JP2016193717A - 相対ナビゲーションシステムの状況認識情報を提供するためのシステムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】相対ナビゲーションシステムの状況認識情報を提供するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】航空機１８の乗組員に状況認識情報を提供するためのシステムおよび方法であって、着陸ゾーンにあるグリッド生成器１０から、相対ナビゲーショングリッドを規定し、かつ状況認識情報を提供する相対ナビゲーショングリッド上の所定の点を識別するように構成されたグリッドデータにより符号化された１組のラインを空間内に投影するステップと、航空機上の検出器モジュール１６により、グリッド内における航空機の位置を検出するステップと、検出された位置に基づいて状況認識情報を生成し、表示するステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、相対ナビゲーションシステムの状況認識情報を提供するためのシステムおよび方法に関する。
相対ナビゲーションシステムは、倉庫もしくは工場環境などにおける自律車両ナビゲーション、空中給油、およびスペースドッキングなどの種々の用途に有用である。いくつかの用途では、２つの物体間の３次元位置（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ、または方位角、仰角、直線距離）のみが必要である。他の用途では、２つの物体間の相対距離、ならびに相対速度（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、または方位角速度、仰角速度、直線速度）、および相対姿勢（ピッチ、ロール、およびヨー）が必要となる。従来の着陸補助は重要なインフラストラクチャを必要とし、静止した構造体に使用することを意図しており、航空機が着陸する車両または構造体の運動を補償することはないので、航空機が船舶、車両、または石油プラットフォーム（油田掘削設備）などの移動する構造体の上に着陸している場合には、相対ナビゲーションシステムは特に有用であり得る。いくつかの状況では、滑走路照明などの従来の着陸補助がない場合には、航空機をナビゲートするのが難しいことがあり得る。
米国特許第８８７２０８１号明細書
一態様では、本発明の一実施形態は、状況認識情報を航空機乗組員に提供する方法に関し、本方法は、グリッド生成器から、相対ナビゲーショングリッドを規定し、かつ相対ナビゲーショングリッド上の所定の点を識別するように構成されたグリッドデータにより符号化された１組のラインを空間内に投影するステップと、航空機上の少なくとも１つの検出器モジュールにより、グリッド内における航空機の位置を検出するステップと、検出された位置に基づいて、着陸進入のための少なくとも１つの中間地点への誘導または偏差情報の少なくとも一方を含む状況認識情報を生成するステップと、航空機のディスプレイに生成された状況認識情報を表示するステップと、を含む。
別の態様では、本発明の一実施形態は、状況認識システムに関し、状況認識システムは、相対ナビゲーショングリッドを規定する１組のラインを空間内に投影するように構成されたグリッド生成器と、相対ナビゲーショングリッド内の検出器モジュールの位置に基づいてセンサ出力を生成するように構成された少なくとも１つの検出器モジュールと、航空機のコックピット内、または遠隔に配置された表示システムの少なくとも一方に配置されたディスプレイと、センサ出力を受信し、グリッド内における航空機の位置を決定し、決定された位置に基づいて着陸進入のための少なくとも１つの中間地点に対する状況認識情報を生成し、状況認識情報を表示するように構成されたプロセッサと、を含む。
ヘリコプターおよび本発明の一実施形態によるグリッド生成器の斜視図である。 石油プラットフォームに取り付けられた図１のグリッド生成器および図１のヘリコプターの概略図である。 状況認識情報を表示する方法のフローチャートである。 図２に示したヘリコプターのディスプレイに表示することができる状況認識情報の模式図である。 石油プラットフォームが動いている場合に図２のグリッド生成器によって形成することができる２つのグリッド投影の模式図である。 変更されたグリッドデータを有する図５の２つのグリッド投影の模式図である。
本発明の実施形態は、航空機の乗組員に状況認識および誘導情報を提供するための方法および装置に関するものであり、それは任意のタイプの航空機に使用することができる。図１は、１組の交差するラインなどのグリッドを対象範囲（ＦＯＲ）１４内の空間に投影することができるグリッド生成器１０の一実施形態を示す。より具体的には、グリッド生成器１０は、３次元空間に繰り返しグリッドを投影して、グリッドで囲まれたＦＯＲ１４を規定する。繰り返しグリッドを投影することは、所定の時間間隔でラインの組を投影すること、ラインの組をランダムに投影すること、およびＦＯＲ１４が規定されて相対ナビゲーションシステムで利用できるように任意の適切な方法でラインの組を投影することを含むことができることが理解されよう。グリッドを投影する方法の全般的な詳細は当技術分野で公知であり、それは２０１０年３月２３日発行の米国特許第７，６８１，８３９号、表題「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｒｅｆｕｅｌｉｎｇ」、および２０１３年２月２６日発行の米国特許第８，３８６，０９６号、表題「Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」を含み、これらの両方は参照により組み込まれる。したがって、グリッド生成の全般的な詳細については、本出願では完全には説明しない。
