JP2008501953A

JP2008501953A - 地形援助型航法システムの精度を高めるための方法およびシステム

Info

Publication number: JP2008501953A
Application number: JP2007515546A
Authority: JP
Inventors: ハガー・ジェイムズ・アール; アルムステッド，ラリー・ディー
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2008-01-24
Also published as: WO2005121831A2; WO2005121831A8; EP1759223A2; WO2005121831A3; EP1759223B1; US7409293B2; US20050273257A1

Abstract

航法プロセッサ（２０８）と、航法プロセッサに位置解を提供するように構成される慣性航法ユニット（２０６）と、デジタル標高地図（２１２）とを含む、航法システム（２００）が説明される。説明される航法システムは、デジタル標高地図から地図データを受け取り、レーダの戻ってきたデータに基づいた位置解を航法プロセッサへ提供するように構成される、地形相関プロセッサ（２１０）を有する、レーダ高度計（５０）も含む。航法システム内の地図品質プロセッサ（２０２）は、デジタル標高地図から地図データを受け取り、地図品質ファクタを航法プロセッサへ提供するように構成され、航法プロセッサは、地図品質ファクタに従って、地形相関プロセッサからの位置解に重み付けを行い（２５６）、その地形相関プロセッサの重み付けされた位置解と、慣性航法ユニットからの位置解とから、位置解を決定する。

Description

本発明は、一般に、航空ビークル（ａｉｒｖｅｈｉｃｌｅ）の航法に関し、より詳細には、地形援助型航法システム（ｔｅｒｒａｉｎａｉｄｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）の精度を高めるための方法およびシステムに関する。

精密地形援助型航法（ＰＴＡＮ：ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｅｒｒａｉｎａｉｄｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）は、干渉型ドップラ・レーダの地面反射データをデジタル標高地図（ＤＥＭ：ｄｉｇｉｔａｌｅｌｅｖａｔｉｏｎｍａｐ）と相関させ、航法システムへ提供される位置の更新を行う。典型的な航法システムは、総合的な位置に関するソリューションを提供するために、少なくとも２つの航行データ源を含む。例えば、慣性航法システム（ＩＮＳ：ｉｎｅｒｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）からの位置データは、総合的な位置解を提供するために、ＰＴＡＮからの位置データと組み合わされ得る。ＰＴＡＮからのレーダ更新は、ＩＮＳなどのような慣性センサ・システム内で生じるドリフト・エラーを取り去るために用いられる。

ＰＴＡＮシステムの精度は、航空機が飛行している下の地形特徴のタイプにいくらか依存する。例えば、ＰＴＡＮは、水や平坦な砂漠などのような特徴のない地形の上では、非常に低い精度の更新を提供するが、その理由は、特徴のない地形をＤＥＭに保存されたデータと相関させることが困難だからである。反対に、山間部の地形の上では、頻繁に変化する地形特徴をＤＥＭデータと相関させることが可能なので、高いレベルの精度がＰＴＡＮシステムによって提供される。都市部は、ＰＴＡＮシステムの精度に関して、山間部の地形と同様であり、特に、航空機が飛行経路に沿って移動する際の地形の標高変化の存在により、それらをＤＥＭに保存されたデータとの容易に相関することを可能にする。

一態様では、航法プロセッサ（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）と、慣性航法ユニット（ｉｎｅｒｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｕｎｉｔ）と、デジタル標高地図と、レーダ高度計（ｒａｄａｒａｌｔｉｍｅｔｅｒ）と、地図品質プロセッサ（ｍａｐｑｕａｌｉｔｙｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）とを備える、地形援助型航法システムが提供される。慣性航法ユニットは、航法プロセッサへ位置解を提供するように構成され、そして、レーダ高度計は、デジタル標高地図から地図データを受け取り、レーダ・データに基づいた位置解を航法プロセッサへ提供するように構成される地形相関プロセッサ（ｔｅｒｒａｉｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を備える。地図品質プロセッサは、デジタル標高地図から地図データを受け取り、地図品質ファクタ（ｍａｐｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）を航法プロセッサへ提供するように構成される。航法プロセッサは、地図品質ファクタに基づいて、地形相関プロセッサからの位置解に重み付けを行い、重み付けされた地形相関プロセッサからの位置解と、慣性航法ユニットからの位置解とから、位置解を決定するように、構成される。

