、垂直離着陸機１が所定の相対高度Δｈにおいて安定して飛行できているといえる状態であることを満たすような範囲となっている。例えば、所定速度としてはゼロであり、所定加速度としてはゼロである。誘導演算部３４は、算出した制御量を飛行制御部３６に出力する。誘導演算部３４は、このような制御量の算出において、垂直離着陸機１を着陸目標点へと誘導して着陸させるために、垂直離着陸機１を複数の制御モードで制御する。複数の制御モードは、アプローチモードと、高高度ホバリングモードおよび低高度ホバリングモードを含むホバリングモードと、着陸モードとを含む。各制御モードの詳細については、後述する。
（飛行制御部）
飛行制御部３６は、後述する誘導演算部３４で算出された制御量にしたがって、垂直離着陸機１の各構成要素を制御して垂直離着陸機１を飛行させる。飛行制御部３６は、制御量にしたがって各回転翼のブレードピッチ角、回転数等を制御し、垂直離着陸機１の機体速度、姿勢角、姿勢角の変化レート等を調整する。それにより、垂直離着陸機１は、着陸目標点２へと誘導される。なお、本実施形態では、画像処理部３２および誘導演算部３４を飛行制御部３６とは別の機能部として説明するが、飛行制御部３６、画像処理部３２および誘導演算部３４は、一体の機能部であってもよい。すなわち、飛行制御部３６において画像処理部３２および誘導演算部３４の処理を行ってもよい。
（垂直離着陸機の着陸制御方法）
次に、第一実施形態にかかる垂直離着陸機の着陸制御方法として、制御部３０により垂直離着陸機１を着陸目標点２へと誘導して着陸させるための手順について説明する。図４は、第一実施形態にかかる垂直離着陸機の着陸制御方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図５は、第一実施形態にかかる垂直離着陸機の着陸動作を示す説明図である。図６は、アプローチモードにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。図７は、高高度ホバリングモードにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。図８は、低高度ホバリングモードにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。図９は、着陸モードにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。また、図１０は、相対位置演算処理の一例を示すフローチャートである。図４から図１０に示す処理は、誘導演算部３４により実行される。
先ず、図４及び図５を参照して、垂直離着陸機１の着陸動作について説明する。垂直離着陸機１は、飛行状態から、船舶５に着陸（着船）する一連の着陸動作において、複数の制御モードを実行する。具体的に、垂直離着陸機１は、アプローチモードを実行するステップＳ１と、高高度ホバリングモードを実行するステップＳ２と、低高度ホバリングモードを実行するステップＳ３と、着陸モードを実行するステップＳ４とを順に行うことで、一連の着陸動作を行っている。また、垂直離着陸機１は、高高度ホバリングモード、及び低高度ホバリングモードの実行を中断して、着陸動作を中断する非常モードを実行するステップ（後述のステップＳ１７）を行っている。
図５に示すように、アプローチモードは、船舶５からの指令により、垂直離着陸機１を船舶５の甲板上に進入させ、着陸目標点２となるマーカー７上において、垂直離着陸機１をホバリングさせるモードとなっている。高高度ホバリングモードは、垂直離着陸機１が、甲板上のマーカー７をカメラ１０により捕捉し、マーカー７の中心となる着陸目標点２がカメラ１０の撮影範囲（画角）Ｂの中心にくるように、ホバリングするモードとなっている。低高度ホバリングモードは、垂直離着陸機１が降下を行い、高高度ホバリングモードよりも低高度でホバリングを行うモードとなっている。着陸モードは、垂直離着陸機１が着陸目標点２に着陸するモードとなっている。非常モードは、船舶５への垂直離着陸機１の着陸動作を中断して上昇するモードとなっている。
垂直離着陸機１は、これらの制御モードを実行することにより、船舶５に対して着陸動作を実行する。次に、図６から図１０を参照して、各制御モードについて、具体的に説明する。
（アプローチモード）
誘導演算部３４は、ステップＳ１として、アプローチモードを実行する。アプローチモードについて、図６を参照しながら詳細に説明する。誘導演算部３４は、ステップＳ３１として、航法装置２０、７０すなわちＧＰＳで得られた位置座標から相対位置（ＸＧＰＳ、ＹＧＰＳ）を算出（生成）している。
次に、誘導演算部３４は、ステップＳ３２として、アプローチモードボタンがオンされているか否かを判定する。アプローチモードボタンは、船舶５の操作表示部９０に設けられた制御モードの移行指示を入力するためのボタンであり、船舶５に乗員するオペレータによってオンオフされる。オペレータは、垂直離着陸機１の船舶５への着船の準備が整ったら、アプローチモードボタンをオンする。制御部３０は、アプローチモードボタンがオンとなっていないと判定した場合（ステップＳ２でＮｏ）、ステップＳ１の処理を継続する。一方、制御部３０は、アプローチモードボタンがオンとなっていると判定した場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、ステップＳ３３の処理に進む。
誘導演算部３４は、ステップＳ３３として、ステップＳ３１で生成した相対位置（ＸＧＰＳ、ＹＧＰＳ）がゼロとなるように、フィードバック制御を実行する。これにより、誘導演算部３４は、水平方向において垂直離着陸機１を着陸目標点２に向けて飛行させる。また、誘導演算部３４は、算出された垂直離着陸機１の機首方位と船舶５の船首方位との相対方位が、一例として、ゼロとなるように、フィードバック制御を実行する。これにより、誘導演算部３４は、水平方向において垂直離着陸機１の機首方位が船舶５の船首方位と一致するように飛行させる。なお、一例として、誘導演算部３４は、相対方位がゼロとなるようにフィードバック制御を実行したが、特に限定されず、相対方位がゼロでなくてもよい。さらに、誘導演算部３４は、高度センサ２５により計測された相対高度Δｈが第１相対高度Δｈ１となるように、フィードバック制御を実行する。これにより、誘導演算部３４は、鉛直方向において、垂直離着陸機１を初期高度から第１相対高度Δｈ１（図２参照）まで降下させつつ、第１相対高度Δｈ１に維持させる。第１相対高度Δｈ１は、例えば、８ｍである。このように、アプローチモードでは、相対位置（ＸＧＰＳ、ＹＧＰＳ）がゼロとなるように制御することで、垂直離着陸機１が着陸目標点２の所定の圏内となるように、垂直離着陸機１を飛行制御している。
誘導演算部３４は、ステップＳ３４として、画像相対位置演算処理を実行し、垂直離着陸機１と着陸目標点２との水平方向の距離としての相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出する。画像相対位置演算処理の詳細については、後述する。
誘導演算部３４は、ステップＳ３５として、ステップＳ３４で算出された垂直離着陸機１と着陸目標点２との水平方向の距離としての相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内であるか否かを判定する。第１しきい値は、カメラ１０により、着陸目標点２を捉え続けるのに十分な距離となる値として設定される。誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ３５でＮｏ）、ステップＳ３１以降の処理を再び実行する。つまり、垂直離着陸機１は、カメラ１０により、着陸目標点２を捉えられない、換言すれば、着陸目標点２に十分近づいていないとして、ステップＳ３３以降の処理を再び実行する。そして、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１が、カメラ１０により、着陸目標点２を捉え続けるのに十分な距離となるまで、ステップＳ３３以降の処理が繰り返し実行される。誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内であると判定した場合（ステップＳ３５でＹｅｓ）、垂直離着陸機１が、カメラ１０により、着陸目標点２を捉え続けるのに十分な距離である、つまり、着陸目標点２に十分近づいているとして、アプローチモードを終了し、次の制御モードへと移行する。
