JP5775354B2 - 離着陸ターゲット装置及び自動離着陸システム - Google Patents

Description

本発明は飛行体が、自動で離着陸できる様にした離着陸ターゲット装置及び自動離着陸システムに関するものである。

上空からの写真撮影、測量では、地上からの写真撮影、地上での測量では得られない情報が得られ、或は人の立入れない場所、写真撮影、測量が困難な場所の情報が得られる。又、近年、リモートコントロールされる小型飛行機、小型ヘリコプタ等の飛行体の性能の向上、遠隔操作技術の向上、更に撮像装置の性能の向上、小型化促進等により、小型飛行体に撮像装置を搭載し、リモートコントロールにより上空からの写真撮影が無人で行える様になっている。

例えば、小型飛行体を所定の位置（発着甲板）からリモートコントロールにより或は小型飛行体に内蔵されたプログラムにより自動で離陸させ、予定の範囲を飛行させ写真撮影を行い、写真撮影の完了後、発着甲板の設置位置に帰還させ、更に自動で発着甲板に着陸させる。

小型飛行体を自動で離陸、飛行、着陸させる場合に、制御が難しいのは、離陸、着陸であり、特に所定の位置に小型飛行体を着陸させる制御が難しい。従って、小型飛行体を自律飛行させる為に、簡便な制御で安全、確実に自動離着陸させる技術の確立が求められる。

尚、特許文献１には所定の位置に小型飛行体を着陸させる為の着陸支援システムが示され、特許文献２には画像認識に基づき目標地点にヘリコプタを着陸させる為の航法装置が示され、特許文献３には複数の画像センサを用いて垂直離着陸の誘導を行う自動着陸誘導方法が示され、特許文献４には小型飛行体を離発着させる為の移動式離着陸施設が示されている。

特開２０００−８５６９４号公報 特許第４２５３２３９号公報 特許第２６６２１１１号公報 特開平９−３０２６２８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、飛行体を自律飛行させる場合の、離陸、着陸を確実、安全に行える離着陸ターゲット装置、自動離着陸システムを提供するものである。

本発明は、自動離着陸システムに用いられる離着陸ターゲット装置であって、該離着陸ターゲット装置はパターンを表示する所要数の発光素子を有するターゲットと、前記発光素子の発光を制御するターゲット制御部とを具備し、前記発光素子はターゲットの離着陸面に設けられ、全灯状態で図形中心を有するターゲットマークを形成する様に配列され、前記ターゲット制御部は、最初に前記発光素子を全灯した全灯パターンを表示し、次に前記発光素子が所定のパターンを表示する様発光を制御する離着陸ターゲット装置に係るものである。

又本発明は、所定のパターンは、離着陸ターゲット装置のアドレスを示すパターンを含む離着陸ターゲット装置に係るものである。

又本発明は、所定のパターンは、離着陸ターゲット装置に対する方向を示すパターンを含む離着陸ターゲット装置に係るものである。

又本発明は、飛行体と離着陸ターゲット装置とを有する自動離着陸システムであり、前記離着陸ターゲット装置はパターンを表示する所要数の発光素子を有するターゲットと、前記発光素子の発光を制御するターゲット制御部とを有し、前記発光素子はターゲットの離着陸面に設けられ、全灯状態で図形中心を有するターゲットマークを形成する様に配列され、前記ターゲット制御部は、最初に前記発光素子を全灯した全灯パターンを表示し、次に前記発光素子が所定のパターンを表示する様発光を制御し、前記飛行体は、下方を撮像する撮像装置と、航行手段と、前記撮像装置で取得した画像を処理し、前記航行手段を制御する飛行体制御部とを有し、該飛行体制御部は、前記撮像装置で取得した前記ターゲットマークの画像に基づき、該ターゲットマークと前記飛行体との位置関係を演算し、演算結果に基づき前記飛行体の離着陸を制御する様にした自動離着陸システムに係るものである。

又本発明は、前記所定のパターンは、離着陸ターゲット装置のアドレスを示すパターンを含み、前記飛行体制御部は、全灯パターンによりターゲット中心位置を演算し、前記ターゲットと飛行体間の水平距離を演算すると共に全灯パターンの画像上での大きさに基づき前記飛行体の高度を演算し、前記アドレスを示すパターンにより、離着陸ターゲット装置が着陸対象であるかどうかを判断する自動離着陸システムに係るものである。

又本発明は、所定のパターンは、前記ターゲットに対する方向を示すパターンを含み、該方向を示すパターンにより、前記飛行体の移動方向を判断する自動離着陸システムに係るものである。

又本発明は、前記飛行体は飛行体通信部を有し、前記離着陸ターゲット装置はターゲット通信部を有し、該ターゲット通信部は、前記発光素子の点灯時、消灯時に点灯／消灯の同期信号を前記飛行体通信部に送信し、前記飛行体制御部は、前記飛行体通信部が受信した同期信号に基づき前記撮像装置により前記点灯時、消灯時の前記ターゲットの画像を取得し、前記点灯時、消灯時の前記ターゲットの画像データに基づき各パターン毎のパターン像を抽出する自動離着陸システムに係るものである。

又本発明は、前記離着陸ターゲット装置が複数箇所に設置され、各離着陸ターゲット装置にはそれぞれ固有のアドレスが付与され、前記飛行体制御部には飛行計画データが設定され、該飛行体制御部は前記飛行計画データに基づき、複数の離着陸ターゲット装置に対して順次離着陸を繰返し、前記離着陸ターゲット装置で前記飛行体の電源部の交換を行いつつ前記飛行体に自律飛行させる自動離着陸システムに係るものである。

