(57)【要約】【課題】画像センサによる撮影目標の撮影を行う航空機の飛行プランを迅速かつ軽易に提供する画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムを得る。【解決手段】撮影目標を画像センサによって撮影する航空機の飛行経路を策定する画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムで、航空機の機種、撮影目標、撮影目標の位置、撮影目標を撮影する航空機の位置及び進行方向を入力し（ステップ３〜６）、画像センサの種別を選定すれば、画像センサによって撮影された画像に包括される地表面の範囲である撮影包括範囲を求め（ステップ７）、航空機の最適撮影高度を算出し（ステップ９）、旋回バンク角から算出した旋回半径を用いて航空機の飛行経路の策定を行って（ステップ１４）、飛行経路についての航法計算（ステップ１８）を行うようにした。【選択図】図１
2008168852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影対象となる撮影目標を画像センサによって撮影する航空機の飛行経路を策定する画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムにおいて、
上記航空機の機種を入力する第一のステップ、
上記撮影目標を入力する第二のステップ、
上記撮影目標の位置を入力する第三のステップ、
上記撮影目標を撮影する航空機の位置及び進行方向を入力する第四のステップ、
上記撮影目標の撮影に用いる上記画像センサの種別を選択することにより、この選択された画像センサによって撮影された画像に包括される地表面の範囲である撮影包括範囲を求める第五のステップ、
上記撮影目標を撮影する上記航空機の最適撮影高度を算出する第六のステップ、
上記航空機の旋回バンク角を入力し、上記航空機の飛行経路の策定に用いる旋回半径を算出する第七のステップ、
上記航空機の通過点を入力し、上記第七のステップにより算出された旋回半径を用いて、上記航空機の飛行経路の策定を行う第八のステップ、
及びこの第八のステップにより策定された上記航空機の飛行経路について、航法計算を行う第九のステップを含むことを特徴とする画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラム。
【請求項２】
上記第一のステップにより入力される航空機の機種に応じた上記航空機の燃料消費量がファイルされた機体諸元ファイル、上記第五のステップで選択される上記画像センサのデータを有するセンサ諸元ファイル、及び上記第二のステップで入力される撮影目標毎に所要分解能が規定された所要分解能ファイルを作成する第十のステップを含み、上記第十のステップは、上記各ファイルを編集可能にしたことを特徴とする請求項１記載の画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラム。
【請求項３】
上記第八のステップでの飛行経路の策定において、画面上にて上記航空機の通過点を外部入力インターフェースを用いて指定するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラム。
【請求項４】
上記第八のステップでの飛行経路の策定において、上記航空機の旋回半径及び通過点から、自動的に航空機の旋回経路を策定し、描画することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラム。
【請求項５】
上記第九のステップの航法計算には、上記航空機の総飛行経路長、総飛行時間、燃料消費量、及び飛行経路の終点における残燃料量の算出を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラム。
【請求項６】
上記第一のステップ〜上記第八のステップのいずれかで入力値を変更した場合には、上記第九のステップの航法計算結果に反映させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＥＯ／ＩＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ）センサ等に代表される画像センサを搭載した航空機において、撮影諸元の最適化並びに航法計算を自動的に実行することにより、航法計画の策定支援を行う画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
写真測量や写真偵察等を目的とする航空写真撮影を実施する場合には、撮影対象地域について、その対象地域や目標が、所要の範囲または撮影分解能を満足すべく、実際の飛行に先立ち、飛行ルートを策定することが一般的である。
また、飛行ルートの策定においては、撮影を実施する飛行機固有の速度、燃料搭載量、気象条件、さらには飛行安全確保の観点から帰還飛行場における所要の残燃料量を満足すべく十分注意の上、検討する必要がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４１４５２号公報（第２〜５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、撮影目標を十分な画質で撮影するための所要分解能は、一般に目標の規模等により異なり、これらを勘案して飛行経路を策定する場合には、飛行機特有の飛行姿勢（ピッチ角、バンク角等）を考慮する必要がある。この飛行姿勢を無視して撮影範囲／撮影分解能を求めて飛行ルートを策定しても、得られる画像は、全く無駄となる可能性がある。
