(57)【要約】【課題】着陸動作時の気象状況における最短アプローチ距離で無人機を目標着陸点に自動着陸させる。【解決手段】無人機１は対気速度をピトー管４で計測し、対地速度、速度方位をＧＰＳで計測する。着陸地点上空で周回飛行を行い、計算機６は、対気速度、対地速度の差が最大の方向を風上方向とし、その差が最小の方向が風下方向とする。風上、風下方向とその速度差から、その周辺での風向き、風速を推定する。無人機１の降下速度、対気速度は既知であり、計算機６は、着陸進入高度と、推定した風速・風向と合わせて、最終アプローチに必要な距離を決定する。また、計算機６は、最終アプローチを短くするため、風上に向けたアプローチを行うよう着陸進入開始点を決定する。無人機１は、最終アプローチラインに接する円軌道を描きながら高度を下げ、着陸進入高度で巡航旋回を行い、着陸進入開始点に達したら最終アプローチのシーケンスに移り着陸する。【選択図】図１
2008207705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対気速度を検出する対気速度検出手段と、対地速度を検出する対地速度検出手段と、速度方位を検出する速度方位検出手段とを搭載する無人航空機に搭載される計算機であって、
前記対気速度検出手段により検出された対気速度と、前記対地速度検出手段により検出された対地速度と、前記速度方位検出手段により検出された速度方位とに基づき、風速及び風向を推定する風速風向推定部と、
前記無人航空機が着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始高度を記憶する記憶部と、
前記風速風向推定部により推定された推定風速に応じて、前記無人航空機が着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始点から着陸目標地点までの着陸進入距離を決定し、決定した着陸進入距離と、前記風速風向推定部により推定された推定風向と、前記記憶部に記憶されている着陸進入開始高度とに基づき着陸進入開始点を決定する着陸進入開始点決定部とを有することを特徴とする計算機。
【請求項２】
前記記憶部は、更に、
前記無人航空機が着陸目標地点へ降下する際の降下時対気速度と、前記無人航空機が着陸目標地点へ降下する際の降下速度とを記憶しており、
前記着陸進入開始点決定部は、
前記風速風向推定部により推定された推定風速と、前記記憶部に記憶されている降下時対気速度と、着陸進入開始高度と、降下速度とに基づき、着陸進入距離を決定することを特徴とする請求項１に記載の計算機。
【請求項３】
前記風速風向推定部は、
前記無人航空機が着陸目標地点の上空で旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位とに基づき、前記無人航空機の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定することを特徴とする請求項１に記載の計算機。
【請求項４】
前記風速風向推定部は、
前記無人航空機が着陸進入開始高度で旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位とに基づき、前記無人航空機の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定することを特徴とする請求項１に記載の計算機。
【請求項５】
前記風速風向推定部は、
前記無人航空機が着陸目標地点の上空で巡航高度において旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位とに基づき前記無人航空機の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定し、第一の推定風速及び第一の推定風向とし、前記無人航空機が着陸進入開始高度に降下した後に着陸進入開始高度で旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位とに基づき前記無人航空機の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定し、第二の推定風速及び第二の推定風向とし、
前記着陸進入開始点決定部は、
第一の推定風速及び第一の推定風向を用いて着陸進入開始点を決定するとともに、第一の推定風速と第二の推定風速との間、及び第一の推定風向と第二の推定風向との間の少なくともいずれかに差異があり、当該差異が所定の閾値未満である場合に、第二の推定風速及び第二の推定風向を用いて新たな着陸進入開始点を決定し、差異が前記閾値以上である場合に、着陸シーケンスの中止を決定することを特徴とする請求項１に記載の計算機。
【請求項６】
前記記憶部は、
前記無人航空機が進入可能な進入可能範囲の位置情報を記憶しており、
前記着陸進入開始点決定部は、
前記記憶部に記憶されている進入可能範囲の位置情報に基づき、着陸目標地点への着陸降下軌道が進入可能範囲内となるように着陸進入開始点を決定することを特徴とする請求項１に記載の計算機。
【請求項７】
前記着陸進入開始点決定部は、
前記無人航空機が着陸進入開始点からの降下を行う前に行う旋回の旋回軌道を進入可能範囲内で決定することを特徴とする請求項６に記載の計算機。
【請求項８】
前記計算機は、
着陸降下の際に、所定の高度からパラシュートを開傘して降下する無人航空機に搭載されており、
前記記憶部は、
