JP6209831B2

JP6209831B2 - Control method of mobile body, ground device, and control method of mobile body

Info

Publication number: JP6209831B2
Application number: JP2013041956A
Authority: JP
Inventors: 一志荻原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: JP2014169829A

Description

本発明は、光通信を利用した移動体制御に関する。 The present invention relates to mobile control using optical communication.

従来から、飛翔体などの移動体を、地上装置が光通信を用いて制御する様々な手法が開発されている。
例えば、特許文献１には、光信号を用いる飛翔体を誘導するシステムであって、より秘匿性の高いシステムが開示されている。特許文献１の飛翔体の誘導システムは、ロケット飛翔体と、飛翔体を目標位置に誘導する地上誘導装置とを備える。地上誘導装置は、飛翔体を誘導する誘導信号を光信号に変換して送信し、飛翔体は、地上誘導装置からの光信号を受信して誘導信号に復調し、誘導信号に基づいて飛翔体の飛翔方向を変化させる。 Conventionally, various methods have been developed in which a ground device controls a moving body such as a flying body using optical communication.
For example, Patent Document 1 discloses a system that guides a flying object using an optical signal and has higher secrecy. The flying object guidance system of Patent Document 1 includes a rocket flying object and a ground guidance device that guides the flying object to a target position. The ground guidance device converts the guidance signal for guiding the flying object into an optical signal and transmits it, and the flying object receives the optical signal from the ground guidance device and demodulates it to the guidance signal, and the flying object based on the guidance signal Change the flight direction.

また、特許文献２には、飛翔体の空中位置の同定を高精度に行い得る飛翔体の空中位置同定方法が開示されている。特許文献２の同定方法は、地上の複数箇所に分散して配置した、相互の距離が既知の複数の反射体に向けて空中の飛翔体からパルスレーザ光を照射するとともに少なくとも飛翔体の進行方向に対して交差する方向にパルスレーザ光を走査する。この走査により最も強い反射光が戻ってきた位置を反射体の位置と認識してパルスレーザ光が、各反射体２，３で反射して戻る迄の時間に基づき各反射体迄の距離を用いて飛翔体の空中の位置を同定する。
さらに、特許文献３には、レーザ光で飛翔体に操縦指令信号を送信して誘導する飛翔体の指令誘導方式が開示されている。
特許文献４には、物体を出発から（自由空間に）電光センサ系の助けで誘導し、前記センサ系は（常時）位置と軌道上の移動物体を位置決めでき、センサが検知した信号を、地上局で操縦命令をはっするための信号処理と評価の回路に導入する移動体の操縦方法が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a flying object aerial position identification method capable of identifying an aerial position of a flying object with high accuracy. The identification method of Patent Document 2 irradiates a pulsed laser beam from a flying object in the air toward a plurality of reflectors that are distributed at a plurality of locations on the ground and have a known mutual distance, and at least the traveling direction of the flying object A pulse laser beam is scanned in a direction intersecting with respect to. The position where the strongest reflected light is returned by this scanning is recognized as the position of the reflector, and the distance to each reflector is used based on the time until the pulse laser beam is reflected by each reflector 2 and 3 and returned. To identify the position of the flying object in the air.
Further, Patent Document 3 discloses a flying object command guiding method for guiding a flying object by transmitting a steering command signal to the flying object with laser light.
In Patent Document 4, an object is guided from the start (in free space) with the help of an electro-optic sensor system, and the sensor system can (always) position a moving object on a track with a position. A method for maneuvering a moving body is disclosed which is introduced into a signal processing and evaluation circuit for issuing a maneuvering instruction at a station.

特開２０１１−１２２７８７号公報JP 2011-122787 A 特開２００２−２２１５７４号公報JP 2002-221574 A 特開平０６−０７４６９４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-074694 特開平０２−０９００００号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-090000

移動体と地上装置との間の光通信は、送受信時に発生する散乱光や反射光、その他太陽光等の影響により、安定した通信ができなかった。また、障害物等により通信が途切れることがあり、通信を妨げていた。加えて、障害物等により通信が途切れがちで、安定した通信ラインを確保することが困難であった。特許文献１〜４に開示された技術は、移動体制御の精度を向上させるため、様々な問題点を排除する工夫がなされているものの、移動体と地上装置との光通信の精度を上げるためには十分ではなかった。 Optical communication between the moving body and the ground device cannot be stably performed due to the influence of scattered light, reflected light, and other sunlight generated during transmission and reception. In addition, communication may be interrupted due to obstacles and the like, thereby hindering communication. In addition, communication tends to be interrupted by obstacles and the like, and it has been difficult to secure a stable communication line. The techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4 have been devised to eliminate various problems in order to improve the accuracy of moving body control, but to improve the accuracy of optical communication between the moving body and the ground device. Was not enough.

一方、安定した通信ラインを確保するために、光通信に代えて有線通信を用いて地上装置が移動体を制御することも可能である。しかしながら、移動体が、有線通信を実現する装置や機能を搭載する必要があること、有線通信の使用後に有線を回収しなければならないことなどの問題が生じていた。そのため、移動体が有線ケーブルを保持する必要なく、安定した通信ラインが確保できる手法が要請されていた。
On the other hand, in order to secure a stable communication line, the ground device can control the moving body using wired communication instead of optical communication. However, there have been problems that the mobile body needs to be equipped with a device and function for realizing wired communication, and that the wired body must be collected after using the wired communication. Therefore, there has been a demand for a technique that can secure a stable communication line without the need for the mobile body to hold the wired cable.