図示するように、投影されたグリッドは交差するラインを含む。グリッド生成器１０からいくらか離れたところでは、これらの交差するラインは空間内のグリッドとして観察され、グリッドのサイズはグリッド生成器１０から離れるにつれて増大する。グリッド生成器１０によって生成された空間内のグリッドは、可動物体の検出器モジュール１６により検出することができ、可動物体は検出したグリッドに基づいてそれ自体を操縦することができる。この説明の目的のために、可動物体を、検出器モジュール１６を有するヘリコプター１８として説明する。グリッド生成器１０とヘリコプター１８との間の相対ナビゲーションでは、ヘリコプター１８の検出器モジュール１６はグリッド生成器１０の送信範囲内にあり、検出器モジュール１６がグリッドを「見る」ことができると仮定する。
説明の目的のために、グリッド生成器１０は、交差するラインを実質的に座標系のｙ方向に投射すると考えることができる。グリッド生成器１０からいくらかの距離Ｒ2だけ離れたｘ−ｚ平面内の交差するラインの投影を観測すれば、第１のグリッド２０を観測することになる。ｘ−ｚ平面内の第１の距離Ｒ2より長い距離Ｒ3において交差するラインの同一の投影を観測すれば、第２のグリッド３０を観測することになり、それは第１のグリッド２０よりも相対的に大きく見える。
グリッド生成器１０から距離Ｒ2だけ離れた第１のグリッド２０は、第１の垂直ライン２２および第２の垂直ライン２４によって水平方向に空間的に囲まれている。第１の垂直ライン２２と第２の垂直ライン２４との間に空間的かつ時間的に生成された１組の垂直ラインが存在する。グリッド生成器１０から距離Ｒ2だけ離れた第１のグリッド２０は、第１の水平ライン２６および第２の水平ライン２８によって垂直方向に空間的に囲まれている。第１の水平ライン２６と第２の水平ライン２８との間に空間的かつ時間的に生成された１組の水平ラインが存在する。距離Ｒ2は、グリッド２０とグリッド生成器１０との間の任意の距離とすることができる。
グリッド生成器１０から距離Ｒ3だけ離れた第２のグリッド３０は、第１のグリッド２０と同じすべての実用的な目的のものであるが、第１のグリッド２０よりもグリッド生成器１０から遠い距離にある。グリッド３０は、第２のグリッド３０の第１の垂直ライン３２および第２のグリッド３０の第２の垂直ライン３４によって水平方向に空間的に囲まれている。第２のグリッドの第１の垂直ライン３２と第２のグリッドの第２の垂直ライン３４との間に空間的かつ時間的に生成された１組の垂直ラインが存在する。グリッド生成器１０から距離Ｒ3だけ離れた第２のグリッド３０は、第２のグリッド３０の第１の水平ライン３６および第２のグリッド３０の第２の水平ライン３８によって垂直方向に空間的に囲まれている。第２のグリッドの第１の水平ライン３６と第２のグリッドの第２の水平ライン３８との間に空間的かつ時間的に生成された１組の水平ラインが存在する。
投射されたグリッドの場合にはグリッド２０および３０の類似性は明らかになり、ここでグリッド３０は、グリッド３０がグリッド生成器１０からさらに離れたところに観察され、グリッド３０がグリッド２０より大きく見えることを除いて、グリッド２０を形成する同じラインによって形成される。この意味では、グリッド３０は距離Ｒ3におけるグリッド生成器で生成されたグリッドラインの見え方であり、グリッド２０は距離Ｒ2におけるグリッドラインの見え方である。
グリッド２０および３０は、任意の数のラインとすることができる。図示するように、それらは１０本の水平ラインおよび１０本の垂直ラインを含む。より多数の交差するラインを含むグリッドは、より少数の交差するラインを含むグリッドよりも、検出器モジュール１６からのＦＯＲ１４および距離について改良された検出を得ることができる。グリッド２０および３０は、正方形として示しているが、これは必要条件ではない。グリッドは、長方形、楕円形、または円形を含む任意の形状であってもよい。さらに、グリッド２０および３０の交差するラインは、直交するように示しているが、これは必要条件ではない。交差するライン間の角度は、グリッドの様々な部分において直角、鋭角、または鈍角であってもよい。
