(57)【要約】【課題】無人航空機を自律的に誘導・回収する装置を得る。【解決手段】ＧＰＳ衛星１５からの測位信号は、ＧＰＳアンテナ６とＧＰＳアンテナ７でほぼ同時に受信される。気球３上のＧＰＳ受信部１０から得られる擬似距離データ及び搬送波位相データは、送信部１２により送信され、機体１上の受信部１１によって受信される。相対航法計算部１３は、受信部１１により受信された気球３における擬似距離データ及び搬送波位相データとＧＰＳ受信部９から得られる機体１における擬似距離データ及び搬送波位相データを併せて相対航法演算を行い、気球３に対する機体１の相対位置及び相対速度を算出する。相対位置及び相対速度のデータは、誘導制御計算部１４に送られ、この誘導制御計算部１４によってケーブル２へ機体１を衝突させるための誘導制御量算出が行われる。誘導制御計算部１４によって誘導された機体１はケーブル２へ衝突することで減速し、回収される。【選択図】図２
2007248173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、前記移動体の目標位置に配置されている通信装置と通信する情報処理装置であって、
前記通信装置から測位に関する情報を受信し、受信した情報を第一の測位情報として出力する第一の受信部と、
前記通信装置以外の送信元から測位に関する情報を受信するとともに、受信した情報に対する解析を行い、解析結果を第二の測位情報として出力する第二の受信部と、
前記第一の受信部から出力された第一の測位情報と前記第二の受信部から出力された第二の測位情報とに基づき、前記通信装置に対する前記移動体の相対位置及び相対速度を算出する相対航法計算部と、
前記相対航法計算部により算出された相対位置及び相対速度に基づき、前記移動体を前記目標位置に誘導するための誘導制御計算を行う誘導制御計算部とを有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記第一の受信部は、
前記通信装置が測位衛星から受信した情報に基づいて前記通信装置が算出した前記測位衛星と前記通信装置との間の擬似距離を示す擬似距離データと、前記通信装置が前記測位衛星から受信した情報の搬送波の位相を示す搬送波位相データとを前記通信装置から受信し、受信した擬似距離データと搬送波位相データとを第一の測位情報として出力し、
前記第二の受信部は、
前記測位衛星から送信された情報を受信し、受信した情報に対する解析を行い、前記測位衛星と前記移動体との間の擬似距離を示す擬似距離データと、前記測位衛星から受信した情報の搬送波の位相を示す搬送波位相データとを生成し、生成した擬似距離データと搬送波位相データとを第二の測位情報として出力することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記情報処理装置は、
無人航空機に搭載され、
前記第一の受信部は、
前記無人航空機の飛行経路を横切って垂直に設置されたケーブル又はポールを用いて前記無人航空機を目標位置にて捕獲する捕獲手段に配置されている通信装置から測位に関する情報を受信し、
前記誘導制御計算部は、
前記無人航空機を前記ケーブル又はポールに衝突させるための誘導制御計算を行うことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項４】
移動体の目標位置に配置されている通信装置と、前記移動体に搭載され前記通信装置と通信する情報処理装置とを有する通信システムであって、
前記通信装置は、
測位衛星から測位に関する情報を受信するとともに、受信した情報に対する解析を行い、測位衛星と通信装置との間の擬似距離を示す擬似距離データと、前記測位衛星から受信した情報の搬送波の位相を示す搬送波位相データとを生成し、生成した擬似距離データと搬送波位相データを前記情報処理装置に対して送信し、
前記情報処理装置は、
前記通信装置から擬似距離データと搬送波位相データとを受信し、
前記測位衛星から測位に関する情報を受信するとともに、受信した情報に対する解析を行い、前記測位衛星と前記移動体との間の擬似距離を示す擬似距離データと、前記測位衛星から受信した情報の搬送波の位相を示す搬送波位相データとを生成し、
前記通信装置から受信した擬似距離データと搬送波位相データと、生成した擬似距離データと搬送波位相データとに基づき、前記通信装置に対する前記移動体の相対位置及び相対速度を算出し、
算出した相対位置及び相対速度に基づき、前記移動体を前記目標位置に誘導するための誘導制御計算を行うことを特徴とする通信システム。
【請求項５】
移動体に搭載される情報処理装置を用いて、前記移動体の目標位置に前記移動体を誘導する移動体誘導方法であって、
前記目標位置に配置されている通信装置から測位に関する情報を受信し、受信した情報を第一の測位情報として出力する第一の受信ステップと、
前記通信装置以外の送信元から測位に関する情報を受信するとともに、受信した情報に対する解析を行い、解析結果を第二の測位情報として出力する第二の受信ステップと、
前記第一の受信ステップにより出力された第一の測位情報と前記第二の受信ステップにより出力された第二の測位情報とに基づき、前記通信装置に対する前記移動体の相対位置及び相対速度を算出する相対航法計算ステップと、
前記相対航法計算ステップにより算出された相対位置及び相対速度に基づき、前記移動体を前記目標位置に誘導するための誘導制御計算を行う誘導制御計算ステップと有することを特徴とする移動体誘導方法。
