(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空機に搭載され、当該無人航空機に所定の相対飛行経路を飛行させつつ移動目標を追随させる無人航空機の飛行制御装置であって、
前記移動目標の移動速度及び移動方向を含む目標移動情報を予め記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記目標移動情報に基づいて前記相対飛行経路の移動量を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記移動量に基づいて前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御手段と、
を備えることを特徴とする無人航空機の飛行制御装置。
【請求項２】
前記無人航空機の飛行中に前記目標移動情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記目標移動情報の信頼性を判定して、その信頼性を肯定した場合には当該目標移動情報を選択し、当該信頼性を否定した場合には前記記憶手段に記憶された前記目標移動情報を選択する選択手段と、
を備え、
前記算出手段は、前記選択手段により選択された前記目標移動情報に基づいて前記相対飛行経路の移動量を算出することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機の飛行制御装置。
【請求項３】
前記取得手段は、前記目標移動情報として、センシングによるものと、他の航空機とのデータリンクによるものと、管制局とのアップリンクによるものとのうちの少なくとも１つを取得することを特徴とする請求項２に記載の無人航空機の飛行制御装置。
【請求項４】
前記取得手段は、情報精度が互いに異なる複数の前記目標移動情報を取得し、
前記選択手段は、
複数の前記目標移動情報に対し、いずれかが選択されない限り、情報精度が高い前記目標移動情報から順次その信頼性を判定し、
複数の前記目標移動情報全ての信頼性を否定した場合に、前記記憶手段に記憶された前記目標移動情報を選択することを特徴とする請求項２または３に記載の無人航空機の飛行制御装置。
【請求項５】
前記取得手段は、複数の前記目標移動情報として、センシングによるものと、他の航空機とのデータリンクによるものと、管制局とのアップリンクによるものとを取得し、
当該複数の目標移動情報は、この順番に高い情報精度を有していることを特徴とする請求項４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
【請求項６】
無人航空機に所定の相対飛行経路を飛行させつつ移動目標を追随させる無人航空機の飛行制御方法であって、
前記無人航空機に搭載され、前記移動目標の移動速度及び移動方向を含む目標移動情報を予め記憶した記憶手段を用い、
前記記憶手段に記憶された前記目標移動情報に基づいて前記相対飛行経路の移動量を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出された前記移動量に基づいて前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御工程と、
を備えることを特徴とする無人航空機の飛行制御方法。
【請求項７】
無人航空機に所定の相対飛行経路を飛行させつつ移動目標を追随させる無人航空機の飛行制御プログラムであって、
前記移動目標の移動速度及び移動方向を含む目標移動情報を予め記憶した記憶手段を備え、前記無人航空機に搭載された飛行制御装置に、
前記記憶手段に記憶された前記目標移動情報に基づいて前記相対飛行経路の移動量を算出する算出機能と、
前記算出機能により算出された前記移動量に基づいて前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御機能と、
を実現させることを特徴とする無人航空機の飛行制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人航空機を移動目標に追随させる無人航空機の飛行制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無人航空機の用途として、特定の目標に対し相対的な飛行をさせることにより、当該目標の偵察・監視または当該目標との編隊行動をさせたり、或いは当該目標の射撃標的になったりするものがある（例えば、特許文献１参照）。
この用途に供する無人航空機では、レーダーやカメラによる計測、或いは通信機による管制局との通信等によって、常に目標の位置を捕捉しておくことが一般的である。特に、目標が移動しており、この移動目標に対して相対位置を保ちながら機体を追随させる場合には、搭載機器による継続的な目標位置の捕捉が必須となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５２６１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、搭載機器から得られる目標の位置情報は必ずしも信頼性や継続性が保証されたものではなく、例えば信号にノイズが重畳したり、信号自体が一時的に途絶えたりすることもあり得る。このような場合、搭載機器からの目標の位置情報に依存した単純な飛行制御をしていると、信号のノイズによって飛行状態が不安定になったり、信号途絶により移動目標を追随できなくなったりしてしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、搭載機器からの目標の位置情報に依らずに、無人航空機を移動目標に好適に追随させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、無人航空機に搭載され、当該無人航空機に所定の相対飛行経路を飛行させつつ移動目標を追随させる無人航空機の飛行制御装置であって、
