JPH0260897A - 自動着陸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は人工衛星からの’を波により自機位置を把握す
るシステムすなわちＧＰＳ　（ＧｌｏｂａｌＰｏｓ＋ｉ
ｔｉｏｎｉｎｇ　５ｙｓｔ＠ｍ）を用いる小型民間機等
のアプローチ及び着陸の装置に関する。

尚本発明装置は着陸を行う一般航空機及び無人宇宙往還
機等にも適用できる。

〔従来の技術〕

従来は、ＩＬＳ　（Ｉｎｓｔｒｕｍ＠ｎｔ　Ｌａｕｄｉ
ｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　）やＭＬＳ　（Ｍｉｃｒｏｗａｖ
ｅ　Ｌａｎｄｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）等の地上設備によ
る着陸ガイダンスを基本として、自動着陸が実施されて
いる。そしてＭＬＳの体制へ移行しつつある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上空での降下率と低空での降下率を別々の値に選ぶ着陸
方法すなわち２セグメント層陸等の効率的着陸法の採用
にはＭＬＳによらざるを得ない。しかし現在の自動着陸
装置では、地上設備の充実が必要とな少、その丸めの費
用は非常に高価となる。

そこで本発明は、ＧＰＳを採用し、安価かつ高梢度で、
効率的な着陸を可能とする自動着陸装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る自動着陸装置は自機位置を矧るために人工
衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信器と、機体の姿勢
角、速度、高度、接地時を探知する機体センサ系と、前
記ＧＰＳ受信器及び機体センサ系からの信号を入力し、
着陸目標空港の滑走路及び標準グライド・ｉ４スとのず
れを計算し、ずれ補正ｔをオート・／４イロット・シス
テムに出力するコンピュータト、前記コンピュータ及び
機体センサ系からの信号を入力し、フライト及びグラン
ド・コントロール・システムに制御信号を出力するオー
ト・パイロット・システムを具備することを特徴とする
。

〔作用〕

本発明では地上設備による標準グライド・パスの設定で
はな（、ＧＰＳによる自機位置の測定と目標滑走路のグ
ライド・パスの設定によって、自動的着陸を実施する。

ＧＰＳとコンピュータによシ、自機位置とグライド・／
４’スとのずれの計算を行い、そのずれを補正すべく、
オート・）４イロ、ト姿勢保持モードを利用する。そし
て、７２Ｆ’％脚、ブレーキ及びステアリング操作によ
って自動着陸を行う。

〔実施例〕

第１図に実施例を示す。

機体に搭載したＧＰＳ受信器１の情報によりて自機の位
置を把握する。予め入力しておｈた着陸目標空港の滑走
路及びグライド・ｉ４ス情報２と自機位置と１ずれ”を
コンピュータ３により計算し機体センサ系４から姿勢角
情報を得て、機体軸情報に座標軸変換する。空港位置が
遠ければ機体の航法装置に情報が入力されて機体を目標
空港に導くが、空港に近づけばアプローチ及び着陸の手
順をとることが要求される。この場合上記ずれ情報は機
体のオート・ノセイロット・システム５に入力され、そ
の出力が７ライト及びグランド・コントロール・システ
ム９に入力されて機体制御が行われる。この間、機体セ
ンサ４の高度、速度及び接地の情報を得て７う、グ、脚
操作６、ブレーキ、ステアリング操作７を行う。また、
／臂イロ、ト操作８はオート・パイロ、ト・システム５
に対し、フィード・フォワード・ループに組み入れる・
次に計算方法を示す。