別の態様では、ビークル（vehicle）をナビゲートするための方法が提供され、この方法は、慣性航法ユニットから位置解を受け取るステップと、レーダ高度計データをデジタル標高地図データと相関させる地形援助型航法システムから地形相関位置解（ｔｅｒｒａｉｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｌｕｔｉｏｎ）を受け取るステップとを含む。方法は更に、デジタル標高地図データに少なくとも部分的に基づいた地図品質ファクタに基づいて、地形相関位置解に重み付けを行うステップと、慣性航法ユニットからの位置解を、重み付けされた地形相関位置解と組み合わせて、航法位置解を得るステップとを含む。

更に別の態様では、デジタル標高地図内に保存されたデータの品質を決定するようにプログラムされたプロセッサが提供される。このプロセッサは、慣性航法システムから機首方位（ｈｅａｄｉｎｇ）と高度とを受け取り、デジタル標高地図から地図データを受け取り、地図データに少なくとも部分的に基づいた地図品質ファクタを計算するように構成される。

また別の態様では、航法位置解を決定するようにプログラムされる航法プロセッサが提供される。この航法プロセッサは、慣性航法システムから位置を受け取り、地形相関レーダ高度計から位置を受け取り、かつ地図品質プロセッサから地図品質ファクタを受け取るように構成される。航法プロセッサは、地図品質ファクタに基づいて、地形相関レーダ高度計から受け取った位置に重み付けを行うようにプログラムされる。

図１は、特徴が豊富な地形１２の上を飛行する航空機１０を示す。航空機１０内のレーダ高度計（図示されず）は、地形１２へ向けてビーム１４を送信し、反射ビーム１４を受信して処理する。地形１２の多様に変化する特徴は、レーダ高度計によって提供された高度とデジタル標高地図（図示されず）とを容易に相関させることを可能にする。レーダ高度計によって提供された高度とデジタル標高地図との相関は、デジタル標高地図に関しての航空機１０の位置を決定するための機構を提供する。

図２は、特徴のない地形２０の上を飛行する航空機１０を示す。地形２０に類似する特徴のない地形の例は、水域や平坦な平原や砂漠を含む。この場合も、航空機１０内のレーダ高度計（図示されず）は、地形２０へ向けてビーム２２を送信し、反射ビーム２２を受信して処理する。地形２０の変化のない特徴は、レーダ高度計によって提供された高度とデジタル標高地図とを相関させることを困難にするが、それは、レーダ高度計が継続的に同じ高度データを提供するからである。一例として、湖の表面は、面積が１０数ｋｍ^２（数千エーカ）になるものもあるが、そのすべてが同じ高度を有する。加えて、最小識別距離（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）に応じて、デジタル標高地図は、湖の高度データを表す複数の地図エントリを含むことがある。そのような場合には、レーダ高度計により判断された高度は、その湖用の特定の地図エントリと相関させることができない。なぜなら、すべての高度が同じだからである。

