JP2003510675A - 飛行プラン等の危険検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 飛行プランは公称ウエイポイント間の有限横及び高度存続範囲を有するセグメント（１４０）からなる群で軌道（１００）によりモデル化される。地形データベースは最大及び最小高度、サブパッチ（６０２、６０３）に対するポインタ若しくは高度を有する階層パッチ（４００、４１１）を記憶する。線形プログラミングの不等号制約はセグメントをパッチと適合させる。サーチにより記憶（１００、７００）のチューブと衝突する地形の位置が求められ、プランに対する誤差状態を示す。移動する危険体（７００）はセグメント化された（７１０、７２０）の軌道でモデル化される。軌道の両方内の移動するバブル（７０１、７０３）が空間及び時間の両方において重なるとき、移動する危険体（７００）と衝突が生じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は乗り物のナビゲーション、特に地形等の危険状態を避けることに関す
る。

【０００２】 （背景技術） 地形または他の危険物の回避は何世紀にわたり開発されている活発な分野であ
る。国防省及び商務省は共に「地形内制御飛行」（ＣＦＩＴ）に対する事故の可
能性を阻止する安全性を高める方法を捜し続けている。また特に航空機において
離陸部門から予め配布される飛行プランに関し、天候システムの改良された方法
が必要である。

【０００３】 軍用地形回避システムは１９６０年代に提供されている。下方を向くアクティ
ブレーダシステムは地域的な地形の近傍を測定し、特定の地上から所定距離を保
つように構成されていた。ある設計ではレーダにより検出された障害物を超えて
飛行することにより飛行機の高度が所定の距離を保つように自動制御ループが含
まれていた。他の設計によれば、飛行誌、第３巻、第４号（１９６６、７月−９
月）、パイロット、アール．エル．キスリンガ等による、「超音速戦闘機の手動
地形追従システムの開発」と題した手動制御の表示装置が一例として挙られる。

【０００４】 商用に同様の回避システムが数年間提供され、その後レーダ高度計が商用輸送
機に装備された。高度計は地域の地形の上の現在最小高度になると警告を発した
。１９９４年１１月８日ロンドン、ＣＦＩＴに関するリイヤル・アエロノティカ
ル・協会会議で、デイー．ベイトマンによる「地上近傍警告システム（ＧＰＷＳ
）」はこの種の早期システムが開示されている。この例及び他の、ベイトマンに
よる米国特許第３，９３６，７９６号、ベイトマン等による米国特許第第３，９
４６，３５８号、ベイトマンによる米国特許第３，９４７，８０９号、ベイトマ
ンによる米国特許第４，０３０，０６５号、ベイトマンによる米国特許第５，２
２０，３２２号、及びオストルム等による米国特許第５，４１０，３１７号に開
示されている。

【０００５】 後に国防省は巡航ミサイルで慣性ナビゲーションシステムを補助し、飛行のパ
イロットに対しリアル時間地形を表示する機上搭載の地形データベースを開発し
た。ＮＡＴＯの実証のＡＧＡＲＤ−ＡＧ１４、１９９０年６月、ジェイ．ストー
ンによる「戦闘機の飛行プラン及び飛行補助用のディジタルデータベースの可能
性」には同様の説明が開示されている。ディジタルマップコンピュータとしては
ワルスチエウルスキーによる米国特許第５，０８６，３９６号、マツグフィンに
よる米国特許第５，２６４，８４８号、フイシャーによる米国特許第５，３７１
，８４０号、トラネト等による米国特許第５，４０６，２８６号、リピット等に
よる米国特許第５，５０４，６８６号、及びコデット等による米国特許第５，５
２６，６２０号に例示するように、現在の戦闘機の飛行プラン及びミッションあ
るいは脅迫データを入れた斜視地形図を得ることができる。

【０００６】 より最近では商用システムは地形データベースをレーダセンサと組み合わせて
得た情報または状態を示す。これらのシステムもルックアヘッドアルゴリズムを
包有し、現在地から飛行機の将来性を計算し、十分な地形距離がなくなる緊迫状
態の最大２０−６０秒前にパイロットに対し警告できる。地形注意・警告システ
ム（ＴＡＷＳ）の製品の一部はベイトマンによる米国特許第４，６４６，２４４
号，デノイズ等による米国特許第５，４１４，６３１号，チャゼル等による米国
特許第５，４８８，５６３号，チャゼル等による米国特許第５，６３８，２８２
号，デノイズ等による米国特許第５，６７７，８４２号，コクインによる米国特
許第５，７９８，７１２号，及びミューラー等による米国特許第５，８３９，０
８０号に開示されている。

