JP2005140795A - 近接／編隊内位置決め衝突回避システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、受動運行警報衝突回避システム（ＴＣＡＳ）およびＭｏｄｅ−Ｓデータ・リンク・トランスポンダを使用し、編隊航空機の複数セル内での分散型編隊内制御を提供する。
【解決手段】
受動運行警報衝突回避システム（ＴＣＡＳ）は、ＴＣＡＳコンピュータが編隊内で飛行中のそれぞれの航空機のトランスポンダに質問する必要なく、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ・メッセージを受信し処理することに基づいている（すなわち、受動ＴＣＡＳ）。Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダは、ＡＤＳ−Ｂ全地球測位システム（ＧＰＳ）スキッタ・データをＴＣＡＳコンピュータに提供する。ＴＣＡＳコンピュータは、航空機の複数のセルのトランスポンダに質問する必要なくデータを受信し処理する。このシステムは、編隊で飛行中の２機から２５０機の航空機を選択可能な距離で安全に分離することを可能とする。
【選択図】図１

Description

関連明細書
本明細書は、本明細書と同日に申請された係属の明細書、名称「ＴＣＡＳ用垂直速度指示器／運行最小識別距離助言表示器」に関連する。
本発明は、一般的に衝突回避システム（ＣＡＳ）の航空電子工学の分野に関する。更に詳細に、本発明は、一般的に航空機搭載運行警報衝突回避システム並びにトランスポンダに関する。ここに記載される衝突回避システムは、例えば、夜間／計器飛行条件下での大規模飛行編隊内の航空機位置決めおよび分離能力を有する。

１９５６年のグランド・キャニオンでの２つの定期航空機同士の衝突に刺激されて、定期航空会社は、衝突回避の概念の研究を開始した。１９８０年代後半、航空機搭載衝突回避が定期航空会社、航空機業界およびアメリカ連邦航空局（FAA : Federal Aviation Administration）と協力して開発された。運行警報衝突回避システムII（TCASII : Traffic Alert and Collision Avoidance System II）と呼ばれるシステムは、１９９０年代の初期までにほとんどの商業航空機に搭載されるように議会により指令された。航空機搭載衝突回避システムの開発年表が１９９０年３月、米国運輸省連邦航空局発行の「TCASIIの紹介」に示されている。

効果的な航空機搭載ＣＡＳの開発は、多年に渡る航空機社会の目標である。航空機搭載衝突回避システムは、他の航空機との衝突予防を提供し、これは、地上航空管制とは独立している。航空機業界で良く理解されるように、他の航空機との衝突の回避は、非常に重要な試みである。更に衝突回避は、軍および商用航空機の両方に対して同様に問題である。加えて近接した飛行編隊から多数のＴＣＡＳインタロゲーションが同時に発せられると、重大な無線周波（ＲＦ）干渉を発生し、他の航空機および障害物に対して詳細な位置／分離基準を維持する有効性を低下させる可能性がある。従って飛行機旅行の安全性を推進するために、他の航空機との衝突を回避するシステムが非常に望まれている。

上記の問題に加えて航空機、特に軍用機では精密な空中降下、空中集結、空中給油および夜間並びに発見される確率が低い計器気象条件を含む全天候条件下での航空機／地上協調作戦を実施することが望ましい。また、これらの航空機は、最少２機から２５０機もの航空機編隊位置および分離を１５０メートル（５００ｆｔ）から１８０キロ・メートル（１００ｎｍ）の選択可能な範囲で、防衛計画ガイドラインに記述されているように全計器飛行規則（IFR : Instrument Flight Rule）高度で維持できるようにすることが望ましい。また、このシステムは、現行の編隊内位置保持機器（SKE : station keeping equipment）システムと互換性があるようにすべきであり（主として経済的な理由で）、そうでなければＳＫＥを装備した航空機とＩＭＣ編隊を組むことが出来なくなるからである。

図１を参照すると、ここには従来型ＴＣＡＳシステムのブロック図が示されている。図１には、ＴＣＡＳ指向性アンテナ１０、ＴＣＡＳ全方向性アンテナ１１およびＴＣＡＳコンピュータ・ユニット１２が示されており、コンピュータ・ユニットは、受信機１２Ａ、送信機１２Ｂおよび処理装置１２Ｃを含む。また音声告知装置１３、運行助言（TA : traffic advisory）表示器１４および最小識別距離助言（ＲＡ）表示器１５も示されている。これに代わってＴＡおよびＲＡ表示器を１台の表示器に組み合わせることもできる（図示なし）。トランスポンダは、トランスポンダ・ユニット１６Ａ、制御パネル１６Ｂおよびトランスポンダ・アンテナ１６Ｃおよび１６Ｄで構成されている。ＴＣＡＳおよびトランスポンダは、協調して動作し、衝突回避システムとして機能する。例えば、全方向性アンテナ１１を当業者には良く知られているように指向性アンテナと置き換えるといった多くの別の構成が可能である。ＴＣＡＳの動作およびその種々の構成部品は、当業者には良く知られており、本発明を理解するためには不要である。

ＴＣＡＳシステムにおいて、インタロゲータおよびトランスポンダは、共に航空機搭載であり、航空機同士の１つの通信手段を提供する。トランスポンダは、問合せに対して回答を送信することで応答し、これは、インタロゲータで受信され処理される。一般的に、インタロゲータは、受信機、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）、ビデオ量子化器、立ち上がり検出器および復号器を含む。インタロゲータで受信された回答は、一連の情報パルスから成り、これは航空機を識別したり、高度またはその他の情報を含む。回答は、パルス位置変調（PPM : pulse position modulated）信号であり、これは航空管制レーダ・ビーコン・システム（ATCRBS : Air Traffic Control Radar Beacon System）形式またはモード選択（Mode-S : Mode-Select）形式のいずれかで送信される。

ＴＣＡＳII搭載航空機は、そのＴＣＡＳII搭載航空機の半径約３０キロ・メートル以内の他の航空機を監視することができる。米国特許第５，８０５，１１１号（拡張範囲ＴＣＡＳを実現する方法および装置）は、拡張された範囲のＴＣＡＳを記述している。侵入航空機が脅威と判断されると、ＴＣＡＳIIシステムは、パイロットに対して危険を警告し、パイロットに対して侵入航空機に対する方位と距離とを知らせる。その脅威が解決されず衝突またはニアミスの可能性がある場合は、ＴＣＡＳIIシステムは、パイロットに対して回避動作、例えば、衝突を避けるための上昇または降下を助言する。

過去に於いて、上述のものに加えて編隊飛行中の航空機の衝突回避を行うシステムが開発されてきている。その様なシステムの１つの型式がアライド・シグナル・エアロスペース（Allied Signal Aerospace）から提供されており、強化運行警報衝突回避システム（ETCAS : Enhanced Traffic Alert Collision Avoidance System）として知られている。このＥＴＣＡＳは、通常、衝突回避および見張りおよび軍隊固有作戦に対する編隊／検索モードを提供する。

アライド・シグナルＥＴＣＡＳには、いくつかの欠点がある。第１に、ひとたび航空機が編隊に合流すると、ＥＴＣＡＳは、自己またはその他の機上搭載システムと組み合わせても、その編隊内で航空機の位置および分離を維持することができない。このＥＴＣＡＳは、単に状況認識ツールであって、編隊メンバーを航空機のトランスポンダから送信されたモード３／Ａコードを受信することで識別する。ＥＴＣＡＳは、編隊位置誤差を補正するために、その他の航空機とインタフェースすることはない。ＥＴＣＡＳは、実際の航空機編隊メンバー識別およびランデブ・システムであり、真の編隊内位置決め衝突回避システムとしては不充分である。第２に、ＥＴＣＡＳ垂直速度指示器／運行最小識別距離警報（ＶＳＩ／ＴＲＡ）表示器は、先頭編隊およびメンバ航空機の相対速度（距離速度）を告知しない。ＥＴＣＡＳは、ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器で告知された編隊航空機の相対速度なしの部分でのみかろうじて有効である。従って、パイロットは、特に限界旋回作戦中に先頭航空機との編隊位置を維持するための相対速度基準を持たない。第３に、ＥＴＣＡＳ編隊／検索モード技術は、完全に能動ＴＣＡＳインタロゲーションに基づいている。トランスポンダ・インタロゲーションおよびその結果のモードＳトランスポンダ応答は、航空機の大規模編隊ではＲＦ受信干渉を極端に増加させ、精密な位置／分離基準を維持する有効性を劣化させかねない。加えて、ＲＦの合成レベルが増加するということは、大規模編隊が検出されないで密かに空域を横断することを著しく制限する。