図３は、豊富な地形特徴３０を有する地域の上を飛行しているが、それにも関わらずデジタル標高地図との貧弱な相関が得られるに過ぎない航空機１０を示す。地形３０が豊富な特徴を有しているにもかかわらず相関が貧弱なのは、高度が等しい２つの尾根３２および３４が原因であり、これにより、デジタル標高地図に基づいて、２つの尾根３２および３４の中間の位置解をもたらす。豊富な地形特徴３０をもつにもかかわらず、レーダ高度計とデジタル標高地図との間の相関が貧弱であることを更に説明するため、レーダ高度計の動作について下記で簡単に説明する。レーダ高度計は、ダウン・トラック（ｄｏｗｎ−ｔｒａｃｋ）のスウォース（ｓｗａｔｈ）における航空機１０の下方の最も高い物体までのクロス・トラックおよび垂直の距離（ｃｒｏｓｓ−ｔｒａｃｋａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｔａｎｃｅ）を提供するが、ダウン・トラック・スウォースは、クロス・トラック方向ではアンテナ・パターンによって制限される。ビーム３６および３８は、クロス・トラック・パターン（ｃｒｏｓｓ−ｔｒａｃｋｐａｔｔｅｒｎ）の制限の一実施形態を示す。本明細書で使用される「ダウン・トラック（Ｄｏｗｎ−ｔｒａｃｋ）」とは進行方向の向きを意味し、「クロス・トラック（Ｃｒｏｓｓ−ｔｒａｃｋ）」とは進行方向に垂直であることを意味する。スウォースのダウン・トラック幅は、航空機１０の高度に伴い変化する。

デジタル標高地図は、最小識別距離セル（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃｅｌｌ）を備え、その各々のセルは、そのセル内で最高の地形標高を表す、関連する標高を有する。位置の更新は、一般に最高標高のセルに関連するレーダ高度計の導出した標高と、地図標高データとの相関によって、導出される。正確な相関は、航空機が飛行経路を進行する際の、標高の変化と、一定のスウォースのダウン・トラックの最小識別距離サイズ（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｉｚｅ）内での、最高標高のセルのクロス・トラックの位置における変化とを必要とする。再び図３を参照すると、高度が等しい尾根３２および３４は、クロス・トラック・パターンの標高の変化を提供するものの、最高標高を有するセルのクロス・トラックの位置における変化を提供しない。

図４は、地形相関プロセッサ（図５に示す）への位置出力５２を有するレーダ高度計５０のブロック図である。一実施形態では、レーダ高度計５０は、航空ビークル、例えば、航空機１０（図１〜図３に示す）に含まれる。レーダ高度計５０は、３つのチャネル、即ち、位相アンビギティ・チャネル（ｐｈａｓｅａｍｂｉｇｕｉｔｙｃｈａｎｎｅｌ）６０と、位相Ａチャネル（ｐｈａｓｅＡｃｈａｎｎｅｌ）６２と、位相Ｂチャネル（ｐｈａｓｅＢｃｈａｎｎｅｌ）６４とを含む。位相アンビギティ・チャネル６０は、アンテナ７０と、受信器７２と、デジタイザ７４とを含む。位相Ａチャネル６２は、アンテナ８０と、受信器８２と、デジタイザ８４とを含む。位相Ｂチャネル６４は、アンテナ９０と、送信／受信スイッチ９２と、受信器９４と、デジタイザ９６とを含む。一実施形態では、受信器７２、８２、および８４は、各々、低雑音増幅器、混合器、および中間周波（ＩＦ）増幅器（何れも図に示さず）を含む。チャネル６４の送信／受信スイッチ９２は、チャネル６４が送信モードまたは受信モードの何れかで動作することを可能にする。

レーダ高度計５０は更に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１００と、送信器１０２と、ＲＦ発振器１０４と、クロック発生器１０６とを含む。送信器１０２は、電力増幅器１１０と、変調器１１２と、単側波帯（ＳＳＢ）混合器１１４と、中間周波（ＩＦ）オフセット発生器１１６とを含む。ＲＦ発振器１０４は、受信器７２、８２、および９４内の混合器と、ＳＳＢ混合器１１４とに結合される。クロック発生器１０６は、デジタイザ７４、８４、および９６と、ＩＦオフセット発生器１１６とに結合される。

