JP5308335B2 - 航空機の後流渦予測および視覚化 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は航空機の渦を検出および予測することに関し、特に航空機による後流渦の予測および視覚化に関する。

航空路交通は増え続けており、空港での収容制限により発着陸の遅れは益々増加している。収容制限の一部は航空機によって生成される後流乱流によってもたらされ、これにより航空機が離陸および着陸する際にどれだけ少なく間隔をあけてもよいかを制限する。これらの制限は１本の滑走路運用および並行滑走路運用の両方にみられる。たとえば航空機の離陸および着陸は、乱流が滑走路や飛行路から移動するまたは消えるためには、後の航空機が先の航空機よりどれだけ小さいかに応じて、一般的には３分以下の間隔が空けられる。

後流乱流は渦が航空機の翼端からの後曳き渦の形で生成される。各航空機によって生成される渦の対は、翼によって生成される揚力および翼の底の高圧領域から翼の上の低圧域への、翼端の周りをまわる空気によってもたらされる。渦の強度は航空機の速度および構造ならびに翼によって生成される瞬間的な揚力に依存する。先端渦の強度を減少させる方法はいくつかあるが、それをなくすことはできない。渦は渦の中に入る別の航空機に強く当たることもあり、着陸または離陸速度で飛んでいる輸送機からの渦は小型の飛行機の均衡を覆して制御不能を引起こし得る。

翼端の渦は珍しい大気状態を除き、高度が低いところでは直接目視することはできない。研究実験では、後流乱流は飛行路に沿って配置された複雑で高価なレーダードップラー速度計によって測定されている。レーダーは飛行路にわたって方向付けられ、渦の特徴的な接近および後退する大気の運動を検出する。しかし、このような装置はすべての天候条件で動作するものではなく、一連の決められた空港運用には高価すぎて、航空機の離陸および着陸のセパレーション距離は最悪の条件を仮定して定められている。これは単一の滑走路だけではなく、双対進入路や１マイルも互いに離れていない並行滑走路にも当てはまる。渦の位置および運動が確実性を持ってわかっていて飛行路の変更を最小限に抑えて渦を避けることができるのならば、これらの最小限のセパレーションは、安全性を確保するための適正な間隔よりも大きいことがよくある。

発明の概要
本発明の実施例に従い、後流渦の位置、強度および運動を予測する方法は、後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する、地上での１つ以上の測定を集めるステップを含んでもよい。本方法はさらに、後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する、機上での１つ以上の測定を集めるステップも含んでもよい。本方法はさらに複数の地上での測定および／または機上での測定を統合して、地上での測定および機上での測定を含む入力またはパラメータのグループに基づき、複数の後流渦モデルから選択される後流渦予測モデルを用いて、後流渦の位置、強度および運動を予測するステップを含んでもよい。

本発明の別の実施例に従い、航空路交通管制システム計画を調整する方法は、後流渦情報を集約するステップ、機体衝突回避情報を定めるステップ、および航空路交通管制運用
状態情報を定めるステップを含んでもよい。本方法は後流渦情報、機体衝突回避情報、および航空路交通管制運用状態情報を統合して、後流渦依存航空機間隔要件による変更を反映するために航空路交通管制システム計画を調整するステップを含んでもよい。

本発明の別の実施例に従い、後流渦の位置、強度および運動を予測するシステムは、後流渦の位置、強度および運動の予測に関連するデータを集めるための複数の地上センサを含んでもよい。システムは後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する機上での測定データを受取るための、および複数の地上センサからデータを受取るための、遠隔通信ネットワークと連携した情報管理システムを含んでもよい。本方法は少なくとも後流渦を生成する航空機からの状態情報に基づいて、少なくとも後流渦の位置および強度を予測するための後流渦予測モデルをさらに含んでもよい。

本発明の別の実施例に従い、航空路交通管制システム計画を調整するシステムは、後流渦検出および予測情報を集約するための後流渦検出および予測手段を含んでもよい。本システムはさらに機体衝突回避情報を生成する機体衝突回避手段を含んでもよい。本システムはさらに後流渦依存航空機間隔要件による変更を反映するために、航空路交通管制システム計画をリアルタイムで調整するために、後流渦検出および予測情報、機体衝突情報、ならびに航空路交通管制運用状態情報を結合するオペレーションズ決定プロセスを含んでもよい。

本発明の別の実施例に従い、航空機は少なくとも航空機の速度および構造に基づき航空機によって生成される後流渦の位置および強度を予測するために、少なくとも航空機の速度および航空機の構造を定めるための複数のセンサを含んでもよい。本航空機は少なくとも後流渦の予測された位置および強度に対応する後流渦情報を、少なくとも後続の航空機に送信するためのトランスミッタをさらに含んでもよい。

航空機の渦流れを識別するための方法は、第１の航空機からトレーサを第１の航空機によって生成された渦流れ内に放出するステップと、渦流れに放出されるトレーサの存在に対応する特性を検出するステップを含む。本方法はさらに、少なくとも一つには検出された特性に基づき、第１の航空機、または第１の航空機に続く第２の航空機、または両方の航空機の飛行を導くステップを含むことができる。たとえば、本方法は第１の航空機と第２の航空機との間のセパレーション距離を制御するステップ、および／または第２の航空機を渦流れから離れる方向に導くステップを含むことができる。

トレーサが渦の中心に移動するよう、気体（たとえば空気よりも軽いガス）を含むことができる。別の実施例において、気体はエンベロープ（たとえば小型の気球）の中に含まれることができる。さらに他の実施例において、トレーサはチャフまたは航空機からの他の固体を含むことができる。さらに他の実施例において、トレーサはエネルギを含むことができる。たとえば、渦巻流れにある空気分子を電離するよう、渦巻流れに取込まれている空気に向けられるエネルギを含むことができる。電離された空気分子は検出可能であり、たとえばレーダーによって周囲の非電離空気分子と識別可能である。別の実施例において、渦流れへのエネルギの放出は、空気分子の他の特性を変えることを含むことができる。たとえば、放出されたエネルギは空気分子の電子状態を増加させ、元のエネルギ状態に戻る際に分子によって出されるエネルギを検出することができる。上記の実施例のいずれにおいても、トレーサは周囲と識別することができるよう、時間で変化する態様で放出することができる。

本発明の他の局面に関連して、航空機渦流れを識別するための方法は、航空機を付近の空気に対して移動させることにより、航空機の付近の空気で渦巻流れを生成するステップと、航空機からトレーサをその渦流れに放出するステップを含む。このトレーサは渦流れ
にある間、地上にいるまたは後続の航空機にいる補助器具を使用しない観察者からはその周囲と視覚的に識別することはできない。

別の局面に従う方法は、航空機が付近の空気に対して移動する間、航空機から航空機の付近の空気にある渦流れの中に放出されたトレーサの存在と関連する特性を検出するステップを含む。このトレーサは渦流れにある間、地上にいるまたは後続の航空機にいる補助器具を使用しない観察者からはその周囲と視覚的に識別することはできない。本方法はトレーサの存在を検出したことに応答して信号を生成するステップをさらに含むことができる。

さらなる特定の局面において、本方法は第１の航空機（そこからトレーサが放出される）と第１の航空機に続く第２の航空機との間のセパレーション距離を制御するステップ、または第２の航空機を渦流れから離れる方向に導くステップ、または少なくとも１つには生成された信号に基づき、セパレーション距離を制御するおよび第２の航空機を渦流れから離れる方向に導くことの両方を行なうステップを含むことができる。トレーサと関連する特性は、地上からまたは別の航空機から検出することができる。さらなる実施例において、エネルギをトレーサに加えることができ、本方法はトレーサによって出されたエネルギを検出するステップをさらに含むことができる。