第２図の記号を用い、標準グライド・パスとのずれｅを
求める。

Ｇ、を標準グライド・／平スの単位ベクトルとすると、 地球座標系から機体座標系への変換マトリクスをＨＢｆ
とすると り＝　７７Ｂ　ｙ　ｅ 機体の横方向、及び縦方向の標準グライド・・母スに対
するずれ補正量は ψ２゜ｆ；・ｙ　ｍ／ｅ　ｘ　ｍ　　　　　　　　　・
・・・・・（４）θｒｅｆ　”　’Ｉｘｍ／＊ｘｘ　　
　　　　　　　°＝　＝　ｔ５１これを機体のオート・
ノ４イロット・システムにおける姿勢保持モードのレフ
ァレンス変更として入力しグライド・ノタスに乗せるコ
ントロールを行う。

この間機体の高度、速度をモロタレ、予定された点でフ
ラッグ、脚の操作を自動的に行う。

ま九接地後はノー）ｅイヤの接地と共にブレーキを作動
させ、方位保持をステアリングで行って、滑走路中心保
持を自動的に行い自動着陸を実行する。

尚本システムでは、／９イロットによるスティ。

り操作ペダル操作を随時加えることができる。オート・
ノ量イロ、ト・システムとしては、’ＯＮ″のままでそ
れを可能にするＣ３Ｓ　（Ｃｏｎｔｒｏｌ　５ｔｉａｋ
Ｓｔ・・ｒｉｎｇ　）モート９等の能力を具備する。

しかしこれによって、システム設計的には’ｆａｌｌ−
ａａｆ・”でよく、ハードウェア的には簡素な構成の手
軽なシステムとなる。

第３図〜第６図はＧＰＳの概要及びＧＰＳ受信点の構成
を示す。

ＧＰＳとはＧｌｏｂａｌ　Ｐｏｍ１＊１ｏｎｌｎｇ　５
ｙｓｔ＠ｍの略で、別名ＮＡＶＳＴＡＲ（Ｎａｖｌｇａ
ｔｉｏｎ　８ａｔ＠１ｌｉｔ＠ｗｉｔｈＴｉｍ＠Ａｎｄ
　Ｒａｎｇｉｎｇ　）とも言われる。

このシステムは、第３図に示すとおシ、地球のまわシを
まわる１８個の人工衛星を利用した位置測定システムで
あシ、世界中の至る所において、常に受信点の緯度・経
度・高さを精度良く求めることができるばかシでなく受
信点の移動速度及び移動方位も求められるという優れた
特徴を持っている。

１１Ｎｆｌの衛星は傾斜角６３°の６本の円軌道上に置
かれる。それぞれの軌道は互いに６０’ずつ隔てられて
おシ、各々の軌道上には３個の衛星が等間隔で配置され
ている。この衛星の高度は約２０．０００ｋｍであシ、
約１２時間に１回の割合で地球を周回させる。このシス
テムでは、１８個の衛星のいずれかが万一故障したとき
のために予備として３個の衛星を軌道上に置くことにな
っている。

このシステムは第４図に示す如く、軌道上の衛星群と地
上局群と利用者受信機群の３つの部分から構成されてい
る。

各衛星の軌道と衛星時刻はモニター局で観測され、制御
局に送られる。制御局はモニター局から伝えられる観測
データをもとに各衛星の軌道解析と予測及び衛星時刻の
解析と予測を行い、軌道と衛星時刻の補正データを毎日
１回の割合で衛星に送信し、衛星のメモリ内容を更新す
る。

利用者受信機は、少なくとも４個の衛星からの信号を受
信して自分の位置等を求めるが、このシステムでは、世
界中のいかなる地域においても常に４個以上の衛星が視
界内に存在することになシ、その中から最良の測位結果
を与える４個の衛星の組合せを選んで使用する。

ＧＰＳ衛星からは、Ｌｘと呼ばれる１、５７５．４２Ｒ
ＫＨｚの信号とＬ２　と呼ばれる１、　２２７．６　Ｍ
ＨＸの信号とが送信されている。

Ｌ１信号及びり、信号には、主としてそれぞれの衛星の
軌道上の位置を知るための航法データが乗せられている
。これらのデータをＧＰＳ信号に乗せるためには、スペ
クトラム拡散変調方式が用いられる。