（高高度ホバリングモード）
図４の説明に戻る。誘導演算部３４は、アプローチモードを終了すると、ステップＳ２として、高高度ホバリングモードを実行する。高高度ホバリングモードについて、図７を参照しながら詳細に説明する。高高度ホバリングモードにおいて、誘導演算部３４は、図６のステップＳ４１に示すように、画像相対位置演算処理で算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）がゼロとなるように、フィードバック制御を実行する。また、誘導演算部３４は、算出された垂直離着陸機１の機首方位と船舶５の船首方位との相対方位が、一例として、ゼロとなるように、フィードバック制御を実行する。さらに、誘導演算部３４は、高度センサ２５により計測された相対高度Δｈが第１相対高度Δｈ１となるように、フィードバック制御を実行する。これにより、誘導演算部３４は、鉛直方向において、垂直離着陸機１を着陸目標点２直上においてホバリングさせながら、第１相対高度Δｈ１に維持させる。そして、誘導演算部３４は、ステップＳ４２として、再び画像相対位置演算処理を実行する。
誘導演算部３４は、ステップＳ４３として、ステップＳ４２で算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内であるか否か、および、低高度ホバリングモードボタンがオンされているか否かを判定する。第２しきい値は、アプローチモードにおける第１しきい値以下となる値として設定される。また、低高度ホバリングモードボタンは、船舶５の操作表示部９０に設けられた制御モードの移行指示を入力するためのボタンであり、船舶５に乗員するオペレータによってオンオフされる。オペレータは、垂直離着陸機１が第１相対高度Δｈ１において安定して飛行できているか否かを目視で確認し、垂直離着陸機１が安定して飛行できている場合に、低高度ホバリングボタンをオンする。ステップＳ４３は、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへと移行するための第１の条件が成立しているか否かを判定している。すなわち、第一実施形態において、第１の条件は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内となる他、オペレータにより低高度ホバリングモードへのモード移行の指示がなされたことを含む。
誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ４３でＮｏ）、ステップＳ４１以降の処理を再び実行する。また、誘導演算部３４は、低高度ホバリングモードボタンがオンされていないと判定した場合（ステップＳ４３でＮｏ）にも、ステップＳ４１以降の処理を再び実行する。そして、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１が、着陸目標点２に対する相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内となるまで、ステップＳ４１以降の処理が繰り返し実行される。誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内であり、かつ、低高度ホバリングモードボタンがオンされていると判定した場合（ステップＳ４３でＹｅｓ）、高高度ホバリングモードを終了し、次の制御モードへと移行する。
（低高度ホバリングモード）
図４の説明に戻る。誘導演算部３４は、高高度ホバリングモードを終了すると、ステップＳ３として、低高度ホバリングモードを実行する。低高度ホバリングモードについて、図８を参照しながら詳細に説明する。低高度ホバリングモードにおいて、誘導演算部３４は、図８のステップＳ５１に示すように、画像相対位置演算処理で算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）がゼロとなるように、フィードバック制御を実行する。また、誘導演算部３４は、算出された垂直離着陸機１の機首方位と船舶５の船首方位との相対方位が、一例として、ゼロとなるように、フィードバック制御を実行する。さらに、誘導演算部３４は、高度センサ２５により計測された相対高度Δｈが第１相対高度Δｈ１よりも低い第２相対高度Δｈ２となるようにフィードバック制御する。これにより、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１を着陸目標点２直上においてホバリングさせながら、垂直離着陸機１の高度を第２相対高度Δｈ２（図２参照）まで降下させる。第２相対高度Δｈ２は、例えば、３ｍである。このとき、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１の降下速度を第１降下速度とする。第１降下速度は、例えば、０．６ｍ／ｓである。そして、誘導演算部３４は、ステップＳ５２として、再び画像相対位置演算処理を実行する。
誘導演算部３４は、ステップＳ５３として、ステップＳ５２で算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値（所定しきい値）以内であるか否か、および、着陸モードボタンがオンされているか否かを判定する。第３しきい値は、高高度ホバリングにおける第２しきい値以下となる値として設定される。また、着陸モードボタンは、船舶５の操作表示部９０に設けられた制御モードの移行指示を入力するためのボタンであり、船舶５に乗員するオペレータによってオンオフされる。オペレータは、垂直離着陸機１が第２相対高度Δｈ２において安定して飛行できているか否かを目視で確認し、垂直離着陸機１が安定して飛行できている場合に、着陸モードボタンをオンする。ステップＳ５３は、低高度ホバリングモードから着陸モードへと移行するための第２の条件（所定条件）が成立しているか否かを判定している。すなわち、第一実施形態において、第２の条件は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内となる他、オペレータにより着陸モードへのモード移行の指示がなされたことを含む。なお、オペレータは、垂直離着陸機１が安定していない場合であっても、着陸モードボタンをオンにしてもよい。
誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ５３でＮｏ）、ステップＳ５１以降の処理を再び実行する。また、誘導演算部３４は、着陸モードボタンがオンされていないと判定した場合（ステップＳ５３でＮｏ）にも、ステップＳ５１以降の処理を再び実行する。そして、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１が、着陸目標点２に対する相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内となる位置にあり、かつ、第２相対高度Δｈ２まで降下するように、ステップＳ５１以降の処理が繰り返し実行される。誘導演算部３４は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内であり、かつ、着陸モードボタンがオンされていると判定した場合（ステップＳ５３でＹｅｓ）、低高度ホバリングモードを終了し、次の制御モードへと移行する。
（着陸モード）