垂直ラインおよび水平ラインは、グリッド生成器１０によって任意の適切な方法で形成することができる。たとえば、すべての線を順次形成してもよいし、あるいはすべて同時に形成してもよい。垂直ラインまたは水平ラインのいずれか１つを他方の前に形成してもよい。グリッド生成器は、垂直ラインと水平ラインとを交互に切り替えてもよい。グリッド生成器１０がスキャニングレーザを使用してグリッドを形成する場合には、レーザは、垂直ラインおよび水平ラインの一方のすべてを順次形成し、続いて垂直ラインおよび水平ラインの他方を順次形成する。ラインを順次形成する速度は、実用的な目的のために、すべてのグリッドラインが同時に形成されるように速くすることができる。投影される１組ラインの放射源は、コヒーレント放射源または非コヒーレント放射源であってもよい。たとえば、放射源がコヒーレント源である場合には、放射源は近ＵＶ範囲の波長で放射する固体レーザであってもよい。さらに、目の損傷の危険性を低減するために、放射周波数および／または強度を選択し、または光学フィルタを用いて減衰することができる。交差する投影されたラインのグリッドは、ラインをラスタスキャンすること、または細長い放射ビームを投影してスキャンすることにより生成することができる。交差するラインを生成するための任意の適切な方法および装置を用いることができる。
直交座標を用いる実施例を示しているが、グリッド生成およびグリッド検出の両方について、極座標系、円筒座標系、または球座標系を含む任意の適切な座標系を使用することができる。たとえば、極座標表現に従うグリッドを形成するために、一連の同心円およびそれらの円の中心から放射状に出るラインを、グリッド生成器によって空間に投影することができる。
グリッドデータをグリッドの１つまたは複数の位置に含めるか、埋め込むか、または符号化することができる。グリッドデータによって、グリッドの構造または特性が、検出器モジュール１６によって読み取るまたは検出することができるデータまたは情報を提供することを意味する。一実施形態では、一連の投影された交差するラインを含む投影されたラインは、交差するラインのグリッド内の領域を示すためにグリッドの異なる領域の異なるグリッドデータによりさらに符号化される。グリッドデータを符号化する１つの方法は、グリッドを形成するためにレーザが使用される場合にはビームを変調することによる。変調は、ビームの強度を変更すること、および／またはいくいくらかの周期でビームを遮断することによって達成される。そのようなグリッドデータは数字を含むことができ、グリッドラインは数字を含むことができ、その数字はヘリコプター１８の検出器モジュール１６に対してグリッドラインを識別する。
上述したグリッド生成器１０は着陸ゾーン４０またはその近くに配置することができ、たとえば図２に示した石油プラットフォーム４２に配置された場合など、着陸ゾーン４０が移動可能であることが想定される。以上説明したように、グリッド生成器１０は、相対ナビゲーショングリッドを規定する１組のラインを空間に投影するように構成することができる。本発明の実施形態は、航空機に搭載された検出器モジュール１６がグリッドデータを読み出し、センサデータを受信するように構成されたプロセッサが、グリッド生成器１０に対して航空機の位置、速度、姿勢またはポーズがどうであるかを精度よく判定できることを含む。中間地点、中間地点までの誘導、シミュレートされた滑走路照明、進入経路、および強化された状況認識を提供する他の情報は、判定された位置および所定の中間地点情報に基づいてヘリコプター１８によって規定することができる。このようにして、グリッド生成器１０は、ヘリコプター１８などの航空機に情報を提供することができ、その情報は移動する着陸ゾーンに着陸する際にヘリコプター１８を支援するために状況認識システムで使用することができる。ヘリコプター１８について説明したが、本発明の実施形態は任意の航空機で用いることができることが理解されよう。
ヘリコプター１８は、グリッド生成器１０によって生成された相対ナビゲーショングリッド内の検出器モジュール１６の位置に関するセンサ出力を提供するように構成された少なくとも１つの検出器モジュール１６を含む。同様に、ヘリコプター１８は、相対ナビゲーションシステムを利用する場合にナビゲーションの連続性、完全性、可用性、および精度（ＣＩＡＡ）を高めるために複数の検出器モジュール１６を含む。このＣＩＡＡ情報はシステムの実際のナビゲーション性能（ＡＮＰ）を表しており、それは着陸操作を行うように指定された必要なナビゲーション性能（ＲＮＰ）と連続的に比較することができ、そうして操作の安全性を確実にすることを助けることができることに留意されたい。ヘリコプター１８は、その操作を助けるための任意の数のシステムを含むことができることが理解されよう。非限定的な例として、ディスプレイ５０は、ヘリコプター１８のコックピット５２内に配置されるように図示している。ディスプレイ５０は、これに限定されないが、パイロットのヘルメットまたはフライトデッキの一部のいずれかに取り付けることができるヘッドアップディスプレイを含む任意の適切なディスプレイとすることができる。遠隔操縦車両の場合には、この情報は、改善された状況認識を容易にするために、遠隔オペレータまたはパイロットにデータリンクを介してブロードキャストすることができる。同様に、航空機がパイロットなしに自律的に動作している場合には、そのような情報を、改善された状況認識のために機上の自動操縦装置が利用できるようにすることができる。さらに、プロセッサ５４は、ヘリコプター１８に含めることができ、検出器モジュール１６およびディスプレイ５０の両方に動作可能に結合することができる。プロセッサ５４は、検出器モジュール１６からセンサ出力を受信するように構成することができ、それに基づいてグリッド内のヘリコプター１８の位置を決定することができる。プロセッサ５４はまた、決定された位置に基づいて、着陸進入するための少なくとも１つの中間地点への誘導または偏差情報を含む状況認識情報を生成することができる。プロセッサ５４は、ディスプレイ５０に、生成された状況認識情報を表示するように構成することができる。
