WO2011151893A1 - 経路探索装置 - Google Patents

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WO2011151893A1
WO2011151893A1 PCT/JP2010/059262 JP2010059262W WO2011151893A1 WO 2011151893 A1 WO2011151893 A1 WO 2011151893A1 JP 2010059262 W JP2010059262 W JP 2010059262W WO 2011151893 A1 WO2011151893 A1 WO 2011151893A1
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surplus
maximum
resistance force
information
range
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PCT/JP2010/059262
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English (en)
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Inventor
建 深川
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トヨタ自動車株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/003—Flight plan management
    • G08G5/0034—Assembly of a flight plan
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/24—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation

Definitions

  • the present invention relates to a route search device that searches for a route of a flying object.
  • JP-A-2006-139460 has been known as a technical document relating to such a field.
  • This publication discloses a turning path generation device that generates a turning path of an aircraft based on wind information at the current position of the aircraft.
  • the above-described conventional apparatus has a problem in that it cannot properly cope with the wind at the future position of the aircraft. For this reason, it has been difficult to generate a highly secure route that can cope with sudden winds that cannot be predicted from wind information at the current position.
  • the present invention predicts the maximum resistance force applied to the flying object in the flight airspace, and searches for the path of the flying object based on the surplus flight capacity calculated from the maximum resistance force, thereby providing a highly safe route.
  • An object of the present invention is to provide a route search device capable of searching for a route.
  • the present invention is a route search device for searching for a route of a flying object, a disturbance information acquisition unit for acquiring disturbance information, and a flight capability information acquisition unit for acquiring flight capability information of a flying object.
  • a maximum resistance force prediction unit that calculates the maximum resistance force applied to the aircraft based on the disturbance information acquired by the disturbance information acquisition unit, and the flight capability information and maximum resistance force prediction unit acquired by the flight capability information acquisition unit. Based on the predicted maximum resistance force, a surplus flight capability calculation unit that calculates the surplus flight capability of the aircraft, and a route search that searches for the path of the aircraft based on the surplus flight capability calculated by the surplus flight capability calculation unit And a unit.
  • the maximum resistance force applied to the flying object by a wind or the like in a predetermined flight airspace is predicted based on the disturbance information, and the maximum resistance force and the flying ability information of the flying object are used. Based on this, it is possible to calculate the surplus flight capability of the flying object.
  • the surplus flight capability is a surplus flight capability that limits the capability of the aircraft to ensure in order to counter the maximum resistance force from the flight capability of the aircraft. Therefore, according to this route search device, it is possible to search for a highly safe route that can cope with almost all winds generated in the flight airspace by searching for a route based on the calculated surplus flight capability.
  • the disturbance information acquisition unit preferably uses wind information as the disturbance information.
  • the route search device of the present invention it is possible to realize a highly reliable prediction of the maximum resistance force by using, as the disturbance information, wind information that is a disturbance that has the greatest influence on the flight of the flying object.
  • the maximum resistance force prediction unit predicts the maximum longitudinal resistance force applied in the front-rear direction of the aircraft based on the disturbance information
  • the surplus flight capability calculation unit calculates the maximum front-rear resistance force and the flight. It is preferable to calculate the surplus propulsive force range of the flying object based on the capability information.
  • the route search device of the present invention based on the maximum longitudinal resistance force applied in the front-rear direction of the flying object and the flight capability information, the operating range of the propulsive force of the flying object is secured to counter the maximum longitudinal resistance force. It is possible to calculate the surplus propulsive force range in which the power range is limited as the surplus flight capability. Therefore, according to this route search device, it is possible to search for a route that can cope with almost all disturbances received by the flying object in the front-rear direction by searching for the route based on the surplus propulsive force range.
  • the maximum resistance force prediction unit predicts the maximum left / right resistance force applied in the left / right direction of the aircraft based on the disturbance information
  • the surplus flight capability calculation unit includes the left / right resistance force and the flight capability. It is preferable to calculate the surplus bank angle range of the flying object based on the information.
  • the route search device of the present invention based on the maximum right / left resistance force and the flight capability information applied in the left / right direction of the flying object, it is ensured to counter the maximum left / right resistance force from the operating range of the bank angle of the flying object.
  • the surplus bank angle range in which the power range is limited can be calculated as the surplus flight capability. Therefore, according to this route search device, by searching for a route based on the surplus bank angle range, it is possible to search for a highly safe route that can cope with almost all disturbances received by the flying object in the left-right direction. .
  • the maximum resistance force prediction unit predicts the vertical resistance force applied in the vertical direction of the flying object based on the disturbance information
  • the surplus flight capacity calculation unit calculates the maximum vertical resistance force and the flight. It is preferable to calculate the surplus angle of attack range of the flying object based on the capability information.
  • the route search device of the present invention based on the maximum vertical resistance force and flight capability information applied in the vertical direction of the flying object, it is ensured to counter the maximum vertical resistance force from the operating range of the attack angle of the flying object. It is possible to calculate the surplus angle of attack range in which the power range is limited as the surplus flight capability. Therefore, according to this route search device, by searching for a route based on the surplus angle of attack range, it is possible to search for a highly safe route that can handle almost all disturbances received by the flying object in the vertical direction. .
  • a highly secure route can be searched.
  • a route search apparatus 1 is provided in an airplane A and searches for the route of the airplane A.
  • the route search device 1 includes an arithmetic device 2 that performs overall control of the airplane A.
  • the computing device 2 is electrically connected to a GPS [Global Positioning System] receiving unit 3, an inertial navigation device 4, a terrain information database 5, a wind information database 6, a body information database 7, and a steering support device 8.
  • the GPS receiver 3 detects the current position of the airplane A by receiving signals from a plurality of GPS satellites.
  • the GPS receiver 3 transmits the detected current position information of the airplane A to the arithmetic device 2.
  • the inertial navigation device 4 detects the speed, acceleration, traveling direction, and the like of the airplane A.
  • the inertial navigation device 4 includes a gyroscope, an accelerometer, and the like.
  • the inertial navigation device 4 transmits traveling direction information such as the detected traveling direction to the arithmetic device 2.
  • the terrain information database 5 is a database that stores terrain information related to terrain.
  • the terrain information includes information on obstacles such as buildings.
  • the terrain information database 5 transmits the terrain information to the arithmetic device 2 in response to a request from the arithmetic device 2.
  • the wind information database 6 is a database that stores information about wind.
  • the wind information database 6 stores wind information for each flight airspace divided in advance.
  • the wind information is used as disturbance information regarding a disturbance that affects the flight of the airplane A.
  • the wind information includes wind direction information and maximum wind speed information of winds generated in the past in the flight airspace.
  • the wind information is generated by statistically collecting observation information obtained from, for example, a wind observation sensor provided on an airplane or a wind observation device installed on the ground.
  • the wind information database 6 transmits wind information to the computing device 2 in response to a request from the computing device 2.
  • the aircraft information database 7 is a database that stores aircraft A aircraft information.
  • the airframe information includes aerodynamic characteristic information of the airplane A.
  • the aerodynamic characteristic information is information for specifying the resistance force generated in the airplane A from the wind direction and the wind speed with respect to the airplane A.
  • the aerodynamic characteristic information includes information such as a resistance coefficient, a lift coefficient, and a lateral force coefficient regarding the airplane A.
