JPH0717492A

JPH0717492A - 遠隔操縦方式の無人ヘリコプタシステム

Info

Publication number: JPH0717492A
Application number: JP5163569A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yokota; 宏一横田; Yoshiyuki Haga; 美行芳賀; Shigeyuki Ogata; 成行緒方
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1993-07-01
Publication date: 1995-01-20

Abstract

(57)【要約】【目的】機体を安定化させるための操縦操作が不要で
あり、かつ自立飛行制御機能を有し、機体が目視界外に
あっても自由にかつ継続的に飛行させることを可能にし
た遠隔操縦方式の無人ヘリコプタシステムを提供する。【構成】機体に搭載される機体システムを、操縦信号
受信装置１、機体を制御するための信号を生成する飛行
制御装置２、サーボアクチュエータ３、電力供給装置
６、回転センサ４、燃料センサ５、位置測定装置７、運
動測定装置８、高度測定装置９、操縦システムへテレメ
ータ信号を出力するテレメータ信号送信装置１０等より
構成し、一方、操縦者側の操縦システムは、遠隔操縦装
置、テレメータ信号受信装置、操縦用ディスプレイの表
示画面に機体の運動状態信号や機体システムの作動状態
などの情報を表示させて操縦者に提供するための操縦用
ディスプレイ表示制御装置等より構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は遠隔操縦方式の無人ヘ
リコプタシステムに関し、特に従来では操縦が不可能で
あった目視界外での飛行を可能にする遠隔操縦方式の無
人ヘリコプタシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、農薬散布に使用されている遠隔操
縦方式の産業用無人ヘリコプタシステムは、例えば図２
４及び図２５に示すように構成されていた。図２４は遠
隔操縦方式の産業用無人ヘリコプタシステムの一例の機
体システムの構成を示すブロック図であり、また、図２
５は同じく無人ヘリコプタシステムの一例の操縦システ
ムの構成を示すブロック図である。なお、これら図面に
は代表的な構成要素のみを示す。

【０００３】図示するように、無人ヘリコプタの機体
（ボディ）に搭載される機体システムは、操縦者２４か
ら遠隔操縦装置２３及びアンテナ２５Ｔを介して送信さ
れる操縦信号をアンテナ２５Ｒを介して受信する操縦信
号受信装置１、この操縦信号受信装置１からの信号を受
信して、機体を制御するためのサーボアクチュエータ信
号を生成する飛行制御装置２、この飛行制御装置２から
の信号によって機体を制御するように動作するサーボア
クチュエータ３、飛行制御装置２に電力を供給する電力
供給装置６等より構成されていた。従って、機体を直接
制御する手段は持っていたが、操縦者に飛行中の機体運
動状態（例えば、速度、姿勢角、機首方位角等）を直接
かつ客観的に知らしめる手段は有していなかった。

【０００４】このため、このような機体の操縦は操縦者
が自分自身の目で飛行中のさまざまに変化する姿勢角や
機首方位角などの運動状態を読み取って機体の姿勢角・
方位角を制御するほか、また、特に機体の高度制御につ
いては目視により上下運動や飛行高度の状態を読み取る
以外に、飛行中のエンジン音やロータの回転音も自分自
身の耳で同時に聞き取って機体状態を総合的に判断しな
がら目視界内でのみ操縦する方法に限られていた。従っ
て、万一、機体が目視界外へ飛んで行った場合や機体を
見失った場合、さらに肉眼で確認できる限界を越えて飛
行させる場合には、飛行中の機体運動状態が操縦者の目
で確認できないため、機体の運動状態が分からず、結局
は機体の操縦飛行は不可能であった。

【０００５】また、図２６及び図２７に示すように、姿
勢安定性を改善させる作用を持つ飛行制御装置、例えば
ジャイロ１３を機体システムに付加した遠隔操縦方式の
産業用無人ヘリコプタシステムも提案されている。しか
し、その目的自体は、ヘリコプタ特有の不安定な飛行特
性を安定化して機体の姿勢安定性を改善するとともに、
従来操縦者が行っていた機体操縦に係わる数々の操縦操
作を減少させて操縦し易くすること（操縦の容易性）に
重点を置いたものである。このため、操縦者は機体の姿
勢を安定化するためには少なくとも人為的に何等かの操
縦操作が必要であり、従ってこのような機体を使用して
目視界外を飛行させる場合であっても、前述と同様に、
機体の運動状態を操縦者に知らしめる手段を持つ構造で
はないので、結局は目視界外での機体の飛行は不可能で
あった。

【０００６】また、従来の遠隔操縦方式の無人ヘリコプ
タは機体の運動状態以外にも飛行中の燃料の状態や機体
システムの動作に必要な供給電力の状態、また、各構成
要素の作動状態など、機体システムに関する作動状態を
検出して操縦者に直接知らしめる手段を持つ構造でなか
ったために、例えば電源故障や電源ショート、燃料不
足、各構成要素の異常作動や単体故障など、機体に発生
した飛行上の重大な支障及び飛行維持に必要不可欠な状
態を操縦者が全く把握できず、従って、前述のような状
況に至っても操縦者は何等それに気付くことなく飛行さ
せてしまい、結局機体を墜落させたり、また、喪失する
といった危険性が非常に高いものとなってしまってい
る。

【０００７】さらに、目視界外での無人ヘリコプタの操
縦方法としては、特開昭６０−２６３９２９号公報に開
示されたハードウエア及び方法を利用して、機体にテレ
ビカメラを搭載して、送られてくるテレビ画像を見なが
ら操縦する方法もあるが、この方法だと画面に映し出さ
れた水平線や目安となる何等らかの目標物を頼りに操縦
者が主観的に飛行中の機体姿勢や機首方位、飛行高度な
どを読み取って操縦を行うことになるため、例えば機体
が外乱により大きく動揺する場合や、機体の振動などを
テレビカメラが拾ってブレを生じさせる場合などにはテ
レビ画像が安定しないために、機体の運動状態を誤って
認識したり、また、飛行状態によっては読み取れないこ
とがあったりする。さらにまた、操縦者は不安定な画像
を常に自分の目で追いかけなければならないため、丁度
船酔いに近い状態を引き起こしてしまい、操縦を継続し
て行うことができず、その結果飛行を維持継続すること
ができなくなるなど、目視界外での操縦には不向きで問
題点も多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の遠隔操縦方式の産業用無人ヘリコプタシステムにお
いては、無人ヘリコプタは操縦者に飛行中の機体運動状
態を知らしめる手段を持つような構造でなかったため
に、（Ａ）目視界外では操縦者が操縦に必要な機体の運
動状態が分からないという欠点がある。また、ジャイロ
など姿勢安定性を改善させる作用を持つ飛行制御装置を
搭載した遠隔操縦方式の産業用無人ヘリコプタであって
も、その目的自体がヘリコプタ特有の不安定な飛行特性
を改善して操縦の容易性を確保するものであるため、
（Ｂ）少なくとも操縦者は機体の姿勢を安定化するため
の何等かの操縦操作が必要になるという欠点がある。

【０００９】また、従来の遠隔操縦方式の産業用無人ヘ
リコプタでは操縦者に飛行中の機体システムの作動状態
を知らしめる手段を持たない構造であったために、
（Ｃ）操縦者は飛行中に発生した異常状態や故障内容な
ど、機体システムの作動状態が全く分からないという欠
点がある。また、従来の遠隔操縦方式の無人ヘリコプタ
では、（Ｄ）機体に発生した異常状態が他の構成要素へ
悪影響を及ぼさないための防御手段を持たない欠点もあ
る。さらに、テレビカメラの画像による操縦方法では、
（Ｅ）飛行中の機体の運動状態を客観的にかつ正確に認
識できずに、従って誤認や誤判断を招くといった欠点
と、（Ｆ）操縦者が船酔いに近い状態を引き起こすため
に操縦を維持継続することができない欠点がある。

【００１０】さらに、万一、（Ｇ）通信障害や通信系統
の故障などが原因で操縦制御不能に至った場合には手の
施しようが無くなるという欠点もある。従って、この発
明の１つの目的は、上記従来技術の欠点（Ａ）、
（Ｃ）、（Ｅ）及び（Ｆ）を除去するために、機体に飛
行中の機体運動状態を測定する手段とシステムの作動状
態を検出する手段を設けるとともに、操縦者にそれらの
状態をリアルタイムで客観的かつ正確に知らしめる手段
を設けることによって、たとえ機体が目視界外にあって
も操縦者が機体の運動状態を十分に知ることができるよ
うにし、その結果、機体が操縦者の目視界外にあっても
自由にかつ継続的に飛行させることを可能にした遠隔操
縦方式の無人ヘリコプタシステムを提供することにあ
る。