図４の説明に戻る。誘導演算部３４は、低高度ホバリングモードを終了すると、ステップＳ４として、着陸モードを実行する。着陸モードについて、図９を参照しながら詳細に説明する。着陸モードにおいて、誘導演算部３４は、図８のステップＳ６１に示すように、画像相対位置演算処理で算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）がゼロとなるように、フィードバック制御を実行する。また、誘導演算部３４は、算出された垂直離着陸機１の機首方位と船舶５の船首方位との相対方位が、一例として、ゼロとなるように、フィードバック制御を実行する。さらに、誘導演算部３４は、高度センサ２５により計測された相対高度Δｈが第３相対高度Δｈ３となるまでの間、降下率を一定とする垂直速度制御を実行している。降下率は、単位時間当たりに降下する高度の度合いである。誘導演算部３４は、垂直速度制御において、垂直離着陸機１の降下速度を第２降下速度としている。これにより、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１の相対高度Δｈを第３相対高度Δｈ３（図２参照）まで降下させる。第３相対高度Δｈ３は、例えば１０ｃｍである。また、第２降下速度は、例えば、１．０ｍ／ｓである。なお、本実施形態では、着陸モードにおいて垂直離着陸機１を速やかに着陸目標点２に着陸させるために、第２降下速度を上記第１降下速度よりも大きく設定したが、第１降下速度および第２降下速度は、いずれが大きく設定されてもよいし、同じ値であってもよい。さらに、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１の高度が第３相対高度Δｈ３に到達すると、第３相対高度Δｈ３に到達したときの、垂直離着陸機１の姿勢角に関する制御量を保持したまま、垂直離着陸機１をさらに降下させる。
誘導演算部３４は、ステップＳ６２として、カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できているか否かを判定する。カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できているか否かは、後述する画像相対位置演算処理のステップＳ１２と同様の処理により算出することができる。誘導演算部３４は、カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できている判定した場合（ステップＳ６２でＹｅｓ）、ステップＳ６３として、画像処理により相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出する。相対位置（Ｘ、Ｙ）は、後述する画像相対位置演算処理のステップＳ１４と同様の処理により算出することができる。一方、誘導演算部３４は、カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できていないと判定した場合（ステップＳ６２でＮｏ）、ステップＳ６３の処理を省略し、ステップＳ６４に進む。本実施形態において、着陸モードにおいては、垂直離着陸機１が着陸目標点２に十分に接近した状態であり、カメラ１０で着陸目標点２を一時的に捕捉できないことがあったとしても、着陸目標点２の近傍に着陸できるとして、着陸モードを継続して実行する。なお、垂直離着陸機１が有人機の場合は、着陸モードの実行中において、パイロットの判断に基づいて着陸モードの実行を中断してもよい。
飛行制御部３６は、ステップＳ６４として、垂直離着陸機１が着陸目標点２に着陸したか否かを判定する。垂直離着陸機１が着陸目標点２に着陸したか否かは、例えば垂直離着陸機１の図示しない脚部に接触式のセンサを設けておくこと等により、判定することができる。飛行制御部３６は、垂直離着陸機１が着陸目標点２に着陸していないと判定した場合（ステップＳ６４でＮｏ）、再びステップＳ６１以降の処理を実行する。これにより、垂直離着陸機１が着陸目標点２に着陸するまで、ステップＳ６１の手順により垂直離着陸機１が降下するように制御される。そして、飛行制御部３６は、垂直離着陸機１が着陸目標点２に着陸したと判定した場合（ステップＳ６４でＹｅｓ）、誘導演算部３４は、着陸モードを終了する。これにより、図４に示す処理ルーチンも終了する。
（画像相対位置演算処理）
次に、画像相対位置演算処理について、図１０を参照しながら説明する。画像相対位置演算処理において、誘導演算部３４は、ステップＳ１１として、非常モードボタンがオフされているか否かを判定する。非常モードボタンは、船舶５の操作表示部９０に設けられており、船舶５に乗員するオペレータによってオンオフされる。オペレータは、船舶５へ垂直離着陸機１が着陸することを中断すべきであると判断したとき、非常モードボタンをオンする。具体的には、オペレータは、例えば風の影響や何らかの故障の発生等によって垂直離着陸機１の飛行状態が不安定であることを目視により確認した場合に、非常モードボタンをオンする。
誘導演算部３４は、ステップＳ１１において、非常モードボタンがオンされていると判定した場合（ステップＳ１１でＮｏ）、ステップＳ１７として、非常モードの実行へと移行する。非常モードにおいて、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１をいったん船舶５から十分に離れた所定高度（例えば２０ｍ）まで上昇させ、現在の相対位置（Ｘ、Ｙ）を維持させる。誘導演算部３４は、非常モードへと移行する場合、図４に示す高高度ホバリングモードを実行するステップＳ２、及び低高度ホバリングモードを実行するステップＳ３の実行中において、非常モードを実行可能となっている。誘導演算部３４は、非常モードの実行により、垂直離着陸機１をいったん船舶５から十分に離れた高度まで上昇させると、再び図４に示す処理をステップＳ１から改めて再開する。
一方、誘導演算部３４は、非常モードボタンがオフされていると判定した場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ステップＳ１２として、カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できているか否かを判定する。カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できているか否かは、カメラ１０で撮影された画像内に、マーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）を算出可能な情報が得られているか否かで判定することができる。
誘導演算部３４は、カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できていると判定した場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、ステップＳ１３として、目標非捕捉カウンタを値０に設定する。そして、誘導演算部３４は、ステップＳ１４として、マーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）と、カメラ１０の方位（すなわち、同じ方位となる垂直離着陸機１の機首方位）と、垂直離着陸機１の高度（着陸目標点２に対する相対高度Δｈ）とに基づいて、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出する。上述したように、相対位置（Ｘ、Ｙ）は、画像処理部３２で算出されたカメラ固定座標系におけるマーカー７の中心（Ｃｘ、Ｃｙ）を、船慣性系における垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置に変換し、さらに、航空機慣性系における垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（Ｘ、Ｙ）に変換することで算出される。
一方、誘導演算部３４は、ステップＳ１２において、カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できていないと判定した場合（ステップＳ１２でＮｏ）、ステップＳ１５として、目標非捕捉カウンタに値１を加算し、ステップＳ１６として、目標非捕捉カウンタが所定値以内であるか否かを判定する。誘導演算部３４は、目標非捕捉カウンタが所定値以内であると判定した場合（ステップＳ１６でＹｅｓ）、再びステップＳ１１以降の処理を実行する。誘導演算部３４は、目標非捕捉カウンタが所定値以内でないと判定した場合（ステップＳ１６でＮｏ）、ステップＳ１７に進み、非常モードの実行へと移行する。すなわち、誘導演算部３４は、目標非捕捉カウンタが所定値を超えることで、カメラ１０で着陸目標点２を連続して捕捉できない時間が所定時間以上となったと判断し、非常モードを実行する。
