JP3162708B2 - 飛行機内での使用のための検出システム - Google Patents
飛行機内での使用のための検出システムInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 この発明は飛行機内での使用のための検出システムに
関し、より詳しくは、火山灰雲の存在を検出できる飛行
機の検出システムに関する。
関し、より詳しくは、火山灰雲の存在を検出できる飛行
機の検出システムに関する。
火山灰雲は、たとえ火山の噴火位置から上記雲が移動
してしまった後でも、飛行機に対して重大な危険を構成
する。灰粒子を含むことは別として、上記雲はSO2のよ
うなガスを含み、このガスは数日後に酸化および加水分
解して、灰と酸との混合物として又は灰粒子を包むコー
ティングとして硫酸の液滴を形成する。火山灰雲の灰粒
子と硫酸液滴との両方が、灰雲に遭遇する飛行機に対し
て重大な被害と起こりうる損失を引き起こす恐れがあ
る。
してしまった後でも、飛行機に対して重大な危険を構成
する。灰粒子を含むことは別として、上記雲はSO2のよ
うなガスを含み、このガスは数日後に酸化および加水分
解して、灰と酸との混合物として又は灰粒子を包むコー
ティングとして硫酸の液滴を形成する。火山灰雲の灰粒
子と硫酸液滴との両方が、灰雲に遭遇する飛行機に対し
て重大な被害と起こりうる損失を引き起こす恐れがあ
る。
火山灰雲に遭遇する多くの飛行機が、過去にどこで重
大な被害が起こったかを記録してきた。1982年の４月と
７月との間に、インドネシア国中央ジャワにある火山ガ
ルングン（Galunggung）は一連の噴火を経験した。その
分散する灰雲は、商用航空路を横切って移動することで
大きな危険を構成した。何故ならば、飛行機のレーダー
システムは灰雲と氷や水の雲とを区別できなかったから
であり、今も区別できないからである。また、通常、火
山灰雲は視覚では灰色の氷や水の雲から区別し得ない。
上記灰雲の中へ直接飛び込んだ飛行機によって、２つの
大きな事故が引き起こされた。1982年６月24日、マレー
シア国クアラルンプールからパースへ飛行中の英国航空
ボーイング747が、灰雲の中に入った。４つのエンジン
のすべてが停止し、飛行機はエンジンを再スタートする
試みが成功する前に6000m降下した。緊急着陸はインド
ネシア国ジャカルタでなされた。第２の事故は、1982年
７月13日、シンガポール航空ボーイング747が同様な飛
行不能の問題を被った時に起こり、再び緊急着陸がジャ
カルタでなされた。より最近では、1989年12月15日、KL
Mボーイング747が、アメリカ合衆国アラスカにある火山
リダウト（Redout）の噴火によって生じた灰雲に遭遇し
た。飛行機のエンジンは停止し、そのジェット機は動力
なしで3600m降下した。さらに、その飛行機のコクピッ
トは硫黄臭のガスで満たされたことが報告されている。
上記遭遇の記述はガルングンの灰雲との遭遇と極めて類
似しており、飛行機に対する影響もまた類似している。
大な被害が起こったかを記録してきた。1982年の４月と
７月との間に、インドネシア国中央ジャワにある火山ガ
ルングン（Galunggung）は一連の噴火を経験した。その
分散する灰雲は、商用航空路を横切って移動することで
大きな危険を構成した。何故ならば、飛行機のレーダー
システムは灰雲と氷や水の雲とを区別できなかったから
であり、今も区別できないからである。また、通常、火
山灰雲は視覚では灰色の氷や水の雲から区別し得ない。
上記灰雲の中へ直接飛び込んだ飛行機によって、２つの
大きな事故が引き起こされた。1982年６月24日、マレー
シア国クアラルンプールからパースへ飛行中の英国航空
ボーイング747が、灰雲の中に入った。４つのエンジン
のすべてが停止し、飛行機はエンジンを再スタートする
試みが成功する前に6000m降下した。緊急着陸はインド
ネシア国ジャカルタでなされた。第２の事故は、1982年
７月13日、シンガポール航空ボーイング747が同様な飛
行不能の問題を被った時に起こり、再び緊急着陸がジャ
カルタでなされた。より最近では、1989年12月15日、KL
Mボーイング747が、アメリカ合衆国アラスカにある火山
リダウト（Redout）の噴火によって生じた灰雲に遭遇し
た。飛行機のエンジンは停止し、そのジェット機は動力
なしで3600m降下した。さらに、その飛行機のコクピッ
トは硫黄臭のガスで満たされたことが報告されている。
上記遭遇の記述はガルングンの灰雲との遭遇と極めて類
似しており、飛行機に対する影響もまた類似している。
以上は、灰雲を避けることができるように、灰雲の存
在を早期にパイロットに警告できる検出システムの必要
性を説明するものである。衛星から集められたデータに
依存するシステムは道具になり得るが、地球の特定地域
のための衛星のデータは定期的にしか更新されない。例
えば、極軌道にある衛星からのデータは、地球のほとん
どの地域に対して１日当たり４回しか提供されない。そ
れ故、飛行機の前方の状況をモニタするために飛行機内
に据え付けられ得る検出システムが望まれている。さら
に、もし上記システムが例えば透明な乱気流のような他
の不利な大気状態を検出できるならば、利点があるだろ
う。上記乱気流は、視覚や公知の飛行機の検出システム
では検出できず、かつ飛行機によって避けなければなら
ないからである。
在を早期にパイロットに警告できる検出システムの必要
性を説明するものである。衛星から集められたデータに
依存するシステムは道具になり得るが、地球の特定地域
のための衛星のデータは定期的にしか更新されない。例
えば、極軌道にある衛星からのデータは、地球のほとん
どの地域に対して１日当たり４回しか提供されない。そ
れ故、飛行機の前方の状況をモニタするために飛行機内
に据え付けられ得る検出システムが望まれている。さら
に、もし上記システムが例えば透明な乱気流のような他
の不利な大気状態を検出できるならば、利点があるだろ
う。上記乱気流は、視覚や公知の飛行機の検出システム
では検出できず、かつ飛行機によって避けなければなら
ないからである。
この発明によれば、上記飛行機の前方の大気状態を検
出し、上記飛行機の前方に不利な大気状態が存在すると
き警告信号を発生し、かつ、上記不利な状態が避けられ
るように上記不利な状態の位置を示す情報を発生するた
めの手段を備える飛行機における使用のための検出シス
テムが提供される。
出し、上記飛行機の前方に不利な大気状態が存在すると
き警告信号を発生し、かつ、上記不利な状態が避けられ
るように上記不利な状態の位置を示す情報を発生するた
めの手段を備える飛行機における使用のための検出シス
テムが提供される。
上記不利な状態は、火山灰雲、高密度の二酸化硫黄ガ
スおよび／または透明乱気流から構成され得る。
スおよび／または透明乱気流から構成され得る。
さらに、この発明は、上記飛行機の前方の火山灰雲の
存在を検出するための手段と、上記飛行機のパイロット
に上記雲の存在を警戒させるための手段を備える飛行機
のための検出システムを提供する。
存在を検出するための手段と、上記飛行機のパイロット
に上記雲の存在を警戒させるための手段を備える飛行機
のための検出システムを提供する。
上記検出システムは、上記灰雲の検出に応じて、上記
飛行機に対する上記灰雲の位置を表す情報を発生させる
ための手段を含むのが望ましい。上記警戒させる手段の
システムは、上記情報の表示を行うための表示信号を発
生させるための手段を含むのが望ましい。
飛行機に対する上記灰雲の位置を表す情報を発生させる
ための手段を含むのが望ましい。上記警戒させる手段の
システムは、上記情報の表示を行うための表示信号を発
生させるための手段を含むのが望ましい。
また、上記検出手段は二酸化硫黄および／または透明
乱気流を検出できるのが望ましい。
乱気流を検出できるのが望ましい。
上記検出手段と警戒手段は、上記飛行機によって受け
取れらた赤外放射線をモニタするための手段と、上記放
射線の予め定められた波長の強度を表す強度信号を発生
させるためのフィルタ手段と、２つの上記予め定められ
た波長の強度信号を比較して、比較結果が灰雲が存在す
ることを示すとき火山灰雲警報信号を発生させるための
処理手段を含むのが望ましい。
取れらた赤外放射線をモニタするための手段と、上記放
射線の予め定められた波長の強度を表す強度信号を発生