レーダ高度計５０は、本明細書で説明されるように生成されるレーダ信号を地面へ向けて送信する。具体的には、クロック発生器１０６は、ある周波数で動作して、クロック信号をＩＦオフセット発生器１１６へ供給する。ＩＦオフセット発生器１１６は、送信されたレーダ信号のオフセット信号を生成する。一例として、クロック発生器１０６の周波数が１２０ＭＨｚである場合、ＩＦオフセット発生器１１６は、クロック発生器１０６からのクロック信号を４で分割し、３０ＭＨｚのクロック信号を出力する。ＳＳＢ混合器１１４は、ＩＦオフセット発生器１１６からの３０ＭＨｚのクロック信号を、ＲＦ発振器１０４からのＲＦ信号と混合して、ＲＦ信号の３０ＭＨｚのオフセットを得る。ＳＳＢ混合器１１４は、オフセット信号を変調器１１２へ出力する。例示的なＲＦ発振器１０４は、約４．３ＧＨｚで動作し、変調器１１２は、レンジ・プロセッサ（ｒａｎｇｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１２０から送信コード・データを受け取り、ＳＳＢ混合器１１４から受け取った信号をパルス変調および位相変調し、変調された信号を電力増幅器１１０へ出力する。電力増幅器１１０は、受け取った信号を増幅し、増幅された信号を送信／受信スイッチ９２を介してアンテナ９０へ出力する。アンテナ９０は、変調された信号を地面へ向けて送信する。

レーダ信号がチャネル６４によって送信された後、地面から反射された信号が、アンテナ７０、８０、および９０によって受信され、チャネル６０、６２、および６４のそれぞれのコンポーネントによって処理される。更に、チャネル６０、６２、および６４のそれぞれは、他のチャネルと同じ機能を実行する。従って、チャネル６４によって実行される機能のみを説明する。

アンテナ９０によって受信された戻り信号は、送信／受信スイッチ９２を介して受信器９４へ渡される。受信器９４内で、この戻り信号は、増幅され、ＩＦオフセット信号へと混合され、再び増幅され、デジタイザ９６へ出力される。デジタイザ９６は、受信信号をデジタル化し、デジタル化信号をさらなる処理のためにＤＳＰ１００へ出力する。クロック発生器１０６の周波数は、チャネル６０、６２、および６４への入来アナログ信号が、デジタイザ７４、８４、および９６によってそれぞれサンプリングされデジタル化されるレートを、決定する。

チャネル６０、６２、および６４のそれぞれ、およびレンジ・プロセッサ１２２を含むレンジ・チャネル（ｒａｎｇｅｃｈａｎｎｅｌ）１２０に対して、ＤＳＰ１００は、レンジ・ゲート／相関器（ｒａｎｇｅｇａｔｅ／ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ）１３０、１３２、１３４および１３６と、ワード統合（ｗｏｒｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１４０、１４２、１４４および１４６と、イメージ阻止混合器（ｉｍａｇｅｒｅｊｅｃｔｍｉｘｅｒ）１５０、１５２、１５４および１５６と、ドップラ帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１６０、１６２、１６４および１６６とを含む。レンジ・プロセッサ１２０は、高度を決定するために、ドップラＢＰＦ１６６から出力を受け取る。粗位相プロセッサ（ｃｏａｒｓｅｐｈａｓｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１７０と、座標位置プロセッサ（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１７２と、微細位相プロセッサ（ｆｉｎｅｐｈａｓｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１７４とは、一括して位相プロセッサと呼ばれることもある。

レーダ信号が地面に向けて送信されたとき、戻り信号は、送信信号と同じ周波数にドップラ・シフトを加えた（または減じた）周波数で戻って来る。レーダ高度計が、信号を、航空ビークル１０の前方の地面に向けて送信している場合、戻り信号は、周波数が上がるようにドップラ・シフトされる。レーダ高度計が、信号を、航空ビークル１０の後方の地面に向けて送信している場合、戻り信号は、周波数が下がるようにドップラ・シフトされる。