【００１１】この発明の他の目的は、上記従来技術の欠
点（Ｂ）を除去するために、ピッチ姿勢角及びロール姿
勢角の姿勢角安定保持や機首方位角安定保持のように機
体の姿勢角や機首方位角を発散しないように安定化し、
かつ機体の姿勢角や機首方位角を一定に保持させるため
の制御や、上下速度（昇降率）及び左右速度及び前後速
度の飛行速度安定保持のように、飛行速度が外乱などに
よって変化しないように安定化させたり、一定の飛行速
度を維持させるための制御や、飛行高度安定保持及び飛
行コース（位置）安定保持などのように、機体位置高度
の一定保持と安定化に関する制御と、エンジン出力安定
化やロータ回転数の一定保持に関する制御と、機体シス
テムの作動状態を常時モニタして異常状態を検出した
り、故障診断を行う処理など、これらの全ての制御処理
を機体システム側で自動的に行わせるような手段を設け
て、機体自身に自らの飛行状態を維持継続する機能及び
能力を持たせるようにし、機体を安定させるための操縦
操作が不要でかつ自立飛行制御機能及び能力を有する遠
隔操縦方式の無人ヘリコプタシステムを提供することに
ある。

【００１２】この発明のさらに他の目的は、上記従来技
術の欠点（Ｄ）を除去するために、異常状態の発生した
構成要素をリセットしたり、故障部位を自動的に切り離
す手段を設けることによって、目視界外での飛行安全を
確保することのできる遠隔操縦方式の無人ヘリコプタシ
ステムを提供することにある。また、この発明のさらに
他の目的は、上記従来技術の欠点（Ｇ）を除去するため
に、操縦制御不能時の誘導飛行制御を行う手段を設ける
ことによって、目視界外での運用上の飛行安全を確保す
ることのできる遠隔操縦方式の無人ヘリコプタシステム
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明では、機体（ボ
ディ）側に操縦信号受信装置、飛行制御装置、サーボア
クチュエータ、回転センサ、燃料センサ、電力供給装
置、位置測定装置、運動測定装置、高度測定装置、テレ
メータ信号送信装置等よりなる機体システムを設け、
測定した機体運動状態から前述の姿勢角安定保持、機首
方位角安定保持、飛行速度安定保持、飛行高度安定保
持、飛行コース（位置）安定保持、エンジン出力安定保
持やロータ回転数安定保持などの機体の飛行制御に関す
る演算処理を実行して機体を安定させるための操縦操作
が不要なように自立飛行制御機能及び能力を持たせ、ま
た、前述の異常状態検出並びに故障診断等の自己診断
機能に関するシステム管理演算処理を実行して機体シス
テムの作動状態を常時モニタし、必要に応じて構成要素
をリセットしたり故障部位の自動切り離しを行い、ま
た、前述の結果を記録データとしてメモリやデータ記録
装置に記録しておき、さらに、前述の機体の運動状態
やシステムの作動状態など、機体に関する信号や情報を
テレメータ信号に変換（テレメータ信号変換処理）して
操縦者側に送信するように動作させる。

【００１４】また、操縦制御不能時には操縦システム
からプログラム飛行に自動的に切り換えるとともに、機
体システム側で誘導飛行制御を行うプログラム飛行演算
処理を実行して自立航法を行わせる。一方、操縦者側で
は、テレメータ信号受信装置、操縦用ディスプレイ表示
制御装置、操縦用ディスプレイ、遠隔操縦装置等よりな
る操縦システムを構成して機体側から送信されてくるテ
レメータ信号を受信・復調し、さらに、表示に必要な処
理を施してから最終的に操縦用ディスプレイの画面に前
述の機体の運動状態信号や機体システムの作動状態など
の情報を表示させて操縦者に知らしめ、前述の手段に基
づいて機体の飛行速度や飛行高度、飛行コース（位置）
等を遠隔操縦装置を使用して的確に操縦制御するもので
ある。かくして、上記従来技術の欠点を除去した目視界
外での自由な飛行が可能な遠隔操縦方式の無人ヘリコプ
タシステムを得ることができる。

【００１５】

【作用】この発明の構成によれば、飛行中の機体運動状
態を測定することができるから、この測定信号により飛
行制御演算処理を実行し、得られたコマンド信号に従っ
て機体システムを自動的に制御することによって、機体
を安定化させるための操縦操作が不要となり、かつ自立
飛行制御機能及び能力を機体に持たせることができる。
また、飛行中の機体システムの作動状態を検出すること
ができるから、この検出した作動状態信号によりシステ
ム管理演算処理を実行することによって、飛行中の機体
システムの異常状態検出並びに故障診断などの自己診断
機能を機体に持たせることができ、故障発生時には構成
要素をリセットしたり故障部位の自動切り離しを行うこ
とが可能となる。その結果、システム全体の信頼性が改
善され、運用時の故障や事故を未然に防止することがで
き、飛行安全を確保することができる上、前述のシステ
ム管理演算処理の結果を機体システム内の記憶装置に記
録しておき、飛行終了後に再生して整備点検やメンテナ
ンスなどの作業に使用することもできる。

【００１６】また、操縦制御不能時にはプログラム飛行
演算処理を実行することによって、自立航法を行わせる
ことができ、目視界外での運用上の飛行安全を確保する
ことができる。また、操縦者は機体が目視界外にあって
も飛行中の機体運動状態及び機体システムの作動状態を
リアルタイムで客観的に、また正確かつ容易に知ること
ができる上、無人ヘリコプタシステムを目視界外におい
てテレビ画像を見て操縦するときに発生する船酔いのよ
うな状態を引き起こすことなく自由にかつ継続的に飛行
させることができる。さらに、操縦システムにジェネレ
ータや電力供給装置等の独立した電力供給能力を持た
せ、かつ運搬できる構造にすることによって、特に運用
場所に限定されることなく、任意の場所に設置して目視
界外での飛行制御を行うことができる遠隔操縦方式の無
人ヘリコプタシステムを提供することができる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１はこの発明による遠隔操縦方
式の無人ヘリコプタシステムの一実施例の機体システム
の構成を示すブロック図であり、また、図２は同じく無
人ヘリコプタシステムの一実施例の操縦システムの構成
を示すブロック図である。

【００１８】図示するように、無人ヘリコプタの機体
（ボディ）に搭載される機体システムは、本実施例で
は、操縦者２４から遠隔操縦装置２３及びアンテナ２５
Ｔを介して送信される操縦信号をアンテナ２５Ｒを介し
て受信する操縦信号受信装置１、この操縦信号受信装置
１からの信号を受信して、機体を制御するための信号を
生成する飛行制御装置２、この飛行制御装置２からの信
号によって機体を制御するように動作するサーボアクチ
ュエータ３、飛行制御装置２に電力を供給する電力供給
装置６、ロータ回転数又はエンジン回転数を検出して飛
行制御装置２へ出力する回転センサ４、燃料の状態を検
出して飛行制御装置２へ出力する燃料センサ５、機体の
飛行位置を測定して飛行制御装置２へ出力する位置測定
装置７、飛行中の機体の姿勢角、機首方位角、角速度、
加速度、飛行速度などの運動状態を測定して飛行制御装
置２へ出力する運動測定装置８、機体の高度を測定して
飛行制御装置２へ出力する高度測定装置９、飛行制御装
置２から出力される無人ヘリコプタに関する各種のデー
タをアンテナ２６Ｔを介してテレメータ信号として地上
の操縦システムへ出力するテレメータ信号送信装置１０
より構成されている。

【００１９】また、地上の操縦システムは、本実施例で
は、上述した操縦者２４によって制御される遠隔操縦装
置２３、機体システムのテレメータ信号送信装置１０か
ら送られてくるテレメータ信号をアンテナ２６Ｒを介し
て受信するテレメータ信号受信装置２０、このテレメー
タ信号受信装置２０からの復調されたテレメータ信号及
び遠隔操縦装置２３からの出力信号が入力され、操縦用
ディスプレイ２２の表示画面に前述の機体の運動状態信
号や機体システムの作動状態などの情報を表示させて操
縦者２４に知らせるための操縦用ディスプレイ表示制御
装置２１より構成されている。

【００２０】なお、機体には上述の構成要素以外に、こ
の発明に直接関係しないコントロールリンケージやスワ
ッシュプレート、メインロータ、テールロータ、トラン
スミッション、エンジン、燃料供給装置、ジェネレータ
（電力発生装置）などの各構成要素が存在するが、これ
らの構成要素は既に機体（ボディ）に取り付けてあるも
のとし、図１には特に記載しない。また、操縦システム
においても、上述の構成要素以外に、この発明に直接関
係しないジェネレータや電力供給装置などの各構成要素
が存在するが、これらの構成要素は図２には記載しな
い。また、これら各構成要素から供給される電力は必要
不可欠なものであるため、これも図２には記載しない。

【００２１】上記構成において、操縦者２４が飛行中の
機体を操縦制御する場合には、まず、操縦システムの遠
隔操縦装置２３を操作して自分の意図する運動を行わせ
るための操縦信号を生成し、それに所定のフォーマット
でコード化変換処理や変調等の処理を施して送信処理を
行い、機体側に上述の操縦信号を送信する。なお、機体
に搭載されているスチールカメラやライトやビデオカメ
ラなどの搭載品をコントロールする場合、また、位置測
定装置７、運動測定装置８、高度測定装置９などの各構
成要素へ初期設定信号や外部で測定した位置信号、高度
信号などの補正信号を伝達する場合には、上述の操縦信
号に中に搭載品制御信号、初期設定信号、補正信号等の
各信号も含めて出力する。