させるためのフィルタ手段と、２つの上記予め定められ
た波長の強度信号を比較して、比較結果が灰雲が存在す
ることを示すとき火山灰雲警報信号を発生させるための
処理手段を含むのが望ましい。
上記警報信号は、長波長側の受け取られた放射線が短
波長がわの受け取られた放射線よりも少ないことを上記
強度信号が示すときに、発生されるのが望ましい。
波長がわの受け取られた放射線よりも少ないことを上記
強度信号が示すときに、発生されるのが望ましい。
上記モニタ手段は赤外線検出アレイを含み、上記複数
の強度信号は上記アレイの画素に、上記複数の波長の各
々の強度信号が上記画素の各１つに対応する如く関係
し、また、上記処理手段は、上記強度信号と上記飛行機
の位置を表す位置信号とに基づいて、上記飛行機に対す
る上記灰雲の位置を表す表示信号を発生させるのが望ま
しい。
の強度信号は上記アレイの画素に、上記複数の波長の各
々の強度信号が上記画素の各１つに対応する如く関係
し、また、上記処理手段は、上記強度信号と上記飛行機
の位置を表す位置信号とに基づいて、上記飛行機に対す
る上記灰雲の位置を表す表示信号を発生させるのが望ま
しい。
また、この発明は、飛行機によって受け取られた赤外
線放射をモニタし、上記放射線の少なくとも１つの予め
定められた波長の強度を表す信号を発生し、上記強度信
号を処理し、そして、上記強度信号が不利な大気状態が
存在することを示すとき警報信号を発生する、不利な大
気状態の検出方法を提供する。
線放射をモニタし、上記放射線の少なくとも１つの予め
定められた波長の強度を表す信号を発生し、上記強度信
号を処理し、そして、上記強度信号が不利な大気状態が
存在することを示すとき警報信号を発生する、不利な大
気状態の検出方法を提供する。
上記警報信号は、長波長側の信号の値が短波長側の信
号の値よりも小さいときに発生されるのが望ましい。
号の値よりも小さいときに発生されるのが望ましい。
上記信号は赤外線検出アレイに関係し、さらに、上記
方法は、上記信号に基づいて上記飛行機に対する上記不
利な状態の位置を表示することを含むのが望ましい。
方法は、上記信号に基づいて上記飛行機に対する上記不
利な状態の位置を表示することを含むのが望ましい。
さらに、この発明は、上に述べられた検出システムを
有する飛行機を提供する。
有する飛行機を提供する。
上記長い側の波長は約12μｍであり、上記短い側の波
長は約10μｍであるのが望ましい。上記予め定められた
波長はさらに２つの波長、透明乱気流の検出に関係する
６μｍと、二酸化硫黄の検出に関係する９μｍとを含む
のが望ましい。
長は約10μｍであるのが望ましい。上記予め定められた
波長はさらに２つの波長、透明乱気流の検出に関係する
６μｍと、二酸化硫黄の検出に関係する９μｍとを含む
のが望ましい。
この発明の好ましい実施例は、今から、添付の図面に
関して、例によってのみ説明される。ここで、 図１は火山灰雲の図、 図２は氷や水の雲と火山灰雲とから受け取られた赤外
放射線対赤外波長のグラフ、 図３はこの発明のシステムの好ましい実施例の検知ユ
ニットの概略側面図、 図４は上記ユニットの概略前面図、 図５は上記システムのフィルタ・ホイールの設計図、 図６は上記システムの電気または電子回路のブロック
ダイヤグラム、 図７は上記システムの主な動作ルーチンの流れ図、 図８は上記システムの警報ランプ処理ルーチンの流れ
図、 図９および10は、それぞれ晴れた空と積雲について
の、受け取られた赤外放射線対赤外波長のグラフ、 図11乃至13は、火山灰雲についての様々な赤外波長
の、受け取れれた赤外放射線対時間のグラフ、そして、 図14は水雲についての様々な赤外波長の、受け取られ
た赤外放射線対時間のグラフである。
関して、例によってのみ説明される。ここで、 図１は火山灰雲の図、 図２は氷や水の雲と火山灰雲とから受け取られた赤外
放射線対赤外波長のグラフ、 図３はこの発明のシステムの好ましい実施例の検知ユ
ニットの概略側面図、 図４は上記ユニットの概略前面図、 図５は上記システムのフィルタ・ホイールの設計図、 図６は上記システムの電気または電子回路のブロック
ダイヤグラム、 図７は上記システムの主な動作ルーチンの流れ図、 図８は上記システムの警報ランプ処理ルーチンの流れ
図、 図９および10は、それぞれ晴れた空と積雲について
の、受け取られた赤外放射線対赤外波長のグラフ、 図11乃至13は、火山灰雲についての様々な赤外波長
の、受け取れれた赤外放射線対時間のグラフ、そして、 図14は水雲についての様々な赤外波長の、受け取られ
た赤外放射線対時間のグラフである。
衛星に搭載された赤外放射計は、赤外波長の範囲を超
えて、地表から放出され、また雲に吸収された赤外放射
線についての大量のデータを供給してきた。上記衛星と
はTIROS−N/NOAA極軌道衛星と静止気象衛星（GMS）とを
含んでいる。上記データの解析は、火山灰雲が通常の氷
や水の雲と区別され得る赤外線の特徴を持つことを確認
した。図１に示すように、１つの火山灰雲２は、衛星か
ら観測されたとき、準透明な領域４を含んでいる。この
領域は、ほとんどの例では雲２の周辺部の周り、つま
り、通常地表から放出されるすべての赤外線を吸収する
さらに密な中心領域６の周りに配置されている。上記赤
外準透明領域４は、氷や水の雲の類似の領域では起こら
ない“逆吸収効果”を示すことが示されてきた。上記効
果は、上記領域４について、衛星によって受け取られる
赤外放射線に、長くまたは増加された赤外波長10μｍと
13μｍとの間で増加を引き起こす。氷や水の雲の類似の
準透明な領域については、衛星によって受け取られる放
射線の強度は、増加するまたは長い赤外波長10μｍと13
μｍとの間で減少する。衛星の放射計は機械式走査装置
上に搭載された単一の検出要素を含んでいる。上記放射
計によって生成される赤外線強度信号を使うことによっ
て、走査される領域の映像表示が生まれるようである。
背景８、この場合には地表と、中心領域６については、
選択された波長で受け取られた放射線に対応する輝度温
度の絶対値は、表示色を生むのに使用され得る。例え
ば、背景８は青い影として現れ、中心領域６は黒い影と
して現れる。灰雲の存在を目立たせるために、もし10μ
ｍと13μｍとの間で長波長と短波長について受け取られ
た放射線の差が正ならば、上記準透明領域４は上記差の
大きさに応じて赤い影として表示されるだろう。上記差
が負である場合は、上記雲が単に氷や水の雲であること
を示すために、異なった色が表示され得る。しかしなが
ら、衛星の情報は特定の領域については間欠的に更新さ
れるに過ぎず、火山灰雲は上記情報が更新される前に意
味を漏って移動し得るのである。
えて、地表から放出され、また雲に吸収された赤外放射
線についての大量のデータを供給してきた。上記衛星と
はTIROS−N/NOAA極軌道衛星と静止気象衛星（GMS）とを
含んでいる。上記データの解析は、火山灰雲が通常の氷
や水の雲と区別され得る赤外線の特徴を持つことを確認
した。図１に示すように、１つの火山灰雲２は、衛星か
ら観測されたとき、準透明な領域４を含んでいる。この
領域は、ほとんどの例では雲２の周辺部の周り、つま
り、通常地表から放出されるすべての赤外線を吸収する
さらに密な中心領域６の周りに配置されている。上記赤
外準透明領域４は、氷や水の雲の類似の領域では起こら
ない“逆吸収効果”を示すことが示されてきた。上記効
果は、上記領域４について、衛星によって受け取られる
赤外放射線に、長くまたは増加された赤外波長10μｍと
13μｍとの間で増加を引き起こす。氷や水の雲の類似の
準透明な領域については、衛星によって受け取られる放
射線の強度は、増加するまたは長い赤外波長10μｍと13
μｍとの間で減少する。衛星の放射計は機械式走査装置
上に搭載された単一の検出要素を含んでいる。上記放射
計によって生成される赤外線強度信号を使うことによっ
て、走査される領域の映像表示が生まれるようである。
背景８、この場合には地表と、中心領域６については、
選択された波長で受け取られた放射線に対応する輝度温
度の絶対値は、表示色を生むのに使用され得る。例え
ば、背景８は青い影として現れ、中心領域６は黒い影と
して現れる。灰雲の存在を目立たせるために、もし10μ
ｍと13μｍとの間で長波長と短波長について受け取られ
た放射線の差が正ならば、上記準透明領域４は上記差の
大きさに応じて赤い影として表示されるだろう。上記差