ドップラ帯域通過フィルタ１６０、１６２、１６４および１６６を適切に調整することによって、地面の任意の地点が選択および制限されることができる。従って、１つの選択された地面のスウォースからの戻り信号だけが処理される。特定のスウォース内の最高点の水平位置が、戻り信号の位相比較を実行することによって、決定される。レーダによって照射されている最高点が航空ビークル１０の直下である場合、戻り信号は、同時にアンテナ８０および９０へ戻って来る。代わって、最高点が航空ビークル１０の一側にずれている場合、戻り信号は、第２のアンテナ（例えば、アンテナ８０）によって受信される前に、一つのアンテナ（例えば、アンテナ９０）によって受信されるが、これは、第２のアンテナ８０から出て戻って来る経路のほうが長いからである。各アンテナにおける戻り信号の位相または到着時間が比較される。２つのアンテナ８０と９０との間の距離が大きいほど、測定は正確になる。しかし、アンテナ８０と９０との間の距離が増大すると、１または複数の位相アンビギティが生じることがある。典型的なアンテナ離隔距離（ａｎｔｅｎｎａｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）では、３または４の位相アンビギティが生じ得る。そのようなアンテナ離隔距離は、複数波長アンテナ離隔距離と呼ばれることもある。

複数波長アンテナ離隔距離に関連する位相アンビギティの問題は、アンテナ８０および９０から離して配置される第３のアンテナ７０を追加して、３つの位相比較の組合せがアンビギティを排除することによって、解決される。第３のアンテナ７０は、アンビギティ・アンテナ（ａｍｂｉｇｕｉｔｙａｎｔｅｎｎａ）と呼ばれる。アンビギティ・アンテナ７０は、他の２つのアンテナ８０および９０の一方により近い位置に配置されるが、その際、アンビギティ・アンテナ７０とこのアンビギティ・アンテナに近い方のアンテナとの間に位相アンビギティが存在しないようにする。アンビギティ・アンテナ７０と、このアンビギティ・アンテナに近い方のアンテナとの間の小さなベースライン、即ち、距離分離のため、精度は失われる。従って、必要な精度を提供するために、大きく離して配置したアンテナ８０および９０が使用され、離間距離を少なくして配置された２つのアンテナは、位相アンビギティを排除するために使用される。

レーダ高度計５０は、地面上の特定の領域、即ち、「スウォース（ｓｗａｔｈ）」内の最高点の位置を識別する目標位置ベクトル（ｔａｒｇｅｔｐｏｓｉｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒ）を出力し、また、ビークルの高度を識別する地上レベル（ＡＧＬ：ａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｌｅｖｅｌ）高度データも出力する。目標位置ベクトルは地形相関プロセッサへ出力され、以下で更に説明される地形相関のために用いられる。

図５はＰＴＡＮ／ＩＭＵ航法システム２００のブロック図であり、このＰＴＡＮ／ＩＭＵ航法システム２００は、地図品質プロセッサ２０２と、ＰＴＡＮシステム２０４と、慣性測定ユニット（ＩＭＵ：ｉｎｅｒｔｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｕｎｉｔ）２０６（慣性航法ユニットまたは慣性航法システムと呼ばれることもある）と、航法プロセッサ２０８とを含む。ＰＴＡＮシステム２０４は、上述のようなレーダ高度計５０と、地形相関プロセッサ２１０と、デジタル標高地図（ＤＥＭ）２１２とを含む。ＤＥＭ２１２は、地理的領域の様々な部分の標高に関するデータを含む。上述のように、レーダ高度計５０は、目標位置ベクトルを地形相関プロセッサ２１０へ出力し、地形相関プロセッサ２１０は、航法プロセッサ２０８へ提供されるレーダ位置を決定するために、目標位置ベクトルを、特定の地理的領域に関連するＤＥＭ２１２からのデータと相関させる。ＩＭＵ２０６は、ＩＭＵ２０６内の慣性センサによって行われた測定に基づいて、航法プロセッサ２０８に位置を提供する。ＩＭＵ２０６はまた、機首方向および高度を地図品質プロセッサ２０２へ提供する。