さらに別の局面の航空機は、積載量と、揚力および関連する渦流れを生成するよう位置付けられる揚力面と、機内にある渦流れトレーサシステムとを備え、機内渦流れトレーサシステムは揚力面によって生成される渦流れ内にトレーサを放出するよう位置付けられるトレーサディレクタを含む。トレーサは渦流れにある間、地上にいるまたは後続の航空機にいる補助器具を使用しない観察者からはその周囲と視覚的に識別することはできない。渦流れトレーサシステムはトレーサディレクタを選択的に起動させるために、トレーサディレクタに作動的に結合されるコントローラをさらに含むことができる。

さらに別の局面は渦流れを識別するためのシステムに向けられており、このシステムはアクティブ滑走路最終進入／離陸軸と軸方向に整合される検出ベクトルを有する地上のディテクタを含む。コントローラはディテクタに作動的に結合され、出力装置はディテクタに作動的に結合されて、ディテクタが渦流れにあるトレーサに関連する特性を識別したときに指示を与える。特定の実施例において、ディテクタは無線信号検出器、レーダーディテクタ、ライダーディテクタ、および光検出器の少なくとも１つを含むことができる。

請求の範囲によって記載される本発明のほかの局面および特徴は、添付の図面とともに、以下の限定されない発明の詳細な説明により、当業者にとって明らかとなるであろう。

本発明の実施例に従い、後流渦の位置、強度および運動を予測および表示する例示的方法のフロー図である。 本発明の実施例に従い、後流渦の位置、強度および運動を予測および表示するシステムを示す図である。 本発明の別の実施例に従い、航空路交通管制システム運用変更に対する、さまざまなデータ入力またはソース、出力情報およびユーザを示す、例示的な後流渦システムのブロック図である。 本発明の実施例に従い、飛行オペレーションズ効果に対するさまざまなデータ入力およびソースならびに出力を示す例示的な後流渦システムのブロック図である。 トレーサを航空機の渦流れに放出し、トレーサを検出し、さらに関連するフィードバックを与えるためのシステムの概略図である。 本発明のいくつかの実施例に従い構成された、トレーサディレクタを有する航空機の部分概略図である。 本発明のいくつかの実施例に従い、トレーサディレクタを収納している翼端領域の拡大部分概略図である。 本発明の実施例に従い、エネルギを渦流れに放出するトレーサディレクタを収納する航空機の翼端部分の拡大図である。 航空機からトレーサを、航空機によって生成された渦流れに放出するためのプロセスを示すフロー図である。 航空機からその渦流れに放出されたトレーサの存在に関連する特性を検出するためのプロセスを示すフロー図である。 本発明の実施例に従い、位置付けられかつ構成された地上のトレーサディテクタに近づく航空機の部分概略上面図である。

発明の詳細な説明
以下の実施例の詳細な説明は本発明の具体的実施例を示す添付の図面を参照する。異なる構造および動作を有する他の実施例は本発明の範囲から逸脱するものではない。

図１は本発明の一実施例に従い、後流渦の位置、強度および運動を予測および表示するための例示的方法１００のフロー図である。ブロック１０２において、渦の運動に影響し得る地上センサデータを集めるまたは測定できる。データは以下でより詳細に説明されるように、連続的にまたはある運用条件に従い帯域幅を保持しかつシステムパフォーマンスを最適化するために、所定の周波数で集めるまたは測定することができる。集めることができるデータの例としては、風速、風向、風分布、気圧、湿度、エンジン排気、空港の標高、ならびに後流渦の位置、強度および運動を検出および予測するために用いることができる他の大気に関するまたは環境に関するデータもしくは情報を挙げることができるが、これに限定されない。

ブロック１０４において、機上でのセンサのデータを集めることができる。データは後流渦を生成している選ばれた航空機から、または他の航空機から集めることができる。機上データは、連続的に、または条件および運用制限に依存して、帯域幅を保持しかつシステムパフォーマンスを最適化する所定の周波数で集めることができる。集めることができるまたは定めることができる機上のデータまたは情報の一例として、後流渦をもたらしているまたは生成している選ばれた航空機の状態、地理的場所、周囲の風速、周囲風向、周囲気圧、周囲湿度などを挙げることができるが、これには限定されない。

他のデータとしては、渦をリアルタイムで検出するために航空機に搭載される渦トレーサシステムから放出することができる渦トレーサに係わり得る。このようなシステムは航空機から材料または物質を放出し、航空機によって生成された後流渦を検出および位置特定するための特定の地上にあるまたは機上にあるセンサの機能を向上させる。トレーサ検出システムの狙いを定めるためにプリディクタまたは状態情報を用いて渦検出を最適化することができる。航空機の渦をトレースするための好ましい実施例は、図４から図１０を参照して以下に記載される。

他の航空機に影響するかもしれない渦を生成しているとして、選ばれた対象の航空機の状態を規定するパラメータの例として、航空機の構成（離陸、着陸、または飛行の際のフラップ設定、降下／上昇車輪など）、機種、重量、対気速度、高度などを挙げることができるが、これに限定されない。航空機の地理的位置は、グローバルポジションニングシステム（ＧＰＳ）、慣性航法または他のシステムや技術によって定めるまたは測定することができる。

ブロック１０６において、サテライトにあるまたは宇宙にあるセンサのデータを集めることができる。宇宙にあるセンサのデータは他の情報とともに、気象条件やパターンを含んでもよい。宇宙にあるセンサのデータは地上での観測または他の観測値を補ってもよい。

ブロック１０８において、システム状態データまたは運用状態情報を集めるまたは回収できる。システム状態データはシステムの異なるコンポーネントまたはエレメントの運用状態、たとえば、空港のどの滑走路が使用されているのか、進入方向、着陸方向などを含むことができる。システム状態データはさらに交通量および遅延で測定される、航空路交通混雑、後流渦の運動および消散に影響し得る風および気象パラメータ、ならびに他のパラメータを含んでもよい。

ブロック１１０において、渦の現在の位置および強度を定めて、渦の動きを予測することができる。複数のソースからのデータを統合することができるが、これはすべてのソースにわたってデータを読取可能にし、かつ複数の異なるユーザおよびアプリケーションによって与えられる得る、次世代の航空交通管制システム（ＳＷＩＭ）などのような技術を用いて行なうことができる。ＳＷＩＭなどは、サービスの品質を確保するためのポータビリティ、読みやすさ、およびタイミングのよさを与えることができる。

ＮＡＳＡの航空機渦スペーシングシステム（ＡＶＯＳＳ）のような後流渦予測モデルや類似した予測モデルを用いて、後流渦について、その場所、運動および強度を予測することができる。

状況によっては大量のデータが受取られて使用されることもあるので、システムのパフォーマンスを最適化するために帯域幅オプションを実施することができる。このようなオプションや技術の例としては、インフラストラクチャの適応利用、たとえば、状況に応じて必要な場合のみより多くのデータをより高い頻度で送ることを含み得る。別の例としては、インフラストラクチャ優先／利用オプションを挙げることができる。このオプションにより、データは必要ない場合は送られたり使用されず、必要な場合には優先度の低いアプリケーションまたはデータが上書きされたり使用されなかったりすることとなる。

ブロック１１２において、後流渦予測エレメントまたは情報、機体衝突回避エレメントまたは情報、および航空路交通運用状態情報を結合、接続または組合せて、後流渦に依存する航空機間隔要件による変更を反映するために、リアルタイムで航空路交通管制システム計画を調整する。システムは上述のＡＶＯＳＳを含むプリディクタ／コンフリクタアルゴリズム、レーダー、「問題解析、分解およびランキング（ＰＡＲＲ）」、「アンルートディセントアドバイザー（ＥＤＡ）」、「交通管制アドバイザー（ＴＭＡ）」、「センターＴＲＡＣＯＮオートメーションシステム（ＣＴＡＳ）」、「ユーザリクエストエバリュエーションツール（ＵＲＥＴ）」や類似のツールのようなプラニング／機体衝突回避ツールを用いることができる。機体衝突回避は、航空機が互いに近づきすぎないよう（空港領域での今日の制限は３マイルである）航空機に与えるべき正しい指示を定めるプロセスである。

