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Development of the robust navigation system without the GNSS by using the air-data sensors under downwash and low-speed conditions for autonomous helicopters

Research Project

Project/Area Number 17K14613
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Dynamics/Control
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

Fujiwara Daigo  千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (60604642)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywordsエア・データ・センサ / 対気速度 / 小型無人ヘリ / 機械力学・制御 / 航空宇宙工学
Outline of Final Research Achievements

To prevent the divergence of the GNSS/INS navigation system under the GNSS-denied condition which is widely used for small helicopters, this research aims at the improvement of the robustness of the navigation system by development of the airspeed sensor (air-data sensor, ADS) and the airspeed sensor-based navigation system. The symmetric Pitot tube with a bellmouth and two-dimensional ultrasonic sensors, and the three-dimensional ultrasonic sensors are developed. The helicopter downwash model is designed based on the physical model or the artificial neural networks, and the ADS/GNSS/INS integrated navigation filter including the downwash model is developed. It is verified that the stability of the navigation and the flight control system is able to be maintained for a moment during the GNSS-denied state by the proposed method through the simulations and the flight tests.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物資輸送、災害対応、空撮等への無人ヘリコプタの適用・実用化に向け研究開発や実証が進む中で、耐空性の向上が求められ、自機位置・速度を算出する航法について、GNSSのみに頼る状況を改善する試みが行われるようになってきた。様々な手法が検討される中で、本研究で開発した対気速度センサに基づく航法は、測距センサやカメラによる手法に対し、周囲の明るさや物体との位置関係による性能劣化がなく、飛行場所によらず利用できる点で、無人ヘリのロバスト性や安全性の向上に寄与し、無人ヘリ関連産業の活性化への貢献が期待される。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Presentation (9 results)

  • [Presentation] 無人ヘリの自動ハンマーヘッドターン飛行の参照軌道と制御系の設計および性能検証2020

    • Author(s)
      上南 隆司, 藤原 大悟
    • Organizer
      日本機械学会関東支部 第26期総会・講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 小型ヘリのための超音波方式3次元低速対気速度計測装置の開発と航法システムの構築2020

    • Author(s)
      千葉 佳輝, 上南 隆司, 藤原 大悟
    • Organizer
      日本機械学会関東支部 第26期総会・講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 小型ヘリ用回転式2次元低速対気速度センサのオンライン対気速度算出方法の検討2020

    • Author(s)
      楢山 仁, 千葉 佳輝, 藤原 大悟
    • Organizer
      日本機械学会関東学生会 第59回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 小型ヘリ向けの圧力差に基づくロータ一体回転式二次元低速対気速度センサの試作と飛行試験による評価2019

    • Author(s)
      外ノ池 拓弥, 藤原 大悟
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ヘリコプタ用回転式2次元対気速度計の開発と参照速度計を用いた性能評価2019

    • Author(s)
      藤原 大悟, 外ノ池 拓弥
    • Organizer
      第62回自動制御連合講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 小型ヘリADSのための吹き下ろしの計測装置及びニューラルネットによる推定器の開発2018

    • Author(s)
      千葉 佳輝, 藤原 大悟
    • Organizer
      日本航空宇宙学会 第56回飛行機シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 小型ヘリのピトー管・超音波方式併用3次元対気速度センサとエアデータ複合航法の開発2018

    • Author(s)
      藤原 大悟, 辻本 竜太, 千葉 佳輝
    • Organizer
      第61回自動制御連合講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 小型無人ヘリの航法への利用を目指したピトー管・超音波流速計複合型エアデータセンサの試作および実験2017

    • Author(s)
      辻本 竜太, 藤原 大悟
    • Organizer
      日本航空宇宙学会 第55回飛行機シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 誘導速度に着目した小型ヘリの降下運動に関する機体運動モデルの改良2017

    • Author(s)
      野入 裕一, 辻本 竜太, 藤原 大悟
    • Organizer
      日本航空宇宙学会 第55回飛行機シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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