JP4163518B2

JP4163518B2 - 自己発生型の動的訂正曲線を持った冗長な高度計システム

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Publication number: JP4163518B2
Application number: JP2002585890A
Authority: JP
Inventors: ジェフリー・エス・エム・ヘドリック
Original assignee: イノベイティブ・ソリューションズ・アンド・サポート・インコーポレイテッド
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: US6584839B1; EP1373850B1; US6626024B1; JP2004522647A; WO2002088632A2; EP1373850A4; WO2002088632A3; KR20040015059A; EP1373850A2; AU2002316029A1; KR100587998B1

Description

本発明は、広く、航空機のための信頼性のある高度測定法を提供する方法とシステムに関するものである。さらに特化して、本発明は、航空機の冗長な高度計システムに関する。

空の旅行が、急速に一般化したため、航空機の数が増加して空が満杯になり、利用可能な航空機を使用する安全性と効率に対する関心が増してきた。米合衆国連邦航空局（ＦＡＡ）のような航空の権威が、航空機を使用するためと、利用可能な航空機が安全に効率よく効果的に使用されるのを保証するためとの規則の確立を委託された。

航空機は、道路や線路のような、予め定まった物理的な道筋が決められている訳ではないので、所定の空の道筋に関する航空機の案内において、航空の権威によって発表されている安全性の規則のうちで最重要な組の一つは、航空機同士の間隔に関するものである。そのように運行の間隔の規則は、同じ空間を飛行している航空機が、同じ種類であり、概ね同じ方向に進んでいることを保証する。これは、例えば、あるいは同じ高さを東へ飛行する民間機あるいはジェット機を、西に向かうジャンボジェット機が素早くよけなくてはならないようなことを避ける意味がある。

空中回廊を効率よく管理するために、ＦＡＡは、１９５０年代から、飛行高度約２９０００フィート（飛行高度（Flight Level）２９０）において、２０００フィートの垂直分離最小値を、命じている。これは、長い間、うまく機能してきたが、飛行高度２９０と飛行高度６００の間にある有限の空域を使いたい航空機の数が増加したために、ＦＬ２９０より上の利用可能な空域は、より混雑してきた。

この混雑を調整するために、１９９７年に始まり２００２年まで続いて、ＦＡＡは、ある主要な空域において垂直方向の間隔として必要な最低１０００フィートを命じているＲＶＳＭ（Reduced Vertical Separation Minimum）の規則を段階的に導入している。これは、その空域で同時に許される航空運行の量を効果的に２倍にし、従来技術に固有の混雑のいくらかを緩和する。

しかし、垂直方向の最短間隔を少なくすることにより、高度を測定する際の正確さは、航空機の安全にとって、より重要になる。航空機の実際の高度が、測定した高度から数百フィート動いても安全であった当時には無視できた測定誤差は、最小垂直間隔が１０００フィートに減らされると、許されないものとなる。

高度の測定に、より精度の高さが要求されることに対応するために、新しいＦＡＡの規則（'Interim Guidance Material on the Approval of Operators/Aircraft for RVSM Operation，９１−ＲＶＳＭ，１９９９年６月３０日修正版と、Master Minimum Equipment List Global Change 59, PL-84, １９９７年８月１５日）は、少なくとも２つの非常に正確で、独立した高度測定システムを使用して、各航空機が、航行の種類と方向に対して、適切な高度範囲内で動作し、またその範囲内に留まっているのを保証することを命じる。これらの新しい規則には、もし飛行中に高度測定システムの一つが不正確であると思われると、航空機は、ＲＶＳＭ空域を離れ、その後、非ＲＶＳＭ空域内でのみ飛行しなくてはならない。

しかし、ＲＶＳＭの高度範囲は、最も燃料効率の良い高度を含んでいるために、民間旅客機の主要な範囲である。従って、可能な時にはいつでも航空機がＲＶＳＭ空域を使うことができるのが、非常に望ましいことである。それゆえに、ＲＶＳＭ空域を離れるように要求されることは、より多くの燃料を命じて高度の範囲が少なくなり、運転者にとって飛行がより高価なものになることによって、航空機の運転効率上に劇的な影響がある。太平洋横断のような長時間の飛行に際し、非ＲＶＳＭ空域を飛行することで、航空機に予定外の再給油のための着陸をさせ、その結果飛行に遅れが出るために、かなりの量の燃料使用の増加が起こる。予定された商用飛行には、費用と、増加する乗客の不満とから、これは悲劇的なことだろう。