また同時に、飛行機に搭載可能な燃料には限りがあることから、撮影条件と天候により大きく左右される飛行機の飛行可能距離等を兼ね備えた飛行プランを作成する必要があり、これは非常に熟練を要する作業であり、また時間を要するものであった。
【０００５】
この発明は、上述のような従来の課題を解決するためになされたものであり、画像センサによる撮影目標の撮影を行う航空機の飛行プランを迅速かつ軽易に提供する画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムを得ることを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムにおいては、撮影対象となる撮影目標を画像センサによって撮影する航空機の飛行経路を策定する画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムにおいて、
航空機の機種を入力する第一のステップ、
撮影目標を入力する第二のステップ、
撮影目標の位置を入力する第三のステップ、
撮影目標を撮影する航空機の位置及び進行方向を入力する第四のステップ、
撮影目標の撮影に用いる画像センサの種別を選択することにより、この選択された画像センサによって撮影された画像に包括される地表面の範囲である撮影包括範囲を求める第五のステップ、
撮影目標を撮影する航空機の最適撮影高度を算出する第六のステップ、
航空機の旋回バンク角を入力し、航空機の飛行経路の策定に用いる旋回半径を算出する第七のステップ、
航空機の通過点を入力し、第七のステップにより算出された旋回半径を用いて、航空機の飛行経路の策定を行う第八のステップ、
及びこの第八のステップにより策定された航空機の飛行経路について、航法計算を行う第九のステップを含むものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、以上説明したように、撮影対象となる撮影目標を画像センサによって撮影する航空機の飛行経路を策定する画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムにおいて、
航空機の機種を入力する第一のステップ、
撮影目標を入力する第二のステップ、
撮影目標の位置を入力する第三のステップ、
撮影目標を撮影する航空機の位置及び進行方向を入力する第四のステップ、
撮影目標の撮影に用いる画像センサの種別を選択することにより、この選択された画像センサによって撮影された画像に包括される地表面の範囲である撮影包括範囲を求める第五のステップ、
撮影目標を撮影する航空機の最適撮影高度を算出する第六のステップ、
航空機の旋回バンク角を入力し、航空機の飛行経路の策定に用いる旋回半径を算出する第七のステップ、
航空機の通過点を入力し、第七のステップにより算出された旋回半径を用いて、航空機の飛行経路の策定を行う第八のステップ、
及びこの第八のステップにより策定された航空機の飛行経路について、航法計算を行う第九のステップを含むので、航空機の画像センサによる撮影目標の撮影に当たって、航空機の飛行計画の立案を容易かつ短時間に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【０００９】
以下、実施の形態１について、図１の流れに沿って順次、詳細に説明する。
図１のステップ１（第十のステップ）で、飛行計画作成に伴うパラメータ入力の煩雑さを低減するため、各種諸元値を事前にファイル化する。次いで、ステップ２で、プログラムに入力する。
【００１０】
図２は、撮影目標に対応する所要分解能を示す諸元ファイル（所要分解能ファイル）を示す図であり、図３は、航空機の各速度及び高度に対応する燃料消費量を示す諸元ファイル（機体諸元アフィル）を示す図であり、図４は、航空機に搭載する画像センサ毎の諸元を示す諸元ファイル（センサ諸元ファイル）を示す図であり、図５は、飛行場及び航法援助施設の位置を示す諸元ファイル（飛行場／航法援助施設位置諸元ファイル）を示す図である。
図２、図３、図４、図５は、本プログラムへの入力可能な諸元ファイルを示しており、いずれの諸元ファイルも、テーブル構造を有している。プログラムのユーザは、これらの諸元ファイルの編集をプログラムの運用前に実施し、コンピュータに入力する。
【００１１】
ここで、図２、図３、図４、図５に示す諸元テーブルにおける行の要素の増加／削除に、本発明によるプログラムは対応しており、ユーザの独自のデータ構成に対応する。
また、各カラム内の諸元値について、同様にユーザ独自の編集に対応するものとしている。
ここで、図３に示す機体諸元ファイルは、本発明によるプログラムにおいて対応を想定する航空機種別数に応じて、各機種毎に保有する。
【００１２】
図１のステップ３（第一のステップ）において、空中写真の撮影を行う航空機の機種を選択する。本ステップ３以下のステップでは、選択された機種に対応した機体諸元ファイル（図３）に記載の諸元値が次以降の各ステップにて用いられる。
