JP2010508519A - 大気中乱気流位置測定システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は概ね航空機安全対策に関し、より詳細には乱気流の位置を測定するためのシステムに関する。
晴天乱気流(CAT)は、ジェット気流の位置、対流圏界面(tropopause boundary)の位置、激しい雷雨を含む局地的な厳しい気象の位置、および山岳地帯の位置を含む多数の異なる要因により、典型的なジェット機巡航高度において発生する。しかしながら、晴天乱気流現象はすべて共通に1つのことを有する。すなわち、その現象は晴天の大気中で発生し、今のところ、航空機が一旦乱気流領域に入ってしまったら、飛行高度を操作または変更する意外にこれらの現象を回避する方法はほとんどないということである。
アンテナプラットフォームから大気乱気流までの範囲を計算するためのシステムおよび方法が開示される。方法は、第1のアンテナから、第1のアンテナと一定の距離で離された第2のアンテナへの干渉パターンの伝搬における時間シフトに対応する相関ラグ値を決定する。相関ラグ値とアンテナ距離間隔に基づいて、方法はアンテナプラットフォームから大気乱気流への範囲を計算して、その範囲を示す警告を発する。
以下の図と併せて考察する際に、詳細な説明および請求項を参照することにより、本発明のさらに完全な理解を引き出し得る。尚、すべての図を通して同じ参照番号は同様の素子を示す。
以下の詳細な説明は本質的に一例にすぎず、本発明の実施形態またはかかる実施形態の用途および使用を限定することを意図しない。さらに、前述の技術分野、背景、簡単な要約または以下の詳細な説明において呈示されるいかなる明示的または暗示的理論にも制約されることを意図しない。
間パターンは、強いまたは弱い信号強度の位置ならびに相対的に進行したまたは停滞した信号位相の位置を定義する。信号強度および信号位相の空間干渉パターンは、種々の位置に受信機を設置することにより測定可能である。タービュールが乱気流領域内を移動するにつれて、または信号源、例えば衛星が乱気流領域に対して移動するにつれて、空間干渉パターンは経時変化する。
本発明の例示的実施形態は、第1の位置にある第1のアンテナから第2の位置にある第2のアンテナへの干渉パターンの伝搬を受信する際の時間シフトに対応する時間間隔を決定し、下記で詳細に説明されるように時間間隔に基づいて乱気流範囲を計算する。
受信機220はアンテナに連結され、受信された干渉パターンの特性を測定するように構成される。アンテナによって受信された信号はアルゴリズムで解析され、プラットフォーム(例えば、航空機)の相対的な動きを衛星の相対的な動きと比較する。この比較アルゴリズムは、衛星、例えば、GPS衛星が衛星の位置およびスピード、GPSシステム時間、時計の誤差ならびにデータの健全および精度に関する情報を含む1セットのコードを送信するという事実を利用する。この情報により、GPS衛星の相対位置および動きが高精度に予測可能となる。
り詳細に説明される相関ラグ値を選択するように構成される。相関モジュール224は、並列処理相関器または直列処理相関器を含み得るが、これに限定されない。相関ラグ値は前方アンテナにおける信号変化と後方アンテナにおけるその後の信号変化Δtとの間の時間間隔であり、下記の図4から図7の文脈においてより詳細に説明されるように、時間的相関係数は各時間ラグΔtの各アンテナにおいて振幅/位相パターンがどの位十分一致しているかの尺度である。
118は水平方向に離れていて、プラットフォーム114も乱気流領域106も共に静止している。アンテナは距離L0だけプラットフォーム114上で離され得る。本例では、干渉パターン108は、時間t1(参照番号120で識別される)で後方アンテナ116を横断し、時間間隔Δt後に、画像は時間t2(参照番号122で識別される)で前方アンテナ118を横断する。
従って、第2に例示的実施形態によると、方法は以下の関係に基づいて範囲を計算する:
従って、第3の例示的実施形態により、方法は以下の関係に基づいて範囲Rtを計算する。
第5の例示的実施形態によると、方法は以下の関係に基づいて範囲Rtを計算する:
の垂直速度である。
ピークを生み出す(衛星画像スピードは航空機の動き、風などに対して補正される)。本発明の本例証的実施形態は、Δtの多くの値に対する相関係数r(Δt)を計算して、最高値(ピーク相関値)を有するものを、最大の乱気流までの範囲を印をつけるように選択する。本実施形態は、先頭および後続アンテナにおける信号振幅測定を使用して相関係数を計算する。代替実施形態は、信号位相測定または信号位相および信号振幅の組み合わせを使用して、相関係数を計算し得る。
約0.2秒の相関ラグ値である。アンテナ間(L0)が約20メートルとすると、それは航空機の後部に向かう約100m/sの相対画像速度Viに相当する。航空機は約200m/s(Va)で移動しているので、真の画像速度Viは前方に約100m/sである。衛星が約4200kmの範囲Rsで後方から約4000m/s(Vs)移動しているとすると、約100m/sの画像スピードViは、航空機から約105kmの位置で乱気流領域を突き進んだこと示す。
Claims (23)
- 乱気流領域からプラットフォームまでの範囲を計算するための方法であって、前記方法は、
第1のアンテナから第2のアンテナへの干渉パターンの伝搬における相関ラグ値を決定するステップであって、前記相関ラグ値は前記乱気流領域によって生じた時間シフトに対応し、前記乱気流領域は衛星から前記プラットフォームへ送信される信号の経路内にあるステップと、
前記相関ラグ値に基づいて前記範囲を計算するステップと、
を含む、方法。 - 前記相関ラグ値を決定するステップは、