前記無人航空機が着陸目標地点へ降下する際の降下時対気速度と、前記無人航空機が着陸目標地点へ降下する際の降下速度と、前記無人航空機がパラシュートの開傘を行うパラシュート開傘高度と、パラシュート開傘時のパラシュート開傘時降下速度とを記憶しており、
前記着陸進入開始点決定部は、
前記風速風向推定部により推定された推定風速と、前記記憶部に記憶されている降下時対気速度と、着陸進入開始高度と、降下速度と、パラシュート開傘高度と、パラシュート開傘降下速度とに基づき、着陸進入距離を決定することを特徴とする請求項１に記載の計算機。
【請求項９】
対気速度を検出する対気速度検出手段と、対地速度を検出する対地速度検出手段と、速度方位を検出する速度方位検出手段と、計算機とを搭載する無人航空機であって、
前記対気速度検出手段により検出された対気速度と、前記対地速度検出手段により検出された対地速度と、前記速度方位検出手段により検出された速度方位とに基づき、前記計算機が風速及び風向を推定し、
推定された推定風速に応じて、着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始点から着陸目標地点までの着陸進入距離を前記計算機が決定し、
決定された着陸進入距離と、推定された推定風向と、着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始高度とに基づき、前記計算機が着陸進入開始点を決定し、
前記計算機により決定された着陸進入開始点から降下し着陸目標地点に自動着陸することを特徴とする無人航空機。
【請求項１０】
対気速度を検出する対気速度検出手段と、対地速度を検出する対地速度検出手段と、速度方位を検出する速度方位検出手段と、計算機とを搭載する無人航空機の自動着陸方法であって、
前記対気速度検出手段により検出された対気速度と、前記対地速度検出手段により検出された対地速度と、前記速度方位検出手段により検出された速度方位とに基づき、前記計算機が風速及び風向を推定し、
推定された推定風速に応じて、前記無人航空機が着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始点から着陸目標地点までの着陸進入距離を前記計算機が決定し、
決定された着陸進入距離と、推定された推定風向と、前記無人航空機が着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始高度とに基づき、前記計算機が着陸進入開始点を決定し、
前記計算機により決定された着陸進入開始点から前記無人航空機が降下し着陸目標地点に自動着陸することを特徴とする自動着陸方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、自律飛行を行う無人航空機（以下では無人機とも呼称する）を狭い着陸範囲に着陸させる自動着陸手法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無人機、特に小型無人機の多くは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  ＰｏｓＩｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）センサを搭載したアビオニクスボードを有し、自律飛行を行う。
無人機の運用で大きな問題となるのは、着陸の方法である。
小型軽量な無人機は専用滑走路などの設備のない場所での運用が想定され、障害物などの制約がある場合もあるが、離陸、着陸の方向の選択は自由度が高い。
周囲に障害物のない広い着陸スペースがある場合は目標点に向かって高高度から直線的に自動降下し着陸することも可能であるが、狭い場所での着陸、特に周囲に障害物がある場合などは、手動操縦に切り換えてのマニュアル着陸を実施することが多い。マニュアル操縦には経験が必要であり、運用を容易にする上で問題となる。
【０００３】
また、マニュアル操作ではなく、無人機を目標の滑走路に自動的に誘導し、着陸させるための技術はこれまでにも考えられてきた。
従来の無人機の自動着陸方法として、飛行中に対気速度、対地速度、方位角の情報を複数取得し、統計処理して風速、風向を推定し、滑走路の風下方向から自動的に進入を行う風速推定方法が知られている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−２１９６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の風推定は統計処理が必要であるため、特に搭載する計算機が小型で計算負荷を下げる必要のある小型無人機においては、より計算負荷を下げる必要がある。
また、上空と地上付近では風向きが異なることもままあるため、着陸時に風向きが変化している場合は安全のために着陸を中止し、やり直す必要があるが、特許文献１の技術では、着陸動作の中止、やり直しに対応していない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決することを主な目的とし、風の推定を定期的に行いながら、無人機を目標着陸地点に自動着陸させる技術を実現することを主な目的とする。
具体的には、着陸動作時の気象状況における最短アプローチ距離で無人機を目標着陸点に自動着陸させる技術を実現することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る計算機は、