【００１３】
図１のステップ４（第二のステップ）において、撮影目標の選択を行う。本ステップ４では、図２に示す所要分解能ファイルに記載の目標種別から選択可能であり、後述するステップ９では、選択された目標に対応した所要撮影縮尺を用いて最適撮影高度の算出が行われる。
【００１４】
続いて、図１のステップ５（第三のステップ）では、ステップ４にて選択した撮影目標の存在位置を、マウス等の外部入力機器を用いることでプログラムに入力する。
さらに、次のステップ６（第四のステップ）にて、撮影を行う機体の想定位置並びに想定する撮影高度、進行方向を、外部入力機器を用いて入力する。
【００１５】
ステップ７（第五のステップ）では、まず、撮影に用いるセンサの種別を選択する。ここで、選択可能なセンサの種別は、ステップ１にて作成した、図４のセンサ諸元ファイルに記載したものから選択することができる。
センサ選択の後、撮影時に想定する航空機の姿勢（機体姿勢）を入力することで、航空機からセンサを用いて撮影を実施した場合の、画像に包括される地表面の範囲（撮影包括範囲）を求めることができる。以下にその手順を示す。
【００１６】
ステップ７における撮影包括範囲の算出に用いるパラメータは、以下の（Ａ１）（Ａ２）のとおりである。
（Ａ１）航空機に関するパラメータ
このパラメータには、航空機位置と、飛行高度と、進行方向と、バンク角がある。
航空機位置ｙ、ｘは、航空機直下の地点に該当する緯度（ｙ）、経度（ｘ）座標である。
飛行高度Ｈ（ｆｔ）は、飛行機の飛行高度（対地高度）であり、単位はｆｔである。
進行方向θ（°）は、真北を０度とする進行方向の方位である。
バンク角φ（°）は、水平飛行状態を０度とする機体のバンク角度である。
【００１７】
（Ａ２）センサに関するパラメータ
このパラメータには、俯角と写角がある。
俯角δ（°）は、機体に対するセンサの指向方向を示す。機種方向（水平方向）を０度とする。
写角α（°）×β（°）は、センサのレンズの写角（開口角）を示す。機体方向と機体に対して直交する方向（翼方向）双方で規定する。
【００１８】
撮影包括範囲を算出する際の計算法は、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ７）の各ステップにより行うものとする。
（Ｂ１）座標系の設定と仮想センサウインドウ
撮影包括範囲を求める上で、図６に示すように座標系を設定する。ここで、Ｘ軸は機体原点Ｏから見て右方向（右翼方向）を示す。また、Ｙ軸は機種方向、Ｚ軸は機体上方を示すものとする。ここで、撮影包括範囲の算出が簡易となるよう、センサの写角により張られる仮想的なウインドウ（センサウインドウ）を想定し、センサウインドウを構成する４点をそれぞれＲ点、Ｓ点、Ｔ点、Ｕ点と定義する。
また、上記センサウインドウの中点をＰ点と定義し、ＯＰ間距離を１とする。ここで、中点Ｐは、センサによる撮影画像の中央を示す点と同義である。以上より、点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）は以下のとおりである。
点Ｐ：（０，１，０）
点Ｒ：（ｔａｎ（β／２），１，ｔａｎ（α／２））
点Ｓ：（−ｔａｎ（β／２），１，ｔａｎ（α／２））
点Ｔ：（−ｔａｎ（β／２），１，−ｔａｎ（α／２））
点Ｕ：（ｔａｎ（β／２），１，−ｔａｎ（α／２））
【００１９】
（Ｂ２）俯角によるセンサウインドウの回転と点Ｐ，Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの座標位置算出
次に、センサ固有の俯角δによるセンサウインドウの回転処理を行う。図７にセンサウインドウの回転処理の様子を示す。センサの俯角は、機種方向（Ｙ軸）からの角度として定義しているので、俯角δによる回転処理は、Ｘ軸を回転軸とした３次元空間における一次変換処理と同等である。
これを踏まえ、俯角回転処理後の点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの座標位置（ｘ’，ｙ’，ｚ’）は回転前の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて、式（１）により求められる。
【００２０】
【数１】
2008168852.tif 000003
【００２１】
ここで、俯角による回転処理は、Ｘ軸を回転軸とした一次変換処理であるので、回転後のＸ座標値は回転前と同じものになる。
【００２２】
（Ｂ３）バンク角によるセンサウインドウの回転と点Ｐ，Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの座標位置算出
次に、機体の飛行姿勢であるバンク角φによるセンサウインドウの回転処理を行う。図８にセンサウインドウの回転処理の様子を示す。バンク角は、機体の左右方向の傾き（Ｙ軸回転）として定義しているので、バンク角φによる回転処理は、Ｙ軸を回転軸とした３次元空間における一次変換処理と同等である。
これを踏まえ、俯角回転処理後の点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの座標位置（ｘ’’，ｙ’’，ｚ’’）は、バンク回転前の座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を用いて式（２）により求められる。