本発明によれば、自動離着陸システムに用いられる離着陸ターゲット装置であって、該離着陸ターゲット装置はパターンを表示する所要数の発光素子を有するターゲットと、前記発光素子の発光を制御するターゲット制御部とを具備し、前記発光素子はターゲットの離着陸面に設けられ、全灯状態で図形中心を有するターゲットマークを形成する様に配列され、前記ターゲット制御部は、最初に前記発光素子を全灯した全灯パターンを表示し、次に前記発光素子が所定のパターンを表示する様発光を制御するので、全灯パターン表示で、前記ターゲット位置を表示すると共に続いて所定のパターンを表示させ、該パターンにより前記ターゲット位置以外の情報を表示させることができる。

又本発明によれば、所定のパターンは、離着陸ターゲット装置のアドレスを示すパターンを含むので、前記離着陸ターゲット装置が複数あった場合の識別が行え、誤認、誤着陸が防止できる。

又本発明によれば、所定のパターンは、離着陸ターゲット装置に対する方向を示すパターンを含むので、ターゲットに着陸する為の方向が示され、確実な着陸誘導が行える。

又本発明によれば、飛行体と離着陸ターゲット装置とを有する自動離着陸システムであり、前記離着陸ターゲット装置はパターンを表示する所要数の発光素子を有するターゲットと、前記発光素子の発光を制御するターゲット制御部とを有し、前記発光素子はターゲットの離着陸面に設けられ、全灯状態で図形中心を有するターゲットマークを形成する様に配列され、前記ターゲット制御部は、最初に前記発光素子を全灯した全灯パターンを表示し、次に前記発光素子が所定のパターンを表示する様発光を制御し、前記飛行体は、下方を撮像する撮像装置と、航行手段と、前記撮像装置で取得した画像を処理し、前記航行手段を制御する飛行体制御部とを有し、該飛行体制御部は、前記撮像装置で取得した前記ターゲットマークの画像に基づき、該ターゲットマークと前記飛行体との位置関係を演算し、演算結果に基づき前記飛行体の離着陸を制御する様にしたので、前記飛行体は全灯パターン表示で、前記ターゲット位置が確認でき、更に所定のパターンを認識することで、該パターンにより前記ターゲット位置以外の情報を収集することができる。

又本発明によれば、前記所定のパターンは、離着陸ターゲット装置のアドレスを示すパターンを含み、前記飛行体制御部は、全灯パターンによりターゲット中心位置を演算し、前記ターゲットと飛行体間の水平距離を演算すると共に全灯パターンの画像上での大きさに基づき前記飛行体の高度を演算し、前記アドレスを示すパターンにより、離着陸ターゲット装置が着陸対象であるかどうかを判断するので、前記離着陸ターゲット装置が複数あった場合の識別が行え、誤認、誤着陸が防止できる。

又本発明によれば、所定のパターンは、前記ターゲットに対する方向を示すパターンを含み、該方向を示すパターンにより、前記飛行体の移動方向を判断するので、ターゲットに着陸する為の方向が示され、確実な着陸が行える。

又本発明によれば、前記飛行体は飛行体通信部を有し、前記離着陸ターゲット装置はターゲット通信部を有し、該ターゲット通信部は、前記発光素子の点灯時、消灯時に点灯／消灯の同期信号を前記飛行体通信部に送信し、前記飛行体制御部は、前記飛行体通信部が受信した同期信号に基づき前記撮像装置により前記点灯時、消灯時の前記ターゲットの画像を取得し、前記点灯時、消灯時の前記ターゲットの画像データに基づき各パターン毎のパターン像を抽出するので、確実にターゲットのパターンを認識することができる。

又本発明によれば、前記離着陸ターゲット装置が複数箇所に設置され、各離着陸ターゲット装置にはそれぞれ固有のアドレスが付与され、前記飛行体制御部には飛行計画データが設定され、該飛行体制御部は前記飛行計画データに基づき、複数の離着陸ターゲット装置に対して順次離着陸を繰返し、前記離着陸ターゲット装置で前記飛行体の電源部の交換を行いつつ前記飛行体に自律飛行させるので、広範囲の自律飛行が可能になり、広範囲の写真撮影、測量が能率よく行えるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例の概略を示す説明図である。 本発明に係る実施例の概略構成図である。 該実施例に使用される離着陸ターゲット装置の概略構成図である。 該実施例に使用されるターゲットのターゲットマークの点灯パターンの１例を示す説明図である。 該実施例に使用されるターゲットのターゲットマークの点灯パターンの他の例を示す説明図である。 ターゲットマーク点灯、消灯のフローチャートである。 本実施例に於ける着陸時の作動を示すフローチャートである。 本実施例の応用例を示す説明図である。 本発明の他の実施例を示す概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１〜図３により本発明に係る自動離着陸システムの概略を説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る自動離着陸システムの基本的な構成を示しており、該自動離着陸システムは、主に飛行体１と基地側に設置された離着陸ターゲット装置２から構成され、前記飛行体１は、例えば自律飛行する小型飛行体としてのヘリコプタである。又、ヘリコプタ１は、遠隔操作可能となっており、図１中、１２は遠隔操作用のリモートコントローラを示している。

前記離着陸ターゲット装置２は、発光素子の発光によりターゲットマークが表示されるターゲット（後述）、及び前記発光素子の発光を制御するターゲット制御部（後述）を具備している。

前記ヘリコプタ１は、機体３、該機体３に設けられた所要数のプロペラ、例えば前後左右、計４組のプロペラ４，５，６，７を有し、該プロペラ４，５，６，７はそれぞれ個別に第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１（後述）に連結され、又後述する様に各第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１は独立して駆動が制御される様になっている。尚、前記プロペラ４，５，６，７及び前記第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１等は飛行体の航行手段を構成する。