対気速度を検出する対気速度検出手段と、対地速度を検出する対地速度検出手段と、速度方位を検出する速度方位検出手段とを搭載する無人航空機に搭載される計算機であって、
前記対気速度検出手段により検出された対気速度と、前記対地速度検出手段により検出された対地速度と、前記速度方位検出手段により検出された速度方位とに基づき、風速及び風向を推定する風速風向推定部と、
前記無人航空機が着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始高度を記憶する記憶部と、
前記風速風向推定部により推定された推定風速に応じて、前記無人航空機が着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始点から着陸目標地点までの着陸進入距離を決定し、決定した着陸進入距離と、前記風速風向推定部により推定された推定風向と、前記記憶部に記憶されている着陸進入開始高度とに基づき着陸進入開始点を決定する着陸進入開始点決定部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、着陸動作時の風速、風向を推定し、推定した風速、風向に基づいて、着陸動作時の気象状況に適合した最短アプローチ距離で無人機を目標着陸点に自動着陸させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
本実施の形態による着陸手法は、任意の無人航空機について適応可能であるが、ここでは効果が大きい、特別な運用設備を必要とせず、任意の方向に着陸することができる重量２ｋｇ程度の無人航空機を前提に着陸までの手順を詳しく説明する。
【０００９】
以下、図を用いて、実施の形態１に係る無人航空機、計算機、無人航空機の自動着陸方法ついて説明する。
【００１０】
図１は自律飛行を行う無人航空機１の内部機器配置例を示す。
例えば、無人航空機１は、機体外部にピトー管４を備え、内部の圧力計５に接続することで、飛行中の動圧から対気速度を得る。
一方で、無人航空機１は、ＧＰＳアンテナ２を設置し、ＧＰＳ受信機３に接続することで飛行中の対地速度、速度方位（方位角）を得る。
また、無人航空機１の機体内部には例えば加速度計などの自律飛行に必要なセンサーが配置されるが、本実施の形態の内容には直接関係しないため詳細は省略する。
これらのセンサーは、無人航空機１内部に配置された計算機６に接続され、計算機６が、内部演算により、制御舵７、例えば通常の航空機の場合ならば、補助翼、昇降舵、方向舵、および推力を制御することで、目標点に向けて飛行するなどの自律飛行を実現する。
【００１１】
図２は、無人航空機１に搭載される計算機６の構成例を示す。
計算機６は、無人航空機１に搭載されている対気速度検出手段１１、対地速度検出手段１２、速度方位検出手段１３に接続される。
対気速度検出手段１１は、無人航空機１の対気速度を検出する手段であり、図１に示したピトー管４、圧力計５が相当する。対地速度検出手段１２は、無人航空機１の対地速度を検出する手段であり、図１に示したＧＰＳアンテナ２、ＧＰＳ受信機３が相当する。速度方位検出手段１３は、無人航空機１の速度方位を検出する手段であり、図１に示したＧＰＳアンテナ２、ＧＰＳ受信機３が相当する。
【００１２】
計算機６において、速度情報入力部６１は、対気速度検出手段１１により検出された対気速度の情報、対地速度検出手段１２により検出された対地速度の情報、速度方位検出手段１３により検出された速度方位の情報を、それぞれ対気速度検出手段１１、対地速度検出手段１２、速度方位検出手段１３から入力する。
なお、対気速度の情報、対地速度の情報、速度方位の情報をまとめて速度情報ともいう。
【００１３】
風速風向推定部６２は、対気速度検出手段１１により検出された対気速度と、対地速度検出手段１２により検出された対地速度と、速度方位検出手段１３により検出された速度方位とに基づき、風速及び風向を推定する。
より具体的には、風速風向推定部６２は、後述するように、無人航空機１が着陸目標地点の上空で旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位とに基づき、無人航空機１の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定する。
また、風速風向推定部６２は、無人航空機１が着陸進入開始高度で旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位とに基づき、無人航空機１の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定することがある。
また、風速風向推定部６２は、無人航空機１が着陸目標地点の上空で巡航高度において旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位とに基づき無人航空機１の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定し、この風速及び風向を第一の推定風速及び第一の推定風向とし、無人航空機１が着陸進入開始高度に降下した後に着陸進入開始高度で旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位とに基づき無人航空機１の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定し、この風速及び風向を第二の推定風速及び第二の推定風向とすることがある。