が負である場合は、上記雲が単に氷や水の雲であること
を示すために、異なった色が表示され得る。しかしなが
ら、衛星の情報は特定の領域については間欠的に更新さ
れるに過ぎず、火山灰雲は上記情報が更新される前に意
味を漏って移動し得るのである。
図３乃至７に関して以下に詳細に説明されるように、
この発明の好ましい一実施例の検出システムは飛行機に
搭載され、上記飛行機の前方の赤外放射線をモニタす
る。飛行中の飛行機は、通常、図１に示された地球の水
平線９の上方の空間へ向かって方向づけられている。雲
２を観測し、それから受け取られる赤外放射線をモニタ
したとき、背景８は空間となっており、衛星の放射計の
場合のように地表ではなく、そして、上述の逆吸収効果
に対して反対の効果が起こることが発見された。
この発明の好ましい一実施例の検出システムは飛行機に
搭載され、上記飛行機の前方の赤外放射線をモニタす
る。飛行中の飛行機は、通常、図１に示された地球の水
平線９の上方の空間へ向かって方向づけられている。雲
２を観測し、それから受け取られる赤外放射線をモニタ
したとき、背景８は空間となっており、衛星の放射計の
場合のように地表ではなく、そして、上述の逆吸収効果
に対して反対の効果が起こることが発見された。
飛行機２から水平方向に観測された場合の雲２から受
け取られた赤外放射線対放射線の波長のグラフ12は図２
に示されている。上記グラフ12では、放射線強度は対応
する輝度温度に変換されている。９乃至13μｍの範囲に
ついては、受け取られる赤外放射線は対応する輝度温度
に近似的に直接比例している。グラフ11には２つの曲線
が描かれており、一方の曲線13は火山灰雲の準透明領域
４から受け取られた赤外放射線に関し、他方の曲線15は
氷粒子を含む雲の準透明領域４から受け取られた赤外放
射線に関している。上記グラフ11は準透明領域４につい
て起こる正反対の効果を示している。灰雲については10
乃至13μｍの領域で波長が増加するにつれて受け取られ
た赤外放射線が減少している。しかるに、氷雲について
は波長が増加するにつれて受け取られた赤外放射線が増
加している。水滴を含む雲は氷粒子を含む雲と同じ様に
振舞うだろう。上記正反対効果は、飛行機は空間のよう
な比較的冷たい背景８に抗して前方に雲を観測するが、
衛星の放射計は地表のような比較的温かい背景に抗して
雲を観測するから起こるのだと信じられている。グラフ
11によれば、10乃至13μｍの版幾内の２つの波長につい
て受け取られる放射線の差は、10μｍと12μｍについて
が最も大きい。10乃至12μｍで受け取られる放射線強度
の差を輝度温度の読み取り値として解析することによっ
て、上記検出システムは氷や水の雲と火山灰雲とを区別
することができる。12μｍの輝度温度と10μｍの輝度温
度との差が負であるときは、これは火山灰雲の存在を示
している。しかるに、上記差が正であるときは、氷や水
の雲が存在している。上記差は、雲２の準透明領域４か
ら受け取られる放射線について起こるのみである。雲２
の密な中心領域６や背景８から受け取られる放射線は、
10μｍと12μｍについて実質的に同一である。
け取られた赤外放射線対放射線の波長のグラフ12は図２
に示されている。上記グラフ12では、放射線強度は対応
する輝度温度に変換されている。９乃至13μｍの範囲に
ついては、受け取られる赤外放射線は対応する輝度温度
に近似的に直接比例している。グラフ11には２つの曲線
が描かれており、一方の曲線13は火山灰雲の準透明領域
４から受け取られた赤外放射線に関し、他方の曲線15は
氷粒子を含む雲の準透明領域４から受け取られた赤外放
射線に関している。上記グラフ11は準透明領域４につい
て起こる正反対の効果を示している。灰雲については10
乃至13μｍの領域で波長が増加するにつれて受け取られ
た赤外放射線が減少している。しかるに、氷雲について
は波長が増加するにつれて受け取られた赤外放射線が増
加している。水滴を含む雲は氷粒子を含む雲と同じ様に
振舞うだろう。上記正反対効果は、飛行機は空間のよう
な比較的冷たい背景８に抗して前方に雲を観測するが、
衛星の放射計は地表のような比較的温かい背景に抗して
雲を観測するから起こるのだと信じられている。グラフ
11によれば、10乃至13μｍの版幾内の２つの波長につい
て受け取られる放射線の差は、10μｍと12μｍについて
が最も大きい。10乃至12μｍで受け取られる放射線強度
の差を輝度温度の読み取り値として解析することによっ
て、上記検出システムは氷や水の雲と火山灰雲とを区別
することができる。12μｍの輝度温度と10μｍの輝度温
度との差が負であるときは、これは火山灰雲の存在を示
している。しかるに、上記差が正であるときは、氷や水
の雲が存在している。上記差は、雲２の準透明領域４か
ら受け取られる放射線について起こるのみである。雲２
の密な中心領域６や背景８から受け取られる放射線は、
10μｍと12μｍについて実質的に同一である。
また、雲２内の硫酸液滴や粒子の存在は、受け取られ
る放射線に灰雲に関するのと全く同様に効果を及ぼす。
それ故、12μｍと10μｍの読み取り値の間の負の差は、
灰雲や硫酸液滴または粒子を含む雲の存在を示す。さら
に、二酸化硫黄が赤外放射線を吸収するレベルは放射線
の波長に関連して変化し、最大の吸収は8.6μｍで起こ
る。それ故、8.6μｍで受け取られる放射線をもモニタ
することによって、上記検出システムは、大気中で二酸
化硫黄の増加したレベルを検出することができる。それ
は、火山灰雲の存在を確定するのに用いられ得る。
る放射線に灰雲に関するのと全く同様に効果を及ぼす。
それ故、12μｍと10μｍの読み取り値の間の負の差は、
灰雲や硫酸液滴または粒子を含む雲の存在を示す。さら
に、二酸化硫黄が赤外放射線を吸収するレベルは放射線
の波長に関連して変化し、最大の吸収は8.6μｍで起こ
る。それ故、8.6μｍで受け取られる放射線をもモニタ
することによって、上記検出システムは、大気中で二酸
化硫黄の増加したレベルを検出することができる。それ
は、火山灰雲の存在を確定するのに用いられ得る。
また、上記検出システムは、対流圏上層での水蒸気異
常からの赤外放出を測定することによって、透明乱気流
の存在を検出することができる。上記異常は、対流圏で
乾燥している層中へ水蒸気リッチな空気を上昇させる乱
流動に応じて起こる。霧層の存在は、飛行機によって受
け取られる12μｍの放射線と６μｍの放射線との差を検
査することによって検出される。上記差が予め定められ
たしきい値を超えた場合、透明乱気流の存在が推論され
得る。
常からの赤外放出を測定することによって、透明乱気流
の存在を検出することができる。上記異常は、対流圏で
乾燥している層中へ水蒸気リッチな空気を上昇させる乱
流動に応じて起こる。霧層の存在は、飛行機によって受
け取られる12μｍの放射線と６μｍの放射線との差を検
査することによって検出される。上記差が予め定められ
たしきい値を超えた場合、透明乱気流の存在が推論され
得る。
図3,4に示すように、上記検出システムは検出ユニッ
ト10を含んでおり、検出ユニット10は不透明なケーシン
グ12に収容されている。ケーシング12は開口14を有して
おり、開口14は赤外線透過窓16を含んでいる。窓16は、
IRTRAN−２窓または同様のものであるのが望ましく、予
め定められた波長範囲内の赤外線だけしかケーシング12
内に入るのを許容しない。上記予め定められた範囲は、
関心ある波長、6.3,8.6,10および12μｍを含んでいる。
窓16は、受け取られた放射線18を、図３に示すように、
ケーシング12の窓16の反対側の側に搭載されたオフセッ
ト放物面反射器20上に送る。上記反射器20は放射線18を
反射して、検出器アレイ22上に焦点を結ばせる。上記ア
レイ22は256×256個のHgCdTe赤外検出器要素を含んでい
る。上記検出器要素は、それぞれ映像表示内に画素を生
むのに用いられ得る信号を発生する。アレイ22は、どの
ような形状の機械式走査装置の必要も消滅させる。
ト10を含んでおり、検出ユニット10は不透明なケーシン
グ12に収容されている。ケーシング12は開口14を有して
おり、開口14は赤外線透過窓16を含んでいる。窓16は、
IRTRAN−２窓または同様のものであるのが望ましく、予
め定められた波長範囲内の赤外線だけしかケーシング12
内に入るのを許容しない。上記予め定められた範囲は、