【０００７】 一方最至近のシステムでも、航空機のコースは高度を予言する能力に欠けるこ
とにより制限されている。補外法は航空機がその飛行プランに沿うに伴い、コー
スと高度の変化、及び他の操縦態様を予知できない。

【０００８】 商用輸送飛行の飛行プランは出発前数時間に作成される場合が多い。飛行プラ
ンはそのとき危険な点をチェックされるが、ユーザが決めた軌道及びダイナミッ
ク再ルートで生じる傾向により、機上で飛行中の危険に対し全飛行プランを連続
的にチェック可能であることが要求される。

【０００９】 （発明の開示） 本発明によれば、未来への僅かな短い時間の間ではなく、予定する飛行プラン
全体にわたり地形または他の危険物との衝突の可能性を見出すことができる。比
較的低廉に実施でき、新たにインフラを付加する必要がない。天候のような変動
する危険域を含む地形以外の危険物をモデル化へ容易に進行させ得る。

【００１０】 本発明によれば、次元体としてモデル化し、三次元体を好適な地形または他の
危険物のモデルと比較し、軌道体との交差点を報知することにより、予想したプ
ランまたは軌道が地形の特徴部若しくは他の危険物と交差するか否かが決定され
る。危険な事態は航空機の乗務員または他の人に対しリアルタイムで直接連係で
きる。本発明の他の顕著な実施形態は階層交差点決定法、制約付き最適法及び移
動する危険体の追跡する方法を採用できることである。

【００１１】 本発明は航空機に限定せず、例えば潜水艦のナビゲーション、他の乗り物の旅
行プランにも利用できる。確実にロボット間または他の障害物との距離を保った
りするロボットのような分野にも応用可能である。即ちこの明細書において用語
は「プラン」、「軌道」は広い意味を識知する必要がある。また用語「危険」は
回避すべき、若しくはある場合には求める、または接近すべき他の種類の特徴部
を含むよう広く理解すべきものである。

【００１２】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明及び添付図面は当業者が本発明を理解し実施可能な程度に詳細に本発明
の特定の実施形態を示す。論理的、電気的及び機械的変更を含む他の実施形態も
本発明の技術的範囲内にある。本発明の他の利点及び特徴を明示したことは当業
者には容易に理解できよう。本発明の範囲は添付の請求項によってのみ限定され
、以下に説明する特定の実施形態により限定されるものではない。

【００１３】 飛行プランは航空機が追従すべき所望のパス、即ち軌道を示す。このため飛行
プランは２構成部からなる。終点が横方向即ち水平方向のパスが幾何学的位置に
より定義され通常の緯度及び経度により表現される１以上のセグメントからなる
一連の群である。終点は多くの場合ウエイポイントと呼ばれ、計算された位置を
確認するためウエイポイントは適時にセグメント内に定義される。パスはウエイ
ポイントに参照される高度ないしは飛行パス角を用いて所望の垂直プロフィール
を形成する。飛行プランは操縦センター、離陸部門、パイロットあるいはコンピ
ュータプログラムにより作成できる。

【００１４】 図１は衝突検出を正確且つ効果的に可能にする飛行プラン表現であるモデル１
００の一例を示す。緯度１１１、１１２及び経度１１３、１１４により定義され
る幾何学的領域１１０は出発点１２１と目的地１７１との間の個々のセグメント
１２０−１６０全てを含む（このセグメント幅は明確にするため大きく誇張して
示される）。ウエイポイント１２１、１３１は緯度、経度、及びセグメント１２
０等他のセグメントの終点は所定の高度に置かれる。一例としてセグメント１４
０を用いて終点１４１、１５１から水平及び垂直方向の定義された有限存続範囲
を有する平行四辺形即ちチューブ１４２はその公称軌道１４３を外囲している。
この存続範囲は所望に応じて設定可能であり、各セグメントあるいは各終点に対
し同一あるいは異なるようにすることができる。ダイメンション１４３はこのセ
グメントの公称軌道１４４の両側のセグメント１４０の横方向の存続範囲を示す
。ダイメンション１４５は低い軌道１４６で軌道１４４の公称高度プロフィール
の周囲の経度存続範囲を示す。これらの存続範囲は地形または他の危険物からの
航空機の相対離間距離を得る。離間距離は軌道モデル化誤差、ナビゲーション若
しくはセンサの不確定性、案内不確定性、及び支持された離間距離オフセットの
ような多くの要素を補償する必要がある。