【請求項６】
移動体に搭載される情報処理装置に、
前記移動体の目標位置に配置されている通信装置から測位に関する情報を受信し、受信した情報を第一の測位情報として出力する第一の受信処理と、
前記通信装置以外の送信元から測位に関する情報を受信するとともに、受信した情報に対する解析を行い、解析結果を第二の測位情報として出力する第二の受信処理と、
前記第一の受信処理により出力された第一の測位情報と前記第二の受信処理により出力された第二の測位情報とに基づき、前記通信装置に対する前記移動体の相対位置及び相対速度を算出する相対航法計算処理と、
前記相対航法計算処理により算出された相対位置及び相対速度に基づき、前記移動体を前記目標位置に誘導するための誘導制御計算を行う誘導制御計算処理とを実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、滑走路用に十分な余裕のない空間、例えばビルの屋上に、ＧＰＳを利用した相対航法を用いて無人航空機を自律的に誘導及び回収する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無人航空機の回収は、通常の着陸走行のための余裕が十分でない空間、例えばビルの屋上や船上で行う必要が生じる場合がある。この様な状況では、飛行経路を横切って垂直に設置されたケーブル又はポールで飛行物体を捕獲する手段が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特表２００３−５０１３１４号公報（第１０頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これら装置による飛行物体の回収では、飛行物体の誘導は無線による操縦で行われ、回収装置近辺に誘導を行う熟練した操縦士が必要となる。
このように、従来の無人航空機回収装置には、回収装置までの航空機の誘導及び回収での自律化に関して解決すべき課題があった。
【０００４】
この発明は、係る問題を解決し、無人航空機の自律的な誘導及び回収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】
【０００５】
本発明に係る情報処理装置は、
移動体に搭載され、前記移動体の目標位置に配置されている通信装置と通信する情報処理装置であって、
前記通信装置から測位に関する情報を受信し、受信した情報を第一の測位情報として出力する第一の受信部と、
前記通信装置以外の送信元から測位に関する情報を受信するとともに、受信した情報に対する解析を行い、解析結果を第二の測位情報として出力する第二の受信部と、
前記第一の受信部から出力された第一の測位情報と前記第二の受信部から出力された第二の測位情報とに基づき、前記通信装置に対する前記移動体の相対位置及び相対速度を算出する相対航法計算部と、
前記相対航法計算部により算出された相対位置及び相対速度に基づき、前記移動体を前記目標位置に誘導するための誘導制御計算を行う誘導制御計算部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
このように、本発明によれば、移動体に搭載された通信装置において目標位置に対する相対位置及び相対速度を計算し、移動体を目標位置に誘導するための誘導制御計算を行うため、移動体を自律的かつ正確に目標位置に誘導することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。図に記載する無人航空機（以下、単に「機体」と呼ぶ。）には、各種の機器が搭載されているが、ここではこの発明の要旨とする部分だけを説明する。なお、無人航空機１は、移動体の例である。
図１はこの発明の実施の形態１における装置の構成を示すものである。
図１において、回収装置は、概ね垂直方向に直線状のある長さのケーブル２、機体１の経路を横切るケーブル２を吊り下げる気球３、および機体１上一つ以上のフック８を含んでいる。
この回収方法は、機体１のアプローチの経路を横切って吊り下げられたケーブル２に機体１を衝突させ、それが機体１を減速させる。同時に、ケーブル２は機体１の表面に沿ってフック８内に滑り込み、さらにフック８内でケーブル２が捕獲されることで、機体１を回収する。
【０００８】
図２はこの発明の実施の形態１における誘導装置の構成を示すものである。
本実施の形態においては、気球３側にはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ６、ＧＰＳ受信部１０、送信アンテナ４、および送信部１２を備える通信装置２００が搭載されており、機体１側にはＧＰＳアンテナ７、ＧＰＳ受信部９、受信アンテナ５、受信部１１、相対航法計算部１３、および誘導制御計算部１４を備える情報処理装置１００が搭載されている。
【０００９】
通信装置２００では、ＧＰＳ受信部１０が、ＧＰＳアンテナ６を介して、ＧＰＳ衛星１５（測位衛星）から測位に関する情報を受信するとともに、受信した情報に対する解析を行い、ＧＰＳ衛星１５と気球３との間の擬似距離を示す擬似距離データと、ＧＰＳ衛星１５から受信した情報の搬送波の位相を示す搬送波位相データとを生成する。そして、送信部１２が、送信アンテナ４を介して、生成した擬似距離データと搬送波位相データを情報処理装置１００に対して送信する。
情報処理装置１００では、ＧＰＳ受信部９が、ＧＰＳアンテナ７を介して、ＧＰＳ衛星１５から測位に関する情報を受信するとともに、受信した情報に対する解析を行い、ＧＰＳ衛星１５と機体１との間の擬似距離を示す擬似距離データと、ＧＰＳ衛星１５から受信した情報の搬送波の位相を示す搬送波位相データとを生成する。
また、受信部１１が、受信アンテナ５を介して、通信装置２００から擬似距離データと搬送波位相データとを受信する。
そして、相対航法計算部１３が、通信装置２００から受信した擬似距離データと搬送波位相データと、ＧＰＳ受信部９が生成した擬似距離データと搬送波位相データとに基づき、通信装置２００（気球３）に対する機体１の相対位置及び相対速度を算出し、算出した相対位置及び相対速度に基づき、誘導制御計算部１４が、機体１を気球３（目標位置）に誘導するための誘導制御計算を行う。
【００１０】
情報処理装置１００の受信部１１は、第一の受信部の例であり、受信部１１から出力される情報は、第一の測位情報の例である。
また、ＧＰＳ受信部９は、第二の受信部の例であり、ＧＰＳ受信部９から出力される情報は、第二の測位情報の例である。
【００１１】
図４は、実施の形態１における情報処理装置１００及び通信装置２００のハードウェア資源の一例を示す図である。
図４において情報処理装置１００及び通信装置２００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、小型の磁気ディスク装置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。磁気ディスク装置９２０の代わりに、フラッシュメモリ、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、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。
【００１２】
通信ボード９１５は、受信部１１又は送信部１２、及びＧＰＳ受信部９又はＧＰＳ受信部１０の一部を構成し、情報処理装置１００と通信装置２００との間の通信、ＧＰＳ衛星１５と情報処理装置１００又は通信装置２００との間の通信を実現する。
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）、ウィンドウシステム９２２、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。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９２２により実行される。
【００１３】
上記プログラム群９２３には、以下に述べる説明において「〜部」として説明す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、以下に述べる説明において、「〜の計算結果」、「〜の処理結果」、「〜の評価結果」等として説明する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・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・出力・印刷・表示・抽出の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、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
また、以下で説明す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、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他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。
【００１４】
また、本実施の形態の説明において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、「手段」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」として説明するものは、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、フラッシュメモリ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、以下に述べる「〜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、以下に述べる「〜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。
【００１５】
このように、本実施の形態及び以下に述べる実施の形態に示す情報処理装置１００及び通信装置２００は、処理装置たるＣＰＵ、記憶装置たるメモリ、磁気ディスク等、出力装置たる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、出力装置を用いて実現するものである。
【００１６】
次に、図３を用いて、本実施の形態に係る通信装置２００及び情報処理装置１００の動作を説明する。
ＧＰＳ衛星１５から送信される測位信号は、ＧＰＳアンテナ６とＧＰＳアンテナ７でほぼ同時に受信される（Ｓ３０１）、（Ｓ３０４、第二の受信ステップ）。