上述したように、新しいＦＡＡの規則の下で、航空機がＲＶＳＭ空間を飛行することは、少なくとも二つの、動作する誤り訂正された高度計を備えて、コクピットの乗務員に正確な照合確認された高度のデータを提供しなくてはならない。高度計は、高度測定の間に起こる動的および静的な圧力の変動を考慮して較正するときには、“誤り訂正”される。

ＦＡＡは、高度測定に関して、同じように製造された航空機のグループ（すなわち、少なくとも８個の）の認可を認めている。グループの認可を得るために、製造業者は、気圧高度の測定のために背向円錐（trailing cone）を使用することを含めて、グループの代表的なものを飛行中に試験するだけでなく、計算流体力学（ＣＦＤ）の長い計算に携わらなくてはならない。

訂正の計算部分は、航空機の物理的構成と、航空機の外“皮”内の欠点、すなわち外皮の“波打ち”に対する製造上の許容度とに基づいて、地上で行うことができる。

飛行中の高度の測定は、主に、航空機の外装上の静的な大気圧（static air pressure）を監視することに依っている。他の全ての測定は、静的な大気圧に基づいた高度の基本計算を調整するのに使用される。静的な大気圧に基づいた高度の計算における誤りには、多くの原因があるが、その中には、測定のために空気を送るのに使われる導管内で起こりうる漏洩や、システム内の機械的な誤り等がある。これらの誤りは、集合的に静的原因の誤りと呼ばれ、高度計は、ＳＳＥＣ（Static Source Error Correction（静的原因の誤り訂正））として知られる訂正因子を持ったこれらの誤りを明らかにするために、定期的に較正される。一旦、航空機が製造されると、ＳＳＥＣの殆どの面は、飛行中の最小の試験のみで計算することができる。これらの試験を実行することにより、また航空機の一群が認可されることで、グループ全体に対するＳＳＥＣは、ＲＶＳＭの要求内で決定することができる。航空機に対するＳＳＥＣは、航空機の大気データコンピュータ（ＡＤＣ）内に維持される。

しかし、航空機に対するＳＳＥＣは、航空機の表面上の流体空気流における変位によって、航空機の動作速度で変化し、従って、それは、通常は“マッハ”（すなわち、音速）の関数として表される大気の速度を区別するために、一連の曲線として描かれる。１０００分の１インチほどの、静圧ポート近くの外皮の一つの波打ちによって、高度計算で５０フィート程度変化してしまうのに十分なほど、静圧(static pressure)測定でばらつきが起きることがある。ＲＶＳＭ空域内の航空機が許容できる範囲の垂直方向の間隔で接近すると、これらの小さなばらつきも注意深く監視しなくてはならず、これが、ＲＶＳＭの保守の規則が、静圧ポートの近傍内の航空機の表面に対する、保守管理の高価で大規模の手続きを必要とする理由である。

従って、ＲＶＳＭ空域で使用するために航空機を製造する際に、高度計の正確さと、それにより作られる高度表示の正確さを、最初から継続して保証するのに特別な注意を払わなければならない。その理由から、もし航空機がＲＶＳＭ空域を飛行するのなら、ＦＡＡの規則は、全ての場合に、２つの独立した高度測定システムの利用可能性と使用とを要求するのである。２つの誤り訂正された高度計のうちの一つが故障すると、航空機は、ＲＶＳＭ空域に入ることを禁止され、またもし航空機がＲＶＳＭ空域で動作中に故障すると、その航空機は、その空域を即座に離れなければならない。

新しく製造された航空機のいくつかには、第３の予備の高度計が作りつけられているが、その第３の高度計は、典型的には、ＲＶＳＭ標準に認可されておらず、従ってもし２つの高度計の一つが故障した時、ＲＶＳＭ空域内で航空機が動作することができるために使用することはできない。第３の独立したＲＶＳＭの認可がある高度計の価格は、単純に高すぎて、予備のユニットとして内蔵する正当性が無く、その両者において、付加するハードウェア自身の価格と、航空機の表面上に付加的で静圧ポートを追加し維持する必要性とは、かなりのものである。