本発明に係る移動体の制御方式の一態様は、移動体を地上装置が光通信で制御する移動体の制御方式であって、前記移動体は、所定の周期で第１光信号を発光する発光部と、前記地上装置が発光する第２光信号を受光する受光部と、前記第２光信号から、前記地上装置が自装置の位置調整を指示する位置情報を取得する信号制御部と、前記位置情報に応じて自装置を移動させる機体制御部と、を備え、前記地上装置は、前記第１光信号を受光する受光処理部と、前記第１光信号から、前記移動体の所望の位置からのずれを検出し、検出したずれに基づいて前記位置情報を生成する検出処理部と、前記位置情報を光信号として生成し、前記第２光信号として発光する発光処理部を備える。 One aspect of the mobile object control method according to the present invention is a mobile object control system in which the ground device controls the mobile object through optical communication, and the mobile object emits the first optical signal at a predetermined cycle. A light-emitting unit, a light-receiving unit that receives a second optical signal emitted from the ground device, and a signal control unit that acquires position information for the ground device to instruct position adjustment of the device from the second optical signal; A body control unit that moves the device according to the position information, and the ground device receives a light reception processing unit that receives the first optical signal, and a desired light of the moving body from the first optical signal. A detection processing unit that detects a deviation from a position and generates the position information based on the detected deviation, and a light emission processing unit that generates the position information as an optical signal and emits light as the second optical signal.

また、本発明に係る地上装置の一態様は、移動体を光通信で制御する地上装置であって、前記移動体が所定の周期で発光する第１光信号を受光する受光処理部と、前記第１光信号から、前記移動体の所望の位置からのずれを検出し、検出したずれに基づいて、前記移動体に位置を調整することを通知する位置情報を生成する検出処理部と、前記位置情報を光信号として発光する発光処理部を備える。 Further, one aspect of the ground device according to the present invention is a ground device that controls a moving body by optical communication, and the light receiving processing unit that receives a first optical signal emitted by the moving body at a predetermined cycle; A detection processing unit that detects a displacement of the moving body from a desired position from the first optical signal, and generates position information that notifies the moving body to adjust the position based on the detected displacement; A light emission processing unit that emits light using the position information as an optical signal is provided.

さらに、本発明に係る移動体の制御方法の一態様は、移動体を地上装置が光通信で制御する移動体の制御方法であって、予め、前記移動体が第１光信号を発光する所定の周期を決定し、前記移動体が前記所定の周期に同期させて前記第１光信号を発光し、前記地上装置が前記所定の周期を予測し、予測したタイミングに同期させて前記第１光信号を受光し、前記第１光信号から、前記移動体の所望の位置からのずれを検出し、検出したずれに基づいて前記位置情報を生成し、前記位置情報を光信号に変換した第２光信号を発光する。 Furthermore, one aspect of the control method for a mobile body according to the present invention is a control method for a mobile body in which the ground device controls the mobile body through optical communication, and the mobile body previously emits a first optical signal. The mobile unit emits the first optical signal in synchronization with the predetermined period, and the ground device predicts the predetermined period and synchronizes with the predicted timing. A second signal obtained by receiving a signal, detecting a shift from a desired position of the moving body from the first optical signal, generating the position information based on the detected shift, and converting the position information into an optical signal; Emits an optical signal.

本発明の実施形態の一態様によれば、移動体が有線ケーブル等を保持する必要がなく、電波等と違い感知され難い光を使用することにより秘匿性のある通信ラインを確保することができる。 According to one aspect of the embodiment of the present invention, it is not necessary for the mobile body to hold a wired cable or the like, and it is possible to secure a confidential communication line by using light that is difficult to detect unlike radio waves or the like. .

一実施形態の移動体制御システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the mobile body control system of one Embodiment. 実施形態１の地上装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the ground apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施形態１の地上装置の具体的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific structural example of the ground apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施形態１の移動体の具体的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific structural example of the moving body of Embodiment 1. FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。
まず図１を参照して一実施形態の移動体の制御方式について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. In the drawings, components having the same configuration or function and corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
First, with reference to FIG. 1, the control method of the moving body of one Embodiment is demonstrated.

図１は、実施形態１の移動体制御システムの構成例を示すブロック図である。移動体制御システムは、地上装置１００と移動体２００とを備える。
地上装置１００は、受光処理部１１０、検出処理部１２０、及び発光処理部１３０を備える。
受光処理部１１０は、移動体２００が所定の周期で発光する光信号（第１光信号）を受光する。例えば、移動体２００から定期的に発光されるレーザダイオード（光信号）を受光し、受光したレーザダイオード（光信号）を処理して検出処理部１２０で解析できるように処理する。所定の周期はあらかじめ設定される。
検出処理部１２０は、移動体２００が発光する光信号から、移動体２００の所望の位置（ターゲット）からのずれを検出し、検出したずれに基づいて、位置情報を生成する。位置情報は、地上装置１００が移動体２００に位置を調整することを通知（指示）する情報である。例えば、検出処理部１２０は、受光処理部１１０が受光したレーザダイオード（光信号）を用いて、移動体２００の位置の誤差を誤差角として検出し、位置情報として生成する。
発光処理部１３０は、位置情報を光信号（第２光信号）として移動体２００に向けて発光する。例えば、発光処理部１３０は、検出処理部１２０が生成した位置情報を、レーザダイオードを用いて移動体２００の方向へ発光することによって、目標との位置ずれ情報を伝送する。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a mobile control system according to the first embodiment. The mobile body control system includes a ground device 100 and a mobile body 200.
The ground device 100 includes a light reception processing unit 110, a detection processing unit 120, and a light emission processing unit 130.
The light reception processing unit 110 receives an optical signal (first optical signal) emitted from the moving body 200 at a predetermined cycle. For example, a laser diode (optical signal) periodically emitted from the moving body 200 is received, and the received laser diode (optical signal) is processed so that the detection processing unit 120 can analyze it. The predetermined period is set in advance.
The detection processing unit 120 detects a deviation of the moving body 200 from a desired position (target) from the optical signal emitted from the moving body 200, and generates position information based on the detected deviation. The position information is information for notifying (instructing) that the ground device 100 adjusts the position to the moving body 200. For example, the detection processing unit 120 detects an error in the position of the moving body 200 as an error angle using a laser diode (optical signal) received by the light receiving processing unit 110, and generates it as position information.
The light emission processing unit 130 emits light toward the moving body 200 using the position information as an optical signal (second optical signal). For example, the light emission processing unit 130 transmits position information generated by the detection processing unit 120 in the direction of the moving body 200 using a laser diode, thereby transmitting positional deviation information with respect to the target.