【００２３】
【数２】
2008168852.tif 000004
【００２４】
ここで、バンク角による回転処理は、Ｙ軸を回転軸とした３次元一次変換処理であるので、回転後のＹ座標値は回転前と同じものになる。
【００２５】
（Ｂ４）飛行方位へのセンサウインドウの回転と点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの座標位置算出
次に、機体の飛行方位である方位角θによるセンサウインドウの回転処理を行う。図９にセンサウインドウの回転処理の様子を示す。飛行方位角は、真北方向を基準とした飛行方位として定義しているので、方位角θによる回転処理はＺ軸を回転軸とした３次元空間における一次変換処理と同等である。
これを踏まえ、俯角回転処理後の点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの座標位置（ｘ’’’，ｙ’’’，ｚ’’’）は、飛行方位への回転処理前の座標（ｘ’’，ｙ’’，ｚ’’）を用いて、式（３）により求められる。
【００２６】
【数３】
2008168852.tif 000005
【００２７】
ここで、飛行方位角による回転処理は、Ｚ軸を回転軸とした３次元一次変換処理であるので、回転後のＺ座標値は、回転前と同じものになる。
【００２８】
（Ｂ５）点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ座標の地表面への射影
地上面における撮影包括範囲は、（Ｂ１）から（Ｂ４）までの一次変換を実施した後の点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕを、図１０に示すように、地上面へ射影したものとなる。航空機の対地高度はＨであるので、原点Ｏから見た地表面のＺ座標値は、−Ｈに相当する面となる。このことから、センサウインドウ上の点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの地表面への射影点Ｐ’、Ｒ’、Ｓ’、Ｔ’、Ｕ’は、このＺ＝−Ｈに相当する地表面への、ベクトルＯＰ、ＯＲ、ＯＳ、ＯＴ、ＯＵを地表面へ延伸することで得ることができる。
上記ベクトルの延伸率は、各点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、ＵのＺ座標値と地表相当面Ｚ＝−Ｈとの比となることから、地表相当面Ｚ＝−Ｈ上の各点Ｐ’、Ｒ’、Ｓ’、Ｔ’、Ｕ’の座標（Ｐ’ｘ，Ｐ’ｙ，Ｐ’ｚ）、（Ｒ’ｘ，Ｒ’ｙ，Ｒ’ｚ）、（Ｓ’ｘ，Ｓ’ｙ，Ｓ’ｚ）、（Ｔ’ｘ，Ｔ’ｙ，Ｔ’ｚ）、（Ｕ’ｘ，Ｕ’ｙ，Ｕ’ｚ）は、以下のとおりとなる。
【００２９】
点Ｐ’の座標値
Ｐ’ｘ：−Ｈ／ｚ’’’Ｐ＊ｘ’’’Ｐ
Ｐ’ｙ：−Ｈ／ｚ’’’Ｐ＊ｙ’’’Ｐ
Ｐ’ｚ：−Ｈ
点Ｒ’の座標値
Ｒ’ｘ：−Ｈ／ｚ’’’Ｒ＊ｘ’’’Ｒ
Ｒ’ｙ：−Ｈ／ｚ’’’Ｒ＊ｙ’’’Ｒ
Ｒｚ：−Ｈ
点Ｓ’の座標値
Ｓ’ｘ：−Ｈ／ｚ’’’Ｓ＊ｘ’’’Ｓ
Ｓ’ｙ：−Ｈ／ｚ’’’Ｓ＊ｙ’’’Ｓ
Ｓ’ｚ：−Ｈ
点Ｔ’の座標値
Ｔ’ｘ：−Ｈ／ｚ’’’Ｔ＊ｘ’’’Ｔ
Ｔ’ｙ：−Ｈ／ｚ’’’Ｔ＊ｙ’’’Ｔ
Ｔ’ｚ：−Ｈ
点Ｕ’の座標値
Ｕ’ｘ：−Ｈ／ｚ’’’Ｕ＊ｘ’’’Ｕ
Ｕ’ｙ：−Ｈ／ｚ’’’Ｕ＊ｙ’’’Ｕ
Ｕ’ｚ：−Ｈ
【００３０】
ここで、（ｘ’’’Ｐ，  ｙ’’’Ｐ，  ｚ’’’Ｐ），  （ｘ’’’Ｒ，  ｙ’’’Ｒ，  ｚ’’’Ｒ），  （ｘ’’’Ｓ，  ｙ’’’Ｓ，  ｚ’’’Ｓ），  （ｘ’’’Ｔ，  ｙ’’’Ｔ，  ｚ’’’Ｔ），  （ｘ’’’Ｕ，  ｙ’’’Ｕ，  ｚ’’’Ｕ）は、飛行方位角への回転を実施した後の点Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕの座標値である。
【００３１】
（Ｂ６）−Ｈ／ｚ’’’Ｐ、−Ｈ／ｚ’’’Ｒ、−Ｈ／ｚ’’’Ｓ、−Ｈ／ｚ’’’Ｔ、−Ｈ／ｚ’’’Ｕが負となる場合の例外処理
図１１に示すように、航空機のバンク角と、センサの左右方向の写角の関係により、−Ｈ／ｚ’’’Ｐ、−Ｈ／ｚ’’’Ｒ、−Ｈ／ｚ’’’Ｓ、−Ｈ／ｚ’’’Ｔ、−Ｈ／ｚ’’’Ｕのいずれかが負となる場合がある。この場合、撮影包括範囲が正常に描画されないことになる。これは、センサの撮影範囲（視野）が地上面以外に空中を含むことになるからであり、撮影包括範囲の描画の際には例外処理を実施する必要がある。
この場合の実際の撮影包括範囲は、図１２に示すように、航空機の高度により定まる工学的な見通し限界線により制約を受ける。この場合の例外処理方法は、以下（Ｃ１）〜（Ｃ３）のとおりとする。また、本処理の概要を図１３に示す。
【００３２】
（Ｃ１）飛行方向への回転処理を終えた段階で、−Ｈ／ｚ’’’が負となる頂点について、地表相当面へ射影した位置と、航空機直下の地表相当面位置（０，０，０）との距離ｄを算出する。ｄは式（４）により算出できる。
【００３３】
【数４】
2008168852.tif 000006
【００３４】
ここで、ｘ’’’、ｙ’’’は、−Ｈ／ｚ’’’が負となる点のＸ座標とＹ座標の値である。
【００３５】