ヘリコプター１８はまた、従来の計器着陸システム（ＩＬＳ）、およびＧＰＳ着陸システムなどを含むことができるが、明確にするために示していない。このような従来のナビゲーションシステムは、これに限定されないが、速度、機首方位、高度などを含む様々な情報を提供することができる。ヘリコプター１８はまた、グリッド生成器１０の位置を示す識別子情報をヘリコプター１８に提供するように構成することができるデータリンク５６（図１）を含むことができる。非限定的な例として、このような識別子情報は、いくつかの石油プラットフォームが互いに接近して配置されている場合に、ヘリコプター１８が接近している石油プラットフォーム４２の識別に関する情報を含むことができる。
これらに限らないが、石油プラットフォーム４２、移動する船舶、および移動する車両を含む移動するプラットフォーム上にヘリコプターが着陸することは、従来のＩＬＳにより通常提供される滑走路進入照明システム、精密進入経路指示器、目視進入角指示器などの誘導指示および他の状況認識補助がないので、困難であり得る。通常、プラットフォーム上の照明は、特に夜間着陸の際にパイロットの注意散漫および空間識失調を引き起こし、方向付けをさらに困難にするので、ヘリコプターが石油プラットフォームに直接に向けられることがないように、ヘリコプターの進入は石油プラットフォーム４２にほぼ平行なコースに沿っている。石油プラットフォーム４２などの石油プラットフォーム上へのヘリコプターの着陸は、一般に、意図する着陸地点の５０フィート上の、５０フィート左または右にずれた、５０フィート手前に設けられた着陸決定地点（ＬＤＰ）に導かれる。一般的にＬＤＰから２００フィート上で１／２〜３／４マイルに設けられた初期進入地点（ＩＡＰ）からＬＤＰへの遷移は、従来のＩＬＳに依存している場合には困難であり、沖合の環境における遠隔な場所は、ＩＬＳおよび滑走路照明の使用を非実用的または不可能にする。本発明の実施形態は、ＦＯＲ１４内のヘリコプター１８の決定された位置から状況認識情報を生成することを可能にする。
図３は、本発明の一実施形態による、航空機の乗組員に状況認識情報を提供する方法１００を示す。方法１００は、グリッド生成器１０などのグリッド生成器から相対ナビゲーショングリッドを規定する１組のラインを投影することによりステップ１０２で開始し、ラインは相対ナビゲーショングリッド上の所定の点を識別するように構成されたグリッドデータにより符号化される。これは、グリッド生成器１０がＦＯＲ１４内の空間にグリッドを繰り返して投影できることを含むことができる。
ステップ１０４で、ヘリコプター１８は、グリッド内のその位置を検出することができる。以上説明したように、検出器モジュール１６によって読み取りまたは検出可能な情報は、プロセッサ５４によって計算された正確な相対ナビゲーション情報の利用可能性により、ヘリコプター１８がグリッド内のその位置を決定することを可能にすることができる。ヘリコプター１８は、検出器モジュール１６から、ヘリコプター１８の位置に関する高精度な位置、速度、および姿勢角データもしくは方位データを決定することができる。
それからヘリコプター１８は、ステップ１０６で、その検出した位置に基づいて状況認識情報を生成することができる。より具体的には、プロセッサ５４によって計算されたこの相対ナビゲーション情報に基づいて、状況認識情報および画像を、その全体的な相対ナビゲーション状況に関係する乗組員に表示するために生成することができる。たとえば、プロセッサ５４は、検出したグリッド情報からヘリコプター１８の位置を決定することができ、乗組員を着陸ゾーン４０に誘導するために、所定の中間地点位置への誘導または偏差情報を生成することができる。所定の中間地点の位置は、機上のデータベース情報に基づいて規定することができ、あるいは予めプログラムされた１組の中間地点であってもよい。プロセッサ５４は、乗組員を中間地点位置に誘導することを助けるために状況認識情報を表示することができる。
状況認識情報は、ヘリコプター１８を誘導する際に乗組員を補助するための任意の適切な情報を含むことができる。状況認識情報としては、これらに限定されないが、位置情報、速度情報、中間地点に対する姿勢、着陸サイト、および進入経路を示すか、最終進入固定（ＦＡＦ）中間地点を示すか、着陸降下（ＬＤＰ）中間地点を示すか、海面または地表面を示すか、もしくは滑走路進入照明を示す状況認識情報を挙げることができる。さらなる非限定的な例として、状況認識情報は、検出した位置に基づいて、着陸進入のための１組の中間地点への誘導を含むことができる。１組の中間地点は着陸進入のための単一の中間地点を含んでもよいし、あるいは検出した位置に基づいて複数の中間地点を着陸進入に用いることができる。ステップ１０８で、ヘリコプターがディスプレイ５０上にステップ１０６で生成した状況認識情報を表示することができる。