移動体２００は、受光部２１０、発光部２２０、信号制御部２３０、及び機体制御部２４０を備える。
受光部２１０は、地上装置１００が発光する光信号（第２光信号）を受光する。例えば、受光部２１０は、地上装置１００によって発光されたレーザダイオード（光信号）を受光する受光回路から構成される。
発光部２２０は、精度の高い発振器を所有しており、その発振周期に応じてレーザダイオード（第１光信号）を発光させる発光回路から構成されている。その発振器の元となる水晶発振器は、受光部２１０の回路にも使用されているため、移動体の中で同期が取れている。 The moving body 200 includes a light receiving unit 210, a light emitting unit 220, a signal control unit 230, and a body control unit 240.
The light receiving unit 210 receives an optical signal (second optical signal) emitted from the ground device 100. For example, the light receiving unit 210 includes a light receiving circuit that receives a laser diode (light signal) emitted from the ground device 100.
The light emitting unit 220 has a highly accurate oscillator, and includes a light emitting circuit that emits a laser diode (first optical signal) according to the oscillation period. Since the crystal oscillator that is the source of the oscillator is also used in the circuit of the light receiving unit 210, it is synchronized in the moving body.

信号制御部２３０は、受光部２１０が受光する光信号から位置情報を取得し、取得した位置情報に基づいて、自装置の機体の制御を機体制御部２４０へ通知する。例えば、信号制御部２３０は、受光部２１０が受光した光信号から位置情報を抽出して信号を生成する回路（制御回路）から構成される。加えて、信号制御部２３０は、移動体２００を制御する機能を有する。信号制御部２３０は、発光部２２０が所定の周期でレーザダイオードを発振するように制御する。信号制御部２３０は、受光部２１０が受光する光信号を解析する。信号制御部２３０は、解析結果に基づいて、機体制御部２４０へ自装置の機体の制御を指示する。
機体制御部２４０は、位置情報に応じて自装置を移動させる。具体的には、信号制御部２３０からの指示に基づいて、自装置の機体の動き、位置等を制御する。例えば、機体制御部２４０は、位置情報に含まれる、地上装置１００が指示する移動体２００の所望の位置と、現在の移動体２００の位置との誤差（ずれ）を用いて、移動体２００を移動させる回路（機体制御回路）から構成される。 The signal control unit 230 acquires position information from the optical signal received by the light receiving unit 210, and notifies the body control unit 240 of control of the body of the device itself based on the acquired position information. For example, the signal control unit 230 includes a circuit (control circuit) that extracts position information from an optical signal received by the light receiving unit 210 and generates a signal. In addition, the signal control unit 230 has a function of controlling the moving body 200. The signal control unit 230 controls the light emitting unit 220 to oscillate the laser diode at a predetermined cycle. The signal control unit 230 analyzes the optical signal received by the light receiving unit 210. The signal control unit 230 instructs the body control unit 240 to control the body of its own device based on the analysis result.
The body control unit 240 moves the own apparatus according to the position information. Specifically, based on an instruction from the signal control unit 230, the movement, position, and the like of the machine of its own device are controlled. For example, the body control unit 240 uses the error (deviation) between the desired position of the moving body 200 indicated by the ground device 100 and the current position of the moving body 200 included in the position information, to move the moving body 200. It consists of a moving circuit (airframe control circuit).

図１の構成を備えることにより、移動体制御システムは、距離が離れた移動体２００と地上装置１００を光通信で結び、移動体２００の動きを制御するための通信ラインを確立する。具体的には、あらかじめ指定された精度の高い周期で移動体２００が光を発光することにより、地上装置が該当周期の光信号のみを扱う構成にする。言い換えると、地上装置１００は、移動体２００から光信号を受光する際に、移動体２００が精度の高い任意の周期で光信号を発光することを前提とするため、この周期以外に光信号を受光しないように構成され、移動体２００からの光信号と、その他自然界にある散乱光などとを選別することを可能にする。また、受光したタイミングで信号処理を開始し、移動体２００の位置情報を地上装置１００から移動体２００に向かって送信する。
一方、移動体２００は、地上装置１００に向けて発光している光信号のタイミングを基準に、受光するタイミングを設定することができる。このため、地上装置１００と同様に、移動体２００は、地上装置１００が発光する光信号と、自然界にある散乱光などとを区別し、必要な情報を位置情報を受信する。 By providing the configuration of FIG. 1, the moving body control system connects the moving body 200 and the ground device 100 that are separated from each other by optical communication, and establishes a communication line for controlling the movement of the moving body 200. Specifically, the mobile device 200 emits light at a cycle with high accuracy specified in advance, so that the ground device handles only the optical signal of the corresponding cycle. In other words, the ground device 100 assumes that the mobile body 200 emits an optical signal at an arbitrary period with high accuracy when receiving an optical signal from the mobile body 200. It is configured not to receive light, and it is possible to select an optical signal from the moving body 200 and other scattered light in the natural world. In addition, signal processing is started at the timing when the light is received, and the position information of the moving body 200 is transmitted from the ground device 100 to the moving body 200.
On the other hand, the moving body 200 can set the timing of receiving light with reference to the timing of the light signal emitted toward the ground device 100. For this reason, like the ground device 100, the moving body 200 distinguishes between an optical signal emitted from the ground device 100 and scattered light in the natural world, and receives position information as necessary information.

このようにして、地上装置１００と移動体２００との間に安定した通信ループを構成することができる。
以下、図１の構成をより具体的にした実施形態について図面を参照して説明する。 In this way, a stable communication loop can be configured between the ground device 100 and the moving body 200.
Hereinafter, an embodiment in which the configuration of FIG. 1 is made more specific will be described with reference to the drawings.