  • the airframe information includes the flight capability information of the airplane A.
  • the flight capability information is information related to the flight capability of the airplane A.
  • the flight capability information includes information related to the operating range of the propulsive force of the airplane A that is set in advance based on the aircraft performance. Further, the flight capability information includes information regarding the operation range of the bank angle, lift force, angle of attack, side force, and sideslip angle of the airplane A.
  • the steering support device 8 is a device that supports the pilot of the airplane A.
  • the steering support device 8 includes a steering surface actuator for controlling a steering surface such as an HMI [Human Machine Interface] that transmits various types of information to the operator, for example, by video or voice, or an elevator or a ladder.
  • a steering surface actuator for controlling a steering surface such as an HMI [Human Machine Interface] that transmits various types of information to the operator, for example, by video or voice, or an elevator or a ladder.
  • the steering support device 8 executes steering support such as information transmission to the operator and flight control.
  • the computing device 2 includes a terrain information acquisition unit 11, a wind information acquisition unit 12, an aerodynamic characteristic information acquisition unit 13, and a maximum resistance force prediction unit 14.
  • the computing device 2 includes a flight capability information acquisition unit 15, a surplus flight capability calculation unit 16, and a route search unit 17.
  • the terrain information acquisition unit 11 acquires the current position information and traveling direction information of the airplane A based on transmissions from the GPS reception unit 3 and the inertial navigation device 4.
  • the terrain information acquisition unit 11 requests the terrain information database 5 for terrain information around the current position of the airplane A based on the acquired current position information and traveling direction information of the airplane A.
  • the terrain information acquisition unit 11 acquires terrain information around the airplane A by transmission from the terrain information database 5.
  • the wind information acquisition unit 12 When the terrain information acquisition unit 11 acquires the terrain information, the wind information acquisition unit 12 requests the wind information database 6 for the wind information of the flight airspace corresponding to the terrain information.
  • the wind information acquisition unit 12 acquires wind information as disturbance information of the flight airspace by transmission from the wind information database 6.
  • the wind information acquisition unit 12 functions as a disturbance information acquisition unit described in the claims.
  • the aerodynamic characteristic information acquisition unit 13 requests the aircraft information database 7 for aerodynamic characteristic information of the airplane A when the wind information acquisition unit 12 acquires the wind information.
  • the aerodynamic characteristic information acquisition unit 13 acquires aerodynamic characteristic information of the airplane A by transmission from the airframe information database 7.
  • the maximum resistance force prediction unit 14 is applied to the airplane A by wind in the flight airspace based on the wind information of the flight airspace acquired by the wind information acquisition unit 12 and the aerodynamic characteristic information acquired by the aerodynamic characteristic information acquisition unit 13. Predict the maximum resistance, which is the maximum resistance.
  • the maximum resistance force is classified into a maximum longitudinal resistance force applied in the longitudinal direction of the airplane A, a maximum lateral resistance force applied in the lateral direction of the airplane A, and a maximum vertical resistance force applied in the vertical direction of the airplane A. Further, the maximum longitudinal resistance force is classified into a maximum forward resistance force and a maximum backward resistance force. Similarly, the maximum left / right resistance force is classified into a maximum left direction resistance force and a maximum right direction resistance force.
  • the maximum vertical resistance is classified into a maximum upward resistance and a maximum downward resistance.
  • the maximum resistance force prediction unit 14 predicts the maximum resistance force based on, for example, the maximum wind speed information included in the wind information and the aerodynamic characteristics of the airplane A. Specifically, the maximum resistance force prediction unit 14 maximizes the resistance force applied to the airplane A when the wind of the maximum wind speed blows from the front direction of the airplane A based on the maximum wind speed information and the aerodynamic characteristics of the airplane A. Predicted as forward resistance. Similarly, the maximum resistance prediction unit 14 predicts the maximum rearward resistance, the maximum leftward resistance, the maximum rightward resistance, the maximum upward resistance, and the maximum downward resistance. In this case, the maximum resistance force prediction unit 14 does not need information on the direction of the wind generated in the flight airspace when the maximum resistance force is predicted.
  • the maximum resistance prediction unit 14 functions as a maximum resistance prediction unit described in the claims.
  • the flight capability information acquisition unit 15 requests the aircraft information database 7 for the flight capability information of the airplane A when the maximum resistance prediction unit 14 predicts the maximum resistance.
  • the flight capability information acquisition unit 15 acquires the flight capability information of the airplane A by transmission from the airframe information database 7.
  • the flight capability information acquisition unit 15 functions as a flight capability information acquisition unit described in the claims.
  • the surplus flight capability calculation unit 16 calculates the surplus flight capability of the airplane A based on the maximum resistance predicted by the maximum resistance prediction unit 14 and the flight capability information acquired by the flight capability information acquisition unit 15.
  • the surplus flight capability is a surplus flight capability that limits the capability that the plane A must secure in order to counter the maximum resistance force from the flight capability of the plane A.
  • the airplane A flying within this surplus flight capacity can counter the maximum resistance force in the flight airspace regardless of the wind direction.
  • the surplus flight capability includes a surplus propulsion force range, a surplus bank angle range, a surplus lift force range, a surplus attack angle range, a surplus lateral force range, and a surplus skid angle range.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the surplus propulsion force range.
  • the surplus propulsion force range is a surplus range in which the range to be secured for the plane A to oppose the maximum longitudinal resistance force is limited from the operating range of the propulsion force of the plane A.
  • an arrow P1 indicates the operating range of the propulsive force of the airplane A.
  • An arrow P2 indicates the surplus propulsive force range of the airplane A.
  • the arrow RF indicates the maximum forward resistance that can be applied to the airplane A by the wind.
  • Arrow RB indicates the maximum backward drag that can be applied to airplane A by the wind.
  • the surplus propulsive force range P2 is expressed as a range obtained by subtracting the maximum forward resistance force RF and the maximum rearward resistance force RB from the operation range P1 of the airplane A propulsion force.
  • the airplane A flying in the surplus propulsive force range P2 can maintain a path for almost all winds generated in the flying airspace in the front-rear direction.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the surplus bank angle range.
  • the surplus bank angle range is a surplus range in which the range to be secured for the plane A to oppose the maximum left / right resistance force from the operating range of the bank angle of the plane A is limited.
  • an arrow W1 indicates the operating range of the bank angle of the airplane A.
  • This bank angle operating range W1 is the operating range at the maximum lift. Note that the maximum lift in this case is determined according to the operating range of the angle of attack set by the operator.
  • An arrow W2 indicates the surplus bank angle range of the airplane A.
  • Arrow RR indicates the maximum rightward drag that can be applied to airplane A by the wind.
  • Arrow RL indicates the maximum leftward drag that can be applied to airplane A by the wind.
  • the surplus bank angle range W2 is a range obtained by subtracting a range corresponding to the maximum rightward resistance force RR and a range corresponding to the maximum leftward resistance force RL from the bank angle operation range W1 of the airplane A.
  • the range corresponding to the maximum rightward resistance force RR is the bank angle range that the airplane A should secure in order to counter the maximum rightward resistance force RR.
  • the range corresponding to the maximum rightward resistance force RR is based on the bank angle operation range W1, the magnitude of the maximum rightward resistance force RR, and the maximum bank angle W1max in the operation range W1 as shown in FIG. It can be obtained from the relationship.