機体衝突回避エレメントは、航空機の今後の位置を予測し、義務付けられている最小間隔を維持するために必要な航空機飛行経路への変更を最適に定める自動化ソフトウェアを含んでもよい。機体衝突回避は航空交通管制官を含むことができ、管制官はレーダーのディスプレイに基づいて前もって提案し、「ベクトル」をパイロットに渡してコースを変更させる。

航空路交通運用状態情報は、空港で使用中の滑走路、進入方向、および特定の進入経路
を含むことができ、これらはそのときの気象条件、特に風向に基づいて選択される。航空路交通運用状態情報は交通量および延着で測定される、混雑量を含むことができる。本発明の一実施例に従い、他の該当するパラメータとしては天候、風速および風向、ならびにこれがどのように後流渦の運動および消散に影響するかなどを挙げることができる。

ブロック１１４において、後流渦情報、決定および他のデータは情報管理システムおよび通信または遠隔通信ネットワークを介して所定のフォーマットで所定のところ、たとえば航空路交通管制(ATC)、飛行オペレーションズ、個々の航空機、航空会社、軍部または情報やデータを必要とするもしくは使用する機関に配分することができる。情報はそれぞれの用途を容易にするために、異なるフォーマットで異なるところに送ることができる。情報は上記のようにさまざまなソースからデータを受取るために用いられた同じ情報管理システムおよび通信ネットワークによって分配することができる。

ブロック１１６において、後流渦情報、後流渦表示、視覚化物などをそれぞれのユーザに提示することができる。上述のように、後流渦情報または視覚化物は航空機間の間隔を調整し、離着陸の頻度を増加させるために用いることができる。視覚化物はレーダー画面または他のディスプレイ上のオーバーレイであってもよい。

図２は本発明の一実施例に従い、後流渦の位置、強度および運動を予測および表示するシステム２００を示す図である。方法１００はシステム２００で実現することができる。システム２００は複数の地上センサを含むことができる。たとえば後流渦の場所を特定するために、航空機エンジン排出、気圧変化などを検出するためのマルチスペクトルトラッキングセンサ２０２があってもよい。システムは気象条件、たとえば風速および風向、気温、気圧、湿度、ならびに後流渦の位置、強度および運動を検出および予測するのに適用できる他の大気に関するまたは環境に関する条件を検出するための地域天候センサ２０４を含むことができる。

システム２００は宇宙にあるセンサ２０５を含んでもよい。宇宙にあるセンサ２０５は地上のセンサ２０２および２０４を補うためのマルチスペクトルセンサを含んでもよい。宇宙にあるセンサは気象条件または気象パターンを検出するために、もしくは後流渦の位置、強度および運動を検出および予測するのに有用な他の情報を集めることができる。

システムは後流渦２１０を生成する選ばれた航空機２０８からデータを提供するための機上センサ２０６を含むことができる。機上センサは後流渦の位置、強度および運動を検出および予測するのに用いることができる情報またはデータを提供するために、他の航空機２１４にあるセンサ２１２を含むことができる。上述のように、後流渦２１０を生成している選ばれた航空機２０８からのデータは構造、機種、重量、速度、高度、地理的位置などのような航空機の状態に関連するデータならびに選ばれた航空機２０８からの後流渦位置、強度および運動を定めるまたは予測するのに用いることができるその他の情報を含んでもよい。選ばれた航空機２０８は大気条件を検知するためのセンサ２０６を有してもよい。

別の航空機２１４にあるセンサ２１２も同様のデータを測定または集めてもよい。他の航空機２１４は地上局２１８から受取られたデータに基づいて後流渦を計算または予測するための予測モデル２１６を含んでもよく、地上の処理システム２２０によって計算または定められた渦予測を受取ってもよい。地上の処理システム２２０は遠隔通信ネットワーク２２２または他の通信ネットワークに連携して動作する情報管理システム２２１を介して地上でのデータおよび機上でのデータを受取ってもよい。後流渦予測、解析および他の結果も航空機、航空路交通サービス（ＡＴＳ）機関２２４、ならびに同じ情報システム２２１および遠隔通信ネットワーク２２２を用いる他のユーザにも分散されてもよい。ネッ
トワーク２２２は空対地通信、空対空通信、衛星２０５との通信、無線および有線通信のためのエレメントを含んでもよい。

地理的地標や他の航空機に対する後流渦の位置、強度および運動の表示２２６はＡＴＳ機関２２４の航空路交通管制官や、パイロットのために航空機のフライトデッキディスプレイ２２８などに提示することができる。この表示は航空路交通ディスプレイ２３０またはレーダーディスプレイ上の電子オーバーレイ２２９であってもよい。

処理システム２２０は情報通信および遠隔通信ネットワーク２２２と連携して動作する付加的エレメントとして考えてもよい。処理システム２２０は予測モデル２３１および統合モデル２３２を含んでもよい。予測モデル２３１すなわち後流渦予測モデルは、少なくとも後流渦２１０を生成している選ばれた航空機２０８からの状態情報から、少なくとも後流渦２１０の位置および強度を予測してもよい。統合モデル２３２は、センサによって集められたデータおよび後流渦予測モデル２３１からのデータの組合せに基づき、後流渦の位置、強度および運動を定めることができる。

システム２００は航空機から材料または物質２３６を放出する渦トレーサシステム２３４なども含むことができ、航空機によって生成される渦を検出および場所特定するための特定の地上にあるセンサまたは機上にあるセンサの機能を向上させる。リアルタイムで渦を予測および検出するために、航空機は空対空通信２３８を介して情報を共有してもよい。

図３Ａは本発明の別の実施例に従い、さまざまなデータ入力またはソースならびに航空路交通管制システム運用変更に対する出力情報を示す、例示的後流渦システム３００のブロック図である。システム３００は情報管理システムなどであってもよい。システム３００のエレメントは図２のシステム２００において具体化されてもよい。システム３００は情報管理システムおよび遠隔通信ネットワーク３０２を含んでもよい。情報管理システムおよび通信ネットワーク３０２は情報管理システム２２１およびネットワーク２２２ならびにシステム２００の処理システム２２０のために用いられてもよい。ネットワーク３０２は後流渦予測モデル３０４にデータを与えてもよい。モデル３０４は図２の予測モデル２３１と同様に地上局にあってもよいし、図２のモデル２１６と同様に機上にあってもよい。後流渦予測モデル３０４は上記のようなＮＡＳＡ ＡＶＯＳＳ型モデルなどであってもよい。渦モデルは地上のおよび機上のセンサデータ３０６を受取ることができ、これは航空機状態データ、センサの測定によって示される渦の位置、垂直風分布、現地気象データおよび後流渦を予測するのに役立ち得る他の情報を含む。特定の後流渦予測モデルは、入力またはパラメータに基づき、複数の後流渦モデルから選択してもよい。

システム３００は航空路交通オペレーションズ決定システムまたはプロセス３０８を含んでもよい。航空路交通オペレーションズ決定システムまたはプロセス３０８はネットワーク３０２を介してデータを受取ってもよい。ブロック３０４からの後流渦予測情報、機体衝突回避情報３１０および交通管制運用状態情報３１２は航空路交通オペレーションズ決定システム３０８によって結合または組合せられて、渦に依存する航空機間隔要件による変更を反映するために、リアルタイムで航空路交通管制システム計画を調整することができる。航空路交通管制システム計画への調整は、空港到着比率または空域容量修正３１４をもたらし得る。