【００２２】一方、機体システムでは上述の送信された
操縦信号を操縦信号受信装置１で受信し、復調処理して
飛行制御装置２へと出力する。なお、操縦信号受信装置
１では上述の操縦信号の受信状態も同時に検出し、通信
障害などで受信信号が途絶えた場合には操縦信号受信装
置１から受信状態信号（不良信号）を飛行制御装置２へ
と出力してテレメータ信号に変換し、テレメータ信号送
信装置１０から操縦者側へと送信する。従って、操縦者
２４は操縦システムで上述の受信状態信号を受信・復調
し、操縦用ディスプレイ２２の画面に表示された受信状
態信号を見ることによって正確かつ容易に機体側におけ
る操縦信号の受信状態を知ることができる。

【００２３】なお、通信障害や通信系統の耐故障性など
の問題を考慮して、遠隔操縦方式の無人ヘリコプタを目
視界外で安全かつ確実に飛行させるためには操縦信号や
後述するテレメータ信号などの通信系統は多重化するこ
とが望ましく、受信不良発生時には各通信系統が自動的
に切り換わる構造の操縦信号受信装置１の一例を図３の
ブロック図に示す。

【００２４】飛行制御装置２は、図４に示すように、信
号処理部２ａ、検出部２ｂ及び制御部２ｃから構成され
ており、また、図５に示すように、飛行制御装置２の信
号処理部２ａは、飛行制御演算処理部、システム管理演
算処理部、テレメータ信号変換処理部、プログラム飛行
演算処理部、及びデータ入出力制御処理部より構成され
ており、上記システム管理演算処理部は主に状態モニタ
処理部と故障診断処理部よりなる。

【００２５】操縦信号受信装置１から飛行制御装置２へ
出力された操縦信号等の受信信号は、図４に示すよう
に、回転センサ４から入力されるロータ回転数又はエン
ジン回転数と、位置測定装置７から入力される飛行中の
３次元空間の位置信号（図６参照）と、運動状態測定装
置８から入力される飛行中の機体の姿勢角、機首方位
角、角速度、加速度、飛行速度などの運動状態信号（図
７参照）と、高度測定装置９から入力される機体の高度
信号（図８参照）とともに、飛行制御装置２の信号処理
部２ａを構成している上記飛行制御演算処理部において
次に述べるような飛行制御に関する機能の演算処理を行
う。

【００２６】即ち、外乱や操舵などによる姿勢角変化や
機首方位角の変化が一定レートになるように安定化した
り、また、飛行中の姿勢角と機首方位角を一定角度に保
持させるための姿勢角安定保持制御及び機首方位角安定
保持制御と、上昇・降下時、前進・後退飛行時、横方向
飛行時などの機体運動状態やホバリング時において外乱
や操舵などによる速度変化が一定になるように安定化し
たり、また、飛行時の速度を一定値に保持若しくは速度
ゼロになるように保持するための飛行速度安定保持制御
と、外乱や操舵などによる飛行高度のズレや上下運動を
抑制して安定化し、目的とする飛行高度を維持するため
の飛行高度安定保持制御と、目的とする飛行コースやホ
バリング位置からのズレを抑制して安定化し、所定の飛
行コースに機体を戻したり、一定位置での定点ホバリン
グを行わせるための飛行コース（位置）安定保持制御
と、前述の機体制御や温度、湿度などの外部環境変化に
よって変動するエンジン出力を安定化して飛行状態毎に
最適になるように出力を制御するためのエンジン出力安
定保持制御と、前述の機体制御やエンジン出力変動に伴
って変化するメインロータ回転数を安定化し、一定の回
転数を得るためのロータ回転数安定保持制御などの各演
算処理を行う。

【００２７】図９〜図１３は飛行制御装置２が行う上記
飛行制御演算処理部の各制御系の構成の一例を示すブロ
ック図であり、ピッチ制御系の場合を図９に、また、ロ
ール制御系の場合を図１０に、また、ヨー制御系の場合
を図１１に、また、高度制御系の場合を図１２に、及び
エンジン制御系の場合を図１３にそれぞれ示す。図９に
示すように、ピッチ制御系はエレベータ操縦信号、ピッ
チ姿勢角信号、ピッチ姿勢角保持信号、姿勢角安定保持
切換信号、ピッチ角速度信号、前後飛行速度信号、前後
飛行速度保持信号、飛行速度安定保持切換信号、前後加
速度信号、前後位置信号、前後位置保持信号、飛行コー
ス（位置）安定保持切換信号などの各信号を基に図中に
示されているような補償演算処理、増幅演算処理、制限
演算処理、サンプルホールド演算処理、スイッチング演
算処理などの各処理を実行して、姿勢角安定保持制御、
飛行速度安定保持制御、飛行コース（位置）安定保持制
御の各制御に必要なエレベータコマンド信号を得る。

【００２８】また、図１０に示すように、ロール制御系
はエルロン操縦信号、ロール姿勢角信号、ロール姿勢角
保持信号、姿勢角安定保持切換信号、ロール角速度信
号、左右飛行速度信号、左右飛行速度保持信号、飛行速
度安定保持切換信号、左右加速度信号、左右位置信号、
左右位置保持信号、飛行コース（位置）安定保持切換信
号などの各信号を基に図中に示されているようなピッチ
制御系と同様な演算処理を実行して、姿勢角安定保持制
御、飛行速度安定保持制御、飛行コース（位置）安定保
持制御の各制御に必要なエルロンコマンド信号を得る。

【００２９】また、図１１に示すように、ヨー制御系は
ラダー操縦信号、機首方位角信号、機首方位角保持信
号、機首方位角安定保持切換信号、ヨー角速度信号など
の各信号を基に図中に示されているようなピッチ制御系
と同様な演算処理を実行して、機首方位角安定保持制御
に必要なラダーコマンド信号を得る。また、図１２に示
すように、高度制御系はコレクティブピッチ操縦信号、
高度信号、高度保持信号、飛行高度安定保持切換信号、
上下飛行速度信号、上下飛行速度保持信号、飛行速度安
定保持切換信号、上下加速度信号などの各信号を基に図
中に示されているようなピッチ制御系と同様な演算処理
を実行して、飛行高度安定保持制御、飛行速度安定保持
制御の各制御に必要なコレクティブピッチコマンド信号
を得る。

【００３０】終りに、図１３に示すように、エンジン制
御系はスロットル操縦信号、エンジン回転信号、エンジ
ン回転保持信号、エンジン出力安定保持切換信号などの
各信号を基に図中に示されているような微分演算処理の
ほか、ピッチ制御系と同様な演算処理を実行して、エン
ジン出力安定保持制御及びロータ回転数安定保持制御の
各制御に必要なスロットルコマンド信号を得る。なお、
図１３のエンジン出力安定保持制御の演算処理ではエン
ジン回転信号を使用しているが、これはエンジンの出力
特性がエンジン回転数と比例関係にあるためであり、こ
の結果、図１４に示すように上述のエンジン出力安定保
持制御演算処理において、エンジン出力をトルクセンサ
で測定して得られたトルク信号を上述のエンジン回転信
号に代わって使用しても同様な効果を得ることができ
る。

【００３１】一方、図１５は飛行制御装置２が行う上記
飛行制御演算処理部のロータ制御系の構成の一例を示す
ブロック図であり、スロットル操縦信号、ロータ回転信
号、ロータ回転保持信号、ロータ回転数安定保持切換信
号などの各信号を基に図中に示されているような微分演
算処理のほか、ピッチ制御系と同様な演算処理を実行し
てロータ回転数安定保持制御に必要なスロットルコマン
ド信号を得る。

【００３２】通常はエンジンとロータ間の減速比が一定
のギヤ比に固定されているためにロータ回転数の変動は
そのままエンジン回転数の変動となって現れる。さら
に、前述のようにエンジン出力とエンジン回転数は比例
関係にあるため、結局エンジン出力安定保持制御はま
た、ロータ回転数安定保持の作用も同時にもたらすこと
となり、従って、前述のエンジン制御系の代わりにロー
タ制御系を採用しても同様な効果を得ることができる。

【００３３】以上が飛行制御装置２の信号処理部で行わ
れる飛行制御に関する機能の演算処理の内容であり、こ
の結果得られた各コマンド信号に従って機体の各制御系
のサーボアクチュエータを駆動し、得られた操舵力をコ
ントロールリンケージを介してメインロータ及びテール
ロータへと伝達し、機体を自動的に制御することによっ
て、機体を安定させるための操縦操作が不要となり、か
つ自立飛行制御機能及び能力を無人ヘリコプタに与える
ことができる。

【００３４】次に、飛行制御装置２の信号処理部で行わ
れるシステム管理機能に関する演算処理について説明す
る。飛行制御装置２は操縦信号受信装置１からの受信状
態信号や受信系統切換信号と、位置測定装置７、運動測
定装置８、高度測定装置９からの各出力信号の信頼性に
関連するステータス信号も含む、各装置の作動状態信号
に加え、燃料センサ５からのレベル信号や流量信号など
の燃料状態信号（図１８参照）、電力供給装置６からの
入力信号（図１６参照）を基に、図５の信号処理部２ａ
を構成しているシステム管理演算処理部において次に述
べるような異常状態検出並びに故障診断などの自己診断
機能に関するシステム管理演算処理を行う。図５に示さ
れているように、システム管理演算処理部は主に状態モ
ニタ処理部と故障診断処理部からなる。