  • the airplane A flying in the surplus bank angle range W2 can maintain a path for almost all winds generated in the flying airspace in the left-right direction.
  • an arrow L ⁇ b> 1 indicates the operating range of lift among the flight capabilities of the airplane A.
  • Arrow L2 indicates the surplus lift range of airplane A.
  • the surplus lift range is a surplus range in which the range to be secured for the plane A to oppose the maximum vertical drag force is limited from the range of lift operation of the plane A.
  • Arrow RT indicates the maximum upward resistance that can be applied to airplane A by the wind.
  • Arrow RU indicates the maximum downward drag that may be applied to airplane A by the wind.
  • the surplus lift range L2 is expressed as a range obtained by subtracting the maximum upward resistance force RT and the maximum downward resistance force RU from the lift operating range L1 of the airplane A.
  • the airplane A flying in the surplus lift range L2 can maintain a path for almost all winds generated in the flying airspace in the vertical direction.
  • the flight of the airplane A in the surplus lift range L2 is realized by controlling the angle of attack of the airplane A.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the surplus angle of attack range.
  • the surplus angle-of-attack range is a surplus range in which the range to be secured for the plane A to oppose the maximum vertical resistance force is limited from the operating range of the angle-of-attack of the plane A.
  • FIG. 4 shows a graph N representing the relationship between lift and angle of attack.
  • the vertical axis representing the graph N is lift, and the horizontal axis is the angle of attack.
  • an arrow G ⁇ b> 1 indicates an operating range of the angle of attack among the flight capabilities of the airplane A.
  • An arrow G2 indicates the surplus angle of attack range of the airplane A.
  • the surplus attack angle range G2 is a range obtained by subtracting a range corresponding to the maximum upward resistance force RT and a range corresponding to the maximum downward resistance force RU from the operation angle G1 of the attack angle of the airplane A.
  • the range corresponding to the maximum upward resistance force RT is obtained from the correspondence relationship between the graph N shown in FIG. 4 and the maximum upward resistance force RT. The same applies to the range corresponding to the maximum downward resistance force RU.
  • the airplane A flying in the surplus angle of attack range G2 can realize flight in the surplus lift range L2. That is, the airplane A flying in the surplus angle of attack range G2 can maintain a path for almost all winds generated in the flying airspace in the vertical direction.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the surplus lateral force range of airplane A.
  • the surplus lateral force range is a surplus range in which the range to be secured for the plane A to oppose the maximum lateral resistance force and the maximum longitudinal resistance force from the lateral force operation range of the plane A is limited.
  • the arrow V indicates the velocity vector of the airplane A.
  • An arrow J indicates the side slip angle of the airplane A.
  • An arrow K1 indicates the operating range of the lateral force at the side slip angle J among the flight capabilities of the airplane A.
  • An arrow K2 indicates the surplus lateral force range of the airplane A at the side slip angle J.
  • An arrow RJ indicates the resistance force when the maximum forward resistance force and the maximum leftward resistance force are simultaneously applied to the airplane A that skids at the side slip angle J.
  • the surplus lateral force range K2 is expressed as a range obtained by subtracting the resistance RJ from the operating range K1 of the attack angle of the airplane A.
  • the airplane A flying in the surplus lateral force range K2 skids at the side slip angle J, it becomes possible to maintain a path for almost all winds generated in the flying airspace in the forward direction and the left direction.
  • a surplus lateral force range corresponding to each direction is also obtained.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a surplus skid angle range.
  • the surplus skid angle range is a surplus range in which the range to be secured for the airplane A to oppose the maximum lateral resistance force and the maximum vertical resistance force from the operational range of the sideslip angle of the airplane A is limited.
  • FIG. 6 shows a graph M representing the relationship between the lateral force and the skid angle.
  • the vertical axis representing the graph M is the lateral force, and the horizontal axis is the side slip angle.
  • an arrow J ⁇ b> 1 indicates the operating range of the skid angle of the flight ability of the airplane A.
  • An arrow J2 indicates a surplus skid angle range of the airplane A.
  • the surplus skid angle range J2 is a range obtained by subtracting the range corresponding to the maximum leftward resistance force RL and the range corresponding to the maximum downward resistance force RU from the operational range J1 of the sideslip angle of the airplane A.
  • the range corresponding to the maximum leftward resistance force RL is obtained by making the maximum leftward resistance force RL correspond to the graph M as a lateral force component. The same applies to the range corresponding to the maximum downward resistance force RU.
  • the airplane A flying in the surplus skid angle range J2 can maintain a path for almost all winds generated in the flying airspace in the left direction and the downward direction. Similarly, a surplus lateral force range corresponding to each direction is also obtained.
  • the surplus flight capability calculation unit 16 calculates a surplus propulsion force range, a surplus bank angle range, a surplus lift force range, a surplus attack angle range, a surplus lateral force range, and a surplus skid angle range as surplus flight capabilities.
  • the surplus flight capability calculation unit 16 calculates the surplus flight capability with allowances. This is to return the airplane A that has temporarily deviated from the route due to a sudden change in the wind.
  • the margin is appropriately set based on various conditions such as the flight capability of the airplane A and the magnitude of the maximum resistance force.
  • the surplus flight capability calculation unit 16 functions as a surplus flight capability calculation unit described in the claims.
  • the route search unit 17 When the surplus flight capability calculation unit 16 calculates the surplus flight capability of the airplane A, the route search unit 17 performs a route search for the plane A based on the surplus flight capability and the topographic information acquired by the topography information acquisition unit 11. .
  • the route search unit 17 searches for a route in which the airplane A can fly within the surplus flight capability.
  • the route search unit 17 performs route search with a higher degree of freedom as the surplus flight capability increases.
  • the route search unit 17 transmits route information related to the searched route to the steering support device 8.
  • the route search unit 17 functions as a route search unit described in the claims.
  • the terrain information acquisition unit 11 of the route search device 1 is based on the terrain information database 5 based on the position information and the traveling direction information of the airplane A transmitted from the GPS receiver 3 and the inertial navigation device 4.
  • the terrain information acquisition process for acquiring the terrain information around the airplane A is performed (S1).
  • the wind information acquisition unit 12 performs a wind information acquisition process of acquiring, from the wind information database 6, wind information of the flying airspace corresponding to the terrain information acquired by the terrain information acquisition unit 11 (S2).
  • the aerodynamic characteristic information acquisition part 13 performs the aerodynamic characteristic information acquisition process which acquires the aerodynamic characteristic information of the airplane A by transmission from the body information database 7 (S3).
  • the maximum resistance force prediction unit 14 calculates the maximum resistance force of the flight airspace based on the wind information of the flight airspace acquired by the wind information acquisition unit 12 and the aerodynamic characteristic information acquired by the aerodynamic characteristic information acquisition unit 13. A predicted maximum resistance force prediction process is performed (S4).
  • the flight capability information acquisition unit 15 performs a flight capability information acquisition process for acquiring the flight capability information of the airplane A by transmission from the airframe information database 7 (S5). .
  • the surplus flight capability calculation unit 16 calculates the surplus flight capability of the airplane A based on the maximum resistance force predicted by the maximum resistance prediction unit 14 and the flight capability information acquired by the flight capability information acquisition unit 15.
