特許 7464401 無人航空機制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】無人航空機制御システム

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/46 20240101AFI20240402BHJP

   B64C 13/20 20060101ALI20240402BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20240402BHJP

   B64D 47/08 20060101ALI20240402BHJP

   B64F 1/36 20240101ALI20240402BHJP

   G05D 1/69 20240101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

G05D1/46

B64C13/20 C

B64C39/02

B64D47/08

B64F1/36

G05D1/69

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020025134

(22)【出願日】2020-02-18

(65)【公開番号】P2021131598

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2022-09-21

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和元年度、総務省、「無人航空機の目視外飛行における周波数の有効利用技術の研究開発」に係わる委託業務、産業技術力強化第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100155860

【弁理士】

【氏名又は名称】藤松 正雄

(72)【発明者】

【氏名】阿部 達也

【審査官】牧 初

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０８７９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２３０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０６４３２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－２４４８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００４８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６９８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８４９６１３３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４９３７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／００－ １／８７

Ｂ６４Ｕ １０／００－８０／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の無人航空機を備えた無人航空機制御システムにおいて、
事前登録された第１の飛行ルートを自動航行により移動する第１の無人航空機と、
前記第１の無人航空機の飛行を監視又は制御するための監視制御装置と、
事前登録された第２の飛行ルートを自動航行により移動する第２の無人航空機とを備え、
前記第１の飛行ルートは、前記監視制御装置との間に遮蔽物があるエリアを含む飛行ルートであり、
前記第２の飛行ルートは、前記監視制御装置から目視可能な範囲で前記第１の飛行ルート全体を見渡せるように、前記第１の無人航空機との間及び前記監視制御装置との間に遮蔽物が無いエリアのみを含む飛行ルートであり、
前記第１の無人航空機は、前記監視制御装置に対する操作者による操作に応じて離陸し、前記第１の飛行ルートに沿った自動航行により移動しながら自機の位置情報を取得して無線送信し、
前記第２の無人航空機は、前記第１の無人航空機と前記監視制御装置の間の通信を中継することが可能であり、自機の位置情報を取得して前記第１の無人航空機から送信された位置情報と比較し、前記第１の無人航空機との間の距離が所定の閾値を超えた時点で離陸し、前記第１の無人航空機の移動に伴って前記第２の飛行ルートに沿った自動航行により移動し、その際に、前記第１の無人航空機との間の距離と、前記監視制御装置との間の距離とが等しくなる方向へ移動するように制御され、さらに、前記第１の無人航空機との無線通信の受信品質と、前記監視制御装置との無線通信の受信品質とが異なる場合には、互いの受信品質が等しくなるように、受信品質が低い側の方向へ移動するように制御され、
前記第１の無人航空機が無線通信に使用する周波数又は変調方式と、前記第２の無人航空機と前記監視制御装置との無線通信に使用する周波数又は変調方式とが異なり、
前記第１の無人航空機は、前記監視制御装置との無線通信が可能なエリアを移動している場合は、前記監視制御装置との間で直接の無線通信と前記第２の無人航空機を介した間接の無線通信とを行うことで無線通信回線を冗長化し、前記監視制御装置との無線通信が不可能なエリアを移動している場合は、前記監視制御装置との間で前記第２の無人航空機を介した間接の無線通信を行うことで無線通信エリアを実質的に拡張することを特徴とする無人航空機制御システム。

【請求項2】

請求項１に記載の無人航空機制御システムにおいて、
前記第２の無人航空機は、前記第２の飛行ルートに沿った自動航行中に前記第１の無人航空機を被写体とした動画を撮影し、撮影データを前記監視制御装置へ無線送信し、
前記監視制御装置は、前記第２の無人航空機から受信した撮影データを表示することを特徴とする無人航空機制御システム。

【請求項3】

請求項１に記載の無人航空機制御システムにおいて、
前記第１の無人航空機は、前記第１の飛行ルートに沿った自動航行中にセンシングデータを取得して、直接の無線通信または前記第２の無人航空機を介した間接の無線通信により前記監視制御装置へ送信し、
前記監視制御装置は、前記第１の無人航空機から受信したセンシングデータを表示することを特徴とする無人航空機制御システム。