【００３５】状態モニタ処理部においては各構成要素で
検出・出力される作動状態信号をモニタする。また、故
障診断処理部においてはこの状態モニタ処理部で得られ
た結果及び電源状態信号などの各構成要素から入力され
た信号を基に、機体システムのトラブル状況や故障状態
について、より詳細な自己診断処理及び判定処理を行
う。

【００３６】次の表１は飛行制御装置２のシステム管理
演算処理部で行われる機体システム作動状態のモニタ内
容と故障診断内容の一例であり、機体システム上、目視
界外の飛行に必要不可欠な構成要素を対象として上記の
演算処理を行う。

【００３７】

【表１】例えば、操縦信号の受信状態については、操縦信号受信
装置１から出力される受信状態信号や受信系統切換信号
等（図３参照）をモニタして、受信不良（通信障害）の
有無やその状態を判定し、テレメータ信号に変換・送信
するほか、必要に応じて受信系統の自動切換やメモリへ
の状態記録が行われる。

【００３８】また、機体の電源状態については、電力供
給装置６から出力される電源状態信号や電源切換信号
（図１６参照）をモニタしてジェネレータの発電不良や
バッテリーの消耗、ジェネレータやバッテリーやさらに
機体外部からの供給電源などの電源ソースの切換状態等
を判定し、テレメータ信号に変換・送信するほか、必要
に応じて電源系統の自動切換やメモリへの状態記録が行
われる。特に各構成要素へ分配される供給電力の状態に
ついては各系統毎にモニタして、例えば図１７のように
瞬断現象や許容スペックを逸脱する電力電源変動、ショ
ートなど、各構成要素へ悪影響を及ぼすようなトラブル
が発生した場合にはブレーカーなどの遮断部で供給カッ
トする安全対策を飛行制御装置内に設け、不良系統の遮
断（故障部位の切り離し）を行わせる。

【００３９】また、機体の燃料状態については、図１８
に示すように、燃料タンクや燃料供給系統に設けられた
レベルセンサや流量センサなどの燃料センサにより検出
された燃料流量や燃料消費率や残燃料容量などの燃料状
態信号をモニタして、空燃料の状態や規定以下の残燃
料、燃料漏れなどの供給障害の状態を判定し、テレメー
タ信号に変換・送信するほか、必要に応じてメモリへ状
態記録を行ったり、また、モニタランプや信号灯等のよ
うに機体外部へ情報伝達手段を備えている場合には、モ
ニタランプ制御信号を出力して点灯、点滅、消灯するよ
うに動作させ、燃料状態を目視で確認できる範囲内にお
いて直接外部に知らせるようにしてもよい。

【００４０】また、目視界外飛行において必要不可欠な
位置測定装置７、運動測定装置８、高度測定装置９の各
装置については各装置が出力する出力信号の精度やバラ
ツキ、また、検出不良や内部演算処理の切り換わりな
ど、主に信号の信頼性に関連するステータス信号（作動
状態信号）についてもシステム管理演算処理部の状態モ
ニタ処理部で常時モニタし、信号精度の低下やバラツキ
の拡大を防止するような処置を施したり、また、必要に
応じて各装置で行われる補正演算処理に必要な補正信号
を相互に供給し合うように作用させる。

【００４１】さらに、機体システムの各構成要素の作動
状態モニタ方法として、マイクロプロセッサを使用して
いる装置の場合であれば、まず、本体演算処理ソフトの
一部に作動状態監視用の演算処理ソフトを組み込んで実
行し、得られた作動状態信号を飛行制御装置２へと出力
する。一方、飛行制御装置２では、システム管理演算処
理部の状態モニタ処理部で、あらかじめ決められていた
演算ルール通りに前述の演算処理が行われているかどう
かを照合・比較検出して各装置の異常の有無を判定す
る。これにより各装置の演算処理ソフトの動作状態が容
易にモニタ可能となる。また、マイクロプロセッサを持
たない装置の場合であれば、ウオッチドッグタイマ回路
を本体演算処理回路の一部に設け、ウオッチドッグタイ
マ信号（ＷＤＴ信号）を飛行制御装置２へと出力する。
一方、飛行制御装置２では、上記ＷＤＴ信号を状態モニ
タ処理部で照合・比較検出して各装置の異常の有無を判
定して、ＷＤＴリセット信号や再起動のための初期設定
信号を出力させる。

【００４２】また、上述のシステム管理演算処理にて得
られた判定結果や診断結果などの処理データは、状態モ
ニタ処理に使用した信号や検出判定結果などとともに記
録データとして扱われ、飛行制御装置２内に設けられた
不揮発性半導体メモリやデータ記録装置等の記憶装置に
随時出力して記録処理を行う。これによって、飛行終了
後の点検やメンテナンスなどの整備作業時において、上
述の記録データを再生して、機体システムに発生したト
ラブルの有無や内容の確認、故障状態の解析検討等に使
用することができる。

【００４３】図１９は上述の記録データを再生し、機体
（ボディ）３０に設けられたデータ入出力表示装置３１
に接続されたケーブル３２を介して外部処理装置３３や
外部記憶装置３４へ記録データを転送する場合の接続形
態の一例を示す模式図であり、また、図２０は記録デー
タを再生してデータ入出力表示装置３１のデータ表示部
や外部処理装置に表示させた場合の表示の一例を示す。
なお、３５はデータ入出力装置３１の接続ケーブルであ
るが、データ入出力表示装置３１が無い無人ヘリコプタ
の場合は飛行制御装置２と直接に接続する。

【００４４】なお、上述のシステム管理演算処理部で行
われる演算処理は必ずしも機体側で全て実行させる必要
はなく、処理内容によっては上述の演算処理に使用する
信号や情報をテレメータ信号に載せて操縦システム側に
送り、操縦用ディスプレイ表示制御装置２１内部で実行
させてもよい。以上の処理が飛行制御装置２の信号処理
部２ａで行われるシステム管理演算処理の内容である
が、上述の処理結果をテレメータ信号に変換して操縦者
側に送信することによって、操縦者２４は目視界外で遠
隔操縦中に発生した機体システムに関する異常状態や故
障などのさまざまなトラブル及び警報警告の状態を正確
に把握して、運用中止や帰投などの適切な対策を取るこ
とができる。

【００４５】次に、飛行制御装置２の信号処理部２ａで
行われるテレメータ信号変換処理に関する演算処理につ
いて説明する。飛行制御装置２はまた、位置測定装置
７、運動測定装置８、高度測定装置９等から入力された
機体の運動状態に関する信号のほか、前述のシステム管
理演算処理にて得られた機体システムの作動状態に関す
る情報や飛行制御演算処理で得られた各コマンド信号及
び切換信号などの機体システムに関する信号や情報を飛
行制御装置２内の信号処理部２ａに設けられたテレメー
タ信号変換処理部において所定のテレメータフォーマッ
ト形式でテレメータ信号に再構成し、コード化変換処理
を行う。この結果得られたテレメータ信号はテレメータ
信号送信装置１へと出力される。

【００４６】次の表２はコード化変換処理を施して送信
されるテレメータ信号の内容の一例であり、送信される
信号は機体側で測定された姿勢角、機首方位角、角速
度、飛行速度、加速度、位置、高度などの主に機体の運
動状態に関する信号のほか、電源状態信号や燃料状態信
号、警報警告信号などの主にシステムの作動状態に関す
る信号よりなり、機体を目視界外で飛行させるために必
要不可欠な信号が対象となっている。なお、テレメータ
信号のコード化変換処理に使用するフォーマット形式は
前述の操縦信号受信装置１の場合と同様に通信障害等を
考慮してエラー訂正能力のあるテレメータフォーマット
を使用する。

【００４７】

【表２】以上の処理が飛行制御装置２の信号処理部２ａで行われ
るテレメータ信号変換処理の内容、及び飛行制御装置２
内で実行される各種の演算処理の内容であるが、図５中
のデータ入出力制御処理部は飛行制御装置２と外部構成
要素との入出力信号のやりとりを管理・制御するインタ
ーフェースの役割を持つ。

【００４８】また、図５のプログラム飛行演算処理部で
は操縦システムからの任意の制御により無人ヘリコプタ
の自動飛行を行わせたり、また、通信障害や通信系統の
故障などで操縦制御が不能になった場合には操縦システ
ムから本演算処理部に自動的に切り換わるように作用さ
せ、例えば定位置ホバリング飛行を行わせたり、機体シ
ステムから得られる自機の位置（位置信号）とメモリ又
はデータ記録装置に記録されている過去の飛行データか
ら自機の飛行ルートを計算して自動帰投させるといった
誘導飛行制御を行わせる。