  • a surplus flight capability process is performed (S6).
  • the route search unit 17 performs route search processing for searching for the route of the airplane A based on the surplus flight capability calculated by the surplus flight capability calculation unit 16 and the terrain information acquired by the terrain information acquisition unit 11 (S7). ).
  • the route search unit 17 transmits route information related to the searched route to the steering support device 8.
  • the steering assistance device 8 performs steering assistance processing according to the route information such as transmission of route information to the pilot (S8).
  • the maximum resistance force applied to the airplane A by the wind in a predetermined flight airspace is predicted based on the wind information, and the maximum resistance force and the flight ability information of the airplane A
  • the surplus flight capacity of the airplane A can be calculated based on the above. Therefore, according to this route search device 1, by searching for a route based on the calculated surplus flight capability, it is possible to search for a highly safe route that can cope with almost all winds generated in the flight airspace. .
  • the route search device 1 the maximum longitudinal resistance force is countered from the operating range of the propulsive force of the airplane A based on the maximum longitudinal resistance force and the flight capability information applied in the longitudinal direction of the airplane A. Therefore, it is possible to calculate the surplus propulsive force range in which the range to be secured is limited. Therefore, according to the route search device 1, it is possible to search for routes that can handle almost all winds received by the airplane A in the front-rear direction based on the surplus propulsive force range.
  • the route search device 1 based on the maximum right / left resistance force and the flight capability information applied to the left / right direction of the airplane A, it is secured to counter the maximum left / right resistance force from the operating range of the bank angle of the airplane A. It is possible to calculate a surplus bank angle range in which the power range is limited. Therefore, according to this route search device 1, it is possible to search for a highly safe route that can handle almost all winds received by the airplane A in the left-right direction based on the surplus bank angle range.
  • this route search device 1 based on the maximum vertical resistance force applied in the vertical direction of the airplane A and the flight capability information, it is ensured to counter the maximum vertical resistance force from the operating range of the angle of attack of the airplane A. It becomes possible to calculate the surplus angle of attack range in which the power range is limited. Therefore, according to this route search device 1, it is possible to search for a highly secure route that can handle almost all winds received by the airplane A in the vertical direction based on the surplus angle of attack range.
  • the route search device 1 the maximum lateral resistance force and the maximum vertical resistance force are countered from the operating range of the sideslip angle of the airplane A based on the maximum lateral resistance force, the maximum vertical resistance force, and the flight capability information. Therefore, it is possible to calculate the surplus skid angle range in which the range to be secured is limited. Therefore, according to this route search device 1, it is possible to search for a highly safe route that can deal with almost all winds received by the airplane A in the left-right direction and the up-down direction based on the excess skid angle range.