別の問題が以前のシステムで提起されており、そこでは既存軍用機上の編隊内位置保持機器（ＳＫＥ）は、１６機のみの航空機編隊しかサポートできないことである。

（発明の簡単な概要）
本発明の下記の概要は、本発明に独特の発明的特徴のいくつかの理解を容易にするために提供されており、完全に説明することを意図したものではない。本発明の種々の特徴の完全な理解は、全明細書、特許請求の範囲、図面および要約を全体として把握することで得られる。

本発明は、大規模航空機飛行編隊、例えば、戦略輸送物資投下を実施する空軍編隊の航空機位置および安全な分離を維持するシステムおよび方法を記述しているが、これは航空機編隊飛行ユニットのアプリケーションを含む全ての航空サービスで使用できる。本発明は、受動運行警報衝突回避システム（ＴＣＡＳ）およびＭｏｄｅ−Ｓデータ・リンク・トランスポンダを使用し、編隊航空機の複数セル内での分散型編隊内制御を提供することを含む。

１つの実施例において、本発明は、データ・リンクＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダを含み、これはＡＤＳ−Ｂブロードキャスト・データを生成し送信する。このようなＡＤＳ−Ｂブロードキャスト・データは、ホスト航空機の航空機位置情報を含む。本発明は、また、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダと通信を行う受動運行警報衝突回避システム（ＴＣＡＳ）コンピュータも含む。ＴＣＡＳは、別の航空機（例えば、同一編隊内の後続航空機）に搭載配置されている別のデータ・リンク・トランスポンダからのブロードキャスト・データを受信および処理し、他の航空機に対するホスト航空機の相対航空機位置を決定する。

本発明の更に別の実施例において、データ・リンクＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダは、ＴＣＡＳコンピュータと通信している。ＴＣＡＳコンピュータは、トランスポンダからのブロードキャスト・データを受信および処理する。ＴＣＡＳコンピュータは、また飛行作戦コンピュータとも通信し、これは、ＴＣＡＳコンピュータからブロードキャスト・データを受信し、そのブロードキャスト・データに基づいて操縦指令を生成する。本発明は、高速デジタル通信リンクを含み、これは作戦コンピュータに動作可能的に接続されており、他のもう１機のトランスポンダ搭載航空機に操縦指令を送信するために使用され、その操縦指令は、別の航空機で処理される。他の航空機は、その操縦指令を用いてホスト航空機に対するそれ自身の位置決めを行う。これは編隊内位置保持機器または自動飛行制御装置のいずれかで実施できる。

本発明の方法は、トランスポンダを（１つまたは複数の航空機上に）備え、ＡＤＳ−Ｂブロードキャスト・データを生成および送信して相対航空機位置を決定するステップと、ＴＣＡＳコンピュータをホスト航空機上に具備するステップを含む。ＴＣＡＳは、トランスポンダと通信して、トランスポンダからのＡＤＳ−Ｂブロードキャスト・データを受信および処理する。この方法は、編隊飛行中に互いに航空機の位置決めおよび分離を（自動的に）、ブロードキャスト・データに基づき、例えば自動飛行または編隊内位置保持装置を用いて行うステップを含む。この方法は更に、ＴＣＡＳコンピュータと通信する作戦コンピュータを具備し、ブロードキャスト・データをＴＣＡＳコンピュータから作戦コンピュータに送信し、ブロードキャスト・データを処理し、航空機間で高速データ・リンクを介し処理されたブロードキャスト・データを選択的に送信するステップを含む。処理するステップは、更に目標航空機への距離、距離速度、相対高度、高度速度および方位をＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダから受信されたブロードキャスト（ＡＤＳ−Ｂ）データに基づいて計算し、航空機がそのＴＣＡＳ搭載航空機の空域に侵入しているか否かを決定するステップを含む。選択的に送信するステップは、例えば、個々の航空機の独特の飛行識別子を用いて行われる。この方法は、また編隊飛行中の航空機の予め定められた領域に侵入機が侵入する際に航空機のパイロットに警報を発し、予め定められたセルまたは空域内の航空機の距離速度または相対速度を表示するステップを含む。この方法は、更に航空管制レーダ・ビーコン・システム（ＡＴＣＲＢＳ）メッセージがＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダから送られることを禁止するステップを含む。

本発明は、２５０機の航空機の飛行編隊を複数の航空機編隊セル・ユニットの分散制御を通して支援することが可能である。これは互いに全計器飛行規則（ＩＦＲ）高度である１５０メートルから１８０キロ・メートルの範囲の編隊航空機位置を維持するための受動見張り技術を使用する。更新された航空機位置情報は、定期的にブロードキャストされる（例えば、毎秒２回）。自動従属見張りブロードキャスト（ＡＤＳ−Ｂ）情報のこれらの周期的Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ送信は、送信され、他のＴＣＡＳ搭載航空機のＴＣＡＳによって受信される。この拡張されたＡＤＳ−Ｂデータ送信は、ここでは全地球測位システム（ＧＰＳ）またはＭｏｄｅ−Ｓスキッタと呼ばれる。航空機位置、相対高度および速度は、垂直速度指示器／運行最小識別距離警報（ＶＳＩ／ＴＲＡ）表示器（例えば、陰極線管または平板表示器）に提示され、航空機作戦コンピュータの編隊内位置決め衝突回避システム（ＩＦＰＣＡＳ）データ融合センターで処理される。作戦コンピュータは、ＴＣＡＳコンピュータからデータを受信し、そのデータを処理して、例えば、距離および距離速度を求め、作戦コンピュータは、そのデータを編隊内位置保持機器のような外部機器で使用可能な形式とする。操縦指令が生成され種々のまたは個別の編隊航空機に分配される。操縦指令は、機上編隊内位置保持機器（これは、ヘリコプタ位置決めを保持するためにも使用できる）または自動パイロット装置を用いて実行される。本発明の受動見張り技術は、大規模航空機編隊が検出される恐れのある距離を著しく削減し、結果としてＲＦ干渉が小さくなり、連続的な位置および分離訂正更新が維持される。

本発明は、いくつかの問題を解決し、それらは限定されるわけではないが下記を含む。夜間／計器気象条件での非常に大規模な飛行編隊（例えば、１００機）での航空機の位置および分離を操縦指令を編隊内に分配するＡＤＳ−Ｂ情報および高周波数データ・リンク（および随伴アンテナ）を用いて行う装置を提供し、航空機作戦コンピュータをＴＣＡＳから受信された同化ＡＤＳ−Ｂ情報に基づき操縦指令を生成するデータ融合センタとして用い、多重同時ＴＣＡＳインタロゲーションおよびＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ応答から結果として生じるＲＦ干渉の量を削減する。本発明は、夜間および計器気象条件（ＩＭＣ）下の２から１００機また最大２５０機の航空機間の安全な分離を維持する。本発明は、１５０メートルから１８０キロ・メートルの選択された距離で、全計器飛行規則（ＩＦＲ）高度での航空機位置／分離を可能とする。本発明は、統合航空機位置決め／分離制御に対する解決を提供する。

本発明の新規な特徴は、当業者には以下の本発明の詳細な説明から理解され、または本発明を実施することで習得することが可能である。しかしながら、本発明の詳細な説明および提示されている特定の例は、本発明の一実施例を示しているが、これらは図示を目的としてのみ提示されており、本発明の精神および範囲内での種々の変更および修正は、当業者には発明の詳細な記述および添付の特許請求の範囲から明らかである。

（ＩＶ．図面の簡単な説明）
添付図面の同一参照番号は、個々の図面を通して同一または機能的に類似の構成要素を参照し、それらは明細書に組み込まれ、その一部を形成し、更に本発明を図示し、発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明している。

（発明の詳細な説明）
受動衝突回避システム（ＣＡＳ）は、本発明で実施され、編隊セルおよび各々のセル内の後続航空機間の選択可能な分離を統合化された制御システムを用いて維持する。受動ＣＡＳは、本発明では、集中化制御と複数航空機編隊セルの分散実行を使用して実現される。本発明は、Ｍｏｄｅ−ＳトランスポンダからのＴＣＡＳおよび全地球測位システム（ＧＰＳ）スキッタ・データを使用する。ＧＰＳスキッタ、Ｍｏｄｅ−ＳスキッタおよびＡＤＳ−Ｂという用語は、同一のものを意味し、本発明の説明を通して拡張されたデータ送信を説明するために、交換可能に使用されている。

