実時間最適化に基づく複数航空機間の衝突回避経路生成アルゴリズム

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24760671
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工
• 研究代表者: 横山 信宏 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, システム工学群, 准教授 (10425788)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: モデル予測制御 / 衝突回避 / 実時間最適化 / 数理計画法

研究概要

混雑した空域での航空機運航へ応用することを念頭に，水平面内および三次元空間において，複数の航空機が衝突回避経路を生成するためのアルゴリズムを開発した。本アルゴリズムはモデル予測制御の考え方を用いて実時間で数理計画問題を解くものであり，各機の経路をそれぞれ独立に計算可能とするための制約条件，問題の可解性を帰納的に保証するための終端制御則，および機体の非線形な動特性・運動制約を反映した制約条件が組み込まれている。数値シミュレーションにより，本アルゴリズムにおいて，機体数を増やしても計算量が現実的な範囲に抑えられること，および飛行力学的に妥当で安全な経路を計算できることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Model Predictive Control for Parallel Planning of Conflict Free Trajectories for Multiple Aircraft
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Yokoyama
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautics and Space Sciences 巻: (掲載決定)
  • 査読あり
• [学会発表] Decentralized Model Predictive Control for Planning Three- Dimensional Conflict-Free Trajectories (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Yokoyama
  • 学会等名: AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference (AIAA SciTech)
  • 発表場所: National Harbor, Maryland, USA
  • 年月日: 20140113-17
• [学会発表] Model Predictive Control for Parallel Planning of Conflict Free Trajectories of Multiple Aircraft (2013)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Yokoyama
  • 学会等名: The 2013 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology
  • 発表場所: Takamatsu, Kagawa
  • 年月日: 20131120-22
• [学会発表] 実時間最適化に基づく航空機の衝突回避経路生成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 横山信宏
  • 学会等名: 計測自動制御学会第13回制御部門大会
  • 発表場所: 福岡県福岡市
  • 年月日: 20130306-08
• [学会発表] Global Optimization of Path-Constrained Optimal Control Problems via Semidefinite-Programming Relaxations (2013)
  • 著者名/発表者名: Nobuhrio Yokoyama
  • 学会等名: AIAA 51st Aerospace Sciences Meeting
  • 発表場所: Grapevine, Texas, USA
  • 年月日: 20130107-10
• [学会発表] 半正定値計画緩和に基づく大域的軌道最適化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 横山信宏
  • 学会等名: 計測自動制御学会第29回誘導制御シンポジウム
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 20120517-18