【請求項4】

請求項１に記載の無人航空機制御システムにおいて、
前記監視制御装置は、操作者による操作に応じて、前記第１の飛行ルートに沿った前記第１の無人航空機の自動航行に対して強制的に操作介入することが可能であり、さらに、操作者による操作に応じて、前記第２の飛行ルートに沿った前記第２の無人航空機の自動航行に対して強制的に操作介入することが可能であることを特徴とする無人航空機制御システム。

【請求項5】

請求項１に記載の無人航空機制御システムにおいて、
前記第１の無人航空機は、前記第１の飛行ルートに沿った自動航行中に第１の撮影データを取得して、直接の無線通信または前記第２の無人航空機を介した間接の無線通信により自機の位置情報とともに前記監視制御装置へ送信し、
前記第２の無人航空機は、前記第２の飛行ルートに沿った自動航行中に前記第１の無人航空機を被写体とした第２の撮影データを取得して、自機の位置情報とともに前記監視制御装置へ無線送信し、
前記監視制御装置は、前記第１の無人航空機から受信した前記第１の無人航空機の位置情報および前記第１の撮影データを表示すると共に、前記第２の無人航空機から受信した前記第２の無人航空機の位置情報および前記第２の撮影データを表示することを特徴とする無人航空機制御システム。

【請求項6】

請求項５に記載の無人航空機制御システムにおいて、
前記監視制御装置は、自装置のモニターの表示領域を複数のウインドウに分割して、前記第１の撮影データと前記第２の撮影データとを別々のウインドウに表示し、または、前記第１の撮影データと前記第２の撮影データとを切り替え表示することを特徴とする無人航空機制御システム。

【請求項7】

請求項５に記載の無人航空機制御システムにおいて、
前記監視制御装置は、前記第１の無人航空機の位置情報および前記第２の無人航空機の位置情報を地図上に表示することを特徴とする無人航空機制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無人航空機を無線により制御する無人航空機制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年のロボット技術の進展は実に目覚しく、様々な社会課題の解決にロボットが利用されることも多くなっている。このようなロボットの多くは、無人航空機や自律運転車両等の無人移動体である。無人移動体は、遠隔操縦や自律制御のための制御指令データや、無人移動体に搭載したカメラ等で撮影した映像データを伝送するために、通信システムを具備する必要がある。このとき、無人移動体がレール等に沿った所定の経路を移動する機械でない場合には、移動に適した無線通信が利用されることが多い。

【0003】

例えば、特許文献１には、移動基地局と端末局が、近距離通信を準備するための長距離通信機能と、データ伝送用の近距離通信機能を備え、長距離通信機能を用いた通信により、近距離通信を行うタイミングをスケジューリングする発明が開示されている。また、特許文献２には、無人飛行体を用いた中継システムにおいて、中継の通信品質、予定の中継時間、無人飛行体の電源の状態（電力供給可能量）に基づいて、無人飛行体の中継位置を探索する発明が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１７／０１８０２１号

【文献】特開２０１９－１６９８４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

無人航空機は、空撮、農薬散布、工事現場での測量、橋梁の点検、遭難者の捜索、物資輸送など、様々な用途で利用されている。無人航空機の飛行について、航空機の航行の安全、並びに地上及び水上の人及び物件の安全が損なわれないように、様々な基準が設けられている。例えば、安全を確保するために必要な体制に関する基準として、飛行させようとする経路及びその周辺の障害物件等を事前に確認し、適切な飛行経路を特定すること、飛行経路全体を見渡せる位置に、無人航空機の飛行状況及び周囲の気象状況の変化等を常に監視できる補助者を配置し、補助者は、無人航空機を飛行させる者が安全に飛行させることができるよう必要な助言を行うこと等の基準が設けられている。

【0006】

また、無人航空機を直接肉眼で確認できない状態で飛行（いわゆる「目視外飛行」）させる場合には、直接肉眼で確認できる状態で飛行（いわゆる「目視内飛行」）させる場合よりも厳しい基準に適合させる必要がある。目視外飛行を行う場合の基準としては、例えば、無人航空機の機体に関して以下のような基準が設けられている。
（ａ）自動操縦システムを装備し、機体に設置されたカメラ等により機体の外の様子を監視できること。
（ｂ）地上において、無人航空機の位置及び異常の有無を把握できること（不具合発生時に不時着した場合を含む。）
（ｃ）不具合発生時に危機回避機能（フェールセーフ機能）が正常に動作すること。