関心ある波長、6.3,8.6,10および12μｍを含んでいる。
窓16は、受け取られた放射線18を、図３に示すように、
ケーシング12の窓16の反対側の側に搭載されたオフセッ
ト放物面反射器20上に送る。上記反射器20は放射線18を
反射して、検出器アレイ22上に焦点を結ばせる。上記ア
レイ22は256×256個のHgCdTe赤外検出器要素を含んでい
る。上記検出器要素は、それぞれ映像表示内に画素を生
むのに用いられ得る信号を発生する。アレイ22は、どの
ような形状の機械式走査装置の必要も消滅させる。
上記ユニット10は、飛行機に搭載される。飛行機のノ
イズ中では、上記窓16は飛行機の前方の視野に向けて方
向づけられるのが望ましい。そのとき、上記検出機アレ
イ22は、水平および垂直面内で±５゜の飛行機の視野の
赤外線イメージを受け取るだろう。アレイ22によって受
け取られたイメージは、上記飛行機から100kmでの17.5k
m2の領域を表す。検出器アレイ22は、赤外放射線に対す
る感度を最大にするために冷却される。
イズ中では、上記窓16は飛行機の前方の視野に向けて方
向づけられるのが望ましい。そのとき、上記検出機アレ
イ22は、水平および垂直面内で±５゜の飛行機の視野の
赤外線イメージを受け取るだろう。アレイ22によって受
け取られたイメージは、上記飛行機から100kmでの17.5k
m2の領域を表す。検出器アレイ22は、赤外放射線に対す
る感度を最大にするために冷却される。
図3,4に示すように、上記ユニット10はチョッパ・プ
ロペラ24を有している。このチョッパ・プロペラは、反
対に配された２つのブレード26,27を含み、チョッパ・
モータ28によって50Hzの周波数で回転される。各ブレー
ド26,27の対向する側部の間の角度は90゜となってお
り、チョッパ24が回転されるにつれて、上記ブレード
は、窓16からの放射線が反射器20、および代わりにアレ
イ22によって受け取られるのを間欠的に妨げる。その代
わり、図４に示すように、ブレード27が窓16と反射器20
との間に配されたとき、アレイ22はチョッパ24の放射線
しか受けない。それ故、チョッパ24は、窓16からアレイ
22によって受け取られた大気の放射線を100Hzの周波数
に変調する。大気の放射線の変調は、アレイ22によって
発生された信号が、大気の放射線18の強度に応じて変調
された100Hzのキャリアを持つ振幅変調信号の形態にな
る結果を引き起こす。受け取られた放射線を表す信号
は、図６を参照して以下に述べられる同期式検出器を使
用して、上記変調信号から引き出される。受け取られた
放射線18のチョッパ24による変調は、受け取られた赤外
放射線のみを表し、迷い光またはユニット10内で反射さ
れた放射線による成分を含まない電気信号が導かれるの
を可能にする。また、高いチョッパ周波数は、上記放射
線の信号に現れるかもしれない1/fノイズを低減する。
ロペラ24を有している。このチョッパ・プロペラは、反
対に配された２つのブレード26,27を含み、チョッパ・
モータ28によって50Hzの周波数で回転される。各ブレー
ド26,27の対向する側部の間の角度は90゜となってお
り、チョッパ24が回転されるにつれて、上記ブレード
は、窓16からの放射線が反射器20、および代わりにアレ
イ22によって受け取られるのを間欠的に妨げる。その代
わり、図４に示すように、ブレード27が窓16と反射器20
との間に配されたとき、アレイ22はチョッパ24の放射線
しか受けない。それ故、チョッパ24は、窓16からアレイ
22によって受け取られた大気の放射線を100Hzの周波数
に変調する。大気の放射線の変調は、アレイ22によって
発生された信号が、大気の放射線18の強度に応じて変調
された100Hzのキャリアを持つ振幅変調信号の形態にな
る結果を引き起こす。受け取られた放射線を表す信号
は、図６を参照して以下に述べられる同期式検出器を使
用して、上記変調信号から引き出される。受け取られた
放射線18のチョッパ24による変調は、受け取られた赤外
放射線のみを表し、迷い光またはユニット10内で反射さ
れた放射線による成分を含まない電気信号が導かれるの
を可能にする。また、高いチョッパ周波数は、上記放射
線の信号に現れるかもしれない1/fノイズを低減する。
もし望まれるならば、ユニット10のサイズは、チョッ
パ24を排除することによって、かなり縮小される。雰囲
気とユニット10内の迷い光と1/fノイズによって生成さ
れる信号成分は、適当なフィルタ回路その他の手段によ
って抑圧される必要がある。
パ24を排除することによって、かなり縮小される。雰囲
気とユニット10内の迷い光と1/fノイズによって生成さ
れる信号成分は、適当なフィルタ回路その他の手段によ
って抑圧される必要がある。
上記検出ユニット10は、温度および光学式センサ回路
30を含んでおり、この回路は、受け取られた雰囲気の放
射線強度を対応する輝度温度に変換できるように、チョ
ッパ24から放射される放射線の温度を測定する。また、
上記回路30は、同期式検出器による使用のための同期信
号を生む光源32から受け取られた光に応答する。チョッ
パ24のブレード26および27は、回路30が光源30からの光
を受けるのを間欠的に避けるように、光源32と回路30と
の間を通過する。上記同期信号は、光源からの光が受け
取られた時に一つの状態に入り、ブレード26または27が
光源32と回路30との間に配された時に別の状態に入る。
30を含んでおり、この回路は、受け取られた雰囲気の放
射線強度を対応する輝度温度に変換できるように、チョ
ッパ24から放射される放射線の温度を測定する。また、
上記回路30は、同期式検出器による使用のための同期信
号を生む光源32から受け取られた光に応答する。チョッ
パ24のブレード26および27は、回路30が光源30からの光
を受けるのを間欠的に避けるように、光源32と回路30と
の間を通過する。上記同期信号は、光源からの光が受け
取られた時に一つの状態に入り、ブレード26または27が
光源32と回路30との間に配された時に別の状態に入る。
反射器20によって反射された後の上記受け取られた放
射線は、図３および５に示すように、放射線18がアレイ
22上に入射する前に、フィルタ・ホイール34の４分円38
によってフィルタされる。上記フィルタ・ホイール34は
フィルタ・ホイール・モータ36に連結および回転駆動さ
れ、ホイール34は毎秒回転を実行する。ホイール34の４
分円38は、それぞれ関心ある４つの波長の１つに対応す
る赤外線フィルタを含んでいる。４分円38のフィルタ
は、それに対応する波長しか４分円を通過するのを許さ
ない。４分円38は、続く４分円が位置どりできるよう
に、0.25秒毎に放射線18の経路から回転される。それ
故、アレイ32は、0.25秒毎に４つの波長のうちの１つを
表す変調信号を生成する。そして、上記変調信号は４つ
の波長チャネルのうちの１つに属すると考えられる。も
ちろん、フィルタ・ホイール34とモータ36は省略され、
適当なフィルタ回路その他の、受け取られた広い赤外線
帯域から上記チャネル信号を引き出せる手段に置き換え
られ得る。
射線は、図３および５に示すように、放射線18がアレイ
22上に入射する前に、フィルタ・ホイール34の４分円38
によってフィルタされる。上記フィルタ・ホイール34は
フィルタ・ホイール・モータ36に連結および回転駆動さ
れ、ホイール34は毎秒回転を実行する。ホイール34の４
分円38は、それぞれ関心ある４つの波長の１つに対応す
る赤外線フィルタを含んでいる。４分円38のフィルタ
は、それに対応する波長しか４分円を通過するのを許さ
ない。４分円38は、続く４分円が位置どりできるよう
に、0.25秒毎に放射線18の経路から回転される。それ
故、アレイ32は、0.25秒毎に４つの波長のうちの１つを
表す変調信号を生成する。そして、上記変調信号は４つ
の波長チャネルのうちの１つに属すると考えられる。も
ちろん、フィルタ・ホイール34とモータ36は省略され、
適当なフィルタ回路その他の、受け取られた広い赤外線
帯域から上記チャネル信号を引き出せる手段に置き換え
られ得る。
図3,4に示すように、上記変調信号を処理するための
信号処理回路40は、検出ユニット10の光学および機械的
構成要素とともに、ケーシング12内に収容されている。
