JPH0527031A

JPH0527031A - 高度測定装置

Info

Publication number: JPH0527031A
Application number: JP3202554A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Haga; 美行芳賀; Hiroyuki Saito; 宏之斎藤
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】ヘリコプタに搭載されても騒音により影響さ
れず、また応答性に優れた高度測定装置を提供する。【構成】垂直加速度計１の出力１０１から地球重力１
０２及び第１の帰還信号１０８を減算器３で減じ、減算
器３の出力１０３を積分器４で時間積分して垂直速度１
０４を得る。垂直速度１０４から第２の帰還信号１０７
を減算器５で減じ、減算器５の出力１０５に積分器６で
時間積分を施し高度１０６を得る。高度１０６から超音
波高度測定装置１０の出力１１０を減算器９で減じ、誤
差１０９を得る。帰還回路７において誤差１０９を利得
Ｋ₁ で増幅し第１の帰還信号１０８を生成し、帰還回路
８において誤差１０９を利得Ｋ₂ で増幅して第２の帰還
信号１０７を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、飛翔体に搭載され該飛
翔体の高度を測定する装置に関し、特に無人ヘリコプタ
等の如く大きな騒音を自ら発生し、遠隔操縦される飛翔
体に適した高度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無人ヘリコプタの利用においては、対地
高度（以下、単に高度という）を一定に保持して飛行さ
せることが多い。無人ヘリコプタには、高度を一定に保
つために、高度を連続的に測定する高度測定装置と、気
流等の影響を受けて高度が変化した場合には元の高度に
自動的に復帰させる飛行制御装置とが搭載されている。

【０００３】図４は、従来から一般に知られている超音
波高度測定装置の構成を示すブロック図である。発振器
１１は超音波周波数帯の連続波の電気信号１１１を生成
する。ゲート１２は信号１１１をパルス的に短時間だけ
通過させてバースト信号１１２を生成する。増幅器１３
は、バースト信号１１２の電力を増大したバースト信号
１１３を生成する。スピーカ１４は、バースト信号１１
３を超音波１１４に変換し、地表５０に向けて放射す
る。マイク１５は、地表５０で反射された超音波１１４
を受け、電気信号に変換し、受信信号１１５を生成す
る。増幅器１６は、受信信号１１５の電力を増幅した受
信信号１１６を生成する。時間計測回路１７は、バース
ト信号１１２の入力から受信信号１１６の入力までの時
間Ｔを測り、その時間Ｔを表す時間信号１１７を出力す
る。距離演算回路１８は、時間信号１１７で表わされる
時間Ｔに所定の係数ｋを乗じて高度Ｈを計算し、高度Ｈ
を表す高度信号１１８を出力する。その係数ｋは、超音
波が大気中を伝搬する速度の２分の１である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５は、図４の超音波
高度測定装置を搭載する無人ヘリコプタによる高度測定
を示す概念図である。マイク１５には、スピーカ１４か
ら放射された超音波１１４の他に、メインブレード２
２、テールブレード２３及び機体２１から放射され地表
５０で反射された超音波（図に破線で示す）も入射す
る。

【０００５】このように、無人ヘリコプタに搭載される
と、超音波高度測定装置は雑音も受信してしまうから、
高度信号には雑音が混入する。この雑音はフィルタによ
り除くこともできる。しかし、無人ヘリコプタで高度保
持のために用いられる高度信号は機体２１の高度の変動
を遅れなく表す必要があるから、無人ヘリコプタ用の高
度測定装置で得られる高度信号の雑音をフィルタで除く
ことはできない。フィルタは、実際に機体２１の高度が
急激に変動して高度信号に現われる変動成分も雑音によ
り高度信号に現われる変動成分と同じく平滑してしまう
からである。

