JP2012507435A - 有効速度オーソリティを用いた到着時刻制御方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】上方制御境界及び下方制御境界を含む基準時刻プロファイルを使用する、ビークル制御システムのための方法及びシステムを提供する。
【解決手段】本システムは、ウェイポイントの必須到着時刻を受け取るように構成された入力装置と、この入力装置と通信可能に結合されたプロセッサとを含み、このプロセッサは、中間制御地点までの第１の速度プロファイルと、この中間制御地点とＲＴＡウェイポイントとの間の第２の速度プロファイルとを用いて、基準時刻プロファイルを生成するようにプログラムされている。本システムは更に、このプロセッサと通信可能に結合された出力装置を含み、この出力装置は、基準時刻プロファイルに基づく速度制御信号をビークル速度制御システムに送信するように構成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、概してビークルの速度制御に関し、特に、有効な速度範囲を用いてビークルの到着時刻を制御する方法及びシステムに関する。

これまで、航空機は上下左右の配向ドメインでのみ制御されてきたが、タイムドメインでの航空機制御を用いることにより、高度な空域管理が可能になり、結果的にキャパシティの拡張が可能になる。時間ベースの到着管理を用いることにより、着陸時刻の割り当てを早期に行い、滑走路の使用効率を高めることが容易になる。各航空機が、各々の燃料的に最適な飛行プロファイルを用いて各々の所望の着陸時刻を決定できれば、時間ベースの到着管理の使用は、経済的な利益に繋がる。

航空機をタイムドメインで制御する機能は、主に、飛行計画におけるウェイポイントへの必須到着時刻（ＲＴＡ：Ｒｅｑｕｉｒｅｄ Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ）の制約を用いて可能になる。必須到着時刻に対する制御に加えて、このアルゴリズムは、最高運行速度及び最低運行速度を用いて、推定最早時刻及び最遅到着時刻をそれぞれ計算する。しかし、このＲＴＡアルゴリズムは、エンルートにおける運行を念頭に設計されたものであり、ターミナルの段階に用いるときには弱点がある。

本明細書で用いる、ＲＴＡ運行に関連付けられた重要なパラメータを以下に示す。
（１）ＲＴＡウェイポイント（乗務員が入力するか、アップリンクされる）
必須通過時刻が指定されているウェイポイント。
（２）ＲＴＡ時刻（乗務員が入力するか、アップリンクされる）
時：分：秒で表された必須通過時刻（従来的にＧＭＴで表されるが、ＧＭＴのみには限定されない）。
（３）ＲＴＡ許容範囲（デフォルトにするか、又は乗務員が入力するか、アップリンクされる）
秒単位で表され、この範囲内であれば定刻とみなされる、許容可能な通過時刻の前後範囲。
（４）現在のＥＴＡ（コンピュータ計算される）
ＲＴＡウェイポイントにおける推定到着時刻。
（５）最早時刻（コンピュータ計算される）
航空機の限度内で許容可能な最高速度により可能な最早到着時刻。
（６）最遅時刻（コンピュータで計算される）
航空機の限度内で許容可能な最低速度により可能な最遅到着時刻。
（７）ＲＴＡウェイポイントまでの距離（コンピュータ計算される）
ＲＴＡウェイポイントまでの、経路に沿った残余距離。
（８）ＲＴＡ誤差（コンピュータ計算される）
（２）のＲＴＡ時刻と（４）の現在のＥＴＡとの差が（３）のＲＴＡ許容範囲から外れている場合、「早い」時間又は「遅い」時間としてその差を時間、分、秒単位で表したもの。

オペレータがＲＴＡウェイポイント（１）を入力すると、デフォルトの飛行コスト最適プロファイルを用いて予測されたＥＴＡに等しいＲＴＡ時刻（２）が示される。これは、最小コストの飛行プロファイルを用いた所望の到着時刻である。オペレータは、航空交通管制室から指定される等した新しい値を入力することにより、この示された値を変更することができる。得られたＲＴＡ速度目標は、アクティブな速度コマンドとして自動操縦装置に与えられ、主要なフライトディスプレイに表示される。適用される速度制限があれば、速度目標よりもこの制限が優先される。制限速度が考慮されるのは、推定到着時刻を計算する場合である。アクティブな速度コマンドに従うことにより、この速度がＲＴＡを達成するための航空機の速度限界の範囲内にあれば、航空機はＲＴＡを達成するはずである。少なくとも１つの周知の実装では、（現在のコストインデックスを用いる）現在の想定速度プロファイルを用いて、各ウェイポイント及び軌道変更地点におけるＥＴＡを含む時刻プロファイルが計算される。可能な最早及び最遅到着時刻は、ＲＴＡウェイポイントについてのみ、最大及び最小コストインデックスを用いてそれぞれ推定される。