【００４９】再び図１及び図２に戻って、飛行制御装置
２から出力されたテレメータ信号はテレメータ信号送信
装置１０へと入力される。テレメータ信号送信装置１０
では前述のテレメータ信号に変調等の変換処理を施し、
送信処理によって操縦者側へと前述のテレメータ信号を
送信（出力）する。一方、操縦者側では操縦システムの
テレメータ信号受信装置２０で前述のテレメータ信号を
受信して本装置内のテレメータ信号変換処理部において
デコード変換処理し、操縦用ディスプレイ表示制御装置
２１に入力が可能な信号形式になるように信号処理を施
してから本装置の入出力インターフェースを介して操縦
用ディスプレイ表示制御装置２１へと出力する。このと
きテレメータ信号受信装置２０ではテレメータ信号の受
信状態も同時に検出し、その受信状態に従ってテレメー
タ信号受信状態信号を生成して操縦用ディスプレイ表示
制御装置２１へと出力するほか、通信系統が多重の場合
は上述の受信状態に従って受信系統切換信号を生成・出
力してテレメータ信号の受信系統を自動的に切り換え
る。このテレメータ信号受信装置２０の具体的な構成の
一例を図２１に示す。この例では無人ヘリコプタを目視
界外で安全かつ確実に飛行させるための信頼性を一段と
向上させるために通信系統が多重化されているが、これ
に限定されるものではない。

【００５０】また、テレメータ信号受信装置２０ではテ
レメータ信号の受信・変換処理以外に、本装置内に設け
られたテレメータ信号受信状態表示部で上述のテレメー
タ信号受信状態信号や受信系統切換信号をモニタ処理
し、機体側から送られてくるテレメータ信号の受信状態
を操縦者２４が正確に把握できるように表示部のランプ
又は表示画面に表示させる。さらに、本装置の入出力イ
ンターフェースを介して前述のテレメータ信号を別の操
縦用ディスプレイ表示制御装置へと出力して第３者用の
モニタ専用ディスプレイとして使用したり、さらにま
た、本装置以外の外部処理装置に出力して地上において
より詳細なシステム管理を行うようにしてもよい。操縦
用ディスプレイ表示制御装置２１では前述のテレメータ
信号から機体の運動状態信号や機体システムの作動状態
信号など、機体に関する信号や情報を取り出し、スケー
ルファクタ変換処理や作画表示制御処理などの表示に関
する各種の演算処理を行って操縦用ディスプレイに表示
するための表示制御信号を生成した後、操縦用ディスプ
レイ２２へと出力する。なお、操縦用ディスプレイ表示
制御装置２１は前述の演算処理を行う信号処理部の他に
キーボードなどのデータ入力装置とデータ記憶装置から
なる構成であり、初期設定情報などの入力と入力データ
や表示制御信号などの記録再生に使用される。

【００５１】操縦用ディスプレイ２２では前述の表示制
御信号に従って表示画面が制御され、飛行中の運動状態
信号や機体システムの作動状態、及び警報警告などを操
縦者２４が最も正しく認識しやすいような表示方法で画
面上に表示させて、操縦者２４の操縦制御に必要な情報
を提供する。なお、画面表示の方法についてはグラフや
図形、線やシンボル、文字（キャラクタ）、数値及び多
数の表示色等が使用される。

【００５２】図２２は前述の操縦用ディスプレイ２２に
表示される操縦用画面の一例であり、上記表２に示され
るテレメータ信号の中から次の表３に示される情報を選
択して表示した場合の一例である。なお、画面に表示さ
れている情報には機体の姿勢角や飛行速度などのテレメ
ータ信号にて送られてきた信号と、送られてきた信号を
基にさらに検出処理や論理処理などを加えた２次処理情
報とが含まれる。また、図２３は飛行中の機体位置や機
体システムの作動状態などの情報を操縦者２４に提供す
るための表示画面の一例であり、上記表２に示されるテ
レメータ信号から次の表４に示される情報を選択して表
示した場合の一例である。なお、各表示画面は操縦者に
合わせて別の画面を使用してもよく、操縦者２４が操縦
用ディスプレイ表示制御装置２１のデータ入力装置の指
示操作により表示画面を切り換えたり、画面分割により
同時に表示させるようにしてもよい。また、必要に応じ
てテレメータ信号や外部から入力されたデータは本装置
内のデータ記憶装置に記録させておき、必要時に再生し
て使用する。

【００５３】一方、操縦者２４は操縦用ディスプレイ２
２の表示画面を見ながら遠隔操縦装置２３を操作して機
体を操縦制御することになる。また、スチールカメラや
ライトやビデオカメラなどの搭載品も同様に遠隔操縦装
置２３で制御する。

【００５４】

【表３】

【００５５】

【表４】次に、上記表３に対応する図２２について説明する。図
２２において、一点鎖線(1) で指示する部分は機体のピ
ッチ角を図形（矢印に似たシンボル）で表示したもので
あり、操縦者２４に機体の縦の姿勢状態を知らせる作用
を持つ。図中において図形と交差している横線は水平の
基準線を示しており、図形と横線の交差している点を中
心に図形が回転するように動作する。図形の指す方向は
機体の機首方向を示している。従って、機首が上がると
それに対応して図形は機首が上がったのと同じ角度だけ
上向きに回転し、反対に機首が下がるとそれに対応して
図形は機首が下がったのと同じ角度だけ下向きに回転す
るように動作する。なお、この表示は機体の動作に追従
しているため、図形の回転速度からピッチ角の変化、つ
まりピッチレートを読み取ることができる。

【００５６】図２２の一点鎖線(2) で指示する部分は機
体のロール角を機体の形状を模した図形（シンボル）に
よって表示したものであり、機体の横の姿勢状態を操縦
者２４に知らせる作用を持つ。図中において図形と交差
している横線は水平の基準線を示しており、横線上の図
形の中心点に対して図形が回転するように動作する。従
って、例えば機体が右に傾くとそれに対応して図形が右
回りに機体が傾いたのと同じ角度だけ回り、反対に機体
が左に傾くとそれに対応して図形が左回りに機体が傾い
たのと同じ角度だけ回るように動作する。また、この表
示は機体の動作に追従しているため、図形の回転速度か
らロール角の変化速度、つまりロールレートを読み取る
ことができる。

【００５７】なお、無人ヘリコプタ操縦用の表示画面と
してピッチ角とロール角の表示を分離したことが最大の
特徴である。図２２の一点鎖線(3) で指示する部分は機
体の前後方向の飛行速度を棒グラフで表示したものであ
り、機体の機首方向をプラス側として飛行中の前進速
度、及び後退速度を操縦者２４に知らせる作用を持つ。
図中において横棒の中心が前後飛行速度ゼロの状態であ
り、ここを中心に棒グラフが左右方向に伸びるように動
作する。従って、例えば機体が前進している場合にはそ
のときの速度に対応するスケール量で棒グラフ内が画面
右方向に埋まり、反対に機体が後退している場合にはそ
のときの速度に対応するスケール量で棒グラフ内が画面
左方向に埋まるように動作する。また、この表示は機体
の動作に追従しているため、棒グラフの移動方向から機
体に作用している前後方向の加速度を読み取ることも可
能である。

【００５８】なお、表示のスケール量にプラス、マイナ
スの極性を入れていないが、これは操縦者が表示不要と
判断したためであり、必要があれば極性を表示させるよ
うにしてもよい。また、他のデータ表示の場合も同様で
ある。図２２の一点鎖線(4) で指示する部分は機体の合
成飛行速度を数値で表示したものであり、上述の棒グラ
フでは分かりずらい合成飛行速度の変化や、数値で正確
な速度を知りたい場合に具体的にディジタル表示で操縦
者２４に知らせる作用を持つ。なお、数値表示は必要に
応じて各軸の飛行速度に変更してもよい。

【００５９】図２２の一点鎖線(5) で指示する部分は機
体の左右方向の飛行速度を棒グラフで表示したものであ
り、機体の機首方向に対して右側の方向をプラス側、左
側の方向をマイナス側として、飛行中の左右飛行速度を
操縦者２４に知らせる作用を持つ。図中において横棒の
中心が左右飛行速度ゼロの状態であり、ここを中心に棒
グラフが左右方向に伸びるように動作する。従って、例
えば機体が右側に移動している場合にはそのときの飛行
速度に対応するスケール量で棒グラフ内が画面右方向に
埋まり、反対に機体が左側に移動している場合にはその
ときの飛行速度に対応するスケール量で棒グラフ内が画
面左方向に埋まるように動作する。また、この表示は機
体の動作に追従しているため、棒グラフの移動方向から
機体に作用している左右方向の加速度を読み取ることも
可能である。

【００６０】図２２の一点鎖線(6) で指示する部分は機
体の上下方向の飛行速度を棒グラフで表示したものであ
り、昇降率を表示する昇降計と作用は同じである。つま
り、機体の上昇飛行速度をプラス側として飛行中の上昇
速度と下降速度を操縦者２４に知らせる作用を持つ。図
中において縦棒の中心が上下飛行速度ゼロの状態であ
り、ここを中心に棒グラフが上又は下へ伸びるように動
作する。従って、例えば機体が上昇している場合にはそ
のときの上昇速度に対応するスケール量で棒グラフ内が
画面上方向に埋まり、反対に機体が下降している場合に
はそのときの下降速度に対応するスケール量で棒グラフ
内が画面下方向に埋まるように動作する。また、この表
示は機体の動作に追従しているため、棒グラフの移動方
向から機体に作用している上下方向の加速度を読み取る
ことも可能である。