（Ｃ２）航空機からの見通し限界距離Ｄを算出する。ここで、Ｄは式（５）にて算出する。ただし、式（５）におけるＨは、航空機の対地高度である。
【００３６】
【数５】
2008168852.tif 000007
【００３７】
（Ｃ３）見通し限界点の座標は、（Ｃ２）で算出した見通し距離分だけ頂点座標を延伸することで求めることができる。ただし、Ｚ座標値は延伸しない。延伸後の座標は、以下のとおりである。
Ｘ座標＝ｘ’’’×（Ｄ／ｄ）
Ｙ座標＝ｙ’’’×（Ｄ／ｄ）
Ｚ座標＝−Ｈ
【００３８】
（Ｂ７）地表面への射影点Ｒ’、Ｓ’、Ｔ’、Ｕ’の描画
最終的な算出結果である（Ｂ５）にて得られた点Ｒ’、Ｓ’、Ｔ’、Ｕ’のＸ−Ｙ座標値を元にコンピュータの画面上に描画することで、航空機搭載のセンサによる撮影包括範囲を表示することができる。
【００３９】
ステップ８で、このとき、撮影包括範囲内に撮影目標が存在しない場合は、ステップ６に戻り、再度撮影位置を設定し、撮影目標が撮影範囲内に存在するよう、調整する。また、撮影包括範囲に撮影目標が存在する場合は、撮影目標を捕捉可能であることから、図１におけるステップ９に進む。
【００４０】
ステップ９（第六のステップ）における最適撮影高度算出に必要なパラメータは、以下の（Ｄ１）（Ｄ２）のとおりである。
（Ｄ１）撮影中央点に関するパラメータ
撮影中央点は、点Ｐ’の位置となり、撮影縮尺は、点Ｐ’における縮尺として定義する。
このとき、点Ｐ’の座標は、
Ｐ’ｘ：−Ｈ／ｚ’’’Ｐ＊ｘ’’’Ｐ
Ｐ’ｙ：−Ｈ／ｚ’’’Ｐ＊ｙ’’’Ｐ
Ｐ’ｚ：−Ｈ
である。
【００４１】
（Ｄ２）撮影目標の種別と所要の分解能の選択
コンピュータにおいて、撮影目標の種別と、撮影時に必要な分解能を選択する。詳細は以下のとおりである。
目標種別は、撮影目標種別から選択する。（注）所要分解能ファイルに記載された目標種別から選択可能。
所要分解能は、「低分解能」、「中分解能」、「高分解能」から選択する。
焦点距離は、選択された撮影センサに対応する焦点距離である。（注）センサ諸元ファイルに記載の当該センサに対応する焦点距離。
所要分解能を選択することで、所要分解能ファイルに記載された、当該目標の所要分解能に対応する所要撮影縮尺が読み込まれ、最適撮影高度を算出することができる。
【００４２】
最適撮影高度の算出は、以下の（Ｅ１）（Ｅ２）の手順による。
（Ｅ１）航空機位置（点Ｏ）と撮影包括範囲中点（点Ｐ’）間距離（スラント距離）の算出
図１４に示されるスラント距離は、式（６）により求めることができる。
【００４３】
【数６】
2008168852.tif 000008
【００４４】
（Ｅ２）最適撮影高度の算出
撮影縮尺とスラント距離は、以下の関係がある。
撮影縮尺＝センサ焦点距離／スラント距離
この式と、（Ｅ１）にて算出したスラント距離の関係から、最適撮影高度は、式（７）により算出することができる。
【００４５】
【数７】
2008168852.tif 000009
【００４６】
ステップ９にて、最適撮影高度を算出したら、ステップ１０で、撮影包括範囲の表示が行われ、また、その算出高度を飛行高度とする場合には、ステップ１１で、飛行高度として最適撮影高度を入力する。このとき、ステップ６にて入力した飛行高度と最適撮影高度が異なる場合には、最適撮影高度に対応する撮影包括範囲が自動的に表示される。また、最適撮影高度を飛行高度としない場合には、ステップ１２にて任意の飛行高度を入力することができる。
ここでも入力した高度が、ステップ６にて入力した高度と異なる場合には、ステップ１２にて入力した高度に対応する撮影包括範囲が自動的に表示される。
【００４７】
ステップ１３（第七のステップ）では、飛行経路上を飛行する際の、旋回バンク角を入力し、飛行経路の選定に用いる旋回半径を算出する。ここで、旋回バンク角の入力範囲は、以下のとおりである。
−９０°（注：右旋回）＜旋回バンク角  θ＜＋９０°（注：左旋回）
ここで、旋回半径は、以下の式から算出する。ただし、式中のｇは重力加速度を示す。
旋回半径＝航空機の対地速度／ｇ×ｔａｎθ
【００４８】
ステップ１４（第八のステップ）では、飛行経路の策定を行う。ステップ１４では、図１５に示すように、コンピュータ上に飛行線オブジェジェクトを表示し、マウス等の外部入力インターフェースにより、直接、飛行線オブジェクトを配置／移動／縮小／延長することで、経路の策定を実施できる。
【００４９】
ステップ１４により策定した飛行線の後続通過点として、マウス等の外部入力インターフェースにより通過点を設定でき、ステップ１５に進む。この通過点は、上記インターフェースにて任意点を指定できる他、図５に示す位置諸元ファイルに記載の各飛行場、航法援助施設一覧からも指定できるものとする。
【００５０】
ステップ１５では、ステップ１４にて設定した通過点が、ステップ１４にて策定した飛行線オブジェクトの延長線上に存在する場合と、しない場合とで処理を区分し、個別に経路を自動的に策定する。図１６に示すように、通過点がステップ１４にて策定した飛行線オブジェクトの延長線上に存在する場合には、当該飛行線オブジェクトを通過点まで延長する。
一方、図１７に示すように、通過点がステップ１４にて策定した飛行線オブジェクトの延長線上に存在しない場合は、ステップ１６で、旋回経路による経路選定を自動的に実施する。なお、旋回経路の策定に用いられる旋回半径は、ステップ１３にて算出された値を用いる。
