JP7114191B2 - 無人航空機システム - Google Patents
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Description
複数の測位衛星を用いて現在位置を測位するGNSS受信器を搭載した無人航空機を備えた無人航空機システムに、各測位衛星の軌道情報と、地上物を含む地表の3次元形状を表す3次元形状データとを用いて、前記GNSS受信器が測位した当該無人航空機の現在位置との間に障害物がある、少なくとも当該無人航空機の現在位置から見て地平線上にある測位衛星を算定し、使用不可衛星として前記GNSS受信器に設定する使用不可衛星設定手段を設け、前記GNSS受信器において、前記使用不可衛星として設定された測位衛星を、現在位置の測位に用いる測位衛星から除外するようにしたものである。
まず、第1の実施形態について説明する。
図1に、本第1実施形態に係る無人航空機システムの構成を示す。
図示するように、無人航空機システムは、無人航空機(ドローン)1、無人航空機1と無線通信を行うコントローラ2、コントローラ2に選択的に着脱することのできるデータ処理装置3を備えている。
図示するように、データ処理装置3は、自動航行データ編集部31と、自動航行制御部32を備えている。
また、データ処理装置3には、衛星軌道情報33と数値標高モデルデータ34と地図/航空写真データ35と自動航行データ36とが記憶される。
衛星軌道情報33は、GPS衛星などの各測位衛星の軌道の情報、すなわち、各測位衛星の将来を含む各時点における位置を表す情報であり、外部の機関より予め取得してデータ処理装置3に記憶しておく。また、数値標高モデルデータ34は、樹木や建築物などの地上物を含む地表の3次元形状を表すデータであり、外部の機関より予め取得してデータ処理装置3に記憶しておく。また、地図/航空写真データ35は各地の地図や航空写真のデータである。また、自動航行データ36は、自動航行データ編集部31によって作成される、無人航空機1に行わせる自動航行の内容を規定するデータである。
飛行制御データは、自動航行開始時刻と自動航行する経路と自動航行で移動する際の移動速度を規定するデータである。自動航行開始時刻は、ミッションに対して設定されたミッション開始時刻となる。また、自動航行する経路は、設定されたスタートポイントの座標を離陸して、設定された各ウエイポイントの座標を経由してスタートポイントの座標に着陸する経路となる。スタートポイントの経緯度座標は、そのスタートポイントが設定された航行地域図301上の経緯度座標となり、スタートポイントの標高は、数値標高モデルデータ34が表す、スタートポイントの経緯度座標の標高、すなわち、地表の標高となる。また、各ウエイポイントの経緯度座標は、そのウエイポイントが設定された航行地域図301上の経緯度座標となり、各ウエイポイントの標高は、そのウエイポイントに対して設定された高度が表す標高となる。また、移動速度は、ミッションに対して設定された速度となる。
そして、GNSS設定データは、自動航行する経路上の区間毎に、当該区間において無人航空機1のGNSS受信器における使用を不可とする測位衛星を規定するものである。
ここで、無人航空機1のGNSS受信器は、水平線に対する仰角が0°以上の所定の仰角(たとえば15°)以上の範囲内に位置する測位衛星のみを許容仰角範囲内測位衛星として、許容仰角範囲内測位衛星からの電波を用いて衛星測位を行う。
確認画面では、航空地域図上に記憶した自動航行データ36の飛行制御データが表す自動航行する経路を表した経路図350上で、自動航行データ36のGNSS設定データが表す使用不可衛星が設定されている区間C01、C02を強調して提示する。また、使用不可衛星が設定されている区間C01、C02の各々に対応して設けたメッセージウインドウ351に、対応する区間について、マルチパスが発生する可能性のある測位衛星が存在する旨のメッセージを表示する。
図示するように、無人航空機1は、コントローラ2と無線通信を行う無線通信部101、制御部102、飛行制御部103、ジャイロセンサ104、各回転翼を回転するプロペラモータ105、撮影制御部106、上述したジンバル11とカメラ12、上述したGNSS受信器107を備えている。また、無人航空機1は、データ処理装置3からコントローラ2を介して転送された自動航行データ108を記憶する。