従って、２つの主要な高度測定システムの一つが故障した際に、ＲＶＳＭ空域内で許された使用のために、費用効率が高い予備の高度計を配置する方法とシステムに対する技術的な要求がある。

本発明による、ＲＶＳＭ対応の高度測定システムには、航空機の表面上にあるＲＶＳＭ対応の主要な静圧ポートに結合される、２個の非常に正確な主要な高度計が含まれる。本発明のシステムには、また、別の或いは離れた静的なポートに結合される、第３の予備の高度計が含まれる。この第３の高度計は、第１のＲＶＳＭ認可の高度計の一つあるいは両方を用いて、航空機が飛行中には常に連続的に再帰的な誤り訂正フィルター（Kalmanフィルターが望ましい）によって動的に自己較正を行い、これを長い時間かけて実際に使用して、予備の高度計がＲＶＳＭの命じる許容範囲内の正確さに較正される。二つの主要な高度計のうちの一つが故障すると、その時、予備の高度計が故障したユニットと交代し、それによって航空機はＲＶＳＭ空域に留まることができる。

本発明の上記特徴および他の特徴は、添付の図面と一緒に考察される以下の詳細な説明から明らかになるだろう。しかし、図面は、単独に説明のために描かれており、本発明の限界を示すものではなく、そのためには、添付の特許請求の範囲を参照されたい。

図１は、ＲＶＳＭ動作の指定された要求に合致する冗長な主要高度計システムを持った航空機１０の関連するシステムを描いている。それゆえ、航空機１０には、ＲＶＳＭの規則を満足する、第１の大気データコンピュータ（ＡＤＣ）１２と、第２ＡＤＣ１４が含まれる。第１ＡＤＣ１２と第２ＡＤＣ１４は、独立して、航空機と搭乗員によって飛行中に利用される情報を集めて計算し、これが最も好ましいが、異なるオペレーティングシステムやハードウェアや他の構成部品上で利用又は操作して、それらの非依存性を確かめて、共通する実装から起こる２重システムの故障の可能性を消すことができる。

第１ＡＤＣ１２は、航空機１０の外装上の静圧に関連する情報或いはデータを、航空機の表面１１の部位１８，２０内に置かれた第１の静圧ポート１６から受け取る。航空機の表面１１は、部位１８，２０において厳格な許容誤差になるよう製造され、ＲＶＳＭの規則が求める仕様を要求するように保たれる。第１ＡＤＣ１２は、また部位１８，２０から移された位置で表面１１の上あるいは、そのそばに置かれた第１ピトー圧ポート２２から、ピトー圧情報を受け取る。

第２ＡＤＣ１４は、同じく表面１１の部位１８，２０内に置かれた、第２静圧ポート２４から静圧情報を受け取り、また、部位１８，２０とポート２２から離れた第２ピトー圧ポート２６からのピトー圧情報も受け取る。

動作において、第１ＡＤＣ１２は、全ての関連する発信源から受け取った情報を処理し、静圧ポート１６を示し、計算済みの訂正された高度を示す信号を生成して、第１（ピトー圧）高度計２８へ既知の方法で与える。同様に、第２ＡＤＣ１４は、第２の静圧ポート２４から静圧情報を受け取り、独立して計算され訂正された航空機１０の高度を示す信号を生成して、第２（副操縦士）高度計３０に与える。飛行の搭乗員は、こうして、航空機１０が、ＲＶＳＭ動作のために、命じられたパラメータ内で確実に動作するために、厳密に一致するべきである高度計２８，３０を比較することができる。これは、すべて従来からあるものである。