ブロック３１６において、航空路交通管制システム計画の調整に対する決定やその他のデータはネットワーク３０２を介して分配できる。決定／データはさらなる分析および検討のためにＡＴＣ交通流通管理予測３１８および交通流予測ツール３２０に送られてもよい。データはさらに航空会社、一般の航空飛行、軍部または飛行計画アプリケーションも
しくは他の用途のように、承認されたデータユーザ３２２およびオペレータまたはアプリケーション３２４に送ってもよい。システム３００またはネットワーク３０２は機密の保たれているインターフェイスを介して、さらに「必要」に応じてのみアクセスされる。システム３００はデータがすべてのソースにわたって読取可能であり、かつ多くの他のアプリケーションで利用可能にする。システム３００はサービス品質についてポータビリティ、読みやすさ、およびタイミングのよさを可能にする。

図３Ｂは本発明の他の実施例に従い、飛行運用結果に対するさまざまなデータ入力およびソースならびに出力を示す、例示的後流渦システム３００のブロック図である。図３Ａに示されるものと同様に、後流渦予測モデル３０４は地上および機上センサや他のソースから、入力として、ブロック３０６に示されるように、航空機状態データ、センサ測定によって示される渦位置、垂直風分布、現地気象データまたは後流渦の位置および運動を予測するのに役立つ他の情報を受取ることができる。特定の後流渦モデルは入力またはパラメータ３０６に基づき、複数の後流渦モデルから選択できる。選択された後流渦モデル３０４は渦運動予測３２６および渦場所すなわち位置３２８を与えることができる。

渦運動予測３２６および渦位置３２８は航空路交通オペレーションズ決定システムまたはプロセス３０８に与えられて、その渦位置および運動予測が、上記の航空機間隔に対する調整や他の操作のように、ブロック３３０の動作を保証するか否かを判断する。すべての決定ならびに渦位置および運動予測データまたは情報は、ブロック３１６のネットワーク３０２を介して分配できる。航空機位置情報はブロック３１６の渦情報と統合できる。渦情報は次に交通管理（ＡＴＣ）３３４や後流渦によって影響され得る航空機に提示または表示するために分散でき、フライトデッキディスプレイ３３６に、または検討および解析もしくは他の目的のために、連邦航空局（ＦＡＡ）や他の箇所の受信側に提示できる。

本発明のいくつかの実施例は、プログラム可能なコンピュータによって実行されるルーチンを含めて、コンピュータ実行可能命令の形を取ってもよい。当業者なら、本発明はここに示されかつ記載されているシステム以外のコンピュータシステムで実施できることは理解できるであろう。本発明は以下に記載するコンピュータ実行命令を行なうよう特定的にプログラミングされた、構成または構築された専用のコンピュータまたはデータプロセッサで実施できる。したがって、ここで用いられる「コンピュータ」はすべてのデータプロセッサを指し、インターネット機器および携帯装置（パームトップコンピュータ、着用可能コンピュータ、セルラーまたは移動電話、マルチプロセッサシステム、プロセッサにあるまたはプログラム可能な家庭用電化製品、ネットワークコンピュータ、ミニコンピュータなどを含む）を含むことができる。これらのコンピュータによって取扱われる情報は、ＣＲＴディスプレイまたはＬＣＤを含む適切な表示媒体で提示できる。

本発明は分散環境でも実施することができ、タスクやモジュールは通信ネットワークによってリンクされる遠隔処理装置によって行なわれる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールやサブルーチンは現地のメモリ記憶装置および遠隔のメモリ記憶装置に置くことができる。以下に記載する本発明の局面は、コンピュータ読取可能媒体に格納または分散でき、これは磁気または光学読取可能または着脱式のコンピュータディスクを含み、さらにネットワークを介して電子的に分散できる。本発明の局面において特定のデータ構造およびデータ伝送は本発明の範囲内に含まれる。

図４はトレーサを航空機の渦流れに放出し、渦流れにあるトレーサの存在に関連する特性を検出するシステム１１００の概略図である。このシステム１１００は一般に航空機に搭載されているトレーサディレクタ１１２０と、一部は１つ以上の航空機に搭載され、他の部分は地上にあるトレーサディテクタ１１３０とを含む。全体のシステムの局面は図４を参照して以下に記載する。トレーサディレクタ１１２０の特定の実施例は図５−図７を
参照してその後記載される。トレーサディレクタおよびディテクタの動作は図８および図９にそれぞれ示されるフロー図を参照して記載され、図１０は本発明の特定の実施例に従って構成されたトレーサディテクタを示す。

トレーサディレクタおよびトレーサディテクタを本発明の特定実施例に従って動作させることにより、オペレータは航空機渦の場所をより正確に特定することができ、この情報に従って次の航空機（および／または他の航空機）を導くことができる。その結果、航空機管制官は実際の渦データに従って航空機の間隔を定めることができ、これは実際よりも厳しい渦条件を想定する従来の技術と比較して、航空機の先行機との間の間隔を短縮できると期待される。

トレーサディレクタ１１２０は、図４では第１のまたは先頭の航空機１１１０ａおよび第２のまたは後続の航空機１１１０ｂとして示される、１つ以上の航空機１１００に載せることができる。トレーサディレクタ１１２０は航空機１１１０ａ、１１１０ｂによって生成される航空機後流渦１１１１内にトレーサを放出し、トレーサに関連する特性はトレーサディテクタ１１３０によって検出される。任意に、特性がトレーサディテクタ１１３０によってより容易に検出できるようにすることができる。これは機上のソースまたは地上のソース１１３５から、渦に放出されるエネルギによる。トレーサディテクタ１１３０によって得られる情報は渦１１１１の位置に対応する。トレーサディテクタ１１３０は１つ以上のディテクタエレメント、たとえば地上ディテクタ１１３１および／または１つ以上の機上ディテクタを含むことができる。機上のディテクタは、載せられている航空機によって生成される渦１１１１の存在を検出するよう位置付けられている第１の機上ディテクタ１１３２を含むことができる。したがって、先頭航空機１１１０ａの第１の機上ディテクタ１１３２は、先頭航空機１１１０ａによって生成される渦１１１１を検出するよう位置付けることができる。この情報は診断ツールとして（たとえばトレーサディレクタ１１２０の動作状態を確認するため）および／または渦１１１１の位置についての情報を提供するのに役立ち得る。システム１１００は別の航空機の渦を検出するよう位置付けられている第２の機上ディテクタ１１３３を含むことができる。たとえば、後続の航空機１１１０ｂの第２の機上ディテクタ１１３３は、先頭航空機１１１０ａによって生成される渦１１１１を検出するよう位置付けることができる。

トレーサディテクタ１１３０によって生成される情報は、必要に応じて、全体のシステム１１００の他のコンポーネントに分散するために、通信ネットワーク１１４０上に提供することができる。したがって、通信ネットワーク１１４０は、航空機１１１０ａ，１１１０ｂとの空対地リンク１１４２をサポートする地上局１１４１を含むことができる。地上局１１４１は付加的情報を与え得る上空のサテライト１１０４とも通信することができる。さらなる情報は気象センサ１１０３および地上ディテクタ１１３１からも与えることができる。情報管理システム１１０１はプロセッサ１１０２または他の適する装置を介して通信ネットワーク１１４０に与えられる情報を制御および管理する。特定の場合、プロセッサ１１０２は上述のような予測ツールを含んでもよい。これらのツールによって行なわれた予測は、トレーサディテクタ１１３０によって受取られる実際のデータと比較することができる。