以上のように本第1実施形態によれば、航行時に、無人航空機1との間に障害物のある測位衛星を用いずに無人航空機1の現在位置の測位を行うことができるので、より現在位置正しく測位することができる。
本第2実施形態は、前記第1の実施形態において、自動航行データ36を無人航空機1に転送せず、データ処理装置3において、コントローラ2、無線通信、無人航空機1の制御部102を介して、自動航行データ36に従って飛行制御部103や撮影制御部106の制御や、GNSS受信器107の使用不可衛星の設定を、無人航空機1のGNSS受信器107が測位した無人航空機1の現在位置の座標を無線通信、コントローラ2を介して取得しつつ遠隔で行うようにしたものである。
以下、本発明の第3の実施形態について説明する。
本第3実施形態は、第1の実施形態において、データ処理装置3において、GNSS設定データを作成せず、GNSS設定データを含まず、飛行制御データとアクション制御データよりなる自動航行データ36を生成して、無人航空機1にコントローラ2を介して転送して、図7に示すように、自動航行データ108として無人航空機1に記憶すると共に、数値標高モデルデータ34を無人航空機1にコントローラ2を介して転送して、無人航空機1に転送して数値標高モデルデータ701を記憶するようにしたものである。
GNSS設定制御処理は、データ処理装置3から自動航行の実行の指示に応答して開始される処理であり、制御部102はGNSS設定制御処理において、まず、自動航行する経路のスタートポイントの座標を自動航行データ108の飛行制御データから取得する(ステップ802)。
また、軌道情報をGNSS受信器107から取得する(ステップ804)。ここで、GNSS受信器107から取得する軌道情報は、測位衛星が送信している軌道情報をGNSS受信器107で受信したものであり、軌道情報は、測位衛星の将来を含む各時点における位置を表す。
ここで、使用不可衛星の算定は、取得した座標から見て、水平線に対する仰角が所定の仰角以上の範囲内に位置する測位衛星を許容仰角範囲内測位衛星として、各許容仰角範囲内測位衛星について、取得した座標と、GNSS受信器107から取得した軌道情報が示す当該許容仰角範囲内測位衛星の位置との間に、障害物が存在するかどうかを数値標高モデルデータ701を参照して調べ、障害物が存在する許容仰角範囲内測位衛星を使用不可衛星として算定することにより行う。
そして、以降は、自動航行が完了するまで(ステップ810)、GNSS受信器107から、GNSS受信器107が測位している現在位置の座標を取得し(ステップ812)、軌道情報をGNSS受信器107から取得し(ステップ804)、ステップ812で取得した座標における使用不可衛星を算定し(ステップ806)、算定した使用不可衛星をGNSS受信器107に設定する(ステップ808)処理を繰り返す。ただし、GNSS受信器107が測位している現在位置の座標から見て、水平線に対する仰角が所定の仰角以上の範囲内に位置する全ての測位衛星の軌道情報を取得済である場合には、ステップ804の軌道情報のGNSS受信器107からの取得は省略する。
このような本第3実施形態によっても、第1実施形態と同様に、航行時に、無人航空機1との間に障害物のある測位衛星を用いずに無人航空機1の現在位置の測位を行うことができるので、より現在位置正しく測位することができる。
本第4実施形態は、前記第3の実施形態において、自動航行データ36と数値標高モデルデータ34を無人航空機1に転送せず、データ処理装置3において、コントローラ2、無線通信、無人航空機1の制御部102を介して、自動航行データ36に従った飛行制御部103や撮影制御部106の制御や、GNSS受信器107の使用不可衛星の設定を、無人航空機1のGNSS受信器107が測位した無人航空機1の現在位置の座標を制御部102、無線通信、コントローラ2を介して取得しつつ遠隔で行うようにしたものである。なお、この場合において、使用不可衛星の算定に必要となる軌道情報は、無人航空機1のGNSS受信器107が受信した軌道情報の転送を受けてデータ処理装置3において用いるようにしてもよいし、予め外部の機関から取得しデータ処理装置3に記憶しておいた軌道情報をデータ処理装置3において用いるようにしてもよい