米国特許第５１２１３２５Ａ号

しかし、滑走路の末端そのものにおける運行も含め、下降時に遅れて制約される運行のＲＴＡアルゴリズムの改善が必要である。

一実施形態では、ビークル制御システムが、上方制御境界及び下方制御境界を含む基準時刻プロファイルを用い、このシステムは、ウェイポイントの必須到着時刻を受け取るように構成された入力装置と、この入力装置と通信可能に結合されたプロセッサとを含む。プロセッサは、上方及び下方制御境界に沿った地点であり、ＴｏｌがＲＴＡ許容値、αが変倍係数のとき、この上方制御境界と下方制御境界との差が２αＴｏｌにほぼ等しくなる、中間制御地点を決定するようにプログラムされている。プロセッサは更に、上方制御境界の時刻と下方制御境界の時刻とのほぼ中間にある中間制御時刻を決定するようにプログラムされており、これによって、この中間制御時刻の両側には、ほぼαＴｏｌのマージンが与えられる。また更に、プロセッサは、中間制御時刻を満たすために必要な、現在時刻における航空機の現在位置から始まる速度プロファイルである第１の速度プロファイルを生成するようにプログラムされていると共に、ＲＴＡを満たすために必要な、中間制御時刻における中間制御地点から始まる速度プロファイルである第２の速度プロファイルを生成するようにプログラムされている。プロセッサは、中間制御地点までの第１の速度プロファイルと、中間制御地点とＲＴＡウェイポイントとの間の第２の速度プロファイルとを用いて、基準時刻プロファイルを生成するようにプログラムされている。システムは更に、このプロセッサと通信可能に結合された出力装置を含み、この出力装置は、この２つの速度プロファイルに基づく速度制御信号をビークル速度制御システムに送信するように構成されている。

別の実施形態では、進路に沿ってビークルの速度を制御する方法が、所定のウェイポイントの必須到着時刻（ＲＴＡ）を受け取るステップと、ビークルが有効な最高速度で移動しながら進路に沿って或る地点に到着し、尚且つＲＴＡに所定のウェイポイントに到着可能な最遅時刻を表す遅期時限を決定するステップと、ビークルが有効な最低速度で移動しながら進路に沿って或る地点に到着し、尚且つＲＴＡに所定のウェイポイントに到着可能な最早時刻を表す早期時限を決定するステップと、を含む。この方法は更に、遅期時限及び早期時限の少なくとも一方に対する制御にアグレッシブ性を与えるべく選択される、速度補正の頻度と速度補正の大きさを制御する制御アグレッシブ性の変倍係数γを適用するステップと、早期及び遅期時限に基づいて速度制御信号を生成するステップと、速度信号をビークル速度制御システムに出力するステップと、を含む。

更に別の実施形態では、ビークルの速度を制御する方法が、ＲＴＡウェイポイントの必須到着時刻を表す必須到着時刻（ＲＴＡ）の不感帯を決定するステップであって、第１の速度制御信号を生成する遅期制御の有効化と、第２の速度制御信号を生成する早期制御の有効化とを含むステップと、第１の速度制御信号及び第２の速度制御信号の少なくとも一方をビークル速度制御システムに出力するステップと、を含む。

例示的な航空機飛行におけるＲＴＡウェイポイントまでの距離の関数としての、ＲＴＡウェイポイントに対するタイムウィンドウのグラフである。 ＲＴＡアルゴリズムの周知の実装により生成された例示的パラメータのグラフである。 ＲＴＡウェイポイントの手前の、速度制御オーソリティが制限された領域を示すＲＴＡタイムウィンドウのグラフである。 本発明の一実施例による早期及び遅期後方時刻プロファイルのグラフである。 現在時刻不確実性が変倍境界上又はその外にあるときの、早期及び遅期後方時刻プロファイルのグラフである。 本発明の一実施例による、基準時刻プロファイル６０２の決定を示すグラフである。 上方制御境界及び下方制御境界を含む基準時刻プロファイルを使用した、ビークル制御システムの概略ブロック図である。

図１〜７に、本明細書に記載の方法及びシステムの実施例を示す。

以下の詳細な説明では、限定目的ではなく例示目的で、本発明の実施形態を説明する。本発明の概ねの用途は、ウェイポイントにＲＴＡ時刻が設けられており、ウェイポイント以前に（許容可能な速度範囲として定義される）速度制御オーソリティが限定される期間があるとき、有効な速度制御オーソリティを考慮して到着時刻に対する制御を行う方法にあることを意図している。少なくとも幾つかの周知のＲＴＡアルゴリズムは、エンルートにおける飛行段階を念頭に設計されたものであって、速度による時刻に対する制御オーソリティが急速に漸減する下降段階時に十分なＲＴＡ精度を可能にするものではない。このケースのよくある例の１つが、空港の高度速度制限である（例えば、１００００フィート未満では２５０ノット）が、このことは、ビークルの運行速度の安全範囲又は（一定マッハ数のセグメント又はウェイポイントの速度制限のような）プロシージャ的な速度制限に起因して、少なくとも一方向（加速又は減速）に速度が制限される場合には常に当てはまる。