【0007】

しかしながら、無人航空機の目視外飛行において、飛行経路全体を見渡せる位置に補助者を容易に配置できないケースがある。例えば、森林の上空で目視外飛行を行う場合は、地上からは上空が樹木に遮られてしまうので、上空を飛行する無人航空機及び周辺の状況を監視することができない。また、大型の橋梁を目視外飛行で点検する場合は、陸上からでは橋梁の下部や橋脚の裏側が死角になる。このため、飛行経路全体を見渡せる位置に補助者を配置するには、船をチャーターしたり、より多くの補助者を配置したりする必要があり、手間やコストが大きくなるという問題がある。また、目視外飛行を行う無人航空機の経路によっては、自由空間損失に加えて遮蔽損失が増大する可能性があり、監視及び制御を行うためのデータの無線伝送を安定した環境下で行えない恐れがある。

【0008】

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、無人航空機を目視外飛行させる場合であっても、補助者なしで又は補助者を最小限に抑えながら、無人航空機の飛行を監視または制御することを可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明では、無人航空機制御システム及び監視制御装置を以下のように構成した。
すなわち、本発明の第１の側面では、複数の無人航空機を備えた無人航空機制御システムにおいて、所定のルートを飛行する第１の無人航空機と、第１の無人航空機の飛行を監視又は制御するための監視制御装置と、第１の無人航空機との間及び監視制御装置との間に遮蔽物が無いエリアを飛行する第２の無人航空機とを備え、第２の無人航空機は、第１の無人航空機を被写体とした動画を撮影し、撮影データを監視制御装置へ無線送信し、監視制御装置は、第２の無人航空機から受信した撮影データを表示することを特徴とする。

【0010】

本発明の第２の側面では、複数の無人航空機を備えた無人航空機制御システムにおいて、所定のルートを飛行する第１の無人航空機と、第１の無人航空機の飛行を監視又は制御するための監視制御装置と、第１の無人航空機との間及び監視制御装置との間に遮蔽物が無いエリアを飛行する第２の無人航空機とを備え、第２の無人航空機は、第１の無人航空機と監視制御装置の間の通信を中継することを特徴とする。

【0011】

ここで、第１の無人航空機は、飛行中にセンシングデータ（撮影データを含む）を取得して無線送信し、第２の無人航空機は、第１の無人航空機から受信したセンシングデータを監視制御装置へ無線送信し、監視制御装置は、第１の無人航空機から第２の無人航空機を介して受信したセンシングデータを表示する構成であってもよい。

【0012】

また、監視制御装置は、第１の無人航空機の動作を制御する制御信号を無線送信し、第２の無人航空機は、監視制御装置から受信した制御信号を第１の無人航空機へ無線送信し、第１の無人航空機は、監視制御装置から第２の無人航空機を介して受信した制御信号に基づいて動作する構成であってもよい。

【0013】

また、第１の無人航空機が無線通信に使用する周波数又は変調方式と、第２の無人航空機と監視制御装置との無線通信に使用する周波数又は変調方式が異なる構成であってもよい。

【0014】

また、第２の無人航空機は、第１の無人航空機との間の距離と、監視制御装置との間の距離とが等しくなる方向に移動する構成であってもよい。

【0015】

また、第２の無人航空機は、第１の無人航空機との無線通信の受信品質と、監視制御装置との無線通信の受信品質とが等しくなる方向に移動する構成であってもよい。

【0016】

また、第１の無人航空機は、飛行中にセンシングデータを取得して無線送信し、第２の無人航空機は、第１の無人航空機を被写体とした動画を撮影し、第１の無人航空機から受信したセンシングデータと共に撮影により得られた撮影データを監視制御装置へ無線送信し、監視制御装置は、第１の無人航空機から第２の無人航空機を介して受信したセンシングデータを表示すると共に、第２の無人航空機から受信した撮影データを表示する構成であってもよい。