多数の編隊航空機（例えば、ＩＭＣおよび夜間飛行条件での大量軍事投下）を集合させることは、位置決め／分離制御の問題であり、これは本発明で２つの部分で実現される。
１）不必要な運行助言または最小識別距離助言無しで近接編隊飛行を可能とする従来型ＴＣＡＳ、例えば、ハネウェルＴＣＡＳ−２０００（製品番号ＲＴ−９５１）の修正変更または拡張、
２）航空機位置を処理するためのＭｏｄｅ−ＳトランスポンダからのデータおよびＡＤＳ−Ｂや編隊内操縦指令のようなデータを航空機間で送るために外部高周波数（例えば、ＶＨＦ，ＵＨＦ）データ・リンク（送信機および受信機）を添付アンテナと共に使用する。

図２を参照すると、ここには投下領域２６０へ向かっている航空機編隊とそのメンバーの例が示されており、その投下領域へは編隊内位置決め衝突回避システム（ＩＦＰＣＡＳ）が必要である。隣接する航空機は、互いにきわめて近接して飛行しているが、同一セル以外の部分は、受動ＴＣＡＳ検出および処理を使用して安全な分離を維持することができる。大規模編隊（マスタセル）２００は、より小さなセル２１０，２２０，２３０，２４０に分割することが可能で、それらはセル後続機２１２，２２２，２３２，２４２の中で航空機分離を維持する責任を有するセル・リーダ２２５，２３５，２４５を具備する。１つのセルは、約２−５０機の航空機のより小さな編隊として定義される。大規模編隊（最大２５０機）２００は、その中に多数のセルを含む。マスタ編隊リーダ（MFL : Master Formation Leader）２５０は、複数セル２１０，２２０，２３０，２４０間の分離を維持する責任があり、これらが全編隊２００を構築する（ＭＦＬは編隊後続機のビーコンとして動作する）。

ＭＦＬ２５０は、セル・リーダのトランスポンダから周期的にブロードキャストされる情報、特に全地球測位システム（ＧＰＳ）スキッタ・データを用いてセル分離を維持する。ＭＦＬ２５０は、データを各々のセル・リーダ２２５，２３５，２４５の航空機から受信する。各セル・リーダ２２５，２３５，２４５の航空機は、独特のＭｏｄｅ−Ｓ ２４ビット・アドレスで識別される。編隊セルおよびその他の複数の編隊の詳細な位置の配置は、ＧＰＳスキッタ・データで正確に追跡できる。ＭＦＬ２５０は、全てのセル位置のデータを融合する。このようなデータ融合は、ＭＦＬの飛行管理システム（ＦＭＳ）ＩＦＰＣＡＳデータ融合センタの中で実施され、これは図５に示されており、後で説明する。個別のセル操縦指令はＭｏｄｅ−Ｓデータ・リンクを介してセル・リーダ２２５，２３５，２４５の航空機に送信され、これは図４に示されており、後で説明する。操縦指令は、個別のセル・リーダに対して、それらの独特のＭｏｄｅ−Ｓ ２４ビット・アドレスに従って送られる。ＭＦＬ２５０、セル・リーダ２２５，２３５，２４５およびセル後続機は、それらのＭｏｄｅ−Ｓ ２４ビット・アドレスおよび／または各々の航空機に割り当てられた飛行識別子で識別され、既存のＭｏｄｅ−Ｓメッセージ型式の一部として送信される。

セル・リーダ２２５，２３５，２４５は、続いて操縦指令をそれら自身のＦＭＳ内部で処理し、操縦指令をそれらのセル内の構成航空機に分配する。個別のセル航空機は、それらの編隊内位置保持システム・デジタル・データ・リンクを介してセル・リーダから動作するように指示された場合、操縦指令に基づいて動作する。全てのＭｏｄｅ−Ｓメッセージは、周期的冗長化検査（２４ビット誤り検出符号）を含み、誤った情報が航空機で受信されることを防止していることを注意される。

ＧＰＳスキッタは、また同様な方法で、複数編隊が内部飛行および選択可能な距離で位置／分離を維持することが可能なように使用できる。複数編隊シナリオでは上級マスタ編隊リーダ（ＳＭＦＬ）がＡＤＳ−Ｂ情報をＭＦＬから受信する。ＳＭＦＬは、融合データを処理し、操縦指令を編隊要素マスタ・リーダに分配し、複数編隊間の位置および分離を維持する。

この分散型編隊位置制御手法は、単一点故障を防止し、ＭＦＬ２５０およびセル・リーダ２２５，２３５，２４５の責任を下位の編隊航空機に送るという柔軟性を具備している。

図３を参照すると、本発明の受動見張りシステムのグラフ表現が示されており、これは近接編隊衝突回避を実現するために使用される。ここで使用されるように受動見張りとは、近接編隊衝突回避が能動ＴＣＡＳ運行助言インタロゲーションなしで実現できることを意味する。従来型ＴＣＡＳは、能動ＴＣＡＳ運行助言インタロゲーションと共に動作する。受動見張りは、Ｍｏｄｅ−ＳトランスポンダＧＰＳスキッタ・ブロード・キャストおよびそのデータの後続のＴＣＡＳ受信および処理を通して実現可能で、航空機の位置を表示する。

図３は、本発明の例として示す実施例を図示する。２機のみの航空機システムしか図示されていないが、複数の航空機が航空機No.1とNo.2の間に示されているのと同様の関係を持つ事は、当業者には明らかである。編隊内で航空機No.1は、ＭＦＬを表す。ＴＣＡＳの動作および図示されている各々の構成部品は、当業分野で良く知られており、詳細に説明する必要はない。Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダの様な運行管制システム・トランスポンダは、ユニークな航空機識別子を含み目標航空機からの各メッセージに目標航空機の識別子のスタンプを付けられるようにしている。ＡＤＳ−Ｂメッセージは、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０から予め定められた間隔、例えば、毎秒１回または２回でブロードキャストされ、それぞれの航空機の地理的座標（経度および緯度）、機首磁気方位、速度、意図飛行経路、気圧高度および飛行識別子などを含む。その様なＡＤＳ−Ｂデータセットは、航空機のＧＰＳ、慣性航法システム（INS : Inertial Navigation System）および飛行管制システム（ＦＭＳ）（図示なし）からバス・インタフェース、例えば、高速ＡＲＩＮＣ４２９バス・インタフェースを介して導き出され、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０に供給される。ＴＣＡＳ搭載航空機で受信されたＡＤＳ−Ｂデータは、処理されてコックピット内に表示され、飛行乗務員が衝突の可能性にアクセスし易く出来るようにしている。ＴＣＡＳ３５０は、ソフトウェアで処理されてＭｏｄｅ−Ｓスキッタ情報を受信し、目標の近接航空機の位置を計算する。目標距離、距離速度、相対高度、高度速度および方位は、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダから受信されたＡＤＳ−Ｂデータから計算され、このＴＣＡＳ搭載航空機No.1の空域に他の航空機が侵入しているか否かが判定される。編隊内で先頭航空機のみが全ての地上インタロゲーションへの応答を許されているが、それは無線周波数干渉およびＦＡＡ航空管制が非常に狭い領域からの複数の応答を解読できないからである。精度の観点から、本発明は、侵入航空機からブロードキャストされるＧＰＳ／ＩＮＳデータを使用しており、これは相対位置計算の代わりに多くの場合、１０メートルを超えない正確な位置計算を可能とする。相対高度、高度速度、距離および相対速度（距離速度）は、全て本発明の中で衝突を回避するために重要である。目標航空機のその他のパラメータは、意図する飛行方向および接近速度を求めるために考慮される。

航空機No.1のＴＣＡＳ３５０は、ＡＤＳ−Ｂデータを航空機No.2のＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０’からＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ・データ・リンクを通して予め定められた周波数、例えば１０９０ＭＨｚで受信する。同様に航空機No.1のＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０は、ＡＤＳ−Ｂデータを航空機No.2のＴＣＡＳ３５０’にそのＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ・データ・リンクを通して送信する。ＴＣＡＳ３５０は、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０とバス３７０、例えばＡＲＩＮＣ４２９バス・インタフェースを通して通信している。Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０は、ＴＣＡＳに航空機の高度情報を提供し、これはＡＤＣ３４０から導かれる。経度、緯度、速度、意図されている飛行経路等のＡＤＳ−Ｂデータ３１０は、全地球航法衛星システム／慣性航法システム（ＧＮＳＳ／ＩＮＳ）３３０からＴＣＡＳ（飛行管制システム（ＦＭＳ）（図示せず）を通して）およびＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０へ提供される。ＡＤＳ−Ｂデータ、例えば、高度は、航空データコンピュータ（ＡＤＣ）３４０からＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０へ提供される。