【００１５】 各終点は緯度、経度、高度のより低いバウンド、及び横方向の存続範囲距離の
パラメータを有する。オプションとしての追加パラメータは大気に障害が検出さ
れるときの高度より高いバウンド、予定到着時間（ＥＴＡ）、移動中の障害物が
定義されるときのＥＴＡ誤差を含むことができる。無論バウンドは比較される障
害物と一貫性のある単位で表現する要がある。例えば地形離間距離の場合、圧力
高度は通常の天候及び他の航空機のような空気中危険物に対し使用したが、高度
のより低いバウンドは通常平均海抜（ＭＳＬ）上の数フィートである地形データ
ベースの規準システムと匹敵させる必要がある。横バウンドは終点と同一線上の
緯度及び経度を用い、あるいは公称終点から及びセグメントの終点をつなぐ直線
に対し垂直な最大偏差により表現できる。セグメントの終点を正確に適合させる
のではなく、セグメント境界が確実に連続するように小さな空間重なりを許すこ
とが通常望ましい。これは特にコースと高度の両方に変化がある場合のセグメン
ト境界に対し重要である。より複雑なセグメント多角形若しくは他の形状のもの
も使用できる。一方一般的には他の形状を複数の線セグメントに分解し各人工的
なセグメントに対し終点を定義することがより便利である。例えば曲線は多くの
オーバサイズの平行四辺形セグメントとして一度あるいは反復して再構築可能で
ある。ハード境界があることではなく、セグメントの境界パラメータは統計的な
解釈をサポートできる。全巡航状態及び危険のないとして知られる他のプラン部
分は所望なら無視でき、セグメントにより表現されない。チェック効率のため、
総合飛行プランは他の要素と調和するよう数セグメントを有する。

【００１６】 前の公式は平担地上モデルを採用する。大きな幾何学的地域をカバーする飛行
プランまたはセグメントに対し、球面モデルが使用可能である。この場合境界及
び制限は球の中心及び一対の地形パッチコーナを通過する平面である。地形パッ
チコーナを通過する平面により等号制限が加えられ球面近くに維持される。

【００１７】 図２は衝突のため全軌道１００の比較を容易にするため地形データの構成を含
む危険体モデルを示す。用語「地形」は他の環境上特徴部またはこのように表現
できるものすべての特徴部を含む。階層的構造により追加チェックを要するよう
な大きな地域を迅速に決定できる。図１の最高レベルの幾何学的領域１１０は軌
道をカバーする緯度及び経度の範囲を有するパッチである。領域１１０は次に４
象限のサブ領域即ちサブパッチ２１０−２４０に分割され、各々は全パッチの緯
度及び経度範囲の半分をカバーしている。各象限は２４１−２４４で示されるよ
うに、次に４個のサブ領域に分割される。これらは所望の解を得るに必要な回数
として再分割される。例えば端子領域は多くの個々には小さな障害物の近傍を飛
行する必要があるので、極めて細かな解を有する。一方平担な北極領域上の大き
な円のルートは極めて粗い解が示される。

【００１８】 各サブパッチはサブ領域内の地形の最大及び最小高さの２パラメータを有する
。各サブパッチの最大高さはサブパッチの最大値を超えた値であり、各サブパッ
チに対し再帰的である。最小高さサブパッチを超えた再帰的最小値である。地形
データベースは最細の解に対する所定の値を有し、度当りの多くの地形点として
表現される。サブパッチのサイズが緯度及び経度の両方で解の１単位に等しい場
合、最小値はサブパッチの最大値であると仮定される。この値は以下に説明する
が、サブパッチに対するポインタの代わりに記憶される。指定された値のポイン
タ値は最細の解より小さいサイズのすべてのパッチに対し割り当てられる。ある
閾値より小さな最大及び最小高さのパッチはサブパッチポインタの代わりに最大
高さを記憶することにより平担に且つ近似になる。このため全く大きな領域をカ
バーするパッチ内の再帰的検索を回避することにより、メモリの容量を大幅に節
約できる。