状況認識情報が着陸進入用の複数の中間地点を含む実施例では、生成された状況認識情報は、着陸進入を視覚的に規定するために複数の中間地点を視覚的に連結することを含むことができる。たとえば、図４は、ディスプレイ５０に表示することができる状況認識情報を示す。より具体的には、状況認識情報は着陸ゾーン４０および石油プラットフォーム４２、ならびに着陸進入を規定するように視覚的に連結された複数の中間地点６０、６２、６４の描写を含むことができる。たとえば、例示的な表示された状況認識情報は、ＩＡＰ中間地点６０、ＦＡＦ中間地点６２、およびＬＤＰ中間地点６４を含む。図示する着陸進入は、着陸ゾーン４０にほぼ平行な第１の航程６９と、着陸ゾーン４０に向かって角度をもって導く第２の航程７０と、を含む。このような着陸進入は、ヘリコプター１８が着陸ゾーン４０に直接向けられない外れた進入操作を容易にする目的のために、着陸ゾーン４０に直接導くのとは対照的に、石油プラットフォーム４２にほぼ平行に導くような進入操作を可能にするが、それは石油プラットフォーム４２との衝突を防止するように設計されている。ＬＤＰ中間地点６４は、非限定的な例としては、着陸ゾーン４０から３０〜５０フィートとすることができ、ヘリコプター１８はＬＤＰ中間地点６４から着陸ゾーン４０までの最終航程７２を操縦することができる。
さらに、石油プラットフォーム４２の照明がパイロットの注意散漫および空間識失調を引き起こすおそれがあるので、図示するヘリコプターの着陸進入が石油プラットフォーム４２に直接向かうことはない。図示するヘリコプターの着陸進入のほぼ平行な進入経路は、直進から外れた進入を容易にする。さらに、進入照明７６および／または追加の状況認識情報をディスプレイ５０上に含めることができる。これは、ヘリコプター１８が特定の位置へ飛行するにすぎない場合には、表示される状況認識情報は通常の着陸の感覚を構築することができるので特に有用であり得る。
示した順序は例示のためのみであり、決して方法１００を限定するものではないことに留意されたい。本方法の各部分は異なる論理的順序で進行してもよいし、追加の部分もしくは介在する部分を含んでもよいし、または本方法の記載した部分を複数の部分に分割してもよいし、または本方法の記載した部分を記載した方法を損なうことなく省略してもよいことを理解することができる。上述した方法は、単に例示的な目的のためのものであり、本方法の各部分は異なる論理的順序で進行してもよいし、追加の部分もしくは介在する部分を含んでもよいし、または本方法の記載した部分を複数の部分に分割してもよいし、または本方法の記載した部分を記載した方法を損なうことなく省略してもよいことを理解することができるように、いかなる意味でも本発明の実施形態を限定するものではない。たとえば、はじめにヘリコプター１８は、ＧＰＳなどの従来のナビゲーション手段によりＩＡＰに向かってナビゲートすることができる。この間に、ヘリコプター１８は、検出器モジュール１６からの情報に基づいて、実際のナビゲーション性能を判定することができる。より具体的には、相対ナビゲーションシステムの質は、検出器モジュール１６からの情報に基づいて判定することができる。たとえば、プロセッサ５４は、検出器モジュール１６または実際のナビゲーション性能によって提供される精度が必要とされるナビゲーション性能しきい値を満たすかどうかを判定することができる。必要とされるナビゲーション性能しきい値が満たされた場合には、ヘリコプター１８はＧＰＳなどの従来のナビゲーション手段から状況認識情報を表示することに切り替えるように構成することができる。
さらなる例として、方法１００は、グリッド生成器１０を、前のグリッド投影に対するグリッド生成器の基準フレームの変化を判定するように構成することができ、かつ、判定された変化に基づいて、後のグリッド投影が前のグリッド投影に対して安定に見えるように後のグリッド投影のグリッドデータを変更するように構成することができることを含むことができる。グリッド生成器１０が１組の慣性センサを含み得ることが想定され、それは非限定的な例として、回転運動および直線運動を測定するためのジャイロスコープおよび加速度計（図示せず）を含む。石油プラットフォーム４２が移動するにつれて、グリッド生成器１０が移動し、グリッド生成器１０によって規定された基準フレーム８０が移動し、グリッド生成器１０によって生成された繰り返されるグリッド投影も移動する。完全なグリッドは、１秒間に複数回投影することができるので、検出器モジュール１６によって検出されたグリッドは、飛び回るまたはジッタするように見える場合があり、ヘリコプター１８がグリッドに追従することを困難にする。状況認識情報がグリッド情報に基づいて生成される場合には、グリッド生成器１０に対するヘリコプター１８の位置が変化しているように見えるので、これはナビゲーション解を連続的に変化させることにつながる可能性がある。このようにして、石油プラットフォーム４２およびグリッド生成器１０の移動に伴って、ヘリコプター１８が移動するグリッド投影にそれ自体を絶えず位置合わせしようとするので、ヘリコプター１８を着陸させることが問題となり得る。