ここで言うＡＤＳ−Ｂメッセージは、５つの「拡張長さ」スキッタ・メッセージ、すなわち（１）拡張スキッタ機上位置、（２）拡張スキッタ機上速度、（３）拡張スキッタ地上位置、（４）拡張スキッタ航空機識別および（５）事象駆動スキッタを含む。編隊飛行に対して、本発明は、一次的にメッセージ形式（１）および（２）を受動的に機上で実施するために使用し、これらは以下に説明する。これらのＡＤＳ−Ｂメッセージに関する追加情報は、ＡＥＥＣ（定期航空会社電子エンジニアリング委員会:Airlines Electronic Engineering Committee）、ＡＲＩＮＣ（航空無線社:Aeronautical Radio, Inc）、プロジェクト報告書７１８Ａの草稿２、「MARK 4 AIR TRAFFIC CONTROL TRANSPONDER (ATCRBS/MODE-S)」１９９７年９月１２日に見られる。

拡張スキッタ機位置メッセージは、その航空機が離陸しているときにのみ発信される。この拡張スキッタ機位置メッセージは、航空機航法支援（ＧＰＳおよびＩＮＳ）から導かれた位置情報を含む。機上位置に対する拡張スキッタは、Ｍｏｄｅ−Ｓダウン・リンク形式メッセージ１７（ＤＦ０１７）として送信され、これは当業者に良く知られた形式である。このメッセージは、毎秒２回の割合でランダムな間隔で送信され、これは先行の拡張スキッタ機位置発信に対して０．４から０．６秒の範囲で均一的に分布される。

拡張スキッタ機速度メッセージは、その航空機が離陸している時にのみ発信される。拡張スキッタ機速度メッセージは、航空機航法支援（ＧＰＳ、ＩＮＳ）から導かれた速度情報を含む。拡張スキッタ機速度メッセージは、Ｍｏｄｅ−Ｓダウン・リンク形式メッセージ１７（ＤＦ０１７）として送信され、これは当業者に良く知られた形式である。このメッセージは、毎秒２回の割合でランダムな間隔で送信され、これは先行の拡張スキッタ機速度発信に対して０．４から０．６秒の範囲で均一的に分布される。

ＴＣＡＳ３５０が受動モードで動作していることは、すなわち他の航空機に対して能動的に質問する代わりにデータを受信し処理していることは重要である。従来型ＴＣＡＳ動作では、ＴＣＡＳおよびＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダは、最小識別距離助言情報を共有するか、またはＴＣＡＳが能動インタロゲーション・モードで動作中には協調メッセージと呼ばれる場合もある。本発明ではＴＣＡＳの能動インタロゲーションは、編隊飛行モードの時には不能化されている。

ブロードキャストＭｏｄｅ−Ｓスキッタ・データは、密接編隊衝突回避の鍵であるのみならず、大規模編隊グループ内のセルラ編隊の相対位置を効果的に制御するための鍵でもある。ここに提示されている編隊内位置システムは、分散型編隊セル制御手法に基づいており、これはＭｏｄｅ−ＳトランスポンダＡＤＳ−Ｂスキッタ、ＴＣＡＳ ＡＤＳ−Ｂ情報処理、作戦コンピュータ目標追跡処理および既存航空機ＳＫＥを利用する。この方法では、ＭＦＬは、セル・リーダのＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダから定期的にブロードキャストされるＡＤＳ−Ｂ情報を用いてセルの位置を維持する。

図４を参照すると、ＩＦＰＣＡＳモードで動作中の本発明の別の実施例が示されている。作戦コンピュータ４１０およびＳＫＥ３８０は、ＴＣＡＳ３５０と先に図３に関して説明したと同様に通信をしている。好適なＳＫＥは、シエラ・リサーチ（Sierra Research）、シエラ・テクノロジー社の１事業部から購入可能な製品 AN/APN-169C または AN/APN-240 を含むが、ＳＫＥの詳細は、本発明を理解するためには不要である。このシステム・アーキテクチャのより高いレベルは、図５に示されている。

図４には２機の航空機しか図示されていないが、複数の編隊ユニットで構成された非常に大規模な編隊（例えば、２５０機）も同様な方法で動作する。受動見張り手法は、１５０メートルから１８０キロ・メートルの範囲の選択可能な距離で全てのＩＦＲ高度で、相互飛行を行った編隊位置／分離を維持するための複数編隊を可能とする上で等しく効果的である。このシナリオの中で、「上級ＭＦＬ」は、ＭＦＬ ＡＤＳ−Ｂ位置情報を受信して操縦指令を生成し、これは先に説明したように階層的に分配される。

マスタ編隊リーダ（例えば、図２のＭＦＬ参照）は、後続のセルと通信する。ＴＣＡＳ３５０は、作戦コンピュータ４１０に対してＡＤＳ−Ｂのフル・セットから導かれた追跡データを提供する。作戦コンピュータ４１０は、編隊セル・リーダを航空機の独特の２４ビットＭｏｄｅ−Ｓアドレスで選択する。セル・ユニット位置および分離情報は、機上搭載作戦コンピュータ４１０で計算され、その結果の操縦指令は、セル編隊リーダに高周波数データ・リンク３９０を経由して配信される。操縦指令は、高周波数受信装置からセル・リーダの作戦コンピュータ４１０’へ転送され、これは続いてそれらをＳＫＥ３８０’に転送する。作戦コンピュータ４１０は、航空機誘導指令をそのＳＫＥ３８０にバス３８５を経由してＴＣＡＳ３５０から受信されたデータに基づいて提供する。後続航空機は、続いてセル・リーダのＳＫＥ指令を実行し、これは種々の指令、例えば編隊内の位置を維持するためのピッチ、ロールおよびスラストを含む。図５に示されたシステム・アーキテクチャは、ＩＦＰＣＡＳ制御装置を具備して図示されている。データ融合および制御法則は、作戦コンピュータ４１０の中にソフトウェア機能または個別のＶＭＥ処理カードとして実装されている。多重機能表示器（ＭＦＤ）５５０は、ＴＣＡＳ ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器６００の代わりに使用して編隊ＣＡＳ情報を表示することが出来る。ＭＦＤは、その上に表示されたＴＣＡＳ目標をＶＳＩ／ＴＲＡ６００に代わって、またはそれに追加して表示できる。

編隊メンバーの選択は、各々のＧＰＳスキッタ送信の終端部でブロードキャストされる独特の２４ビットＭｏｄｅ−Ｓアドレスを用いて実施できることに注意することは重要である。加えて、メンバ選択の第２手段は、飛行ＩＤを使用して行うことが可能であり、これはＭｏｄｅ−Ｓ拡張長さメッセージの一部として送信される。

編隊内位置非保持航空機編隊（例えば、タンカ・セル編隊）も同様の方法で取り扱える。実際ＴＣＡＳ登載タンカは、Ｍｏｄｅ−Ｓ ＡＤＳ−Ｂ情報を利用して特定の編隊航空機とのランデブを選択的２４ビット・アドレスまたはＭｏｄｅ−Ｓスキッタ・メッセージの中で送信された飛行ＩＤに基づいて行うことが可能である。その様な編隊内位置非保持航空機は、編隊ユニット内での位置と分離距離をＭＦＬおよび／またはセル・リーダ航空機からＭｏｄｅ−ＳスキッタＡＤＳ−Ｂデータを受信し、その航空機の作戦データをそのＭｏｄｅ−ＳスキッタＡＤＳ−Ｂデータに適合するように再構築して保持することができる。同様にランデブ航空機指導指令は、それらの作戦コンピュータからサービスを受ける航空機のＡＤＳ−Ｂ追跡データを用いて生成できる。これは特定編隊メンバ航空機を選択的に追跡するために独特のＭｏｄｅ−Ｓアドレスが使用できる別の例である。

図５を参照すると、ここには本発明に基づくＩＦＰＣＡＳアーキテクチャの１つの実施例が示されている。戦略的物資輸送空中投下（SBA : Strategic Brigade Airdrop）搬送航空機は、単にＶＳＩ／ＴＲＡが表示する地上目標／投下領域まで先に説明した位置決め手法を用いて自身で飛行する。航空機作戦コンピュータ４１０は、ＩＦＰＣＡＳ管制法５６０、ＦＭＳ５６５、データ融合５７０および表示器処理５７５に従うＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５を含む。

データ融合要素５７０は、周辺（デジタル）データ・リンク機器とインタフェースして、ＴＣＡＳ３５０、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０、ＶＨＦデータ・リンク無線５２０、ＳＫＥ３８０および領域マーカ受信機５１０から入手可能なデータを収集する。収集されたデータは、自動従属見張り（ADS : Automatic Dependent Surveillance）データ、編隊内位置保持機器（ＳＫＥ）データおよび運行警報衝突回避システム（ＴＣＡＳ）およびＭｏｄｅ−Ｓデータである。ＡＤＳデータは、この航空機の視界内の他の航空機また同様に航空管制（ＡＴＣ）地上局から受信される。ＳＫＥデータは、この航空機と現在同一編隊内にいる他の航空機から受信される。ＴＣＡＳ／Ｍｏｄｅ−Ｓデータは、この航空機の視界内の他の航空機また同様にＡＴＣ地上局から受信される。