  • the maximum resistance force can be predicted from the maximum wind speed information of the flight airspace and the aerodynamic characteristic information of the airplane A, so that it is not necessary to use the wind direction information in the flight airspace. For this reason, even in a flight air region where the wind direction is uncertain, it is possible to calculate the surplus flight capacity by appropriately predicting the maximum resistance force, and it is possible to search for a highly safe route.
  • the route search device 1 it is possible to predict the maximum resistance force with high reliability by using, as the disturbance information, wind information that is the disturbance that most affects the flight of the airplane A.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the present invention can be applied to a flying object other than an airplane.
  • the route search device 1 according to the present invention uses the current weather information, current wind information, and the like in addition to the statistical wind information of the flight airspace, so that the maximum resistance force received in the flight airspace more accurately. It is also possible to predict this.
  • the route search device 1 can use various information such as the wind direction information of the flying air space and the wind information of the current position detected by the onboard sensor.
  • the route search device 1 can perform a wide route search by increasing the calculated surplus flight capability by reducing the predicted maximum wind speed.
  • the route search apparatus 1 does not necessarily need to control all items such as the bank angle and the skid angle, and may have any configuration that can cope with wind in the vertical direction, the front-rear direction, and the left-right direction.
  • the route search apparatus 1 does not limit the operating range of the bank angle as a response to the wind in the left-right direction, but implements the response to the wind in the left-right direction and the up-down direction by limiting the operating range of the angle of attack. There may be.
  • the route search device 1 does not necessarily need to limit the operating range of the lateral force and the side slip angle.
  • the route search device 1 does not necessarily have to be provided in the flying object.
  • it may be provided in an information center on the ground.
  • the information center searches for a route based on the position information wirelessly transmitted from the flying object, the flying airspace of the flying object, and the flying performance of the flying object.
  • the information center transmits information on the searched route to the flying object.
  • the disturbance information is not limited to wind information, and may include information such as rain and sand.
  • the present invention can be used for a route search device that searches for a route of a flying object.

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Abstract

　本発明は、飛行体の経路を探索する経路探索装置（１）であって、外乱情報としての風情報を取得する風情報取得部（１２）と、飛行体の飛行能力情報を取得する飛行能力情報取得部（１４）と、風情報取得部（１２）の取得した風情報に基づいて、飛行体に加わる最大抵抗力を算出する最大抵抗力予測部（１５）と、飛行能力情報取得部（１４）の取得した飛行能力情報と最大抵抗力予測部（１５）の予測した最大抵抗力とに基づいて、飛行体の余剰飛行能力を算出する余剰飛行能力算出部（１６）と、余剰飛行能力算出部（１６）の算出した余剰飛行能力に基づいて、飛行体の経路を探索する経路探索部（１７）と、を備える。

Description

経路探索装置
　本発明は、飛行体の経路を探索する経路探索装置に関する。
　従来、このような分野に係る技術文献として、特開２００６－１３９４６０号公報が知られている。この公報には、航空機の現在位置における風情報に基づいて、航空機の旋回経路を生成する旋回経路生成装置が開示されている。
特開２００６－１３９４６０号公報
　しかしながら、前述した従来の装置においては、航空機の将来の位置における風について適切に対応できていないという課題があった。このため、現在位置における風情報からでは予測できない突発的な風にも対応可能な安全性の高い経路を生成することは難しかった。
　そこで、本発明は、飛行空域内で飛行体に加わる最大抵抗力を予測し、この最大抵抗力から算出された余剰飛行能力に基づいて飛行体の経路を探索することで、安全性の高い経路を探索することができる経路探索装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明は、飛行体の経路を探索する経路探索装置であって、外乱情報を取得する外乱情報取得ユニットと、飛行体の飛行能力情報を取得する飛行能力情報取得ユニットと、外乱情報取得ユニットの取得した外乱情報に基づいて、飛行体に加わる最大抵抗力を算出する最大抵抗力予測ユニットと、飛行能力情報取得ユニットの取得した飛行能力情報と最大抵抗力予測ユニットの予測した最大抵抗力とに基づいて、飛行体の余剰飛行能力を算出する余剰飛行能力算出ユニットと、余剰飛行能力算出ユニットの算出した余剰飛行能力に基づいて、飛行体の経路を探索する経路探索ユニットと、を備えることを特徴とする。
　本発明に係る経路探索装置によれば、外乱情報に基づいて所定の飛行空域内で風などにより飛行体に加えられる最大抵抗力を予測し、この最大抵抗力と飛行体の飛行能力情報とに基づいて飛行体の余剰飛行能力を算出することができる。余剰飛行能力とは、飛行体の飛行能力から飛行体が最大抵抗力に対抗するために確保すべき能力を制限した余剰の飛行能力である。従って、この経路探索装置によれば、算出した余剰飛行能力に基づいて経路を探索することで、飛行空域内で生じるほぼ全ての風に対応可能な安全性の高い経路を探索することができる。
