JP2009137577A - 航空機を位置合わせするための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】航空機を地上のエリアに対して位置合わせするための装置および方法を提供する。
【解決手段】航空機を地上のエリアに対して位置合わせするための装置が提供される。その装置は、搭載型の着陸システムを有する航空機を含み、搭載型の着陸システムは、地上のエリアの画像を記録するように構成される。装置はまた、地上のエリア上の位置マーカと、記録された画像のエリアの少なくとも一部を示す保存された画像とを含む。搭載型の着陸システムは、位置マーカから情報を取得し、その情報を使用して、記録された画像を保存された画像に対して位置合わせするように構成される。
【選択図】図1
【解決手段】航空機を地上のエリアに対して位置合わせするための装置が提供される。その装置は、搭載型の着陸システムを有する航空機を含み、搭載型の着陸システムは、地上のエリアの画像を記録するように構成される。装置はまた、地上のエリア上の位置マーカと、記録された画像のエリアの少なくとも一部を示す保存された画像とを含む。搭載型の着陸システムは、位置マーカから情報を取得し、その情報を使用して、記録された画像を保存された画像に対して位置合わせするように構成される。
【選択図】図1
Description
本発明は、航空機の位置を決定するための装置および方法に関し、より詳細には、航空機を地上の区域に対して位置合わせするための装置および方法に関する。
多くの現代の航空機は、画像相関システムの使用を通して、空港を識別し、滑走路に対して位置合わせを行う。未来の航空機が、空港を識別し、滑走路に対して位置合わせを行うために提案されたそのようなシステムの1つが、自律精密進入および着陸システム(APALS:Autonomous Precision Approach and Landing System)である。APALSは、航空機のレーダを使用して、空港周辺の区域(エリア)の「検知(sense)」(画像の取得)を行う。APALSは、その後、観測した画像を保存された画像と相関させる。
画像を相関させる前に、各空港周辺の地上を検知し(読み取り)、読み取られた画像をデータベースに保存することにより、APALSデータベースが開発される。APALSは、空港に着陸する準備をしているとき、航空機の周辺の地上の画像を撮る。APALSは、その後、データベースから画像をロードし、進入路沿いの景色(シーン)と相関させて、航空機の位置を決定する。航空機の位置は、画像内の記憶された基準の座標についてのシステム知識を通して、また、観測された画像と予想される(保存された)画像との間の角方向(angular orientation)およびオフセットを決定することにより、決定される。
しかし、APALSおよび他の類似のシステムは、観測された景色(観測シーン)と保存された景色(保存シーン)を解析する相関プロセスの精度に依存する。この相関プロセスは、保存シーンが適用されることにおける潜在的な混乱のため、不確実性を生み出し得る。混乱は、例えば、多くのシーンが類似の外観を有し、それが多くのシーンと何らかのレベルの相関を生じさせ得るために発生することがある。加えて、実際のシーンは、新しい建物や道路の建設や、他の景観の変更により、保存された画像が撮像されて以降に変化していることがある。更に、車や他の障害物が偶然に滑走路上に置かれた場合、システムは不正確に相関することがあり、それにより不適切な位置合わせおよび/または障害物の存在の認識の失敗がもたらされる。天候も、観測された画像と保存された画像との間の相関を難しくし得る。例えば、吹き荒れる砂、飛散物、雪などにより、観測された画像が同じエリアの保存された画像とは異なって見えることがあり得る。
他の従来のシステムは、航空機の位置を識別するために全地球測位システム(GPS)座標に依存する。しかし、GPSに信頼が置けないある種の状況が存在し、多くの場合、独立した妥当性確認が必要とされる。例えば、電離層あらしはGPS信号を変更することがあり、その結果として、信号を信頼のおけないものにする。電離層あらしにより引き起こされる誤差を補正するために、幾つかのGPSシステムは、GPS信号の誤差を計算する地上信号補正器を有する。しかし、空中用GPSシステム(air base GPS system)は、信号の使用可能性(availability)に関する理由で、地上信号補正に依存できないことがある。
航空機が正確なエリアを識別し、航空機を危険な目に遭わせることを回避することは不可欠であるので、航空機および航空機着陸システム(aircraft landing system)にとって、不確実性および誤差は望ましくない。上述の理由のため、および本明細書を読んで理解したときに当業者に明らかになる以下に述べられる他の理由のため、望ましい進入領域の認識を改善するための、航空機により使用される、装置および方法が当技術分野において必要とされている。