【００１４】
記憶部６３は、降下時対気速度と、降下速度と、着陸進入開始高度と、着陸目標地点とを記憶している。
降下時対気速度は、無人航空機１が着陸目標地点へ降下する際の対気速度である。
降下速度は、無人航空機１が着陸目標地点へ降下する際の速度である。
着陸進入開始高度は、無人航空機１が着陸目標地点への降下を開始する高度である。
着陸目標地点は、無人航空機１が着陸の目標とする地点である。
これら降下時対気速度、降下速度、着陸進入開始高度、着陸目標地点の情報は、無人航空機１の飛行前に記憶部６３に格納されていてもよいし、飛行中に地上の通信局からこれらの情報を伝送し、図示していない無人航空機１の通信機能によりこれらの情報を受信し、記憶部６３に書き込むようにしてもよい。
いずれの場合も、計算機６が、着陸進入開始点の計算を行う際には、これら降下時対気速度、降下速度、着陸進入開始高度、着陸目標地点の情報は記憶部６３に存在しているものとする。
【００１５】
着陸進入開始点決定部６４は、風速風向推定部６２により推定風速と、記憶部６３に記憶されている降下時対気速度と、着陸進入開始高度と、降下速度とに基づき、無人航空機が着陸目標地点への降下を開始する着陸進入開始点から着陸目標地点までの着陸進入距離を決定し、決定した着陸進入距離と、風速風向推定部６２により推定された推定風向と、記憶部６３に記憶されている着陸進入開始高度とに基づき着陸進入開始点を決定する。
上記のように、着陸進入距離は、推定風速、降下時対気速度、着陸進入開始高度、降下速度とに基づいて決定されるが、降下時対気速度、着陸進入開始高度、降下速度は固定値（予め決定されている）なので、着陸進入距離は、風速風向推定部６２により推定された風速に応じて長くなったり短くなったりする。
また、着陸進入開始点決定部６４は、風速風向推定部６２により第一の推定風速、第一の推定風向、第二の推定風速、第二の推定風向が求められた際に、第一の推定風速及び第一の推定風向を用いて着陸進入開始点を決定するとともに、第一の推定風速と第二の推定風速との間、及び第一の推定風向と第二の推定風向との間の少なくともいずれかに差異があり、当該差異が所定の閾値未満である場合に、第二の推定風速及び第二の推定風向を用いて新たな着陸進入開始点を決定し、差異が前記閾値以上である場合に、着陸シーケンスの中止を決定する。
【００１６】
航行制御部６５は、制御舵７（補助翼、昇降舵、方向舵等）および推力の制御を行い、無人機１の自律飛行のための制御を行う。航行制御部６５は、巡航時の航行制御、着陸時の航行制御を行う。
航行制御部６５は、既存の技術で実現可能である。
【００１７】
図３は、本実施の形態による着陸時のシーケンスである。
図４は、図３に示す各フェーズでの無人機１の高度変化を示す。
図５は、図３に示す各フェーズでの無人機１の水平面内の飛行軌跡である。
図４、図５に示すＳ１〜Ｓ５は、図３の各フェーズ（Ｓ１〜Ｓ５）に対応している。
また、図６は、計算機６の処理例を示すフローチャート図である。
【００１８】
ここで、図３〜図６を参照して各フェーズを詳細に説明する前に、本実施の形態に係る無人航空機１及び計算機６による自動着陸方法の概要を説明する。
前述したように、無人機１は対気速度をピトー管で計測し、対地速度、速度方位をＧＰＳで計測する。着陸目標地点上空（巡航高度）で一定旋回半径での周回飛行を行い（図５の右側の円上で旋回する）、対気速度、対地速度、速度方位を計測する。そして、上記周回飛行において計測した対気速度、対地速度の差が最大となる方向が風上方向であり、その差が最小となる方向が風下方向と推定できる。このため、計算機６の風速風向推定部６２は、風上、風下方向とその速度差から、その周辺での風向き、風速を推定する。
機体の降下能力（降下速度、降下時対気速度）は既知であり、また、着陸進入開始高度も指定されているので、推定した風速・風向情報と合わせて、最終アプローチに必要な距離（着陸進入距離）が決定する。
最終アプローチを短くするため、進入方位に制約がない場合は風下から風上に向けたアプローチを行うよう着陸進入開始点を決定する。これら着陸進入開始高度、着陸進入距離、風下からのアプローチという三要素から、計算機６の着陸進入開始点決定部６４は、着陸進入開始点を決定する。
次に、無人機１は、最終アプローチラインに接する円軌道を描きながら高度を下げ（図５の左側の円上で旋回する）、着陸進入高度で再度高度一定の巡航旋回を行い、着陸進入開始点に達したら最終アプローチのシーケンスに移り着陸する。
【００１９】
次に、図３〜図６を参照して各フェーズを詳細に説明する。
ＣＩＲＣＬＥフェーズ（Ｓ１）では、着陸目標点を中心に一定旋回半径での周回飛行を行う。最低１周回を行い、対気速度検出手段１１、対地速度検出手段１２、速度方位検出手段１３が、対気速度、対地速度、速度方位を計測する。
計算機６では、速度情報入力部６１が、これら検出手段から速度情報を入力する（図６のＳ６０１）。次に、風速風向推定部６２が、速度情報から無人航空機１の着陸目標地点への降下時の風速及び風向を推定する（図６のＳ６０２）。具体的には、風速風向推定部６２は、対気速度から対地速度を減じた差が最大、最小になる値と、その２点での速度方位（方位角）を抽出し、速度差が最大となる速度方位を風上の方向と推定し、速度差が最小となる速度方位を風下の方向と推定する。また、速度差の最大値を風上から風下への風速と推定する。