（第一実施形態の作用効果）
以上説明したように、第一実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システム１００は、垂直離着陸機１搭載されたカメラ１０（撮影装置）と、カメラ１０で着陸目標点２に設けられたマーカー７を撮影した画像に画像処理を施し、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（Ｘ、Ｙ）を取得する画像処理部３２および誘導演算部３４（相対位置取得部）と、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対速度を取得する誘導演算部３４（相対速度取得部）と、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対高度Δｈを取得する高度センサ２５および誘導演算部３４（相対高度取得部）と、相対位置（Ｘ、Ｙ）がゼロになるように、垂直離着陸機１を複数の制御モードで制御する制御部３０と、を備え、制御モードは、ホバリングモードと、着陸モードとを含み、ホバリングモードは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内であるとき、垂直離着陸機１の相対高度Δｈを第２相対高度Δｈ２（所定相対高度）まで降下させ、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値（所定しきい値）以内であることを含む第２の条件（所定条件）が成立すると着陸モードに移行し、着陸モードは、垂直離着陸機１の相対高度Δｈをさらに降下させ、相対高度Δｈが第３相対高度Δｈ３（予め定められた値）以下になると、垂直離着陸機１の姿勢角に関する制御量のコマンドを保持したまま、垂直離着陸機１を降下させて着陸目標点２に着陸させる。
この構成により、カメラ１０により着陸目標点２を捕捉でき、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内であるとき、垂直離着陸機１をホバリングモード、着陸モードの順番で制御して、着陸目標点２へと着陸させることができる。ホバリングモードでは、垂直離着陸機１を第２相対高度Δｈ２まで降下させ、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値（所定しきい値）以内となることを着陸モードへ移行する条件とする。そのため、垂直離着陸機１を着陸目標点２により近づけた上で、着陸モードへと移行することができる。また、着陸モードでは、相対高度Δｈが第３相対高度Δｈ３に到達すると、第３相対高度Δｈ３に到達したときの、垂直離着陸機１の姿勢角に関する制御量を保持したまま、垂直離着陸機１を降下させて着陸目標点２に着陸させる。そのため、垂直離着陸機１が着陸目標点２の直前に位置するときには、垂直離着陸機１の姿勢角を制御することで垂直離着陸機１の挙動が不安定となることを抑制しながら、垂直離着陸機１を着陸目標点２へと着陸させることができる。なお、自動着陸システム１００は、相対位置がゼロとなるように制御を行うが、実際には、垂直離着陸機１の船舶５への着陸後において、相対位置が誤差も含めてゼロになるとは限らず、垂直離着陸機１と着陸目標点２との位置が完全に一致するものではない。
また、第一実施形態では、少なくともカメラ１０により着陸目標点２を捕捉できていれば、カメラ１０で撮影したマーカー７に基づいて相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出することができる。つまり、相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出に際して、船舶５側とのデータ通信を行う必要がない。それにより、相対位置（Ｘ、Ｙ）に基づいて垂直離着陸機１を制御するとき、航法装置２０，７０による誤差等の影響を受けないため、位置精度の向上を図ることができ、また、通信を行うことによる飛行制御の応答性の低下を抑制することができる。
したがって、第一実施形態によれば、垂直離着陸機１を着陸目標点２へと、より精度良く着陸させることができる。そして、垂直離着陸機１の位置を着陸目標点２に対して精度良く制御することで、着陸目標点２の近傍に設けられた装置や構造物に垂直離着陸機１が干渉することを抑制することができる。
また、ホバリングモードは、高高度ホバリングモードと、低高度ホバリングモードとを含み、高高度ホバリングモードは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内であるとき、垂直離着陸機１の相対高度Δｈを第２相対高度Δｈ２（所定相対高度）よりも高い第１相対高度Δｈ１で維持させ、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内となることを含む第１の条件が成立すると、低高度ホバリングモードに移行し、低高度ホバリングモードは、垂直離着陸機１の相対高度Δｈを第２相対高度Δｈ２（所定相対高度）まで降下させ、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内となることを含む所定条件としての第２の条件が成立すると、着陸モードに移行する。なお、上記したように、第２しきい値は、第１しきい値を含んでいてもよく、第１しきい値以下の値であればよい。同様に、第３しきい値は、第２しきい値を含んでいてもよく、第２しきい値以下の値であればよい。
この構成により、高高度ホバリングモードおよび低高度ホバリングモードを経て、着陸モードへと移行させることができる。高高度ホバリングモードにおいて、垂直離着陸機１の相対高度Δｈを第２相対高度Δｈ２（所定相対高度）よりも高い第１相対高度Δｈ１で維持させ、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内となることで、低高度ホバリングモードへ移行する。そのため、垂直離着陸機１をいったん第１相対高度Δｈ１で維持させながら、垂直離着陸機１を着陸目標点２直上にホバリングさせた状態で、低高度ホバリングモードに移行させることができる。その後、低高度ホバリングモードにおいて、垂直離着陸機１を第２相対高度Δｈ２まで降下させ、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値（所定しきい値）以内となると、着陸モードへと移行する。そのため、垂直離着陸機１を着陸目標点２直上にホバリングさせた状態で、着陸モードへと移行することができる。このように、垂直離着陸機１を着陸目標点２直上にホバリングさせた状態で、垂直離着陸機１の相対高度Δｈがゼロとなるように段階的に変化させることで、垂直離着陸機１を安定的に着陸させることができる。
また、第１の条件および第２の条件は、オペレータによりモード移行の指示がなされたことを含む。すなわち、第１の条件は、オペレータが低高度ホバリングモードボタンをオンすることを含む。また、第２の条件は、オペレータが着陸モードボタンをオンすることを含む。この構成により、オペレータが垂直離着陸機１の飛行が安定しているかを目視で確認した上で、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへの移行、低高度ホバリングモードから着陸モードへの移行を実行させることができる。