【０００６】以上に述べたように、超音波高度測定装置
には、高度を瞬時に測定できる、即ち応答性に優れてい
るという長所があるが、他方雑音の影響を受け易いとい
う欠点がある。そこで、本発明の目的は、応答性に優
れ、しかも雑音の影響を受け難い高度測定装置の提供に
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明が提供する手段は、飛翔体に搭載され、該飛
翔体の高度を測定する装置であって、前記飛翔体の垂直
方向加速度を測定する加速度計と、地球重力を記憶する
手段と、前記記憶手段に記載されている前記地球重力お
よび第１の帰還信号を前記加速度計の出力から減ずる第
１の減算器と、この第１の減算器の出力を時間に関して
積分する第１の積分器と、この第１の積分器の出力から
第２の帰還信号を減ずる第２の減算器と、この第２の減
算器の出力を時間に関して積分して高度信号を生成する
第２の積分器と、超音波高度測定装置から出力される高
度信号を前記第２の積分器から出力される高度信号から
減ずることにより両高度信号の差の信号を生成する第３
の減算器と、該差信号に１以下の利得を与えて前記第１
の帰還信号を生成する第１の帰還回路と、前記差信号に
１以下の利得を与えて前記第２の帰還信号を生成する第
２の帰還回路とを備えてなり、前記第２の積分器で生成
される高度信号で測定高度を表わすことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明では、垂直方向加速度を第１の積分器お
よび第２の積分器で順に時間積分することにより、垂直
方向加速度に２重の時間積分を施して得た高度と超音波
高度測定装置から得られる高度との差を生成し、この差
を垂直加速度および第１の積分器の出力に負帰還させて
いる。加速度計で測定される垂直方向加速度には地球重
力による加速度が常に含まれるから、記憶手段で地球重
力を予め記憶しておき、加速度計の出力から地球重力を
第１の減算器で減算している。第１の積分器は、その第
１の減算器の出力に時間積分を施すことにより垂直方向
の速度を求める。第２の積分器は、その速度を第２の減
算器を介して受け、時間に関して積分することにより、
垂直方向の距離、即ち高度を生成する。第２の積分器か
ら高度の情報を得るために垂直方向加速度に２重の時間
積分を施す過程ではその加速度に含まれる誤差も積分さ
れるから、垂直方向加速度を単に２重積分するだけでは
時間の経過とともに誤差成分が累積され、積分値は次第
に増大し発散する。

【０００９】積分値の発散を避けるために本発明では超
音波高度測定装置で得られる高度も併せて利用してい
る。超音波高度測定装置から出力される高度信号には雑
音も含まれるが、その雑音の時間幅は狭く、雑音のない
時間位置では実際の高度を正しく現わしている。そこ
で、第２の積分器の出力から超音波高度測定装置の出力
を減ずることにより、平均的には第２の積分器の出力に
おける誤差成分が得られる。第１及び第２の帰還回路
で、その誤差成分に１以下の利得を与え、第１及び第２
の減算器にそれぞれ帰還することにより、誤差成分が除
かれ、第２の積分器の出力には正しい高度が得られる。
超音波高度測定装置の出力に含まれる雑音成分は２重積
分の過程で平滑され、第２の積分器の出力である測定高
度には現われない。

【００１０】

【実施例】次に実施例を挙げ本発明を一層詳しく説明す
る。図１は本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。この実施例は、無人ヘリコプタに搭載され、垂直
加速度計１、地球重力記憶手段２、減算器３、積分器
４、減算器５、積分器６、帰還回路７，８、減算器９か
ら構成され、減算器９には超音波高度測定装置１０から
高度１１０が供給される。この高度１１０は図４におけ
る高度１１８に相当する。符号２〜９で示す要素は、個
別の電子回路でそれぞれ構成してもよいし、一般的なマ
イクロコンピュータで構成してもよい。

【００１１】垂直加速度計１は、搭載されている無人ヘ
リコプタの垂直方向の加速度を測定し、垂直加速度１０
１として出力する。垂直加速度計１は地球重力による加
速度も測定してしまうから、垂直加速度１０１にはオフ
セットとして、地球重力が常に含まれている。

【００１２】地球重力記憶手段２はその地球重力を予め
記憶している。減算器３は、垂直加速度１０１から、地
球重力記憶手段２から読み出した地球重力１０２及び第
１の帰還信号１０７を減じ、補正加速度１０３を生成す
る。積分器４は、補正加速度１０３を時間に関し積分
し、垂直速度１０４を生成する。減算器５は、垂直速度
１０４から第２の帰還信号１０８を減じ、補正垂直速度
１０５を生成する。積分器６は、補正垂直速度１０５を
時間に関し積分し、高度１０６を生成する。

【００１３】減算器９は高度１０６から高度１１０を減
じ、誤差１０９を生成する。帰還回路７は、誤差１０９
を利得Ｋ₁ で増幅し、第１の帰還信号１０７を生成す
る。帰還回路８は、誤差１０９を利得Ｋ₂ で増幅し、第
２の帰還信号１０８を生成する。利得Ｋ₁ 及びＫ₂ は１
以下の値であり、この実施例ではＫ₁ ＝０．１，Ｋ₂ ＝
０．５とした。