【００５１】
ステップ１６における旋回経路の自動策定に用いるパラメータは、旋回半径と、旋回方向と、飛行線開始点と、飛行線終了点と、通過点座標である。ここで、
旋回半径ｒは、ステップ１３にて算出した値である。
旋回方向  右／左は、飛行線から通過点に至る旋回経路上の旋回方向で、「右」、「左」から選択入力する。
飛行線開始点：Ｂ（ｘＢ，ｙＢ）は、旋回経路と接続するステップ１４にて選定した飛行線の始点座標である。
飛行線終了点：Ｅ（ｘＥ，ｙＥ）は、旋回経路と接続する、ステップ１４にて選定した飛行線の終点座標である。
通過点座標：Ｗ（ｘｗ，ｙｗ）は、ステップ１５にて設定した通過点の座標値である。
【００５２】
ステップ１６における旋回経路の自動策定の手順は、以下の（Ｆ１）〜（Ｆ３）のとおりである。
ここで、飛行線方位が真北方向または東西方向にある場合は、その手順は非常に簡易であるので、以下では、飛行線方位が上記以外の向きにある場合を想定し、旋回方向として右旋回するものとして説明する。
【００５３】
（Ｆ１）旋回中心点の算出
図１８に示すように、旋回中心点は、飛行線終点を通る半径ｒの円として定義される。ここで飛行線の傾きは、式（８）により算出される。
【００５４】
【数８】
2008168852.tif 000010
【００５５】
ただし、ここでは  ｘＥ−ｘＢ≠０  である。ＥＣ→と飛行線は直交し、その長さは旋回半径ｒと等しいことから、ＥＣ→は式（９）のとおり表現される。
【００５６】
【数９】
2008168852.tif 000011
【００５７】
ここで、旋回中心点Ｃの位置ベクトルは、飛行線終点位置ベクトルとの和として表現されることから、式（１０）により算出される。
【００５８】
【数１０】
2008168852.tif 000012
【００５９】
以上の結果から、旋回中心点Ｃの座標は、式（１１）のとおり表現される。
【００６０】
【数１１】
2008168852.tif 000013
【００６１】
（Ｆ２）旋回終了点の算出
図１８に示すとおり、旋回終了点Ｎは、旋回経路上に存在し、通過点Ｗと直線にて接続される点であり、文字とおり旋回運動の終了点である。点Ｎは、式（１２）による条件を満足する点である。
【００６２】
【数１２】
2008168852.tif 000014
【００６３】
式（１２）の２個の式を解くことで、点Ｎの座標点を算出することができる。
【００６４】
（Ｆ３）旋回経路の策定と描画
ステップ１６にて、旋回中心点Ｃ、旋回終了点Ｎを算出することで、点Ｅを始点、点Ｎを終点とする半径ｒの円弧と、点Ｎと通過点Ｗを直線で結び、これを図１９に示すように描画することにより、旋回経路の自動選定が可能となる。
【００６５】
ステップ１７で、旋回経路の自動策定後、飛行経路の策定を継続する場合は、ステップ１４における飛行経路の策定を継続的に実施し、図２０に示すように、通過点を任意に設定して旋回経路の自動策定を続けることで、任意の飛行経路長の飛行計画を作成することができる。
ここで、本プログラムにおける飛行経路選定時の始点は、出発飛行場位置、終点は、帰投飛行場位置を前提とする。
また、機体諸元ファイルに記載の燃料消費量は、一般に飛行速度別に異なる値をとるが、以下では、すべてこの飛行速度は、機体諸元ファイルにて対地速度を元に記載されているものとして説明を行う。
【００６６】
ステップ１７で、飛行経路の策定を終了した後は、ステップ１８（第九のステップ）に示す航法計算を行う。ここでの手順は、以下の（Ｇ１）〜（Ｇ４）のとおりである。
（Ｇ１）総飛行経路長の算出
本プログラムにおいて策定した飛行線の飛行線長及び本発明に係るプログラムにおいて自動策定された旋回経路長を総和することで、総飛行経路を算出することができる。したがって、総飛行経路長は、以下の式にて算出される。
総飛行経路長＝Σ飛行線長＋Σ旋回経路における円弧長
【００６７】
（Ｇ２）総飛行時間の算出
総飛行時間は、総飛行経路長を飛行速度（対地速度）にて除算することで可能となるため、式（１３）にて算出することができる。
【００６８】
【数１３】
2008168852.tif 000015
【００６９】
（Ｇ３）燃料消費量の算出
航空機の燃料消費量を、ステップ１４にて策定した飛行線及びステップ１６にて自動選定した旋回経路における円弧状の経路毎に算出し、その総和をとることで、総飛行経路における燃料消費量を算出することが可能となる。
図３に示す機体諸元ファイルでは、機体重量、飛行高度、速度毎に、飛行距離１ＮＭあたりの燃料消費量が記載されているので、各飛行線長に対応する燃料消費量を積算することで、総燃料消費量を算出することができる。
ここで、燃料を消費するに従い、機体重量は減少することを勘案し、各飛行線及び旋回経路における円弧の始点における機体重量の減算処理を行う。これは、当該飛行線に至るまでの飛行経路における燃料消費量を算出し、算出した燃料消費量を機体重量から減算することで可能となる。したがって、算出式は、式（１４）のとおりである。
【００７０】
【数１４】
2008168852.tif 000016
【００７１】
ここで、飛行線及び円弧の始点における機体重量は以下の式にて算出される。
【００７２】
飛行線及び円弧の始点における機体重量