前記移動目標の移動速度及び移動方向を含む目標移動情報を予め記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記目標移動情報に基づいて前記相対飛行経路の移動量を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記移動量に基づいて前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人航空機の飛行制御装置において、
前記無人航空機の飛行中に前記目標移動情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記目標移動情報の信頼性を判定して、その信頼性を肯定した場合には当該目標移動情報を選択し、当該信頼性を否定した場合には前記記憶手段に記憶された前記目標移動情報を選択する選択手段と、
を備え、
前記算出手段は、前記選択手段により選択された前記目標移動情報に基づいて前記相対飛行経路の移動量を算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の無人航空機の飛行制御装置において、
前記取得手段は、前記目標移動情報として、センシングによるものと、他の航空機とのデータリンクによるものと、管制局とのアップリンクによるものとのうちの少なくとも１つを取得することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の無人航空機の飛行制御装置において、
前記取得手段は、情報精度が互いに異なる複数の前記目標移動情報を取得し、
前記選択手段は、
複数の前記目標移動情報に対し、いずれかが選択されない限り、情報精度が高い前記目標移動情報から順次その信頼性を判定し、
複数の前記目標移動情報全ての信頼性を否定した場合に、前記記憶手段に記憶された前記目標移動情報を選択することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の無人航空機の飛行制御装置において、
前記取得手段は、複数の前記目標移動情報として、センシングによるものと、他の航空機とのデータリンクによるものと、管制局とのアップリンクによるものとを取得し、
当該複数の目標移動情報は、この順番に高い情報精度を有していることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の無人航空機の飛行制御装置と同様の特徴を具備する無人航空機の飛行制御方法である。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の無人航空機の飛行制御装置と同様の特徴を具備する無人航空機の飛行制御プログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１，６，７に記載の発明によれば、機体に搭載された記憶手段が予め記憶した目標移動情報に基づいて相対飛行経路の移動量が算出され、この移動量に基づいて無人航空機の飛行が制御される。
したがって、搭載機器からの目標の位置情報に依らずに、無人航空機を移動目標に好適に追随させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、無人航空機の飛行中に取得された目標移動情報の信頼性が判定されて、この信頼性が肯定された場合には当該目標移動情報が選択され、当該信頼性が否定された場合には予め記憶された目標移動情報が選択される。そして、選択された目標移動情報に基づいて相対飛行経路の移動量が算出され、この移動量に基づいて無人航空機の飛行が制御される。つまり、目標移動情報が飛行中に正常に取得されているときには、この目標移動情報に基づいて適切に飛行制御され、この目標移動情報の取得が正常でないと判定された場合には、予め記憶された目標移動情報に基づいて飛行制御される。
これにより、飛行中に取得した目標移動情報の信号にノイズが重畳していたり、この信号自体が途絶えたりした場合でも、無人航空機を安定した飛行状態で移動目標に追随させることができ、無人航空機をより好適に移動目標に追随させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】無人航空機の概略構成を示すブロック図である。
【図２】飛行制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】目標移動情報を取得する処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】無人航空機の飛行動作例を示す図である。
【図５】無人航空機の飛行動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