図６に示すように、上記処理回路40は検出センサ回路4
2,同期式検出器44,増幅変換回路46およびマイクロプロ
セッサ48を含んでいる。センサ回路42は、検出アレイ22
を含んでおり、各波長チャネルについて各アレイ要素に
よって生成された変調信号を同期式検出器44へ通過させ
る。検出器44は、温度および光学式センサ回路30からオ
ンライン50で受けた同期信号を用いることによって、セ
ンサ回路44によって出力された信号から変調包絡線を取
り出す。取り出された包絡線は、上記４つのチャネルに
ついてアレイ22の各要素についての、受け取られた赤外
線強度を表す。増幅変換回路46は上記強度信号を増幅
し、その信号を256×256のデジタル画素へ変換する。各
々の画素は４つのチャネルについて受け取られた放射線
の値を含み、それぞれのアレイ要素に対応している。次
に、上記画素は、図7,8に関して以下に説明されるソフ
トウエア・ルーチンに従って、マイクロプロセッサ48に
よって処理される。上記画素が不利な大気状態が飛行機
の前方に存在することを示すかどうかを決定するためで
ある。不利な大気状態がまさに存在するときは、パイロ
ットにその状態の存在を警告するために、飛行機のコク
ピット内で警報ランプ52や音声警報信号54が活性化され
る。次に、マイクロプロセッサ48は、同様にコクピット
内に搭載された映像表示ユニット56を活性化し、飛行機
に対する上記不利な状態の位置を示すパイロット用の表
示を生むために、上記デジタル画素から導かれたRGB信
号を上記ユニット56へ供給する。
信号処理回路40は、検出ユニット10の光学および機械的
構成要素とともに、ケーシング12内に収容されている。
図６に示すように、上記処理回路40は検出センサ回路4
2,同期式検出器44,増幅変換回路46およびマイクロプロ
セッサ48を含んでいる。センサ回路42は、検出アレイ22
を含んでおり、各波長チャネルについて各アレイ要素に
よって生成された変調信号を同期式検出器44へ通過させ
る。検出器44は、温度および光学式センサ回路30からオ
ンライン50で受けた同期信号を用いることによって、セ
ンサ回路44によって出力された信号から変調包絡線を取
り出す。取り出された包絡線は、上記４つのチャネルに
ついてアレイ22の各要素についての、受け取られた赤外
線強度を表す。増幅変換回路46は上記強度信号を増幅
し、その信号を256×256のデジタル画素へ変換する。各
々の画素は４つのチャネルについて受け取られた放射線
の値を含み、それぞれのアレイ要素に対応している。次
に、上記画素は、図7,8に関して以下に説明されるソフ
トウエア・ルーチンに従って、マイクロプロセッサ48に
よって処理される。上記画素が不利な大気状態が飛行機
の前方に存在することを示すかどうかを決定するためで
ある。不利な大気状態がまさに存在するときは、パイロ
ットにその状態の存在を警告するために、飛行機のコク
ピット内で警報ランプ52や音声警報信号54が活性化され
る。次に、マイクロプロセッサ48は、同様にコクピット
内に搭載された映像表示ユニット56を活性化し、飛行機
に対する上記不利な状態の位置を示すパイロット用の表
示を生むために、上記デジタル画素から導かれたRGB信
号を上記ユニット56へ供給する。
図７に示すように、主な操作ルーチン60は、マイクロ
プロセッサ48によってデジタル画素が受け取られるステ
ップ62にて始まる。上記４つのチャネルは、波長6.3μ
ｍのチャネルについてはチャネル１、波長8.6μｍのチ
ャネルについてはチャネル２、波長10.0μｍのチャネル
についてはチャネル３、波長12.0μｍのチャネルについ
てはチャネル４と名付けられ得る。また、ミアクロプロ
セッサ48は、ライン50,検出器44および変換回路46を経
由して、チョッパ温度TCを表す信号を受ける。次に、校
正ステップ64にて、予め定められた校正値，チョッパ温
度起TCおよび基準として受け取られたチョッパ放射線強
度を用いて、上記画素の強度の値が、対応する輝度温度
の値に変換される。校正ステップ64は、各画素について
の４つのチャネルについて、それぞれ輝度温度の値T1,T
2,T3,T4を生む。次に、ルーチン60は、要求される通
り、チャネル温度の間の差が計算されるステップ66に進
み、続いて、ステップ68にて、飛行機からパイロットが
見る眺めに応じて方向づけられたパイロット用の表示を
生成するのに用い得るように、上記画素のアレイは再配
置される。瞬時に、検出アレイ22によって受け取られた
赤外線イメージは、パイロットがコクピットから見る眺
めに関連して転化される。上記イメージを表す画素の配
置は、上記イメージを表示するのに用いられる以前に転
化される必要があるだろう。
プロセッサ48によってデジタル画素が受け取られるステ
ップ62にて始まる。上記４つのチャネルは、波長6.3μ
ｍのチャネルについてはチャネル１、波長8.6μｍのチ
ャネルについてはチャネル２、波長10.0μｍのチャネル
についてはチャネル３、波長12.0μｍのチャネルについ
てはチャネル４と名付けられ得る。また、ミアクロプロ
セッサ48は、ライン50,検出器44および変換回路46を経
由して、チョッパ温度TCを表す信号を受ける。次に、校
正ステップ64にて、予め定められた校正値，チョッパ温
度起TCおよび基準として受け取られたチョッパ放射線強
度を用いて、上記画素の強度の値が、対応する輝度温度
の値に変換される。校正ステップ64は、各画素について
の４つのチャネルについて、それぞれ輝度温度の値T1,T
2,T3,T4を生む。次に、ルーチン60は、要求される通
り、チャネル温度の間の差が計算されるステップ66に進
み、続いて、ステップ68にて、飛行機からパイロットが
見る眺めに応じて方向づけられたパイロット用の表示を
生成するのに用い得るように、上記画素のアレイは再配
置される。瞬時に、検出アレイ22によって受け取られた
赤外線イメージは、パイロットがコクピットから見る眺
めに関連して転化される。上記イメージを表す画素の配
置は、上記イメージを表示するのに用いられる以前に転
化される必要があるだろう。
ステップ68で上記画素が所望の方向に地図化された
後、ステップ70で水平線に関する情報が画素アレイ内に
挿入される。水平線の位置は、ステップ70で、コクピッ
トからマイクロプロセッサ48によって受け取られた高
度，傾斜および方位信号に基づいて決定される。次に、
画素は警報ランプ・プロセッサルーチン72内で解析され
て、映像信号生成ステップ74で用いられる。上記警報ラ
ンプ・プロセッサルーチン72は、飛行機の前方に灰雲，
二酸化硫黄または透明乱気流が存在しているかどうかを
決定するために画素アレイを解析し、それに応じて各警
報ランプ77,79および80を活性化する。映像信号生成ス
テップ74では、画素の選択された値が、映像表示ユニッ
ト56へ供給される赤，緑および青（RGB）信号を生成す
るのに用いられる。どのようにして上記温度の値がRGB
信号を生成するのに用いられるかは、上記警報ランプ・
プロセッサルーチン72による解析結果に依存している。
例えば、第４チャネルの温度と第３チャネルの温度との
差が負であるときは、上記差の値はルーチン60のステッ
プ74で赤信号を生むのに用いられる。しかるに、上記差
が正であるときは、上記差の値は緑信号を生むのに用い
られる。しかしながら、画素についてチャネル３と４と
の間に差が無いとき、また、チャネル４の値が雲が存在
しないことを示すときは、チャネル４の値は青信号を生
むのに用いられる。これに対して、上記値が雲が存在す
ることを示すときは、表示56に黒色を生じさせるのとと
もに、上記値は赤，緑および青信号を産むのに用いられ
る。また、表示ユニット56は、警告状態が起こるときに
活性化されるだけとしても良い。ステップ72および74の
後、上記ルーチン60はステップ62に進んで戻る。
後、ステップ70で水平線に関する情報が画素アレイ内に
挿入される。水平線の位置は、ステップ70で、コクピッ
トからマイクロプロセッサ48によって受け取られた高
度，傾斜および方位信号に基づいて決定される。次に、
画素は警報ランプ・プロセッサルーチン72内で解析され
て、映像信号生成ステップ74で用いられる。上記警報ラ
ンプ・プロセッサルーチン72は、飛行機の前方に灰雲，
二酸化硫黄または透明乱気流が存在しているかどうかを
決定するために画素アレイを解析し、それに応じて各警
