JP2012505121A - 無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導するシステム - Google Patents

無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導するシステム Download PDF

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Abstract

本発明は、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォーム(1)への接近段階の間、無人飛行物体を誘導するシステムにおいて、前記プラットフォームは、水平面からの所定の角度区域にわたって光誘導ビームの配列(2)を放射する滑空角指示装置を備えるとともに、前記無人飛行物体に前記誘導ビームを追従させるために、前記無人飛行物体は、画像解析手段(7)と、前記無人飛行物体の自動操縦手段(9)に指令するための命令の演算手段(8)とに接続されたビーム捕捉カメラ(6)を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、無人飛行物体(drone)を、プラットフォーム(platform)への接近段階の際に、誘導するためのシステムに関する。
より詳細には、本発明は、前記無人飛行物体を、例えば、特に海軍の(naval)プラットフォームへの接近段階の際に、この無人飛行物体を着陸させる目的で、誘導するためのシステムに関する。
誘導に関するこの問題が、現在、長年にわたる開発の要因となってきた重大な問題であることは周知のことである。
GPSまたはレーダーの技術を使用する、このタイプの用途に対する誘導の解決方法が、すでに提案されている。
しかしながら、海軍のプラットフォームに対する特定の用途のためには、これらのシステムは、このプラットフォームの制御を必要とし、特に、その動きおよび装置の知識を必要とする。
無人飛行物体の回収を保証するためのこれらの問題に加わる別の難点は、この無人飛行物体の位置は、しばしばGPSにより測定されるが、その有用性は、コンステレーション(constellation)のサイクルスリップ、マルチパス、干渉などのために、常時保証されるわけではないという事実に関係する。
これらの問題を解決することが、本発明の目的である。
この目的のために、本発明の主題は、無人飛行物体を、プラットフォーム、特に海軍のプラットフォームへの接近段階の際に、それをこのプラットフォーム上に着陸させるために、誘導するためのシステムであって、プラットフォームは、水平面からの所定の角度区域(angular sector)上に、光誘導ビーム(optical guide beam)の配列を放射する滑空角指示装置(glide slope indicator installation)を備えること、ならびに、無人飛行物体に誘導ビームを追従させるために、無人飛行物体は、画像解析手段に、および、無人飛行物体の自動飛行(automatic flight)手段の指令のための命令を演算する手段に接続されるビーム捕捉カメラ(beam acquisition camera)を備えることを特徴とするシステムである。
本発明の他の態様によれば、誘導システムは、1つまたは複数の以下の特性を備える。
・誘導ビームの配列は、水平面から高さ方向に(in elevation)並置される、異なる色の3つのビームを含む。
・第1のビームの色は赤色であり、第2のビームの色は緑色であり、第3のビームの色は黄色である。
・第1のビームのビーム射角(elevation angle)は4°であり、第2のビームでは2°であり、第3のビームでは8°である。
・ビームのビーム方位角(azimuth angle)は、30°である。
・ビームの方位角は、27°の第1の左舷側(port-side)角度区域と、第1の左舷側区域から右舷に(starboard)3°の第2の角度区域とに分割される。
・第1の左舷側角度区域では、赤色ビームは1秒の期間で点滅し、緑色ビームは点滅せず、黄色ビームは2秒の期間で点滅し、一方で、第2の右舷側角度区域では、全てのビームが0.5秒の期間で点滅する。
・画像解析手段は、演算手段に対し、カメラにより感知され、その点滅期間から決定される、ビームの色に関する情報、および区域に関する情報を送出するように構成され、無人飛行物体の自動操縦(automatic piloting)手段に指令するための命令を演算するための手段は、無人飛行物体の縦方向の(longitudinal)速度Vx、横方向の(lateral)速度Vy、および上昇(climb)速度Vzを、以下の式、すなわち、
・感知されたビームの色が赤色ならば、Vx=Vcruise*0.22およびVz=Vzmaxであり、Vcruiseは無人飛行物体の巡航速度であり、Vzmaxはその最大上昇速度であり、これらの速度はm/sであらかじめ定められる