本明細書で用いる場合、特に明記しない限り、「ａ」又は「ａｎ」に続く単数形の単語で列挙した要素又はステップは、複数の要素又はステップを排除しないものとして理解されたい。また、本発明の「一実施例」の参照は、列挙した特徴も組み込んだ更なる実施例の存在を排除するものとして解釈されることを意図したものではない。

図１は、例示的な航空機の飛行における、ＲＴＡウェイポイントまでの距離の関数としての、ＲＴＡウェイポイントに対するタイムウィンドウ１０２のグラフ１００である。本実施例では、ウェイポイントへのＲＴＡ１０４が、グラフ１００に沿った時刻値として示されている。タイムウィンドウ１０２は、最遅到着時刻（ＬＡＴ）のトレース１０６と、最早到着時刻（ＥＡＴ）をプロットしたトレース１０８との間に図示された、漸減するＲＴＡ制御オーソリティを表す。グラフ１００は、所定のＲＴＡウェイポイントまでの距離の単位で目盛りが付いたｘ軸１１０を含む。例えばこの距離を航空機の速度で割ることにより、所定のＲＴＡウェイポイントまでの時間にｘ軸１１０の目盛りを換算できる。グラフ１００は、時間単位で目盛りが付いたｙ軸１１２を含む。トレース１０６及びトレース１０８は、その間にＲＴＡタイムウィンドウ１０２を画定している。飛行プロファイル１１４は、上昇部分１１６、巡航部分１１８、及び下降段階１２０に分かれる。正確なＲＴＡ運行のためには、限られたウェイポイントでのＥＴＡがＲＴＡから大きく異ならないようにする必要がある。これが必要なのは、速度が制限された飛行部分において、速度制御オーソリティが（したがって、時刻制御オーソリティが）漸減することに起因する。図１は、飛行の一例における、そのような状況を示している。ＲＴＡウィンドウ１０２は、ＲＴＡウェイポイントまでの距離に対してプロットされており、このＲＴＡは、滑走路末端において飛行中に定められたものである。図１に示すように、１００００フィートで２５０ノットの速度制限１２２に達した後は、ＲＴＡウィンドウ１０２が突如狭まることにより、ＲＴＡを達成するための制御オーソリティの余地が殆どなくなる。

図２は、周知のＲＴＡアルゴリズムで生成された例示的なパラメータのグラフ２００である。グラフ２００は、所定のＲＴＡウェイポイントまでの時間の単位で目盛りが付いたｘ軸２０２と、所定のＲＴＡの前後の時間の単位で目盛りが付いたｙ軸２０４とを含む。

グラフ２００は、ＲＴＡ制限までの時間が（したがって距離が）長くなるほど大きくなるＲＴＡウィンドウ、即ち不感帯２０６を含む。不感帯２０６は、遅期制御オーソリティの有効化２０８と早期制御オーソリティの有効化２１０とにより画定されている。飛行のエンルート部分においてのみ、不感帯２０６は、不感帯の境界がトリガされると約３〜５ノットの速度調節ができるように選択される。しかし、飛行の速度制限部分にあるウェイポイントでのＲＴＡの場合、通常は、飛行プロファイルの大部分が、例えばこれに限定されないが空港速度制限やコンフィギュレーション速度の要件等により制限されており、このことによって、速度が境界に達し、例えば制御がトリガされて２０〜３０ノットの速度補正が行われるといった、３〜５ノットよりもずっと大きな速度補正が、不感帯２０６に起因して生じることがある。

下降制御において所望のＲＴＡ性能を達成するべく、所与の時点で有効な時刻制御オーソリティを反映するように不感帯２０６を修正する。制御オーソリティが上述のように制限されている場合は、不感帯２０６を、ＲＴＡからのずれに対してより敏感であるように調節する。即ち、補正のトリガが行われる前に、ＥＴＡとＲＴＡとの間の誤差を小さくしておくべきである。

一方、最低速度及び最高速度を用いて、（航空機とＲＴＡウェイポイントとの間の各地点における最早時刻から成る）早期時刻プロファイル及び（各地点における最遅時刻から成る）遅期時刻プロファイルを生成した上で、ＲＴＡ時刻を達成することができる。これにより、速度制御オーソリティが終了する場所についてより多くの情報が得られ、（例えば、予想よりも強い向かい風等の）擾乱に対処するフレキシビリティを最大に維持する修正速度プロファイルを計算するアルゴリズムが簡単になる。現在時刻、並びにこれらの早期時刻プロファイル及び遅期時刻プロファイルに関連付けられた不確実性が既知の場合、これらの不確実性もこの制御アルゴリズムに取り入れることができる。このことにより、追加の処理と記憶域が必要になるものの、制御アルゴリズムがより強力になる。