本発明に従って、航空機１０には、第３ＡＤＣ３４によって出力される計算済みの高度を示すデータを受け取り表示する、第３の予備の高度計３２も与えられる。ユニット３４は、大気データコンピュータとして、ここに示され図１に描かれ、実際、主要なＡＤＣ１２，１４の能力と機能性の全てが操作上重なっていて良く、本発明の改良によってユニット３４には著しく少ない機能性が求められる。従って、ＡＤＣ３４は、代わりに、適切に組み立てられ構成され、航空機１０の他の構成部品と機器とに内部接続されたいずれかの制御器によって実現し、ここに説明した操作と機能とを実行するか、あるいは、予備の高度計３２上に自己較正の予備高度を与えることができる。さらに、ＡＤＣあるいは制御器３４がマイクロプロセッサを基にしたものであると、一般的に考えられ意図されているが、カスタムＡＳＩＣ（Application Spesific Integrated Circuit：特定用途向け集積回路）を基に実現した他のもの、あるいは従来の集積回路および／またはディスクリートの電子部品の他の組合せ、および同様のものを、代わりにユニット３４で使用することができる。記述を便利かつ簡略にするために、そして先述したことを考慮して、ユニット３４は、やはりここではＡＤＣと呼ぶ。

補助のＡＤＣ３４は、いかなる場合にも、主要なＡＤＣ１２，１４とは独立しており、部位１８，２０から離れた位置３８，４０において、航空機の表面１１上に置かれた、一つあるいは二つ以上の独立した補助の静圧ポート３６からの周囲（すなわち航空機の表面の外部）の静圧情報を受け取る。有利なことに、位置３８，４０における表面１１は、部位１８，２０のやり方でＲＶＳＭ操作に必要な厳格な幾何学と許容度とで、製造も構成も輪郭を示すこともされず、またこれらを維持する必要もない。こうして、部位３８，４０において航空機の表面の正確な幾何学および／またはポート３６の特性は、ＲＶＳＭが要求される正確さでは、最初は分からない（特定の航空機モデルの全ての試料で必ずしも一致する訳でもない）。結果として、補助の静的なポート３６に対するＳＳＥＣの値は、現況の各航空機に対して、高価で大規模な試験と飛行中の較正手続（本発明に従うと不要である）とがないので、分かっておらず、また容易に決定可能でもない。代わりに、航空機が製造される時、あるいは本発明の予備の高度計システムの初期導入の時、あるいは補助の静的ポートの部位３８，４０の近傍にある、補助の静的ポート３６もしくは機体の表面に、関連もしくは影響する保守点検動作の後に、一例として航空機１０の試作器の飛行試験中に開発された値を基にした“おおよその”あるいは“推定の”初期ＳＳＥＣは、ＡＤＣ３４によって、予備の高度計３２上に表示するための高度を計算するのに利用される。従って、航空機の最初の納入時、あるいは航空機の或る点検処理の後においては、予備の高度計３２は、その後、航空機の通常の飛行中の十分な時間の間に、本発明によるＲＶＳＭの精度への自己較正を受けるまでは、すぐにＲＶＳＭ処理に使用することはできない。

本発明の予備の高度計システムの自己較正は、航空機が飛行中は、連続して実行される。簡単に言うと、補助のＡＤＣ３４は、主要な高度計２８，３０上に表示するために主要なＡＤＣ１２，１４によって出力される、現在の高度の決定値と、当初は初期ＳＳＥＣを用い、時が進むと修正又は訂正されたＳＳＥＣを用いて補助のＡＤＣ３４によって作られる高度の決定値とを比較する。補助のＡＤＣ３４は、動的にＳＳＥＣを訂正するために、学習アルゴリズムあるいは学習過程を利用し、その結果、時が経つにつれて、補助のＡＤＣ３４が出力する高度の決定値は、主要ＡＤＣ１２，１４が出力する決定値と同じくらい正確になる。