【0017】

本発明の第３の側面では、無人航空機の飛行を監視又は制御するための監視制御装置において、無人航空機との無線通信、及び、無人航空機を被写体とした動画を撮影する別の無人航空機との無線通信を行うためのアンテナと、別の無人航空機からアンテナにより受信したデータを表示するモニターと、操作者による操作に応じて、無人航空機の動作を制御する制御信号を発生させる無人航空機制御部とを備え、制御信号を、無人航空機との直接の無線通信、又は、別の無人航空機を介した間接の無線通信のいずれか一方もしくは両方により無人航空機へ送信することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、無人航空機を目視外飛行させる場合であっても、補助者なしで又は補助者を最小限に抑えながら、無人航空機の飛行を監視または制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る無人航空機制御システムの概略的な構成を示すブロック図である。

【図2】図１における目視外飛行サブシステムの構成例を示すブロック図である。

【図3】図１における目視内飛行サブシステムの構成例を示すブロック図である。

【図4】図１における遠隔制御・監視サブシステムの構成例を示すブロック図である。

【図5】図１の無人航空機制御システムによる制御動作の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る無人航空機制御システムの概略的な構成を示してある。図１に示すように、無人航空機制御システム１は、目視外飛行を行う無人航空機を含む目視外飛行サブシステム１０と、目視内飛行を行う無人航空機を含む目視内飛行サブシステム２０と、無人航空機の遠隔的な制御及び監視を行う遠隔制御・監視サブシステム３０とを備える。

【0021】

目視外飛行サブシステム１０は、図２に構成例を示すように、アンテナ１０１と、ＲＦ部１０２と、送信ベースバンド（ＢＢ）信号処理部１０３と、受信ベースバンド（ＢＢ）信号処理部１０４と、主制御部１０５と、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ；全球測位衛星システム）受信機１０６と、ビデオカメラ１０７と、フライト制御部１０８とを搭載した、無人航空機１００として構成される。以下の説明において、無人航空機１００は目視外飛行サブシステム１０と実質的に同義であり、用語の使い分けに特段の意図があるわけではない。

【0022】

アンテナ１０１は、電波の送信及び受信を行う。ＲＦ部１０２は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換、無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換、信号増幅等の処理を行う。送信ＢＢ信号処理部１０３は、誤り訂正符号化、変調等の処理を行う。受信ＢＢ信号処理部１０４は、復調、誤り訂正復号等の処理を行う。主制御部１０５は、データの管理や制御等を行う。ＧＮＳＳ受信機１０６は、無人航空機１００の位置を検出する。ビデオカメラ１０７は、ビデオ動画を撮影する。フライト制御部１０８は、無人航空機１００の飛行を制御（すなわち、姿勢、進行方向、飛行速度等を制御）する。

【0023】

目視内飛行サブシステム２０は、図３に構成例を示すように、アンテナ２０１と、ＲＦ部２０２と、送信ベースバンド（ＢＢ）信号処理部２０３と、受信ベースバンド（ＢＢ）信号処理部２０４と、主制御部２０５と、ＧＮＳＳ受信機２０６と、ビデオカメラ２０７と、フライト制御部２０８とを搭載した、無人航空機２００として構成される。以下の説明において、無人航空機２００は目視内飛行サブシステム２０と実質的に同義であり、用語の使い分けに特段の意図があるわけではない。

【0024】

アンテナ２０１は、電波の送信及び受信を行う。ＲＦ部２０２は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換、無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換、信号増幅等の処理を行う。送信ＢＢ信号処理部２０３は、誤り訂正符号化、変調等の処理を行う。受信ＢＢ信号処理部２０４は、復調、誤り訂正復号等の処理を行う。主制御部２０５は、データの管理や制御等を行う。ＧＮＳＳ受信機２０６は、無人航空機２００の位置を検出する。ビデオカメラ２０７は、ビデオ動画を撮影する。フライト制御部２０８は、無人航空機２００の飛行を制御（すなわち、姿勢、進行方向、飛行速度等を制御）する。

【0025】

遠隔制御・監視サブシステム３０は、図４に構成例を示すように、アンテナ３０１と、ＲＦ部３０２と、送信ベースバンド（ＢＢ）信号処理部３０３と、受信ベースバンド（ＢＢ）信号処理部３０４と、主制御部３０５と、ＧＮＳＳ受信機３０６と、モニター３０７と、インターフェース部３０８と、無人航空機制御部３０９とを備えた、監視制御装置３００として構成される。以下の説明において、監視制御装置３００は遠隔制御・監視サブシステム３０と実質的に同義であり、用語の使い分けに特段の意図があるわけではない。