また、自動着陸システム１００は、垂直離着陸機１の位置座標を取得する航法装置２０と、垂直離着陸機１と、着陸目標点２が設けられた船舶５（設備）との間でデータをやり取りするデータ伝送装置４０と、航法装置２０により取得された垂直離着陸機１の位置座標と、データ伝送装置４０により取得した着陸目標点２が設けられた船舶５の位置座標とに基づいて、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（ＸＧＰＳ、ＹＧＰＳ）を算出する誘導演算部３４（第２の相対位置取得部）を備え、制御モードは、アプローチモードを含み、アプローチモードは、誘導演算部３４で取得された相対位置（ＸＧＰＳ、ＹＧＰＳ）がゼロとなるように、かつ、垂直離着陸機１の相対高度Δｈを第２相対高度Δｈ２（所定相対高度）よりも高い第１相対高度Δｈ１まで降下させて維持させ、画像処理部３２および誘導演算部３４（相対位置取得部）で取得された相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内となると高高度ホバリングモードに移行する。
この構成により、カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できない程度に、垂直離着陸機１と着陸目標点２とが離れているとき、ＧＰＳを用いて取得された位置座標に基づく相対位置（ＸＧＰＳ、ＹＧＰＳ）を用いて、垂直離着陸機１を着陸目標点２に向けて誘導させることができる。そして、カメラ１０で着陸目標点２を捕捉できるようになると、画像処理により算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内となることを条件に、高高度ホバリングモードに移行させることができる。
また、制御部３０（誘導演算部３４）は、各制御モードの実行中に、カメラ１０によりマーカー７を連続して捕捉できない時間が所定時間以上となると、垂直離着陸機１の高度を所定高度まで上昇させる非常モードに移行する。この構成により、カメラ１０でマーカー７を捕捉できない時間が長時間継続し、画像処理による相対位置（Ｘ、Ｙ）に基づく垂直離着陸機１の制御が不可能と判断される場合に、非常モードによって、垂直離着陸機１をいったん船舶５から離すことができる。
なお、第一実施形態では、アプローチモードボタン、高高度ホバリングモードボタン、低高度ホバリングモードボタン、着陸モードボタン、及び非常モードボタンは、船舶５の操作表示部９０に設けられ、船舶５のオペレータが操作したが、垂直離着陸機１が有人機である場合、各種モードボタンを垂直離着陸機１に設け、パイロットが操作してもよい。
また、第一実施形態では、垂直離着陸機１の着陸目標点２への飛行をアプローチモードにより実行したが、図４に示すステップＳ１を省いて、マニュアル操作により垂直離着陸機１を着陸目標点２へ向けて飛行させてもよい。
[第二実施形態]
次に、第二実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システム２００および着陸制御方法について説明する。図１０は、第二実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システムの一例を示す概略構成図である。第二実施形態にかかる自動着陸システム２００は、図１０に示すように、自動着陸システム１００からデータ伝送装置４０を省略した構成である。また、自動着陸システム２００は、誘導演算部３４に代えて、誘導演算部３４Ａを備える。自動着陸システム２００の他の構成は、自動着陸システム１００と同様であるため、説明を省略し、同じ構成要素には同じ符号を付す。また、誘導演算部３４Ａは、以下に説明する部分を除き、誘導演算部３４と同様の機能を有するため、同様の機能については説明を省略する。
また、第二実施形態において、船舶５は、データ伝送装置８０および操作表示部９０を備える必要がない。なお、図１０においては、航法装置７０を省略しているが、これは、垂直離着陸機１と船舶５との間で航法装置７０により取得されるデータのやり取りを必要としないためである。
第二実施形態において、自動着陸システム２００は、船舶５側とのデータ通信を行わない。そのため、相対速度の算出に際して、船舶５から船体速度を取得することができない。そこで、第二実施形態において、誘導演算部３４は、垂直離着陸機１と着陸目標点２との相対位置（Ｘ、Ｙ）に基づいて相対速度を算出する。具体的には、誘導演算部３４Ａは、相対位置（Ｘ、Ｙ）を擬似微分して相対速度を算出する。
次に、第二実施形態における着陸制御方法の詳細について説明する。第二実施形態において、誘導演算部３４Ａは、図４に示すフローチャートのステップＳ１の処理を実行せず、他の手法により、カメラ１０の撮影範囲Ｂにマーカー７が捕捉される程度まで、垂直離着陸機１を船舶５すなわち着陸目標点２に接近させる。他の手法としては、例えば、垂直離着陸機１にレーザー照射装置を搭載し、船舶５に向けてレーザーを照射して、反射波を垂直離着陸機１側で受信することにより、垂直離着陸機１と船舶５との相対位置を取得して、相対位置に基づいて垂直離着陸機１を船舶５（着陸目標点２）へと誘導させる等の手法が挙げられる。
誘導演算部３４Ａは、カメラ１０の撮影範囲Ｂにマーカー７が捕捉される程度まで、垂直離着陸機１が船舶５すなわち着陸目標点２に十分に接近すると、図１０に示す画像相対位置演算処理のステップＳ１４と同様の処理により相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出し、算出した相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内となると、図４のステップＳ２（図７）およびステップＳ３（図８）の処理に替えて、図１２および図１３に示す処理を実行する。図１２は、第二実施形態における高高度ホバリングモードの処理手順の一例を示すフローチャートである。図１３は、第二実施形態における低高度ホバリングモードの処理手順の一例を示すフローチャートである。
図１２を参照しながら、第二実施形態における高高度ホバリングモードについて説明する。図１１のステップＳ４１ＡおよびステップＳ４２Ａは、図７のステップＳ４１およびステップＳ４２と同様の処理であるため、説明を省略する。なお、第二実施形態において、画像相対位置演算処理は、図１０に示す処理と同様である。
誘導演算部３４Ａは、ステップＳ４３Ａとして、ステップＳ４２Ａで算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）、垂直離着陸機１の姿勢角（ピッチ方向およびロール方向）の変化レートおよび相対速度が、対応する第１判定しきい値以内であるか否かを判定する。相対位置（Ｘ、Ｙ）の対応する第１判定しきい値は、第一実施形態における第２しきい値である。また、姿勢角の変化レートおよび相対速度の対応する第１判定しきい値は、パラメータごとに個別に設定される。姿勢角の変化レートおよび相対速度に対応する第１判定しきい値は、第一実施形態においてオペレータが低高度ホバリングモードボタンをオンすることに代えて設けられるものである。したがって、姿勢角の変化レートおよび相対速度に対応する第１判定しきい値は、垂直離着陸機１が第１相対高度Δｈ１において安定して飛行できているといえる状態であることを満たすように設定される。
誘導演算部３４Ａは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が対応する第１判定しきい値すなわち第２しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ４３ＡでＮｏ）、ステップＳ４１Ａ以降の処理を再び実行する。また、誘導演算部３４Ａは、姿勢角の変化レートおよび相対速度が対応する第１判定しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ４３ＡでＮｏ）にも、ステップＳ４１Ａ以降の処理を再び実行する。
一方、誘導演算部３４Ａは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内であり、かつ、姿勢角の変化レートおよび相対速度が対応する第１判定しきい値以内であると判定した場合（ステップＳ４３ＡでＹｅｓ）、高高度ホバリングモードを終了し、低高度ホバリングモードへと移行する。ステップＳ４３Ａは、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへと移行するための第１の条件が成立しているか否かを判定している。すなわち、第二実施形態において、第１の条件は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内となる他、姿勢角の変化レートおよび相対速度が対応する第１判定しきい値以内であることを含む。