前記ヘリコプタ１の機体３には、制御装置１３が設けられている。図２に示される様に、該制御装置１３は、主に飛行誘導部１４、飛行制御部１５、主演算制御部１６、通信部１７、電源部１８から構成される。

前記飛行誘導部１４は、位置測定装置としてのＧＰＳ装置２０、前記機体３の下面に設けられた撮像装置２１、飛行誘導用ＣＰＵ２２、第１記憶部２３を有し、前記撮像装置２１は、デジタル画像を撮像するデジタルカメラ、或はビデオカメラ等であり、ヘリコプタ１下方の画像を取得する。

尚、前記機体３に設ける撮像装置２１は、鉛直下方の画像を取得するものだけではなく、複数設けることができ、他の撮像装置２１は鉛直に対して所定の角度を持って設けられ、該他の撮像装置２１により進行方向に対して直角方向にずれた画像を合わせて取得する様にしてもよい。又、ヘリコプタ１に搭載する情報収集装置として、前記撮像装置２１に限らず、距離測定機、赤外線撮像装置等種々考えられる。

前記ＧＰＳ装置２０は、前記ヘリコプタ１の基準位置、例えば機械中心を測定する様に構成され、又、前記ＧＰＳ装置２０の測定値は地心座標（絶対座標）系の座標（位置）を表すので、前記ＧＰＳ装置２０は前記基準位置の地心座標系の座標を測定する。又、前記撮像装置２１は前記基準位置を通過する光軸１９を有し、該光軸１９は、前記ヘリコプタ１が水平姿勢で、鉛直線と合致する。従って、前記撮像装置２１は、前記ヘリコプタ１直下の所要の画角θの範囲の画像を取得可能であり、更に画像の中心は前記基準位置と合致する様に設定されている。

前記第１記憶部２３には、前記撮像装置２１で取得した画像及び画像を取得した位置、時刻が前記画像に関連付けられて格納され、更に、自律飛行する為の飛行計画データ等が格納されている。尚、画像及び画像を取得した位置、時刻は後述する第３記憶部３１に格納されてもよい。又、前記第１記憶部２３には、後述するターゲットマーク４３をパターン認識する為の、認識用パターンが格納されている。尚、認識用パターンは、後述する第３記憶部３１に格納されてもよい。

前記第１記憶部２３には、前記撮像装置２１で取得した画像から後述するターゲットマーク４３を抽出する等、画像処理する為の画像処理プログラム、抽出したターゲットマーク４３と前記認識用パターンとの比較で前記ターゲットマーク４３を認識するパターン認識プログラム、前記飛行計画データ及び前記ＧＰＳ装置２０で測定した位置情報から飛行誘導データを作成する飛行誘導プログラム、前記撮像装置２１の撮像を制御する撮像制御プログラム等のプログラムが格納されている。

前記飛行制御部１５は、前記第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１及びこれらモータを個別に駆動制御するモータコントローラ２５、該モータコントローラ２５を制御する飛行制御用ＣＰＵ２６、第２記憶部２７、前記ヘリコプタ１の水平に対する姿勢状態を検出して姿勢状態信号を発するジャイロユニット２８を具備する。

前記第２記憶部２７には、前記飛行誘導部１４からの飛行誘導データに基づき、飛行速度、上昇速度、降下速度、飛行方向、飛行高度等の飛行状態を演算する飛行制御プログラム、前記ジャイロユニット２８からの前記姿勢状態信号に基づき姿勢制御用の情報を演算する姿勢制御プログラム等が格納されている。前記飛行制御用ＣＰＵ２６は、前記飛行制御プログラムに基づき飛行制御指令を前記モータコントローラ２５に送出して該モータコントローラ２５を介して前記第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１を制御し、所定の飛行を実行し、又前記姿勢制御プログラムに基づき姿勢制御指令を前記モータコントローラ２５に送出して、該モータコントローラ２５は前記第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１をそれぞれ制御することで、前記ヘリコプタ１の姿勢を所望の状態（例えば水平状態、即ち前記撮像装置２１の光軸１９が鉛直な状態）に制御する。

前記主演算制御部１６は、主ＣＰＵ３０、第３記憶部３１、スイッチングユニット３２を具備し、該第３記憶部３１には前記飛行誘導部１４、前記飛行制御部１５を統合して制御する統合プログラム、前記撮像装置２１で取得した画像を処理する為の画像処理プログラム、飛行制御プログラム、通信制御プログラム等のプログラムが格納されている。

前記通信部１７は、無線通信部３３、情報通信部３４等からなり、前記無線通信部３３は、地上基地からの遠隔飛行制御指令を受信し、又ヘリコプタ１の飛行状態を地上基地に通信する。又、前記情報通信部３４は、無線ＬＡＮ或はブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ：登録商標）等の通信手段を用いて地上基地とヘリコプタ１間の情報の授受を行うものであり、例えば前記ヘリコプタ１が基地に着陸した状態で、前記飛行計画データが基地から前記ヘリコプタ１に送信され、或は飛行中撮像した画像、位置、時刻情報がヘリコプタ１から基地に送信される。

前記電源部１８は、例えば交換可能な可充電電池であり、飛行中は前記飛行誘導部１４、前記飛行制御部１５、前記主演算制御部１６、前記通信部１７に必要な電力を供給する。又、前記電源部１８は前記飛行体１が基地に着陸した場合、充電済の電源部１８と交換され、消耗した電源部１８は基地で充電される。

図３を参照して前記離着陸ターゲット装置２を説明する。

該離着陸ターゲット装置２は、ターゲット３７、ターゲット制御部３８、無線通信部３９、ＧＰＳ装置４０、電源部４１を具備している。

前記ターゲット３７は、既知の位置に設置される。尚、設置する位置は予め位置が分っている既知点に設置するか、或は設置した位置を前記ＧＰＳ装置４０で測定するか、或は他の測定装置で測定して既知化する。