【0026】

アンテナ３０１は、電波の送信及び受信を行う。ＲＦ部３０２は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換、無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換、信号増幅等の処理を行う。送信ＢＢ信号処理部３０３は、誤り訂正符号化、変調等の処理を行う。受信ＢＢ信号処理部３０４は、復調、誤り訂正復号等の処理を行う。主制御部３０５は、データの管理や制御等を行う。ＧＮＳＳ受信機３０６は、監視制御装置３００の位置を検出する。モニター３０７は、無人航空機１００，２００で撮影されたビデオ動画や無人航空機１００，２００の位置などを表示する。インターフェース部３０８は、プロポ（コントローラ）等の無人航空機制御部３０９を接続する。無人航空機制御部３０９は、操作者から受け付けた操作に応じて、無人航空機１００の動作を制御するための制御信号を発生させる。

【0027】

監視制御装置３００は、無人航空機１００と無人航空機２００の双方と無線通信することができる。また、監視制御装置３００は、無人航空機１００との直接の無線通信だけでなく、無人航空機２００を介した間接の無線通信を行うこともできる。なお、無人航空機１００が無線通信に使用する周波数及び変調方式と、無人航空機２００と監視制御装置３００との無線通信に使用する周波数及び変調方式とが、互いに異なるものとする。これは、両者の周波数及び変調方式が同じだと、電波干渉により通信障害が発生するおそれがあるので、これを防ぐためである。なお、本例では、周波数と変調方式の両方を互いに異ならせているが、その一方だけを異ならせるようにしても構わない。

【0028】

以下、本例の無人航空機制御システムにおける目視外飛行時の動作について、図２、図３、図４、図５を用いて説明する。
ここで、図５に示すように、無人航空機１００は、監視制御装置３００を設置した場所からは樹木に遮られて目視することができない森林の上空を移動するものとする。一方、無人航空機２００は、監視制御装置３００を設置した場所から目視できる範囲内で上空を移動するものとする。すなわち、無人航空機２００は、監視制御装置３００との間に遮蔽物が無いエリアのみを飛行する一方で、無人航空機１００は、監視制御装置３００との間に遮蔽物があるエリアも飛行する。

【0029】

また、無人航空機１００が移動する経路は、目視外自動飛行ルートとして、無人航空機１００に事前登録されているものとする。同様に、無人航空機２００には、監視制御装置３００から目視可能な範囲で目視外自動飛行ルート全体を見渡せるように考慮された目視内自動飛行ルートが、事前登録されているものとする。すなわち、目視内自動飛行ルートとして、無人航空機２００が無人航空機１００との間及び監視制御装置３００との間に遮蔽物の無いエリアの飛行を維持できるようなルートが設定されている。

【0030】

まず、監視制御装置３００において、操作者が無人航空機１００の離陸を開始させる操作を行うと、無人航空機制御部３０９から離陸開始の制御信号が発生される。離陸開始の制御信号は、インターフェース部３０８を介して主制御部３０５に入力される。主制御部３０５は、入力された離陸開始の制御信号を、ＧＮＳＳ受信機３０６から取得した監視制御装置３００の位置情報とともに、送信データとして送信ＢＢ信号処理部３０３に出力する。送信ＢＢ信号処理部３０３は、これらの送信データに対して符号化及び変調を行って、送信信号を生成する。生成された送信信号は、ＲＦ部３０２により無線周波数帯への周波数変換及び増幅が行われた後、アンテナ３０１から電波として発射される。

【0031】

無人航空機１００において、監視制御装置３００からの電波がアンテナ１０１で受信されると、その受信信号がＲＦ部１０２によりベースバンドへの周波数変換及び増幅されて、受信ＢＢ信号処理部１０４に出力される。受信ＢＢ信号処理部１０４は、入力された信号に対して復調及び復号を行って、送信データを復元する。主制御部１０５は、復元された送信データから離陸開始の制御信号を抽出し、フライト制御部１０８に送信する。フライト制御部１０８は、離陸開始の制御信号に従って、無人航空機１００の離陸を開始させる。

【0032】

このとき、無人航空機２００においても、監視制御装置３００からの電波がアンテナ２０１で受信され、その受信信号がＲＦ部２０２によりベースバンドへの周波数変換及び増幅されて、受信ＢＢ信号処理部２０４に出力される。受信ＢＢ信号処理部２０４は、入力された信号に対して復調及び復号を行って、送信データを復元する。主制御部１０５は、復元された送信データから監視制御装置３００の位置情報を抽出し、メモリに記憶しておく。