こうして、補助のＡＤＣ３４は、そのＡＤＣ３４のために保存されていて、主要なＡＤＣ１２，１４から独立しているＳＳＥＣを用いて、現在の高度を計算するのに使用するために、補助の静的ポート３６から圧力の情報或いはデータを受け取る。先述したように、導入時あるいは最初の使用時には、補助のＡＤＣ３４のために保存したＳＳＥＣは、ＲＶＳＭ操作を助けるのに十分な程度まで較正されているか正確であるような高度の決定値を生み出すことを、意図されていないか期待されてないところの“おおよその”あるいは“推定の”初期値を備えている。補助のＡＤＣ３４は、また入力として、主要なＡＤＣ１２，１４から、ＡＤＣ１２，１４が計算する高度の決定値に関するある信号を受け取る。主要なＡＤＣ１２，１４により出力される、その計算済みの高度の出力は、もちろん、認可されたＲＶＳＭ操作に十分な精度にまで注意深く確実に較正され、また、主要なＡＤＣ１２，１４により出力される計算済み高度が一致し続ける限り、補助のＡＤＣ３４は、それらの決定値が十分に誤りが無くて航空機のＲＶＳＭ操作を助けられるという仮定の下に、妥当に動作することができる。従って、補助のＡＤＣ３４は、現在の計算済み高度の決定値と、主要なＡＤＣ１２，１４の現在の高度決定値とを連続的に比較し、そして、独立して実行された計算値に基づいた対応する高度決定値を得るために、適当な較正値を、保存してあるＳＳＥＣに与える。ＳＳＥＣ値は、対気速度（例えば、マッハ数）で変化し、補助のＡＤＣ３４は、加えて、例えば主要のＡＤＣ１２，１４から、図２に描かれているような較正済みＳＳＥＣ曲線を作成するのに使用する現在の対気速度データを受け取り、また、航空機の性能に関する追加データおよび／または飛行パラメータも受け取るが、これは関連技術の当業者には明らかであろう。

補助のＡＤＣ３４によって計算された現在の高度と、主要なＡＤＣ１２，１４の計算済み高度決定値との動的な比較、および、補助のＡＤＣ３４のＳＳＥＣの較正を確かめることが、連続的に実行されるとここに記載されているが、比較と較正は、実際には、航空機に対する正確なＳＳＥＣ曲線を無理なく速く決定できるのに適していると考えられる所定の間隔で繰り返し実行することができることに注意されたい。加えて、続いて繰り返される比較とＳＳＥＣ較正の間の間隔は、航空機の飛行パラメータの関数として、あるいは設計と技術の選択の一般的な問題として変化することがある。

ＳＳＥＣの値と曲線を連続的に（あるいは繰り返して）較正し更新し改良するために、補助のＡＤＣ３４が使用する学習アルゴリズムは、時間の関数として、ＲＶＳＭ空域で航空機の操作のために頼ることができる高精度のＳＳＥＣ値を、徐々に“求める”再帰的なアルゴリズムであるのが好ましい。最も好ましいのは、学習アルゴリズムが、時が経つにつれて、変数の測定値および初期の予測値と所定の状態の実際の値との比較に基づいて、システムの状態を予測するのに便利である、良く知られた統計的な構造であるところの従来からのカルマン（Kalman）フィルターで実行されることである。この例では、カルマンフィルターは、補助の静的ポート３６からの圧力データと、補助のＡＤＣ高度決定値と主要高度計２８，３０へ出力された較正済み高度決定値との比較とに基づいて、時間の経過と共に正確さが増していくような、航空機１０の実際の高度を決定するための方法を提供する。

このやり方において、その飛行の途中に主要な高度計２８，３０の一つが故障した場合には、それによって航空機がＲＶＳＭ空域に留まれるために、故障した主要の高度計の代わりを予備の高度計３２がすることができるように、予備の高度計３２の自己較正は、ＲＶＳＭ動作に対応するのに十分な精度まで航空機の１回の飛行の間に比較的速く達成することができる。もちろん、航空機が長く飛行するほど、そして、高度と対気速度が変化する中で航空機が多く飛行するほど、補助のＡＤＣ３４と予備の高度計３２のために生成されるＳＳＥＭ曲線は、より改良され正確になる、とは言うものの、理解されるであろうが、地上の或いは航空機の作業者による意図的な変更或いは保守点検の結果であろうと、もしくはポートあるいは表面部位その他の特性を予期せず変えてしまうような飛行中の事故によるものであろうと、計算済みのＳＳＥＭ曲線は、補助の静的なポート３６あるいは部位３８，４０内の航空機の表面１１の、輪郭線または物理特性または幾何学に、はっきりとした変化を与えそうにない安定した状態値を比較的速く得ることができるだろう。実際、地上であろうと飛行中であろうと、いかなるそのような変化も即座に明らかになるであろう、というのは、補助のＡＤＣ３４の連続的に動作する学習アルゴリズムが、主要ＡＤＣ１２，１４によって（あるいは、主要なＡＤＣの一つが故障した時に、残っている“正常な”主要ＡＤＣによって）出力される高度の決定値と、補助のＡＤＣ３４による独立した高度決定値との間の差を動的に確認するからである。