【００６１】図２２の一点鎖線(7) で指示する部分は機
体の飛行高度を棒グラフで表示したものであり、操縦者
２４に飛行高度を知らせる作用を持つ。図中において縦
の棒グラフの一番下の部分が飛行高度ゼロの状態であ
り、ここを中心に棒グラフが上へ伸びるように動作す
る。なお、この表示は機体の動作に追従しているため、
棒グラフの移動方向から機体の昇降率を読み取ることが
可能であるが、それは高度差の大きい場合のみ読み取る
ことが容易で、反対に高度差が小さい場合には図２２の
(6) の部分に表示される上下飛行速度の方が昇降率をよ
り良く読み取ることができる。

【００６２】図２２の一点鎖線(8) で指示する部分は機
体の各種モードを表示したものであり、操縦者２４が切
り換えたモードや機体システムの方で自動的にあるモー
ドに切り換わった場合のモード等の状態を操縦者２４に
知らせる作用を持つ。図中では四角の枠内にモード状態
を文字によるシンボルで表示するように動作する例を示
してあるが、他の例としてはこれを異なる色で表示した
り、モードが入ったときのみ表示するように動作させた
り、また、モード切り換え後の経過時間に制限がある場
合は一定の時間が過ぎると表示自体を点滅させて警告表
示作用を持たせるように動作させることも可能である。

【００６３】なお、この部分には必要に応じて直接に警
告内容を表示してもよく、例えば規定高度以下に飛行高
度が落ちた場合は「ＡＬＴＬＯＷ」などのように表示
するように動作させてもよい。図２２の一点鎖線(9) で
指示する部分は上述の機体の前後飛行速度と左右飛行速
度を棒グラフで一緒に表示したものであり、機体を模し
た図形（シンボル）と重ね合わせて表示させて、各飛行
速度の比率を相対的に操縦者２４に知らせる作用を持
つ。図中において作用及び動作原理等は上に説明した内
容と同様である。なお、この表示は機体に対する飛行速
度方向を読み取ることができるため、必要に応じて各飛
行速度の相対比率をベクトル（矢印）で表示させるよう
に動作させてもよい。

【００６４】図２２の一点鎖線(10)で指示する部分は飛
行中の機体の位置、高度、航跡を表示したものであり、
位置及び飛行高度は図形（シンボル）で、航跡は線で、
四角の枠内に表示するように動作し、操縦者２４にそれ
らの機体データを知らせる作用を持つ。なお、航跡はい
くらかの経過時間内のものを表示するように動作し、そ
れ以上の経過時間の航跡は表示を消してゆくように動作
する。経過時間は初期設定時にデータ入力装置で任意に
設定ができる。四角の枠内の下線の部分は飛行高度ゼロ
の状態で、飛行高度が上がるにつれて図形は上述の飛行
高度表示部（図２２の(7) の部分）と連動して上へ移動
するように動作する。また、四角の枠の表示エリアは予
め飛行距離が分かっている場合には初期設定時にデータ
入力装置から表示に必要なデータ（例えば図中ではＳの
位置データ、Ｔの位置データ、表示倍率等）を入力して
やることで任意に表示エリアを設定することができる。

【００６５】図２２の一点鎖線(11)で指示する部分は、
機体の位置及び機首方位角を機体を模した図形（シンボ
ル）で、航跡を線で、また、飛行表示エリアをグリッド
（格子）で、それぞれ表示したものであり、それらの機
体データを操縦者２４へ知らせる作用を持つ。図中にお
いて図形の向きは機首方位角を示しており、機首方位角
の変化に伴い図形が機体の位置を示す点を中心に回転す
るように動作する。一方、機体の移動は航跡としていく
らかの経過時間内のものを表示するように動作し、それ
以上の経過時間の航跡は表示を消してゆくように動作す
る。従って、例えば図示するように機体の離陸位置がＳ
で、目標地点又は目安地点がＴで表示されているとする
と、機体の図形は離陸直後Ｓの表示と重なって表示さ
れ、機体が前進飛行に移ると図形が画面で上へ移動す
る。このとき図形の移動とともに飛行後の航跡が異なる
色で表示される。

【００６６】なお、航跡表示の経過時間、離陸位置、目
標地点若しくは目安地点、グリッドの表示スケール等、
この部分の表示に必要なデータは初期設定時にデータ入
力装置から入力され、任意に設定が可能である。そのほ
か特に必要があれば、目標地点若しくは目安地点Ｔへあ
る距離まで近づいた場合にグリッドの表示スケールを自
動的に切り換え、より精密な機体位置の表示になるよう
に動作させれば、操縦者２４へより一層効果的に知らせ
る作用を持たせることができる。

【００６７】また、機体が飛行表示エリアを飛び出した
場合も同様にグリッドの表示スケールを自動的に切り換
えたり、また表示を自動的にスクロールさせるように動
作させればよい。これは一点鎖線(10)の部分も同様であ
る。また、図中に航跡のない図形が表示されているが、
これは自機以外の他の機体の位置及び機首方位角を表示
した例であり、複数の機体を表示させる場合には、複数
の機体データを操縦用ディスプレイ表示制御装置２１に
入力し、一方、複数の機体分の初期設定データをデータ
入力装置から入力し、自機の表示制御処理と同様の処理
を行うことで任意に飛行表示エリア内に表示するように
動作させることも可能である。（両機を異なる色で表示
すれば視認性がより改善される。）図２２の一点鎖線(1
2)で指示する部分は機首方位角をディジタル値で表示し
たものであり、図２２の(11)部分の図形による機首方位
角表示では分かりずらい微小な機首方位角の変化や数値
で機首方位角を知りたい場合に操縦者２４により分かり
やすく知らせる作用を持つ。従って、図中のディジタル
値は(11)部分の図形の向き（回転）と互いに連動するよ
うに動作し、０〜３６０度の範囲で表示が変わる。な
お、表示のフルスケールは必要に応じて０〜３６０度表
示、又は−１８０〜＋１８０度表示のどちらかを初期設
定時に選択すれば、操縦者２４の好みに合わせて変更も
可能である。

【００６８】図２２の一点鎖線(13)で指示する部分は(1
1)部分のグリッドの表示スケール値を示しており、グリ
ッド表示スケールの切り換えに連動して更新表示される
ように動作する。図中における「４００ｍ／ｄｉｖ」の
表示はグリッドの一辺が４００ｍ単位で表示されること
を示している。以上が上記表３の機体の運動状態に関す
る情報を表示する場合の画面上の動作と作用の説明であ
る。次に、上記表４に対応する図２３について説明す
る。

【００６９】なお、図２３は複数の無人ヘリコプタを運
用する場合に各無人ヘリコプタの機体システムの作動状
態に関する情報を上記表４のように設定して操縦用ディ
スプレイの画面に表示したものの一例であり、図中の
（Ａ）及び（Ｂ）の部分は機体毎の作動状態に関する情
報を上から重要度の高い順でかつ関連の深い順にグルー
プ別に表示した例、また、図中の（Ｃ）の部分は図２２
の機体の運動状態に関する情報の表示画面の場合と同様
な手法で各機体の機首方位角、位置等を相対的に表示し
た例である。

【００７０】図２３の(1) で指示する部分は機体から送
られてくるテレメータ信号の受信状態を表示したもので
あり、受信不良時は「Ｆａｉｌ」の文字で表示するよう
に、また、受信良好時は無表示になるように動作して飛
行中の状態を操縦者２４に知らせる作用を持つ。なお、
必要に応じて正常時は「Ｇｏｏｄ」等の文字を表示する
ように、異常発生時は「Ｆａｉｌ」等の文字表示の色を
変えてフラッシング（点滅）させたり、また、音による
警報を併用するように設定を変更してもよく、これ以外
の情報（図２３の例では(2) 〜(9) で指示する部分等）
も同様である。これによって操縦者２４に対して目視界
外飛行時の状態監視が非常に行い易くなる。

【００７１】図２３の(2) で指示する部分は機体の電源
状態を表示したものであり、異常発生時は「Ｆａｉｌ」
の文字で表示するように、また、正常時は無表示になる
ように動作して飛行中の状態を操縦者２４に知らせる作
用を持つ。図２３の(3) 及び(4) で指示する部分は通信
手段を多重化した場合の機体のメイン及びバックアップ
の操縦信号受信状態を表示したものであり、受信不良時
は「Ｆａｉｌ」の文字で表示するように、また、受信良
好時は無表示になるように動作して飛行中の状態を操縦
者２４に知らせる作用を持つ。

【００７２】図２３の(5) で指示する部分は機体の残燃
料を表示したものであり、燃料状態により「Ｆａｉ
ｌ」、「１／２」、「Ｅｍｐｔｙ」等の文字を表示する
ように動作することによって操縦者２４に飛行中の燃料
状態を知らせる作用を持つ。なお、必要に応じて残燃料
を数値（リットル）表示等で表示するように設定を変更
すれば、より詳細な残燃料の状態を操縦者２４に知らせ
る作用を持たせることができる。

【００７３】図２３の(6) 及び(7) で指示する部分は機
体に搭載している作業機材や補助機器等の作動状態を
「ＯＮ」、「ＯＦＦ」の文字で表示するように動作して
飛行中の状況を操縦者２４に知らせる作用を持つ。な
お、搭載される機器としてはスチールカメラ、ライト、
ビデオカメラ、リードロープ牽引装置、投下投棄管制装
置等のほか、必要に応じてシステムに関するデータの補
助表示として使用するように設定を変更してもよい。