このデータは、複数の独立した情報源から得られるので、この航空機の他の隣接する航空機に対して位置および状態が異なって表される。収集されたデータの総合的な組は、重複データまた場合によっては矛盾するデータを含む可能性がある。データ融合アルゴリズム（本発明を理解する上では、その詳細は不要である）が使用されて、このデータの総合的な組の相関を取って論理的で矛盾のない情報の副集合とし、これは重複データを除去し矛盾データを解消する。いくつかの副集合、すなわち、この航空機と現在の編隊を組んでいる航空機の副集合、隣接または編隊に参加している航空機の副集合およびこの航空機の視界内にいるが同一編隊では関連づけられていない航空機の副集合が含まれる。情報の各々の副集合は、識別データ、位置データ、意図データ、脅威優先順位データおよび各々の航空機の編隊内データを含む。

ＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５は、周辺データ・リンク機器とインタフェースして自己の現在の動作モードを決定する。ＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５の要素は、乗員指令入力およびデータ融合情報を受信して、どのＩＦＰＣＡＳ機能が動作中かを決定する。編隊内動作の間、ＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５は、乗員入力に応答して管制法５６０を起動して、データ融合情報を用いて航空機を編隊内で飛行させる。加えて、ＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５は、ＦＭＳ５６５とインタフェースして、編隊内の他の航空機との間で調整された飛行計画を変更するために制御データを通過させる。またＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５は、乗員入力に応答して、制御データをＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０およびＴＣＡＳ３５０に送ることでＲＦ放射を可能または最小とする。これは軍事作戦中に戦闘領域内またはその近くで敵の空軍がこの航空機を検出する可能性を最小とする。

ＩＦＰＣＡＳ管制法５６０は、データ融合情報とＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５入力とを使用して管制法アルゴリズムを処理する管制法であり、これは対空速度、高度、方位および自動飛行制御システム（ＡＦＣＳ）５３０の目標スロットルを当業者には自明の方法で計算する。従来型ＴＣＡＳの管制法は、当業者には良く知られているので、本発明の管制法は、当業者にはＳＫＥの様な外部機器をも考慮に入れて同様な方法で実現できる。ＡＦＣＳ５３０は、従来型航空機自動飛行制御システムであって、これは飛行指揮、自動パイロットおよび自動スロットル制御機能を提供する。ＡＦＣＳ５３０は、対空速度、高度、方位およびスロットル目標をＩＦＰＣＡＳ管制法要素５６０から受信し、この航空機を編隊内に制御する。これらの目標は、この航空機を編隊内にその他の航空機と共に維持し、乗員が入力した分離距離を保持するように使用される。

制御表示ユニット（ＣＤＵ）５４０は、乗務員が飛行パラメータをＦＭＳ５６５に入力するために使用されるインタフェースである。ＦＭＳ５６５は、従来型航空機飛行管理システムであって、これは飛行計画ルート、およびこれらのルート沿いの側方および垂直方向のガイダンスを提供する。ＦＭＳ５６５は、制御データをＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５から受信し、編隊内の全ての航空機の中で調整された飛行計画ルートの変更を完了する。

表示器処理５７５の要素は、従来型表示器処理機能であって、飛行乗務員に、例えば多機能表示器（ＭＦＤ）５５０上で情報を提供する。表示器処理５７５の要素は、表示データをＩＦＰＣＡＳ制御装置５５５およびデータ融合５７０機能から受信する。このデータは、運行情報のコックピット表示器（CDTT : Cockpit Display of Traffic Information）の統合された集合であって、これは隣接するトラヒックの明瞭で簡潔な説明を提示し、状況把握を改善する。

ＴＣＡＳ ＡＤＳ−Ｂデータを受信することの可能であり、編隊を組んでいない軍事および民間航空機は、自己のＶＳＩ／ＴＲＡ６００上で編隊航空機目標を見ることができる（図６参照）。編隊を組んでいる航空機は、最小識別分離距離助言を通知しないので、その進路から回避して操縦するのは、編隊を組んでいない航空機の責任である。

ＴＣＡＳ３５０は、ＡＤＳ−Ｂ情報を受信して処理し、相対航空機位置（距離、方位および高度）を垂直速度指示器／最小識別距離警報（ＶＳＩ／ＴＲＡ）表示器６００に表示する。本発明のＴＣＡＳがＩＦＰＣＡＳモード用に構成されている場合、最小識別距離助言は、禁止されるが、それはセル内で航空機がきわめて近接しているためである。もちろん、従来技術システムは、本発明のこの特徴とは別のことを教えているが、最小識別距離助言がその他の衝突回避状況では必要だからである。

領域マーカ受信機５１０は、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ３６０からのＧＰＳスキッタ・ブロードキャストと競い、これは精密投下を保証するために重要な鍵である。ＴＣＡＳ３５０は、ここに説明するように独特の記号で領域マーカを表す。領域マーカ受信機５１０は、１８０キロ・メートルの範囲の表示を更新することが可能である。しかしながら、種々の作戦シナリオで許容可能なＲＦ送信電力レベルに依存する。

ハネウェルＴＣＡＳ−２０００（例えば、ＲＴ−９５１）およびＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ（例えば、ＸＳ−９５０）は、ＴＣＡＳ−２０００ユニットを少し修正変更することにより、ここに記述した独特な編隊内位置要求に適合することが可能である。

修正変更または拡張されたＴＣＡＳ−２０００は、好適なＴＣＡＳであるが（最も最新の製品であるので）、その他のＴＣＡＳシステムもまた当業者には知られているように適合させ使用することが可能である。ＴＣＡＳ−２０００は、新たな運行警報衝突回避システムであり、ハネウェル社から購入可能であり、この会社は、またＴＣＡＳＩＩも開発した。標準（すなわち、ここに記述した修正変更前）のＴＣＡＳ−２０００機能は、通信、航行、見張り／航空運行管理（ＣＮＳ／ＡＴＭ）の要求に適合するように１４０キロ・メートルに拡大された表示範囲、種々の表示範囲（９，１８，３６，７２および１４０キロ・メートル）、５０機の航空機追尾（９キロ・メートル以内では２４機）、２０００キロ・メートル／時の接近速度、３０００メートル／分の垂直速度、通常脱離操縦、拡張脱離操縦、脱離操縦協調および空中／地上データ・リンクを含む。

図示を目的とし制限するものとしてではなく、入力／出力（Ｉ／Ｏ）カード３５０は、図４に示されるその他の構成要素に加えてＴＣＡＳ−２０００コンピュータに追加されている。このＩ／Ｏカード３５０は、ＴＣＡＳ−２０００コンピュータから航空機作戦コンピュータ４１０へのＡＤＳ−Ｂデータ・インタフェースを提供する。加えて、ＴＣＡＳ３５０は、その現在位置、高度および対空速度をＧＮＳ／ＩＮＳから導き出す。その様な情報は、このＩ／Ｏカード３５２を用いて航空機のＧＰＳ受信機およびＩＮＳシステム（３３０）とのインタフェースに内蔵される。Ｉ／Ｏカード３５２は、ＧＮＳＳ／ＩＮＳ３３０に対するＡＲＩＮＣ４２９インタフェースを内蔵し、それによりＴＣＡＳは、自己の地理的位置および対空速度基準を確立できる。ＴＣＡＳは、高度データをＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダから高速ＡＲＩＮＣデータバス経由で受信する。これらのパラメータは、正確な距離、距離速度、方位および隣接するセル編隊航空機の相対高度を精密に計算するために必要である。

ＴＣＡＳ−２０００コンピュータ処理ユニット・カード（図示なし）への修正変更は、フィルタ処理された平均距離誤差を約２１メートルから１５メートルに削減するために必要である。また制御パネルの修正変更は、ＩＦＰＣＡＳモード選択オプションを追加するため並びにおよび０．９キロ・メートル範囲選択オプションを追加するために必要である。