予備の高度計３２には、関連する照明４２もしくは他の指示器を、面体の上あるいは近くに与えることができる、つまり飛行搭乗員に補助のＡＤＣ３４のＳＳＥＭ曲線が安定したこと（すなわち、それらの値が平衡状態に達したこと）を照明可能あるいは示す動作が可能であるので、加えて、予備の高度計３２上の高度表示の精度が比較的確定していることに基づいて、予備の高度計は、ＲＶＳＭ動作における使用に対応するべく適切かつ十分に較正された。補助のＡＤＣ３４の高度決定と主要ＡＤＣ１２，１４の高度決定との間の差として、すぐに検出される結果となるだろう、補助ポート３６の、あるいは部位３８，４０内の航空機の表面の、いかなる次に起こる変化も、飛行搭乗員に補助のＡＤＣＳＳＥＭの調整が継続中で現在進行中であることを警告するために、指示器４２の照明を消させ、そして／または他の指示もしくは警告音を作動させるであろう。

こうして、補助の静圧ポート３６からの静的な大気圧測定値あるいはデータは、そのデータを用いて予備の高度計３２上に示される高度を推定する補助ＡＤＣ３４に渡される。補助ＡＤＣ３４は、最初、補助ポート３６からのデータを用いた、初期の較正されていない高度の決定値の中で用いるためのＳＳＥＣ推定値あるいはＳＳＥＣ曲線が与えられる。航空機が飛行中に、補助ＡＤＣは、計算済みの現在の高度推定値と、主要なＡＤＣ１２，１４からの較正済み高度決定値を継続的に比較して、カルマンフィルターのアルゴリズム（あるいは、他の学習アルゴリズムあるいは適切な補償アルゴリズム）を用いて、結果となる高度推定値を計算し訂正するのに使用しているＳＳＥＣの値を、再帰的にあるいは連続的に調整し変更する。ＳＳＥＭの値が安定して、補助ＡＤＣ３４の高度の決定値が主要ＡＤＣ１２，１４からの値と正確に一致した後も、この処理は継続し、それによって、ＳＳＥＣの定常状態の動的監視、そして必要ならばその状態への訂正を行う。従って、補助ＡＤＣ３４によって駆動される予備の高度計３２は、万が一主要高度計２８，３０の一つが故障した場合にＲＶＳＭ航空機の中で許容範囲内の使用をするために、飛行中に連続的に自己較正を行う。

従って、本発明は、最初のハードウェアと導入の費用および続く保守費用の両方において、主要高度計２８，３０のそれのような、第３（予備）の較正済み高度計システムを導入するのと対比して、著しい費用節約をもたらす。補助の静的ポート３６、およびポート３６の部位内の航空機の表面１１は、非常に良く知られた幾何学で外形を描く必要も構成する必要もなく、また航空機の動作寿命の間、そのように保守する必要も無い。予備の高度計ユニット３２自身は、ＲＶＳＭ空域内での飛行に対応するために通常の使用あるいは長期間の使用より、むしろ非常用を意図しているので、必ずしも同じ精度である必要はなく、また従って、航空機製造側にとって主要な高度計３８，３０と同じほど高価である必要はない。加えて、ＲＶＳＭ動作のための、時間の掛かる高価な事前認可も、本発明の予備高度計システムのために実行する必要は無い。最後に、航空機が飛行する間中、本発明の予備高度計システムは、例えば主要な高度計システムの一つが故障するような事態の時に、ＲＶＳＭ動作に続けて対応する必要があれば、予備の高度計が正確に較正されてその機能性と作業を引き受ける用意ができている保証をする自己較正モードで、連続的かつ動的に動作する。

明らかなことであろうが、補助のＡＤＣあるいは制御器３４のハードウェアと動作機能は、新しく製造した航空機内に簡単に導入して組み込むことのできる小型で内蔵型の機器を予備高度計３２の筐体の中に直接組み込むか、既存の航空機に加えるかを、選択的に行うことができる。