この時、付近の風速が一定であれば、この２点の速度差は絶対値の等しい逆符号の値となり、方位の位相差は１８０度になる。しかし、実際の風速は完全に一定ではなく、また、センサーには測定誤差もある。このため、速度差及び位相差についての閾値を設定し、２点の速度差の絶対値の差及び位相差が閾値の範囲に収まっている場合に、速度差の絶対値の平均値を風速とし、風下側方位の位相を１８０度ずらして、風上側と平均を取ることで風向とし、このようにして風速風向推定部６２は、風速と風向とを推定できる。この推定が完了した後、ＰＲＥ＿ＥＮＴＲＹフェーズに移行する。
また、ＣＩＲＣＬＥフェーズにて、２周以上周回している場合は、各周回で計測された対気速度、対地速度、速度方位の平均値により風速、風向を推定する。
【００２０】
ＰＲＥ＿ＥＮＴＲＹフェーズ（Ｓ２）では、推定した風速、風向と事前に指定されている着陸目標地点、着陸進入開始高度等から着陸進入開始点を決定する。
計算機６の着陸進入開始点決定部６４は、まず、着陸目標地点から着陸進入開始点までの水平方向距離（着陸進入距離）を決定する（図６のＳ６０３）。具体的には、着陸進入開始点決定部６４は、着陸進入距離を次式で決定する。
（着陸進入距離）＝（（降下時対気速度）−（推定風速））＊（着陸進入開始高度）／（降下速度）
上式において、（着陸進入開始高度）／（降下速度）は、着陸進入開始高度からの降下に要する時間を示しており、（（降下時対気速度）−（推定風速））は無人機１の水平方向の速度を示している。また、推定風速は、風速風向推定部６２において推定された風速である。
なお、前述したように、無人機１の通常降下能力として、降下時対気速度、降下速度は既知であり、着陸進入開始高度も既知であり、計算機６の記憶部６３に記憶されている。このため、着陸進入距離は、推定風速の値に応じて決定される。
次に、着陸進入開始点決定部６４は、決定した着陸進入距離と、風速風向推定部６２により推定された推定風向と、記憶部６３に記憶されている着陸進入開始高度とに基づき着陸進入開始点を決定する（図６のＳ６０４）。
具体的には、着陸進入開始点決定部６４は、着陸進入開始高度上にあり、着陸目標地点から水平方向に着陸進入距離だけ離れており、また、最終アプローチを短くするため、着陸目標地点に対して推定した風下方位に位置する点を着陸進入開始点とする。
次に、着陸進入開始点決定部６４は、この着陸進入開始点と着陸目標点とを結ぶ着陸進入ラインと、着陸進入開始点で接する上記ＣＩＲＣＬＥフェーズと同じ旋回半径の円軌道を設定し（図６のＳ６０５））、無人機１は、この周回軌道に入った後、ＤＯＷＮ＿ＲＥＧフェーズに移行する。
【００２１】
ＤＯＷＮ＿ＲＥＧフェーズ（Ｓ３）では、無人機１は、上記ＰＲＥ＿ＥＮＴＲＹフェーズで設定した円軌道を周回しながら、着陸進入開始高度まで降下する。着陸進入開始高度まで降下した後、ＢＡＳＥ＿ＲＥＧフェーズに移行する。
ここで、ＤＯＷＮ＿ＲＥＧフェーズにおいても、ＣＩＲＣＬＥフェーズと同様に風速風向の推定が可能であり、風速風向推定部６２は、Ｓ６０１、Ｓ６０２と同様の手順にて、風速及び風向を推定する（図６のＳ６０７）。ＤＯＷＮ＿ＲＥＧフェーズにおける風速風向の推定の基準となる対気速度、対地速度、速度方位は、無人航空機１が着陸進入開始高度に降下した後に着陸進入開始高度で旋回しているときに検出された対気速度と、対地速度と、速度方位である。一方、ＣＩＲＣＬＥフェーズにおける風速風向の推定の基準となる対気速度、対地速度、速度方位は、無人航空機１が着陸目標地点の上空で巡航高度において旋回しているときに検出された対気速度、対地速度、速度方位である。
ＣＩＲＣＬＥフェーズにおいて推定された風速風向をそれぞれ第一の推定風速及び第一の推定風向とし、ＤＯＷＮ＿ＲＥＧフェーズにおいて推定された風速風向をそれぞれ第二の推定風速及び第二の推定風向とする。
そして、着陸進入開始点決定部６４は、第一の推定風速と第二の推定風速を比較し、また、第一の推定風向と第二の推定風向を比較する（図６のＳ６０８）。
着陸進入開始点決定部６４は、風速の推定値の差異に対する閾値を有しており、また、風向の推定値の差異に対する閾値を有している。
比較の結果、風速の推定値の差異及び風向の推定値の差異の少なくともいずれか一方が閾値以上である場合（Ｓ６０９でＮｏ）は、着陸進入開始点決定部６４は、着陸シーケンスの中止を決定し（Ｓ６１３）、ＲＥＣＯＶＥＲフェーズに移行する（Ｓ６１４）。
一方、風速の推定値の差異及び風向の推定値の差異がともに閾値未満である場合（Ｓ６０９でＹｅｓ）は、着陸進入開始点決定部６４は、ＰＲＥ＿ＥＮＴＲＹフェーズで設定した着陸進入開始点を修正するか否かを決定する（Ｓ６１０）。例えば、着陸進入開始点決定部６４は、Ｓ６０９の判断で用いた閾値よりも制限的な（値が小さい）閾値を風速の推定値の差異及び風向の推定値の差異のそれぞれについて有し、風速の推定値の差異及び風向の推定値の差異がともに当該閾値未満である場合は着陸進入開始点の修正が不要と判断し、風速の推定値の差異及び風向の推定値の差異の少なくともいずれか一方が当該閾値以上である場合に着陸進入開始点の修正が必要と判断する。
着陸進入開始点の修正が不要の場合（Ｓ６１０でＮｏ）は、Ｓ６１２に処理を移す。
着陸進入開始点の修正が必要な場合（Ｓ６１０でＹｅｓ）は、着陸進入開始点決定部６４は、第二の推定風速及び第二の推定風向にてＳ６０３〜Ｓ６０５の処理を行って、新たな着陸進入開始点を決定し、新たな着陸進入開始点に基づいて旋回軌道を設定（Ｓ６１１）した後、ＢＡＳＥ＿ＲＥＧフェーズ以降に処理を移す（Ｓ６１２）。