【００１９】 更にメモリ容量を節約するため、各サブパッチの緯度及び経度限界値が最高に
は記憶されず、全領域内のサブパッチのレベル及び位置で暗示的に記憶される。
トップレベルでは対象の軌道セグメントを囲むパッチは緯度及び経度に対しそれ
ぞれ３個のパラメータからなる２組を有している。両組は同じように機能するの
で、緯度に対するものだけが説明される。パッチの最小及び最大緯度はｌａｔ_ｍ
ｉｎ及びｌａｔ_ｍａｘであり、これら２値間の最大解サンプルの数はｎｌａｔで
ある。従ってパッチの最細の解はｌａｔ_{ｄｅｌｔａ}＝（ｌａｔ_ｍａｘ−ｌａｔ_ｍ
ｉｎ）／ｎｌａｔである。中点に最至近のサンプルはｎｌａｔ_ａｍｉｄ＝ｉｎｔ
（（ｎｌａｔ＋１）／２）であり、その緯度はｌａｔ_ｍｉｄ＝ｌａｔ_ｍｉｎ＋ｌ
ａｔ_{ｄｅｌｔａ} ｘ ｎｌａｔ_ｍｉｄである。トップパッチの象限サブパッチに
対する３個の緯度パラメータは２個のローア緯度象限に対しｌａｔ_ｍｉｎ＝ｌａ
ｔ_ｍｉｎ，ｌａｔ_ｍａｘ１＝ｌａ_ｔｍｉｄ，ｎｌａｔ_１＝ｎｌａｔ−ｎｌａｔ_ｍ
ｉｄとして計算でき、他の２つに対してはｌａｔ_ｍｉｎ２＝ｌａｔ_ｍｉｄ，ｌａ
ｔ_ｍａｘ２＝ｌａｔ_ｍａｘ，ｎｌａｔ_２＝ｎｌａｔ−ｎｌａｔ_ｍｉｄとして計算
できる。ｎｌａｔ_ｍｉｄの定義により確実にｎｌａｔ_２が常にｎｌａｔ_１に対し
等しいか若しくはそれ以下にされる。このプロセスは最高の解でｎｌａｔ_１＝１
まで再帰的に連続する。以下に説明する階層中飛行に関するこれらの量を計算す
ることにより、必要ならばそれらを最小コストで計算するサブパッチパラメータ
に対するデータベースの記憶容量が大きく節減される。パッチの緯度・経度範囲
でのサンプル点の数が偶数なら、そのサブパッチは点の数の半分を含み、一方奇
数なら最初のサブパッチは第２のサブパッチより大きな１サンプルである。

【００２０】 図３はコンピュータメモリ内の図２のサブパッチをモデル化するデータ構造３
００を示す。リスト３１０はロー解を持ち、サブパッチの全ては他の位置に記憶
される。エントリ３１１、３１２は全サブパッチ内の最大及び最小高さである。
エントリ３１３−３１６は各象限のリストが記憶される位置に対するポインタで
ある。リスト３２０は象限の１が平担であると考えられるパッチを示す。そのエ
ントリ３２４はそのサブパッチ内に地形一定の高さを含む。リスト３３０はすべ
てのサブパッチの高さが一定である最細の解での領域である。全パッチでの最大
及び最小高さはサブパッチの２内の一定高さとして求められる。

【００２１】 危険物に対し飛行プラン軌道をチェックすることには、セグメントの横方向存
続範囲を含むに十分な大きさの地形パッチに対するプランの各軌道セグメントを
比較することが含まれる。階層サーチは必要なときのみより細かな解の前に粗い
地形表現に対しセグメントを比較する。リスト３１０−３３０は図１の親パッチ
内あるいは領域１１０内に示す特定領域若しくはサブ領域を示す明示的な情報を
含んでいない。代わりにメモリ内のパッチリストの構成により上述したように位
置が定義される。

【００２２】 図４は図１のセグメント１４０の拡大図である。パッチ４００はこのセグメン
トを外囲する幾何学的領域を示す。第１の問題は地形パッチまたはサブパッチは
離間距離に対し調査する必要のあるものでありどの地形パッチ及びサブパッチが
セグメント１４０を含んでいるかを決定することになる。セグメント１４０の一
部を含む４１０のような大きな方形のパッチはセグメントの一部の下の４１１の
ようなより小さな方形パッチに連続的に分割される。図４においてこのサーチは
アウトラインが重いパッチのみをカバーする必要があり、他はセグメントチュー
ブの幅と交差しないようにされる。サーチされるパッチは図５に関連して説明し
たように更に小さく分割される。最終のサブパッチはサーチが各パッチ内に必要
である限りにおいてのみ行うが、通常はすべてが同一のサイズではない。

【００２３】 ４１１のような小さなパッチ内では、パッチ４１１をカバーするセグメント１
４０に対する領域４２０を求めることは線形プログラミング問題に変換できる。
即ち領域４２０は、セグメント１４０及びパッチ４１１を境界とする線から矢印
により示される方向にあるので、８個の線形制約を満足させる必要がある。すべ
てのパッチは一定の緯度及び経度により境界を持つため、パッチ制約はＬｏｎｇ
_ｍｉｎ ｘ Ｌｏｎｇ_ｍａｘ、及びＬａｔ_ｍｉｎ ｙ Ｌｔ_ｍａｘである。この
ときこれらはパッチ４１１の内部を定義する式である。セグメント境界の制約は
Ｉ｛１，２，３，４｝に対しａ_ｉｘ＋ｂｉ_ｉｙ＋０であり、セグメント１４０の
内部を定義する。標準の線形プログラミング法に採用される形式に変換されると
、８個の変数で６個の式が得られる。