図３は、ＲＴＡウェイポイントの手前の、速度制御オーソリティが制限された領域を示すＲＴＡタイムウィンドウ３０２のグラフ３００である。本実施例において、グラフ３００は、所定のＲＴＡウェイポイントＷｐｔＡまでの距離の単位で目盛りが付いたｘ軸３０２と、到着時刻の、所定のＲＴＡからＷｐｔＤまでのオフセットを表す時間の単位で目盛りが付いたｙ軸３０４とを含む。

ＲＴＡウェイポイントの手前に速度制御オーソリティが制限された領域があると、ＲＴＡを維持するための航空機の運行が困難な場合がある。図３に示すように、速度制限３０６が、航空機が達成できる最高速度を規定している。航空機が速度制限高度を通過する際のＲＴＡ誤差が皆無（ＥＴＡ＝ＲＴＡ）であっても、航空機の現在の速度目標が最高速度（この例では空港速度制限）に等しい場合、そこから更に加速するオーソリティは存在しない。したがって、予期せず相当な強さの向かい風が吹くと、遅期ＲＴＡ誤差が生じ、そのため、この誤差を解消してＲＴＡ時刻を達成するためには、加速を必要とすることがある。しかし、加速制御オーソリティが失われているので、この誤差を低減できず、ＲＴＡ時刻を達成できないことがある。

ＲＴＡウェイポイントから遡って早期及び遅期時刻プロファイルを完全に計算することにより、航空機が最低及び最高速度を用いて任意の地点に到着し、更にＲＴＡを達成する最早時刻及び最遅時刻がそれぞれわかる。これらの早期及び遅期後方時刻プロファイルは、最高及び最低速度を用い、ＲＴＡ時刻のＲＴＡウェイポイントから遡って運動方程式を積分することにより、それぞれ計算可能である。加えて、これらに限定されないが、例えば向かい風及び追い風、天候パターン及び乱気流を回避するための上昇及び下降、並びに天候パターンを回避するための航空路からの逸脱等の、ビークルに対する外的影響に起因する時刻誤差も取り入れることができる。このような誤差は、ビークルの計測機器類又は外部ソースから供給される追加情報を用いて補正可能である。

図４は、本発明の一実施例による早期及び遅期後方時刻プロファイルのグラフ４００である。本実施例では、ＲＴＡ時刻のＲＴＡウェイポイントから遡って運動方程式を積分することにより、早期時限４０２及び遅期時限４０４を計算する。グラフ４００は、ＲＴＡウェイポイントＷｐｔＡまでの距離単位で目盛りが付いたｘ軸４０６と、航空機４１２とＲＴＡウェイポイントＷｐｔＡとの間の各地点における、所定のＥＴＡからの到着時刻のオフセットを表す時間の単位で目盛りが付いたｙ軸４０８とを含む。

第１のトレース４１０は、基準速度を用いて計算された、航空機４１２とＲＴＡウェイポイントＷｐｔＡとの間の各地点における到着時刻を表している。早期時限４０２は、航空機４１２で達成可能な最低速度でＲＴＡウェイポイントＷｐｔＡから遡ることにより計算される。早期時限４０２は、航空機４１２が最低速度で飛行して任意の地点に到達し、更にＲＴＡを達成可能な最早時刻を表している。同様に、遅期時限４０４は、航空機４１２が最高速度で飛行してその任意の地点に到達し、更にＲＴＡを達成可能な最遅時刻を表している。

早期時限４０２及び遅期時限４０４は、係数γで変倍可能である（０．０＜γ＜１．０）。変倍係数γは、制御のアグレッシブ性を与えるために選択される、チューニングパラメータを表しており、これに限定されないが例えば、適当な頻度で速度補正を行うと共に、結果的に適当な大きさの速度補正が行われる。３つの時刻プロファイルを計算する際、最低速度、最高速度、及び基準速度は既知なので、速度変更の所望の大きさ及び頻度を達成するにあたり、この係数γは時間依存であってよく、早期方向と遅期方向で別々に計算可能である。

加えて、現在時刻に関連付けられた不確実性が存在してもよい。このような時刻不確実性に寄与する主な要因は、推定位置不確実性（ＥＰＵ：Ｅｓｔｉｍａｔｅｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ）及び入力時刻不確実性（ＩＴＵ：Ｉｎｐｕｔ Ｔｉｍｅ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ）である。ＥＰＵ及びＩＴＵが両方とも９５％の確実性（又は２つの標準偏差）として表され、両方の誤差が正規分布の場合、現在時刻不確実性（ＣＴＵ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｉｍｅ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ）は、二乗和平方根（ＲＳＳ：Ｒｏｏｔ−Ｓｕｍ−Ｓｑｕａｒｅｓ）法で次のように計算可能である。

したがって、測定位置における実際の現在時刻は、９５％の確率で［入力時刻−ＣＴＵ，入力時刻＋ＣＴＵ］の範囲内にある。現在時刻不確実性と一緒に早期及び遅期時刻プロファイルを用いると、変倍されたＲＴＡ制御不感帯は、次のように計算可能である。