非限定的な例として、図５は、グリッド生成器１０が繰り返してグリッド投影を形成しながら移動する結果として生じ得る、前のグリッド投影８２および後のグリッド投影８４を示す。後のグリッド投影８４は、前のグリッド投影８２からピッチおよびヨーの両方が変化している。グリッドがピッチ、ヨー、およびロールによる回転を含む任意の方向に移動可能であることが理解されよう。たとえば、石油プラットフォーム４２は、後のグリッド投影の水平ラインおよび垂直ラインの両方のシフトを生じるように転動することができる。あるいは、石油プラットフォーム４２は、単一方向のみに移動するように移動することができる。
たとえば、図５において、ラインは、垂直ラインおよび水平ラインをラベル付けする、および／またはグリッド上の１つまたは複数の点をラベル付けするデータにより符号化することができる。投影されるラインのすべてがデータにより符号化される必要がないことが理解されよう。この説明の目的のために、前のグリッド投影８２および後のグリッド投影８４上の所定の点を符号化できることが理解され得る。したがって、このような所定の点を識別することができる。このような所定の点は、グリッド投影を安定させることができる基準点とみなすことができる。非限定的な例として、前のグリッド投影８２の中心８６および後のグリッド投影８４の中心８８は、所定の基準点として示されている。
前のグリッド投影８２と後のグリッド投影８４との間で、安定化する方法の実施形態は、前のグリッド投影８２に対するグリッド生成器１０の基準フレーム８０の変化を判定することを含む。図５の単純な２次元的アプローチからのアプローチを見ると、グリッド生成器１０により規定された基準フレーム８０の位置の空間的変化が判定される。このような空間的変化は、前のグリッド投影８２が投影された時の基準フレーム８０と後のグリッド投影８４が投影された時の基準フレーム８０との間で判定される。判定された空間的変化に基づいて、後のグリッド投影８４が前のグリッド投影８２に対して空間的に安定に見えるように、後のグリッド投影８４のグリッドデータが変更される。すなわち、グリッドがヘリコプター１８の検出器モジュール１６までの空間において安定に見えるように、後のグリッド投影８４のグリッドデータが変更される。
図５の２次元の例で安定化を達成するために、後のグリッド投影８４のグリッドデータを、データが前のグリッド投影８２の空間的に最も近いグリッド点と同一であることを符号化されたデータが示すように変更することができる。図示する実施例では、後のグリッド投影８４のグリッドデータを、グリッド投影８４の中心が実際に中心８６の位置またはできるだけそれに近い位置に空間的に配置されることを示すように変更することができる。たとえば、図６は、後のグリッド投影８４の中心が点８８の代わりに点８８で符号化できることを示しており、それは点８８’が前のグリッド投影８２の中心８６に対してグリッド投影８４上の最も近い点だからである。点９０は前のグリッド投影８２の中心８６に対してすべて点８８’と等距離にあるので、後のグリッド投影８４の中心は、代替的な点９０のいずれにおいても符号化することができることに留意されたい。また、後のグリッド投影８４上に符号化された他の任意のグリッドデータは、このような変化に対応するように変更することができると想定される。また、クロスハッチングで示すように前のグリッド投影８２の範囲内である、後のグリッド投影８４の一部分のみを符号化することができると想定される。グリッドデータが変更されているので、乗組員に視覚的に提供されるグリッドは、グリッドが実際に移動したほどには移動していないように見えるであろう。
グリッド投影を安定化する方法は、グリッド生成器の３次元的な動きを含むことができ、それは、非限定的な例として、基準フレーム８０のロール、ピッチ、およびヨーの角度変化を判定することを表すことができると想定される。その場合、グリッドデータを変更することは、ロール、ピッチ、およびヨーの角度変化を後のグリッド投影のグリッドデータのためのグリッドライン調整に変換することを含むことができる。あるいは、上述したようにグリッドが基準点を含んでいる場合には、前のグリッド投影に対するグリッド生成器１０の基準フレーム８０の変化を判定することは、基準点に対する基準フレーム８０の変化を判定することを含むことができる。前のグリッド投影に対するグリッド生成器１０の基準フレーム８０の変化を判定するために、ベクトルに基づく判定を用いることができ、ベクトルに基づく判定により投影されたグリッドを安定化するための方法は、２０１４年１０月２８日発行の米国特許第８，８７２，０８１号、表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ａ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」の開示に記載されており、それは参照により本明細書に組み込まれる。