【００２２】
なお、ＤＯＷＮ＿ＲＥＧフェーズにおいてＳ６０７〜Ｓ６１１の処理を省略し、第二の推定風速及び第二の推定風向を求めることなく、ＰＲＥ＿ＥＮＴＲＹフェーズにおいて第一の推定風速及び第一の推定風向に基づいて決定した着陸進入開始点をそのまま維持するようにしてもよい。この場合は、ＤＯＷＮ＿ＲＥＧフェーズでは、ＰＲＥ＿ＥＮＴＲＹフェーズで設定した円軌道を周回しながら、着陸進入開始高度まで降下する。着陸進入開始高度まで降下した後、ＢＡＳＥ＿ＲＥＧフェーズに移行する。
【００２３】
ＢＡＳＥ＿ＲＥＧフェーズ（Ｓ４）では、無線機１は、着陸進入開始高度で再度巡航での旋回飛行を行い、着陸進入開始高度を維持して着陸進入開始点に達した後、ＦＩＮＡＬ＿ＲＥＧに移行する。
【００２４】
ＦＩＮＡＬ＿ＲＥＧフェーズ（Ｓ５）では、着陸目標点に向けて降下し着陸を完了する。
例えば、ＦＩＮＡＬ＿ＲＥＧ中に目標点から指定距離以上外れた場合等には、ＲＥＣＯＶＥＲフェーズに移行し、着陸シーケンスを中止する。
【００２５】
ＲＥＣＯＶＥＲフェーズ（Ｓ６）では、例えば、上昇モードに切り換えて巡航高度まで上昇し、ＣＩＲＣＬＥフェーズから着陸をやり直すなどの処理を行う。
上記した条件以外にも、着陸を安全に継続することが困難な場合は、ＲＥＣＯＶＥＲフェーズに移行し、着陸を中断することが考えられる。
【００２６】
このように、本実施の形態によれば、着陸動作時の風速、風向を推定し、推定した風速、風向に基づいて、着陸動作時の気象状況に適合した最短アプローチ距離で無人機を目標着陸点に自動着陸させることができる。
また、無人機が着陸進入開始高度を飛行しているときに再度風速、風向を推定し、巡航高度飛行時に推定した風速、風向との間に一定値以上の差がある場合に、安全のために着陸シーケンスを中止することができる。
また、風速、風向に一定値以上の差がない場合でも、状況に応じて着陸進入開始点を決定し直すことができるため、巡航高度と着陸進入開始高度とで風の状態が異なっている場合でも、着陸動作時の気象状況に適合した最短アプローチ距離で無人機を安全に目標着陸点に自動着陸させることができる。
【００２７】
以上、本実施の形態では、対気速度を計測するためのセンサーと、対地速度を計測するためのセンサーと、その他の自律飛行を実現するためセンサーと内部計算処理を行う計算機を有する自律飛行制御装置を備え、自律飛行を行う無人航空機において、
着陸目標点上空で旋回半径一定の旋回飛行を行いながら対気速度と対地速度を計測し、その計測結果から内部処理計算機で風向と、風速を推定し、着陸点に向けた最終着陸進入点を風下側に設定し、そのときの気象状況において最短アプローチ距離で目標着陸点に自動着陸を行う自動着陸手法について説明した。
【００２８】
また、本実施の形態では、巡航状態から着陸に移行する際は、着陸目標点を通り、最終進入経路方向を向く直線と、最終進入開始点で接する円軌道を設定し、その円軌道を描きながら降下し、最終進入高度で再度巡航飛行を行い、円軌道内の最終進入開始点に達したときに最終着陸進入を行う自動着陸手法について説明した。
【００２９】
実施の形態２．
以下、図を用いて、実施の形態２に係る無人航空機、計算機、無人航空機の自動着陸方法ついて説明する。
【００３０】
図７は、周囲に障害物が存在する場合の無人機１の自動着陸の水平面内での経路を示す。
本実施の形態の無人機１の動作を概説すると、着陸エリアの周囲に樹木や建造物などの障害物（進入禁止エリア）がある場合は、着陸進入可能な方位を機体内の計算機に入力し、その範囲内で最も風上に近い方位を進入方位と決定する。
ここで、高度を下げるための円軌道は進入可能範囲内に入るように旋回方向を自動的に判定する。
【００３１】
本実施の形態では、例えば、樹木や建造物などの障害物が着陸目標地点周辺に存在する場合に、無人航空機１の計算機６において、記憶部６３が、図２に示す情報の他に、無人航空機１が進入可能な進入可能範囲の位置情報を記憶している。記憶部６３が記憶している位置情報は、着陸進入可能範囲を、例えば着陸目標地点基準の方位角で、その始点方向、終点方向を指定する。また、着陸進入可能範囲を、緯度経度の情報で保持していてもよい。
また、本実施の形態では、着陸進入開始点決定部６４は、記憶部６３に記憶されている進入可能範囲の位置情報に基づき、着陸目標地点への着陸降下軌道が進入可能範囲内となるように着陸進入開始点を決定する。
また、本実施の形態では、着陸進入開始点決定部６４は、無人航空機１が着陸進入開始点からの降下を行う前に行う旋回の旋回軌道を進入可能範囲内で決定する。
なお、本実施の形態に係る無人航空機１の構成及び計算機６の構成は、図１及び図２に示したものと同様である。
また、無人航空機１の着陸時の動作も、以下に述べる点を除いては、図３及び図６に示した動作例と同様である。
【００３２】
本実施の形態では、着陸進入開始点決定部６４は、ＰＲＥ＿ＥＮＴＲＹフェーズ（Ｓ２）において、設定する着陸進入開始点が着陸進入可能範囲外になる場合は、着陸進入可能範囲内の最も風下方向に近い方位を進入方位として、着陸進入開始点を設定する。
また、このとき、降下のための周回軌道の回転方向は、右旋回、左旋回のどちらかが選択できるが、着陸進入開始点決定部６４は、軌道が着陸進入可能範囲内になるように設定する。
これにより、進入可能範囲内で最も短距離で着陸できる方位を選択することができる。