通信ネットワーク１１４０はトレーサディテクタ１１３０から受取られた情報を適する場所に送ることができる。このような場所の１つとして、交通管制官が交通ディスプレイ１１５１を監視している、交通サービス（ＡＴＳ）機関１１５０を挙げることができる。トレーサディテクタ１１３０によって検出される渦の表示１１５２は交通ディスプレイ１１５１の上に重ねて、交通管制官１１５３が担当の航空機の経路を指定するのを助けることができる。特に、交通管制官１１５３はこの情報を用いて後続の航空機１１０ｂであって、先頭の航空機１１１０ａによって生成される渦１１１１によって影響される可能性が
ある後続航空機１１１０ｂを導くことができる。情報はさらに地上局１１４１から、または空対空リンク１１４３を介して先頭の航空機１１１０ａから、直接後続の航空機１１１０ｂに通信することができる。したがって、先頭航空機１１１０ａのオペレータは自分の航空機によって生成される渦についての情報を持つことができ、交通管制官１１５３はこの情報を受取ってそれに応じて指示し、後続の航空機１１１０ｂのオペレータは直接に、または交通管制官１１５３の助けを借りてこの情報を受取って対応する操作を行なうことができる。

図５は本発明のいくつかの実施例に従い構成されるいくつかのトレーサディレクタ１１２０（トレーサディレクタ１１２０ａ−１１２０ｅとして示される）を載せている代表の航空機１１１０（たとえば旅客機および／または貨物輸送機）の部分概略等角図である。一般に、所与の航空機１１１０はこのようなトレーサディレクタを一台だけ含むと考えられるが、図示のために、図５ではいくつかの異なる種類のトレーサディテクタが同一の航空機にあると示される。以下に記載する特定の実施例では、航空機１１１０は複数のトレーサディレクタを含むことができる。

航空機１１１０は胴体１１１４、翼１１６０、および航空機の主要推進力を与えるエンジン１１１６を含むことができる。図５に示される実施例では、エンジン１１１６は翼１１６０にあるが、別の実施例では、エンジン１１１６は胴体１１１４または航空機１１１０の他の部分にあってもよい。図５に示される特定の実施例において、第１のトレーサディレクタ１１２０ａは翼１１６０の一方または両方の中にある。図示のため、第１のトレーサディレクタ１１２０ａは一方の翼１１６０にのみあると示される。第１のトレーサディレクタ１１２０ａは、第１のトレーサディレクタ１１２０ａによって渦１１１１に放出されるトレーサエレメントを有するリザーバ１１２１およびトレーサディレクタ１１２０の動作を管理するコントローラ１１２２に結合できる。トレーサエレメントはトレーサディテクタ１１３０によって検出可能である多様なエレメントを含むことができる（図４）。特定の実施例において、トレーサエレメントは補助器具を使用しない観察者に目視可能であり、別の実施例では、トレーサは後続の航空機にいるまたは地上にいる補助器具を使用しない観察者にはその周囲と識別可能ではない。たとえば、トレーサエレメントはアンモニアのようなエネルギを付与された気体を含むことができ、これは翼１１６０から渦１１１１に放出される。このトレーサの詳細な実施例および他の実施例は図８を参照して後でより詳細に記載される。

別の実施例において、トレーサディレクタは翼端以外の航空機１１１０の部分に位置付けられることができる。たとえば、代表の第２のトレーサディレクタ１１２０ｂは航空機１１１０のフラップまたは他の高揚力装置１１６４の近くに位置付けることができる。この場所は、航空機によって生成される最も強いおよび／または最も容易に検出される渦が高揚力装置１１６４によっておよび／またはその近くで生成されると予期できる場合に適する。さらに別の実施例では、トレーサディテクタは航空機の別の場所に位置付けることができる。たとえば、第３のトレーサディレクタ１１２０ｃはエンジンの排気流れを介してトレーサを放出するようエンジン１１１６に搭載することができる。この配置は、エンジン排気流が航空機の渦、たとえばフラップまたは高揚力装置１１６４によって生成される渦によって引っ張られると予期される場合に適し得る。

上記の第１のトレーサディレクタ１１２０ａ、第２のトレーサディレクタ１１２０ｂおよび第３のトレーサディレクタ１１２０ｃは、隣接する渦流れの中に放出するための対応するトレーサディレクタに物理的材料を運ぶリザーバ１１２１に結合されてもよい。この材料は、気体、液体、固体、蒸気または霧を含むことができる。別の実施例において、トレーサディレクタは物理的粒子ではなく、エネルギを渦流れに放出することができる。このような場合、トレーサディレクタはトレーサディレクタ１１２０ａ−１１２０ｃについ
て説明した上記の場所のいずれかを取ることができる。代替的に、トレーサディレクタはもっと離れた場所からエネルギを渦流れに放出することができる。たとえば、第４のトレーサディレクタ１１２０ｄおよび第５のトレーサディレクタ１１２０ｅを尾翼および胴体にそれぞれ位置付けることができ、渦１１１１に対して水平に向けられる。図７を参照して以下に記載する別の実施例では、一般的な類似したトレーサディレクタは翼端により近く位置付けることができる。トレーサディレクタ１１２０ｄおよび１１２０ｅによって渦内に向けられるエネルギは、渦流れにある分子によって吸収されると考えられる。吸収されたエネルギは、たとえば分子を電離することにより、またはエネルギが（分子エネルギ状態および／または電子エネルギ状態の変化により）分子によって再放出される場合、分子をより視認可能にすることができる。どちらの実施例でも、エネルギの役目は渦流れを検出可能またはトレーサディテクタ１１３０によるその検出可能の程度を向上させることである（図４）。

特定の実施例において、１つ以上のトレーサディレクタ１１２０ａ−１１２０ｅは同じ航空機１１１０によって搭載されてもよい。たとえば、航空機１１１０は予備として、複数の独立したまたは部分的に独立したトレーサディレクタを含むことができる。別の実施例において、航空機１１１０はともに働くよう構成されている複数のトレーサディレクタを含むことができる。たとえば、航空機１１１０は物理的物質を渦流れに放出するためのトレーサディレクタ（たとえば、トレーサディレクタ１１２０ａ−１１２０ｃのうちの１つ）と、物理的物質および／または渦流れにエネルギを加えるための別のトレーサディレクタ（たとえば、トレーサディレクタ１１２０ｄ−１１２０ｅのうちの１つ）を含むことができる。

図６は、図５に示される翼１１６０と、第１のトレーサディレクタ１１２０ａおよび第２のトレーサディレクタ１１２０ｂとの拡大部分概略図である。第１のトレーサディレクタ１１２０ａはトレーサエレメントをリザーバ１１２１から受取って、多様な送出し口１１６３のいずれかから放出することができる。たとえば、トレーサエレメントは翼端１１６１にある１つ以上の送出し口１１６３ａを通して、翼１１６０の後縁にある１つ以上の送出し口１１６３ｂ、および／または翼１１６０の翼端小翼１１６２にある１つ以上の送出し口１１６３ｃを通して放出できる。第２のトレーサディレクタ１１２０ｂは翼のフラップの機内および／または機外の先端または他の高揚力装置１１６４にある１つ以上の送出し口１１６３ｄを通してトレーサエレメントを放出することができる。別の実施例において、送出し口１１６３ｅは高揚力装置１１６４が取込まれる開口に沿って、翼１１６０に位置付けることができる。図６に示される送出し口１１６３ａ−１１６３ｄの数は、特定の実施例を表わすものである。別の実施例において、送出し口の数は図６に示される数より少なく（たとえば、各対応する位置に対して１個の送出し口）またはより多くあってもよい。