実施形態１．
実施形態１では、図１の地上装置１００の具体的な構成の一態様を説明する。
図２は、実施形態１の地上装置の構成例を示すブロック図である。地上装置１００Ａは、受光処理部１１０Ａ、検出処理部１２０Ａ、及び発光処理部１３０Ａを備える。図２では、受光処理部１１０Ａは、集光レンズ１１１、４分割検知部１１２及び干渉フィルタ１１３を含み、検出処理部１２０Ａは、誤差角検出回路１２１、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）１２２、及びパラレル／シリアル変換回路１２３を含み、発光処理部１３０Ａは、レーザダイオード発光回路１３１とレーザダイオード１３２を含む構成例を示す。
本実施形態では、地上装置１００Ａは、図１に示す移動体２００と、光信号としてレーザダイオードを用いて光通信を実施することを前提として説明する。 Embodiment 1. FIG.
In the first embodiment, one aspect of a specific configuration of the ground device 100 in FIG. 1 will be described.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the ground device according to the first embodiment. The ground device 100A includes a light reception processing unit 110A, a detection processing unit 120A, and a light emission processing unit 130A. In FIG. 2, the light reception processing unit 110A includes a condenser lens 111, a four-division detection unit 112, and an interference filter 113. The detection processing unit 120A includes an error angle detection circuit 121, an analog / digital conversion circuit (A / D conversion circuit). ) 122 and a parallel / serial conversion circuit 123, and the light emission processing unit 130 </ b> A shows a configuration example including a laser diode light emission circuit 131 and a laser diode 132.
In the present embodiment, the ground apparatus 100A will be described on the assumption that optical communication is performed using the moving body 200 shown in FIG. 1 and a laser diode as an optical signal.

集光レンズ１１１は、移動体２００が発光するレーザダイオードを集光するレンズである。ここでは、集光レンズ１１１は、集光した光を４分割検知部１１２に出力するように構成される。集光レンズ１１１は、移動体２００の所望の位置が中心となるように設定され、所望の位置と、現在の移動体２００の位置とのずれが角度として検出できるように設定される。
４分割検知部１１２は、集光レンズ１１１が集光したレーザダイオードを４分割して検知する。このとき、移動体２００の位置と所望の位置（ターゲット）とのずれを角度の誤差（誤差角）として検出できるように構成される。
干渉フィルタ１１３は、移動体２００が発光するレーザダイオードの波長のみを抽出する。
誤差角検出回路１２１は、４分割検知部１１２が検知したレーザダイオードに基づいて、現在の移動体２００の位置を把握し、現在の移動体２００の位置と、所望の移動体の位置との誤差を、誤差角として検出する。
Ａ／Ｄ変換回路１２２は、誤差角検出回路１２１が検出した誤差角の値をアナログからデジタルに変換する。
パラレル／シリアル変換回路１２３は、Ａ／Ｄ変換回路１２２が変換したデジタルデータをシリアルデータとして変換する。
レーザダイオード発光回路１３１は、パラレル／シリアル変換回路１２３が変換したシリアルデータを、レーザダイオード１３２の発光のＯＮ／ＯＦＦによって移動体２００へ通知する。 The condensing lens 111 is a lens that condenses the laser diode that emits light from the moving body 200. Here, the condensing lens 111 is configured to output the collected light to the quadrant detection unit 112. The condensing lens 111 is set so that the desired position of the moving body 200 is at the center, and the deviation between the desired position and the current position of the moving body 200 can be detected as an angle.
The quadrant detection unit 112 detects the laser diode collected by the condenser lens 111 by dividing it into four. At this time, the shift between the position of the moving body 200 and a desired position (target) can be detected as an angle error (error angle).
The interference filter 113 extracts only the wavelength of the laser diode that emits light from the moving body 200.
The error angle detection circuit 121 grasps the current position of the moving body 200 based on the laser diode detected by the quadrant detection unit 112, and an error between the current position of the moving body 200 and the position of the desired moving body. Are detected as error angles.
The A / D conversion circuit 122 converts the error angle value detected by the error angle detection circuit 121 from analog to digital.
The parallel / serial conversion circuit 123 converts the digital data converted by the A / D conversion circuit 122 as serial data.
The laser diode light emission circuit 131 notifies the serial data converted by the parallel / serial conversion circuit 123 to the moving body 200 by turning on / off the light emission of the laser diode 132.