図１３を参照しながら、第二実施形態における低高度ホバリングモードについて説明する。図１３のステップＳ５１ＡおよびステップＳ５２Ａは、第一実施形態における図８のステップＳ５１およびステップＳ５２と同様の処理であるため、説明を省略する。
誘導演算部３４Ａは、ステップＳ５３Ａとして、ステップＳ５２Ａで算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）、垂直離着陸機１の姿勢角（ピッチ方向およびロール方向）の変化レート、相対方位、相対速度、姿勢角（ロール方向、ピッチ方向）、着陸目標点２の水平方向の角度（ロール方向、ピッチ方向）および相対高度Δｈが、対応する第２判定しきい値以内であるか否かを判定する。相対位置（Ｘ、Ｙ）の対応する第２判定しきい値とは、第一実施形態における第３しきい値である。また、相対高度Δｈの第２判定しきい値とは、第２相対高度Δｈ２である。相対高度Δｈの第２判定しきい値は、低高度ホバリングモードにおいて、垂直離着陸機１が第２相対高度Δｈ２まで降下し安定したことを自動的に判定するために設けられる。
また、垂直離着陸機１の姿勢角の変化レート、相対方位、相対速度、姿勢角、着陸目標点２の水平方向の角度の対応する第２判定しきい値は、パラメータごとに個別に設定される。なお、着陸目標点２の水平方向の角度は、船舶５の着陸目標点２が設けられた面の水平方向における角度であり、画像処理部３２において、カメラ１０で撮影されたマーカー７の画像に画像処理を施すことで算出することができる。姿勢角の変化レート、相対方位、相対速度、姿勢角、着陸目標点２の水平方向の角度に対応した第２判定しきい値は、第一実施形態においてオペレータが着陸モードボタンをオンすることに代えて設けられるものである。したがって、姿勢角の変化レート、相対方位、相対速度、姿勢角、着陸目標点２の水平方向の角度に対応した第２判定しきい値は、垂直離着陸機１が第２相対高度Δｈ２において安定して飛行できているといえる状態であることを満たすように設定される。なお、姿勢角の変化レート、相対速度の第２判定しきい値は、第１判定しきい値よりも小さな値であってもよいし、第１判定しきい値と同じ値であってもよい。
誘導演算部３４Ａは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が対応する第２判定しきい値すなわち第３しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ５３ＡでＮｏ）、ステップＳ５１Ａ以降の処理を再び実行する。また、誘導演算部３４Ａは、相対高度Δｈが対応する第１判定しきい値すなわち第２相対高度Δｈ２以内でないと判定した場合（ステップＳ５３ＡでＮｏ）、ステップＳ５１Ａ以降の処理を再び実行する。さらに、誘導演算部３４Ａは、姿勢角の変化レート、相対方位、相対速度、姿勢角、着陸目標点２の水平方向の角度が対応する第２判定しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ５３ＡでＮｏ）にも、ステップＳ５１Ａ以降の処理を再び実行する。
一方、誘導演算部３４Ａは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２判定しきい値すなわち第３しきい値以内であり、相対高度Δｈが第２相対高度Δｈ２以内であり、かつ、姿勢角の変化レート、相対方位、相対速度、姿勢角、着陸目標点２の水平方向の角度が対応する第２判定しきい値以内であると判定した場合（ステップＳ５３ＡでＹｅｓ）、低高度ホバリングモードを終了し、着陸モードへと移行する。ステップＳ５３Ａは、低高度ホバリングモードから着陸モードへと移行するための第２の条件（所定条件）が成立しているか否かを判定している。すなわち、第二実施形態において、第２の条件は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内となる他、姿勢角の変化レート、相対方位、相対速度、姿勢角、着陸目標点２の水平方向の角度および相対高度Δｈが対応する第２判定しきい値以内であることを含む。
（第二実施形態の作用効果）
以上説明したように、第二実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システム２００は、カメラ１０で撮影したマーカー７に基づいて相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出でき、また、相対位置（Ｘ、Ｙ）に基づいて相対速度を算出することができる。したがって、相対位置（Ｘ、Ｙ）および相対速度の算出に際して、船舶５側とのデータ通信を行う必要がない。それにより、相対位置（Ｘ、Ｙ）および相対速度に基づいて垂直離着陸機１を制御するとき、データ通信を行う必要がないことから、システムを簡素化することができる。
また、第二実施形態において、第１の条件は、垂直離着陸機１の姿勢角の変化レートおよび相対速度が、対応する第１判定しきい値以内であることを含む。この構成により、オペレータからの移行指示を必要とせず、垂直離着陸機１を安定して飛行させながら、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへと自動的に移行させることができる。したがって、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへの移行に際して、船舶５との間でデータのやり取りを行う必要がない。
また、第２の条件は、垂直離着陸機１の姿勢角、姿勢角の変化レート、相対方位、相対速度、着陸目標点２の水平方向における角度および相対高度Δｈが、対応する第２判定しきい値以内であることを含む。この構成により、オペレータからの移行指示を必要とせず、垂直離着陸機１を安定して飛行させながら、低高度ホバリングモードから着陸モードへと自動的に移行させることができる。したがって、低高度ホバリングモードから着陸モードへの移行に際して、船舶５との間でデータのやり取りを行う必要がない。
[第三実施形態]
次に、第三実施形態にかかる垂直離着陸機１の自動着陸システム３００および着陸制御方法について説明する。図１４は、第三実施形態にかかる自動着陸システムを示す概略構成図である。第三実施形態にかかる自動着陸システム３００は、図１４に示すように、第二実施形態にかかる自動着陸システム２００の画像処理部３２に代えて画像処理部３２Ｂ、誘導演算部３４Ａに代えて誘導演算部３４Ｂを備える。自動着陸システム３００の他の構成は、自動着陸システム２００と同様であるため、説明を省略し、同じ構成要素には同じ符号を付す。また、画像処理部３２Ｂ、誘導演算部３４Ｂは、以下に説明する部分を除き、画像処理部３２、誘導演算部３４と同様の機能を有するため、同様の機能については説明を省略する。
また、第三実施形態において、船舶５は、第二実施形態と同様に、データ伝送装置８０および操作表示部９０を備える必要がない。なお、図１４においては、航法装置７０を省略しているが、これは、垂直離着陸機１と船舶５との間で航法装置７０により取得されるデータのやり取りを必要としないためである。また、第三実施形態において、船舶５は、マーカー７に接続された操作表示部９５を備えている。そして、第三実施形態において、マーカー７は、例えば液晶ディスプレイといった図示しない表示装置に表示され、そのマーカー形状が可変とされている。マーカー７は、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへの移行を指示するための形状、低高度ホバリングモードから着陸モードへの移行を指示するための形状を少なくとも含んでいる。