図７は翼１１６０の部分概略図であり、翼端１１６１にある第６のトレーサディレクタ１１２０ｆは隣接する渦流れにエネルギを放出する。一実施例において、第６のトレーサディレクタ１１２０ｆは翼端１１６１の近くにある空気分子を電離する電離器を含むことができる。電離器は隣接する空気分子を効率よく電離する１つ以上の荷電された鋭いまたは尖った表面を含むことができる。電離された空気分子は周りの非電離分子と比べてレーダー（または他の電磁波）に対してより反射性を有すると思われる。したがって、電離分子は渦の位置の表示を与えることができる。

図８は上記のトレーサディレクタを１つ以上用いることにより、トレーサを渦流れに放出するプロセス５００を示すフロー図である。処理部５０１は航空機付近の大気に渦流れを生成することを含む。処理部５０２は航空機からトレーサを渦流れに放出することを含む。トレーサは、ブロック５０３に示されるように、一定の態様で渦流れに放出、または
ブロック５０４に示されるように、時間で変化する態様で放出できる。トレーサを時間で変化する態様で放出する１つの利点は、トレーサをその周りとより識別可能にすることである。たとえば、周りの環境がトレーサディレクタによって得られる定常背景ノイズレベルを与えるのなら、時間変動態様で現われるトレーサはその背景に対してよりはっきりと識別できるはずである。もし周りの環境がトレーサディレクタによって得られる時間変動態様の背景ノイズレベルを与えるのなら、トレーサは背景ノイズの時間変動と異なる時間変動の態様で放出すればよい。（トレーサに関連する）所望の信号を（周りに関連する）背景ノイズと分けるために適切なフィルタリング技術を用いることができる。

処理部５０５において、物理的物質が渦流れに放出される。この物理的物質は気体（ブロック５０６）、気体が充填される気球または他の種類のエンベロープ（ブロック５０７）、チャフ（ブロック５０８）、または他の物質（ブロック５０９）を含むことができる。気体を渦流れに放出する場合、その環境との互換性および浮力を含む、いくつかの設計基準に従い、気体を選択することができる。たとえば、空気よりも軽いのでアンモニアを選択することができ、渦による遠心力により、渦の中核または中心方向に流されると予期される。その結果、アンモニア（または他の浮力を有するガス）は相対的により長い時間渦に留まり、それにより相対的により長く渦の存在を示すことになる。アンモニアはそれが散布される領域に対する環境上の影響が相対的に低いと考えられる。

アンモニアは（アンモニアメーザーまたは他のマイクロ波装置によって）２３．９ＧＨｚの共鳴振動数で励起でき、有効にマイクロ蛍光発光する。別の実施例では、アンモニアを励起するのに他の装置を用いることができる。別の実施例では、アンモニアは（線広がりに対応するために）共鳴振動数前後の他の振動数で励起することができる。アンモニア（ＮＨ₃）は強い双極子モーメントを有し、２３．９ＧＨｚの共鳴振動数に対応する２４．７ｋＪｏｕｌｅ／ｍｏｌｅのエネルギで、３つの水素原子によって形成される面を通過する窒素原子の「窒素反転」を容易に受ける。この共鳴振動数は１．２６ｃｍのマイクロ波放射波長に対応し、これは元のＫバンドレーダーの２４ＧＨｚに近い。これは水の吸収帯の高い方側に近いので、十分に水分子に対して検出可能または識別可能であると考えられる。アンモニアは２．９，３．０，６．１４６，および１０．５３マイクロンの波長の赤外吸収／放出帯を有する。したがって、レーダー技術に代わりに、赤外技術を代替的に用いてアンモニアを検出してもよい。

別の実施例において、トレーサはアンモニア以外の気体を含むことができる。たとえば、検査されたがアンモニアほど所望ではない気体は水素、ヘリウム、メタン、水蒸気、フッ化水素、ネオン、アセチレン、ジボラン、一酸化炭素、窒素、およびエチレンである。さらに他の実施例において、他の気体または気体混合物を用いることができる。たとえば、別々の場合は一般に検出不能であるが、混合されると検出可能である個々のガスは、トレーサとして混合されて航空機から排出できる。

気体が充填されている気球がトレーサエレメント（ブロック５０７）として用いられるのなら、上述のように気体は浮力を有するものが選択され、気球は生物分解されるものが選択されてもよい。特定の実施例において、ガスは浮力を有するだけでなく、その分解を促進するために、気球と化学反応するものを選択してもよい。したがって、マイクロ気球は航空機から排出される直前にこのような気体で充填されてもよい。排出されると、気球内の浮力ガスは気球を渦の中心内に保つようにする。気球がある期間（たとえば約１分）後に分解するよう、当該技術分野において当業者にとって周知の技術を用いて気体の特性および気球は選択され、気球を検出するための十分な時間を得ることができ、気球は地上に達する前に完全にまたは少なくとも部分的に分解される。たとえば、気体は酸性のまたは他の腐食性の成分を含むことができる。

トレーサエレメントとしてチャフを選択した場合（ブロック５０８）、特定の波長、たとえばレーダー波長で特に反射するものが選択できる。チャフは空中でおよび／または地上に達すると容易に生物分解されるものであってもよい。

他の物質（ブロック５０９）もトレーサエレメントとして用いることができる。たとえば、非常に小さい一酸化炭素結晶を渦の流れに放出し、そこからレーダーエネルギを反射させる。別の実施例において、トレーサエレメントはそこにある構成要素から形成される結晶を含むことができる。たとえば、結晶は付近の水蒸気および／またはエンジンの排気にある水分から形成されることができる。これらの結晶は目視して検出可能であるまたは他のディテクタによって検出可能である飛行機雲または飛行機雲状の構造体を形成することができる。さらに別の実施例において、トレーサエレメントは（たとえば電池によって）電源内蔵できかつ無線信号を出力することができる。代替的に、エレメントは無線信号（または他の波長の信号）を受取り、そこから再出力されたものが検出される。したがって、これらのエレメントは電源内蔵型または励起型ＲＦＩＤ装置のように動作することができる。これらのエレメントは空気分子よりも浮力を有し、容易に生物分解するものを選択することができる。空気より軽い気体をトレーサに加えることによって、もしくはパラシュートまたは同様の装置を加えることにより浮力を増加させることができる。マイクロ分子またはナノ分子は、分子が水蒸気または太陽光により容易に分解させる結合材を用いて立方体に形成できる。適する水溶材およびＵＶ感光材は当業者にとって周知である。

任意に、検出可能度を増加させるために、エネルギをトレーサに加えることができる（ブロック５１０）。たとえば、トレーサが通常の状態では容易に検出可能でない場合、航空機から放つ前に、エネルギをトレーサに加えることができる（ブロック５１１）。この放つ前に加えられたエネルギに対してさらに、またはその代わりに、トレーサが放出された後でエネルギを加えることができる（ブロック５１２）。たとえば、トレーサが出すエネルギが容易に検出できないほど短い期間しかエネルギが出ないのなら、エネルギはトレーサが放たれた後で加えることができる。放つ前よりも放した後でエネルギをトレーサに加える方が容易である場合、同様の処理を用いることができる。特定の実施例において、アンモニアは放出の前に、メーザーによって励起されてもよい。もし、航空機または地上の検出器によって簡単に検出できないほど速くアンモニアがエネルギを出力するのなら、エネルギを放出後処理としてアンモニアに加えることにより、トレーサエレメントを検出する機会を増加させる。エネルギは機上のエネルギ源（ブロック５１３）、たとえばトレーサを搭載している同じ航空機に搭載されるエネルギ源から、または地上のエネルギ源（ブロック５１４）から、もしくは両方からトレーサに加えることができる。