・感知されたビームの色が緑色ならば、Vx=Vcruise*3/5およびVz=Vzmaxである
・感知されたビームの色が黄色ならば、Vx=Vcruise*35およびVz=-Vzmaxである
・ビームが感知されない場合、Vx=0およびVz=-Vzmaxである
・感知された区域が第1の左舷側区域ならば、Vy=-2である
・感知された区域が第2の右舷側区域ならば、Vy=7である
・区域が感知されない場合、Vy=0である
に従って決定するように構成される。
・演算手段は、プラットフォームの移動速度を考慮するように構成される。
・プラットフォームは、水上船舶(surface vessel)であり、滑空角指示装置は、この船舶上で、ロールおよびピッチで安定化される。
本発明は、単に例として与えられる以下の説明の助力により、および添付図面を参照して、よりよく理解されることになる。
本発明による誘導システムの構成部分である滑空角指示装置を備える海軍のプラットフォームを示す図である。 前記装置により放射される光ビームの配列を示す図である。 無人飛行物体が誘導されるときに、それにより追従すべき理想的な飛行経路を示す図である。 無人飛行物体が誘導されるときに、それにより追従すべき理想的な飛行経路を示す図である。 無人飛行物体が誘導されるときに、それにより追従すべき理想的な飛行経路を示す図である。 この追跡を確実にするために無人飛行物体に内蔵される様々な手段を示す要約概略図である。
図1は、無人飛行物体を、プラットフォーム、特に海軍のプラットフォームへの接近段階の際に、誘導するためのシステムを示す。
このプラットフォームは、この図では全体的な参照1が与えられ、それは、例えば船尾の方に、無人飛行物体用の着陸場所を備える。
このプラットフォームは、実際には、滑空角を指示する装置を備え、水平面からの所定の角度区域にわたって、光誘導ビームの配列を放射する。
その部分に対して、この無人飛行物体に誘導ビームを追従させるために、無人飛行物体は、画像解析手段に、および、この無人飛行物体の自動操縦手段の指令のための命令を演算する手段に接続されるビーム捕捉カメラを備える。
この図1では、光誘導ビームの配列には、全体的な参照番号2が付く。
誘導ビームの配列は、この図1ではそれぞれの参照番号3、4、5で指定されるビームのような、水平面から高さ方向に並置される、異なる色の3つのビームを含むことができる。
第1のビーム3の色は赤色であってよく、第2のビーム4の色は緑色であってよく、第3のビーム5の色は黄色であってよい。
さらには、第1のビームのビーム射角は4°であってよく、第2のビームでは2°であってよく、第3のビームでは8°であってよい。
これらのビームはさらに、ビーム方位角が30°で、この方位角は、27°の第1の左舷側角度区域と、第1の左舷側区域から右舷に3°の第2の角度区域とに分割されてよい。
さらには、このように定義される異なる区域では、ビームは、異なる期間で点滅してもよい。
例えば、第1の左舷側角度区域では、赤色ビームは1秒の期間で点滅してよく、緑色ビームは点滅せず、一方で、黄色ビームは2秒の期間で点滅してよい。
第2の右舷側角度区域では、全てのビームが0.5秒の期間で点滅する。
このことは、図2で図式化されており、それぞれ赤色、緑色および黄色の、第1の、第2のおよび第3のビーム3、4および5が確認され得る。
図2はさらに、27°の第1の区域および3°の第2の区域を有する、これらのビームの30°の方位角を示す。
したがって、図3、4および5に示されるように、これらの図に、第2の光ビームおよび第3の光ビームの左舷側区域と右舷側区域との間の接続部で、より太い線により示されるような針路を、無人飛行物体に追従させることにより、無人飛行物体に対して、プラットフォームに接近するときに、理想的な飛行経路を定義することが可能であることが理解できよう。
この目的のために、無人飛行物体は、図6に示されるように、この図で全体的に6と示されるビーム捕捉カメラを備え、そのカメラの出力は、全体的な参照番号7が付く画像解析手段に接続される。
これらの解析手段自体は、無人飛行物体に誘導ビームを追従させるように、無人飛行物体の自動操縦手段の指令のための命令を演算する手段に接続され、命令を演算するための手段には、全体的な参照番号8が付き、無人飛行物体の自動操縦手段には、全体的な参照番号9が付く。
したがって、この連鎖により、画像解析手段は、演算手段に対し、カメラにより感知されるような、その点滅期間から決定される、ビームの色の情報、および区域の情報を送出することができ、それにより、無人飛行物体の自動操縦手段に指令する命令を演算するための手段は、この無人飛行物体の縦方向の速度Vx、横方向の速度Vy、および上昇速度Vzを決定することが理解されよう。
次いで、これらの様々な速度に対する演算アルゴリズムは、以下のものであってよい。