航法プロセッサ２０８は、現在の航法位置解を用い、そして以前の航法位置解を拡張することによって、航空機１０の前方の経路を概算する。地図品質プロセッサ２０２は、ランダム分布測定アルゴリズム（ｒａｎｄｏｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を含み、これは、地形相関プロセッサ２１０からのレーダ位置更新の影響に対して重み付けを行うために航法プロセッサ２０８によって用いられる地図品質ファクタ（例えば、レーダ位置更新品質）を提供する。レーダ位置および地図品質ファクタは組み合わせて用いられて、ＩＭＵ２０６内で時々自然に生じる、ＩＭＵ２０６からのＩＭＵ位置更新におけるドリフトに対処する。一実施形態では、ランダム分布測定アルゴリズムは、示された地図品質ファクタを決定する際に、ＩＭＵ２０６からの機首方位および高度を用いる。

一実施形態では、地図品質ファクタは、地図品質プロセッサ２０２によって、デジタル標高地図２１２に保存されている接近してくる地形特徴の分析を通して、計算される。一実施形態では、ランダム分布測定アルゴリズムは、地図品質ファクタを計算するために、予想される飛行経路に沿ってのデジタル標高地図２１２のデータに対して、標高とクロス・トラック位置との両方において、適用される。

以下で更に説明されるように、デジタル標高地図２１２は、複数の地図セル（ｍａｐｃｅｌｌ）を含み、地形相関位置解に重み付けを行うステップは、クロス・トラック・スウォースをあちこちに振れる最高標高を有する地図セルの場所を決定するステップと、クロス・トラック・スウォースについての標高の変化する標高マッピングを提供するステップとを含む。クロス・トラック・スウォースの幅は、レーダ高度計の視野と現在高度とを用いて決定される。

図６は、ＰＴＡＮ／ＩＭＵ航法システム２００を含むビークルをナビゲートするための方法を示すフローチャート２５０である。この方法は、慣性航法システム、例えば、ＩＭＵ２０６から、位置解を受け取るステップ２５２を含む。レーダ高度計データとデジタル標高地図２１２のデータとを相関させる地形援助型航法システムから、地形相関位置解が受け取られる（２５４）。地形相関位置解は、デジタル標高地図２１２のデータに少なくとも部分的に基づいた地図品質ファクタに基づいて、重み付けられる（２５６）。慣性航法システムからの位置解が、重み付けされた地形相関位置解と組み合わされて、航法位置解が得られる（２５８）。

図７は、地図品質処理で用いられるＤＥＭ２１２内の地図セル３０２を表すグリッド３００である。現在位置「Ａ」を含み、位置「Ｂ」を通過する予想経路に沿って延びる飛行経路３０４が、地図セル３０２に重ねられている。図４に示されたレーダ高度計５０は、例えば、幅「Ｗ」の地形のクロス・トラック・スウォースを含む。地図（例えば、グリッド３００）上のそれぞれの地図セル３０２は、そのセル内の最高地形標高を表す関連する標高を有する。レーダ位置更新は、プロセッサ１００（図５に示す）からのレーダの導出した標高（高度）と、一般に最高標高データを有する個別の地図セル３０２との相関によって、導出される。上述のように、正確な相関は、航空機１０が飛行経路３０４を進行する際の、標高の変化と、特定のスウォース・ダウン・トラック最小識別距離サイズ内での最高標高の地図セル３０２のクロス・トラック位置の変化とを必要とする。従って、共にランダムな方式での、クロス・トラックであちこちに振れる最高標高の地図セルの場所と、同時に、標高の変化する標高マッピングを提供することとは、非常に高品質のレーダ位置更新を提供する。従って、クロス・トラック位置と、飛行経路３０４に沿った標高との両方に、ランダム分布測定アルゴリズムを適用することにより、航空機１０の前方の飛行経路３０４上の地図品質の高品質測定をもたらす。