図５を参照して最初に記載したように、物理的物質を渦流れ内に放出する代替のアプローチ（処理部５０５）は、別個の物理的物質を導入せずにエネルギを流れに放出することを含む（プロセス部５１５）。たとえば、翼端付近の空気は翼端に位置付けられる空気電離器によって電離できる（ブロック５１６）。この処理によって生成される荷電イオンは、近くの非電離分子よりも効果的にエネルギを、たとえばレーダーエネルギを、反射すると考えられる。したがって、レーダーディテクタを用いて電離分子を識別することができる。タングステン電子エミッタを電離のために用いることができ、与えられるエネルギに依存して、空気成分を電離することができる。他の電離器として、真空紫外線アイオナイザー、極紫外光アイオナイザー、および／またはＸ線エミッタを挙げることができる。典型的な電離技術は熱電子放出、電界放出、二次電子放出、光電効果、陰極線、荷電分子放射能、および高エネルギ電磁放射能を含む。これらの技術を単独でまたは組合せて所望のイオンを生成するために用いることができる。

代替的に、分子の電子エネルギ状態を増加させることができる（ブロック５１７）。電離処理で分子を荷電する代わりに、ブロック５１７は分子の電子を低いまたはより低い電
子エネルギ状態からより高い電子エネルギ状態に変えることを含む。電子が低いエネルギ状態に戻る際、放射線が出され、これが地上のまたは機上のディテクタによって検出される。さらに他の実施例において、エネルギを流れに向けるための他の技術を用いることができる（ブロック５１８）。

図９は、図８を参照して記載されたトレーサの存在を検出するためのプロセス６００を示す。処理部６０１は航空機から渦流れに放出されるトレーサの存在に関連する特性を検出することを含む。上記のように、トレーサは航空機から放出される物理的物質、航空機から放出されるエネルギ（吸収され、付近の空気によって再放出されるエネルギ）、または物理的物質およびエネルギの組合せを含み得る。検出技術はレーダー（たとえば、アンモニアにはＫバンド、電離空気にはＸバンド、もしくは他の物質にはＫａバンドまたはＷバンド）、ライダー、赤外線、音声、光学などを含む。プロセス６００は地上から（ブロック６０２）および／または別の航空機から（ブロック６０３）特性を検出することを含む。任意に、特性の検出に関連する検出信号を分析することができる（ブロック６０４）。たとえば、トレーサが航空機から出力される、または一定のプロセスにおいて生成されるのなら、信号はある技術に従い分析することができる（ブロック６０５）。トレーサが時間変動態様で放出または生成されるのなら、信号は別の技術に従い解析することができる（ブロック６０６）。

処理部６０７において、少なくともブロック６０１で識別されたトレーサの検出に基づいて、応答信号が生成される。応答信号は別の航空機（ブロック６０８）または地上（ブロック６１０）に向けることができる。応答信号が別の航空機に向けられた場合、さらに（任意に）地上にも向けることができる（ブロック６０９）。応答信号が地上に向けられた場合、さらに（任意に）別の航空機に向けることができる（ブロック６１１）。応答信号はパイロットおよび／または管制官にとって目視、可聴、および／または他の表明技術によって明確にすることができる。

処理部６１２は少なくとも１つにおいて応答信号に応じて航空機経路を導くことを含む。たとえば、後続の航空機は渦を避けるよう方向付けることができる（処理部６１３）。代替的に（または付加的に）、後続の航空機の間の距離は、少なくとも１つとして渦の検出に基づき定めることができる（処理部６１４）。代替的に（または付加的に）、先頭航空機（たとえば、検出された渦に関連する航空機）の経路を変更することができる（処理部６１５）。

図１０は使用滑走路７７０の近くに配置される地上ディテクタ１１３１に近づく航空機１１１０の部分的概略および縮小図である。ディテクタ１１３１は滑走路７７０の進入／離陸軸７７１と整合させることができる。図示のため、ディテクタ１１３１は滑走路７７０の端に示されるが、軸７７１に沿った他の点にも配置されてもよい。ディテクタ１１３１は上記の実施例に従い構成でき、さらに、レーダーディテクタ、ライダーディテクタ、赤外ディテクタ、音響ディテクタ、光学ディテクタ、または航空機１１１０によって放出されるトレーサに関連する特性を検出するよう構成されている他の適する機器を含むことができる。既存のディテクタと違って、図１０に示されるディテクタ１１３１は進入／離陸軸７７１と整合される検出軸７３４を有することができる。これにより、ディテクタ１１３１は（ドップラーによる検出器の場合のように）渦１１１１に対して横切るエネルギを向ける必要がなく、どの角度からも渦１１１１にあるトレーサの特性を検出することができる。この配置による利点は、既存の配置と比べて、航空機を導くのに用いられる情報を生成するために必要なディテクタの数が大幅に減ることである。この配置による他の利点としては、ディテクタ１１３１に対して軸がずれている航空機によって生成される渦でも、ディテクタの大型のネットワークを要することなく、より容易に検出できることだと考えられる。

さらに、地上のレーダー（たとえばＫバンドレーダー）は、検出された渦に対する二次元の参照基準を与えるために、方位および高さにおいて操舵できる。エネルギパルスを受取るために用いられる場合、三次元のまたは深さの寸法を与えるためにレンジ−ゲーティングを用いることができる。この配置により、後流渦を三次元的に目視することができる。

さらに別の実施例において、地上のディテクタ１１３１は他の配置を有することができる。たとえば、ディテクタ１１３１は互いの位置が既知である分散された相隔たるディテクタエレメントのネットワークを含むことができる。これらのディテクタエレメントの各々はトレーサの特性を検出することができる。移相情報およびディテクタエレメント間の既知の距離を用いて、システムは渦位置の断層地図または他の表示を構築することができる。特定の実施例において、ディテクタエレメントとして既存のプラットフォーム（たとえば携帯電話の電波塔）に配置される相対的に低コストの装置を用いることができ、既存のネットワーク機関（たとえば携帯電話ネットワーク）を用いてネットワーク化することができる。

上記のシステムおよび方法の少なくとも一部の実施例は、航空機単位で、渦に関連するまたは他の渦流れに関連する特性を実際に検出することを含むという特徴を有する。この特徴の利点としては、多くの場合、実際の渦特性は航空機経路および機体間距離を定める場合に従来想定される「最悪の場合」の特徴よりも緩いことである。したがって、機体間距離は想定される最悪のシナリオではなく、それぞれの場合の実際の情報に基づいて定めることができるので、先行航空機との機体間距離は減少できると考えられる。ほかの場合、より広い機体間距離を要することなく、後続の航空機は渦を避けるためのコース変更の調整を最小限にして導くことができる。その結果、少なくとも一部の場合、上記のシステムおよび方法の実施例により、空港の処理能力は５０から１００％の範囲で向上させることができる。

上記実施例の少なくとも一部における別の特徴は、トレーサを放出するための装置および、任意にトレーサを検出するための装置は、１つ以上の航空機に搭載できることである。この配置により、渦はこのような装置が従来置かれている空港から離れた領域でも検出することができる。その結果、遠くの領域で飛行する航空機は先の航空機から渦についての情報を受取ることができ、適切な行動を起こすことができる。したがって、行動を起こすための情報は、最悪シナリオで想定されたものよりも精度が高く、したがって機体間距離を減少することができると考えられる。

上記実施例の少なくとも一部におけるさらに別の特徴として、トレーサは地上にいる補助器具を使用しない観察者（たとえば裸眼で）または後続の航空機の補助器具を使用しないパイロットからは視覚的に検出できないことが挙げられる。したがって、これらのトレーサは曲芸を行なう航空機から出される目視可能な煙の跡、または研究および実験飛行の際に流れを視認可能にするために用いられる煙トレーサと異なることである。この特徴の利点としては、混雑した空港管制領域および飛行場から離れた場所のどちらでも、トレーサは環境問題としてなり得る視界上の問題、さらに航空機のパイロットを煩わすこととなる視界上の問題とはならないことである。