ａ．次の場合には、遅期制御が有効になる。

（ＲＴＡ−現在時刻）＞最小運行時間
且つ
（ＥＴＡ−ＲＴＡ）＞許容最小値
且つ
γ_ｌａｔｅ×（ＬＡＴ−現在時刻）≦ＣＴＵ

ｂ．次の場合には、早期制御が有効になる。

（ＲＴＡ−現在時刻）＞最小運行時間
且つ
（ＥＴＡ−ＲＴＡ）≦−許容最小値
且つ
γ_{ｅａｒｌｙ}×（現在時刻−ＥＡＴ）≦ＣＴＵ

ｃ．ＲＴＡ補正の計算後、本アルゴリズムは、ＥＴＡとＲＴＡ＋時間バイアスとの間の誤差をゼロにする試みを行う。時間バイアスの大きさは、次のように計算される。

運行時間＞６０×許容最小値の場合、
時間バイアス大きさ＝０
それ以外の場合、
時間バイアス大きさ＝運行時間／６０−許容最小値
時間バイアス符号は、（ＥＴＡ−ＲＴＡ）の符号と一致する。

このとき、
ＥＴＡは、ＲＴＡウェイポイントの推定到着時刻を表す。

ＲＴＡは、ＲＴＡウェイポイントの必須到着時刻を表す。

最小運行時間は、速度変更が可能な、ＲＴＡウェイポイントまでの最小運行時間を表す。ＲＴＡがＲＴＡウェイポイントまでのこの最小運行時間の範囲内にある場合、速度調節は不可能である。これは、ＲＴＡウェイポイントのシーケンス直前における、極端な大きさの速度変更を防ぐためである。

許容最小値は、ＲＴＡ許容範囲の許容可能な最小値を表す。

最大許容値は、ＲＴＡ許容範囲の許容可能な最大値を表す。

ＬＡＴ（最遅到着時刻）は、ＲＴＡウェイポイントまでの現在距離における、遅期時刻プロファイルを表す。

ＥＡＴ（最早到着時刻）は、ＲＴＡウェイポイントまでの現在距離における早期時刻プロファイルを表す。

γ_ｌａｔｅ、γ_{ｅａｒｌｙ}は、遅期及び早期方向の変倍係数をそれぞれ表す。

図５は、現在時刻不確実性が変倍境界上にある場合又は変倍境界の外側にあるときの、早期及び遅期後方時刻プロファイルのグラフ５００である。現在時刻不確実性（ＣＴＵ）５０２が変倍早期制御境界５０４と変倍遅期制御境界５０６との間にあるあいだは、速度調節は不要である。その一方、図５に示すように、ＣＴＵ５０２が変倍早期制御境界５０４又は変倍遅期制御境界５０６上にある場合又はこれらの線の外側にある場合とき、誤差を補正するために加速又は減速の計算が行われる。

変倍早期制御境界５０４及び変倍遅期制御境界５０６の使用による別の利点は、各方向における速度制御オーソリティがどこでなくなるかがわかることである。このように速度制御オーソリティがなくなるのは、例えば、加速オーソリティが空港速度制限又はウェイポイント速度制限により制限されているとき、或いは、既に基準速度が最高速度に非常に近くなっているときである。望ましいのは、加速方向及び減速方向の両方において可能な限り速度制御オーソリティを維持することである。これにより、擾乱に対する調節を行う制御アルゴリズム（例えば、図３に示した、予想を超える強さの向かい風を補償する制御アルゴリズム）、又は基準時刻プロファイルの誤差のモデリングの柔軟性を高めることができる。

加速（遅期）方向の速度制御が早期に失われる例を、図３に示した。図示したシナリオにおける基準時刻プロファイルでは、加速制御オーソリティは、１００００フィートにおいて２５０ノットという空港速度制限においてなくなるが、減速制御オーソリティは、この地点を超えても存続する。その後の飛行で、速度を最終進入速度（Ｖｒｅｆ）に等しくする必要があり、ここで制御オーソリティは両方向ともなくなる。当初の基準時刻プロファイルでは、加速オーソリティがなくなる地点を超えてから加速（遅期）制御を要する擾乱が発生した場合には、調節が不可能になりＲＴＡを達成できなくなることがある。この問題は、速度調節の柔軟性を可能な限り維持する速度プロファイルを用いることにより、軽減が可能である。このことは、複数の速度プロファイルを用いて、ＲＴＡを満たし、基準時刻プロファイルを生成することにより可能である。