上述した実施形態は、これに限らないが、乗組員に状況認識情報を提供することを含むいくつかの利点を提供し、その情報は、乗組員が沖合の石油プラットフォームの悪天候での夜間着陸などの危険な進入、着陸、および離陸操作を行うことを含む飛行操作に使用することができる。上述した実施形態は、合成映像またはＨＵＤシステムが従来の着陸システムと同様の着陸ゾーンおよびコース偏差などの視覚的フィードバックを提供することを可能にし、それはパイロットを見慣れた環境に置き、強化された状況認識をもたらす。上述した実施形態は、進入誘導、滑走路照明、海面からの高さなどの合成指示を生成する能力を提供し、それは操縦の安全性を高める。石油プラットフォームに航空機を着陸させる場合、着陸操作を安全に完了する能力は、石油およびガスの生産者にとって大幅なコスト削減となる。さらに、投影されたグリッドを安定化することは、航空機が投影されたグリッドを追跡するのを困難にするであろう望ましくないグリッドの動きを除去する。
すでに記載されていない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造を互いに組み合わせて用いることができる。１つの特徴を実施形態のすべてにおいて示しているわけではないということは、それができないと解釈されるものではなく、説明を簡潔にするためにそのようにしているのである。したがって、新規な実施形態が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施形態を形成するように、異なる実施形態の様々な特徴を要望通りに混合し適合させることができる。本明細書に記載されている特徴のすべての組合せまたは置換は、この開示によって包括される。
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の文字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
１０ グリッド生成器
１４ 対象範囲（ＦＯＲ）
１６ 検出器モジュール
１８ ヘリコプター
２０ 第１のグリッド
２２ 第１の垂直ライン
２４ 第２の垂直ライン
２６ 第１の水平ライン
２８ 第２の水平ライン
３０ 第２のグリッド
３２ 第１の垂直ライン
３４ 第２の垂直ライン
３６ 第１の水平ライン
３８ 第２の水平ライン
４０ 着陸ゾーン
４２ 石油プラットフォーム
５０ ディスプレイ
５２ コックピット
５４ プロセッサ
５６ データリンク
６０ ＩＡＰ中間地点
６２ ＦＡＦ中間地点
６４ ＬＤＰ中間地点
６９ 第１の航程
７０ 第２の航程
７２ 最終航程
７６ 進入照明
８０ 基準フレーム
８２ 前のグリッド投影
８４ 後のグリッド投影
８６ 中心
８８ 中心
８８’ 点
９０ 代替的な点
１００ 方法
１０２ ステップ
１０４ ステップ
１０６ ステップ
１０８ ステップ

Claims (20)

  1. 着陸ゾーン（４０）に着陸中の航空機の乗組員に状況認識情報を提供する方法（１００）であって、
    前記着陸ゾーン（４０）にあるグリッド生成器（１０）から、相対ナビゲーショングリッド（２０、３０）を規定し、かつ前記相対ナビゲーショングリッド（２０、３０）上の所定の点を識別するように構成されたグリッドデータにより符号化された１組のライン（２２、２４、２６、２８、３２、３４、３６、３８）を空間内に投影するステップ（１０２）と、
    前記航空機上の検出器モジュール（１６）により、前記グリッド（２０、３０）内における前記航空機の位置を検出するステップ（１０４）と、
    前記検出された位置に基づいて、着陸進入のための少なくとも１つの中間地点（６０、６２、６４）への誘導または偏差情報の少なくとも一方を含む状況認識情報を生成するステップ（１０６）と、
    前記航空機のディスプレイ（５０）に前記生成された状況認識情報を表示するステップ（１０８）と、を含む方法（１００）。
  2. 前記状況認識情報は、前記検出された位置に基づいて、着陸進入のための複数の中間地点（６０、６２、６４）を含む、請求項１に記載の方法（１００）。
  3. 前記複数の中間地点（６０、６２、６４）は、着陸進入を視覚的に規定するために前記ディスプレイ（５０）に視覚的にリンクされる、請求項２に記載の方法（１００）
  4. 前記着陸進入は、前記着陸ゾーン（４０）にほぼ平行な第１の航程（６９）を有する、請求項３に記載の方法（１００）。
  5. 前記着陸進入は、前記着陸ゾーン（４０）に向かって角度をなす第２の航程（７０）を有する、請求項４に記載の方法（１００）。
  6. 前のグリッド投影（８２）に対する前記グリッド生成器（１０）の基準フレーム（８０）の変化を判定することにより、前記着陸ゾーン（４０）が移動している時を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１００）。
  7. 前記判定された変化に基づいて、後のグリッド投影（８４）が前記前のグリッド投影（８２）に対して安定に見えるように前記後のグリッド投影（８４）の前記グリッドデータを変更するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法（１００）。