以上、本発明の第4の実施形態について説明した。
Claims (6)
- 複数の測位衛星を用いて現在位置を測位するGNSS受信器を搭載した無人航空機を備えた無人航空機システムであって、
前記GNSS受信器の現在位置の測位の各回において、各測位衛星の軌道情報と、地上物を含む地表の3次元形状を表す3次元形状データとを用いて、前記GNSS受信器が今回測位した当該無人航空機の現在位置との間に障害物がある、少なくとも当該無人航空機の今回測位した現在位置から見て地平線上にある測位衛星を算定し、使用不可衛星として前記GNSS受信器に設定する使用不可衛星設定手段を有し、
前記GNSS受信器は、現在位置の測位の各回において、前記GNSS受信器が行った前回の現在位置の測位の回において前記使用不可衛星として設定された測位衛星を測位に用いる測位衛星から除外して、今回の現在位置の測位を行うことを特徴とする無人航空機システム。 - 請求項1記載の無人航空機システムであって、
前記使用不可衛星設定手段が、前記GNSS受信器が測位した当該無人航空機の現在位置との間に障害物がある、少なくとも当該無人航空機の今回測位した現在位置から見て地平線上にある測位衛星を算定したときに、所定の警告をオペレータに提示する警告手段を有することを特徴とする無人航空機システム。 - 請求項1記載の無人航空機システムであって、
前記使用不可衛星設定手段が、前記GNSS受信器が今回測位した当該無人航空機の現在位置との間に障害物がある、少なくとも当該無人航空機の今回測位した現在位置から見て地平線上にある測位衛星を算定したときに、障害物が当該無人航空機と測位衛星の間に位置しなくなる当該無人航空機の高度の変更量を算定してオペレータに提示する高度変更案提示手段を有することを特徴とする無人航空機システム。 - 複数の測位衛星を用いて現在位置を測位するGNSS受信器を搭載した無人航空機を備えた無人航空機システムであって、
前記無人航空機を自動航行させる経路を規定する経路データを作成するデータ処理装置を備え、
前記データ処理装置は、各測位衛星の軌道情報と、地上物を含む地表の3次元形状を表す3次元形状データとを用いて、前記経路データが表す経路上の区間であって、当該区間内の位置との間に障害物が存在する、少なくとも当該区間内の位置から見て地平線上にある測位衛星が存在する区間である障害物遮蔽衛星存在区間に対応づけて、当該存在する測位衛星を使用不可衛星として登録した使用不可衛星データを作成する使用不可衛星データ作成手段を有し、
前記無人航空機システムは、
自動航行の実施時に、前記経路データが規定する経路に沿って航行するように当該無人航空機の飛行動作を制御する自動航行制御手段と、
前記GNSS受信器の現在位置の測位の各回において、自動航行の実施時に、前記GNSS受信器が今回測位した当該無人航空機の現在位置が含まれる前記障害物遮蔽衛星存在区間に対応づけて前記使用不可衛星データに登録されている使用不可衛星を前記GNSS受信器に設定する使用不可衛星設定手段を有し、
前記GNSS受信器は、現在位置の測位の各回において、前記GNSS受信器が行った前回の現在位置の測位の回において前記使用不可衛星として設定された測位衛星を測位に用いる測位衛星から除外して、今回の現在位置の測位を行うことを特徴とする無人航空機システム。 - 請求項4記載の無人航空機システムであって、
前記データ処理装置は、使用不可衛星データが表す前記障害物遮蔽衛星存在区間を、地図もしくは航空写真上に前記経路データが表す経路を表した経路図上でオペレータに提示する障害物遮蔽衛星存在区間提示手段を有することを特徴とする無人航空機システム。 - 請求項4記載の無人航空機システムであって、
前記データ処理装置は、使用不可衛星データが表す前記障害物遮蔽衛星存在区間について、障害物が当該障害物遮蔽衛星存在区間内の位置と測位衛星との間に位置しなくなる当該障害物遮蔽衛星存在区間の高度の変更量を算定してオペレータに提示する高度変更案提示手段を有することを特徴とする無人航空機システム。
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