　本発明に係る経路探索装置においては、外乱情報取得ユニットは、外乱情報として風情報を用いることが好ましい。本発明に係る経路探索装置によれば、飛行体の飛行に最も影響を与える外乱である風の情報を外乱情報として用いることで、信頼性の高い最大抵抗力の予測を実現できる。
　本発明に係る経路探索装置においては、最大抵抗力予測ユニットは、外乱情報に基づいて飛行体の前後方向に加わる最大前後抵抗力を予測し、余剰飛行能力算出ユニットは、最大前後抵抗力及び飛行能力情報に基づいて飛行体の余剰推進力範囲を算出することが好ましい。
　本発明に係る経路探索装置によれば、飛行体の前後方向に加わる最大前後抵抗力及び飛行能力情報に基づいて、飛行体の推進力の運用範囲から最大前後抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰推進力範囲を余剰飛行能力として算出することが可能になる。従って、この経路探索装置によれば、余剰推進力範囲に基づいて経路を探索することで、前後方向で飛行体が受けるほぼ全ての外乱に対応可能な経路を探索が可能になる。
　本発明に係る経路探索装置においては、最大抵抗力予測ユニットは、外乱情報に基づいて飛行体の左右方向に加わる最大左右抵抗力を予測し、余剰飛行能力算出ユニットは、左右抵抗力及び飛行能力情報に基づいて飛行体の余剰バンク角範囲を算出することが好ましい。
　本発明に係る経路探索装置によれば、飛行体の左右方向に加わる最大左右抵抗力及び飛行能力情報に基づいて、飛行体のバンク角の運用範囲から最大左右抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰バンク角範囲を余剰飛行能力として算出することが可能になる。従って、この経路探索装置によれば、余剰バンク角範囲に基づいて経路を探索することで、左右方向で飛行体が受けるほぼ全ての外乱に対応可能な安全性の高い経路を探索することができる。
　本発明に係る経路探索装置においては、最大抵抗力予測ユニットは、外乱情報に基づいて、飛行体の上下方向に加わる上下抵抗力を予測し、余剰飛行能力算出ユニットは、最大上下抵抗力及び飛行能力情報に基づいて、飛行体の余剰迎角範囲を算出することが好ましい。
　本発明に係る経路探索装置によれば、飛行体の上下方向に加わる最大上下抵抗力及び飛行能力情報に基づいて、飛行体の迎角の運用範囲から最大上下抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰迎角範囲を余剰飛行能力として算出することが可能になる。従って、この経路探索装置によれば、余剰迎角範囲に基づいて経路を探索することで、上下方向で飛行体が受けるほぼ全ての外乱に対応可能な安全性の高い経路を探索することができる。
　本発明によれば、安全性の高い経路を探索することができる。
本発明に係る経路探索装置の一実施形態を示すブロック図である。 飛行機の余剰推進力範囲を説明するための図である。 飛行機の余剰バンク角範囲を説明するための図である。 飛行機の余剰迎角範囲を説明するための図である。 飛行機の余剰横力範囲を説明するための図である。 飛行機の余剰横滑り角範囲を説明するための図である。 経路探索装置の処理の流れを示すフローチャートである。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１に示されるように、本実施形態に係る経路探索装置１は、飛行機Ａに備えられ、飛行機Ａの経路を探索するものである。経路探索装置１は、飛行機Ａの統括的な制御を行う演算装置２を備えている。演算装置２は、ＧＰＳ［Global　Positioning　System］受信部３、慣性航法装置４、地形情報データベース５、風情報データベース６、機体情報データベース７、及び操縦支援装置８と電気的に接続されている。
　ＧＰＳ受信部３は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信することで、飛行機Ａの現在の位置を検出する。ＧＰＳ受信部３は、検出した飛行機Ａの現在の位置情報を演算装置２に送信する。
　慣性航法装置４は、飛行機Ａの速度、加速度、及び進行方向などを検出する。慣性航法装置４は、ジャイロスコープや加速度計などから構成されている。慣性航法装置４は、検出した進行方向などの進行方向情報を演算装置２に送信する。
　地形情報データベース５は、地形に関する地形情報を記憶するデータベースである。地形情報には、建物などの障害物に関する情報も含まれる。地形情報データベース５は、演算装置２からの要求に応じて地形情報を演算装置２に送信する。
　風情報データベース６は、風に関する情報を記憶するデータベースである。風情報データベース６は、予め区分された飛行空域ごとに風情報を記憶している。風情報は、飛行機Ａの飛行に影響を与える外乱に関する外乱情報として用いられる。風情報には、飛行空域で過去に発生した風の風向き情報及び最大風速情報が含まれる。風情報は、例えば飛行機に備えられた風観測用センサーや地上に設置された風観測装置から得られる観測情報を統計的にまとめて生成される。風情報データベース６は、演算装置２からの要求に応じて風情報を演算装置２に送信する。
　機体情報データベース７は、飛行機Ａの機体情報を記憶するデータベースである。機体情報には、飛行機Ａの空力特性情報が含まれる。空力特性情報とは、飛行機Ａに対する風向きや風速から飛行機Ａに発生する抵抗力を特定するための情報である。空力特性情報には、飛行機Ａに関する抵抗係数、揚力係数、及び横力係数などの情報が含まれる。また、機体情報には、飛行機Ａの飛行能力情報が含まれる。飛行能力情報とは、飛行機Ａの飛行能力に関する情報である。飛行能力情報には、機体性能に基づいて予め設定された飛行機Ａの推進力の運用範囲に関する情報が含まれる。また、飛行能力情報には、飛行機Ａのバンク角、揚力、迎角、横力、及び横滑り角の運用範囲に関する情報が含まれる。
　操縦支援装置８は、飛行機Ａの操縦者の操縦を支援する装置である。操縦支援装置８は、例えば映像や音声で操縦者に各種情報を伝達するＨＭＩ［Human　Machine　Interface］やエレベータやラダーなどの操舵面を制御するための操舵面アクチュエータを有している。操縦支援装置８は、演算装置２からの要求に応じて、操縦者に対する情報伝達や飛行制御などの操縦支援を実行する。
　演算装置２は、地形情報取得部１１、風情報取得部１２、空力特性情報取得部１３、及び最大抵抗力予測部１４を有している。また、演算装置２は、飛行能力情報取得部１５、余剰飛行能力算出部１６、及び経路探索部１７を有している。
　地形情報取得部１１は、ＧＰＳ受信部３及び慣性航法装置４からの送信に基づいて飛行機Ａの現在の位置情報及び進行方向情報を取得する。地形情報取得部１１は、取得した飛行機Ａの現在の位置情報及び進行方向情報に基づいて、飛行機Ａの現在位置の周辺の地形情報を地形情報データベース５に要求する。地形情報取得部１１は、地形情報データベース５からの送信により飛行機Ａの周辺の地形情報を取得する。
　風情報取得部１２は、地形情報取得部１１が地形情報を取得した場合、当該地形情報に対応する飛行空域の風情報を風情報データベース６に要求する。風情報取得部１２は、風情報データベース６からの送信により、飛行空域の外乱情報としての風情報を取得する。風情報取得部１２は、請求の範囲に記載した外乱情報取得ユニットとして機能する。
　空力特性情報取得部１３は、風情報取得部１２が風情報を取得した場合、飛行機Ａの空力特性情報を機体情報データベース７に要求する。空力特性情報取得部１３は、機体情報データベース７からの送信により、飛行機Ａの空力特性情報を取得する。
　最大抵抗力予測部１４は、風情報取得部１２の取得した飛行空域の風情報と空力特性情報取得部１３の取得した空力特性情報とに基づいて、当該飛行空域で風により飛行機Ａに加えられる最大の抵抗力である最大抵抗力を予測する。最大抵抗力は、飛行機Ａの前後方向に加わる最大前後抵抗力、飛行機Ａの左右方向に加わる最大左右抵抗力、及び飛行機Ａの上下方向に加わる最大上下抵抗力に分類される。また、最大前後抵抗力は、最大前方向抵抗力及び最大後方向抵抗力に分類される。同様に、最大左右抵抗力は、最大左方向抵抗力及び最大右方向抵抗力に分類される。最大上下抵抗力は、最大上方向抵抗力及び最大下方向抵抗力に分類される。
　最大抵抗力予測部１４は、例えば風情報に含まれる最大風速情報と飛行機Ａの空力特性とに基づいて、最大抵抗力を予測する。具体的には、最大抵抗力予測部１４は、最大風速情報と飛行機Ａの空力特性とに基づいて、飛行機Ａの前方向から最大風速の風が吹き付けたときに飛行機Ａに加わる抵抗力を最大前方向抵抗力として予測する。同様にして、最大抵抗力予測部１４は、最大後方向抵抗力、最大左方向抵抗力、最大右方向抵抗力、最大上方向抵抗力、及び最大下方向抵抗力を予測する。この場合、最大抵抗力予測部１４は、最大抵抗力の予測の際に飛行空域で生じる風向きの情報を必要としない。最大抵抗力予測部１４は、請求の範囲に記載した最大抵抗力予測ユニットとして機能する。