前記ターゲット３７は、前記飛行体１が離着陸できる様、充分広い水平な平面の離着陸面４２を有し、該離着陸面４２にはターゲットマーク４３が設けられている。

該ターゲットマーク４３は、複数の発光素子４４（例えば、発光ダイオード：ＬＥＤ）が所定の配列で設けられることで形成される。例えば、図３に示されるターゲットマーク４３では、複数の同心円に前記発光素子４４が等間隔で配設されたものであり、最外周の円周上には、等角度間隔で１０個の発光素子４４が配設され、中間の円周上には等角度間隔で６個の発光素子４４が配設され、又円の中心に１個の発光素子４４が配設されている。

前記ターゲット制御部３８は、主にターゲット用ＣＰＵ４５、第４記憶部４６、マトリックスデコード部４７、ＬＥＤ駆動部４８で構成される。

前記無線通信部３９は、前記ＧＰＳ装置４０で測定した離着陸ターゲット装置２の位置、或は前記発光素子４４の発光と前記機体３の撮像装置２１の撮像の同期をとる為の同期信号を前記飛行体１に送信する。又、前記飛行体１のＧＰＳ装置２０で測定した、位置情報が前記無線通信部３３より送信され、前記無線通信部３９が受信する。

前記第４記憶部４６には、前記発光素子４４を所定のパターンで点滅させる為の、複数のパターンがコード化されて記憶され、又複数のパターンを所定の順序で点滅させる為のデータが入力されている。

前記マトリックスデコード部４７は、前記ターゲット用ＣＰＵ４５は前記第４記憶部４６から所要のタイミングでコードを呼込み、前記マトリックスデコード部４７に入力する。該マトリックスデコード部４７は、前記ターゲット用ＣＰＵ４５から入力される発光素子４４の点滅のコードを前記発光素子４４個々の点滅情報に変換し、前記ＬＥＤ駆動部４８に入力する。該ＬＥＤ駆動部４８は点滅情報に基づき、所定順序で、所定の発光素子４４を設定されたパターンで点滅させる。

所定順序で、所定の発光素子４４を設定されたパターンで点滅させることで、前記離着陸ターゲット装置２側の情報を前記飛行体１に伝達することができる。伝達する情報としては、前記ターゲット３７の位置（ターゲット３７の座標、飛行体１の高度）、該ターゲット３７に対する飛行体１の方向、該ターゲット３７のアドレス等がある。

尚、該ターゲット３７のアドレスは、該ターゲット３７が複数設置された場合、個々のターゲット３７に固有のアドレスを与え、該ターゲット３７のアドレスを前記飛行体１が判別することで、該ターゲット３７の誤認、誤着陸が防止できる。又、前記ターゲット３７を複数設置することで、広範囲の写真撮影、測量が可能となる。

次に、図４により、前記ターゲットマーク４３の点灯パターンの一例を説明する。

図４（Ａ）は、全ての前記発光素子４４を点灯した場合（以下、中心パターン）を示している。全ての発光素子４４を点灯することで、前記飛行体１の前記飛行誘導部１４は、前記ターゲットマーク４３を円と認識すると共に、円の大きさを認識する。円の中心を判断することで、前記ターゲット３７の位置（座標）が分り、又円の大きさを認識することで、飛行体１の高度が分る。

図４（Ｂ）は、前記飛行体１に対するターゲット３７の方向を示すものであり、前記無線通信部３３から送信される飛行体１の位置情報と、前記離着陸ターゲット装置２の位置情報から前記飛行体１に対するターゲット３７の方向が演算でき、演算された結果に基づき方向を示す矢印を点灯させる（矢印パターン）。図示では、左側に向いた矢印が点灯されている。図４（Ｃ）〜図４（Ｆ）は１０進法により、アドレスが表示された場合（以下、アドレス表示パターン）を示している。尚、図４（Ｃ）は１の桁を示し、数字の１を示しており、図４（Ｄ）は２の桁を示し、数字の４を示しており、図４（Ｅ）は３の桁を示し、数字の２を示しており、図４（Ｆ）は４の桁を示し、数字の３を示している等である。従って、前記ターゲット３７のアドレスは１４２３となる。

前記発光素子４４が図４（Ａ）〜図４（Ｆ）の順序で、表示される。前記飛行体１は、前記図４（Ａ）〜図４（Ｆ）のパターンを認識することで、前記ターゲット３７に対する前記飛行体１の相対位置、飛行すべき方向、更に認識しているターゲット３７が着陸の対象であるか判断を行える。

図５により、前記ターゲットマーク４３の他の点灯パターンの例を示している。

図５（Ａ）〜図５（Ｆ）は、ターゲット３７のアドレスを２進法で示した場合であり、図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、前述したと同様、図５（Ａ）は前記発光素子４４が全灯した状態を示し、図５（Ａ）に示されるパターンで前記飛行体１と前記ターゲット３７との相対位置が分り、又図５（Ｂ）は矢印が示されたパターンであり、図５（Ｂ）に示されるパターンで前記飛行体１が飛行する方向が分る。

図５（Ｃ）〜図５（Ｆ）が示すアドレスでは、図５（Ｃ）はアドレスビット１を示し、発光素子４４の全灯で１を示しており、図５（Ｄ）はアドレスビット２を示し、前記発光素子４４の外周部のみが消灯しており（図５（Ｃ）に比べると小円となっている）、この状態で０を示しており、図５（Ｅ）はアドレスビット３を示し、全灯で１を示しており、図５（Ｆ）はアドレスビット４を示し、全灯で１を示している等である。従って、図５（Ｃ）〜図５（Ｆ）が示す前記ターゲット３７のアドレスは２進法で１０１１であり、１０進法に直すと１１となる。