図面のフローチャートおよびブロック図は本発明のさまざまな実施例に従うシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトの可能な実施についてのアーキテクチャ、機能性、および動作を示す。これについて、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは特定の論理機能を実現するための１つ以上の実行可能な命令を含むモジュール、セグメント、またはコード部分を表わす。一部の代替の実施において、ブロックに示される
機能は図面に示される順序通りではないこともあり得る。たとえば、一連の続いているものとして示される２つのブロックは実際には実質的に並行して実行されることもあり、ブロックは関連する機能性に応じて逆の順番で実行されることもある。ブロック図および／またはフローチャートに示される各ブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャートに示されるブロックの組合せは、特定の機能もしくは動作を行なう専用ハードウェアシステムによって、または専用のハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せによって実施できる。

使用されている用語は特定の実施例を示すためにのみ用いられており、本発明を限定するものではない。ここで用いられる単数形のａ、anおよびtheは内容が単数を明確に表わさない限り、同様に複数形を含むことが意図される。さらに、本明細書で用いられる「含む」および／または「備える」の用語は、記載される特徴、整数、ステップ、動作、エレメントおよび／またはコンポーネントを特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、エレメント、コンポーネント、および／またはそのグループの存在または追加を除外するものではない。

上記により、特定の実施例は例示のために記載されているが、本発明から逸脱することなくさまざまな変形が可能であることは理解されるであろう。たとえば、粘性物質がトレーサを十分な時間渦内に保つと判断される場合、浮力のない材料を用いることができる。特定の実施例について記載される本発明の特定の局面は、別の実施例において組合せるまたは省くことができる。たとえば、図４に示される全体のシステムはより多くのまたはより少ないコンポーネントおよび／またはコンポーネントの組合せを含むことができる。さらに、本発明の特定の実施例に伴う利点がその実施例の内容において記載されているが、他の実施例もこれらの利点を示すこともでき、さらに必ずしもすべての実施例が本発明の範囲内に含まれるためにこれらの利点を示すものではない。

Claims (13)

1. 後流渦の位置、強度および運動を予測し、後流渦を検出する方法であって、
   後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する、地上での１つ以上の測定を集めるステップと、
   後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する、機上での１つ以上の測定を集めるステップと、
   前記地上での測定および機上での測定を統合して、地上での測定および機上での測定を含む入力またはパラメータのグループに基づき、複数の後流渦予測モデルから選択される後流渦予測モデルを用いて、後流渦の位置、強度および運動を予測するステップと、
   後流渦を生成する航空機によって放出されるトレーサ材または物質を用いることにより後流渦を検出するステップと、
   を備え、
   後流渦を検出するステップは、
   第１の航空機から、渦流れにある間、地上にいるまたは後続の航空機にいる補助器具を使用しない観察者からはその周囲と視覚的に識別不可のトレーサを、前記第１の航空機によって生成された渦流れ内に放出するステップと、
   渦流れに放出される前記視覚的に識別不可のトレーサの存在に対応する特性を検出するステップと、
   少なくとも検出された特性の一部に基づき、第１の航空機の飛行、第１の航空機に続く第２の航空機の飛行、または両方の航空機の飛行を導くステップと、を備える、方法。
2. 後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する情報を、少なくとも航空管制と前記後流渦によって影響を受け得る航空機とに分散するステップをさらに備え、前記後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する情報を分散するステップは、通信ネットワークと連携して、情報管理システムによって行なわれる、請求項１に記載の方法。
3. 後流渦を生成する航空機からの後流渦の位置、強度および運動を予測するステップは
   後流渦を生成する航空機の速度を定めるステップと、
   後流渦を生成する航空機の機種を定めるステップと、
   後流渦を生成する航空機の構造を定めるステップと、
   後流渦を生成する航空機付近にある局所風を定めるまたは予測するステップと、
   後流渦を生成する航空機の地上航跡をトラッキングするステップとを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 後流渦の位置、強度および運動を予測するステップは、後流渦を生成する航空機の機上で行なわれ、前記方法は後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する情報を後続の航空機に伝送するステップをさらに備える、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
5. 後流渦を生成する航空機からの後流渦の位置、強度および運動を予測するステップは、後流渦を生成する航空機からの情報を用いて地上局で行なわれ、前記方法は後流渦の位置、強度および運動に関連する情報を後続の航空機に伝送するステップをさらに備える、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
6. 前記測定を宇宙にあるセンサの情報で補うステップをさらに備える、請求項１−５のいずれかに記載の方法。
7. 後流渦の位置、強度および運動を予測し、後流渦を検出するシステムであって、
   後流渦の位置、強度および運動の予測に関連するデータを集めるための複数の地上センサと、
   後流渦の位置、強度および運動の予測に関連する機上での測定データを受取るための、および複数の地上センサからデータを受取るための、情報管理システムおよび通信ネットワークと、
   複数の後流渦予測モデルから選択される後流渦予測モデルであって、前記複数の地上センサと、前記機上での測定データから、後流渦の位置、強度および運動を予測する後流渦予測モデルと、
   後流渦トレーサシステムと、を備え、
   前記後流渦トレーサシステムは、
   揚力面によって生成される渦流れの中に、渦流れにある間、地上にいるまたは後続の航空機にいる、補助器具を使用しない観察者からはその周囲と視覚的に識別不可のトレーサを放出するように、第１の航空機上に配置されたトレーサディレクタと、
   渦流れに放出される前記視覚的に識別不可のトレーサの存在に対応する特性を検出するトレーサディテクタと、
   少なくとも検出された特性の一部に基づき、第１の航空機の飛行、第１の航空機に続く第２の航空機の飛行、または両方の航空機の飛行を導く通信ネットワークと、を含む、システム。
8. センサによって集められたデータと後流渦予測モデルからのデータとの組合せに基づき、後流渦の位置、強度および運動を定めるための統合モデルをさらに備える、請求項７に記載のシステム。
9. 後流渦依存航空機間隔要件による変更を反映するために、リアルタイムで航空路交通管制システム計画を調整するために、後流渦検出および予測情報、機体衝突回避情報ならびに航空路交通管制運用状態情報を結合するオペレーションズ決定プロセスをさらに備える、請求項７または８に記載のシステム。
10. 前記情報管理システムおよび通信ネットワークを介して受取られる機上データは、
    後流渦を生成する選ばれた航空機の速度、
    選ばれた航空機の機種、
    選ばれた航空機の構造、および
    選ばれた航空機の付近にある局所風を含む、請求項７−９のいずれかに記載のシステム。
11. 前記情報管理システムおよび通信ネットワークによって受取られた機上データは、後流渦を生成する選ばれた航空機からのデータおよび他の航空機からのデータを含む、請求項７−１０のいずれかに記載のシステム。
12. 前記情報管理システムおよび通信ネットワークは、順次着陸する複数の航空機の少なくとも１機からおよび複数の地上センサから、風情報を集める、請求項７−１１のいずれかに記載のシステム。
13. 請求項７に記載のシステムの第１の航空機に用いられる航空機であって、
    揚力面によって生成される渦流れの中に、渦流れにある間、地上にいるまたは後続の航空機にいる、補助器具を使用しない観察者からはその周囲と視覚的に識別不可のトレーサを放出するように、前記航空機上に配置されたトレーサディレクタと、
    渦流れに放出される前記視覚的に識別不可のトレーサの存在に対応する特性を検出するトレーサディテクタと、を有する後流渦トレーサシステムと、
    前記トレーサディレクタを選択的に起動させるために、トレーサディレクタに作動的に結合されるコントローラと、を備え、
    少なくとも検出された特性の一部に基づき、前記航空機の飛行、前記航空機に続く航空機の飛行、または両方の航空機の飛行が導かれる、航空機。

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