現行システムの上述の問題は、本発明の実施形態により対処され、以下の明細書を読んで検討することにより理解される。以下の概要は例として述べるものであって、限定のために述べるものではない。概要は、読者が本発明の態様の幾つかを理解する助けとなるように提供されるに過ぎない。一実施形態では、航空機を地上のエリアに対して位置合わせするための装置が提供される。その装置は、搭載型の着陸システム(on−board landing system)を有する航空機を含み、搭載型の着陸システムは、地上のエリアの画像を記録するように構成される。装置はまた、地上のエリア上の位置マーカ(location marker)と、記録された画像(記録画像)のエリアの少なくとも一部を示す保存された画像(保存画像)とを含む。搭載型の着陸システムは、位置マーカから情報を取得し、その情報を使用して、記録画像を保存画像に対して位置合わせするように構成される。
詳細な説明および添付の図に照らして考察すると、本発明はより容易く理解でき、本発明のさらなる利点および用途はより容易に明らかとなろう。
一般の慣例に従って、説明される様々な特徴は、実寸に比例して描かれておらず、本発明に関係する特定の特徴を強調して描かれている。
以下の詳細な説明では、本発明の方法およびシステムが実施され得る具体的で例示的な実施形態が図により示され、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明されるが、他の実施形態も用いられ得ること、また本発明の範囲から逸脱することなく、論理的、機械的、および電気的な変更が施され得ることを理解されたい。以下の詳細な説明は、従って、限定のためのものと解釈されるべきではない。
本発明の実施形態は、航空機を地上の特徴に対して位置合わせするための装置および方法を提供する。航空機を位置合わせするために、航空機が位置合わせされる地上のエリアに位置マーカが配置される。航空機上の地上相関システム(ground correlation system)は、位置マーカを認識し、その位置マーカから情報を取得する。位置マーカから取得された情報は、選択された進入についての妥当性を確認し、地上の特徴に対する航空機の位置合わせを支援するために、航空機の地上相関システムにより使用される。
図1は、空中位置合わせシステム(air alignment system)100の一つの実施形態を示している。図1は、航空機102と、空港104と、位置マーカ106とを含む。この実施形態では、航空機102は飛行機である。一つの代替の実施形態では、航空機102はヘリコプタである。他の実施形態では、航空機102は、ジェット、シャトル、または他の飛行するビークル(flying vehicle)である。航空機102は、地上のエリアの画像を取得し、その画像を処理するための、搭載型システム(on−board system)108を含む。一実施形態では、搭載型システム108は、エリアを「読み取り(感知、sense)」してそのエリアの画像を取得するレーダ・ベースのシステムである。別の実施形態では、搭載型システム108は、エリアを見て画像を取得するカメラやLIDARなどのような光学ビジョン・システム(optical vision system)である。また別の実施形態では、搭載型システム108は、ミリ波センサ(millimeter wave sensor)である。何れにしても、レーダや、光学デバイスや、ミリ波デバイスは、搭載型システム108内に配置されてよく、また、航空機102上の別のシステムの一部であってもよく、また、レーダや光学デバイスやミリ波デバイスは、搭載型システム108と通信できる限り、航空機102から離れて配置されてもよい。
一実施形態では、マーカ106は、搭載型システム108の撮像コンポーネントにより認識可能な構造である。マーカ106は、マーカ106の位置に関連する一意のコード(一意コード)を含む。この一意コードは、搭載型システム108により取得され、地上のエリアの位置を決定するために使用され、その後、地上のエリアの位置は、航空機102の位置を決定するために相関システムにより使用される。マーカ106は、位置を決定するために使用される複数のマーカの1つである。一実施形態では、それぞれの空港は、空港を識別するために使用されるマーカを有する。別の実施形態では、それぞれの空港の各滑走路は、空港および空港の特定の滑走路を識別するために使用されるマーカを有する。更に別の実施形態では、それぞれの空港の各滑走路のそれぞれの終端は、何れのの滑走路であるかや何れの空港であるかの識別に加えて、滑走路に向けての機首方位も識別するために使用されるマーカを有する。それぞれのマーカから取得されるコードは、他のすべてのマーカとは異なる一意的なものである。従って、取得されたコードは、そのコードが複数のマーカのうちの何れのマーカから取得されたかを決定することができ、所望されている着陸地へ近づきつつあることを確認するために使用することができる。
一実施形態では、航空機102は、飛行中、その航空機102が上空に存在するエリアを観測して、そのエリアの画像を取得する。搭載型システム108は、画像を解析して、画像中にマーカ106が見出されるかどうかを判定する。マーカ106が記録画像中にある場合、搭載型システム108は、マーカ106を認識し、マーカ106から一意コードを取得する。搭載型システム108は、マーカ106から取得された一意コードを使用して、航空機102の位置を決定する。一実施形態では、搭載型システム108は、複数のマーカに関連する一意コードのデータベースを含む。データベースは、それぞれの一意コードを位置と関連付ける。従って、搭載型システム108がマーカ106から一意コードを取得すると、搭載型システム108は、その一意コードをデータベースと比較して、航空機102の位置を確定する。別の実施形態では、取得された一意コードは、航空機102の位置を直接的に決定するために使用される、緯度、経度、高度などのような、マーカ106の地理座標系における地点である。