図３に図２の地上装置１００Ａのより具体的な構成例を示す。
地上装置３００は、光学フィルタ３１１、集光レンズ３１２、４分割検知器３１３、信号処理部３２１、Ｓ＆Ｈ（Sample & Hold）信号生成回路３２２、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）３２３、パラレル／シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ変換回路）３２４、発振回路３３１、論理積回路３３２、第１レーザドライバ３３３、第２レーザドライバ３３４、第１発光器３３５、第２発光器３３６、回路電源（＋５Ｖ電源又は＋３．３Ｖ電源）３５１、及びその他の電源３５２〜３５６を有する。
図４に図１の移動体２００の具体的な構成例を示す。
移動体４００は、光学フィルタ４１１、レンズ４１２、受光器４１３、発振器４２１、第１レーザドライバ４２２、第２レーザドライバ４２３、第１発光器４２４、第２発光器４２５、Ｏ／Ｅ（Optical/Electrical）変換・Ｓ／Ｐ（Serial/Parallel）変換回路４３１、受信レベル・誤差角制御回路４４１、電源４５１、及び水晶発振器４６１を備える。
図３，４において、第１及び第２発光器３３５，３３６，４２４，４２５は、レーザダイオードが用いられ、受光器４１３は、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）が用いられる。
レーザドライバ（第１レーザドライバ４２２及び第２レーザドライバ４２３）と、Ｏ／Ｅ変換回路（Ｏ／Ｅ変換・Ｓ／Ｐ変換回路４３１）は、同じ水晶発振器４６１を使用しているため、移動体の中で同期している。地上装置３００が移動体からのレーザダイオード（光信号）を受光してからの処理時間を一定にすることにより、移動体のレーザダイオードが発光するタイミングを基準にして、地上装置のレーザダイオードの発光タイミングを認識しておくことができる。 FIG. 3 shows a more specific configuration example of the ground device 100A of FIG.
The ground device 300 includes an optical filter 311, a condenser lens 312, a four-divided detector 313, a signal processing unit 321, an S & H (Sample & Hold) signal generation circuit 322, an analog / digital conversion circuit (A / D conversion circuit) 323, Parallel / serial conversion circuit (P / S conversion circuit) 324, oscillation circuit 331, AND circuit 332, first laser driver 333, second laser driver 334, first light emitter 335, second light emitter 336, circuit power supply ( + 5V power source or + 3.3V power source) 351, and other power sources 352 to 356.
FIG. 4 shows a specific configuration example of the moving body 200 of FIG.
The moving body 400 includes an optical filter 411, a lens 412, a light receiver 413, an oscillator 421, a first laser driver 422, a second laser driver 423, a first light emitter 424, a second light emitter 425, an O / E (Optical / Electrical ) A conversion / S / P (Serial / Parallel) conversion circuit 431, a reception level / error angle control circuit 441, a power source 451, and a crystal oscillator 461 are provided.
3 and 4, laser diodes are used for the first and second light emitters 335, 336, 424, and 425, and an APD (avalanche photodiode) is used for the light receiver 413.
Since the laser driver (the first laser driver 422 and the second laser driver 423) and the O / E conversion circuit (O / E conversion / S / P conversion circuit 431) use the same crystal oscillator 461, the moving body Synchronized within. By making the processing time after the ground device 300 receives the laser diode (optical signal) from the moving body constant, light emission of the laser diode of the ground device is based on the timing at which the laser diode of the moving body emits light. You can recognize the timing.

次に、図３の地上装置３００と図４の移動体４００との動作例を説明する。
移動体４００は、飛翔体後部に精度の高い発振器４２１を取り付け、発振器４２１に同期させて半導体レーザ光（波長：９０５ｎｍ）を発光させる。具体的には、第１及び第２レーザドライバ４２２、４２３は、発振器４２１が発振する信号に同期させてレーザドライバを動作させ、第1及び第２発光器４２４、４２５から発光させる。
地上装置３００は、レーザダイオード（９０５ｎｍ）以外の波長を受光しない様、干渉フィルタとして光学フィルタ３１１を設け、４分割検知器３１３に集光できる様に集光レンズ３１２を実装する。４分割検知器３１３は、中心軸をあらかじめターゲットに照準させる。４分割検知器３１３は、中心軸と移動体４００が重なった場合、誤差角Ｘ、Ｙを、ゼロとして出力する。それ以外の場合には、４分割検知器３１３は、中心軸との誤差（ずれ）を誤差角Ｘ、Ｙ（２次元の値Ｘ，Ｙ）として出力する。 Next, an operation example of the ground device 300 in FIG. 3 and the moving object 400 in FIG. 4 will be described.
The moving body 400 has a highly accurate oscillator 421 attached to the rear part of the flying body, and emits semiconductor laser light (wavelength: 905 nm) in synchronization with the oscillator 421. Specifically, the first and second laser drivers 422 and 423 operate the laser driver in synchronization with a signal oscillated by the oscillator 421 and emit light from the first and second light emitters 424 and 425.
The ground device 300 is provided with an optical filter 311 as an interference filter so as not to receive wavelengths other than the laser diode (905 nm), and a condensing lens 312 is mounted so that the light can be condensed on the quadrant detector 313. The quadrant detector 313 aims the center axis at the target in advance. When the center axis and the moving body 400 overlap, the quadrant detector 313 outputs the error angles X and Y as zero. In other cases, the quadrant detector 313 outputs an error (deviation) from the central axis as error angles X and Y (two-dimensional values X and Y).

信号処理部３２１は、４分割検知器３１３にて受光したパルスのピーク値を検出し、サンプル＆ホールドしやすい状態にアナログ信号を処理する。受光したパルスの一部は、Ｓ＆Ｈ信号生成回路３２２へ送られ、そのパルスを基準にあらかじめ決められた移動体が発光するレーザダイオード４２４，４２５の周期でＳ＆Ｈ信号が生成され、誤差角として出力され、Ａ／Ｄ変換回路３２３へと送られる。
Ａ／Ｄ変換回路３２３は、アナログ信号として検出された誤差角をデジタル信号へ変換する。
Ｐ／Ｓ変換回路３２４は、変換されたデジタル信号をシリアルに変換する。
シリアル信号に変換された誤差角の情報を用いて、地上装置３００より移動体４００に向けて、光信号として送信する。発振回路３３１は、光パルス幅に応じてパルスを発振する。論理積回路３３２は、Ｐ／Ｓ変換回路３２４の出力と発振回路３３１の出力との論理積を出力する。第１及び第２レーザドライバ３３３、３３４は、論理積回路３３２から出力される信号に同期させてレーザダイオード光を出力し、第1及び第２発光器３３５、３３６から発光させる。
地上装置３００から移動体４００へレーザダイオードを発光ささせる際、光のパルス幅は、１００ｎｓとし、１ｂｉｔあたり５回パルスを発振させる。Ｐ／Ｓ変換回路３２４から出力されるシリアル信号がＨＩＧＨの場合は、５回送信し、ＬＯＷの場合にはその時間分何も発光せず放置する。誤差角１軸あたり８ｂｉｔ、合計で１６ｂｉｔの信号を送信する。 The signal processing unit 321 detects the peak value of the pulse received by the quadrant detector 313, and processes the analog signal so that it can be easily sampled and held. A part of the received pulse is sent to the S & H signal generation circuit 322, and an S & H signal is generated with a period of the laser diodes 424 and 425 emitted from the moving body determined in advance based on the pulse, and output as an error angle. Are sent to the A / D conversion circuit 323.
The A / D conversion circuit 323 converts the error angle detected as an analog signal into a digital signal.
The P / S conversion circuit 324 converts the converted digital signal into a serial signal.
Using the error angle information converted into the serial signal, it is transmitted from the ground device 300 to the moving body 400 as an optical signal. The oscillation circuit 331 oscillates a pulse according to the optical pulse width. The AND circuit 332 outputs a logical product of the output of the P / S conversion circuit 324 and the output of the oscillation circuit 331. The first and second laser drivers 333 and 334 output laser diode light in synchronization with the signal output from the AND circuit 332 and emit light from the first and second light emitters 335 and 336.
When the laser diode is emitted from the ground device 300 to the moving body 400, the pulse width of the light is set to 100 ns, and the pulse is oscillated five times per bit. When the serial signal output from the P / S conversion circuit 324 is HIGH, it is transmitted five times, and when it is LOW, no light is emitted for that time and it is left. An error angle of 8 bits per axis and a total of 16 bits are transmitted.