【0033】

次に、無人航空機１００において、フライト制御部１０８は、主制御部１０５を介してＧＮＳＳ受信機１０６から取得した無人航空機１００の位置情報に基づいて、事前登録された目視外自動飛行ルートに沿って無人航空機１００を移動させる。また、主制御部１０５は、無人航空機１００の位置情報とともに、ビデオカメラ１０７による撮影データを、送信ＢＢ信号処理部１０３に随時転送する。これらの送信データは、送信ＢＢ信号処理部１０３により符号化及び変調が行われた後、ＲＦ部１０２により無線周波数帯への周波数変換及び増幅が行われて、アンテナ１０１から電波として発射される。

【0034】

無人航空機２００において、無人航空機１００からの電波がアンテナ２０１で受信されると、ＲＦ部２０２によりベースバンドへの周波数変換及び増幅が行われた後、受信ＢＢ信号処理部２０４により復調及び復号が行われ、送信データが復元される。主制御部２０５は、復元された送信データから無人航空機１００の位置情報を抽出し、ＧＮＳＳ受信機２０６から取得した無人航空機２００の位置情報と比較する。そして、主制御部２０５は、無人航空機１００と無人航空機２００の離間距離が所定の閾値を超えたことを検出した時点で、離陸を開始する制御信号を発生させて、フライト制御部２０８に送信する。フライト制御部２０８は、離陸開始の制御信号に従って、無人航空機２００の離陸を開始させる。その後、フライト制御部２０８は、主制御部２０５を介してＧＮＳＳ受信機２０６から取得した無人航空機２００の位置情報に基づいて、事前登録された目視内自動飛行ルートに沿って無人航空機２００を移動させる。

【0035】

また、主制御部２０５は、無人航空機２００の位置情報とともに、ビデオカメラ２０７による撮影データを、送信ＢＢ信号処理部２０３に随時転送する。なお、ビデオカメラ２０７は、無人航空機１００の位置情報に基づいて、無人航空機１００及びその周辺のリアルタイム映像を撮影するように制御される。つまり、ビデオカメラ２０７による撮影データは、無人航空機１００を被写体とした動画データである。これらの送信データは、送信ＢＢ信号処理部２０３により符号化及び変調が行われた後、ＲＦ部２０２により無線周波数帯への周波数変換及び増幅が行われて、アンテナ２０１から電波として発射される。

【0036】

監視制御装置３００において、無人航空機１００からの電波がアンテナ３０１で受信されると、ＲＦ部３０２によりベースバンドへの周波数変換及び増幅が行われた後、受信ＢＢ信号処理部３０４により復調及び復号が行われ、送信データが復元される。主制御部３０５は、復元された送信データから無人航空機１００の位置情報及び撮影データを抽出し、これらをモニター３０７に表示させる。

【0037】

同様に、監視制御装置３００において、無人航空機２００からの電波がアンテナ３０１で受信されると、ＲＦ部３０２によりベースバンドへの周波数変換及び増幅が行われた後、受信ＢＢ信号処理部３０４により復調及び復号が行われ、送信データが復元される。主制御部３０５は、復元された送信データから無人航空機２００の位置情報及び撮影データを抽出し、これらをモニター３０７に表示させる。

【0038】

なお、本例では、モニター３０７が１台で構成されているため、モニター３０７の表示領域を複数のウインドウに分割し、無人航空機１００から得たデータと無人航空機２００から得たデータとを別々のウインドウに表示している。なお、操作者の指示に応じて、無人航空機１００から得たデータの表示と無人航空機２００から得たデータの表示とを切り替えるようにしてもよい。また、モニター３０７を複数台にして、これらのデータを別々のモニター３０７に表示してもよい。また、位置情報の表示は、無人航空機１００及び無人航空機２００の位置を地図上に表示する方式が視覚的に分かり易いが、他の表示方式であってもよい。例えば、無人航空機１００と監視制御装置３００の間の距離、無人航空機２００と監視制御装置３００の間の距離、無人航空機１００と無人航空機２００の間の距離などを、テキストで表示する方式であってもよい。