尚、前記発光素子４４を所要のパターンで表示したとしても、周囲の風景が含まれている画像から点灯パターンを認識することは困難である。従って、本実施例では、前記発光素子４４が点灯しているパターンを認識する為に以下の処理を行っている。

又上記パターンの表示は一例であり、組合わせ、順序は任意に変更可能である。又、一連のパターンを繰返し表示し、パターンにより、方向、アドレス等の情報を伝達するが、一連のパターンが表示される冒頭に、全発光素子４４の点滅、或は定型のパターンを繰返し表示する等を挿入して、パターンの開始時期を明確にしてもよい。

図６を参照して、ターゲットマーク４３の点灯及び消灯について説明する。

前記ターゲット３７の前記発光素子４４の点滅と、前記撮像装置２１が前記ターゲット３７を撮像する同期をとる。

先ず、前記離着陸ターゲット装置２側から前記発光素子４４で中心パターンを点灯するという同期信号を前記無線通信部３９を介して前記飛行体１に送信すると前記中心パターンが点灯される。該飛行体１は同期信号を受信すると、前記撮像装置２１により中心パターンが点灯された前記ターゲット３７を撮像する。

次に、発光素子４４を消灯するという同期信号を前記飛行体１に送信し、前記発光素子４４が消灯される。前記撮像装置２１は、前記発光素子４４が消えたターゲット３７を撮像する。

前記飛行誘導用ＣＰＵ２２では、中心パターンが点灯された画像信号から、発光素子４４が消灯された画像信号を除去することで、中心パターンのみの信号を抽出することができる（ＳＴＥＰ：０１）。

同様にして、前記離着陸ターゲット装置２は、各パターンを点灯する前と、消灯する前に同期信号を前記飛行体１に送信し、該飛行体１は各パターンの点灯状態と消灯状態の画像を撮像し、点灯状態の画像信号から消灯状態の画像信号を除去することで各パターンのみの信号を抽出し、抽出した信号に基づき、前記ターゲット３７の位置、該ターゲット３７に対する方向、前記ターゲット３７のアドレスを判別する（ＳＴＥＰ：０２〜ＳＴＥＰ：０６）。

以下、本実施例による作動について説明する。

先ず、自律飛行について説明する。

前記主ＣＰＵ３０は、前記スイッチングユニット３２を作動させ、前記飛行誘導部１４からの飛行誘導データが前記飛行制御部１５に入力される様に設定する。

着陸した状態で、前記情報通信部３４を介して飛行計画データが前記制御装置１３に送信され、該飛行計画データは前記主ＣＰＵ３０を介して前記第１記憶部２３に入力される。又、前記離着陸ターゲット装置２の位置（絶対座標）が入力される。飛行計画データが送信し終ると、該飛行計画データに基づき自律飛行が開始される。

尚、前記離着陸ターゲット装置２が複数設置される場合は、各離着陸ターゲット装置２に対して固有のアドレスが付与されると共に離着陸ターゲット装置２に対する離着陸の順序も決定される。又、離着陸ターゲット装置２の離着陸の順序は離着陸ターゲット装置２のアドレスを設定することで実行される。又、各離着陸ターゲット装置２に着陸する毎に、前記電源部１８を交換する様に設定してもよい。

前記飛行誘導部１４は入力された飛行計画データに基づき飛行誘導データを作成し、前記スイッチングユニット３２を介して前記飛行制御部１５に入力する。前記飛行制御用ＣＰＵ２６は入力された飛行誘導データに基づき前記モータコントローラ２５を介して前記第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１を駆動制御して飛行を開始する。飛行中、前記ＧＰＳ装置２０よりヘリコプタ１の位置情報が入手され、前記飛行誘導用ＣＰＵ２２は飛行計画データと位置情報に基づき適宜、飛行誘導データを修正し、前記飛行制御部１５に入力する。

又、飛行中、前記飛行制御用ＣＰＵ２６は前記ジャイロユニット２８からの姿勢状態信号に基づき前記モータコントローラ２５を介して前記第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１を適宜駆動してヘリコプタ１の姿勢を制御する。

又、前記飛行誘導部１４は、飛行中、飛行計画データに基づき前記撮像装置２１を制御して必要な写真撮影、測量等予定された作業を実行する。

予定された作業が完了すると、前記飛行誘導部１４からは帰還指令が発せられ、前記ヘリコプタ１は基地に帰還し、前記ターゲット３７に着陸する。

着陸の作動について、図７を参照して説明する。

前記ＧＰＳ装置２０が取得した位置情報と予め入力された前記ターゲット３７の座標に基づき、前記ヘリコプタ１の前記ターゲット３７に対する位置が判別でき、前記飛行誘導部１４は前記ヘリコプタ１を基地に導く様、飛行誘導データを前記飛行制御部１５に送出する。

又、前記ヘリコプタ１が前記ターゲット３７の上空に達した時、前記撮像装置２１が撮像した画像に前記ターゲット３７が含まれているかどうかが、画像処理により、探索される（ＳＴＥＰ：１１）。従って、前記ＧＰＳ装置２０の水平方向の測定精度と前記撮像装置２１の画角θとの関係は、前記ＧＰＳ装置２０の測定結果に基づき導かれた位置で、且つ前記ヘリコプタ１が所定の高度（着陸を開始する高度）で前記撮像装置２１が前記ターゲット３７を捉えられる（前記ターゲット３７が前記画角θの範囲に入っている）様になっている。