好適なＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダは、ハネウェル社のＭｏｄｅ選択（Ｍｏｄｅ−Ｓ）データ・リンク・トランスポンダ（製品番号、ＸＳ−９５０）であり、これは現在定義されている全てのＭｏｄｅ−Ｓ機能を実現している「全機能」であるが、将来の拡張に対する上位更新性が具備されている。当業者には明らかなように、その他のＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダを本発明の中で使用することができる。現在のＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダは、ＴＣＡＳおよびＡＴＣＲＢＳと一緒に使用され、識別ならびに高度を含む航空機位置の追跡を行う。Ｍｏｄｅ−Ｓデータ・リンク・トランスポンダＸＳ−９５０の製品は、航空機と航空運行管制との間でデジタル・メッセージの送信および受信を行う。これは変更１を含むＤＯ−１８１Ａに記載されているＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダに関する全ての要求に合致する。このユニットは、また現行の航空機輸送アプリケーションに対するインタフェースを具備したＡＲＩＮＣ特性７１８にも適応する。Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダは、拡張長さＭｏｄｅ−Ｓデジタル・メッセージを航空機と地上システムとの間で送信および受信することが可能である。このデータ・リンクは、更に効率的で前向きで、かつ、現行の音声システムでも可能な確認された通信を提供する。

本発明では従来型Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダに修正変更を加えて、ＩＦＰＣＡＳ動作モード中は、航空管制レーダ・ビーム・システム（ＡＴＣＲＢＳ）インタロゲーションを禁止する必要がある。ＲＦ放射レベルを更に削減するために、本発明は、更に外部ＲＦ電力ステップ減衰器を含み、これは、ＴＣＡＳ ＲＦボードへの変更を要求する。Ｍｏｄｅ−Ｓ ＲＦ電力送信レベルは、ピークが６４０ワットのパルスで、最低で２５０ワットである。パイロットの局から制御される外部減衰器は、非常に近接した航空機への放射レベルを削減し、発見される可能性の逓減に寄与し、また隣接航空機Ｌ帯域受信機が不感性化する機会を逓減する。編隊セル・リーダ（例えば、図２の２２５）のみがより高いＭｏｄｅ−Ｓスキッタ電力レベルを送信して、マスタ編隊リーダ（図２の２５０）との確実な編隊位置制御を保証している。ＧＰＳスキッタのブロードキャストに関しては、ハネウェルＸＳ−９５０Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダに対する修正変更は不要であり、それは既にＭｏｄｅ−Ｓ，ＩＣＡＯレベル４が可能だからである（すなわち、１６セグメント拡張長さ（１１２）ビット・メッセージを送信および受信する）。

市販のＴＣＡＳ２０００（またはその他のＴＣＡＳ製品）へのハードウェア修正に加えて、本発明では、これおよびＭｏｄｅ−Ｓ ＡＤＳ−Ｂシステムに対するソフトウェア修正を加えて、不要な回避操縦の回数を減らして近接編隊飛行を可能とするように意図されている。この修正変更には、例えば、市販のハネウェルＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダ製品ＸＳ−９５０へのＧＰＳスキッタ能力強化が含まれる。ＩＦＰＣＡＳモードが既存のソフトウェアに追加される。この独特のＴＣＡＳモード動作は、パイロット／オペレータに対して複数のＴＣＡＳ搭載航空機編隊の中で飛行中に状況認知を提供する。本発明のＩＦＰＣＡＳモードと従来型ＴＣＡＳ動作モードとの間の差には、これに限定するわけではないが、下記のものが含まれる。ＴＣＡＳインタロゲーション禁止、侵入機が保護空域に侵入した際または保護空域内である接近速度基準に一致した際の可視／可聴指示を具備したＶＳＩ／ＴＲＡ表示、約９００メートルの選択範囲（図６参照）での中心に置かれた（または何らかの位置決め）ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器、ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器での適切な大きさの距離環（例えば、１５０メートル）、予め定められた距離（例えば１５メートル）の最小識別距離を提供するための予め定められた距離（例えば２０メートル）での侵入機距離の量子化及びフィルタ処理、相対速度および編隊メンバー識別（図６）の追加告知、遮断干渉波制限ロジック、ＧＮＳＳ／ＩＮＳとインタフェースするために必要な変更、新たなデータ記録機パラメータおよび後続航空機の航空運行管制レーダ・ビーコン・システム（ＡＴＣＲＢＳ）を禁止する修正変更Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ・ソフトウェア・コードである（ＭＦＬのみがトランスポンダを可能化している）。これらの変更の全ては、当業者の知るところであって、その実現方法は、当業者には自明である。

ＴＣＡＳ−２０００ＧＰＳスキッタ・データ処理とＭｏｄｅ−Ｓ拡張長さメッセージＡＤＳ−Ｂデータ送信は、先に説明した本発明に基づくＴＣＡＳ−２０００変更７ソフトウェア修正の一部として実現される。既存の市販ＴＣＡＳ−２０００システムは、通常、ＴＣＡＳモード動作を維持しながらＩＦＰＣＡＳモードで動作するように修正変更が可能である。通常、ＴＣＡＳ運行助言／最小識別距離助言（ＴＡ／ＲＡ）機能は、航空機インタロゲーションおよび最小識別距離助言動作を防止するために禁止される。

トランスポンダ内のソフトウェアは、ソフトウェア開発ならびに検証に関するＦＡＡ要求である、ＤＯ−１７８Ｂで完成され検証される。ソフトウェア更新は、航空機上で、例えばＡＲＩＮＣ６１５携帯型データ・ローダにより完了することができ、これは前面コネクタに配置されているデータ・ローダ・ポートを有する。以上のソフトウェア修正変更は、当業者の良く知るところであって、それらの実現方法は、詳細に説明する必要はない。

図６を参照すると、ここには本発明に基づく垂直速度指示器／運行最小識別距離助言（ＶＳＩ／ＴＲＡ）（または運行助言／最小識別距離助言）表示器６００が示されている。図６は、編隊および非編隊メンバーのＶＳＩ／ＴＲＡ表示器６００の一例を図示しており、編隊セル航空機（飛行機アイコンで描かれている）、編隊先頭航空機２５０（菱形の内部に航空機アイコンで描かれている）および非編隊航空機（青色の菱形６２０および琥珀色の円６３０で描かれている）で識別されている。ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器は、異なる記号で編隊およびタンカー非編隊航空機を表示することも可能である。

図６に示されるように、本発明のＴＣＡＳ ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器は、ＴＣＡＳ搭載航空機６７０（点線範囲の円６４０内部の航空機アイコンとして描かれている）への相対高度６６０を示すのみではなく、ＴＣＡＳ搭載航空機６７０の編隊先頭２５０および後続航空機６１０，６８０に対する相対速度６５０（または距離速度）も告知する。自己の航空機位置は、航空機アイコン６７０で表示器下部に１２時の時計位置を向いて表される。航空機アイコン６８０の頭の数字（−０５）は、相対速度６５０，６５２，６５４を、例えば、海里／時で表し、目標下部の数字（例えば、−０１を示す６６０）は、相対高度を、例えば千フィートの単位で表している。負の数字は、目標航空機２５０，６１０，６８０がＴＣＡＳ搭載航空機６７０よりも遅い速度で飛行していることを示し、一方、正の数字は、目標航空機２５０，６１０，６８０がＴＣＡＳ搭載航空機６７０よりも早い速度で飛行していることを示す。この強化は、密集編隊で飛行しているパイロットに対して、ＴＣＡＳを価値を付加された計器とする。相対速度告知は、特に旋回操縦中に編隊内での航空機相対位置を維持するために有用である。従来型ＴＣＡＳは、侵入機距離と距離速度を知らせるが、現在、それは侵入機の相対速度が脅威を示す際に色警報を表示するのみである。編隊内モードで動作中の本発明のＴＣＡＳ表示器は、編隊セル航空機相対速度６５０，６５２，６５４を表示する。相対速度は、相対高度データと一緒にデジタル的にＴＣＡＳ表示器６００に表示される。

編隊内の各々の航空機の相対速度を知ることにより直ちに全ての乗務員は、自己の速度を訂正して先頭航空機と合わせたり、または隣接する航空機が編隊からずれる速度で飛行している場合に通信することができる。速度が良好な制御からずれると、編隊内の全ての航空機がそれらの飛行管理システムと結合して飛行するようにできるので、各々の航空機が同一軌跡を飛行することを保証する。相対速度が強化されている本発明のＴＣＡＳ表示器６００は、範囲内のほとんど全ての変化を除去し、乗務員の作業量を大きく削減し、ＩＭＣでの大規模セル編隊の安全性を強化する。