別の実施形態では、搭載型システム108は、エリアの観測画像とそのエリアの保存画像の間の相関に基づいてエリアを識別する。この実施形態では、航空機102は、航空機102を着陸させるとき、搭載型システム108を使用して、航空機を空港104の滑走路に対して位置合わせする。当業者に知られているように、観測画像と保存画像は、必ずしも正確に同じエリアである必要はない。それぞれの画像の一部だけが同じエリアである場合も、相関は達成され得る。航空機102を滑走路105に対して位置合わせするとき、搭載型システム108の画像相関を支援するため、マーカ106が搭載型システム108により使用される。
一実施形態では、マーカ106は、一意コードを取得するために搭載型システム108により読み取られ得るバーコードである。図1に示された一実施形態では、マーカ106は、空港104の滑走路105上に配置される。バーコード・マーカ106のストリップ(strip)の各々は、搭載型システム108により「見る」ことができる材料から構成される。例えば、一実施形態では、搭載型システム108は、光学合成ビジョン・システム(optical synthetic vision system)であり、バーコード・マーカ106は、黒色の舗装滑走路上の複数の白色でペイントされたストリップである。一つの代替の実施形態では、搭載型システム108は、レーダ・ベースのシステムであり、バーコード・マーカ106は、レーダ反射材料の複数のストリップである。バーコード・マーカ106は、バーコード・マーカの幅、高さ、数、およびストリップ間の間隔の変化(variation)により、一意コードをリーダへ伝達する。
動作において、搭載型システム108は、空港104の光学的画像を観測する。搭載型システム108は、その後、その画像を解析して、位置マーカが画像中にあるかどうかを判定する。一実施形態では、位置マーカが光学的画像中に存在するかどうかを判定するために、搭載型システム108は、その画像を検査し、保存画像との相関を介して、その画像と合致する可能性のある画像(probable match、合致し得る画像)を決定する。搭載型システム108は、その画像と合致する画像を見つけた場合、マーカがその合致画像の内部または近辺にあるかどうかを判定する。搭載型システム108は、その後、保存画像において知られたマーカ位置を使用し、観測画像のその部分を調べて、マーカがそこに存在するかどうかを確かめる。搭載型システム108は、観測画像内にマーカ106を見出した場合、マーカ106から一意コードを取得して、搭載型システム108が正しい画像と相関をとっていることを証明する。搭載型システム108が、マーカ106は視野内の画像(viewed image)の範囲外にあると判定した場合、新しい画像が撮像され、その後、一意コードがマーカ106から取得される。搭載型システム108は、その後、マーカ106からのコードを使用して、合致画像が正しいエリア内のものであることを検証する。
一つの代替の実施形態では、空港マーカが観測画像内に存在するかどうかを判定するために、搭載型システム108は、マーカを探して観測画像を走査する。バーコード・マーカ106が観測画像内にある場合、搭載型システム108は、マーカ106から一意コードを読み取る。搭載型システム108は、その後、その一意コードを、その一意コードに関連したエリアの1または複数の保存画像とマッチさせる(match)。搭載型システム108は、マーカ106の一意コードに関連したエリアからの1または複数の画像をロードし、その1または複数の保存画像を観測画像と相関させて、航空機102を位置合わせする。このようにして、航空機102は、搭載型システム108が正しいエリアの保存画像と相関をとっていることを証明している。なぜなら、一意コードに関連した1または複数の画像の各々は、観測画像に対しての合致する可能性のある画像(possible match)であるからである。
一実施形態では、マーカ106から取得されたデータは、数字および/または文字の一意の組である。この実施形態では、搭載型システム108は、数字/文字の一意の組を保存画像の1または複数のものに関連付けるデータベースを含む。一つの代替の実施形態では、マーカ106から取得されたコードは、緯度、経度、および高度などのような、マーカ106の地理座標系における点である。この実施形態では、搭載型システム108は、座標を使用して、マーカ106を、保存画像内におけるマーカ106の既知の位置へ直接に位置合わせしたり、また、座標を使用して、その座標の(に関連した)エリア内のものである1または複数の画像を決定する。