本発明を、様々な具体的な実施形態に関して説明したが、本発明が特許請求の範囲の精神および範囲内で変更されて実施され得ることは、当業者には理解されよう。

図１は、特徴が豊富な地形の上を飛行する航空機を示す。図２は、特徴のない地形の上を飛行する航空機を示す。図３は、地形特徴が豊富であるが、２つの尾根の中間の位置解を提供する２つの等しい尾根が原因で程度の低い位置更新をもたらすことになる地域の上を飛行する航空機を示す。図４は、地形相関プロセッサへの位置出力を有するレーダ高度計のブロック図である。図５は、地図品質プロセッサを含む航法システムのブロック図である。図６は、ビークルをナビゲートするための方法のフローチャートである。図７は、地図品質プロセッサにおいて用いられる地図セルの図である。

Claims

地形援助型航法システム（２００）であって、
航法プロセッサ（２０８）と、
前記航法プロセッサへ位置解を提供するように構成される慣性航法ユニット（２０６）と、
デジタル標高地図（２１２）と、
前記デジタル標高地図から地図データを受け取り、レーダ・エコー・データに基づいた位置解を前記航法プロセッサへ提供するように構成される、地形相関プロセッサ（２１０）を備えるレーダ高度計（５０）と、
前記デジタル標高地図から地図データを受け取り、地図品質ファクタを前記航法プロセッサへ提供するように構成される地図品質プロセッサ（２０２）とを備え、前記航法プロセッサが、前記地図品質ファクタに従って前記地形相関プロセッサからの前記位置解に重み付けを行う（２５６）ように構成され、前記航法プロセッサが、前記地形相関プロセッサの重み付けされた前記位置解と、前記慣性航法ユニットからの前記位置解とから、位置解を決定するように構成される、
地形援助型航法システム。
請求項１に記載の航法システム（２００）であって、前記地図品質プロセッサ（２０２）が、前記デジタル標高地図（２１２）における接近してくる地形特徴の分析により前記地図品質ファクタを計算するように構成される、航法システム。
請求項２に記載の航法システム（２００）であって、前記地図品質ファクタを計算するために、前記地図品質プロセッサ（２０２）は、ランダム分布測定アルゴリズムを、クロス・トラック位置と標高との両方において、予想飛行経路（３０４）に沿った前記デジタル標高地図（２１２）のデータに適用するように構成される、航法システム。
請求項１に記載の航法システム（２００）であって、前記デジタル標高地図（２１２）が複数の地図セル（３０２）を含み、前記地形相関プロセッサ（２１０）がランダムに、
クロス・トラック・スウォースにわたってあちこちで最高標高を有する前記地図セルの場所を決定し、
前記クロス・トラック・スウォースについての標高の変化する標高マッピングを提供する
ように構成される、
航法システム。
請求項４に記載の航法システム（２００）であって、前記クロス・トラック・スウォースの幅が、前記レーダ高度計（５０）の固定視野と現在高度とによって決定される、航法システム。
請求項１に記載の航法システム（２００）であって、前記地図品質プロセッサ（２０２）が、飛行経路（３０４）を概算するために、現在の位置解と、以前の位置解を拡張したものとを用いるように構成される、航法システム。
請求項１に記載の航法システム（２００）であって、前記地図品質プロセッサ（２０２）が、前記慣性航法システム（２０６）から、機首方向と高度とを受け取るように構成される、航法システム。
請求項７に記載の航法システム（２００）であって、前記航法プロセッサ（２０８）が、前記慣性航法システム（２０６）から受け取った前記位置解における位置ドリフトを低減するために、前記レーダ高度計（５０）からの重み付けされた前記位置解を用いるように構成される、航法システム。
ビークルをナビゲートするための方法であって、
慣性航法ユニット（２０６）から位置解を受け取るステップ（２５２）と、