本発明の方法は、システム実施例の上記の説明に基づき、発明の概要の章に記載されている。

図７から図９を参照すると、ここには情報が航空機飛行乗務員に対して表示器６００に表示される方法を決定するための情報処理の流れ図が示されている。ステップ７０４で、ＴＣＡＳ編隊メンバ表示処理が開始される。ステップ７０６で先頭またはホスト航空機のＴＣＡＳコンピュータがＭｏｄｅ−Ｓスキッタ（ＡＤＳ−Ｂ）メッセージを保護空域への侵入機から受信する。ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器は、パイロットに対して編隊航空機位置の状況認識および侵入機が保護空域に侵入した場合または保護空域内で何らかの接近速度基準に合致した場合に可聴指示を提供する。侵入機距離量子化は、例えば１５メートルの分解能を提供する。ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器６００は、約１５０メートルの適切な大きさの範囲の環６４０および約９００メートル範囲区分を図６に示すように含む。ステップ７０８で、侵入機は、その独特の２４ビットＭｏｄｅ−ＳアドレスＩＤで識別され、更に別の処理を行うために格納される。ステップ７１０で、作戦コンピュータは、対照表に接続しその侵入機が編隊メンバ（ＦＭＢＲ）か、編隊リーダ（ＦＬＤＲ）か、非編隊メンバ（ＮＦＭＢＲ）か、またはその他かを判定する。ステップ７１２で、Ｍｏｄｅ−ＳアドレスＩＤに基づいてその侵入機が編隊メンバか否かの決定がなされる。侵入機がＦＭＢＲの場合、ここでＦＭＢＲビットと呼ぶビットが、例えば、ＡＲＩＮＣ４２９では、ステップ７１４でセットされ、ＴＣＡＳから表示器データ・ラベルが割り当てられる。ステップ７２０で、相対高度、距離、距離速度および方位情報がＡＲＩＮＣ４２９にセットされ、データ・ラベルが割り当てられる。ステップ７２０で割り当てられた侵入機データ・ラベルは、続いてステップ７２２でＶＳＩ／ＴＲＡ表示器６００に送信される。ステップ７０８で得られた情報は、またステップ７１６にも提供され、これはＴＣＡＳ侵入機データ・ベースであり、航空機のＭｏｄｅ−ＳアドレスＩＤで構成できる。ステップ７１６で、その情報は、ＴＣＡＳ侵入機データ・ベース内で更新され、特に侵入機の距離、距離速度、相対高度および方位が更新される。ステップ７１６の出力は、ステップ７１８、７２０の両方に供給される。ステップ７１８で侵入機のＴＣＡＳ接近速度が計算され、その後ステップ７３０（図８）に送られて、更に処理されて表示器６００に提示される。

再びステップ７１２を参照すると、侵入機が編隊メンバであるか否かの判定がＭｏｄｅ−ＳアドレスＩＤに基づいて行われる。侵入機がＦＭＢＲでない場合、その侵入機がＦＬＤＲであるか否かの別の判定がステップ７２４で行われる。侵入機がＦＬＤＲの場合、ＦＬＤＲビットがステップ７１４でＡＲＩＮＣ４２９に送られ、先に説明したように、ステップ７２０、７２２で処理される。

侵入機がＦＬＤＲでない場合は、非編隊メンバ（ＮＦＭＢＲ）ビットがステップ７２８でＡＲＩＮＣ４２９にセットされる。ステップ７３０で、ＮＦＭＢＲが識別されるか、または最小識別距離助言、運行助言、近接運行またはその他の運行としてタグが付けられる。これらのＮＦＭＢＲビットは、続いてＮＦＭＢＲ侵入機運行タイプ・ビットとしてＡＲＩＮＣ４２９内にセットされる。続いて、その情報がステップ７２０および７２２内で、先に説明したように処理され、ＶＳＩ／ＴＲＡ表示器６００へ送信される。

図９を参照すると、ステップ７２２で送信されたＴＣＡＳ侵入機データ・ラベル情報がステップ７４２で作戦コンピュータで受信される。ステップ７４４で、ＴＣＡＳ侵入機データ・ラベルが復号され、その相対高度、距離、距離速度および方位に加えて侵入機タイプ（すなわち、ＦＭＢＲ，ＦＬＤＲ，ＮＦＭＢＲ）が導かれる。侵入機は、ステップ７４６でその独特のＭｏｄｅ−ＳアドレスＩＤにより識別される。この情報は、ステップ７４８で処理され、ＦＭＢＲビットがセットされているか否かが判定され、またステップ７５４でＦＬＤＲビットがセットされているか否かが判定される。ＦＭＢＲビットがセットされている場合、その侵入機は、表示器上で最新の相対高度および距離速度と共に正しい相対方位／距離位置がステップ７５０で告知される。この情報は、侵入機データ・ベースから得られた情報と共にステップ７５２で処理される。ＦＭＢＲビットがセットされていない場合、続いてステップ７５４で更に別の判定が行われる。ＦＬＤＲビットがセットされている場合、その侵入機は、その一部がステップ７５２で得られたように、表示器で最新の相対高度および距離速度と共に正しい相対方位／距離位置がステップ７５６で告知される。この情報は、侵入機データベースから得られた情報と共にステップ７５２で処理される。ＦＬＤＲビットがセットされていない場合、続いてステップ７５８で更に別の判定が行われる。ＦＬＤＲビットもＦＭＢＲビットもセットされていない場合、侵入機は、ＮＦＭＢＲである。ステップ７５８で、ＮＦＭＢＲ侵入機が最小識別距離助言の場合、その侵入機は、表示器６００に、例えば、実線の赤い正方形として表示される。実線の赤い正方形と共に、ステップ７５２から一部得られるように、正しい相対方位／距離位置および相対高度がステップ７６２で表示される。そのＮＦＭＢＲ侵入機が最小識別距離助言でない場合、ステップ７６４で更に別の判定が行われ、そのＮＦＭＢＲ侵入機が運行助言であるか否かが決定される。ステップ７６８で、そのＮＦＭＢＲが運行助言の場合、その侵入機は、表示器６００に実線の琥珀色の円として図６に示すように（番号６３０で）表示される。実線の琥珀色の円と共に、ステップ７５２から一部得られるように、正しい相対方位／距離位置および相対高度がステップ７７０で表示される。ＮＦＭＢＲ侵入機が運行助言でない場合、ステップ７６６で更に別の判定が行われ、そのＮＦＭＢＲ侵入機が近接運行であるか否かが決定される。ＮＦＭＢＲ侵入機が近接運行の場合、それはステップ７７２で実線のシアン色菱形として図６に示されるように（例えば、番号６２０で）侵入機として表示される。実線シアン色菱形と共に、ステップ７５２から部分的に得られるように、正しい相対方位／距離位置および相対高度がステップ７７４で表示される。ＮＦＭＢＲ侵入機が近接運行でない場合、１つの記号がステップ７７６で使用されて、その他の運行侵入機として、例えば、中空のシアン色の菱形として表示される。再び中空のシアン色の菱形と共に、ステップ７５２から部分的に得られるように、正しい相対方位／距離位置および相対高度がステップ７７８で表示される。

ここに記述されたＴＣＡＳシステムで実現される多数の特徴が存在するが、近接編隊航空機分離を行うために受動見張りを使用する上で２つの主要な特徴がある。

第１の主要な特徴は、位置精度が航空機のＧＰＳ航法源に関連する経度および緯度精度とほぼ等価ということである。本発明で相対航空機方位は、２度、平方二乗平均（ｒｍｓ）以内が得られる。これはＴＣＡＳが個別の目標セル位置を各々の航空機から送信されたＡＤＳ−Ｂ位置データに基づいて計算するからである。ＴＣＡＳ ＡＤＳ−Ｂ動作は、少なくとも５０機の目標を処理できる。パイロットに表示される目標の数は、指定された水平距離、ホスト航空機への相対方位および相対高度内の航空機機数の優先順位付け手法に基づいて決められる。正常航空機目標処理および表示能力は、３５ＴＣＡＳ搭載航空機の編隊である。受信されたＴＣＡＳ ＡＤＳ−Ｂデータは、航空機の作戦コンピュータへＡＲＩＮＣ４２９データ・バス・インタフェース経由で転送して更に別の処理を行い、セル内で航空機の水平および垂直分離を維持するためのＳＫＥ操縦指令を生成することが可能である。処理されたＡＤＳ−Ｂ情報は、結果として航空機水平および垂直位置決めとなり、これは直接または間接的に自動パイロットまたはＳＫＥに飛行管理コンピュータ（ＦＭＣ）経由で結合できる。