前記ターゲット３７の認識は、具体的には前記ターゲットマーク４３の認識であり、該ターゲットマーク４３の認識は前記第１記憶部２３に格納された前記ターゲットマーク４３のパターンとの比較に基づくパターン認識より実行される。前記ターゲットマーク４３が認識されると、前記ヘリコプタ１の誘導は前記ターゲットマーク４３の認識に基づいて行われる。

前記ヘリコプタ１の位置情報は、前記無線通信部３３より送信され、前記無線通信部３９によって受信される。前記ヘリコプタ１の位置情報に基づき、前記撮像装置２１が前記ターゲット３７を捉えられる範囲に前記ヘリコプタ１が入ると、前記離着陸ターゲット装置２は、前記ターゲットマーク４３の点灯を開始する。又、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）の順序でパターンが表示される。

パターン認識により得られた図５（Ａ）の画像及び該画像中心の位置と、前記撮像装置２１の画像中心（撮像素子の中心）との偏差が求められ、該偏差は前記飛行誘導データに反映され、認識した前記ターゲットマーク４３の中心と画像中心とが合致する様に前記ヘリコプタ１が誘導される。

前記ターゲットマーク４３の中心と画像中心とが合致すると、前記ターゲットマーク４３の大きさより高度が測定される。前記発光素子４４が全灯して形成される円形の直径は、既知の値であり、撮像装置２１の撮像素子上での大きさ（例えば直径）を検出する。

前記ターゲットマーク４３の実寸法は、既知であり、予め前記第１記憶部２３に格納されているので、格納された寸法との比較で地表と前記ヘリコプタ１との距離、即ち高度が測定される。更に、前記ターゲットマーク４３の直交する直径が等しくない場合は、円が楕円として認識され、長径と短径との比により、前記ターゲットマーク４３の基準位置を通過する鉛直線に対する前記飛行体１の角度のずれ及びずれ方向が測定でき、測定された角度のずれ及びずれ方向からヘリコプタ１の位置を修正することができる。

尚、修正すべき方向は、図５（Ｂ）のパターンによって示される。

又、前記ターゲット３７の前記発光素子４４の点灯は、図５（Ｂ）に続いて図５（Ｃ）〜図５（Ｆ）迄、順次実行されており、前記ヘリコプタ１が図５（Ｃ）〜図５（Ｆ）に基づき、前記ターゲット３７のアドレスを検出し、検出したアドレスが正しければ、下降を継続する。又、前記ターゲット３７のアドレスが異なっている場合は、下降を中止し、正しいアドレスのターゲット３７を探索する。

前記ターゲット３７のアドレスが正しく、下降を継続している過程で、連続して前記ターゲットマーク４３の中心を検出し、画像中心とのずれに基づき前記ヘリコプタ１の位置を修正してもよい（ＳＴＥＰ：１２，ＳＴＥＰ：１３）。

更に前記ヘリコプタ１の高度が分ると、測定された高度は飛行誘導データに反映され、前記ターゲットマーク４３の中心と画像中心とが合致した状態で、前記ヘリコプタ１が降下される。

又、高度を連続的に測定し、時間で微分することで降下速度が測定でき、降下速度が飛行計画データと合致しているかどうかが判断され、この判断に基づく飛行誘導データが前記飛行制御部１５に送出され、前記飛行誘導データにより前記飛行制御用ＣＰＵ２６は前記モータコントローラ２５を介して前記第１モータ８、第２モータ９、第３モータ１０、第４モータ１１を駆動制御し、降下速度の制御が行われる（ＳＴＥＰ：１４，ＳＴＥＰ：１５）。

又降下中、継続して画像処理から前記ターゲットマーク４３を認識し、画像上から該ターゲットマーク４３の中心と、前記撮像装置２１の光軸１９とのずれ（即ち画像中心とのずれ）を検出することで、前記ヘリコプタ１をターゲットマーク４３の中心に正確に着陸させることができる。

而して、複数の離着陸ターゲット装置２が設置されている状態でも、離着陸の対象を間違えることなく、而も自律飛行で精度よく、前記ターゲット３７に着陸させることができる。又、前記ターゲットマーク４３を検出する為の画像を取得する前記撮像装置２１は、前記ヘリコプタ１が航空写真を取得するものと共用できる。又、最終的な位置合せは、撮像したターゲットマーク４３の画像処理で行うので、前記ヘリコプタ１が搭載するＧＰＳ装置２０も高精度のものは必要なく、例えば１０ｍ程度の測定精度を有する安価なものでよい。

従って、本発明に係る自動離着陸システムを実施する為に特別な装置は必要なく、簡単な構成で而も低コストで、高精度の着陸誘導を実現できる。

尚、上記実施例に於いて、飛行誘導部１４に於ける画像処理等、前記飛行誘導用ＣＰＵ２２の負担が大きい場合は、前記主ＣＰＵ３０に処理を分担させる様にしてもよく、データ、プログラムの格納を前記第１記憶部２３と前記第３記憶部３１に分散させてもよい。

又上記説明で、前記ターゲット３７の座標を、飛行計画データの一部として入力したが、基地側にＧＰＳ装置、通信装置を設け、前記ターゲットマーク４３の位置を基地側のＧＰＳ装置で測定し、ターゲットマーク４３の位置情報を通信装置よりヘリコプタ１側の前記通信部１７に送信する様にしてもよい。尚、基地側のＧＰＳ装置は必ずしもターゲットマーク４３の位置を測定するものでなくとも、基地側のＧＰＳ装置が測定する位置（絶対座標）が該ターゲット３７の位置と既知の関係にあればよい。尚、基地側のＧＰＳ装置の測定値に基づき取得したターゲット３７の位置は、前記ターゲットマーク４３が固定の場合は、ターゲットマーク４３の位置に変化はないので、飛行計画データとして、前記制御装置１３に入力してもよい。この場合、基地側の通信装置は省略してもよい。