［飛行制御装置１０の構成］
まず、本実施形態における無人航空機の飛行制御装置（以下、単に「飛行制御装置」という）１０の構成について説明する。
図１は、飛行制御装置１０が搭載された無人航空機１の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
飛行制御装置１０は、無人航空機１の飛行を制御して、当該無人航空機１に所定の相対飛行経路Ｒを飛行させつつ、例えば船舶などの移動目標（移動する目標）Ｔを追随させるものである（図４等参照）。
具体的には、図１に示すように、飛行制御装置１０は、機体センサー１１と、通信部１２と、記憶部１３と、制御部１４とを備えて構成されている。
【００１９】
機体センサー１１は、無人航空機１の飛行状態を検出したり、移動目標Ｔの情報を得たりするための各種のセンサーであり、レーダー，映像センサー（カメラ），ジャイロセンサー，速度センサー，ＧＰＳ（Global Positioning System）等を含んで構成されている。このうち、映像センサーは、その撮影範囲内において移動目標Ｔの方向を自動的に向いて撮影できるようになっている。
これらの機体センサー１１は、制御部１４からの制御指令に基づいて各種情報を取得し、その信号を制御部１４へ出力する。
【００２０】
通信部１２は、地上（海上及び空中を含む）の管制局や他の航空機との間で通信を行い、互いに各種信号を送受信可能なものである。
【００２１】
記憶部１３は、飛行制御装置１０の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、作業領域としても機能するメモリである。本実施形態においては、記憶部１３は、飛行制御プログラム１３０を記憶している。
飛行制御プログラム１３０は、後述の飛行制御処理（図２参照）を制御部１４に実行させるためのプログラムである。
【００２２】
また、記憶部１３には、目標移動予定情報Ｄ１と相対飛行経路Ｒとが、無人航空機１の飛行前に予め記憶（プリプログラム）されている。
このうち、目標移動予定情報Ｄ１とは、無人航空機１の飛行前に予め判明している（または予想される）移動目標Ｔの目標移動情報であり、目標移動情報とは、移動目標Ｔの移動速度及び移動方位（方向）を含む情報である。
一方、相対飛行経路Ｒとは、移動目標Ｔに対する無人航空機１の相対的な飛行経路、つまり移動目標Ｔから見たときの無人航空機１の飛行経路であり、本実施形態では、平面視で略矩形状の周回経路となっている（図４等参照）。
【００２３】
制御部１４は、飛行制御装置１０を含む無人航空機１の各部を中央制御する。具体的に、制御部１４は、エンジンや舵面駆動用のアクチュエータ等からなる飛行機構１５を駆動制御して無人航空機１の飛行を制御したり、記憶部１３に記憶されているプログラムの中から指定されたプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。
【００２４】
［飛行制御装置１０の動作］
続いて、飛行制御装置１０が飛行制御処理を実行する際の動作について説明する。
図２は、飛行制御処理の流れを示すフローチャートであり、図３は、飛行制御処理のうち、後述する目標移動情報を取得する処理の流れを示すフローチャートであり、図４及び図５は、無人航空機１の飛行動作例を示す図である。
【００２５】
飛行制御処理は、移動目標Ｔの目標移動情報を取得・選択し、この目標移動情報に基づいて無人航空機１の飛行を制御する処理である。当該飛行制御処理は、管制局からの制御指令等により当該飛行制御処理の実行指示が入力されたときに、制御部１４が記憶部１３から飛行制御プログラム１３０を読み出して展開することで実行される。
なお、以下の説明では、無人航空機１がすでに離陸して、移動目標Ｔを機体センサー１１で捕捉できる地点を飛行中であるものとする。
【００２６】
図２に示すように、飛行制御処理が実行されると、まず制御部１４は、例えば機体センサー１１（ＧＰＳ）を使用するなどして、無人航空機１の現在位置を取得する（ステップＳ１）。
【００２７】
次に、制御部１４は、移動目標Ｔの目標移動情報（移動速度及び移動方位）Ｄを取得する（ステップＳ２）。
この処理では、図３に示すように、まず制御部１４は、レーダーや映像センサー等の機体センサー１１の使用（センシング）により、当該センシングによる目標移動情報Ｄ２を取得する（ステップＳ２０）。
【００２８】
次に、制御部１４は、センシングによる目標移動情報Ｄ２の信頼性、つまり、センシングが正常か否かを判定する（ステップＳ２１）。
このステップでは、取得された目標移動情報Ｄ２（移動速度及び移動方位）の値が、予め設定された正常値の範囲から外れていたり、所定時間変化していなかったりした場合に、制御部１４は、センシングが正常でないと判定し、当該目標移動情報Ｄ２の信頼性を否定する。また、センシングした機体センサー１１が異常検出機能を備えている場合には、制御部１４は、当該機体センサー１１からの異常検出信号に基づいて目標移動情報Ｄ２の信頼性を否定してもよい。
【００２９】
このステップＳ２１において、センシングは正常であると判定し、センシングによる目標移動情報Ｄ２の信頼性を肯定した場合には（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、制御部１４は、当該目標移動情報Ｄ２を飛行制御に用いる目標移動情報Ｄとして選択する（ステップＳ２２）。