　飛行能力情報取得部１５は、最大抵抗力予測部１４が最大抵抗力を予測した場合、飛行機Ａの飛行能力情報を機体情報データベース７に要求する。飛行能力情報取得部１５は、機体情報データベース７からの送信により飛行機Ａの飛行能力情報を取得する。飛行能力情報取得部１５は、請求の範囲に記載した飛行能力情報取得ユニットとして機能する。
　余剰飛行能力算出部１６は、最大抵抗力予測部１４の予測した最大抵抗力と飛行能力情報取得部１５の取得した飛行能力情報とに基づいて、飛行機Ａの余剰飛行能力を算出する。余剰飛行能力とは、飛行機Ａの飛行能力から飛行機Ａが最大抵抗力に対抗するために確保すべき能力を制限した余剰の飛行能力である。この余剰飛行能力内で飛行する飛行機Ａは、風向きに関わらず当該飛行空域における最大抵抗力に対抗することが可能になる。余剰飛行能力には、余剰推進力範囲、余剰バンク角範囲、余剰揚力範囲、余剰迎角範囲、余剰横力範囲、及び余剰横滑り角範囲が含まれる。以下、これらの範囲について図面を参照して説明する。
　図２は、余剰推進力範囲を説明するための図である。余剰推進力範囲とは、飛行機Ａの推進力の運用範囲から飛行機Ａが最大前後抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰の範囲である。
　図２において、矢印Ｐ１は、飛行機Ａの推進力の運用範囲を示している。矢印Ｐ２は、飛行機Ａの余剰推進力範囲を示している。また、矢印ＲＦは、風により飛行機Ａに加えられる可能性のある最大前方向抵抗力を示している。矢印ＲＢは、風により飛行機Ａに加えられる可能性のある最大後方向抵抗力を示している。
　図２に示されるように、余剰推進力範囲Ｐ２は、飛行機Ａの推進力の運用範囲Ｐ１から最大前方向抵抗力ＲＦ及び最大後方向抵抗力ＲＢを差し引いた範囲として表される。この余剰推進力範囲Ｐ２で飛行する飛行機Ａは、前後方向について飛行空域で生じるほぼ全ての風に対して経路を維持することが可能になる。
　図３は、余剰バンク角範囲を説明するための図である。余剰バンク角範囲とは、飛行機Ａのバンク角の運用範囲から飛行機Ａが最大左右抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰の範囲である。
　図３において、矢印Ｗ１は、飛行機Ａのバンク角の運用範囲を示している。このバンク角の運用範囲Ｗ１は、最大揚力時における運用範囲である。なお、この場合の最大揚力は、操縦者により設定された迎角の運用範囲などに応じて定められる。また、矢印Ｗ２は、飛行機Ａの余剰バンク角範囲を示している。矢印ＲＲは、風により飛行機Ａに加えられる可能性のある最大右方向抵抗力を示している。矢印ＲＬは、風により飛行機Ａに加えられる可能性のある最大左方向抵抗力を示している。
　図３に示されるように、余剰バンク角範囲Ｗ２は、飛行機Ａのバンク角の運用範囲Ｗ１から最大右方向抵抗力ＲＲに対応する範囲及び最大左方向抵抗力ＲＬに対応する範囲を差し引いた範囲として表される。最大右方向抵抗力ＲＲに対応する範囲とは、飛行機Ａが最大右方向抵抗力ＲＲに対抗するために確保すべきバンク角の範囲である。最大右方向抵抗力ＲＲに対応する範囲は、バンク角の運用範囲Ｗ１、最大右方向抵抗力ＲＲの大きさ、及び運用範囲Ｗ１における最大のバンク角Ｗ１ｍａｘに基づいて、図３に示す幾何学的関係から求めることができる。最大左方向抵抗力ＲＬに対応する範囲も同様である。この余剰バンク角範囲Ｗ２で飛行する飛行機Ａは、左右方向について飛行空域で生じるほぼ全ての風に対して経路を維持することが可能になる。
　また、図３において、矢印Ｌ１は、飛行機Ａの飛行能力のうち揚力の運用範囲を示している。矢印Ｌ２は、飛行機Ａの余剰揚力範囲を示している。余剰揚力範囲とは、飛行機Ａの揚力の運用範囲から飛行機Ａが最大上下抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰の範囲である。矢印ＲＴは、風により飛行機Ａに加えられる可能性のある最大上方向抵抗力を示している。矢印ＲＵは、風により飛行機Ａに加えられる可能性のある最大下方向抵抗力を示している。
　図３に示されるように、余剰揚力範囲Ｌ２は、飛行機Ａの揚力の運用範囲Ｌ１から最大上方向抵抗力ＲＴ及び最大下方向抵抗力ＲＵを差し引いた範囲として表される。この余剰揚力範囲Ｌ２で飛行する飛行機Ａは、上下方向について飛行空域で生じるほぼ全ての風に対して経路を維持することが可能になる。この余剰揚力範囲Ｌ２における飛行機Ａの飛行は、飛行機Ａの迎角を制御することで実現される。
　図４は、余剰迎角範囲を説明するための図である。余剰迎角範囲とは、飛行機Ａの迎角の運用範囲から飛行機Ａが最大上下抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰の範囲である。図４に、揚力と迎角の関係を表すグラフＮを示す。グラフＮを表す縦軸は揚力であり、横軸は迎角である。また、図４において、矢印Ｇ１は、飛行機Ａの飛行能力のうち迎角の運用範囲を示している。矢印Ｇ２は、飛行機Ａの余剰迎角範囲を示している。
　図４に示されるように、余剰迎角範囲Ｇ２は、飛行機Ａの迎角の運用範囲Ｇ１から最大上方向抵抗力ＲＴに対応する範囲及び最大下方向抵抗力ＲＵに対応する範囲を差し引いた範囲として表される。最大上方向抵抗力ＲＴに対応する範囲は、図４に示すグラフＮと最大上方向抵抗力ＲＴとの対応関係から求められる。最大下方向抵抗力ＲＵに対応する範囲も同様である。この余剰迎角範囲Ｇ２で飛行する飛行機Ａは、余剰揚力範囲Ｌ２における飛行を実現できる。すなわち、余剰迎角範囲Ｇ２で飛行する飛行機Ａは、上下方向について飛行空域で生じるほぼ全ての風に対して経路を維持することが可能になる。
　図５は、飛行機Ａの余剰横力範囲を説明するための図である。余剰横力範囲とは、飛行機Ａの横力の運用範囲から飛行機Ａが最大左右抵抗力及び最大前後抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰の範囲である。
　図５において、矢印Ｖは、飛行機Ａの速度ベクトルを示している。矢印Ｊは、飛行機Ａの横滑り角を示している。矢印Ｋ１は、飛行機Ａの飛行能力のうち横滑り角Ｊにおける横力の運用範囲を示している。矢印Ｋ２は、横滑り角Ｊにおける飛行機Ａの余剰横力範囲を示している。矢印ＲＪは、横滑り角Ｊで横滑りする飛行機Ａに対して最大前方向抵抗力及び最大左方向抵抗力が同時に加わった場合の抵抗力を示している。
　図５に示されるように、余剰横力範囲Ｋ２は、飛行機Ａの迎角の運用範囲Ｋ１から抵抗力ＲＪを差し引いた範囲として表される。余剰横力範囲Ｋ２で飛行する飛行機Ａは、横滑り角Ｊで横滑りする場合、前方向及び左方向について飛行空域で生じるほぼ全ての風に対して経路を維持することが可能になる。同様にして、各方向に対応する余剰横力範囲も求められる。
　図６は、余剰横滑り角範囲を説明するための図である。余剰横滑り角範囲とは、飛行機Ａの横滑り角の運用範囲から飛行機Ａが最大左右抵抗力及び最大上下抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰の範囲である。
　図６に、横力と横滑り角の関係を表すグラフＭを示す。グラフＭを表す縦軸は横力であり、横軸は横滑り角である。また、図６において、矢印Ｊ１は、飛行機Ａの飛行能力のうち横滑り角の運用範囲を示している。矢印Ｊ２は、飛行機Ａの余剰横滑り角範囲を示している。
　図６に示されるように、余剰横滑り角範囲Ｊ２は、飛行機Ａの横滑り角の運用範囲Ｊ１から最大左方向抵抗力ＲＬに対応する範囲及び最大下方向抵抗力ＲＵに対応する範囲を差し引いた範囲として表される。最大左方向抵抗力ＲＬに対応する範囲は、最大左方向抵抗力ＲＬを横力成分としてグラフＭに対応させることで求められる。最大下方向抵抗力ＲＵに対応する範囲も同様である。この余剰横滑り角範囲Ｊ２で飛行する飛行機Ａは、左方向や下方向について飛行空域で生じるほぼ全ての風に対して経路を維持することが可能になる。同様にして、各方向に対応する余剰横力範囲も求められる。
　余剰飛行能力算出部１６は、余剰飛行能力として余剰推進力範囲、余剰バンク角範囲、余剰揚力範囲、余剰迎角範囲、余剰横力範囲、及び余剰横滑り角範囲を算出する。また、余剰飛行能力算出部１６は、余裕を見込んで余剰飛行能力を算出する。これは、風の急激な変化により一時的に経路から外れた飛行機Ａを戻すためである。余裕は、飛行機Ａの飛行能力や最大抵抗力の大きさなどの種々の条件に基づいて適切に設定される。余剰飛行能力算出部１６は、請求の範囲に記載した余剰飛行能力算出ユニットとして機能する。
　経路探索部１７は、余剰飛行能力算出部１６が飛行機Ａの余剰飛行能力を算出した場合、余剰飛行能力と地形情報取得部１１の取得した地形情報とに基づいて飛行機Ａの経路探索を実行する。経路探索部１７は、飛行機Ａが余剰飛行能力内で飛行可能な経路の探索を行う。経路探索部１７では、余剰飛行能力が大きいほど、自由度の高い経路探索が行われる。経路探索部１７は、探索した経路に関する経路情報を操縦支援装置８に送信する。経路探索部１７は、請求の範囲に記載した経路探索ユニットとして機能する。
　次に、上述した経路探索装置１の処理の流れについて説明する。