前記ヘリコプタ１が離陸する場合は、上記した着陸とは逆の作動が行われる。即ち、前記撮像装置２１により前記ターゲットマーク４３が撮像できる状態では、取得した画像から前記ターゲットマーク４３を認識し、上昇速度、高度が演算され、上昇作動が制御される。又、前記ヘリコプタ１が所定の高度に達した場合は、前記飛行計画データ、前記ＧＰＳ装置２０で取得した位置情報に基づき自律飛行が実行される。

次に、遠隔操作による前記ヘリコプタ１の飛行について説明する。

前記主ＣＰＵ３０を介して前記スイッチングユニット３２を作動させ、前記主演算制御部１６と前記飛行制御部１５とを接続し、前記主演算制御部１６から飛行誘導データが前記飛行制御部１５に送出される様にする。

基地側の前記リモートコントローラ１２から遠隔操作信号が送信され、該遠隔操作信号は前記無線通信部３３を介して受信される。前記主ＣＰＵ３０は、飛行制御プログラムを起動し、前記遠隔操作信号に基づき飛行誘導データを作成し、前記スイッチングユニット３２を介して前記飛行制御部１５に入力する。

前記飛行制御用ＣＰＵ２６は、飛行誘導データに基づき前記モータコントローラ２５を介して飛行を制御し、前記ジャイロユニット２８からの姿勢状態信号に基づき前記機体３の姿勢を制御する。

前記ヘリコプタ１の着陸には、自律飛行と同様に、前記撮像装置２１により前記ターゲット３７を撮像し、ターゲット３７の画像からターゲットマーク４３を抽出する。ターゲットマーク４３（発光素子４４全灯の状態）の中心を求め、該ターゲットマーク４３と前記機体３との位置合せを行う。尚、前記撮像装置２１で撮像したターゲットマーク４３の画像を前記リモートコントローラ１２の表示部（図示せず）に表示させ、画像を基に手動の遠隔操作で着陸を行ってもよい。

図８は、本実施例の応用例を示している。

該応用例では、前記ターゲット３７を移動体、例えば自動車５１の天井に設置し、上記自動離着陸システムを利用した追尾システムが構成されている。

前記飛行計画データを前記ヘリコプタ１が常に前記ターゲットマーク４３の直上に位置する様に設定すれば、前記飛行誘導部１４がターゲットマーク４３を認識し、前記飛行誘導部１４が該ターゲットマーク４３の中心と前記撮像装置２１の光軸１９（画像中心）との偏差を演算し、前記ターゲットマーク４３の中心と前記撮像装置２１の光軸１９とが合致する様な飛行誘導データを作成し、前記飛行制御部１５に送出する。該飛行制御部１５は、前記飛行誘導データに基づき、即ち前記ターゲットマーク４３の画像上での位置認識に基づき前記機体３が前記ターゲットマーク４３の直上にある様、機体３を制御する。

前記自動車５１が移動すれば、前記ターゲットマーク４３の移動に追従して前記ヘリコプタ１も移動する。従って、前記自動車５１で情報が必要な路線を移動すれば、該自動車５１が移動した範囲の画像データ等の情報を取得できる。

又、他の追尾システムとして、前記離着陸ターゲット装置２に設けたＧＰＳ装置４０から前記ターゲット３７の位置、即ち前記自動車５１の位置をリアルタイムで測定し、前記ＧＰＳ装置４０で測定した結果を前記制御装置１３に送信し、該制御装置１３がヘリコプタ１のＧＰＳ装置２０で測定した結果と前記ＧＰＳ装置４０で測定した結果に基づき、ヘリコプタ１を前記自動車５１に追尾させてもよい。

図９は、他の実施例を示している。図９中、図２中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

該他の実施例では、上記実施例の飛行誘導用ＣＰＵ２２、飛行制御用ＣＰＵ２６を前記主ＣＰＵ３０に集約させたものであり、前記第１記憶部２３、前記第２記憶部２７を前記第３記憶部３１に集約させたものである。

該他の実施例では、ＣＰＵ、記憶部を集約させたので、構成が簡略化でき、より簡便な自動離着陸システムを実現できる。

尚、上記実施例ではターゲットマーク４３を円形で形成したが、中心を求めやすい形状であれば、四角形でも、３角形でも構わない。又、アドレスの表示も、１０進法、２進法に限らず、前記ターゲットマーク４３で形成できる種々のマークの形状そのものを、アドレスとして割付けてもよい。例えば、３角形状をアドレス１、半円形状をアドレス２、星形状をアドレス３等である。

又、本発明は小型飛行体を利用して情報を収集する作業、例えば、農作物調査、土量管理、工事管理、地形調査、建造物調査、送電塔、ダム、橋梁調査、危険地域状況調査、監視等種々適用できることは言う迄もない。

１ ヘリコプタ
２ 離着陸ターゲット装置
３ 機体
１３ 制御装置
１４ 飛行誘導部
１５ 飛行制御部
１６ 主演算制御部
１７ 通信部
１８ 電源部
２０ ＧＰＳ装置
２１ 撮像装置
２２ 飛行誘導用ＣＰＵ
２３ 第１記憶部
２５ モータコントローラ
２６ 飛行制御用ＣＰＵ
２７ 第２記憶部
２８ ジャイロユニット
３０ 主ＣＰＵ
３１ 第３記憶部
３２ スイッチングユニット
３３ 無線通信部
３４ 情報通信部
３７ ターゲット
３８ ターゲット制御部
３９ 無線通信部
４０ ＧＰＳ装置
４１ 電源部
４２ 離着陸面
４３ ターゲットマーク
４４ 発光素子
４６ 第４記憶部
４７ マトリックスデコード部
４８ ＬＥＤ駆動部
５１ 自動車