【００３３】
特定の滑走路に着陸する場合は、着陸進入可能範囲を滑走路の長手方向の２方向に限定することで、そのときの風下側から着陸進入を行い、滑走路への着陸も実現できる。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、着陸目標地点周辺に障害物が存在する場合でも、障害物を回避可能なアプローチラインのうち着陸動作時の気象状況に適合した最短のアプローチラインで無人機を目標着陸点に自動着陸させることができる。
【００３５】
以上、本実施の形態では、着陸点周辺に障害物が存在する場合、事前に着陸進入可能範囲を内部処理計算機に入力することで、着陸進入方位を進入可能範囲内でもっとも風下に近い方位に設定し、また、着陸動作時の円軌道の旋回方向を進入可能範囲内から出ることのないように設定することで、障害物のない安全な方位から着陸できる自動着陸手法について説明した。
【００３６】
実施の形態３．
以下、図を用いて、実施の形態３に係る無人航空機、計算機、無人航空機の自動着陸方法ついて説明する。
【００３７】
例えば、図８に示すように、パラシュートにより着陸を行う場合、パラシュート開傘時の降下速度を既知の情報として内部処理計算機６に記録しておくことで、パラシュート開傘時の高度から着陸までの時間、及び風による水平面内の移動距離が算出できる。
つまり、本実施の形態では、計算機６は、着陸降下の際に、所定の高度からパラシュートを開傘して降下する無人航空機１に搭載されており、記憶部６３は、図２に示す情報の他に、無人航空機１がパラシュートの開傘を行うパラシュート開傘高度と、パラシュート開傘時のパラシュート開傘時降下速度とを記憶している。
そして、本実施の形態では、着陸進入開始点決定部６４は、風速風向推定部６２により推定された推定風速と、記憶部６３に記憶されている降下時対気速度と、着陸進入開始高度と、降下速度と、パラシュート開傘高度と、パラシュート開傘降下速度とに基づき、着陸進入距離を決定し、着陸進入開始点を決定する。
なお、本実施の形態に係る無人航空機１の構成及び計算機６の構成は、図１及び図２に示したものと同様である。
また、無人航空機１の着陸時の動作も、以下に述べる点を除いては、図３及び図６に示した動作例と同様である。
【００３８】
本実施の形態では、着陸進入開始点決定部６４は、実施の形態１におけるＦＩＮＡＬ＿ＲＥＧにおいて、最終進入開始時にその地点での風速の進入方向成分を再度推定する。この結果から着陸目標点に降下するためのパラシュート開傘のタイミングを調整することが可能である。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、パラシュートを開傘して降下する場合でも、パラシュート開傘高度、パラシュート開傘降下速度を着陸進入距離の決定のためのパラメータに加えて、着陸動作時の気象状況に適合した最短アプローチ距離で無人機を目標着陸点に自動着陸させることができる。
【００４０】
以上、本実施の形態では、パラシュートを使用した着陸を行う場合、最終進入開始時にその時点での風速を再度推定し、風による着陸点のずれをなくすようにパラシュート開傘のタイミングを調整できる自動着陸手法について説明した。
【００４１】
最後に、実施の形態１〜３に示した計算機６のハードウェア構成例について説明する。
図９は、実施の形態１〜３に示す計算機６のハードウェア資源の一例を示す図である。なお、図９の構成は、あくまでも計算機６のハードウェア構成の一例を示すものであり、計算機６のハードウェア構成は図９に記載の構成に限らず、他の構成であってもよい。
【００４２】
図９において、計算機６は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介して、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）９１３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９１４、通信ボード９１５、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。また、計算機６の運用によっては、ＣＰＵ９１１は、表示装置、キーボード、マウス、ＦＤＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、コンパクトディスク装置（ＣＤＤ）、プリンタ装置、スキャナ装置と接続していてもよい。また、磁気ディスク装置９２０の代わりに、光ディスク装置、メモリカード読み書き装置などの記憶装置でもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、ＦＤＤ、ＣＤＤ、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶装置あるいは記憶部の一例である。
通信ボード９１５、キーボード、スキャナ装置、ＦＤＤなどは、入力部、入力装置の一例である。
また、通信ボード９１５、表示装置、プリンタ装置などは、出力部、出力装置の一例である。
【００４３】
通信ボード９１５は、例えば、地上の通信局と無線通信が可能である。また、通信ボード９１５は、例えば、無人機１が地上にある場合に、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、インターネット、ＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）などに接続可能でもよい。