図３のシナリオを、図６に再度示すが、ここでは、加速及び減速オーソリティの両方の柔軟性を可能な限り維持する基準時刻プロファイル６０２を一緒に示す。

図６は、本発明の一実施例による、基準時刻プロファイル６０２の決定を示すグラフ６００である。ＴｏｌがＲＴＡ許容値、αが変倍係数のとき、上方制御境界と下方制御境界との差が２αＴｏｌに等しくなる地点に、中間制御地点が決定される。中間制御時刻６０６が、上方制御境界６０８の時刻と下方制御境界６１０の時刻とのほぼ中間になるように決定される。これにより、中間制御時刻の両側にαＴｏｌのマージンが与えられる。この中間制御時刻を満たすために必要な速度プロファイルであり、現在時刻における航空機の現在位置から始まる、第１の時刻プロファイル６１２が生成される。ＲＴＡを満たすために必要な速度プロファイルであり、中間制御時刻６０６における中間制御地点６０４から始まる、第２の時刻プロファイル６１４が生成される。中間制御地点までの第１の時刻プロファイル６１２と、中間制御地点とＲＴＡウェイポイントとの間の第２の時刻プロファイル６１４とを用いて、基準時刻プロファイル６０２が生成される。

図７は、上方制御境界及び下方制御境界を含む基準時刻プロファイルを用いるビークル制御システム７００の概略ブロック図である。本実施例では、ビークル制御システム７００が、ウェイポイントの必須到着時刻を受け取るように構成された入力装置７０２と、この入力装置と通信可能に結合されたプロセッサ７０４とを含む。プロセッサ７０４は、ビークルの軌道に沿った地点であって、ＴｏｌがＲＴＡ許容値、αが変倍係数のとき、上方制御境界と下方制御境界との差が２αＴｏｌにほぼ等しくなる、中間制御地点を決定するようにプログラムされている。プロセッサ７０４は更に、上方制御境界の時刻と下方制御境界の時刻とのほぼ中間にある中間制御時刻を決定するようにプログラムされており、これによって、この中間制御時刻の両側には、ほぼαＴｏｌのマージンが与えられる。更にまた、プロセッサ７０４は、中間制御時刻を満たすために必要な、現在時刻における航空機の現在位置から始まる速度プロファイルである、第１の速度プロファイルを生成するようにプログラムされていると共に、ＲＴＡを満たすために必要な、中間制御時刻における中間制御地点から始まる速度プロファイルである、第２の速度プロファイルを生成するようにプログラムされている。プロセッサ７０４は更に、中間制御地点までの第１の速度プロファイルと、中間制御地点とＲＴＡウェイポイントとの間の第２の速度プロファイルとを用いて、基準時刻プロファイルを生成するようにプログラムされている。

また、ビークル制御システム７００は、プロセッサ７０４と通信可能に結合された出力装置７０６も含む。出力装置７０６は、基準時刻プロファイルに基づく速度制御信号をビークル速度制御システム（図示せず）に送信するように構成されている。また、ビークル制御システム７００は、生成された基準時刻プロファイルをグラフィカルに表示するように構成された表示装置７０８も含む。

本明細書で使用するプロセッサという用語は、中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び本明細書に記載の機能を実行可能なその他のあらゆる回路又はプロセッサを指す。

本明細書で使用する「ソフトウェア」及び「ファームウェア」という用語は、互いに置き換え可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含むメモリに格納され、プロセッサ７０４により実行される、任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリタイプは、例示に過ぎず、したがって、コンピュータプログラムの格納に使用可能なメモリのタイプについて限定するものではない。

上述の明細書からわかるように、本開示の上述の実施形態は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はこれらの任意の組み合わせ又はサブセットを含む、コンピュータプログラミング技術又はエンジニアリング技術を用いて実装可能であり、その技術的効果は、有効な速度制御オーソリティが制限される期間があるウェイポイントにおける、正確な到着時刻の制御を提供することである。コンピュータ可読コード手段を有する、結果的に得られる任意のそのようなプログラムを、１つ以上のコンピュータ可読媒体内に組み込むか又は設けることにより、本開示で検討した実施形態によるコンピュータプログラム製品、即ち製造物の作製が可能である。このコンピュータ可読媒体は、これらに限定されないが例えば、固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光ディスク、磁気テープ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等の半導体メモリ、及び／又はインターネット、或いはその他の通信ネットワーク又はリンク等の任意の送信／受信媒体であってよい。コンピュータコードを格納する製造物は、コードを１つの媒体から直接実行することによって、又はコードを１つの媒体から別の媒体へコピーすることによって、又はコードをネットワークで送信することによって、作製及び／又は使用可能である。

有効な速度制御オーソリティが制限される期間があるウェイポイントにおける正確な到着時刻制御を提供する方法及びシステムの上述の実施形態は、空港速度制限高度よりも低いターミナル領域にあるウェイポイントにおける、又はウェイポイントの手前にプロシージャ的な速度制限が存在するウェイポイントにおける、正確な到着時刻制御を提供するための、費用効果的で信頼性の高い手段を提供する。より具体的には、本明細書に記載の方法及びシステムは、ターミナル領域における正確な時刻制御を提供する能力を高め、これによって、より早期に着陸時刻の割り当てができ、より効率的に滑走路を使用できるようになる。加えて、上述の方法及びシステムは、各航空機が、各々の燃料的に最適な飛行プロファイルを用いて各々の所望の着陸時刻を決定できる場合、経済的な利益をもたらす。結果的に、本明細書に記載の方法及びシステムにより、費用効果的で信頼性の高い、選択された時刻に所定のウェイポイントに到着するための、ビークルの速度の自動制御が容易になる。