第２の主要な特徴は、受動見張りはＲＦ放射を削減し検出される可能性を最小とすることに貢献する。ＴＣＡＳインタロゲーションは、航空機スキッタ・リングＡＤＳ−Ｂデータの相対位置を確立するためには不要である。ＧＰＳスキッタ・データは、例えば０．４から０．６秒の範囲で均等に分布されているランダム間隔で発信される。ハネウェルＸＳ−９５０トランスポンダは、経度、緯度、対空速度、磁気方位、意図された飛行経路および飛行番号識別子を入力するために予約されたＡＲＩＮＣ４２９インタフェースを含む。これらのパラメータのほとんどは、全地球測位システム航法衛星システム（GNSS : Global Positioning System Navigation Satellite System）および飛行管理システム（ＦＭＳ）を経由して提供される。しかしながら、気圧高度は、機上搭載航空データ・コンピュータ（ＡＤＣ３４０）により、Ｍｏｄｅ−Ｓトランスポンダ・インタフェース経由で導き出される。

本発明のその他の変更および修正は、当業者には明らかであり、添付の特許請求の範囲は、その様な変更および修正を含むことを意図している。例えば、米国特許第５，８０５，１１１号が教えるアンテナ装着技術を本発明に取り入れてＴＣＡＳ検出範囲を拡張する事が可能である。先の説明の中の特定値および構成は、変更することが可能であり、本発明の特定の実施例を単に図示するために引用されており、本発明の範囲を制限することを意図したものではない。本発明を使用することは、通信状態にある受動ＴＣＡＳおよびＭｏｄｅ−Ｓトランスポンダの原理、表現に従う限り、異なる特性を有する構成部品を含むことを意図している。本発明は、ほとんど全てのＣＡＳシステムに適用し、ＴＣＡＳでの使用に限定しない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲で定義されることを意図している。

図１（従来技術）は、従来型ＴＣＡＳシステムのブロック図である。 図２は、航空機編隊例の構成部品の図である。 図３は、本発明に基づく近接編隊飛行用の衝突回避システムの１つの実施例のブロック図である。 図４は、本発明に基づく編隊内位置決め飛行用の衝突回避システムの別の実施例のブロック図である。 図５は、本発明に基づく図４の実施例（編隊内衝突回避システムアーキテクチャ）の更に詳細なブロック図である。 図６は、本発明に基づき表示された編隊航空機の相対速度（距離速度）を具備したＴＣＡＳ ＶＳＩ／ＴＲＡ表示の立面図である。 図７は、本発明に基づき表示器に情報を表示するために使用される方法の流れ図である。 図８は、本発明に基づき表示器に情報を表示するために使用される方法の流れ図である。 図９は、本発明に基づき表示器に情報を表示するために使用される方法の流れ図である。 図１０は、本発明に基づき表示器に情報を表示するために使用される方法の流れ図である。

Claims (28)

1. 編隊飛行時の衝突回避システムであって、第１の航空機の前記システムにおいて、前記システムは、
   ａ．第２の航空機から放送データを受信するデータ・リンク・トランスポンダ手段と、放送データは、第２の航空機の位置の表示を含み、
   ｂ．第１の航空機の現在位置の表示を提供する航行手段と、
   ｃ．第２の航空機の位置の表示および第１の航空機の現在位置の表示に従って第１および第２の航空機の相対的航空機位置を決定する手段と、
   ｄ．第１および第２の航空機の相対的航空機位置に従って第１および第２の航空機間の分離を維持する操縦指令を発生する手段と、
   ｅ．操縦指令を第２の航空機に送信する手段と、
   を含む前記システム。
2. 請求項１記載のシステムであって、前記トランスポンダ手段は、放送データをモードＳデータ・リンクを経て受信する前記システム。
3. 請求項１記載のシステムであって、前記トランスポンダ手段は、放送データを含むＡＤＳ−Ｂデータを受信する前記システム。
4. 請求項１記載のシステムであって、前記トランスポンダ手段は、放送データを含む拡張スキッタを受信する前記システム。
5. 請求項１記載のシステムであって、
   ａ．航行手段は、全地球側位システムを含み、
   ｂ．航行手段は、全地球側位システムの出力に従って現在位置の表示を提供する前記システム。
6. 請求項１記載のシステムであって、相対的航空機位置を決定する手段は、運行警報衝突回避システムのコンピュータを含む前記システム。
7. 請求項６記載のシステムであって、運行警報衝突回避システムは、運行質問を送信することなく相対的航空機位置を決定する前記システム。
8. 請求項７記載のシステムであって、運行質問は、ＡＴＣＲＢＳメッセージを含む前記システム。
9. 請求項６記載のシステムであって、運行警報衝突回避システムは、受動監視モードで動作中に相対的航空機位置を決定する前記システム。
10. 請求項１記載のシステムであって、
    ａ．相対的航空機位置を決定する手段は、運行警報衝突回避システムのコンピュータを含み、
    ｂ．操縦指令を発生する手段は、運行警報衝突回避システムのコンピュータに接続された作戦コンピュータを含む前記システム。
11. 請求項１記載のシステムであって、操縦指令は、編隊セル・リーダのアドレスを含むメッセージで送信される前記システム。
12. 請求項１１記載のシステムであって、操縦指令は、第１のリンクと独立する第２のリンクを経てセル・リーダによる配布のためにセル・リーダに第１のリンクで送信される前記システム。
13. 請求項１２記載のシステムであって、第２のリンクは、編隊内位置保持システム・デジタル・データ・リンクを含む前記システム。
14. 請求項１記載のシステムであって、
    ａ．前記システムは、さらに複数のセルの相対的位置を維持するトラッキング手段を含み、
    ｂ．発生する手段は、トラッキング手段に応答し、複数のセルの相対的位置の維持を完了する複数の操縦指令を発生し、
    ｃ．送信する手段は、複数の操縦指令から選択された操縦指令を複数のセルの各セルのそれぞれのセル・リーダにアドレスすることにより複数の操縦指令を送信する前記システム。
15. 請求項１４記載のシステムであって、それぞれのセル・リーダへのアドレスは、モードＳアドレスおよび飛行識別子の少なくとも１つに従う前記システム。
16. 編隊飛行時の衝突回避システムであって、第１の航空機の前記システムにおいて、前記システムは、
    ａ．第２の航空機から放送データを受信するデータ・リンク・トランスポンダと、放送データは、第２の航空機の位置の表示を含み、
    ｂ．第１の航空機の現在位置の表示を提供する航行援助手段と、
    ｃ．データ・リンク・トランスポンダおよび航行援助手段に接続され、第２の航空機の位置の表示および第１の航空機の現在位置の表示に従って第１および第２の航空機の相対的航空機位置を決定する運行警報衝突回避コンピュータと、
    ｄ．運行警報衝突回避コンピュータから受信したデータに従って第１の航空機と第２の航空機間の分離を維持する操縦指令を発生する作戦コンピュータと、受信したデータは、第１の航空機および第２の航空機の相対的航空機位置を含み、
    ｅ．操縦指令を第２の航空機に送信する送信器と、
    を含む前記システム。
17. 請求項１６記載のシステムであって、トランスポンダは、モードＳデータ・リンクを経て放送データを受信する前記システム。
18. 請求項１６記載のシステムであって、トランスポンダは、放送データを含むＡＤＳ−Ｂデータを受信する前記システム。
19. 請求項１６記載のシステムであって、トランスポンダは、放送データを含む拡張スキッタを受信する前記システム。
20. 請求項１６記載のシステムであって、
    ａ．航行援助手段は、全地球測位システムを含み、
    ｂ．航行援助手段は、全地球測位システムの出力に従って現在位置の表示を提供する前記システム。
21. 請求項１６記載のシステムであって、運行警報衝突回避システムは、運行質問を送信することなく相対的航空機位置を決定する前記システム。
22. 請求項２１記載のシステムであって、運行質問は、ＡＴＣＲＢＳメッセージを含む前記システム。
23. 請求項２１記載のシステムであって、運行警報衝突回避システムは、受動監視モードで動作時に相対的航空機位置を決定する前記システム。
24. 請求項１６記載のシステムであって、操縦指令は、編隊セル・リーダのアドレスを含むメッセージで送信される前記システム。
25. 請求項２４記載のシステムであって、操縦指令は、第１のリンクと独立する第２のリンクを経て前記セル・リーダによる配布のために第１のリンク上で前記セル・リーダに送信される前記システム。
26. 請求項２５記載のシステムであって、第２のリンクは、編隊内位置保持システム・デジタル・データ・リンクを含む前記システム。
27. 請求項１６記載のシステムであって、
    ａ．作戦コンピュータは、複数のセルの相対的位置を維持し、複数のセルの相対的位置の維持を完了する複数の操縦指令を発生し、
    ｂ．送信器は、複数のセルの各セルのそれぞれのセル・リーダに複数の操縦指令から選択れさた操縦指令をアドレスすることにより複数の操縦指令を送信する前記システム。
28. 請求項２７記載のシステムであって、それぞれのセル・リーダへのアドレスは、モードＳアドレスおよび飛行識別子の少なくとも１つに従う前記システム。
    

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