【0039】

以降、無人航空機２００のフライト制御部２０８において、無人航空機１００から受信した無人航空機１００の位置情報と、ＧＮＳＳ受信機２０６から取得した無人航空機２００の位置情報と、主制御部２０５に記録された監視制御装置３００の位置情報とを比較する。そして、フライト制御部２０８は、無人航空機１００と無人航空機２００の間の距離と、無人航空機２００と監視制御装置３００の間の距離が等しくなる方向に、無人航空機２００を移動させるよう制御する。すなわち、無人航空機１００が遠方に移動しても、監視制御装置３００を設置した場所から目視可能なエリア内で、無人航空機２００が無人航空機１００を追尾させる。これにより、無人航空機１００及びその周辺をビデオカメラ２０７で捉えやすい位置に、無人航空機２００を維持することが可能となる。なお、ビデオカメラ２０７のズーム性能に応じて、無人航空機１００側又は監視制御装置３００にシフトした位置に、無人航空機２００を移動させてもよい。

【0040】

また、本例の無人航空機制御システムでは、無人航空機１００と監視制御装置３００の間で直接の無線通信を行うが、無人航空機２００により通信を中継することもできる。このため、無人航空機１００は、監視制御装置３００との無線通信が可能なエリア（又は無線通信の品質が良好なエリア）を飛行している場合は、監視制御装置３００との直接の無線通信と、無人航空機２００を介した間接の無線通信とを行うことができる。つまり、無線通信回線の冗長化を実現することができる。また、無人航空機１００は、監視制御装置３００との無線通信が不可能なエリア（又は無線通信の品質が悪いエリア）を飛行している場合には、無人航空機２００を介して監視制御装置３００との無線通信を間接的に行うことができる。また、無線通信エリアを実質的に拡大することができる。

【0041】

なお、各サブシステム（無人航空機１００、無人航空機２００、監視制御装置３００）において被干渉レベルが同一とは限らないため、各サブシステムで受信品質を測定し、サブシステム間の受信品質が等しくなるように制御してもよい。すなわち、例えば、無人航空機１００と無人航空機２００との間の受信品質が無人航空機２００と監視制御装置３００との間の受信品質よりも低ければ、無人航空機１００に近づく方向へ無人航空機２００を移動させて、それぞれの無線回線の受信品質が均一になるように制御する構成であってもよい。また、本例では、無人航空機２００が移動する目視内自動飛行ルートは線状に指定されているが、目視が可能な空間内を自動で飛行する構成であってもよい。

【0042】

更に、監視制御装置３００は、操作者による操作に応じて、目視外自動飛行ルートに沿って飛行中の無人航空機１００の動作を制御してもよい。すなわち、無人航空機１００の自動航行に対して、強制的に操作介入できるようにしてもよい。このとき、無人航空機１００に対する制御信号は、無人航空機１００との直接の無線通信、又は、無人航空機２００を介した間接の無線通信の一方もしくは両方により、無人航空機１００へ送信される。また、監視制御装置３００は、操作者による操作に応じて、目視内自動飛行ルートに沿って飛行中の無人航空機２００の動作も制御できるようにしてもよい。すなわち、無人航空機２００の自動航行に対しても、強制的に操作介入できるようにしてもよい。

【0043】

以上のように、本例の無人航空機制御システムは、目視外自動飛行ルートを飛行する無人航空機１００と、無人航空機１００の飛行を監視又は制御するための監視制御装置３００と、無人航空機１００との間及び監視制御装置３００との間に遮蔽物が無いエリアを飛行する無人航空機２００とを備える。無人航空機２００は、無人航空機１００を被写体とした動画を撮影し、撮影データを監視制御装置３００へ無線送信し、監視制御装置３００は、無人航空機２００から受信した撮影データを表示する。

【0044】

このような構成によれば、無人航空機１００を地上の監視制御装置３００から確認できない場合であっても、上空の適切な場所から無人航空機２００が無人航空機１００及び周辺の様子を撮影して、監視制御装置３００に表示させることができる。したがって、無人航空機１００の飛行状況や周囲の気象状況の変化等の監視を、補助者なしで又は補助者を最小限に抑えながら実現することができる。また、飛行経路全体を見渡せる位置に補助者を配置できない場合や、安全の確保が可能な場所に補助者を配置できない場合でも、支障なく無人航空機１００の飛行を監視することができる。