　図７に示されるように、経路探索装置１の地形情報取得部１１は、ＧＰＳ受信部３及び慣性航法装置４から送信された飛行機Ａの位置情報及び進行方向情報に基づいて、地形情報データベース５から飛行機Ａの周辺の地形情報を取得する地形情報取得処理を行う（Ｓ１）。
　次に、風情報取得部１２は、地形情報取得部１１が取得した地形情報に対応する飛行空域の風情報を風情報データベース６から取得する風情報取得処理を行う（Ｓ２）。風情報取得部１２が風情報を取得した場合、空力特性情報取得部１３は、機体情報データベース７からの送信により飛行機Ａの空力特性情報を取得する空力特性情報取得処理を行う（Ｓ３）。
　続いて、最大抵抗力予測部１４は、風情報取得部１２の取得した飛行空域の風情報と空力特性情報取得部１３の取得した空力特性情報とに基づいて、当該飛行空域の最大抵抗力を予測する最大抵抗力予測処理を行う（Ｓ４）。最大抵抗力予測部１４が最大抵抗力を予測した場合、飛行能力情報取得部１５は、機体情報データベース７からの送信により飛行機Ａの飛行能力情報を取得する飛行能力情報取得処理を行う（Ｓ５）。
　次に、余剰飛行能力算出部１６は、最大抵抗力予測部１４の予測した最大抵抗力と飛行能力情報取得部１５の取得した飛行能力情報とに基づいて、飛行機Ａの余剰飛行能力を算出する余剰飛行能力処理を行う（Ｓ６）。その後、経路探索部１７は、余剰飛行能力算出部１６の算出した余剰飛行能力と地形情報取得部１１の取得した地形情報とに基づいて、飛行機Ａの経路を探索する経路探索処理を行う（Ｓ７）。経路探索部１７は、探索した経路に関する経路情報を操縦支援装置８に送信する。操縦支援装置８は、操縦者に対する経路情報の伝達など経路情報に応じた操縦支援処理を行う（Ｓ８）。
　続いて、上述した経路探索装置１の作用効果について説明する。
　本実施形態に係る経路探索装置１によれば、風情報に基づいて所定の飛行空域内で風により飛行機Ａに加えられる最大抵抗力を予測し、この最大抵抗力と飛行機Ａの飛行能力情報とに基づいて飛行機Ａの余剰飛行能力を算出することができる。従って、この経路探索装置１によれば、算出した余剰飛行能力に基づいて経路を探索することで、飛行空域内で生じるほぼ全ての風に対応可能な安全性の高い経路を探索することができる。
　より具体的には、この経路探索装置１によれば、飛行機Ａの前後方向に加わる最大前後抵抗力及び飛行能力情報に基づいて、飛行機Ａの推進力の運用範囲から最大前後抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰推進力範囲を算出することが可能になる。従って、この経路探索装置１によれば、余剰推進力範囲に基づいて、前後方向で飛行機Ａが受けるほぼ全ての風に対応可能な経路を探索が可能になる。
　また、この経路探索装置１によれば、飛行機Ａの左右方向に加わる最大左右抵抗力及び飛行能力情報に基づいて、飛行機Ａのバンク角の運用範囲から最大左右抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰バンク角範囲を算出することが可能になる。従って、この経路探索装置１によれば、余剰バンク角範囲に基づいて、左右方向で飛行機Ａが受けるほぼ全ての風に対応可能な安全性の高い経路を探索することができる。
　更に、この経路探索装置１によれば、飛行機Ａの上下方向に加わる最大上下抵抗力及び飛行能力情報に基づいて、飛行機Ａの迎角の運用範囲から最大上下抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰迎角範囲を算出することが可能になる。従って、この経路探索装置１によれば、余剰迎角範囲に基づいて、上下方向で飛行機Ａが受けるほぼ全ての風に対応可能な安全性の高い経路を探索することができる。
　また、この経路探索装置１によれば、最大左右抵抗力、最大上下抵抗力、及び飛行能力情報に基づいて、飛行機Ａの横滑り角の運用範囲から最大左右抵抗力及び最大上下抵抗力に対抗するために確保すべき範囲を制限した余剰横滑り角範囲を算出することが可能になる。従って、この経路探索装置１によれば、余剰横滑り角範囲に基づいて、左右方向及び上下方向で飛行機Ａが受けるほぼ全ての風に対応可能な安全性の高い経路を探索することができる。
　しかも、この経路探索装置１によれば、飛行空域の最大風速情報及び飛行機Ａの空力特性情報から最大抵抗力を予測できるので、飛行空域における風向きの情報を用いる必要がない。このため、風向きが不確定な飛行空域においても、適切に最大抵抗力を予測して余剰飛行能力を算出することが可能となり、安全性の高い経路を探索することができる。
　また、この経路探索装置１によれば、飛行機Ａの飛行に最も影響を与える外乱である風の情報を外乱情報として用いることで、信頼性の高い最大抵抗力の予測を実現できる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
　例えば、本発明は、飛行機以外の飛行体に対しても適用することができる。また、本発明に係る経路探索装置１は、飛行空域の統計的な風情報の他に、現在の気象情報や現時点の風情報などを利用することで、より正確に飛行空域で受ける最大抵抗力を予測する態様であっても良い。経路探索装置１は、より正確に最大抵抗力を予測するために、飛行空域の風向き情報や飛行機の搭載センサーが検出する現在位置の風情報など様々な情報を利用することができる。経路探索装置１は、予測される最大風速が小さくなることで、算出される余剰飛行能力が大きくなり、幅の広い経路探索を行うことができる。
　また、経路探索装置１は、必ずしもバンク角や横滑り角などの全ての項目を制御する必要はなく、上下方向、前後方向、及び左右方向の風への対応が可能な構成であればよい。例えば、経路探索装置１は、左右方向の風への対応としてバンク角の運用範囲の制限を行わず、迎角の運用範囲の制限により左右方向及び上下方向の風への対応を実現する態様であっても良い。また、経路探索装置１は、必ずしも横力及び横滑り角の運用範囲の制限を行う必要はない。
　また、本発明に係る経路探索装置１は、必ずしも飛行体に備える必要はない。例えば地上の情報センターに設けられていても良い。この場合、情報センターは、飛行体から無線送信された位置情報や飛行体の飛行空域、及び飛行体の飛行性能に基づいて、経路の探索を行う。情報センターは、探索した経路に関する情報を飛行体に送信する。また、外乱情報は、風情報に限られず、雨や砂などの情報を含める態様であっても良い。
　本発明は飛行体の経路を探索する経路探索装置に利用可能である。
　１…経路探索装置　２…演算装置　３…ＧＰＳ受信部　４…慣性航法装置　５…地形情データベース　６…風情報データベース　７…機体情報データベース　８…操縦支援装置　１１…地形情報取得部（地形情報取得ユニット）　１２…風情報取得部　１３…空力特性情報取得部　１４…最大抵抗力予測部（最大抵抗力予測ユニット）　１５…飛行能力情報取得部（飛行能力情報取得ユニット）　１６…余剰飛行能力算出部（余剰飛行能力算出ユニット）　１７…経路探索部（経路探索ユニット）

Claims (5)

  1. 　飛行体の経路を探索する経路探索装置において、
    　外乱情報を取得する外乱情報取得ユニットと、
    　前記飛行体の飛行能力情報を取得する飛行能力情報取得ユニットと、
    　前記外乱情報取得ユニットの取得した前記外乱情報に基づいて、前記飛行体に加わる最大抵抗力を予測する最大抵抗力予測ユニットと、
    　前記飛行能力情報取得ユニットの取得した前記飛行能力情報と前記最大抵抗力予測ユニットの予測した前記最大抵抗力とに基づいて、前記飛行体の余剰飛行能力を算出する余剰飛行能力算出ユニットと、
    　前記余剰飛行能力算出ユニットの算出した前記余剰飛行能力に基づいて、前記飛行体の経路を探索する経路探索ユニットと、
    　を備えることを特徴とする経路探索装置。
  2. 　前記外乱情報取得ユニットは、前記外乱情報として風情報を用いることを特徴とする請求項１記載の経路探索装置。
  3. 　前記最大抵抗力予測ユニットは、前記外乱情報に基づいて、前記飛行体の前後方向に加わる最大前後抵抗力を予測し、
    　前記余剰飛行能力算出ユニットは、前記最大前後抵抗力及び前記飛行能力情報に基づいて、前記飛行体の余剰推進力範囲を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の経路探索装置。
  4. 　前記最大抵抗力予測ユニットは、前記外乱情報に基づいて、前記飛行体の左右方向に加わる最大左右抵抗力を予測し、
    　前記余剰飛行能力算出ユニットは、前記最大左右抵抗力及び前記飛行能力情報に基づいて、前記飛行体の余剰バンク角範囲を算出することを特徴とする請求項１～３のうちいずれか一項に記載の経路探索装置。
  5. 　前記最大抵抗力予測ユニットは、前記外乱情報に基づいて、前記飛行体の上下方向に加わる最大上下抵抗力を予測し、
    　前記余剰飛行能力算出ユニットは、前記最大上下抵抗力及び前記飛行能力情報に基づいて、前記飛行体の余剰迎角範囲を算出することを特徴とする請求項１～４のうちいずれか一項に記載の経路探索装置。
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