スペクトラム拡散変調とは、送信しようとする信号を擬
似雑音と呼ぶ一種の暗号コードによシ処理して雑音に似
た性質にして送る技術で、ＧＰＳではこのコードとして
、いコードとＰコードと呼ばれるものを使用している。

Ｃ／Ａ　＝７−ドは約Ｉ　Ｍｂｐａ　（ｍ＠ｇａ　ｂ　
ｉｔ　ｐ＠ｒ　５ｅｃｏｎｄ　）の速さを持ち比較的簡
単に構成され、次に述べるＰコードを捕捉するための援
助用として用いられるものであるが、あまシ精度を必要
としない位置測定用にも用いることができる。

Ｃ／Ａコードでは実測によると約３０ｍ程度の精度が得
られている。

一方、Ｐコードは約１０　Ｍｂｐｓの速さを持つので高
梢度の測位に適するが、構成が複雑で専ら軍用又は特別
に許可された用途にのみ使用されると言われている。

１８個の衛星にはそれぞれ異なったノ臂ターンのいコー
ドが割当てられているので、ＧＰＳ受信機の内部では現
在受信しようとする衛星のものと同じ・臂ターンのＣ／
Ａコードを発生させ受信信号と相関をとることによシ、
現在受信しようとする衛星の送信データのみが再生され
る。その他の衛星も同じＬ１信号の周波数で送信してい
るが、ＧＰＳ受信機の内部のＣ／Ａコードと相関がとれ
ないので混信して妨害を与えることはない。

受信点の位置は、これらのコードの受信タイミングを計
測して得られる受信点から衛星迄の距離をもとにして算
出される。

いま、ＧＰＳ　衛星の時計と利用者受信機の時計が完全
に合っていたと仮定して、視界内にある３個の衛星から
の信号を利用者受信機で受信したとすると、ＧＰＳ術星
が発射した信号の送信時刻と利用者受信機が受信した信
号の受信時刻との差から、それら３個の衛星のそれぞれ
と利用者受信機との間の距離を昶ることができる。

第５図には３個の衛星を用いて位置を求める場合の様子
が図示しである。

３個の衛星の位置を原点として利用者受信機で測定し九
利用者受信機から衛星迄の距離を半径とする球を考える
と、３つの球を考えることができ、この３つの球が一点
に交わるところが利用者受信機の位置即ち緯度、経度、
高さである。

実際の利用者受信機においては、利用者受信機内部の時
計を衛星の時計に正確に合わせておくことは困難である
ので、利用者受信機の時計の誤差も未知数として算出す
る必要があシ利用者受信機が求めるべき未知数は緯度、
経度、高さと合わせて合計４個となる。従って、これら
４個の未知数を求めるために実際のオリ用者受信機は４
個の衛星の信号を受信する。

第６図は、いコードを利用し九〇ＰＳ受信機の基本得成
を示すプロ、り図である。

Ｃ＆）　　アンテナ アンテナは上半球に−様な指向性を持っている。

（ｂ）　　７″リアンプ アンテナで受信した１、５７５．４２　ＭＨｚ（Ｌりの
ＧＰＳ　信号は、アンテナの近傍に設置されたグリアン
プに伝えられ増幅される。

（ｅ）　　周波数変換増幅 グリアンプの出力は、受信処理器内に導かれ周波数変換
された後中間周波増幅される。

この中間周波増幅されたＧＰＳ信号の中には、受信点の
上空に飛来している全衛星からのスペクトル拡散信号が
含まれている。

（ｄ）　　スペクトル逆拡散復調 中間周波増幅され九〇ＰＳ信号の中から現在受信しよう
としている衛星小らの信号を抽出するために、その衛星
に付与された特定のＣ／Ａコードを受信処理器内で発生
させて中間周波増幅されたＧＰＳ信号と相関をとること
によってスペクトル逆拡散復調を行う。