【0045】

また、本例の無人航空機制御システムでは、無人航空機２００は、無人航空機１００及び監視制御装置３００の双方と無線通信が可能なエリアを飛行して、無人航空機１００と監視制御装置３００の間の通信を中継する。より具体的には、無人航空機１００は、飛行中に動画を撮影して得られた撮影データを無線送信し、無人航空機２００は、無人航空機１００から受信した撮影データを監視制御装置３００へ無線送信し、監視制御装置３００は、無人航空機１００から無人航空機２００を介して受信した撮影データを表示する。また、監視制御装置３００は、無人航空機１００の動作を制御する制御信号を無線送信し、無人航空機２００は、監視制御装置３００から受信した制御信号を無人航空機１００へ無線送信し、無人航空機１００は、監視制御装置３００から無人航空機２００を介して受信した制御信号に基づいて動作する。

【0046】

このような構成によれば、監視制御装置３００が無人航空機１００と直接の無線通信を行えない場合であっても、無人航空機２００を介して間接的に無人航空機１００との無線通信を行うことができる。したがって、自由空間損失や遮蔽損失による無線通信回線の品質の低下を抑えることができるので、無人航空機１００の飛行の制御や無人航空機１００による撮影データの確認などを安定した通信環境下で実施することが可能となる。なお、無人航空機１００に各種のセンサを搭載しておき、そのセンサにより得られたデータ（例えば、温度や湿度等）を、監視制御装置３００に対して直接又は間接の無線通信により送信してもよい。

【0047】

また、本例の監視制御装置３００は、無人航空機１００との無線通信、及び、無人航空機１００を被写体とした動画を撮影する無人航空機２００との無線通信を行うためのアンテナ３０１と、無人航空機２００からアンテナ３０１により受信したデータを表示するモニター３０７と、操作者による操作に応じて、無人航空機１００の動作を制御する制御信号を発生させる無人航空機制御部３０８とを備え、制御信号を、無人航空機１００との直接の無線通信、又は、無人航空機２００を介した間接の無線通信のいずれか一方又は両方により無人航空機１００へ送信する。

【0048】

このような構成によれば、監視制御装置３００の操作者は、無人航空機１００を目視外飛行させる場合であっても、無人航空機２００により撮影された無人航空機１００の映像を見ながら、無人航空機１００の飛行を制御することができる。また、無人航空機１００が監視制御装置３００の無線通信エリアから外れた場合でも、無人航空機２００を介した間接的な無線通信により、無人航空機１００の飛行の制御を安定的に継続することができる。

【0049】

以上、本発明について一実施形態に基づいて説明したが、本発明はここに記載された無人航空機制御システムに限定されるものではなく、他の無人航空機制御システムに広く適用することができることは言うまでもない。
また、本発明は、例えば、上記の処理に関する技術的手順を含む方法や、上記の処理をプロセッサにより実行させるためのプログラム、そのようなプログラムをコンピュータ読み取り可能に記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

【0050】

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。更に、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、無人航空機を無線により制御する無人航空機制御システムに利用することが可能である。

【符号の説明】

【0052】

１：無人航空機制御システム、 １０：目視外飛行サブシステム、 ２０：目視内飛行サブシステム、 ３０：遠隔制御・監視サブシステム、 １００：無人航空機、 １０１：アンテナ、 １０２：ＲＦ部、 １０３：送信ＢＢ信号処理部、 １０４：受信ＢＢ信号処理部、 １０５：主制御部、 １０６：ＧＮＳＳ受信機、 １０７：ビデオカメラ、 １０８：フライト制御部、 ２００：無人航空機、 ２０１：アンテナ、 ２０２：ＲＦ部、 ２０３：送信ＢＢ信号処理部、 ２０４：受信ＢＢ信号処理部、 ２０５：主制御部、 ２０６：ＧＮＳＳ受信機、 ２０７：ビデオカメラ、 ２０８：フライト制御部、 ３００：監視制御装置、 ３０１：アンテナ、 ３０２：ＲＦ部、 ３０３：送信ＢＢ信号処理部、 ３０４：受信ＢＢ信号処理部、 ３０５：主制御部、 ３０６：ＧＮＳＳ受信機、 ３０７：モニター、 ３０８：インターフェース部、 ３０９：無人航空機制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】