移動体４００側は、自らが発光した光を基準にして約２５０μｓ後に地上装置から信号を受光することになる。移動体４００では、そのタイミングで該当するｂｉｔに１つでもフラグがたった場合には、ＨＩＧＨと判断し、それ以外はＬＯＷと判断する。そのシリアル信号は、飛翔体に実装されたＦＰＧＡ（field-programmable gate array）に一旦取り込ませ、データが揃ったところでパラレル信号として機体側へ送信する。移動体４００では、移動体４００は、光学フィルタ４１１、レンズ４１２、受光器４１３を介して受光した信号を、Ｏ／Ｅ変換・Ｓ／Ｐ変換回路４３１によってデジタル信号に変換する。
移動体４００は、その情報を元に地上装置から見て、誤差角がゼロとなる方向へ機体を移動させる。受信レベル・誤差角制御回路４４１は、変換されたデジタル信号から、受信レベル（Σ）、誤差角（Ｘ，Ｙ）を取得し、誤差角に基づいて、機体を移動させる制御を、８ビットパラレル出力、１ビット更新により実施する。 The mobile body 400 side receives a signal from the ground device after about 250 μs with reference to the light emitted by itself. In the mobile object 400, if even one corresponding flag is set at that timing, it is determined as HIGH, and otherwise it is determined as LOW. The serial signal is temporarily captured by a field-programmable gate array (FPGA) mounted on the flying object, and transmitted to the aircraft as a parallel signal when the data is ready. In the moving body 400, the moving body 400 converts a signal received through the optical filter 411, the lens 412, and the light receiver 413 into a digital signal by the O / E conversion / S / P conversion circuit 431.
The moving body 400 moves the airframe in a direction in which the error angle becomes zero when viewed from the ground device based on the information. The reception level / error angle control circuit 441 obtains the reception level (Σ) and the error angle (X, Y) from the converted digital signal, and performs control to move the aircraft based on the error angle. Implement by output, 1-bit update.

上述した構成により、本実施形態では、地上装置３００と移動体４００との間で通信ループ（仮想同期ループ）を確立する。ここで、通信ループは、地上装置３００と移動体４００との間で、所定の周期、ここでは、精度の高い発振器４２１が発振する信号の周期で通信を実施するというループである。具体的には、移動体４００から所定の周期で光信号を送信すると、その後所定の期間経過後に地上装置３００から移動体４００へ光信号を送信（返信）するというループを確立しておき、この前提のもとで、移動体４００と地上装置３００との間で光信号を送受信する。言い換えると移動体４００は、自機のレーザダイオード発光タイミングを基準に地上装置３００からいつ信号が返信される事を予め認識した上で自機の動作を制御する。 With this configuration, in the present embodiment, a communication loop (virtual synchronization loop) is established between the ground device 300 and the moving body 400. Here, the communication loop is a loop in which communication is performed between the ground device 300 and the moving body 400 at a predetermined cycle, here, a cycle of a signal oscillated by the highly accurate oscillator 421. Specifically, when an optical signal is transmitted from the mobile unit 400 at a predetermined cycle, a loop is established in which an optical signal is transmitted (returned) from the ground device 300 to the mobile unit 400 after a predetermined period has elapsed. Under the assumption, an optical signal is transmitted and received between the moving body 400 and the ground device 300. In other words, the moving body 400 controls the operation of the mobile device after recognizing in advance when a signal is returned from the ground device 300 based on the laser diode emission timing of the mobile device.

以上説明したように、本発明にかかる実施形態の一態様によれば、次のような有利な効果を奏することができる。
通信ループを構築することにより、通信の安定性、信頼性を向上させる事ができる。
発光周期の精度を良くし、その周期に適合しない信号は信号処理しないため、散乱光や反射光の障害に強い。
地上装置からの送信は、１ｂｉｔあたりの信号を５回出力し、その１回を取り込むことができればデータとして認識できるため、散乱光等の障害及び飛翔体の動揺等による影響を受け難い。
４分割検知器を使用することにより、飛翔体の方角を認識し、位置情報として出力することができる。 As described above, according to one aspect of the embodiment of the present invention, the following advantageous effects can be obtained.
By constructing a communication loop, the stability and reliability of communication can be improved.
Since the accuracy of the light emission period is improved and signals that do not conform to the period are not subjected to signal processing, it is resistant to obstacles to scattered light and reflected light.
Transmission from the ground device can be recognized as data if the signal per bit is output five times and can be captured once, and thus is not easily affected by obstacles such as scattered light and flying object fluctuations.
By using the quadrant detector, the direction of the flying object can be recognized and output as position information.