【００３０】
また、ステップＳ２１において、センシングが正常でないと判定し、センシングによる目標移動情報Ｄ２の信頼性を否定した場合には（ステップＳ２１；Ｎｏ）、制御部１４は、通信部１２を用いた他の航空機との通信（データリンク）により、当該データリンクによる目標移動情報Ｄ３を取得する（ステップＳ２３）。
なお、ここでは、他の航空機（無人航空機）が、無人航空機１とのデータリンク圏内を飛行しているとともに、地上の管制局よりも情報精度の高い（但し、センシングによる目標移動情報Ｄ２よりは情報精度の低い）目標移動情報を保持しているものとする。
【００３１】
次に、制御部１４は、データリンクによる目標移動情報Ｄ３の信頼性、つまり、データリンクが正常か否かを判定する（ステップＳ２４）。
このステップでは、上述のステップＳ２２と同様にして、データリンクによる目標移動情報Ｄ３の信頼性を判定する。また、データリンクで送受信する信号内に含まれたフラグ（正常なリンクが維持されていることを示すもの）に基づいて判定することとしてもよい。
【００３２】
このステップＳ２４において、データリンクは正常であると判定し、データリンクによる目標移動情報Ｄ３の信頼性を肯定した場合には（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、制御部１４は、当該目標移動情報Ｄ３を飛行制御に用いる目標移動情報Ｄとして選択する（ステップＳ２５）。
【００３３】
また、ステップＳ２４において、データリンクが正常でないと判定し、データリンクによる目標移動情報Ｄ３の信頼性を否定した場合には（ステップＳ２４；Ｎｏ）、制御部１４は、通信部１２を用いた地上の管制局との通信（アップリンク）により、当該アップリンクによる目標移動情報Ｄ４を取得する（ステップＳ２６）。
【００３４】
次に、制御部１４は、アップリンクによる目標移動情報Ｄ４の信頼性、つまり、アップリンクが正常か否かを判定する（ステップＳ２７）。
このステップでは、上述のステップＳ２４と同様にして、アップリンクによる目標移動情報Ｄ４の信頼性を判定する。
【００３５】
このステップＳ２７において、アップリンクは正常であると判定し、アップリンクによる目標移動情報Ｄ４の信頼性を肯定した場合には（ステップＳ２７；Ｙｅｓ）、制御部１４は、当該目標移動情報Ｄ４を飛行制御に用いる目標移動情報Ｄとして選択する（ステップＳ２８）。
【００３６】
また、ステップＳ２７において、アップリンクが正常でないと判定し、アップリンクによる目標移動情報Ｄ４の信頼性を否定した場合には（ステップＳ２７；Ｎｏ）、制御部１４は、記憶部１３にプリプログラムされた目標移動予定情報Ｄ１を、飛行制御に用いる目標移動情報Ｄとして選択する（ステップＳ２９）。
【００３７】
次に、図２に示すように、制御部１４は、ステップＳ２で取得・選択された移動目標Ｔの目標移動情報Ｄに基づいて、相対飛行経路Ｒの移動量を算出する（ステップＳ３）。
つまり、このステップでは、移動目標Ｔが目標移動情報Ｄの移動速度及び移動方位で移動する場合に、相対飛行経路Ｒが移動目標Ｔに対する相対的な位置関係を保つための当該相対飛行経路Ｒの移動量が算出される。
より詳しくは、相対飛行経路Ｒは複数のウェイポイントが連なって構成される経路であり、このステップでは、移動前の相対飛行経路Ｒにおいて無人航空機１が次に通過するはずだったウェイポイントの、移動後の相対飛行経路Ｒにおける位置が算出される。
【００３８】
次に、制御部１４は、ステップＳ３で算出された相対飛行経路Ｒの移動量に基づいて、無人航空機１の飛行を制御する（ステップＳ４）。つまり、制御部１４は、移動目標Ｔに伴って移動すべきその移動後の相対飛行経路Ｒ上を無人航空機１が飛行するように、飛行機構１５を駆動制御して無人航空機１の飛行を制御する。
具体的に、制御部１４は、ステップＳ３で位置が算出された移動後の相対飛行経路Ｒ上のウェイポイントに向かうように、無人航空機１の飛行を制御する。
【００３９】
次に、制御部１４は、無人航空機１に移動目標Ｔを追随させる飛行制御処理を終了させるか否かを判定し（ステップＳ５）、終了させないと判定した場合には（ステップＳ５；Ｎｏ）、上述のステップＳ１へ処理を移行する。つまり、制御部１４は、この飛行制御処理を終了させると判定するまで、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を随時繰り返す。
【００４０】
ステップＳ５において、例えば管制局からの制御指令などにより、飛行制御処理を終了させると判定した場合には（ステップＳ５；Ｎｏ）、制御部１４は、当該飛行制御処理を終了する。
【００４１】
以上の飛行制御処理により、無人航空機１は、機体センサー１１や通信部１２の信号にノイズが重畳したり当該信号が途絶したりした場合でも、好適に移動目標Ｔを追随することができる。
例えば、図４（ａ）に示すように、移動目標Ｔが移動方向Ｘに沿って所定の移動速度で移動するときに、機体センサー１１や通信部１２が正常に機能している場合には、これらから取得された目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４のいずれかに基づいて、無人航空機１が適切に飛行制御される。そして、図４（ｂ）に示すように、無人航空機１は、移動目標Ｔの移動に対応した相対飛行経路Ｒにおける次のウェイポイント（図示省略）に向かうように適切に飛行制御される。