一実施形態では、航空機102を位置合わせするために複数の位置マーカが使用される。この実施形態では、画像相関を用いず、2以上の位置マーカが使用でき、線が決定できる。線は、その後、航空機102を位置合わせするために使用することができる。代替例として、位置合わせおよび/または搭載型システム108により使用される保存画像が正しいことを更に検証するために、追加の位置マーカを使用できる。最後に、上記ではマーカ106はバーコードとして説明されたが、他の実施形態では、マーカ106は、情報を搭載型システム108へ伝達するのに使用される一意の形状、文字、および/または数字から構成される。
図2は、位置マーカ202の別の実施形態を示している。図1と同様に、図2は、搭載型システム208を有する航空機204と、空港206とを含む。マーカ106と同様に、マーカ202は、搭載型システム208により認識可能なように構成される。この例では、航空機204はヘリコプタであり、空港206はヘリポートである。一つの代替の実施形態では、航空機204は飛行機である。他の実施形態では、航空機204は、ジェット、シャトル、または他の飛行するビークルである。マーカ202は、無線周波識別(RFID)マーカである。RFIDマーカとして、マーカ202は、マーカ202の位置に関する情報を含む無線信号を送信する。マーカ202は、マーカ202からの情報を要求する信号(受信した信号)に応答して、無線信号を送信する。一実施形態では、マーカ202は、レーダ反射材料210のリングを含む。マーカ202が画像内に存在するかどうかを判定するために、搭載型システム208は、マーカを探して画像を走査する。マーカ202が画像内に位置していた場合、搭載型システム208は、マーカ202の位置を書きとめ(note)、マーカ202に対して情報を要求する。
一実施形態では、航空機204が飛行中、搭載型システム208は、航空機204が上空に存在するエリアを観測して、そのエリアの画像を取得する。搭載型システム208は、画像を解析して、画像中にマーカ202があるかどうかを判定する。マーカ202が観測画像中にある場合、搭載型システム208は、マーカ202を認識し、マーカ202から一意コードを取得する。搭載型システム208は、マーカ202から取得された一意コードを使用して、航空機204の位置を決定する。一実施形態では、搭載型システム208は、複数のマーカに関連する一意コードのデータベースを含む。データベースは、それぞれの一意コードを位置と関連付ける。従って、搭載型システム208がマーカ202から一意コードを取得すると、搭載型システム208は、その一意コードをデータベースと比較して、航空機204の位置を確定する。別の実施形態では、取得された一意コードは、航空機204の位置を決定するために直接的に使用される、緯度、経度、高度などのような、マーカ202の地理座標系における点である。
別の実施形態では、搭載型システム208は、エリアの観測画像とそのエリアの保存画像との間の相関に基づいて、エリアを識別する。この実施形態では、航空機204は、航空機204を着陸させるとき、搭載型システム208を使用して、航空機を空港206の滑走路に対して位置合わせする。当業者に知られているように、観測画像と保存画像は、必ずしも正確に同じエリアである必要はない。それぞれの画像の一部だけが同じエリアである場合も、相関は達成され得る。航空機204を滑走路205に対して位置合わせするとき、搭載型システム208の画像相関を支援するために、マーカ202が搭載型システム208により使用される。
動作面について、搭載型システム208は空港206のレーダ画像を観測する。搭載型システム208は、その後、その画像を解析して、位置マーカが画像中にあるかどうかを判定する。一実施形態では、位置マーカがレーダ画像中に存在するかどうかを判定するために、搭載型システム208は、その画像を検査し、保存画像との相関を介して、その画像と合致する可能性のある画像を決定する。搭載型システム208は、その画像と合致する画像を見つけると、マーカがその合致画像の内部または近辺にあるかどうかを判定する。搭載型システム208は、その後、保存画像において知られたたマーカ位置を使用し、観測画像のその部分を調べて、マーカがそこに存在するかどうかを確かめる。搭載型システム208は、観測画像内でマーカ202の場所を見つけた場合、マーカ202から一意コードを取得して、搭載型システム208が正しい画像と相関していることを証明する。搭載型システム208が、マーカ202は視野内の画像の範囲外にあると判定した場合、新しい画像が撮像され、その後、一意コードがマーカ202から取得される。搭載型システム208は、その後、マーカ202からのコードを使用して、合致した画像が正しいエリア内のものであることを確かめる。
一つの代替の実施形態では、航空機204の位置を決定するために、搭載型システム208は、マーカ202からの情報を要求する信号を送信する。マーカ202は、情報を要求する信号を受信し、RFIDマーカ202内に含まれる情報を有する返信信号を送信する。搭載型システム208は、マーカ202から返信信号を受信し、その信号から情報を抽出する。搭載型システム208は、その情報を読み取って、マーカ202の識別情報を取得する。その後、搭載型システム208は、航空機204をエリアに対して位置合わせしたい場合、マーカ202に関連したエリアの画像をロードし、観測画像とマーカ202に関連した保存画像とを相関させる。