実施形態２．
実施形態１では、地上装置側の受光装置（例えば、図１の受光処理部１１０）を図２のように、集光レンズ１１１及び４分割検知部１１２で構成する場合や、集光レンズ３１２、４分割検知器３１３、及び信号処理部３２１で構成する場合を説明したが、これに限られるわけではない。
例えば、地上装置側の受光装置をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラによるものに変更し、カメラの前面に光学フィルタをつけることにより、ある特定の波長光を発光する移動体のみを認識させ、位置情報として取り込みを行う。その位置情報を光通信により、移動体へ伝送する。
受光装置にＣＣＤカメラを用いる場合にも、実施形態１と同様の有利な効果を奏することが可能である。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, when the light receiving device on the ground device side (for example, the light receiving processing unit 110 in FIG. 1) is configured by the condensing lens 111 and the four-divided detection unit 112 as illustrated in FIG. Although the case where it comprises with the 4-part dividing detector 313 and the signal processing part 321 was demonstrated, it is not necessarily restricted to this.
For example, the light receiving device on the ground device side is changed to a device using a CCD (Charge Coupled Device) camera, and an optical filter is attached to the front surface of the camera so that only a moving body that emits light of a specific wavelength is recognized, and position information As an import. The position information is transmitted to the moving body by optical communication.
Even when a CCD camera is used as the light receiving device, the same advantageous effects as in the first embodiment can be obtained.

上述した各実施形態の移動体の制御方式及び方法は、誘導弾、視界範囲内車両等の遠隔制御、電波の使用できない箇所での遠隔制御等に用いることができる。 The moving body control method and method of each embodiment described above can be used for remote control of guided bullets, vehicles within the field of view, etc., remote control at locations where radio waves cannot be used, and the like.

なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment shown above. Within the scope of the present invention, it is possible to change, add, or convert each element of the above-described embodiment to a content that can be easily considered by those skilled in the art.

１００、１００Ａ、３００地上装置
２００，４００移動体
１１０、１００Ａ受光処理部
１１１集光レンズ
１１２４分割検知部
１１３干渉フィルタ
１２０、１２０Ａ検出処理部
１２１誤差角検出回路
１２２、３２３アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）
１２３、３２４パラレル／シリアル変換回路
１３０、１３０Ａ発光処理部
１３１レーザダイオード発光回路
１３２レーザダイオード
２１０受光部
２２０発光部
２３０信号制御部
２４０機体制御部
３１１光学フィルタ
３１２集光レンズ
３１３４分割検知器
３２１信号処理部
３２２Ｓ＆Ｈ信号生成回路
３３１発振回路
３３２論理積回路
３３３第１レーザドライバ
３３４第２レーザドライバ
３３５第１発光器
３３６第２発光器
３５１回路電源
３５２〜３５６、４５１電源
４１１光学フィルタ
４１２レンズ
４１３受光器
４２１発振器
４２２第１レーザドライバ
４２３第２レーザドライバ
４２４第１発光器
４２５第２発光器
４３１Ｏ／Ｅ変換・Ｓ／Ｐ変換回路
４４１受信レベル・誤差角制御回路
４５１電源
４６１水晶発振器 100, 100A, 300 Ground device 200, 400 Moving object 110, 100A Light reception processing unit 111 Condensing lens 112 Quadrant detection unit 113 Interference filter 120, 120A Detection processing unit 121 Error angle detection circuit 122, 323 Analog / digital conversion circuit ( A / D conversion circuit)
123, 324 Parallel / serial conversion circuits 130, 130A Light emission processing unit 131 Laser diode light emission circuit 132 Laser diode 210 Light receiving unit 220 Light emission unit 230 Signal control unit 240 Airframe control unit 311 Optical filter 312 Condensing lens 313 Quadrant detector 321 Signal Processing unit 322 S & H signal generation circuit 331 Oscillation circuit 332 AND circuit 333 First laser driver 334 Second laser driver 335 First light emitter 336 Second light emitter 351 Circuit power supply 352 to 356, 451 Power supply 411 Optical filter 412 Lens 413 Light reception 421 Oscillator 422 First laser driver 423 Second laser driver 424 First light emitter 425 Second light emitter 431 O / E conversion / S / P conversion circuit 441 Reception level / error angle control circuit 451 Power supply 461 Crystal oscillator

Claims

移動体を地上装置が光通信で制御する移動体の制御方式であって、
前記移動体は、
所定の周期で第１光信号を発光する発光部と、
前記地上装置が発光する第２光信号を受光する受光部と、
前記第２光信号から、前記地上装置が自装置の位置調整を指示する位置情報を取得する信号制御部と、
前記位置情報に応じて自装置を移動させる機体制御部と、を備え、
前記地上装置は、
前記発光部の発光期間で第１光信号を受光し、前記発光部の発光期間以外の期間では光信号を受光しない受光処理部と、
前記第１光信号を受光する受光処理部と、
前記発光部の発光期間に同期して、前記第１光信号から、前記移動体の所望の位置からのずれを検出し、検出したずれに基づいて前記位置情報を生成する検出処理部と、
前記位置情報を光信号として生成し、前記第２光信号として発光する発光処理部と、を備え、
前記検出処理部は、前記発光部の非発光期間では前記ずれの検出を行わない移動体の制御方式。 It is a control method of a mobile body in which the ground device controls the mobile body by optical communication,
The moving body is
A light emitting unit that emits the first optical signal at a predetermined period;
A light receiving unit for receiving a second optical signal emitted by the ground device;
From the second optical signal, a signal control unit that acquires position information instructing the position adjustment of the own device by the ground device;
A body control unit that moves the device according to the position information,
The ground device is
A light receiving processing unit that receives a first optical signal in a light emitting period of the light emitting unit and receives no optical signal in a period other than the light emitting period of the light emitting unit ;
A light receiving processing unit for receiving the first optical signal;
A detection processing unit that detects a shift from a desired position of the moving body from the first optical signal in synchronization with a light emission period of the light-emitting unit, and generates the position information based on the detected shift;
A light emission processing unit that generates the position information as an optical signal and emits light as the second optical signal,
The detection processing unit is a control method of a moving body that does not detect the shift during a non-light emitting period of the light emitting unit.