以上、有効な速度制御オーソリティが制限される期間があるウェイポイントにおける、正確な到着時刻制御を自動的且つ継続的に提供する例示的な方法及びシステムを詳細に説明した。図示の装置は本明細書に記載の特定の実施形態に限定されることなく、むしろ、それぞれの部品を本明細書に記載のその他の部品と別個独立に使用することができる。また、各システムコンポーネントをその他のシステムコンポーネントと組み合わせて使用することもできる。

個々の特定の実施形態に関して本開示を説明したが、特許請求の範囲内で本開示を改変して実施できることがわかるであろう。

Claims (20)

1. 上方制御境界及び下方制御境界を含む基準時刻プロファイルを用いるビークル制御システムであって、
   ウェイポイントの必須到着時刻を受け取るように構成された入力装置と、
   前記入力装置と通信可能に結合されたプロセッサであって、
   中間制御地点を決定するステップであって、前記中間制御地点は、前記上方及び下方制御境界に沿った地点であり、ＴｏｌがＲＴＡ許容値、αが変倍係数のとき、前記上方制御境界と前記下方制御境界との差が２αＴｏｌにほぼ等しくなるステップと、
   中間制御時刻を決定するステップであって、前記中間制御時刻は、上方制御境界の時刻と下方制御境界の時刻とのほぼ中間にあり、これによって、前記中間制御時刻の両側には、ほぼαＴｏｌのマージンが与えられるステップと、
   第１の速度プロファイルを生成するステップであって、前記第１の速度プロファイルは、前記中間制御時刻を満たすために必要な、現在時刻における航空機の現在位置から始まる速度プロファイルであるステップと、
   第２の速度プロファイルを生成するステップであって、前記第２の速度プロファイルは、ＲＴＡを満たすために必要な、前記中間制御時刻における前記中間制御地点から始まる速度プロファイルであるステップと、
   前記中間制御地点までの前記第１の速度プロファイルと、前記中間制御地点とＲＴＡウェイポイントとの間の前記第２の速度プロファイルとを用いて、前記基準時刻プロファイルを生成するステップと、を実行するようにプログラムされたプロセッサと、
   前記プロセッサと通信可能に結合された出力装置であって、前記基準時刻プロファイルに基づく速度制御信号をビークル速度制御システムに送信するように構成された出力装置と、
   を備えるシステム。
2. 前記プロセッサは更に、前記速度制御信号を用いて前記ビークルの速度を調節するようにプログラムされた、請求項１に記載のシステム。
3. 前記プロセッサは更に、選択可能な速度変更頻度と、選択可能な許容可能な速度変更の大きさとに基づいて、αを選択するようにプログラムされた、請求項１に記載のシステム。
4. 前記生成された基準時刻プロファイルをグラフィカルに表示するように構成された表示装置を更に備える、請求項１に記載のシステム。
5. 進路に沿ってビークルの速度を制御する方法であって、
   所定のウェイポイントの必須到着時刻（ＲＴＡ）を受け取るステップと、
   前記ビークルが有効な最高速度で移動しながら、前記進路に沿って或る地点に到着し、尚且つ前記ＲＴＡに前記所定のウェイポイントに到着可能な最遅時刻を表す、遅期時限を決定するステップと、
   前記ビークルが有効な最低速度で移動しながら、前記進路に沿って或る地点に到着し、尚且つ前記ＲＴＡに前記所定のウェイポイントに到着可能な最早時刻を表す早期時限を決定するステップと、
   前記遅期時限及び前記早期時限の少なくとも一方に対する制御にアグレッシブ性を与えるべく選択される、制御アグレッシブ性の変倍係数γを適用するステップであって、前記変倍係数γは、速度補正の頻度と速度補正の大きさとを制御する、ステップと、
   前記早期及び遅期時限に基づいて速度制御信号を生成するステップと、
   速度信号をビークル速度制御システムに出力するステップと、
   を含む方法。
6. 前記ＲＴＡを満たすための前記早期及び遅期時限並びに速度プロファイルをグラフィカルに表示するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 所定のウェイポイントの必須到着時刻を受け取る前記ステップは、選択可能な基準速度を用いて計算された、前記ビークルの現在位置と前記所定のウェイポイントとの間の複数の地点の到着時刻を決定するステップを含む、請求項５に記載の方法。
8. 遅期時限を決定する前記ステップは、前記所定のウェイポイントから前記ビークルの前記現在位置までの前記進路に沿った複数の地点において、前記複数の地点のそれぞれにおいて有効な最低速度を用いて前記ビークルが前記地点に到着し、尚且つ前記ＲＴＡに前記所定のウェイポイントに到着可能な累積的最遅時刻を決定するステップを含む、請求項５に記載の方法。
9. 早期時限を決定する前記ステップは、前記所定のウェイポイントから前記ビークルの前記現在位置までの前記進路に沿った複数の地点において、前記複数の地点のそれぞれにおいて有効な最高速度を用いて前記ビークルが前記地点に到着し、尚且つ前記ＲＴＡに前記所定のウェイポイントに到着可能な累積的最早時刻を決定するステップを含む、請求項５に記載の方法。
10. 制御アグレッシブ性変倍係数γを適用する前記ステップは、０．０＜γ＜１．０の値を有する、制御アグレッシブ性変倍係数γを適用するステップを含む、請求項５に記載の方法。
11. 制御アグレッシブ性変倍係数γを適用する前記ステップは、第１の制御アグレッシブ性変倍係数γ_ｌａｔｅを前記遅期時限に適用し、前記γ_ｌａｔｅとは異なる、第２の制御アグレッシブ性変倍係数γ_{ｅａｒｌｙ}を前記早期時限に適用するステップを含む、請求項５に記載の方法。
12. 制御アグレッシブ性変倍係数γを適用する前記ステップは、時間依存の制御アグレッシブ性変倍係数γを適用するステップを含む、請求項５に記載の方法。
13. 現在時刻に関連付けられた不確実性（ＣＴＵ）を決定するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
14. ＥＰＵが、９５％の確実性として表される推定位置不確実性を表す正規分布であり、
    ＩＴＵが、９５％の確実性として表される入力時刻不確実性（ＩＴＵ）を表す正規分布のとき、
    現在時刻に関連付けられた不確実性（ＣＴＵ）を、
    