【００２４】 従来の線形プログラミングソルバにより計算が行われる。例えばパッチ４１１
の左下方のコーナーに対し初期化すると、ソルバは標準可能性パスを開始しすべ
ての制約を満足する解組｛ｘ，ｙ｝を求める。パッチ４１１を定義する４個の制
約が満足され、更にセグメント１４０を定義する制約の少なくとも２が満足され
る。残りの制約（最大２）は矢印と反対方向に押すことにより制約を効果的に開
放するスラック変数を導入することにより緩和される。図示の場合最初の点はセ
グメント１４０の下部縁上の制約を満足しないので、制約は緩和される必要があ
る。ソルバはスラック変数の値をゼロに減少し、且つ空でない領域を維持しよう
とする。この試みが適正でないと、セグメントはパッチと交差せず、このパッチ
は放棄される。この試みにより全ての制約を満足する４２０のような領域を見つ
けると、航空機はこの領域を通過することになろう。次にソルバは最少パスに入
り領域４２０内の最初の点を選択し、従来の方法を用いてセグメント１４０の高
度を示すコスト関数を最小にする。ここに使用するコスト関数はＴｒａｊ_ｈ＝ｍ
ｉｎ（ａ_ｈｘ＋ｂ_ｈｙ＋ｃ_ｈ）であり、ここにａ_ｈ，ｂ_ｈ，ｃ_ｈは軌道チューブ
の下方境界１４６の垂直プロフィールを定義する線の係数である。この実施形態
は単に２終点１４１１５１の高さ間のセグメントに反って線形的に補間する。

【００２５】 長いセグメントは球状構成への近似させることが必要とされる。この場合、ｘ
＝ｒｃｏｓ（Ｌｏｎｇ）ｃｏｓ（Ｌａｔ），ｙ＝ｒｓｉｎ（Ｌｏｎｇ）ｃｏｓ（
Ｌａｔ）およびｚ＝ｒｓｉｎ（Ｌａｔ）、ここでｒはベクトル｛ｘ，ｙ，ｚ｝を
使用することが便利である。ｒ＝１の場合球の表面では、パッチ境界はｔａｎ（
Ｌｏｎｇ_ｍｉｎ） ｙ／ｘ ｔａｎ（Ｌｏｎｇ_ｍａｘ）及びｓｉｎ（Ｌａｔ_ｍｉ
ｎ）ｚ ｓｉｎ（Ｌａｔ_ｍａｘ）になる。パッチのコーナーを通過する平面を加
えると、等価制約が加えられ球面の近傍に解が保持される。即ちパッチコーナー
｛ｐ｝でａ_ｐｘ＋ｂ_ｐｙ＋ｃ_ｐｚ＋ｄ_ｐ＝０にすると、これらの点でｒ^２＝ｘ^２
＋ｙ^２＋ｚ^２＝１となる。セグメント制約はＩ｛１，２，３，４｝に対しａ_ｉｘ
＋ｂ_ｉｙ＋ｃ_ｉｚ＋ｄ_ｉ ０である。明らかに球体の場合、上記コスト関数のａ
_ｈ，．．．．ｄ_ｈ係数の球等価を置換する必要がある。

【００２６】 図５は１４０のようなセグメントが図４の４１１のようなパッチ内の地形と交
差するか否かを決定するプロセス５００のフローチャートである。図６は遭遇す
る機会のある各種事態の例を示す。決定ブロック５１０はパッチＴｅｒｒ_ｍａｘ
内の地形の最大高さが全セグメント上の軌道の最下位高さより小さいか否かを決
定する。仮に小さいときは出口５１１が終端５０１に通じ、交差が生じないこと
を示す。図６では線１４６−１はこの場合のセグメント１４０の図１のより低い
境界１４６を示す。ボックス６０１はパッチの垂直プロフィールを示し、増加す
る高度は矢印６０２により示される。明らかにより低い境界の最下位点６１１（
これはこのセグメントの終点１５１で生じる）が地形の最大高さより低くならな
ければ、交差は生じない。

【００２７】 ブロック５２０はセグメント１４０の軌道チューブがパッチ４１１と全く交差
しないか否かを決定する。航空機がパッチを完全に超えて飛行することを避ける
と、交差が生じず出口５２１が終端５０１へ向かって通じる。