前記発光部は、発振器を備え、前記発振器から前記所定の周期で発振される信号に同期させて、前記第１光信号を発光し、
前記受光処理部は、前記所定の周期を保持し、前記所定の周期を予測して、前記第１光信号を受光するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の移動体の制御方式。 The light emitting unit includes an oscillator, and emits the first optical signal in synchronization with a signal oscillated from the oscillator at the predetermined period,
2. The moving body according to claim 1, wherein the light receiving processing unit is configured to receive the first optical signal by holding the predetermined period and predicting the predetermined period. control method.

前記発光処理部は、前記所定の周期から任意の期間経過後に前記第２光信号を発光し、
前記受光部は、予め前記任意の期間を保持し、前記発光部が前記第１光信号を発光してから前記任意の期間経過後に、前記第２光信号を受光することを特徴とする請求項２記載の移動体の制御方式。 The light emission processing unit emits the second optical signal after an arbitrary period from the predetermined cycle,
The light receiving unit holds the arbitrary period in advance, and receives the second optical signal after the arbitrary period has elapsed since the light emitting unit emitted the first optical signal. 2. A moving body control method according to 2.

前記受光処理部は、光学フィルタ、集光レンズ及び４分割光検知器から構成され、前記第１光信号の周波数を保持し、保持した周波数の光信号を、予測した前記所定の周期に受光するように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の移動体の制御方式。 The light receiving processing unit includes an optical filter, a condensing lens, and a four-divided light detector, holds the frequency of the first optical signal, and receives the optical signal having the held frequency at the predicted predetermined period. The mobile body control system according to claim 2 or 3, wherein the mobile body control system is configured as described above.

前記集光レンズは、前記移動体の所望の位置を中心軸に設定し、
前記４分割光検知器は、前記所望の位置とのずれを、中心軸から誤差を２次元で示す誤差角として検知することを特徴とする請求項４記載の移動体の制御方式。 The condensing lens sets a desired position of the moving body as a central axis,
5. The moving body control system according to claim 4, wherein the four-divided light detector detects a deviation from the desired position as an error angle indicating a two-dimensional error from a central axis.

前記検出処理部は、前記誤差角をシリアル信号に変換し、
前記発光処理部は、前記シリアル信号の一つの値を複数回、前記移動体へ通知するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の移動体の制御方式。 The detection processing unit converts the error angle into a serial signal,
6. The moving body control system according to claim 5, wherein the light emission processing unit is configured to notify the moving body of one value of the serial signal a plurality of times.

移動体を光通信で制御する地上装置であって、
前記移動体が所定の周期で発光する第１光信号の発光期間で第１光信号を受光し、前記第１の光信号の発光期間以外の期間では光信号を受光しない受光処理部と、
前記第１の光信号の発光期間に同期して、前記第１光信号から、前記移動体の所望の位置からのずれを検出し、検出したずれに基づいて、前記移動体に位置を調整することを通知する位置情報を生成する検出処理部と、
前記位置情報を光信号として発光する発光処理部と、を備え、
前記検出処理部は、前記第１の光信号の非発光期間では前記ずれの検出を行わない地上装置。 A ground device for controlling a mobile object by optical communication,
A light receiving processing unit that receives the first optical signal in a light emission period of the first optical signal that emits light in a predetermined cycle, and that does not receive the optical signal in a period other than the light emission period of the first optical signal;
In synchronization with the light emission period of the first optical signal, a shift from the desired position of the moving body is detected from the first optical signal, and the position of the moving body is adjusted based on the detected shift. A detection processing unit for generating position information to notify
A light emission processing unit that emits the position information as an optical signal,
The detection processing unit is a ground device that does not detect the shift during a non-light emission period of the first optical signal.

移動体を地上装置が光通信で制御する移動体の制御方法であって、
予め、前記移動体が第１光信号を発光する所定の周期を決定し、
前記移動体が前記所定の周期に同期させて前記第１光信号を発光し、
前記地上装置が前記所定の周期を予測し、予測したタイミングに同期させて前記第１の光信号の発光期間で第１光信号を受光し、前記第１の光信号の発光期間以外の期間では光信号を受光せず、
前記第１の光信号の発光期間に同期して、前記第１光信号から、前記移動体の所望の位置からのずれを検出し、
検出したずれに基づいて位置情報を生成し、
前記位置情報を光信号に変換した第２光信号を発光し、かつ、
前記第１の光信号の非発光期間では前記ずれの検出を行わない移動体の制御方法。 A method for controlling a moving body in which the ground device controls the moving body by optical communication,
In advance, the mobile body determines a predetermined period for emitting the first optical signal,
The moving body emits the first optical signal in synchronization with the predetermined period;
The ground device predicts the predetermined period, receives the first optical signal in the light emission period of the first optical signal in synchronization with the predicted timing, and in a period other than the light emission period of the first optical signal. Does not receive optical signal,
In synchronization with the light emission period of the first optical signal, the shift from the desired position of the moving body is detected from the first optical signal,
Generate position information based on the detected deviation,
Emitting a second optical signal obtained by converting the position information into an optical signal, and
A method for controlling a moving body that does not detect the deviation during a non-light-emitting period of the first optical signal.

前記地上装置は、前記所定の周期から任意の期間経過後に前記第２光信号を発光し、
前記移動体は、前記任意の期間を保持し、前記第１光信号を発光してから前記任意の期間経過後に、前記第２光信号を受光する請求項８記載の移動体の制御方法。 The ground device emits the second optical signal after an arbitrary period of time from the predetermined period,
The method according to claim 8, wherein the moving body holds the arbitrary period and receives the second optical signal after the arbitrary period has elapsed since the first optical signal was emitted.