JPH0663500U - 航空機の自動着陸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 航法装置２、機体姿勢角センサ７、高度計１
１、航法コンピュータ８、誘導制御コンピュータ１１、
画像センサ５、画像処理追尾装置３を備え、航法コンピ
ュータ８は、滑走路６まで遠い段階では航法装置２の出
力により機体位置を求め、画像センサ５で滑走路６が認
識されると、画像情報と航法装置２の出力とを用いて機
体位置を求めて誘導制御コンピュータ９と協動して機体
１を滑走路６へ誘導し、滑走路６近傍まで機体１が接近
すると、画像情報より機体位置を求めて誘導制御コンピ
ュータ９と協動して飛行を誘導し、接地寸前まで接近す
ると画像センサ５が認識した滑走路６の形状及びセンタ
ーライン６ａの情報に基づいて接地させ、接地後はこの
センターライン６ａに関する情報に基づいてセンターラ
イン６ａに沿って機体を走行させ停止させる。

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 Positioni ng 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、前記画像センサが認識した画像の光軸と前記 機体姿勢センサが検知した機体軸との相対的な角度と、滑走路に対する機体の方 位角、上下角、及び距離に関するデータを算出し、この算出したデータと、予め 記憶している滑走路の緯度、経度、高度、及び形状情報と、前記航空装置が出力 した位置情報とを用いて機体の位置情報を出力し、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、滑走路付近まで機体が接近すると、前記画像処 理追尾装置が出力した画像情報に用いて、滑走路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機体を滑走路の近傍 まで誘導し、滑走路に機体が接地する寸前まで接近すると、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形状及びセンターラインに関する 情報を与えられて、滑走路の目標接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機体を滑走路の目標接地点に 接地させ、目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】 ここで、前記画像センサは少なくとも２台設けられており、前記画像処理追尾 装置は前記画像センサが出力した画像信号を与えられて立体的画像情報を出力し 、前記航法コンピュータはこの立体的画像情報を与えられて滑走路に対する機体 の方位角、上下角、及び距離を算出してもよい。

【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、画像センサ及び画像処理追尾装置により 得られた画像情報と航法装置の出力とを用いて機体の位置情報を求めて誘導制御 コンピュータとともに飛行を誘導し、滑走路付近まで接近すると画像情報を用い て位置情報を求めて誘導制御コンピュータと協動して飛行を誘導し、滑走路に機 体が接地する寸前まで接近すると画像センサ及び画像処理追尾装置により得られ た滑走路の形状及び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滑走路に接地させ、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。そこで、画像処理追 尾装置３はこの立体画像に基づいて、目標とする滑走路６に対する機体１の方位 角、上下角、及び距離データを高い精度で求めることができる。

【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、ＧＳ Ｐ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１０２）、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、ＧＰＳ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ｌ G （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 (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   機体の位置情報を出力し、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、前
   記画像センサが認識した画像の光軸と前記機体姿勢セン
   サが検知した機体軸との相対的な角度と、滑走路に対す
   る機体の方位角、上下角、及び距離に関するデータを算
   出し、この算出したデータと、予め記憶している滑走路
   の緯度、経度、高度、及び形状情報と、 前記航空装置が出力した位置情報とを用いて機体の位置
   情報を出力し、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、 滑走路付近まで機体が接近すると、前記画像処理追尾装
   置が出力した画像情報に用いて、滑走路に対する機体の
   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機体を滑走路の近傍まで誘導し、 滑走路に機体が接地する寸前まで接近すると、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
   の形状及びセンターラインに関する画像情報を与えられ
   て、滑走路の目標接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
   動して機体を滑走路の目標接地点に接地させ、 目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
   インに関する画像情報を与えられて、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する航空機の自動着
   陸装置。
2. 【請求項２】前記画像センサは少なくとも２台設けられ
   ており、前記画像処理追尾装置は前記画像センサが出力
   した画像信号を与えられて立体的画像情報を出力し、前
   記航法コンピュータはこの立体的画像情報を与えられて
   滑走路に対する機体の方位角、上下角、及び距離を算出
   することを特徴とする請求項１記載の航空機の自動着陸
   装置。