その実施形態に適応する、本発明の新規な特徴を示し記載し指摘してきたが、当業者ならば、ここに記載した方法と装置およびその動作において、様々な割愛と代用と変更が当業者によって、本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに可能であることは理解されよう。同じ結果を得るために、実質的に同じ機能を、実質的に同じように実行する、それらの要素および／または方法の段階の全ての組合せは、本発明の範囲内にあることは、明確に意図したものである。一つの記載された実施形態から他のものへと繋がる、代わりの方法の段階と要素もまた、十分に、意図され考慮されている。従って、ここに添付される特許請求の範囲に示されるものだけであると限定することを意図している。

ＲＶＳＭ高度測定の必要条件に合致する、航空機内に導入される、本発明による自己訂正型の予備高度計システムのブロック図である。動的に開発され、誤り訂正されたの一組の高度測定ＳＳＥＣ曲線を、例を用いて図示したものである。

符号の説明

１０航空機
１１航空機の表面
１６静圧ポート
１８，２０，３８，４０部位
２２第１ピトー圧ポート
２４第２圧力ポート
２６第２ピトー圧ポート
３０第２（副操縦士）高度計
３２予備の高度計
４２照明

Claims

航空機高度測定システムにおいて、該システムは、
飛行中に、第１の所定レベルの精度まで、実際の誤り訂正された航空機の高度を決定するための手段（１２、１４）と、
少なくとも一つの変数の関数として、飛行中の航空機の高度推定値を計算するための手段（３４）と、
航空機の飛行中の前記少なくとも一つの変数を表すデータを獲得し、前記データを前記計算手段へ送るための手段（３６）と、
前記関数が高度推定値の計算を通じて少なくとも第２の所定レベルの精度を達成するために、前記計算済み高度推定値と、前記決定された航空機の実際の高度とを比較し、かつ、前記比較から飛行中の前記関数の静的原因の誤り訂正を生成する処理を繰り返すための手段と、
高度推定値の次の計算に使用するために、前記静的原因の誤り訂正を保存するための手段と
を備え、
前記保存するための手段は、前記少なくとも第２の所定レベルの精度を達成するために十分な程度まで較正されているかまたは正確である高度推定値を計算することを意図されていないかまたは期待されていない前記静的原因の誤り訂正の初期値を備えることを特徴とするシステム。
前記航空機の実際の高度を飛行中に決定するための前記手段（１２、１４）は、２つの独立した誤り訂正された高度計（２８、３０）を備えることを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記比較するための手段は、前記決定された実際の高度と、前記計算済み高度推定値とを、航空機の飛行中に実質的に連続して、動作可能に比較することを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記少なくとも一つの変数は、飛行中の航空機の外装表面上の静的な大気圧であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記比較し生成するための手段は、カルマンフィルターを具備していることを特徴とする請求項１記載のシステム。
飛行中の航空機のために冗長な高度測定値を提供する方法において、該方法は、
（ａ）飛行中に、第１の所定レベルの精度まで、実際の誤り訂正された航空機の高度を決定する段階と、
（ｂ）航空機の飛行中の少なくとも一つの変数を表すデータを獲得する段階と、
（ｃ）前記少なくとも一つの変数の関数として、飛行中の航空機の高度推定値を計算する段階と、
（ｄ）前記関数が高度推定値の計算を通じて少なくとも第２の所定レベルの精度を達成するために、前記計算済み高度推定値と、前記決定された航空機の実際の高度とを比較し、かつ、前記比較から飛行中の前記関数の静的原因の誤り訂正を生成する段階と、
（ｅ）高度推定値の次の計算に使用するために、前記生成された静的原因の誤り訂正を保存する段階と、
（ｆ）前記（ａ）段階から（ｅ）段階を繰り返す段階と
を備え、
前記静的原因の誤り訂正の初期値は、前記少なくとも第２の所定レベルの精度を達成するために十分な程度まで較正されているかまたは正確である高度推定値を計算することを意図されていないかまたは期待されていないことを特徴とする方法。