報ランプ77,79および80を活性化する。映像信号生成ス
テップ74では、画素の選択された値が、映像表示ユニッ
ト56へ供給される赤，緑および青（RGB）信号を生成す
るのに用いられる。どのようにして上記温度の値がRGB
信号を生成するのに用いられるかは、上記警報ランプ・
プロセッサルーチン72による解析結果に依存している。
例えば、第４チャネルの温度と第３チャネルの温度との
差が負であるときは、上記差の値はルーチン60のステッ
プ74で赤信号を生むのに用いられる。しかるに、上記差
が正であるときは、上記差の値は緑信号を生むのに用い
られる。しかしながら、画素についてチャネル３と４と
の間に差が無いとき、また、チャネル４の値が雲が存在
しないことを示すときは、チャネル４の値は青信号を生
むのに用いられる。これに対して、上記値が雲が存在す
ることを示すときは、表示56に黒色を生じさせるのとと
もに、上記値は赤，緑および青信号を産むのに用いられ
る。また、表示ユニット56は、警告状態が起こるときに
活性化されるだけとしても良い。ステップ72および74の
後、上記ルーチン60はステップ62に進んで戻る。
図８に示すように、上記アレイの画素は上記警告ラン
プ・プロセッサルーチン72によって連続的に解析され
る。上記ルーチン72はステップ76で始まる。ステップ76
では輝度温度が電流画素から引き出され、灰雲，二酸化
硫黄ガスおよび透明乱気流を検出するための各しきい値
TA,TS,TCとともに、以前に格納された背景８についての
輝度温度TBが回復される。多くの瞬間におけるしきい値
は、近似的に０となっている。上記温度TBとしきい値T
A,TSおよびTCは、高度，傾斜および方位のような飛行機
の位置と方向に関する情報に基づいて、マイクロプロセ
ッサ48によって決定される。
プ・プロセッサルーチン72によって連続的に解析され
る。上記ルーチン72はステップ76で始まる。ステップ76
では輝度温度が電流画素から引き出され、灰雲，二酸化
硫黄ガスおよび透明乱気流を検出するための各しきい値
TA,TS,TCとともに、以前に格納された背景８についての
輝度温度TBが回復される。多くの瞬間におけるしきい値
は、近似的に０となっている。上記温度TBとしきい値T
A,TSおよびTCは、高度，傾斜および方位のような飛行機
の位置と方向に関する情報に基づいて、マイクロプロセ
ッサ48によって決定される。
次に、ルーチン72は、第４チャネルの温度と背景の温
度との比較がなされるステップ78へ進む。T4がTBよりも
小さい場合、これは画素が雲に対応していることを示し
ており、ルーチン72は、第３と第４のチャネルの温度差
が灰のしきい値TAと比較されるステップ80へ進む。上記
差がTA9lm大きいときは、ステップ82で灰カウントが増
加され、さもなければ、ステップ84で氷または水カウン
トＷが増加される。
度との比較がなされるステップ78へ進む。T4がTBよりも
小さい場合、これは画素が雲に対応していることを示し
ており、ルーチン72は、第３と第４のチャネルの温度差
が灰のしきい値TAと比較されるステップ80へ進む。上記
差がTA9lm大きいときは、ステップ82で灰カウントが増
加され、さもなければ、ステップ84で氷または水カウン
トＷが増加される。
ステップ78で、上記画素が雲に関係しないと決定され
た場合、ルーチン72は、第２と第４のチャネルの輝度温
度の差が二酸化硫黄のしきい値TSと比較されるステップ
86へ進む。T2−T4＞TSの場合、これは上記画素に対応す
る大気が二酸化硫黄粒子を含んでいることを示してお
り、ステップ88で二酸化硫黄カウントＳが増加される。
ステップ86での比較結果が正でないと判明した場合、ス
テップ88で、第１チャネルの温度と第４チャネルの温度
との差と、透明乱気流のしきい値TCとに関する比較がさ
れる。T1−T4＞TCの場合、これは上記画素に対応する大
気が透明乱気流を含んでいることを示しており、ステッ
プ92で透明乱気流カウンタＣが増加される。
た場合、ルーチン72は、第２と第４のチャネルの輝度温
度の差が二酸化硫黄のしきい値TSと比較されるステップ
86へ進む。T2−T4＞TSの場合、これは上記画素に対応す
る大気が二酸化硫黄粒子を含んでいることを示してお
り、ステップ88で二酸化硫黄カウントＳが増加される。
ステップ86での比較結果が正でないと判明した場合、ス
テップ88で、第１チャネルの温度と第４チャネルの温度
との差と、透明乱気流のしきい値TCとに関する比較がさ
れる。T1−T4＞TCの場合、これは上記画素に対応する大
気が透明乱気流を含んでいることを示しており、ステッ
プ92で透明乱気流カウンタＣが増加される。
ステップ88,92,90,82および84の後、上記ルーチンは
ステップ94へ進む。ステップ94で、上記カウントの値
は、１つのアレイについての画素の全数を超えるカウン
トのような異常が存在するかどうかを決定するために検
査される。次に、ステップ96で、１つのアレイの画素の
全数が処理されたかどうかを見るためにチェックがなさ
れる。上記画素の総てが処理されていない場合、ルーチ
ン72はステップ76へ進み、さもなければ、上記ルーチン
は４つの決定ステップ98,100,102および104を実行す
る。ステップ98では、灰カウントＡが灰雲存在しきい値
を超えている場合、火山灰雲が飛行機の前方に存在して
いる訳であるから、パイロットに警告するために、コク
ピット内で対応する赤い警報ランプ77が点灯される。同
様に、ステップ100および102では、二酸化硫黄と透明乱
気流のカウントＳとＣが対応する存在しきい値を超えて
いる場合、それに応じて、コクピット内で対応する赤い
警報ランプ79と81が点灯される。
ステップ94へ進む。ステップ94で、上記カウントの値
は、１つのアレイについての画素の全数を超えるカウン
トのような異常が存在するかどうかを決定するために検
査される。次に、ステップ96で、１つのアレイの画素の
全数が処理されたかどうかを見るためにチェックがなさ
れる。上記画素の総てが処理されていない場合、ルーチ
ン72はステップ76へ進み、さもなければ、上記ルーチン
は４つの決定ステップ98,100,102および104を実行す
る。ステップ98では、灰カウントＡが灰雲存在しきい値
を超えている場合、火山灰雲が飛行機の前方に存在して
いる訳であるから、パイロットに警告するために、コク
ピット内で対応する赤い警報ランプ77が点灯される。同
様に、ステップ100および102では、二酸化硫黄と透明乱
気流のカウントＳとＣが対応する存在しきい値を超えて
いる場合、それに応じて、コクピット内で対応する赤い
警報ランプ79と81が点灯される。
上記決定ステップ98,100または102のうちの１つが正
の結果を生じ、警報ランプが点灯された場合、活性化フ
ラッグがセットされ、ルーチン72はプロセッサ48の操作
を通り越して映像信号生成ステップ74へ進み、カウント
A,W,SおよびＣのすべてがリセットされる。活性化フラ
ッグがセットされるのに応じて、映像表示ユニット56が
活性化され、表示が生成される。その表示は、パイロッ
トに、飛行機に関して検出された不利な状態の位置の視
覚的表示を与える。火山灰雲２が存在しているとき、パ
イロットによって見られる表示は、図１に示されたもの
に似ている。水平線９は表示を横切って置かれ、準透明
領域４は赤い影として現れ、中心領域６は黒く現れる。
背景８は青い影として着色される。雲を避けるためにパ
イロットが雲２に対して飛行機を動かすと、雲２から離
れるパイロットの動作を見せるように、上記表示はそれ
に従って更新される。
の結果を生じ、警報ランプが点灯された場合、活性化フ
ラッグがセットされ、ルーチン72はプロセッサ48の操作
を通り越して映像信号生成ステップ74へ進み、カウント
A,W,SおよびＣのすべてがリセットされる。活性化フラ
ッグがセットされるのに応じて、映像表示ユニット56が
活性化され、表示が生成される。その表示は、パイロッ
トに、飛行機に関して検出された不利な状態の位置の視
覚的表示を与える。火山灰雲２が存在しているとき、パ
イロットによって見られる表示は、図１に示されたもの
に似ている。水平線９は表示を横切って置かれ、準透明
領域４は赤い影として現れ、中心領域６は黒く現れる。
背景８は青い影として着色される。雲を避けるためにパ
イロットが雲２に対して飛行機を動かすと、雲２から離