磁気ディスク装置９２０には、オペレーティングシステム９２１（ＯＳ）、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。また、計算機６の運用によっては、磁気ディスク装置９２０にウィンドウシステムが記憶されていてもよい。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、オペレーティングシステム９２１、ウィンドウシステムにより実行される。
【００４４】
上記プログラム群９２３には、実施の形態１〜３の説明において「〜部」として説明している機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。
ファイル群９２４には、実施の形態１〜３の説明において、「〜の判断」、「〜の計算」、「〜の比較」、「〜の更新」、「〜の設定」、「〜の推定」、「〜の決定」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリになどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリ等に一時的に記憶される。
また、実施の形態１〜３で説明しているフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、ＦＤＤのフレキシブルディスク、ＣＤＤのコンパクトディスク、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他光ディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記録される。また、データや信号は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。
【００４５】
また、実施の形態１〜３の説明において「〜部」として説明しているものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明しているものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、プログラムは、実施の形態１〜３の「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、実施の形態１〜３の「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００４６】
このように、実施の形態１〜３に示す計算機６は、処理装置たるＣＰＵ、記憶装置たるメモリ、磁気ディスク等、入力装置たるキーボード、マウス、通信ボード等、出力装置たる表示装置、通信ボード等を備えるコンピュータであり、上記したように「〜部」として示された機能をこれら処理装置、記憶装置、入力装置、出力装置を用いて実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の実施の形態１〜３に係る無人機の構成例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１〜３に係る計算機の構成例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１〜３に係る着陸手順を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による各フェーズでの高度変化を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１による各フェーズでの水平面内での飛行軌跡を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１〜３に係る着陸手順を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２による各フェーズでの水平面内での飛行軌跡を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３による各フェーズでの高度変化を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１〜３に係る計算機のハードウェア構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  無人航空機、２  ＧＰＳアンテナ、３  ＧＰＳ受信機、４  ピトー管、５  圧力計、６  計算機、７  制御舵、１１  対気速度検出手段、１２  対地速度検出手段、１３  速度方位検出手段、６１  速度情報入力部、６２  風速風向推定部、６３  記憶部、６４  着陸進入開始点決定部、６５  航行制御部。
【図１】
2008207705.tif 000003
【図２】
2008207705.tif 000004
【図３】
2008207705.tif 000005
【図４】
2008207705.tif 000006
【図５】
2008207705.tif 000007
【図６】
2008207705.tif 000008
【図７】
2008207705.tif 000009
【図８】
2008207705.tif 000010
【図９】
2008207705.tif 000011