一実施形態では、マーカ202から取得されたデータは、数字の一意の組である。この実施形態では、搭載型システム208は、一意コードを保存画像の1または複数のものに関連付けるデータベースを含む。一つの代替の実施形態では、マーカ202から取得されたコードは、緯度、経度、高度などのような、マーカ202の地理座標系における点である。この実施形態では、搭載型システム208は、座標を使用して、マーカ202を、保存画像内におけるマーカ202の既知の位置と直接的に位置合わせしたり、また、座標を使用して、その座標の(に関連した)エリア内のものである1または複数の画像を決定する。
一実施形態では、航空機204を位置合わせするために複数の位置マーカが使用される。この実施形態では、画像相関を用いず、2以上の位置マーカが使用でき、線が決定できる。その線は、その後、航空機204を位置合わせするために使用することができる。代替例として、位置合わせおよび/または搭載型システム208により使用される保存画像が正しいことを更に検証するために、追加の位置マーカを使用できる。
一実施形態では、マーカ202は、全地球測位システム(GPS)のための検証として使用される。この実施形態では、航空機204はGPSを使用してその位置を識別する。しかし、背景技術において言及されたように、GPSは独立の妥当性確認を必要とすることがある。従って、GPSにより与えられた位置が正しいことを検証するために、搭載型システム208は、マーカ202から位置を読み取り、マーカ202から取得された位置を、GPSにより与えられたマーカ202の位置と比較する。GPSにより与えられた位置が、マーカ202から取得された位置と同じである場合、航空機204は、航行の支援にGPSを使用することを維持する。GPSにより与えられた位置が、マーカ202から取得された位置と異なる場合、またはマーカ202から取得された位置の所望される許容範囲の外にある場合、GPSは誤っていると考えられ、航空機204はGPS以外の航行援助を使用する。
ここで図3を参照すると、航空機を位置合わせする方法300の一実施形態が示されている。ブロック302で開始し、航空機は、航空機が位置合わせを試みる対象のエリアの画像を取得するために、そのエリアを観測する。搭載型着陸システムは、搭載型着陸システムにより観測された画像内に位置マーカが存在するかどうかを判定する。位置マーカが存在する場合、航空機は、位置マーカから一意コードを取得する(304)。一実施形態では、位置マーカはバーコードである。別の実施形態では、位置マーカはRFIDデバイスである。ブロック306において、着陸システムは、画像相関を使用して、観測画像を保存画像と比較して、観察画像がその観察画像に対する合致画像であるかどうかを判定する。着陸システムは、少なくとも1つの保存画像が、観測画像に対しての合致する可能性のある画像であるかどうかも、位置マーカから取得された一意コードをその画像に関連した一意コードと比較することにより、判定する(308)。一実施形態では、一意コードは、保存画像を選択するために使用され、その保存画像は、画像相関により合致を判定するために使用される。別の実施形態では、一意コードは、画像相関により決定された合致画像が合致可能性のある画像であることを検証するために、使用される。
本明細書では具体的な実施形態が例示され説明されたが、同じ目的を達成するために適用される任意の構成が、示された具体的な実施形態に置き換わり得ることは当業者であれば理解されよう。本出願は、本発明の任意の改造および変形の基礎となることが意図されている。従って、本発明は特許請求の範囲およびその均等物によりのみ限定されることが明らかに意図されている。
Claims (3)
- 航空機の位置を決定するための方法であって、
エリアの画像を取得するために、航空機に搭載の着陸システムを用いて前記エリアを観測するステップと、
観測された前期画像の前記エリア内の位置マーカから一意コードを取得するステップであって、前記コードが前記位置マーカを一意に識別するものである、ステップと、
前記一意コードに基づいて前記航空機の位置を決定するステップと、
を備える方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記航空機の位置を決定する前記ステップが、
保存された画像が、観測された前記画像に対して合致する画像であるかどうかを、画像相関により判定するステップと、
少なくとも1つの保存された画像が、観測された前記画像に対して合致し得る画像であるかどうかを、前記マーカの前記一意コードを前記少なくとも1つの保存された画像に関連した一意コードと比較することにより、判定するステップと、
を更に含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記位置マーカがバーコードであり、一意コードを取得する前記ステップが、前記バーコードを読み取るステップと、相関機能を実行するためのエリアを選択するために前記コードを使用するステップとを更に含む方法。
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