れるパイロットの動作を見せるように、上記表示はそれ
に従って更新される。
二酸化硫黄ガスの存在も、もし検出されれば表示され
得るだろう。しかしながら、上記ガスの検出は、通常は
火山灰雲が飛行機の前方に存在することの確認として用
いられるだろう。透明乱気流の異常が、もし検出されれ
ば、6.3μｍチャネルで受け取られた信号の強度にコー
ド化された色の変化をつけて映像表示ユニット56上に表
示される。
得るだろう。しかしながら、上記ガスの検出は、通常は
火山灰雲が飛行機の前方に存在することの確認として用
いられるだろう。透明乱気流の異常が、もし検出されれ
ば、6.3μｍチャネルで受け取られた信号の強度にコー
ド化された色の変化をつけて映像表示ユニット56上に表
示される。
不利な状態が100kmの距離にあり、飛行機が600km/hou
rの速さで飛行していれば、上記検出システムはパイロ
ットに対して約10分間の警報を与える。
rの速さで飛行していれば、上記検出システムはパイロ
ットに対して約10分間の警報を与える。
ルーチン74のステップ104では、飛行機の前方の雲を
示す氷または水カウントＷの状態が氷や水の雲であるか
どうかについて決定がなされ得る。そして、もし望まれ
れば、雲の表示が与えられ得る。上記雲は、上述のよう
に、準透明領域４が緑で現れることを除いて、火山灰雲
と同様のやり方で表示されるだろう。上記システムが正
常に機能していることを示すために、検出され得る不利
な状態のそれぞれについて一連の緑ランプが与えられ
る。上記緑ランプは、飛行機の前方に不利な状態が全く
存在しないときに点灯される。
示す氷または水カウントＷの状態が氷や水の雲であるか
どうかについて決定がなされ得る。そして、もし望まれ
れば、雲の表示が与えられ得る。上記雲は、上述のよう
に、準透明領域４が緑で現れることを除いて、火山灰雲
と同様のやり方で表示されるだろう。上記システムが正
常に機能していることを示すために、検出され得る不利
な状態のそれぞれについて一連の緑ランプが与えられ
る。上記緑ランプは、飛行機の前方に不利な状態が全く
存在しないときに点灯される。
上述の検出ユニット10に類似の検出ユニットが飛行機
内に設置され、タスマニア国のホバール（Hobart）上空
で1990年12月８日乃至12日の間テストされた。上記ユニ
ットは飛行機の翼部に置かれ、飛行機の前方の放射線を
受け取るように搭載された。12000フィートの高度で飛
行機は水平に青空を見るように方向づけられ、次に、10
000フィートで水平に積雲を見るように方向づけられ
た。図9,10に示すように、上記ユニットによって10乃至
12μｍの波長範囲を超えて読み取り値が得られた。デー
タ点は受け取られたデータの５乃至10秒間の平均値を表
し、誤差バーは平均値の標準偏差を示している。図９は
青空から受け取られた放射線を示しており、それは10.2
μｍから10.8μｍ付近の最小値まで減少し、再び12.0μ
ｍに向かって増加している。10.2μｍ付近の温かい空
は、9.6μｍに中心を持つオゾンの温かい帯域のせいで
ある。積雲から受け取られた放射線は図10に示されてお
り、長波長側でより温かく見えることを教えている。上
記２つ例は、青空または曇り空に向けて水平に方向づけ
られた検出ユニット10が、受け取られた放射線中に10.8
μｍ乃至11.9μｍの波長で顕著な増加を経験することを
説明している。
内に設置され、タスマニア国のホバール（Hobart）上空
で1990年12月８日乃至12日の間テストされた。上記ユニ
ットは飛行機の翼部に置かれ、飛行機の前方の放射線を
受け取るように搭載された。12000フィートの高度で飛
行機は水平に青空を見るように方向づけられ、次に、10
000フィートで水平に積雲を見るように方向づけられ
た。図9,10に示すように、上記ユニットによって10乃至
12μｍの波長範囲を超えて読み取り値が得られた。デー
タ点は受け取られたデータの５乃至10秒間の平均値を表
し、誤差バーは平均値の標準偏差を示している。図９は
青空から受け取られた放射線を示しており、それは10.2
μｍから10.8μｍ付近の最小値まで減少し、再び12.0μ
ｍに向かって増加している。10.2μｍ付近の温かい空
は、9.6μｍに中心を持つオゾンの温かい帯域のせいで
ある。積雲から受け取られた放射線は図10に示されてお
り、長波長側でより温かく見えることを教えている。上
記２つ例は、青空または曇り空に向けて水平に方向づけ
られた検出ユニット10が、受け取られた放射線中に10.8
μｍ乃至11.9μｍの波長で顕著な増加を経験することを
説明している。
1991年３月３日乃至18日の間、記述の検出ユニット10
に類似した別の検出ユニットが、九州の南の日本の島、
桜島にある桜島火山学観測所（SVO），アリムラ（Arimu
ra）でテストされた。上記ユニットは、桜島火山の噴火
によって生ずる火山灰雲を地上観測するために据え付け
られた。上記検出ユニットは、雲が飛行中の飛行機の前
方に見られるのと同様に、火山灰雲を実質的に水平に、
かつ、様々な高さおよび方位角で観測するために据え付
けられた。その結果は図11乃至14に示されている。各図
の首記事項は、測定サイクル開始の現地時刻，日付け，
場所，観測された雲のタイプ，検出ユニットの高度（EI
度数）および方位角（Az度数）を示している。図11は、
約3km離れた火山灰雲から10.8μｍおよび11.9μｍで受
け取られた赤外放射線に対応する輝度温度を示してい
る。10.8μｍの輝度温度は明らかに11.9μｍのそれより
も大きい。上記火山灰雲は灰を積んでいた。第２の例
は、拡散された火山雲について図12に示されている。輝
度温度が10.2μｍと12.0μｍの波長について得られた。
再び、短波長側についての輝度温度が長波長側について
のそれよりも区別できる程度に大きかった。火山灰雲の
存在を確定するための二酸化硫黄の検出もテストされ
た。図14は、上記検出ユニットが水雲を観測するのに用
いられたとき、輝度温度を５つの赤外波長について時間
の関数として示している。検査された波長は、8.7,10.
2,12.0,10.8および11.9μｍを含んでいる。水雲につい
ては、8.7μｍでの輝度温度が11.9または12.0μｍのそ
れよりも低いことは明らかである。しかるに、図13に描
かれた結果から示されるように、火山灰雲を見たとき8.
7μｍでの輝度温度は他のチャネルのすべての信号より
も大きい。8.7μｍでの高められた信号は二酸化硫黄の
放出によるものであり、これは相関スペクトロメータか
ら同時にとられた測定結果によって確認された。それ
は、桜島火山雲中に大量の二酸化シリコンがあったこと
を示した。
に類似した別の検出ユニットが、九州の南の日本の島、
桜島にある桜島火山学観測所（SVO），アリムラ（Arimu
ra）でテストされた。上記ユニットは、桜島火山の噴火
によって生ずる火山灰雲を地上観測するために据え付け
られた。上記検出ユニットは、雲が飛行中の飛行機の前
方に見られるのと同様に、火山灰雲を実質的に水平に、
かつ、様々な高さおよび方位角で観測するために据え付
けられた。その結果は図11乃至14に示されている。各図
の首記事項は、測定サイクル開始の現地時刻，日付け，
場所，観測された雲のタイプ，検出ユニットの高度（EI
度数）および方位角（Az度数）を示している。図11は、
約3km離れた火山灰雲から10.8μｍおよび11.9μｍで受
け取られた赤外放射線に対応する輝度温度を示してい
る。10.8μｍの輝度温度は明らかに11.9μｍのそれより
も大きい。上記火山灰雲は灰を積んでいた。第２の例
は、拡散された火山雲について図12に示されている。輝
度温度が10.2μｍと12.0μｍの波長について得られた。
再び、短波長側についての輝度温度が長波長側について
のそれよりも区別できる程度に大きかった。火山灰雲の
存在を確定するための二酸化硫黄の検出もテストされ
た。図14は、上記検出ユニットが水雲を観測するのに用
いられたとき、輝度温度を５つの赤外波長について時間
の関数として示している。検査された波長は、8.7,10.
2,12.0,10.8および11.9μｍを含んでいる。水雲につい
ては、8.7μｍでの輝度温度が11.9または12.0μｍのそ
れよりも低いことは明らかである。しかるに、図13に描
かれた結果から示されるように、火山灰雲を見たとき8.