【００２８】 ブロック５３０はパッチ自体を超えて軌道チューブのより低い境界の最小高度
Ｔｒａｊ_ｍｉｎを求める。ブロック５３１は次に地形の最大高さがこの量より小
さいか否かを求める。小さいときは出口５３２は再びセグメントは地形を避けて
いることを示す。図６はＴｅｒｒ_ｍａｘにより上記の点６２１で生じるより低い
境界１４６−２の最小高度を示す。

【００２９】 ブロック５４０を地形の最小の高さＴｅｒｒ_ｍｉｎが最小軌道高度を超えてい
るか否かを求める。仮に越えてないときは出口５４１は終端５０２で地形交差誤
差の信号を出す。線１４６−３はこの態様を示している。５３１での最下位軌道
点は地形パッチ内のいずれの高度よりも低いので、地形衝突はパッチ内のある位
置で生じることがない。

【００３０】 上記条件のいずれも得られなければ軌道チューブは地形と交差する以外の形態
はない。図６の線１４６−４は地形が存在するか否かに関係なく、点６４１から
点６４２へパッチ４１１の高度プロフィールを通過する。ブロック５５０はこの
パッチをサブパッチ６０２、６０３に分割し、それぞれに対するプロセスを再反
復する。この特定の形態では、より低い境界１４６−４が点６４３、６４４で子
パッチの両方を越え地形の最大高さを越える。従って出口５３２はサブパッチの
両方を越え飛行プランをクリアする。ある場合に複数のサブ分割が必要となるこ
とも考えられるが、方法５００は最終的にクリアランスあるいは交差誤差５０２
を生じる。従ってこの手順は実際の交差を決定することより細かな解が要求され
る場合を除き、粗い解を採用し、これにより計算負荷が大幅に減少される。

【００３１】 上記に幾何学的地形のような時間が固定状態にある危険物をチェックすること
について説明した。意図した飛行プランとの交差の可能性について、天候のよう
な移動する危険体をモデル化することも望まれる。移動する危険体の一般モデル
はそれぞれ時間位置を示す移動するバブルを有した複数の軌道を含む。１軌道は
従前のように航空機の飛行プランのセグメントを示す。軌道チューブ内のバブル
はリアルタイム現在時間でその位置を外囲する。少なくとも一の他の軌道チュー
ブは移動する、例えば天候の「飛行プラン」を示す。この軌道内のバブルは天候
の現在位置を囲む。更に軌道チューブはある数の危険体または追跡を希望する条
件をモデル化するように直接付加できる。航空機と危険体との衝突は空間と時間
の両方のバブル間の重なりとなる。

【００３２】 図７は図１の航空機の飛行プラン１００に重ねられた移動する危険体または軌
道７００を示す。軌道７００は例えば閉寒前線のような天候に対する「飛行プラ
ン」である。即ち軌道は飛行プラン１００と全く同一の方法でモデル化でき、飛
行プランをモデル化する場合および異なる技術を必要としない。実際上移動する
危険体は所望ならば別の航空機を想定できよう。軌道７００はウエイポイント７
１１、７２１、７３１を有する７１０、７２０のような１以上のセグメントから
なる組を含む。これらは図１に示すセグメント１２０−１６０と同一の方法で構
築され、高度及び幾何学的存続範囲を有することができる。図示のような天候の
場合ダイメンションは航空機に対する予想軌道の大きな面積及び不確定性を示す
。セグメントはまた図７に示すように互いに異なるダイメンションを有すること
ができる（無論セグメント１２０−１６０のダイメンションもまた互いに異なる
ようできよう）。

【００３３】 図７は移動する危険体を処理するため両軌道に対し特徴を加える。固定の地形
との交差は軌道チューブ１００の空間座標を同一座標での地形と比較することの
みなので、三次元比較で十分である。移動可能な危険体は時間の要素を加え、従
って交差を検出するため４次元比較を必要とする。しかして軌道１００は航空機
の現在位置７０２の周囲にバブル７０１を含み、軌道７００は天候の公称位置７
０４の周囲にバブル７０３を付加する。バブルの両方は現在位置での不確定性を
パラメータ化する軌道に沿った長さダイメンションを有する。この長さは一定で
あり、丁度セグメント７２０の増加する幅が天候軌道の横方向の不確定性を増加
を示す場合のように予想軌道に沿った不確定性の増加を反映させたい場合、変更
可能にされよう。