【００１４】図２は、超音波高度測定装置１０を除き、
利得Ｋ₁ 及びＫ₂ を共に０とし、搭載無人ヘリコプタを
離陸させ、ある時間一定高度を保持させた後に着陸させ
たときに図１の装置の各部で得られる入出力を示す図で
ある。積分器４の入力としては、垂直加速度計１の出力
１０１から地球重力１０２を減じた補正加速度がそのま
ま加えられる。この補正加速度には出力１０１における
誤差が含まれている。積分器４の出力は、誤差を含んだ
補正加速度に時間積分を施して得た速度である。積分器
６の出力には、誤差を含んだままの補正加速度に２重に
時間積分を施した結果としての高度が得られるが、その
高度は時間とともに増大し発散する。

【００１５】図３は、図１の実施例における各部の入出
力を示す図であり、図２と全く同様に搭載無人ヘリコプ
タを離陸させある時間一定高度を保持させた後に着陸さ
せたときの値を示している。超音波高度測定装置１０か
ら供給される高度１１０には雑音が相当に含まれてい
る。これら雑音の時間幅は狭い。積分器４の出力１０４
は、減算器３において第１の帰還信号１０７及び地球重
力１０２を垂直加速度１０１から減じた値を積分して得
られる垂直速度である。垂直速度は、離陸してから短い
時間では正の値であり、一定高度を保持している間は０
であり、着陸する前の短い時間では負の値である。積分
器６の出力である高度１０６は、無人ヘリコプタが離陸
してから短い時間に一定高度に達し、その後その高度を
しばらく保持した後に、短い時間に高度を下げ着陸した
ことを示している。

【００１６】図３に示されているように、図１の実施例
では、超音波高度測定装置１０の出力の高度１１０に相
当な雑音が含まれていても、積分器６から得られる高度
１０６は雑音を含まず、しかも高度１１０と同様に実際
の高度変化に直ちに追随している。したがって、図１の
実施例は、無人ヘリコプタに搭載されたとき、メインブ
レード２２等による騒音にもかかわらず、雑音を含まず
応答性に優れた高度１０６を出力する。この実施例を搭
載した無人ヘリコプタは、高度１０６を飛行制御装置に
供給し、高度１０６に応じて飛行高度を制御することに
より、気流の変化があっても高度を直ちに元に復帰でき
る。

【００１７】

【発明の効果】以上に実施例を挙げて詳しく説明したよ
うに、本発明によれば、応答性に優れ、しかも雑音の影
響を受け難い高度測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。

【図２】超音波高度測定装置１０を除き、利得Ｋ₁ 及び
Ｋ₂ を共に０としたときに、図１の装置の各部で得られ
る入出力の例を示す図。

【図３】図１の実施例における各部の入出力の例を示す
図。

【図４】超音波高度測定装置の構成を示す図。

【図５】図４の超音波高度測定装置を搭載する無人ヘリ
コプタによる高度測定を示す概念図。

【符号の説明】

１垂直加速度計２地球重力記憶手段３，５，９減算器４，６積分器７，８帰還回路１０超音波高度測定装置

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】飛翔体に搭載され、該飛翔体の高度を測
定する装置において、前記飛翔体の垂直方向加速度を測定する加速度計と、地
球重力を記憶する手段と、前記記憶手段に記載されてい
る前記地球重力および第１の帰還信号を前記加速度計の
出力から減ずる第１の減算器と、この第１の減算器の出
力を時間に関して積分する第１の積分器と、この第１の
積分器の出力から第２の帰還信号を減ずる第２の減算器
と、この第２の減算器の出力を時間に関して積分して高
度信号を生成する第２の積分器と、超音波高度測定装置
から出力される高度信号を前記第２の積分器から出力さ
れる高度信号から減ずることにより両高度信号の差の信
号を生成する第３の減算器と、該差信号に１以下の利得
を与えて前記第１の帰還信号を生成する第１の帰還回路
と、前記差信号に１以下の利得を与えて前記第２の帰還
信号を生成する第２の帰還回路とを備えてなり、前記第２の積分器で生成される高度信号で測定高度を表
わすことを特徴とする高度測定装置。