画像処理部３２Ｂは、カメラ１０で撮影された画像を画像処理することで、画像内のマーカー７の形状を特定し、特定した形状に基づいた指示を誘導演算部３４Ｂに出力する。具体的には、画像処理部３２Ｂは、マーカー７が高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへの移行を指示するための形状であると特定した場合、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへの移行指示を誘導演算部３４Ｂに出力する。また、画像処理部３２Ｂは、マーカー７が低高度ホバリングモードから着陸モードへの移行を指示するための形状であると特定した場合、低高度ホバリングモードから着陸モードへの移行指示を誘導演算部３４Ｂに出力する。
誘導演算部３４Ｂは、第二実施形態の誘導演算部３４Ａと同様の手法で相対速度を算出する。それにより、第二実施形態と同様に、船舶５から船体速度を取得することなく、相対速度を取得することができる。
次に、第三実施形態における着陸制御方法について説明する。第三実施形態において、誘導演算部３４Ｂは、第二実施形態と同様に、図４に示すフローチャートのステップＳ１からステップＳ３の処理を実行せず、他の手法により、カメラ１０の撮影範囲Ｂにマーカー７が捕捉される程度まで、垂直離着陸機１を船舶５すなわち着陸目標点２に接近させる。そして、誘導演算部３４Ｂは、カメラ１０の撮影範囲Ｂにマーカー７が捕捉される程度まで、垂直離着陸機１が船舶５すなわち着陸目標点２に十分に接近すると、図１０に示す画像相対位置演算処理のステップＳ１４と同様の処理により相対位置（Ｘ、Ｙ）を算出し、算出した相対位置（Ｘ、Ｙ）が第１しきい値以内となると、図４のステップＳ２（図７）およびステップＳ３（図８）の処理に替えて、図１５および図１６に示す処理を実行する。図１５は、第三実施形態における高高度ホバリングモードの処理手順の一例を示すフローチャートである。図１６は、第三実施形態における低高度ホバリングモードの処理手順の一例を示すフローチャートである。
図１５を参照しながら、第三実施形態における高高度ホバリングモードについて説明する。図１５のステップＳ４１ＢおよびステップＳ４２Ｂは、図８のステップＳ４１およびステップＳ４２と同様の処理であるため、説明を省略する。なお、第三実施形態においても、画像相対位置演算処理は、図１０に示す処理と同様である。
誘導演算部３４Ｂは、ステップＳ４３Ｂとして、ステップＳ４２Ｂで算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内であるか否か、および、マーカー７が低高度ホバリングモードへの移行を示す形状となっているか否かを判定する。マーカー７が低高度ホバリングモードへの移行を示す形状となっているか否かは、第一実施形態においてオペレータが低高度ホバリングモードボタンをオンすることに代えて設けられるものである。オペレータは、垂直離着陸機１が第１相対高度Δｈ１において安定して飛行できているか否かを目視で確認し、垂直離着陸機１が安定して飛行できている場合に、操作表示部９５により、マーカー７を低高度ホバリングモードへの移行を示す形状に変化させる。
誘導演算部３４Ｂは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が対応する第２しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ４３ＢでＮｏ）、ステップＳ４１Ｂ以降の処理を再び実行する。また、誘導演算部３４Ｂは、マーカー７が低高度ホバリングモードへの移行を示す形状となっていないと判定した場合（ステップＳ４３ＢでＮｏ）にも、ステップＳ４１Ｂ以降の処理を再び実行する。これにより、垂直離着陸機１は、第一実施形態と同様に、着陸目標点２に対する相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内となる位置にあり、かつ、第１相対高度Δｈ１が維持されるように、フィードバック制御によって飛行が制御される。
誘導演算部３４Ｂは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内であり、マーカー７が低高度ホバリングモードへの移行を示す形状となっていると判定した場合（ステップＳ４３ＢでＹｅｓ）、高高度ホバリングモードを終了し、低高度ホバリングモードへと移行する。第三実施形態において、ステップＳ４３Ｂは、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモードへと移行するための第１の条件が成立しているか否かを判定している。すなわち、第三実施形態において、第１の条件は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第２しきい値以内となる他、マーカー７が低高度ホバリングモードへの移行を示す形状となっていることを含む。
図１６を参照しながら、第三実施形態における低高度ホバリングモードについて説明する。図１６のステップＳ５１ＢおよびステップＳ５２Ｂは、第一実施形態における図８のステップＳ５１およびステップＳ５２と同様の処理であるため、説明を省略する。
誘導演算部３４Ｂは、ステップＳ５３Ｂとして、ステップＳ５２Ｂで算出された相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内であるか否か、および、マーカー７が着陸モードへの移行を示す形状となっているか否かを判定する。マーカー７が着陸モードへの移行を示す形状となっているか否かは、第一実施形態において、オペレータが着陸モードボタンをオンすることに代えて設けられるものである。オペレータは、垂直離着陸機１が第２相対高度Δｈ２において安定して飛行できているか否かを目視で確認し、垂直離着陸機１が安定して飛行できている場合に、操作表示部９５により、マーカー７を着陸モードへの移行を示す形状に変化させる。
誘導演算部３４Ｂは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が対応する第２しきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ５３ＢでＮｏ）、ステップＳ５１Ｂ以降の処理を再び実行する。また、誘導演算部３４Ｂは、マーカー７が着陸モードへの移行を示す形状となっていないと判定した場合（ステップＳ５３ＢでＮｏ）にも、ステップＳ５１Ｂ以降の処理を再び実行する。これにより、垂直離着陸機１は、第一実施形態と同様に、着陸目標点２に対する相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内となる位置にあり、かつ、第２相対高度Δｈ２が維持されるように、フィードバック制御によって飛行が制御される。
誘導演算部３４Ｂは、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内であり、マーカー７が着陸モードへの移行を示す形状となっていると判定した場合（ステップＳ５３ＢでＹｅｓ）、低高度ホバリングモードを終了し、着陸モードへと移行する。第三実施形態において、ステップＳ５３Ｂは、低高度ホバリングモードから着陸モードへと移行するための第２の条件（所定条件）が成立しているか否かを判定している。すなわち、第三実施形態において、第２の条件は、相対位置（Ｘ、Ｙ）が第３しきい値以内となる他、マーカー７が着陸モードへの移行を示す形状となっていることを含む。
（第三実施形態の作用効果）
以上説明したように、第三実施形態にかかる垂直離着陸機の自動着陸システム３００においても、相対位置（Ｘ、Ｙ）および相対速度の算出に際して、船舶５側とのデータ通信を行う必要がない。それにより、相対位置（Ｘ、Ｙ）および相対速度に基づいて垂直離着陸機１を制御するとき、データ通信を行う必要がないことから、システムを簡素化することができる。
また、第三実施形態において、マーカー７は、マーカー形状が可変であり、第１の条件および第２の条件は、マーカー形状がモード移行を示す形状であることを含む。この構成により、オペレータからのモード移行の指示をデータ通信により受信することなく、マーカー形状の変化に基づいて、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモード、低高度ホバリングモードから着陸モードへの移行を実行することができる。したがって、高高度ホバリングモードから低高度ホバリングモード、低高度ホバリングモードから着陸モードへの移行に際して、船舶５との間でデータのやり取りを行う必要がなく、通信せずにモード移行を指示することができ、例えば、電波封鎖環境下においてもモード移行を指示することができる。