【００３４】 航空機の飛行プランが移動する危険体と衝突するか否かを検出することは、バ
ブル７０１、７０３が空間と時間の両方で重なるか否かの決定となる。線形プロ
グラミング式のコスト関数はＴ^＊＝ｍｉｎ（ｔ_ｅｎｄ−ｔ_{ｓｔａｒｔ}）となり、
ここにｔｅｎ及びｔｓｔａｒｔはバブル７０１、７０３の両方の時間の２個のフ
リーパラメータである。２個のバブルが重なる最初及び最後の可能時間はｔ_ｍｉ
ｎ及びｔ_ｍａｘである。これらの値は軌道チューブ１００、７００の定義、ｔ_ｍ
ｉｎ＝ｍａｘ（ｔ_ｓａ，ｔ_ｓｈ）及びｔ_ｍａｘ＝ｍｉｎ（ｔ_ｅａ，_ｔｈｅ）に左
右され、ここに４個の変数は航空機及び危険体の軌道の開始時間及び終了時間で
ある。図４に関連して説明した不等号制約の種類は１４個ある。この内の１２は
２個のチューブ１００、７００の６個の側部を示す線形式である。残りの２個は
時間ダイメンションｔ_ｍａｘ ｔ_ｅｎｄ及びｔ_ｍｉｎ ｔ_{ｓｔａｒｔ}の制約であ
る。重なりの決定により、１４個の制約内のフリーパラメータｔ_ｅｎｄ及びｔ_{ｓ
ｔａｒｔ}が変化される。このような値が存在するとき、従来の線形プログラミン
グ法により評価されるようなコスト関数Ｔ^＊はゼロより小さくなる。この軌道チ
ューブの空間と時間の両方でのこのような交差は警報状態を報知している。

【００３５】 この実施形態では衝突に対するサーチが航空機及び危険体軌道の全ての可能な
組み合わせを比較することである。計算上最少の比較動作は、２個だけのスカラ
ー不等号の評価に係り時間に関し重ならないセグメントを除去することにある。
従って一時的除去がまず行われる。次に空間交差は軌道と地形間の交差を検出す
る場合と同一の方法で線形プログラミングの可能性があり、パス中自動的に処理
される。

【００３６】 図８は本発明による飛行プランを評価するためのシステム８００を示す。軌道
発生器８１０は飛行プラン８１１及びパラメータ値８１２を入力し、セグメント
の平行四辺形あるいは多角形に変換し、これらの多角形は図１に示すように航空
機の飛行プランの軌道モデル８１３を構成する。危険体発生器８２０は生の危険
体データ８２１及び少なくとも移動する危険体に対してはパラメータ値８２２を
入力する。このデータは航空機の離陸前あるいは飛行中に入力され、移動する危
険体は予想外に変化する場合が多いことに起因する。コンバータ８２０は危険体
のモデル８２３を発生する。地形危険物に対しては、モデルは図２及び図３に示
すような幾何学的位置により記憶される階層パス高度を含む。移動する危険体の
場合、モデルは図７に示すように航空機の軌道の場合と同様に構成されるセグメ
ントを含む。この場合両方のモデルは時間情報を含む。他の危険体は異なるよう
にモデル化されよう。

【００３７】 検出器８３０はモデル８１３、８２３を入力し、その間に衝突があるか否かを
決定する。例えば地形危険物の場合、検出器は航空機軌道が同一の幾何学的点で
の地形の高度特徴部と衝突する点を求める。移動する危険体の場合、衝突は空間
及び時間の両方での航空機軌道と危険体軌道との重なる、即ちこれらの２軌道の
バブルの重なりである。他の危険体モデルは他の方法で衝突を検出できる。誤差
状態信号８３１は衝突を示す。この信号は警報８４０をシステムオペレータ、飛
行プラン設計者あるいは他の人に対し発生する。点線８３２は衝突状態により飛
行プランの編集または変更が開始され、衝突を避けることができることを示す。
この変更は飛行開始前あるいは飛行中に行うことができる。

【００３８】 システム８００は多くの方法、例えばプロセッサ、メモリ及び入出力装置を有
する汎用コンピュータで実施可能である。航空機のナビゲーション及び通信シス
テムと一体化された専用コンピュータもオプションとして利用できる。

【００３９】 図９は本発明による飛行プランを評価するプロセス９００の概略を示す。操縦
センターあるいは他の場所から航空機の飛行プランから開始するブロック９１０
は図１に関連して説明したようなウエイポイント及びパラメータの入力値から飛
行プランを囲む軌道チューブのセグメントを定義する。