【００４２】
またこのときに、機体センサー１１や通信部１２に異常が生じた場合でも、無人航空機１は、図５（ａ）に示すように、予め記憶された目標移動予定情報Ｄ１に基づいて、移動目標Ｔの移動に対応した相対飛行経路Ｒにおける次のウェイポイント（図示省略）に向かうように適切に飛行制御される。但し、移動目標Ｔの移動速度や移動方向Ｘが大きな誤差なく目標移動予定情報Ｄ１として記憶されていることが前提である。
【００４３】
またこの後に、機体センサー１１や通信部１２が正常に復帰した場合には、無人航空機１は、図５（ｂ）に示すように、再びこれらから取得された目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４のいずれかに基づいて、移動目標Ｔの移動に対応した相対飛行経路Ｒにおける次のウェイポイント（図示省略）に向かうように適切に飛行制御される。
そのため、仮に、目標移動予定情報Ｄ１の情報精度が低く、機体センサー１１や通信部１２が正常復帰する前の時点で移動目標Ｔと相対飛行経路Ｒとの相対位置関係が多少崩れていたとしても、これらの正常復帰により、移動目標Ｔと適切な相対位置関係にある相対飛行経路Ｒ上に復帰するように無人航空機１を飛行させることができる。
【００４４】
［効果］
以上のように、本実施形態によれば、機体に搭載された記憶部１３が予め記憶した目標移動予定情報Ｄ１に基づいて相対飛行経路Ｒの移動量が算出され、この移動量に基づいて無人航空機１の飛行が制御される。
したがって、搭載機器からの移動目標Ｔの位置情報に依らなくとも、無人航空機１を移動目標Ｔに好適に追随させることができる。
【００４５】
また、無人航空機１の飛行中に取得された目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４の信頼性が判定されて、この信頼性が肯定された場合には当該目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４が選択され、当該信頼性が否定された場合には予め記憶された目標移動情報（目標移動予定情報Ｄ１）が選択される。そして、選択された目標移動情報Ｄに基づいて相対飛行経路Ｒの移動量が算出され、この移動量に基づいて無人航空機１の飛行が制御される。
つまり、目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４が飛行中に正常に取得されているときには、この目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４のいずれかに基づいて適切に飛行制御され、この目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４の取得が正常でないと判定された場合には、予め記憶された目標移動予定情報Ｄ１に基づいて飛行制御される。
【００４６】
これにより、飛行中に取得した目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４の信号にノイズが重畳していたり、この信号自体が途絶えたりした場合でも、無人航空機１を安定した飛行状態で移動目標Ｔに追随させることができ、無人航空機１をより好適に移動目標Ｔに追随させることができる。
【００４７】
また、飛行中に取得される目標移動情報Ｄ２〜Ｄ４は、いずれかが選択されない限り、情報精度の高いものから順次その信頼性が判定されるので、より情報精度の高い目標移動情報が優先的に選択されることとなり、ひいては、より高精度に無人航空機１の飛行を制御することができる。
【００４８】
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、飛行制御装置１０が、センシングによる目標移動情報Ｄ２と、データリンクによる目標移動情報Ｄ３と、アップリンクによる目標移動情報Ｄ４との３つの目標移動情報を、機体センサー１１または通信部１２により飛行中に取得可能であることとしたが、当該飛行制御装置１０は、当該目標移動情報を取得可能に構成されていなくともよい。但し、これら３つの目標移動情報のうち、少なくとも１つを取得可能であることが好ましく、より高い情報精度を有するものを取得可能であることがより好ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１        無人航空機
１０      飛行制御装置
１１      機体センサー（取得手段）
１２      通信部（取得手段）
１３      記憶部（記憶手段）
１４      制御部（選択手段、算出手段、飛行制御手段）
１５      飛行機構
１３０    飛行制御プログラム
Ｄ        目標移動情報
Ｄ１      目標移動予定情報
Ｄ２      目標移動情報（センシングによるもの）
Ｄ３      目標移動情報（データリンクによるもの）
Ｄ４      目標移動情報（アップリンクによるもの）
Ｒ        相対飛行経路
Ｔ        移動目標
【図１】
0006475532.tif 000002
【図２】
0006475532.tif 000003
【図３】
0006475532.tif 000004
【図４】
0006475532.tif 000005
【図５】
0006475532.tif 000006