感知されたビームの色が赤色ならば、Vx=Vcruise*0.22およびVz=Vzmaxであり、Vcruiseは無人飛行物体の巡航速度であり、Vzmaxはその最大上昇速度であり、これらの速度はメートル/秒で、例えば無人飛行物体の製造業者によりあらかじめ定められる。
他方では、感知されたビームの色が緑色ならば、Vx=Vcruise*3/5およびVz=Vzmaxである。
最後に、感知されたビームの色が黄色ならば、Vx=Vcruise*3/5およびVz=-Vzmaxである。
他方では、ビームが感知されない場合、Vx=0およびVz=-Vzmaxである。
同様に、感知される区域が第1の左舷側区域ならば、Vy=-2であり、感知される区域が第2の右舷側区域ならば、Vy=7である。
区域が感知されない場合、Vyは0に設定される。
したがって、これらの操縦命令により、無人飛行物体は、先に定義したような理想的な飛行経路を、だいたい正確に追従することができることが理解できよう。
プラットフォームが、水上船舶などの船舶であるならば、滑空角指示装置は、従来の方法で、ピッチおよびロールで安定化されることを、さらに留意されたい。
同様に、演算手段は、飛行経路の正確な追従をさらに改善するために、プラットフォームの移動速度を考慮するように構成され得る。
したがって、前記システムでは、これらの手段によって、滑空角指示器の点滅を、無人飛行物体のカメラにより監視し、縦方向および横方向の速度に関して後続の命令を、無人飛行物体に与えることができ、その結果、それが、この滑空角指示器の周波数遷移区域を、それがそこから逸脱してはならない降下の経路として追従することが理解できよう。
次いで、決定される飛行経路は、接近段階の際のヘリコプターのそれに類似させてよく、それにより、例えばプラットフォームに乗船する航空士官(aviation officer)にとっては、視覚的な安全制御が同じになる。
したがって、前記システムは、十分に光学的であり、GPS信号が、場合によっては故意に妨害され得る、または、何らかのもしくは別の形で利用不可能にされる領域で、前記滑空角指示器の光学的射程距離(optical range)にわたって、無人飛行物体が回収されることを可能にする。
プラットフォームと無人飛行物体との間の接続が限定的に損失する場合に、または、GPS干渉の場合に、無人飛行物体が光学的射程距離の外部を移動しているならば、プラットフォームは、無人飛行物体について、その推定の方向にビームの配列を放射することにより、位置を突き止めるために、移動され得る。
滑空角指示装置が、ピッチおよびロールで固定されるならば、この無人飛行物体の飛行経路もまた、プラットフォームのロールおよびピッチに依存せず、降下経路を追従することにより、無人飛行物体は、船舶の船首揺れ(yaw)の動きを補完する。
一般には、理想的な滑空角は、4°に設定され得ると評価され得る。
したがって、滑空角指示装置が、1.5NMの射程距離を有し得る限り、無人飛行物体が、精密短距離着陸センサ(precision short range landing sensor)により管理される点までは、このシステムにより、無人飛行物体は、一定の高度の、プラットフォームの遠く後方の接触点から誘導されることが可能になる。
前記装置を用いると、無線周波数リンクなどの任意のリンクなしに、無人飛行物体を回収することもまた可能である。
演算手段が、プラットフォームの移動速度を考慮するときに、誘導の精度において著しい向上がさらに提供され得ることにもまた留意されたい。
この場合に、最適の誘導経路に関する誤差は、それによって、より安定である。
これにより、無人飛行物体は、はるかに多くの直線的な経路を追従し、この誘導経路に関しては、無人飛行物体の振動はほとんどないために、着陸手順の時間を削減することが可能になる。
実際には、ビームの配列の捕捉および処理の頻度が、誘導の精度において非常に重要な役割を果たすことにもまた留意されたい。
シミュレーションにより、無人飛行物体が秒速5メートルを超える速度で接近する場合に、風力5の海上条件で船尾波(stern sea)が45°のフリゲート艦の船尾方向に20メートルの距離まで、無人飛行物体の誘導が有効であることが確認された。
したがって、このシステムは、当技術分野の現状ですでに周知の構造と比較して、一定数の利点を示すことが理解できよう。
明らかに、説明された実施形態の例は、海軍のプラットフォームに搭載される、このタイプの装置の設置に関するものであるが、本発明のシステムは、任意の着陸プラットフォームに適用することもでき、滑空角指示装置は、海軍のプラットフォームに、または、陸上の(land-based)着陸プラットフォームなどの他の任意のプラットフォームに、暫定的に、および一時的に設置可能な移動モジュールで形成されてもよい。
1 プラットフォーム
2 光誘導ビームの配列
3 第1のビーム
4 第2のビーム
5 第3のビーム
6 ビーム捕捉カメラ
7 画像解析手段
8 命令を演算する手段
9 自動操縦手段

Claims (10)