通信装置２００のＧＰＳ受信部１０と情報処理装置のＧＰＳ受信部９はそれぞれＧＰＳ衛星１５からの測位信号から擬似距離データおよび搬送波位相データを生成する（Ｓ３０２）、（Ｓ３０５、第二の受信ステップ）。
通信装置２００のＧＰＳ受信部１０から得られる擬似距離データおよび搬送波位相データは、即座に送信部１２によって送信され（Ｓ３０３）、情報処理装置１００の受信部１１によって受信される（Ｓ３０６、第一の受信ステップ）。
情報処理装置１００の相対航法計算部１３は、受信部１１によって受信された気球３における擬似距離データおよび搬送波位相データとＧＰＳ受信部９から得られる機体１における擬似距離データおよび搬送波位相データを併せて相対航法演算を行って、気球３に対する機体１の相対位置及び相対速度を算出する（Ｓ３０７、相対航法計算ステップ）。
これら相対位置及び相対速度のデータは、誘導制御計算部１４に送られ、この誘導制御計算部１４によってケーブル２へ機体１を衝突させるための誘導制御量算出が行われる（Ｓ３０８、誘導制御計算ステップ）。
誘導制御計算部１４によって誘導された機体１はケーブル２へ衝突することで減速し、回収される。
【００１７】
ここで使用するＧＰＳ受信部９や受信部１１は、従来の無人航空機にも装備されているものであり、本実施の形態では、機器の追加は不要である。また、相対航法演算は機体１が気球３に接近した回収誘導時のみに必要であるため、気球３に搭載される送信部１２は小型で低コストの特定小電力無線機器で十分であり、既存の気球への装備も容易である。
【００１８】
相対航法計算部１３によって得られる相対位置精度は、擬似距離データを使用した際に５０センチメートル程度であり、搬送波位相データを用いた場合は数センチメートルである。つまり、機体１の衝突面の長さ（例えば翼長）が相対位置精度以上であれば、機体１をケーブル２へ衝突するように容易に誘導できる。
【００１９】
したがって、本実施の形態は、無人航空機を自律的に誘導・回収するために、低コストで、高精度な装置を提供できる。
【００２０】
以上のように、本実施の形態では、飛行経路を横切って垂直に設置されたケーブルで無人航空機を捕獲する手段において、
上記ケーブルを吊り下げる気球に搭載され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して擬似距離と搬送波位相の計測を行うＧＰＳ受信機と、
上記気球に搭載され、上記ＧＰＳ受信機の計測値を送信する送信機と、
上記無人航空機に搭載され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して擬似距離と搬送波位相の計測を行うＧＰＳ受信機と、
上記無人航空機に搭載され、上記送信機によって送信されてきた上記計測値を受信する受信機と、
上記無人航空機に搭載され、上記無人機のＧＰＳ計測値と、上記受信機で受信した上記気球のＧＰＳ計測値から、相対位置及び相対速度を算出する相対航法計算機と、
上記無人航空機に搭載され、上記相対航法計算機で算出された相対位置及び相対速度に基づいて、当該無人航空機を上記ケーブルに衝突するように自律的に誘導する誘導制御計算機と、
を具備する無人航空機の誘導・回収装置について説明した。
【００２１】
実施の形態２．
なお、上記の実施の形態１では、ケーブルを吊り下げる手段として気球を用いたが、ケーブルを吊り下げる手段は、凧、飛行機、クレーンなど、ＧＰＳアンテナ６、ＧＰＳ受信部１０、および送信部１２を装備できるものであれば同様の機能を得ることができる。
【００２２】
実施の形態３．
或いは、ケーブルの代わりにポールなど垂直方向に固定された固定体を用いることで、吊り下げる手段がなくとも同様の機能を得ることができる。本実施の形態では、ＧＰＳアンテナ６、ＧＰＳ受信部１０、および送信部１２は固定端の先端部に設置される。
【００２３】
なお、以上では、無人航空機を移動体の例として説明したが、本発明は、無人航空機以外の例えば無人自動車や無人船舶を用いる場合でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１における回収装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における誘導装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における情報処理装置と通信装置の動作例を示すフローチャート図。
【図４】この発明の実施の形態１における情報処理装置と通信装置のハードウェア構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１  機体、２  ケーブル、３  気球、４  送信アンテナ、５  受信アンテナ、６  ＧＰＳアンテナ、７  ＧＰＳアンテナ、８  フック、９  ＧＰＳ受信部、１０  ＧＰＳ受信部、１１  受信部、１２  送信部、１３  相対航法計算部、１４  誘導制御計算部、１００  情報処理装置、２００  通信装置。
【図１】
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【図２】
2007248173.tif 000004
【図３】
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【図４】
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