＝（初期機体重量＋初期燃料量）−当該飛行線・円弧に至るまでの燃料消費量
【００７３】
（Ｇ４）残燃料量の算出
飛行経路の終点における残燃料量は、以下の式から算出できる。
残燃料量＝初期燃料量−燃料消費量
【００７４】
ステップ１８における航法計算を終了することにより、本発明におけるプログラムは、ステップ１９の正常終了することになる。
【００７５】
実施の形態１によれば、航法計算に必要なデータをテーブル形式の電子データでコンピュータで保有した上で、策定された飛行経路に対応する各種航法計算を自動的に実行可能であり、同様にテーブル形式にて保有する航空機搭載センサ諸元と撮影対象の所要分解能から容易に所要分解能に合致する最適な飛行高度を自動算出できることから、航空写真の撮影をその目的とする飛行計画の立案を容易かつ短時間に対応することができる。
また、航法計算に必要な各種諸元は、個々にテーブル形式の電子データでコンピュータ内に保有させ、使用者の意思により、その編集／追加／修正／削除を容易に行え、例えばセンサや航法援助施設に係る各種諸元の追加、削除、変更が容易になっている。
【００７６】
また、飛行経路の策定において、マウス等の外部入力インターフェースを用いてコンピュータ画面上に各種オブジェクト（飛行線、通過点）を配置することにより、その経路選定を容易とすることを特徴としており、入力された旋回バンク角と設定した航空機の速度に対応する旋回半径を自動的に算出し、旋回経路を自動描画することで、より簡易に経路選定を実現することができる。
【００７７】
さらに、策定された飛行経路について、選択した航空機の種別、気象条件、飛行速度、飛行高度に対応し、その航法計算を自動的に実施し、飛行に必要な燃料量、設定した帰投飛行場上空における残燃料量、飛行距離、総飛行時間、経路上に設定した通過点における通過時間を算出でき、また、経路や高度、速度を再設定した場合においても自動的に再設定後の飛行経路、高度、速度に応じて航法計算を自動的に実施できる。
【００７８】
実施の形態２．
航空機の速度は、一般に対地速度（ＧＳ）以外にも、対地速度（ＧＳ）に対して風力を考慮した真対気速度（ＴＡＳ）、真対気速度（ＴＡＳ）に対して大気密度比を考慮した指示対気速度（ＩＡＳ）、真対気速度（ＴＡＳ）に対して音速を考慮したＭＡＣＨ数等、多種存在し、図２１に示すように、相互に密接な関係を有する。
このことから、実施の形態２によるプログラムでは、速度の相互変換に対応し、気象条件を踏まえた飛行計画の作成を可能とする。このため、以下の機能を有する。
【００７９】
真対気速度（ＴＡＳ）と指示対気速度（ＩＡＳ）は、当該飛行高度における温度による大気密度により関連付けられることから、本プログラムでは、式（１５）の換算式を用いて、入力された飛行速度の相互変換を行うものとする。
【００８０】
【数１５】
2008168852.tif 000017
【００８１】
ここで、ＨＡは航空機の大気高度、ｔ０は地表面温度（°Ｃ）を示す。
【００８２】
対地速度（ＧＳ）と真対気速度（ＴＡＳ）は、図２２に示す風力三角形の関係を用いて、式（１６）により相互変換可能である。
【００８３】
【数１６】
2008168852.tif 000018
【００８４】
ここで、ＧＳは対地速度ベクトルの大きさ、ＷＳは風力ベクトルの大きさ（風速）、θＧは対地速度ベクトルの向き（真北基準）、θＷは同様に風の真北を基準とする到来方向である。
【００８５】
ＭＡＣＨは、航空機が飛行する高度（大気高度）における音速を基に定義される速度であり、以下の式にて定められる。
ＭＡＣＨ＝ＴＡＳ（真対気速度  単位：ｋｔ）／Ｖｓ
【００８６】
ここで、Ｖｓは航空機の飛行高度における音速であり、以下の式から算出できる。
Ｖｓ＝２０．０４×｛（ｔ０−０．００１９８×ＨＡ）＋２７３｝１／２×３６００／１８５２    （ｋｔ）
上式において、ＨＡは航空機の大気高度、ｔ０は地表面温度（°Ｃ）を示す。
【００８７】
実施の形態２によれば、航空機の速度の相互変換に対応し、気象条件を踏まえた飛行計画の作成を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図２】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの撮影目標に対応する所要分解能を示す諸元ファイル（所要分解能ファイル）を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの航空機の各速度及び高度に対応する燃料消費量を示す諸元ファイル（機体諸元アフィル）を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの航空機に搭載する画像センサ毎の諸元を示す諸元ファイル（センサ諸元ファイル）を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの飛行場及び航法援助施設の位置を示す諸元ファイル（飛行場／航法援助施設位置諸元ファイル）を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの撮影包括範囲算出に伴う座標系設定とセンサウインドウを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムのセンサ俯角を考慮したセンサウインドウの回転処理を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの航空機のバンク角を考慮したセンサウインドウの回転処理を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの航空機の進行方向への向きを考慮したセンサウインドウの回転処理を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの回転処理終了後のセンサウインドウの地上相当面への延伸処理を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムのバンク角による撮影包括範囲の算出異常例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムのバンク角による実際の撮影包括範囲の一例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムのバンク角による撮影包括範囲の見通し距離付加処理を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの撮影包括範囲とスラント距離の関係を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの飛行線オブジェクトの配置／移動／縮小／延長を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの飛行線に対する通過点設定（飛行線の延長線上に通過点設定した場合）を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの飛行線に対する通過点設定（飛行線の延長線上以外に通過点設定した場合）を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの旋回経路の自動策定の原理を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの旋回経路の自動選定による旋回経路の描画結果を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態１による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの飛行経路の策定要領を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態２による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの対地速度、真対気速度、指示対気速度、ＭＡＣＨの相互関係を示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態２による画像センサ搭載型航空機用航法計算プログラムの風力三角形の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  諸元ファイルの作成ステップ
２  諸元ファイルの入力ステップ
３  航空機の選択ステップ
４  撮影目標の選択ステップ
５  撮影目標位置の設定ステップ
６  撮影位置／高度の設定ステップ
７  センサの選択／撮影包括範囲の表示ステップ
８  目標を捕捉可能／不可能の判定ステップ
９  最適高度の算出ステップ
１０  撮影包括範囲の表示ステップ
１１  最適高度の選定判定ステップ
１２  希望高度の入力ステップ
１３  旋回バンク角の設定ステップ
１４  飛行経路の策定ステップ
１５  経路の直線／旋回判定ステップ
１６  自動旋回経路策定ステップ
１７  経路選定終了判定ステップ
１８  航法計算実行ステップ
１９  終了
【図１】
2008168852.tif 000019
【図２】
2008168852.tif 000020
【図３】
2008168852.tif 000021
【図４】
2008168852.tif 000022
【図５】
2008168852.tif 000023
【図６】
2008168852.tif 000024
【図７】
2008168852.tif 000025
【図８】
2008168852.tif 000026
【図９】
2008168852.tif 000027
【図１０】
2008168852.tif 000028
【図１１】
2008168852.tif 000029
【図１３】
2008168852.tif 000030
【図１４】
2008168852.tif 000031
【図１５】
2008168852.tif 000032
【図１６】
2008168852.tif 000033
【図１７】
2008168852.tif 000034
【図１８】
2008168852.tif 000035
【図１９】
2008168852.tif 000036
【図２０】
2008168852.tif 000037
【図２１】
2008168852.tif 000038
【図２２】
2008168852.tif 000039
【図１２】
2008168852.tif 000040