レーダ高度計（５０）のデータと、デジタル標高地図（２１２）のデータとを相関させる地形援助型航法システム（２０４）から、地形相関位置解を受け取るステップ（２５４）と、
デジタル標高地図のデータに少なくとも部分的に基づいた地図品質ファクタに基づいて、前記地形相関位置解に重み付けを行うステップ（２５６）と、
前記慣性航法ユニットからの前記位置解と、重み付けされた前記地形相関位置解とを組み合わせて、航法位置解を得るステップ（２５８）と、
を備える方法。
請求項９に記載の方法であって、前記デジタル標高地図（２１２）における接近してくる地形特徴の分析により前記地図品質ファクタを計算するステップを更に含む方法。
請求項１０に記載の方法であって、前記地図品質ファクタを計算する前記ステップが、ランダム分布測定アルゴリズムを、クロス・トラック位置と標高との両方において、予想飛行経路（３０４）に沿ったデジタル標高地図（２１２）のデータに適用するステップを含む、方法。
請求項９に記載の方法であって、前記デジタル標高地図（２１２）が複数の地図セル（３０２）を含み、前記地形相関位置解に重み付けを行う前記ステップ（２５６）が、
クロス・トラック・スウォースをあちこちに振れる最高標高の前記地図セルの場所を決定するステップと、
前記クロス・トラック・スウォースについての標高が上下に変化する標高マッピングを提供するステップと
を含む、
方法。
請求項１２に記載の方法であって、前記レーダ高度計（５０）の視野と現在高度とを用いて前記クロス・トラック・スウォースの幅を決定するステップを更に含む方法。
請求項９に記載の方法であって、飛行経路（３０４）を概算するために、現在の航法位置解を用い、且つ以前の位置解を拡張するステップを更に含む方法。
デジタル標高地図（２１２）内に保存されたデータの品質を決定するようにプログラムされたプロセッサ（２０２）であって、
慣性航法ユニット（２０６）から機首方位と高度とを受け取り（２５２）、
デジタル標高地図から地図データを受け取り（２５４）、かつ
前記地図データに少なくとも部分的に基づいた地図品質ファクタを計算する
ように構成されるプロセッサ。
請求項１５に記載のプロセッサ（２０２）であって、前記デジタル標高地図（２１２）における接近してくる地形特徴の分析により前記地図品質ファクタを計算するようにプログラムされるプロセッサ。
請求項１５に記載のプロセッサ（２０２）であって、ランダム分布測定アルゴリズムを、クロス・トラック位置と標高との両方において、予想飛行経路（３０４）に沿ったデジタル標高地図（２１２）のデータに適用することによって、前記地図品質ファクタを計算するようにプログラムされるプロセッサ。
請求項１５に記載のプロセッサ（２０２）であって、飛行経路（３０４）を概算するために、現在の位置解と、以前の位置解の拡張したものとを用いるようにプログラムされるプロセッサ。
航法位置解を決定するようにプログラムされる航法プロセッサ（２０８）であって、
慣性航法ユニット（２０６）から位置を受け取り（２５２）、
地形相関レーダ高度計（５０）から位置を受け取り、
地図品質プロセッサ（２０２）から地図品質ファクタを受け取るように構成され、前記航法プロセッサが、前記地図品質ファクタに基づいて、前記地形相関レーダ高度計から受け取った前記位置に重み付けを行うようにプログラムされる、
航法プロセッサ。
請求項１９に記載の航法プロセッサ（２０８）であって、飛行経路（３０４）を概算するために、現在の位置解と、過去の位置解の拡張したものとを用いるようにプログラムされる航法プロセッサ。
請求項１９に記載の航法プロセッサ（２０８）であって、前記慣性航法システム（２０６）から受け取った前記位置解における位置ドリフトを低減するために、前記地形相関レーダ高度計（５０）から受け取った重み付けされた前記位置解を用いるように構成されるようにプログラムされる、航法プロセッサ。