【００７４】図２３の(8) で指示する部分は機体システ
ムに関する情報を表示したものであり、飛行中のシステ
ム状態を文字で表示するように動作して操縦者２４に知
らせる作用を持つ。また、必要に応じてシステム中で重
要な機器のステータスやモード等をプライオリティ順に
表示するように設定を変更すれば、操縦者２４に一層効
果的にシステム状態を知らせる作用を持たせることがで
きる。

【００７５】図２３の(9) で指示する部分は機体に搭載
されている飛行制御装置のモードを表示したものであ
り、飛行中のモード状態を文字で表示するように動作し
て操縦者２４に知らせる作用を持つ。以上の図２３の
(1) 〜(9) のグループは機体システムの作動状態に関す
る情報のうち、機体の飛行位置以外の情報をまとめたも
のである。

【００７６】図２３の(10)、(11)及び(12)でそれぞれ指
示する部分は機体の速度、高度、機首方位角の各データ
を表示したものであり、数値で表示するように動作し
て、図中（Ｃ）の部分に表示されるデータでは読み取れ
ない速度・高度データ若しくは読み取りにくい機首方位
角データをより詳細かつ正確に操縦者２４に知らせる作
用を持つ。

【００７７】図２３の(13)及び(14)で指示する部分は機
体の離陸位置及び目標点から飛行中の機体位置までの距
離をそれぞれ表示したものであり、数値で表示するよう
に動作して図中の（Ｃ）の部分に表示される位置データ
のうちで最も必要性が高く、図から直ぐにかつ正確に読
み取れないデータとして操縦者２４により効率的にかつ
的確に知らせる作用を持つ。

【００７８】図２３の(15)で指示する部分は図中の
（Ｃ）の部分では読み取れないデータとして１番機の位
置を緯度経度で表示したものであり、数値で表示するよ
うに動作して機体の正確な位置を操縦者２４に知らせる
作用を持つ。以上が図２３の（Ａ）の部分に表示されて
いる情報の概要であるが、複数の無人ヘリコプタを運用
する場合には図中の（Ｂ）の部分に２番機の情報を表示
するように動作させれば、一画面上で同時に監視が可能
となる。また、３機以上の無人ヘリコプタの運用時でも
画面切り換え・分割・スクロールさせることで同様に監
視が可能である。

【００７９】図２３の(16)及び(17)で指示する部分は複
数の無人ヘリコプタの運用時の各機体の位置とその航跡
を表示したものであり、機体は図形（シンボル）で、航
跡は線でそれぞれ表示するように動作して、数値では分
かりにくい機体や目標物等との相対的な位置関係をより
的確に操縦者２４に知らせる作用を持つ。機体の表示色
は各機体毎に変えるとともに、機体の機首方位角に合わ
せて図形（シンボル）の向きを変えることによって表示
の効果はさらに改善される。

【００８０】図２３の(18)、(19)及び(20)で指示する部
分はそれぞれ機体の離陸位置、目標点、モニタ位置を表
示したものであり、それぞれＳ、Ｔ、Ｍの図形（シンボ
ル）で表示するように動作して操縦者２４に機体との相
対的な位置関係を知らせる作用を持つ。図２３の(21)で
指示する部分は飛行表示エリアのグリッド表示スケール
を表示したものであり、数値で表示するように動作する
とともに、飛行表示エリアの設定を変更した場合にはそ
れに連動して表示が変わるように動作する。

【００８１】図２３の(22)で指示する部分は飛行表示エ
リアの地図方位を表示したものであり、図形（シンボ
ル）で表示されるように動作する。図２３の(23)で指示
する部分は図２２の一点鎖線(11)で指示する部分と同様
に機体の飛行表示エリアを表示したものであり、グリッ
ドの枠で表示されるように動作する。なお、データ入力
装置からの操作で表示エリアを変更したり、任意に設定
することができる。

【００８２】以上が図２３中の（Ｃ）の部分に表示され
ている作動状態に関する情報のうちの位置データに関す
る情報であるが、表示が見にくい場合やもっと詳しい表
示にしたい場合には、データ入力装置からの操作によっ
て（Ｃ）の表示部を別の画面に分離して切り換えて表示
すれば、より的確で完全な位置データを操縦者２４に提
供することができる。

【００８３】なお、上記の表示画面はこの発明の単なる
例示の１つに過ぎず、従って、機体システムの構成や無
人ヘリコプタの機数等は必要に応じて種々に変形及び変
更できることは言うまでもなく、それによって表示画面
のレイアウトを操縦者２４の好みに合わせて変えてもよ
い。また、この発明の無人ヘリコプタシステムを構成す
る操縦システムに専用のジェネレータやバッテリーを含
む電力供給装置を加えることにより、この操縦システム
は独立した電力供給構造を持つため、運用場所に制限さ
れることなく如何なる場所においても本無人ヘリコプタ
システムの運用が可能となる。

【００８４】以上がこの発明による遠隔操縦方式の無人
ヘリコプタシステム全体の動作及び作用である。次に、
この発明による遠隔操縦方式の無人ヘリコプタシステム
の運用実施例について説明する。この発明の一実施例の
操縦システムは前述した図２に示すような構成になって
おり、まず、この操縦システムの立ち上げはジェネレー
タや電力供給装置等より供給される電力によって行われ
る。操縦者２４は立ち上げ後に操縦用ディスプレイ表示
制御装置２１内のプログラムを動作させて自動的若しく
は手動操作で演算に必要な初期設定情報を入力するとと
もに、テレメータ信号受信装置２０から送られてくる信
号等によって操縦用ディスプレイ表示制御装置２１を動
作させる。なお、このとき、操縦システムが正常に作動
しているかを自己診断させて操縦用ディスプレイ２２に
表示させることによって確認する。また、機体システム
の方も同時に作動させておき、テレメータ信号受信状態
や遠隔操縦装置２３等の操縦システムの作動状態も含め
たシステム全体での作動状態を、前述の自己診断機能で
確認することによって、例えば運用時の目視界外での機
能喪失やシステムに起因する事故を未然に防ぐような安
全面での重要な作用を得ることができる。

【００８５】一方、この発明の一実施例の機体システム
は前述した図１に示すような構成になっており、通常は
ジェネレータや電力供給装置６からの電力で機体システ
ムを立ち上げるが、必要に応じて外部コンセント等から
電力の供給を受けて電力供給装置６内のバッテリー消耗
を抑えるようにしても良い。また、機体システムは立ち
上げ後に飛行制御装置２の自己診断機能で機体システム
の作動状態をチェックする。このとき、例えば機体シス
テムの一部に故障が検出された場合は、その状態を操縦
用ディスプレイ表示制御装置２１に表示するとともに、
飛行制御装置２内のメモリに記録しておき、後でその記
録データを機外へ出力してメンテナンスに利用したり、
また、飛行安全上の問題から故障状態のままではシステ
ム運用ができないような安全対策を施すようにしても良
い。

【００８６】次に、この発明による遠隔操縦方式の無人
ヘリコプタシステムの飛行手順について説明する。ま
ず、操縦者２４は目視界内において機体の運動状態を自
分自身の目で読み取りながら遠隔操縦装置２３によって
機体を操縦操作して離陸させる。なお、離陸後は機体を
空中の一点に保持するようにホバリングさせておき、機
体の状態に異常がないか、また、操縦者２４が意図する
ミッションに移れるかどうかなどを目視及びシステム管
理機能によって十分確認し、機体システムと操縦システ
ムの準備を整える。ホバリング状態で特に問題がないと
判断されたら、操縦者２４は遠隔操縦装置２３を操作し
て目的とするミッションに速やかに移行する。

【００８７】通常の目視界内での運用は以上のような段
取りで行うのが一般的であるが、目視界外で機体を飛行
させる場合、この状態から或いは上述のような目視操縦
の状態からこの発明によるヘリコプタシステムの操縦シ
ステムによる掲記操縦に移行する必要があるため、ま
ず、移行準備のために操縦者２４は機体の運動状態を目
視で十分に把握するように努める。次に、機体の運動状
態を操縦用ディスプレイ２２で十分に把握し、かつ機体
が安定している場合においては操縦者２４は徐々に操縦
用ディスプレイ２２に目を移してゆき、画面上の機体運
動状態が自分の把握している機体運動状態と一致するよ
うに確認しながら計器操縦に慣れてゆくように努める。
そして最終的には目視操縦から操縦用ディスプレイ２２
の画面上に表示される情報の中から飛行中の機体運動状
態を読み取って操縦制御を行い、計器操縦に移行して目
視界外における無人ヘリコプタの飛行を実現させる。