    

    を用いて決定するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
15. ビークルの速度を制御する方法であって、
    第１の速度制御信号を生成する遅期制御の有効化と第２の速度制御信号を生成する早期制御の有効化とを含む、必須到着時刻（ＲＴＡ）不感帯を決定する、前記ＲＴＡがＲＴＡウェイポイントの必須到着時刻を表すステップと、
    前記第１の速度制御信号及び前記第２の速度制御信号のうちの少なくとも一方をビークル速度制御システムに出力するステップと、
    を含む方法。
16. 運行時間最小値が、前記ＲＴＡウェイポイントに到着する前の、速度変更が可能な所定の最小時間を表し、許容最小値が、前記ＲＴＡの許容範囲における許容可能な最小値を表し、最遅到着時刻（ＬＡＴ）が、前記ＲＴＡウェイポイントまでの現在距離の遅期時刻プロファイルを表すとき、
    必須到着時刻不感帯を決定する前記ステップは、前記ＲＴＡと現在時刻との差が前記運行時間最小値よりも大きく、推定到着時刻（ＥＴＡ）と前記ＲＴＡとの差が前記許容最小値よりも大きく、前記最遅到着時刻（ＬＡＴ）と前記現在時刻との差を係数γ_ｌａｔｅで変倍したものが現在時刻不確実性（ＣＴＵ）以下である場合、遅期制御を有効にするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 必須到着時刻不感帯を決定する前記ステップは、前記ＲＴＡと現在時刻との差が運行時間最小値よりも大きく、推定到着時刻（ＥＴＡ）と前記ＲＴＡとの差が負の許容最小値以下であり、前記現在時刻と最早到着時刻（ＥＡＴ）との差を係数γ_{ｅａｒｌｙ}で変倍したものが現在時刻不確実性（ＣＴＵ）以下である場合、早期制御を有効にするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
18. 時間バイアスの大きさを決定するステップであって、運行時間が許容最小値に第１の定数を乗じたものよりも大きい場合、前記時間バイアスをほぼゼロに等しく設定し、そうではない場合、前記時間バイアスの大きさを、前記運行時間を前記第１の定数で割り、前記許容最小値を差し引いたものにほぼ等しく設定するステップと、
    ＲＴＡ補正を決定するステップであって、推定到着時刻（ＥＴＡ）と前記ＲＴＡとの差に前記時間バイアスを加算したものがほぼゼロであり、前記時間バイアスの符号は、前記ＥＴＡから前記ＲＴＡを差し引いたものの符号と同じであり、前記運行時間は、速度変更可能な前記ＲＴＡウェイポイントまでの前記最小運行時間を表すステップと、
    を更に含む、請求項１５に記載の方法。
19. 風速及び風向、天候を回避するための上昇又は下降、並びに、天候を回避するための方位変更のうちの少なくともいずれかを含む外的影響による到着の不確実性を決定するステップを更に含み、
    必須到着時刻（ＲＴＡ）不感帯を決定する前記ステップは、前記決定された外的影響による到着の不確実性を用いて必須到着時刻（ＲＴＡ）不感帯を決定するステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
20. 前記ＲＴＡ不感帯をグラフィカルに表示するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。

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