サンプリング間隔で前記第1のアンテナにおいて、前記干渉パターンに対応する第1のシリーズの信号振幅をサンプリングするステップと、
前記サンプリング間隔で前記第2のアンテナにおいて、前記干渉パターンに対応する第2のシリーズの信号振幅をサンプリングするステップと、
前記第1および前記第2のシリーズの信号振幅の間の時間的相関係数を計算するステップと、
前記時間的相関係数に対応する相関ラグ値を計算するステップと、
前記時間的相関係数の最高値に対応する前記相関ラグ値を選択するステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記範囲を示す警告を発するステップをさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 前記乱気流領域は移動する乱気流領域であり、
前記プラットフォームは移動するプラットフォームであり、
前記範囲を計算するステップは、関係
- 前記乱気流領域は移動する乱気流領域であり、
前記プラットフォームは移動するプラットフォームであり、
前記範囲を計算するステップは、関係
- 前記相関ラグ値に基づいて前記範囲を計算するためのデータを得るステップであって、前記データは、
前記プラットフォームの水平速度と、
衛星の水平速度と、
前記乱気流領域の水平速度と、
前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとの間の水平方向距離間隔と、
前記衛星から前記プラットフォームの距離と、
前記プラットフォームの垂直速度と、
前記衛星の垂直速度と、
前記乱気流領域の垂直速度と、
前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとの間の垂直方向距離間隔と、
を含むステップを、さらに含む前述のいずれかの請求項による方法。 - 第1のシリーズの信号振幅および前記第2のシリーズの信号振幅と、
前記計算された時間的相関係数と、
前記相関ラグ値と
前記サンプリング間隔と、
を記憶するステップをさらに含む、請求項2から請求項11のいずれかに記載の方法。 - 前記計算された時間的相関係数の最高値は、時間的相関曲線のピークにある、請求項2から請求項12のいずれかに記載の方法。
- 前記時間的相関曲線の前記ピークに基づいて前記乱気流領域の厚さを決定するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記時間的相関曲線の前記ピークは相対的に幅が広い場合は、厚い乱気流領域を示すステップと、
前記時間的相関曲線の前記ピークは相対的に幅が狭い場合は、薄い乱気流領域を示すステップと、
をさらに含む、請求項14に記載の方法。 - 乱気流領域からプラットフォームまでの範囲を計算するためのシステムであって、前記システムは、
複数のアンテナであって、各々受信された干渉パターンを生成するように入射電磁エネルギに応答し、前記電磁エネルギは前記乱気流領域にさらされた経路に沿って進行する、複数のアンテナと、
前記アンテナに連結され、前記受信された干渉パターンの特性を測定するように構成される受信機と、
前記受信機に連結された処理論理素子であって、
相関ラグ値を決定し、前記相関ラグ値は、第1のアンテナから前記第2のアンテナへの前記受信された干渉パターンの伝搬において、前記乱気流領域により生じる時間シフトに対応し、
前記相関ラグ値に基づいて前記範囲を計算するように構成される処理論理素子と、
を含む、システム。 - 前記処理論理素子はさらに、
前記第1のアンテナにおいておよびサンプリング間隔で、前記受信された干渉パターンに対応する第1のシリーズの信号振幅をサンプリングして、
前記第2のアンテナにおいておよび前記サンプリング間隔で、前記受信された干渉パターンに対応する第2のシリーズの信号振幅をサンプリングするように構成される、請求項16に記載のシステム。 - 前記処理論理素子と連結され、
前記第1および前記第2のシリーズの信号振幅の間の時間的相関係数を計算して、
前記計算された時間的相関係数に対応する相関ラグ値を計算して、
前記計算された時間的相関係数の最高値に対応する前記相関ラグ値を選定するように構成される、相関器モジュールをさらに含む、請求項17に記載のシステム。 - 前記処理論理素子に連結され、
前記第1および前記第2のシリーズの信号振幅と、
前記計算された時間的相関係数と、
前記相関ラグ値と、
前記サンプリング間隔と、
を記憶するように構成される、メモリモジュールをさらに含む、請求項18に記載のシステム。 - 前記受信機は衛星受信機を含む、請求項16から請求項19のいずれかに記載のシステム。
- 前記処理論理素子に連結され、前記範囲を示す警告を発するように構成される通信ネットワークをさらに含む、請求項16から請求項20のいずれかに記載のシステム。
- 前記処理論理素子はさらに、
前記第1のアンテナにおいておよびサンプリング間隔で、前記受信された干渉パターンに対応する第1のシリーズの信号位相をサンプリングして、
前記第2のアンテナにおいておよび前記サンプリング間隔で、前記受信された干渉パターンに対応する第2のシリーズの信号位相をサンプリングするように構成される、請求項16から請求項21のいずれかに記載のシステム。 - 前記相関器モジュールはさらに、
第1と第2のシリーズの信号位相との間の時間的相関係数を計算して、
前記計算された時間的相関係数に対応する相関ラグ値を計算して、
前記計算された時間的相関係数の最高値に対応する前記相関ラグ値を選択するように構成される、請求項18から請求項22のいずれかに記載のシステム。
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