【００８８】なお、上記実施例はこの発明の単なる例示
に過ぎず、従って、システム全体の構成や各構成要素の
さらに詳細な構成等は必要に応じて種々に追加、変形及
び変更できることは言うまでもない。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、飛行中の機体運動状態を測定し、この測定信号によ
り飛行制御装置内に設けられた飛行制御演算処理を実行
し、得られたコマンド信号に従って機体システムを自動
的に制御させるため、機体を安定化させるための操縦操
作が不要となり、かつ姿勢角安定保持、機首方位角安定
保持、飛行速度安定保持、飛行高度安定保持、飛行コー
ス（位置）安定保持、エンジン出力安定保持、ロータ回
転数安定保持などの各機能を具備した自立飛行制御能力
を機体に持たせることができるという効果がある。ま
た、飛行中の機体システムの燃料状態、電源状態、各構
成要素のハードウエアやソフトウエアの作動状態、機体
システムと操縦システム間の操縦信号やテレメータ信号
のデータ通信状態などを検出し、また各装置の出力信号
の信頼性に関連するステータス信号を出力させ、得られ
た作動状態情報により飛行制御装置内に設けられたシス
テム管理演算処理を実行することができるから、飛行中
の機体システムの異常状態検出並びに故障診断などの自
己診断機能を機体に持たせることができ、故障発生時に
は構成要素のリセットや故障部位の自動切り離しを行う
ことができるという効果がある。その結果、システム全
体の信頼性が改善され、運用時の故障や事故を未然に防
止できるという効果も生じる。

【００９０】また、前記のシステム管理演算処理結果を
記録データとして機体システム内の記憶装置に記録して
おき、飛行終了後に再生できるから、整備点検やメンテ
ナンスなどの作業に使用することができるという効果も
ある。また、操縦制御不能時にはプログラム飛行演算処
理を実行することができるから、定位置ホバリングや自
動帰投などの自立航法ができる効果があり、その結果、
目視界外での運用上の飛行安全を確保することができる
という効果も生じる。

【００９１】さらに、機体運動状態に関する信号及び機
体システムの作動状態に関する情報を操縦システムの操
縦用ディスプレイの画面にリアルタイムで客観的にかつ
正確に表示することができるから、操縦者は、機体が目
視界外にあっても、飛行中の機体運動状態及び機体シス
テムの作動状態を正確かつ容易に知ることができ、従っ
て、目視界外でも船酔いのような状態を引き起こすこと
なく自由にかつ継続的に飛行させることができるという
効果がある。その上、操縦システムにジェネレータや電
力供給装置等の独立した電力供給能力を持たせ、かつ運
搬できる構造にすることによって、特に運用場所に限定
されることなく、任意の場所に設置して目視界外での飛
行制御を行うことができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による遠隔操縦方式の無人ヘリコプタ
システムの一実施例の機体システムの構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】この発明による遠隔操縦方式の無人ヘリコプタ
システムの一実施例の操縦システムの構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図１の機体システムにおける操縦信号受信装置
の一具体例を示すブロック図である。

【図４】図１の機体システムにおける飛行制御装置の一
具体例を示すブロック図である。

【図５】図４の飛行制御装置における信号処理部の一具
体例を示すブロック図である。

【図６】図１の機体システムにおける位置測定装置の一
具体例を示すブロック図である。

【図７】図１の機体システムにおける運動測定装置の一
具体例を示すブロック図である。

【図８】図１の機体システムにおける高度測定装置の一
具体例を示すブロック図である。

【図９】図１の機体システムにおける飛行制御装置のピ
ッチ制御系の飛行制御演算処理部の一具体例を示すブロ
ック図である。

【図１０】図１の機体システムにおける飛行制御装置の
ロール制御系の飛行制御演算処理部の一具体例を示すブ
ロック図である。

【図１１】図１の機体システムにおける飛行制御装置の
ヨー制御系の飛行制御演算処理部の一具体例を示すブロ
ック図である。

【図１２】図１の機体システムにおける飛行制御装置の
高度制御系の飛行制御演算処理部の一具体例を示すブロ
ック図である。

【図１３】図１の機体システムにおける飛行制御装置の
エンジン制御系の飛行制御演算処理部の一具体例を示す
ブロック図である。

【図１４】図１の機体システムにおける飛行制御装置の
エンジン制御系の飛行制御演算処理部の他の具体例を示
すブロック図である。

【図１５】図１の機体システムにおける飛行制御装置の
ロータ制御系の飛行制御演算処理部の一具体例を示すブ
ロック図である。

【図１６】図１の機体システムにおける電力供給装置の
一具体例を示すブロック図である。

【図１７】図１の機体システムにおける飛行制御装置の
システム管理演算処理部の供給電力制御の一具体例を示
すブロック図である。

【図１８】この発明による遠隔操縦方式の無人ヘリコプ
タシステムにおける燃料供給系統の一具体例を示すブロ
ック図である。

【図１９】図１の機体システムにおける飛行制御装置内
に設けられた記憶装置に記録されたデータを再生して転
送する場合の一例を示す模式図である。

【図２０】再生された記録データの画面上での表示例を
示す図である。

【図２１】図２の操縦システムにおけるテレメータ信号
受信装置の一具体例を示すブロック図である。

【図２２】図２の操縦システムにおける操縦用ディスプ
レイに表示される操縦用画面の一具体例を示す図であ
る。

【図２３】飛行中の機体位置や機体システムの作動状態
などの情報を操縦者に提供するための図２の操縦システ
ムにおける操縦用ディスプレイの表示画面の一具体例を
示す図である。

【図２４】農薬散布に使用されている従来の遠隔操縦方
式の無人ヘリコプタシステムの機体システムの構成の一
例を示すブロック図である。

【図２５】農薬散布に使用されている従来の遠隔操縦方
式の無人ヘリコプタシステムの操縦システムの構成の一
例を示すブロック図である。

【図２６】ジャイロを搭載した従来の遠隔操縦方式の無
人ヘリコプタシステムの機体システムの構成の一例を示
すブロック図である。

【図２７】ジャイロを搭載した従来の遠隔操縦方式の無
人ヘリコプタシステムの操縦システムの構成の一例を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１操縦信号受信装置２飛行制御装置２ａ飛行制御装置の信号処理部３サーボアクチュエータ４回転センサ５燃料センサ６電力供給装置７位置測定装置８運動測定装置９高度測定装置１０テレメータ信号送信装置２０テレメータ信号受信装置２１操縦用ディスプレイ表示制御装置２２操縦用ディスプレイ２３遠隔操縦装置２４操縦者２５Ｒ、２５Ｔアンテナ２６Ｒ、２６Ｔアンテナ３０機体（ボディ）３１データ入出力表示装置３３外部処理装置３４外部記憶装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】遠隔操縦方式の無人ヘリコプタの機体
に、機体システムを構成する少なくとも操縦信号受信装
置、飛行制御装置、サーボアクチュエータ、回転セン
サ、燃料センサ、電力供給装置、位置測定装置、運動測
定装置、高度測定装置及びテレメータ信号送信装置を搭
載し、機体を安定させるための操縦操作が不要なように
自立飛行制御能力を持たせるとともに、操縦者側には少
なくとも無人ヘリコプタから送られてくる各種飛行デー
タを包含するテレメータ信号を受信し、復調するテレメ
ータ信号受信装置、該テレメータデータ信号受信装置か
らのテレメータ信号が入力される操縦用ディスプレイ表
示制御装置、該操縦用ディスプレイ表示制御装置によっ
て表示画面が制御される操縦用ディスプレイ及び前記無
人ヘリコプタを操縦するために前記操縦者によって操作
される遠隔操縦装置よりなる操縦システムを構成し、目
視界外でも自由に飛行させることができるようにしたこ
とを特徴とする遠隔操縦方式の無人ヘリコプタシステ
ム。
【請求項２】飛行中の前記機体システムの作動状態を
検出し、該検出信号にシステム管理演算処理を施すこと
によって異常状態検出並びに故障診断などの自己診断機
能を持たせ、故障発生時には構成要素をリセットしたり
故障部位の自動切り離しにより飛行安全を確保するとと
もに、得られた前記処理結果を記録データとして前記機
体システム内の記憶装置に記録し、飛行終了後に前記記
録データを再生して専用の表示装置に表示したり、機体
外部へ出力できるようにしたことを特徴とする請求項１
に記載の遠隔操縦方式の無人ヘリコプタシステム。
【請求項３】前記機体システムにおいて飛行中に測定
される機体の運動状態に関する信号及び前記機体システ
ムの作動状態に関する情報をそれぞれテレメータ信号に
変換して前記機体システムの前記テレメータ信号送信装
置を通じて操縦者側に送信し、操縦者側では前記操縦シ
ステムにおいて前記テレメータ信号を受信・復調して表
示に必要な処理を施した後、前記操縦システムの前記操
縦用ディスプレイの画面に表示させ、前記機体の運動状
態や前記機体システムの作動状態などの機体に関するさ
まざまな情報を操縦者に提供し、操縦者は前記操縦用デ
ィスプレイの表示画面から必要な情報を読み取って前記
操縦システムの前記遠隔操縦装置で機体を任意に制御す
ることにより、目的とする飛行位置・高度及び飛行コー
スへ機体を掲記操縦で容易にかつ的確に誘導制御できる
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦
方式の無人ヘリコプタシステム。
【請求項４】前記機体システムにおいてプログラム飛
行演算処理を行うことによって操縦システムからの操縦
制御が無い状態でも自立航法を行う能力を持たせ、機体
システム単独で誘導飛行させることができるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦方式の無人
ヘリコプタシステム。