なお、第一実施形態から第三実施形態では、着陸モードにおいて、相対高度Δｈが第３相対高度Δｈ３に到達すると、第３相対高度Δｈ３に到達したときの、垂直離着陸機１の姿勢角に関する制御量を保持したままとした。しかしながら、姿勢角のみではなく、相対位置（Ｘ、Ｙ）、相対方位、及び相対速度に関する制御量について、全てを保持した状態、全てを保持していない状態、または、一部を保持した状態で、垂直離着陸機１を着陸目標点２に着陸させるものとしてもよい。
１ 垂直離着陸機
２ 着陸目標点
５ 船舶
７ マーカー
１０ カメラ
２０、７０ 航法装置
２５ 高度センサ
３０ 制御部
３２，３２Ｂ 画像処理部
３４，３４Ａ，３４Ｂ 誘導演算部
３６ 飛行制御部
４０，８０ データ伝送装置
９０，９５ 操作表示部
１００，２００，３００ 自動着陸システム

Claims (12)

  1. 垂直離着陸機に搭載された撮影装置と、
    前記撮影装置で着陸目標点に設けられたマーカーを撮影した画像に画像処理を施し、前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対位置を取得する相対位置取得部と、
    前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対高度を取得する相対高度取得部と、
    前記相対位置がゼロになるように、前記垂直離着陸機を複数の制御モードで制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御モードは、ホバリングモードと、着陸モードとを含み、
    前記ホバリングモードは、前記相対位置が前記着陸目標点の圏内となる第１しきい値以内において実行され、前記垂直離着陸機の前記相対高度を所定相対高度まで降下させ、前記相対位置が前記第１しきい値よりも小さい所定しきい値以内であることを含む所定条件が成立すると前記着陸モードに移行し、
    前記着陸モードは、前記垂直離着陸機の前記相対高度をさらに降下させて前記着陸目標点に着陸させる
    垂直離着陸機の自動着陸システム。
  2. 前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対速度を取得する相対速度取得部をさらに備え、
    前記制御部は、前記相対速度が所定速度以内になるように、前記垂直離着陸機を複数の制御モードで制御する、
    請求項１に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  3. 前記着陸モードは、前記相対高度が予め定められた値以下になると、前記垂直離着陸機の姿勢角を変化させることなく、前記垂直離着陸機を降下させる、
    請求項１または２に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  4. 前記ホバリングモードは、高高度ホバリングモードと、低高度ホバリングモードとを含み、
    前記高高度ホバリングモードは、前記垂直離着陸機の前記相対高度を前記所定相対高度よりも高い第１相対高度で維持させ、前記相対位置が第２しきい値以内となることを含む第１の条件が成立すると、前記低高度ホバリングモードに移行し、
    前記低高度ホバリングモードは、前記垂直離着陸機の前記相対高度を前記所定相対高度まで降下させ、前記相対位置が前記所定しきい値以内となることを含む前記所定条件としての第２の条件が成立すると、前記着陸モードに移行する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  5. 前記第１の条件および前記第２の条件は、オペレータによりモード移行の指示がなされたことを含む、
    請求項４に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  6. 前記第１の条件は、前記垂直離着陸機の姿勢角の変化レート、および前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対速度が、対応する第１判定しきい値以内であることを含む、
    請求項４に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  7. 前記第２の条件は、前記垂直離着陸機の姿勢角、前記姿勢角の変化レート、前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対速度、前記着陸目標点の水平方向における角度および前記相対高度が、対応する第２判定しきい値以内であることを含む、
    請求項４または請求項６に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  8. 前記マーカーは、マーカー形状が可変であり、
    前記第１の条件および前記第２の条件は、前記マーカー形状がモード移行を示す形状であることを含む、
    請求項４に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  9. 前記垂直離着陸機の位置座標を取得する位置計測部と、
    前記垂直離着陸機と、前記着陸目標点が設けられた設備との間でデータをやり取りするデータ伝送装置と、
    前記位置計測部により取得された前記垂直離着陸機の位置座標と、前記データ伝送装置により取得した前記着陸目標点が設けられた設備の位置座標とに基づいて、前記位置計測部による前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対位置を算出する第２の相対位置取得部を備え、
    前記制御モードは、アプローチモードを含み、
    前記アプローチモードは、前記第２の相対位置取得部で取得された前記相対位置に基づいて前記垂直離着陸機を前記着陸目標点へ向けて飛行させ、前記相対位置取得部で取得された前記相対位置が前記第１しきい値以内となると前記ホバリングモードに移行する、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  10. 前記制御部は、前記ホバリングモードの実行中に、前記撮影装置により前記マーカーを連続して捕捉できない時間が所定時間以上となると、前記垂直離着陸機の高度を所定高度まで上昇させる非常モードに移行する、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の垂直離着陸機の自動着陸システム。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の垂直離着陸機の自動着陸システムを備えた垂直離着陸機。
  12. 垂直離着陸機に搭載された撮影装置で着陸目標点に設けられたマーカーを撮影した画像に画像処理を施し、前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対位置を取得し、
    前記垂直離着陸機と前記着陸目標点との相対高度を取得し、
    前記相対位置がゼロになるように、前記垂直離着陸機を複数の制御モードで制御し、
    前記制御モードは、ホバリングモードと、着陸モードとを含み、
    前記ホバリングモードは、前記相対位置が前記着陸目標点の圏内となる第１しきい値以内において実行され、前記垂直離着陸機の前記相対高度を所定相対高度まで降下させ、前記相対位置が前記第１しきい値よりも小さい所定しきい値以内であることを含む所定条件が成立すると前記着陸モードに移行し、
    前記着陸モードは、前記垂直離着陸機の前記相対高度をさらに降下させて前記着陸目標点に着陸させる
    垂直離着陸機の着陸制御方法。
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