Claims (9)

1. 自動離着陸システムに用いられる離着陸ターゲット装置であって、該離着陸ターゲット装置は所要数の発光素子を有するターゲットと、前記発光素子の発光を制御するターゲット制御部とを具備し、前記発光素子はターゲットの離着陸面に、所定形状のパターンを表示する様所定の配列で設けられ、全灯状態で図形中心を有するターゲットマークを形成する様に表示し、前記ターゲット制御部は、最初に前記発光素子を全灯した全灯パターンを表示し、次に前記発光素子の一部を点灯し、点灯部分が所定形状のパターンを表示する様発光を制御することを特徴とする離着陸ターゲット装置。
2. 所定形状のパターンは、離着陸ターゲット装置のアドレスを示すパターンを含む請求項１の離着陸ターゲット装置。
3. 所定形状のパターンは、離着陸ターゲット装置に対する方向を示すパターンを含む請求項１又は請求項２の離着陸ターゲット装置。
4. 飛行体と離着陸ターゲット装置とを有する自動離着陸システムであり、
   前記離着陸ターゲット装置は所要数の発光素子を有するターゲットと、前記発光素子の発光を制御するターゲット制御部とを具備し、前記発光素子はターゲットの離着陸面に、所定形状のパターンを表示する様所定の配列で設けられ、全灯状態で図形中心を有するターゲットマークを形成する様に表示し、前記ターゲット制御部は、最初に前記発光素子を全灯した全灯パターンを表示し、次に前記発光素子の一部を点灯し、点灯部分が所定形状のパターンを表示する様発光を制御し、
   前記飛行体は、下方を撮像する撮像装置と、航行手段と、前記撮像装置で取得した画像を処理して該画像からパターンを抽出し、抽出したパターンに基づき前記航行手段を制御する飛行体制御部とを有し、
   該飛行体制御部は、前記撮像装置で取得した全灯状態の前記全灯パターンの画像に基づき、該全灯パターンの中心位置を演算し、該全灯パターンの中心位置と前記飛行体との位置関係を演算し、演算結果に基づき前記飛行体の離着陸を制御する様にしたことを特徴とする自動離着陸システム。
5. 前記所定形状のパターンは、離着陸ターゲット装置のアドレスを示すアドレスパターンを含み、
   前記飛行体制御部は、パターン認識する為の認識用パターンを有し、前記撮像装置で取得した画像から前記認識用パターンに基づきパターン認識により前記アドレスパターンを認識し、
   前記全灯パターンの中心位置と、前記ターゲットと飛行体間の水平距離を演算すると共に前記全灯パターンの画像上での大きさに基づき前記飛行体の高度を演算し、前記アドレスパターンにより、離着陸ターゲット装置が着陸対象であるかどうかを判断する請求項４の自動離着陸システム。
6. 所定形状のパターンは、前記ターゲットに対する方向を示す方向指示パターンを含み、
   前記飛行体制御部は、パターン認識する為の認識用パターンを有し、前記撮像装置で取得した画像から前記認識用パターンに基づきパターン認識により前記方向指示パターンを認識し、
   該方向指示パターンにより、前記飛行体の移動方向を判断する請求項４の自動離着陸システム。
7. 前記飛行体は飛行体通信部を有し、前記離着陸ターゲット装置はターゲット通信部を有し、該ターゲット通信部は、前記発光素子の点灯時、消灯時に点灯／消灯の同期信号を前記飛行体通信部に送信し、前記飛行体制御部は、前記飛行体通信部が受信した同期信号に基づき前記撮像装置により前記点灯時、消灯時の前記ターゲットの画像を取得し、前記点灯時、消灯時の前記ターゲットの画像データに基づき各パターン毎のパターン像を抽出する請求項４〜請求項６のいずれかの自動離着陸システム。
8. 前記離着陸ターゲット装置が複数箇所に設置され、各離着陸ターゲット装置にはそれぞれ固有のアドレスが付与され、前記飛行体制御部には飛行計画データが設定され、該飛行体制御部は前記飛行計画データに基づき、複数の離着陸ターゲット装置に対して順次離着陸を繰返し、前記離着陸ターゲット装置で前記飛行体の電源部の交換を行いつつ前記飛行体に自律飛行させる請求項４〜請求項７のいずれかの自動離着陸システム。
9. 飛行体と離着陸ターゲット装置とを有する自動離着陸システムであり、
   前記離着陸ターゲット装置はパターンを表示する所要数の発光素子を有するターゲットと、前記発光素子の発光を制御するターゲット制御部とを有し、前記発光素子はターゲットの離着陸面に設けられ、全灯状態で図形中心を有するターゲットマークを形成する様に配列され、前記ターゲット制御部は、最初に前記発光素子を全灯した全灯パターンを表示し、次に前記発光素子が所定のパターンを表示する様発光を制御し、
   前記飛行体は、下方を撮像する撮像装置と、航行手段と、前記撮像装置で取得した画像を処理し、前記航行手段を制御する飛行体制御部とを有し、該飛行体制御部は、前記撮像装置で取得した前記ターゲットマークの画像に基づき、該ターゲットマークと前記飛行体との位置関係を演算し、演算結果に基づき前記飛行体の離着陸を制御する様にし、
   更に前記離着陸ターゲット装置が複数箇所に設置され、各離着陸ターゲット装置にはそれぞれ固有のアドレスが付与され、前記飛行体制御部には飛行計画データが設定され、該飛行体制御部は前記飛行計画データに基づき、複数の離着陸ターゲット装置に対して順次離着陸を繰返し、前記離着陸ターゲット装置で前記飛行体の電源部の交換を行いつつ前記飛行体に自律飛行させる様構成したことを特徴とする自動離着陸システム。

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