  8. 状況認識情報を提供する方法（１００）であって、
    グリッド生成器（１０）から、相対ナビゲーショングリッド（２０、３０）を規定し、かつ前記相対ナビゲーショングリッド（２０、３０）上の所定の点を識別するように構成されたグリッドデータにより符号化された１組のライン（２２、２４、２６、２８、３２、３４、３６、３８）を空間内に投影するステップ（１０２）と、
    航空機上の少なくとも１つの検出器モジュール（１６）により、前記グリッド（２０、３０）内における前記航空機の位置を検出するステップ（１０４）と、
    前記検出された位置に基づいて前記航空機のための状況認識情報を生成するステップ（１０６）と、
    前記航空機のディスプレイ（５０）に前記生成された状況認識情報を表示するステップ（１０８）と、を含む方法（１００）。
  9. 前記航空機上の複数の検出器モジュール（１６）からの情報に基づいて、実際のナビゲーション性能を判定するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法（１００）。
  10. 前記判定された実際のナビゲーション性能が必要とされるナビゲーション性能しきい値を満たす場合には、前記航空機は、従来のナビゲーション手段から相対ナビゲーションシステムに切り替える、請求項９に記載の方法（１００）。
  11. 前記状況認識情報は、進入経路を示すか、最終進入固定中間地点（６２）を示すか、着陸決定中間地点（６４）を示すか、海面または地表面を示すか、あるいは滑走路進入照明を示す状況認識情報を含む、請求項８に記載の方法（１００）。
  12. 前のグリッド投影（８２）に対する前記グリッド生成器（１０）の基準フレーム（８０）の変化を判定することにより、前記グリッド生成器（１０）が移動している時を決定するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法（１００）。
  13. 前記判定された変化に基づいて、後のグリッド投影（８４）が前記前のグリッド投影（８２）に対して安定に見えるように前記後のグリッド投影（８４）の前記グリッドデータを変更するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法（１００）。
  14. 前記グリッドデータを変更するステップは、前記データが前記前のグリッド投影（８２）の空間的に最も近いグリッド点と同一であることを示す前記後のグリッド投影（８４）の前記グリッドデータを含む、請求項１３に記載の方法（１００）。
  15. 前記変化を判定するステップは、前記基準フレーム（８０）のロール、ピッチ、およびヨーの角度変化を判定するステップを含み、前記グリッドデータを変更するステップは、ロール、ピッチ、およびヨーの前記角度変化をグリッド線調整に変換するステップを含む、請求項１３に記載の方法（１００）。
  16. 状況認識システムであって、
    相対ナビゲーショングリッド（２０、３０）を規定し、かつ前記相対ナビゲーショングリッド（２０、３０）上の所定の点を識別するように構成されたグリッドデータにより符号化された１組のライン（２２、２４、２６、２８、３２、３４、３６、３８）を空間内に投影するように構成された、着陸ゾーン（４０）にあるグリッド生成器（１０）と、
    前記相対ナビゲーショングリッド（２０、３０）内の当該検出器モジュール（１６）の位置に基づいてセンサ出力を生成するように構成された少なくとも１つの検出器モジュール（１６）と、
    航空機のコックピット（５２）内、または遠隔に配置された表示システムの少なくとも一方に配置されたディスプレイ（５０）と、
    前記センサ出力を受信し、前記グリッド（２０、３０）内における前記航空機の位置を決定し、前記決定された位置に基づいて着陸進入のための少なくとも１つの中間地点（６０、６２、６４）に対する状況認識情報を生成し、前記ディスプレイ（５０）に前記状況認識情報を表示するように構成されたプロセッサ（５４）と、を含む状況認識システム。
  17. 前記グリッド生成器（１０）の位置を示す識別子情報を前記航空機に提供するように構成されたデータリンク（５６）をさらに含む、請求項１６に記載の状況認識システム。
  18. 前記航空機は、必要とされるナビゲーション性能しきい値が満たされた場合に、従来のナビゲーションシステムから前記状況認識情報を表示することに切り替えるように構成される、請求項１６に記載の状況認識システム。
  19. 前記着陸ゾーン（４０）は移動している、請求項１６に記載の状況認識システム。
  20. 前記グリッド生成器（１０）は、前のグリッド投影（８２）に対する前記グリッド生成器（１０）の基準フレーム（８０）の変化を判定するように構成され、かつ、前記判定された変化に基づいて、後のグリッド投影（８４）が前記前のグリッド投影（８２）に対して安定に見えるように前記後のグリッド投影（８４）の前記グリッドデータを変更するように構成される、請求項１９に記載の状況認識システム。
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