前記実際の航空機の高度を飛行中に決定する段階は、２つの独立した誤り訂正された高度計（２８、３０）を用いて実行されることを特徴とする請求項６記載の方法。
前記比較する段階は、航空機の飛行中に実質的に連続して実行されることを特徴とする請求項６記載の方法。
前記少なくとも一つの変数は、飛行中の航空機の外装表面（１１）上の静的な大気圧であることを特徴とする請求項６記載の方法。
前記比較し生成する段階は、カルマンフィルターを使用して実行されることを特徴とする請求項６記載の方法。
航空機の現在の高度を、航空機のＲＶＳＭ（Reduced Vertical Separation Minimum）飛行動作に十分な精度まで決定するための動作が可能な、第１の主要な高度表示システム（１２）と、前記第１の主要なシステム（１２）と独立に、航空機の現在の高度を、ＲＶＳＭ飛行動作に十分な精度まで決定するための動作が可能な、第２の主要な高度表示システム（１４）とを持ち、前記第１および第２の主要なシステム（１２、１４）は、各々、航空機の表面（１１）上に定められる主要な静圧ポート（１６、２４）に接続され、改善点は、自己較正型の予備の高度計システム（３４）を備えていることである航空機において、
前記主要な静圧ポート（１６、２４）と独立した補助の静圧ポート（３６）から静圧データを受信し、かつ、補助の静圧ポート（３６）から受信した静圧データを用いて航空機の現在の高度推定値を計算するのに使用するための保存されたＳＳＥＣ（Static Source Error Correction（静的原因の誤り訂正））を持った制御器を具備し、
前記制御器は、第１および第２の主要システム（１２、１４）から、前記第１および第２の主要システム（１２、１４）によって決定される現在の高度を受信するように接続され、また、現在の高度推定値と、前記第１および第２の主要システム（１２、１４）によって決定される、受信済み現在の高度とを比較するためと、現在の高度推定値が、前記第１および第２の主要システム（１２、１４）によって決定される、受信済み現在の高度に一致するように、前記比較に沿ってＳＳＥＣを訂正するためと、前記第１および第２の主要システム（１２、１４）から新しく受信した現在の高度決定値と比較するのに、新しい現在の高度推定値を計算する際に使用する訂正済みＳＳＥＣを保存するためとの動作が可能であり、
前記制御器は、ＲＶＳＭ操作を助けるのに十分な程度まで較正されているかまたは正確である高度推定値を計算することを意図されていないかまたは期待されていない前記ＳＳＥＣの初期値を備えることを特徴とする航空機。
前記制御器は、現在の高度推定値が、前記第１および第２の主要なシステム（１２、１４）により決定される受信済み現在の高度に一致するように、現在の高度推定値と、前記第１および第２の主要なシステム（１２、１４）により決定される現在の高度との間の差を徐々に最小化する再帰的なアルゴリズムを用いて、前記比較に応じてＳＳＥＣを訂正するように動作可能であることを特徴とする請求項１１記載の航空機。
前記再帰的なアルゴリズムは、カルマンフィルターを具備していることを特徴とする請求項１２記載の航空機。
前記制御器は、少なくとも一つの主要なシステム（１２、１４）から、ＳＳＥＣの訂正に使用するための航空機の計算済みの飛行速度を受信するために、前記少なくとも一つの前記第１および第２の主要なシステム（１２、１４）に接続されることを特徴とする請求項１１記載の航空機。
前記予備の高度計システム（３４）は、ＲＶＳＭ飛行動作のために予備の高度計システム（３４）を使用するのに、訂正済みＳＳＥＣが、ＳＳＥＣの前記訂正の間に、現在の高度推定値に十分な精度を与えるような定常値を得たときに、前記制御器によって起動可能な指示器（４２）をさらに具備していることを特徴とする請求項１１記載の航空機。
前記予備の高度計システム（３４）は、ＲＶＳＭ飛行動作のために予備の高度計システム（３４）を使用するのに、訂正済みＳＳＥＣが、ＳＳＥＣの前記訂正の間に、現在の高度推定値に十分な精度を与えるような定常値を得たときに、前記制御器によって起動可能な指示器（４２）をさらに具備していることを特徴とする請求項１３記載の航空機。