  1. 無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォーム(1)への接近段階の間、無人飛行物体を誘導するシステムにおいて、
    前記プラットフォームは、水平面からの所定の角度区域にわたって光誘導ビームの配列(2)を放射する滑空角指示装置を備えるとともに、
    前記無人飛行物体に前記誘導ビームを追従させるために、前記無人飛行物体は、画像解析手段(7)と、前記無人飛行物体の自動操縦手段(9)に指令するための命令の演算手段(8)とに接続されたビーム捕捉カメラ(6)を備えることを特徴とするシステム。
  2. 前記誘導ビームの配列は、水平面から高さ方向に並置された、異なる色の3つのビーム(3、4、5)を含むことを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項1に記載のシステム。
  3. 前記第1のビーム(3)の色は赤色であり、前記第2のビーム(4)の色は緑色であり、前記第3のビーム(5)の色は黄色であることを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項2に記載のシステム。
  4. 前記第1のビーム(3)のビーム射角は4°であり、前記第2のビーム(4)では2°であり、前記第3のビーム(5)では8°であることを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項2または3に記載のシステム。
  5. 前記ビームのビーム方位角は、30°であることを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項2から4のいずれか1項に記載のシステム。
  6. 前記ビームの前記方位角は、27°の第1の左舷側角度区域と、前記第1の左舷側区域から右舷に3°の第2の角度区域とに分割されることを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項5に記載のシステム。
  7. 前記第1の左舷側角度区域では、前記赤色ビーム(3)は1秒の期間で点滅し、前記緑色ビーム(4)は点滅せず、前記黄色ビーム(5)は2秒の期間で点滅し、一方で、前記第2の右舷側角度区域では、全ての前記ビーム(3、4、5)が0.5秒の期間で点滅することを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項6に記載のシステム。
  8. 前記画像解析手段(7)は、前記カメラ(6)により感知された前記ビームの点滅期間から決定される、ビームの色に関する情報、および区域に関する情報を前記演算手段(8)に送出するように構成されるとともに、
    前記無人飛行物体の前記自動操縦手段に指令するための命令を演算する手段(8)は、前記無人飛行物体の縦方向の速度Vx、横方向の速度Vy、および上昇速度Vzを、以下の式、すなわち、
    ・前記感知されたビームの色が赤色ならば、Vx=Vcruise*0.22およびVz=Vzmaxであり、Vcruiseは前記無人飛行物体の巡航速度であり、Vzmaxはその最大上昇速度であり、これらの速度はm/sであらかじめ定められる
    ・前記感知されたビームの色が緑色ならば、Vx=Vcruise*3/5およびVz=Vzmaxである
    ・前記感知されたビームの色が黄色ならば、Vx=Vcruise*3/5およびVz=-Vzmaxである
    ・ビームが感知されない場合、Vx=0およびVz=-Vzmaxである
    ・前記感知された区域が前記第1の左舷側区域ならば、Vy=-2である
    ・前記感知された区域が前記第2の右舷側区域ならば、Vy=7である
    ・区域が感知されない場合、Vy=0である
    に従って決定するように構成されることを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項7に記載のシステム。
  9. 前記演算手段(8)は、前記プラットフォームの移動速度を考慮するように構成されることを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項8に記載のシステム。
  10. 前記プラットフォームは、水上船舶(1)であること、ならびに、前記滑空角指示装置は、前記船舶のピッチおよびロールで固定されることを特徴とする、無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導する請求項1から9のいずれかに記載のシステム。
JP2011531538A 2008-10-13 2009-10-13 無人飛行物体を着陸させるために、プラットフォーム、特に海軍プラットフォームへの接近段階の間、無人飛行物体を誘導するシステム Pending JP2012505121A (ja)

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