【００４０】 ブロック９２０はパッチの位置及びレベルが図２、図３のデータ構造内に暗示
するように幾何学的地域のパッチ及びサブパッチからなる階層組としての地形デ
ータを構築し、最大及び最小高度とサブパッチに対するポインタをリストする。
ブロック９２１は地形データの関連する部分を地上あるいは航空機内のコンピュ
ータに記憶する。ブロック９３０はブロック９３１が軌道チューブに関連する地
形パッチすべてを発見するに伴い、セグメントを反復する。ブロック９３１が図
４に示す線形プログラミング制約を用いてチューブにより被覆されるパッチを決
定する間、ブロック９４０は各セグメント内のパッチをループする。ブロック９
５０は現在のセグメントが図５及び図６の方法を用いて地形と交差するか否かを
決定する。ある点で交差が生じる場合、ブロック９６０は誤差あるいは警報信号
を発生し、飛行プランが安全ではないこと示す。

【００４１】 移動する危険体がモニターされている場合、ブロック９１１は航空機の周囲に
バブルを定義する。図８に関連して説明したように、このバブルは空間及び時相
パラメータの両方を有している。ブロック９７０は移動する危険体に対する軌道
チューブの１以上のセグメントを構築あるいは定義する。複数の危険体チューブ
（図示せず）も可能である。ブロック９７１は危険体の空間及び時相パッチを含
むバブルを定義する。ブロック９８０、９９０は両軌道チューブのセグメントを
反復する。ブロック９９１、９９２は空間及び時間的制約式の両方を用いて、チ
ューブが空間及び時間的に重なるか否かを検出する。重なりがいずれかのセグメ
ントに存在する場合、ブロック９６０は誤差警報を発する。飛行プラン全体のい
ずれもモデル化危険体のいずれに対して安全である場合、出口９０１は許容でき
ることを示す。誤差及び安全状態は航空機のパイロットまたは他の人に対し信号
により知らせることができる。

【００４２】 結論： 本発明は定義可能な存続範囲ないしは動作を有する平行四辺形または他の多角
形のような形状としてモデル化可能な三次元あるいは四次元の多くの特徴部のい
ずれかとの交差に対し予想軌道を評価する。有限容積軌道は最小離間距離及び不
確定性を含む。航空機の軌道チューブを階層的方法で境界付けすることにより、
危険体への近傍点を効率的にサーチできる。航空機軌道チューブと固定及び移動
する危険体との間の衝突を検出するのに、十分に開発され効果的な制約最適化技
術がされる。飛行プラン評価をユーザへの連絡により改正がより迅速且つ容易に
実行できる。

【００４３】 以上本発明を好ましい実施形態に沿って説明したが、ここに記載の本発明の請
求項を冒頭に記載する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は航空機の飛行プランの軌道チューブを示す図である。

【図２】 図２は地形地帯を階層的表現で示す図である。

【図３】 図３は図２の地形図のデータ構造を示す図である。

【図４】 図４は代表的軌道セグメント及び関連する地形パッチを示す図である。

【図５】 図５は軌道と地形パッチとの間の間隙を決定する、比較手順を示すフローチャ
ートである。

【図６】 図６は図５により検査される異なる形態を示す図である。

【図７】 図７は図１の飛行プランに対し移動中の危険体を付加したことを示す図である
。

【図８】 図８は本発明による飛行プランを評価するシステムのブロック図である。

【図９】 図９は図８のシステムの動作のフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ， ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，Ｌ Ｓ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，Ｔ Ｔ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有限の空間的存続範囲を示すパラメータを有するセグメント
   からなる組を含む軌道として予想プランを定義する工程と、有限空間的存続範囲
   を有する特徴部の集合として危険体を表現する工程と、セグメントの少なくとも
   １の少なくとも一部が危険体の特徴部のいずれかと衝突するか否かを決定する工
   程と、衝突信号を合図として送る工程とを包有する危険体との衝突に対する予想
   プランを評価する方法。
2. 【請求項２】 それぞれ複数のダイメンションで有限存続範囲を有する幾何
   学的地域内のセグメントからなる組を含む軌道をモデル化する手段と、軌道モデ
   ルの幾何学的地域内の危険体の所定の特徴部を示すデータを含み危険体をモデル
   化する手段と、セグメントのいずれか一部が幾何学的地域のいずれかの部分内の
   危険体モデルと衝突するか否かを決定する手段と、決定手段の応じて衝突を示す
   誤差状態を発生する手段とを備える危険体に対する予想プランを評価するシステ
   ム。
3. 【請求項３】 ウエイポイントにより定義される複数のセグメントを含む予
   想軌道を備え、セグメントの夫々が横方向の存続範囲パラメータを有する垂直パ
   ス及び高度存続範囲パラメータを含む垂直パスを含む予想プランを評価するディ
   ジタル機構。