7μｍでの輝度温度は他のチャネルのすべての信号より
も大きい。8.7μｍでの高められた信号は二酸化硫黄の
放出によるものであり、これは相関スペクトロメータか
ら同時にとられた測定結果によって確認された。それ
は、桜島火山雲中に大量の二酸化シリコンがあったこと
を示した。
上記日本のテストは、火山灰雲に向けて実質的に水平
に方向づけられた検出ユニット10が、10.2μｍから12.0
μｍまでの波長で受け取られた放射線中に顕著な減少を
経験すること、また、8.7μｍチャネルが二酸化硫黄の
存在を検出するのに用いられ得ることを明確に示した。
に方向づけられた検出ユニット10が、10.2μｍから12.0
μｍまでの波長で受け取られた放射線中に顕著な減少を
経験すること、また、8.7μｍチャネルが二酸化硫黄の
存在を検出するのに用いられ得ることを明確に示した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バートン、イアン・ジェイムズ オーストラリア連邦 3193 ビクトリ ア、ブラックロック、ビーチ・ロード 262番 (56)参考文献 特表 昭55−500843（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B64D 45/00 G01W 1/08
Claims (24)
- 【請求項１】水平線の上方から受け取られた赤外放射線
をモニタするための手段（16,20,22,24）と、上記放射
線の予め定められた波長を表す信号を発生させるための
手段（32,42,46）と、上記信号に基づいて不利な大気状
態が存在するかどうかを決定し、上記状態が存在すると
決定されたとき警報信号を発生するための処理手段（4
8）を備えた検出システムにおいて、 上記処理手段（48）は、10μｍから13μｍの範囲内で予
め定められた長波長側の放射線を表す信号を、10μｍか
ら13μｍの範囲内で予め定められた短波長側の放射線を
表す信号と比較し、上記長波長側の放射線が上記短波長
側の放射線よりも少ないとき、この比較結果に基づい
て、火山灰雲成分を有する雲を含む上記不利な大気状態
が存在するものと決定することを特徴とする検出システ
ム。 - 【請求項２】請求項１に記載の検出システムにおいて、 上記予め定められた長い側および短い側の波長は10μｍ
乃至12μｍの範囲に入っている検出システム。 - 【請求項３】請求項２に記載の検出システムにおいて、 上記予め定められた長い側および短い側の波長は、それ
ぞれ約12μｍと10μｍである検出システム。 - 【請求項４】請求項３に記載の検出システムにおいて、 上記予め定められた波長は、さらに二酸化硫黄の検出に
関係する約９μｍを含む検出システム。 - 【請求項５】請求項４に記載の検出システムにおいて、 上記予め定められた波長は、さらに透明乱気流の検出に
関係する約６μｍを含む検出システム。 - 【請求項６】請求項５に記載の検出システムにおいて、 上記処理手段（48）は、上記波長６μｍで受け取られた
放射線を上記波長12μｍで受け取られた放射線と比較
し、上記雲が存在しないことが決定されたとき、この比
較結果に基づいて透明乱気流警報信号を発生する検出シ
ステム。 - 【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一つに記載の検
出システムにおいて、 上記モニタ手段（16,20,22,24）は赤外線検出アレイを
含み、上記複数の信号は上記アレイ（22）の画素に、上
記複数の予め定められた波長の各々の信号が上記画素の
各１つに対応する如く関係し、また、上記処理手段（4
8）は、上記複数の信号とこのシステムの位置を表す位
置信号とに基づいて、このシステムに対する上記不利な
大気状態の位置を表す表示信号を発生させる検出システ
ム。 - 【請求項８】請求項１に従属する請求項７に記載の検出
システムにおいて、 上記処理手段（48）は上記画素の各々について上記比較
を実行し、長い側の波長と短い側の波長の各画素に対応
する信号のレベル間の差が負であるとき計数を調整し、
かつ、上記計数が予め定められたしきい値を超えたとき
上記警報信号を発生する検出システム。 - 【請求項９】請求項１乃至６のいずれか一つに記載の検
出システムにおいて、 上記処理手段（48）は、このシステムに対する上記不利
な大気状態の位置を表す情報を発生するために上記不利
な大気状態の検出に応ずる検出システム。 - 【請求項１０】請求項９に記載の検出システムにおい
て、 上記処理手段（48）は上記情報の表示を生成するために
表示信号を発生させる検出システム。 - 【請求項１１】請求項１乃至10のいずれか一つに記載の
検出システムの飛行機内での使用であって、上記モニタ
手段（16,20,22,24）は、飛行機の前方にあってこの飛
行機によって受け取られた赤外放射線をモニタし得るよ
うな使用。 - 【請求項１２】請求項１乃至10のいずれか一つに記載の
検出システムを備えた飛行機。 - 【請求項１３】水平線の上方から受け取られた赤外放射
線をモニタし、上記放射線の予め定められた波長を表す
信号を発生し、上記信号に基づいて不利な大気状態が存
在するかどうかを決定し、上記状態が存在すると決定さ
れたとき警報信号を発生する、不利な大気状態の検出方
法において、 10μｍから13μｍの範囲内で予め定められた長波長側の
放射線を表す信号を、10μｍから13μｍの範囲内で予め
定められた短波長側の放射線を表す信号と比較し、上記
長波長側の放射線が上記短波長側の放射線よりも少ない
とき、この比較結果に基づいて、火山灰雲成分を有する
雲を含む上記不利な大気状態が存在するものと決定する
ことを特徴とする不利な大気状態の検出方法。 - 【請求項１４】請求項13に記載の検出方法において、 上記予め定められた長い側および短い側の波長は10μｍ
乃至12μｍの範囲に入っている検出方法。 - 【請求項１５】請求項14に記載の検出方法において、 火山灰雲成分を有する雲の検出に関する上記長い側およ
び短い側の波長は、それぞれ約12μｍと10μｍである検
出方法。 - 【請求項１６】請求項13乃至15のいずれか一つに記載の
検出方法において、 上記不利な大気状態は、高密度の二酸化硫黄ガスまたは
透明乱気流の存在をも含む検出方法。 - 【請求項１７】請求項13乃至16のいずれか一つに記載の
検出方法において、 上記不利な大気状態の位置を示す信号を発生することを
含む検出方法。 - 【請求項１８】請求項17に記載の検出方法において、 上記不利な大気状態の位置を示す表示を発生することを
含む検出方法。 - 【請求項１９】請求項13乃至16のいずれか一つに記載の
検出方法において、 上記モニタするステップは赤外線検出アレイの使用を含
み、上記複数の信号は上記アレイの画素に、上記複数の
波長の各々の信号が上記画素の各１つに対応する如く関
係し、また、上記不利な大気状態の位置を表す表示信号
は上記複数の信号に基づいて発生される検出方法。 - 【請求項２０】請求項19に記載の検出方法において、 上記複数の信号の比較は上記画素の各々について実行さ
れ、長い側の波長と短い側の波長の各画素に対応する信
号のレベル間の差が負であるとき計数が調整され、か
つ、上記計数が予め定められたしきい値を超えたとき上
記警報信号が発生される検出方法。 - 【請求項２１】請求項13乃至20のいずれか一つに記載の
検出方法において、 上記予め定められた波長は、さらに透明乱気流の検出に
関係する約６μｍを含む検出方法。 - 【請求項２２】請求項21に記載の検出方法において、 上記複数の信号が雲が存在しないことを示すとき、上記
波長６μｍで受け取られた放射線と上記波長12μｍで受
け取られた放射線との間の比較に基づいて、透明乱気流
警報信号を発生する検出方法。 - 【請求項２３】請求項18に記載の検出方法において、 上記雲が存在するとき、上記表示が発生される検出方
法。 - 【請求項２４】飛行機内での使用のための請求項13乃至
23のいずれか一つに記載の検出方法において、 飛行機の前方にあってこの飛行機によって受け取られた
赤外放射線をモニタすることを含む検出方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AUPJ951890 | 1990-04-09 | ||
| AU9518 | 1990-04-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05506628A JPH05506628A (ja) | 1993-09-30 |
| JP3162708B2 true JP3162708B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=3774594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50670091A Expired - Fee Related JP3162708B2 (ja) | 1990-04-09 | 1991-04-09 | 飛行機内での使用のための検出システム |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5602543A (ja) |
| EP (1) | EP0525007B1 (ja) |
| JP (1) | JP3162708B2 (ja) |
| AT (1) | ATE158650T1 (ja) |
| CA (1) | CA2079812C (ja) |
| DE (1) | DE69127750T2 (ja) |
| HK (1) | HK1002938A1 (ja) |
| SG (1) | SG46261A1 (ja) |
| WO (1) | WO1991015739A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101429260B1 (ko) * | 2013-07-30 | 2014-08-28 | 경일대학교산학협력단 | 적외 채널을 이용한 화산재 탐지방법 및 화산재의 특성값 도출방법 |
Families Citing this family (76)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993011424A1 (en) * | 1991-12-03 | 1993-06-10 | Lockheed Sanders, Inc. | Infrared chemical vapor detector and method |
| US5742053A (en) * | 1996-11-29 | 1998-04-21 | Rekunyk; Horace | Infrared gas detection method and apparatus |
| US6070460A (en) * | 1996-03-08 | 2000-06-06 | Alliedsignal Inc. | Apparatus and method for determining wind profiles and for predicting clear air turbulence |
| US5974875A (en) * | 1996-03-08 | 1999-11-02 | Alliedsignal Inc. | Apparatus and method for predicting clear air turbulence |
| US5777481A (en) * | 1996-04-01 | 1998-07-07 | University Corporation For Atmospheric Research | Ice detection using radiometers |
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