このスペクトル逆拡散復調を所望の４個の衛星について
行えば、その４個の衛星から同一周波数（Ｌ！　）で送
られて来たＧＰＳ信号がそれぞれ分離されて復調された
ことくなる。

（・ン　距離測定 スペクトル逆拡散復調祠において、受信処理器内で発生
されたいコードの位相を制御してこのいコードと受信し
九〇ＰＳ信号との相関が最大となるようにすれば、受信
処理器内で発生されたＣ／Ａコードの位相は受信したＧ
ＰＳ信号のＣ／Ａコードの位相と一紋したことになる。

従って、受信処理器内で発生され丸いコードの位相から
受信点と衛星との間の距離を算出することができる。

（ｆ）　　ドツプラ測定 スペクトル逆拡散復調したＧＰＳ信号に含まれる搬送及
の周波数を測定することによシ、ＧＰＳ信号のｐ、、ｙ
″う偏移を算出する。

このドツプラ偏移から、受信点と衛星との間の距離の変
化率を昶ることができる。

（ｇ）　　軌道データ収集 スペクトル逆拡散復調したＧＰＳ信号の中に含まれる伝
送速度５０　ｂｐｍの軌道清報を検出し、軌道データの
収集を行う。

（ｈ）　　位置計算 衛星の軌道データから現在受信中の４個の衛星について
それぞれの軌道上の位置を正確ＫＪＥ出し、これらの値
と先に求めた受信点と衛星との間の距離とから４元連立
方程式を立て、これを逐次近似法で解いて受信点の位置
を求める。

（１）　　移動速度・方位計算 衛星の軌道データから現在受信中の４個の衛星の運動を
正確に算出し、これらの値と先に求めたＧＰＳ信号のド
アグラ偏移とから受信点の移動速度・方位を計算する。

（Ｊ）　　位置・速度・方位表示 以上のようにして求めた位置・速度・方位の信号を第１
図のコンピュータ３に入７Ｊｆ、６゜〔発明の効果〕 本発明装置は以上説明したように構成されているので以
下に記載されるような効果を奏する。

（１１機体内で独自に、標準グライド・）４スとのずれ
を計算し、そのずれをなくす方向でコントロールする。

ｆ２１　　機体のオート・／４’イロ、ト・システムは
アグローテから機体停止に至るまでの諸操作をシーケン
ス制御する。

（３）　　したがって・ｆイ口、トは必要に応じ、機体
の運動を矯正し通常の着陸が行えるように補正するのみ
でよく、操作が極めて容易になる。

（４）　　地上設備によらない自律型の自動膚陸装置を
形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成要素図、第２図は本発明配置図、
第４図はＧＰＳのシステム図、第５図はＧＰＳの測位原
理を示す図、第６図はＧＰＳ受信器の基本構成を示す図
である。 １・・・ＧＰＳ受信器、２・・・空港の滑走路情報及び
グライド・ノ臂ス情報、３・・・コンビ、−タ、４・・
・機体センサ系、５・・・オート・パイロット・システ
ム、６・・・フラ、７°、脚等の操作、７・・・ブレー
キ・ステアリング操作、８・・・パイロ、ト操作、９・
・・フライト−コントロール−システム。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦［〉：１ ：七琲牙標系 第 図 、！用ンステムの座標と記号 本発明のｃＲ成要素 ＧＰＳ衛星の配置図 ＧＰＳのシステム図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自機位置を知るために人工衛星からの電波を受信するＧ
   ＰＳ受信器と、機体の姿勢角、速度、高度、接地時を探
   知する機体センサ系と、前記ＧＰＳ受信器及び機体セン
   サ系からの信号を入力し、着陸目標空港の滑走路及び標
   準グライド・パスとのずれを計算し、ずれ補正量をオー
   ト・パイロット・システムに出力するコンピュータと、
   前記コンピュータ及び機体センサ系からの信号を入力し
   、フライト及びグランド・コントロール・システムに制
   御信号を出力するオート・パイロット・システムを具備
   することを特徴とする自動着陸装置。