JP6993147B2 - 低周波計器着陸システムのローカライザ・アノマリ検出による飛行制御システムおよびその利用方法 - Google Patents

低周波計器着陸システムのローカライザ・アノマリ検出による飛行制御システムおよびその利用方法 Download PDF

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Description

本開示の分野は一般に飛行制御システムに関し、より具体的には、低周波計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ・アノマリを検出するための合成慣性ローカライザ偏差を利用する飛行制御モジュールに関する。
多くの既知の航空機は着陸中の航空機を制御する自動着陸システムを有する。自動着陸システムはますますより一般的になっており、計器飛行方式（ＩＦＲ）のもとでの計器着陸および有視界飛行方式（ＶＦＲ）のもとでの着陸の両方に頻繁に依存する。既知の自動着陸システムは、マルチモード受信機（ＭＭＲ）のような様々な受信機を利用して、例えば、地上から送信された誘導信号を受信する。かかる誘導信号は、例えば、ＩＬＳ信号、全地球測位システム（ＧＰＳ）着陸システム（ＧＬＳ）信号、および／またはマイクロ波着陸システム（ＭＬＳ）信号を含んでもよい。当該誘導信号は、航空機に、滑走路に対する所望の垂直および水平経路と相対的なその位置を、タッチダウンの後のロールアウトを通じて知らせる。当該所望の垂直経路はグライドスロープと称され、当該水平経路はローカライザと称される。当該グライドスロープは一般に、滑走路閾値を超えた１０００フィートでの地上への所望の割込みを伴う３度の下降として定義される。当該ローカライザは航空機を滑走路中心線に導く。
当該地上から送信された誘導信号はオンボードのアンテナにより受信され、冗長なＭＭＲにルーティングされる。各ＭＭＲは、当該自動着陸システムを含む飛行制御モジュールにルーティングされるローカライザ偏差およびグライドスロープ偏差を計算する。当該ローカライザ偏差は、滑走路中心線への当該所望の経路と相対的な航空機の位置の指示である。例えば、当該ローカライザ偏差は、航空機が滑走路中心線のおおよそ２度左にあると示してもよい。当該グライドスロープ偏差は、滑走路への当該所望のグライドスロープと相対的な航空機の位置の指示である。例えば、当該グライドスロープ偏差は、航空機が当該所望のグライドスロープの１度下にあると示してもよい。当該飛行制御モジュールは、当該ローカライザ偏差および当該グライドスロープ偏差を用いて、当該自動着陸システムに指令し、航空機の制御面に指令する。
ＩＦＲ条件下では、滑走路は一般に、地上から送信されたローカライザ信号内の潜在的な混乱が避けられている。これはしばしば保護区域の保護と称される。例えば、航空機および地上機器のタキシングは、着陸する航空機がアプローチする間は滑走路に入らないようにされる。同様に、空中の航空機が飛行場を横切って飛行することは禁止されている。これらの状況では、滑走路と周囲の飛行場のスループットが低下する。ＶＦＲ条件下では、滑走路と周囲の飛行場の動作制限はより緩和されている。即ち、クリティカル領域は保護されず、滑走路および周囲の飛行場がより大きなスループットで動作することを可能とする。ＶＦＲ条件下で自動着陸システムをより頻繁に使用すると、地上から送信されたローカライザ信号の混乱の可能性が高まる。かかる混乱は当該ローカライザ信号におけるアノマリと称される。アノマリは、自動着陸システムへの当該ローカライザ入力のドリフトをもたらし、さらに着陸中の航空機を誤って誘導することにつながり、究極的には自動着陸から手動着陸への遷移をもたらしうる。
本開示の１態様によれば、航空機の着陸中に計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ信号内のアノマリを検出するための飛行制御モジュールが提供される。当該飛行制御モジュールは通信インタフェースおよびそこに接続されたプロセッサを含む。当該通信インタフェースは、航空機に対する慣性データ、全地球測位システム（ＧＰＳ）データ、およびＩＬＳローカライザ偏差を受信するように構成される。当該プロセッサは、当該慣性データに基づく慣性ローカライザ偏差および当該ＧＰＳデータに基づくＧＰＳローカライザ偏差を計算するように構成される。当該プロセッサは、当該ＩＬＳローカライザ偏差を当該慣性ローカライザ偏差および当該ＧＰＳローカライザ偏差の平均と比較して、当該ＩＬＳローカライザ偏差における低周波アノマリを検出するように構成される。当該プロセッサは、当該低周波アノマリが検出されたとき、当該ＩＬＳローカライザ偏差に基づく航空機の制御から当該慣性ローカライザ偏差に基づく航空機の制御への遷移を開始するように構成される。
本開示の別の態様によれば、航空機を着陸させるための飛行制御システムが提供される。当該飛行制御システムは通信バス、ＧＰＳシステム、マルチモード受信機（ＭＭＲ）、および飛行制御モジュールを含む。当該通信バスは当該ＧＰＳシステム、当該ＭＭＲ、および当該飛行制御モジュールに接続される。当該ＧＰＳシステムは、航空機のＧＰＳ位置を当該通信バスに送信するように構成される。当該ＭＭＲは、ＩＬＳローカライザ偏差を当該通信バスに送信するように構成される。当該ＩＬＳローカライザ偏差が、受信されたＩＬＳローカライザ信号に従って生成される。当該飛行制御モジュールは航空機に対する慣性データ、当該ＧＰＳ位置、および当該ＩＬＳローカライザ偏差を当該通信バスで受信するように構成される。当該飛行制御モジュールはさらに、ＧＰＳローカライザ偏差および慣性ローカライザ偏差を計算するように構成される。当該飛行制御モジュールはさらに、当該ＧＰＳローカライザ偏差および当該慣性ローカライザ偏差に対して計算された平均ローカライザ偏差と相対的な当該ＩＬＳローカライザ偏差の変動に基づいて、当該受信されたＩＬＳローカライザ信号内の低周波アノマリを検出するように構成される。
さらに本開示の別の態様によれば、着陸中の航空機により受信される計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ信号内の低周波アノマリを検出する方法が提供される。当該方法はＩＬＳローカライザ信号を受信するステップを含む。当該方法は、当該ＩＬＳローカライザ信号に基づいてＩＬＳローカライザ偏差を計算するステップを含む。当該方法は、当該ＩＬＳローカライザ偏差に従って航空機を制御するステップを含む。当該方法はＧＰＳローカライザ偏差を計算するステップを含む。当該方法は慣性ローカライザ偏差を計算するステップを含む。当該方法は、当該ＧＰＳローカライザ偏差および当該慣性ローカライザ偏差の平均ローカライザ偏差を計算するステップを含む。当該方法は、当該平均ローカライザ偏差および当該ＩＬＳローカライザ偏差の間の差が閾値を超過するとき、当該低周波アノマリを検出するステップを含む。当該方法は、当該低周波アノマリを検出した後当該慣性ローカライザ偏差に従って航空機を制御するステップを含む。
説明した特徴、機能、および利点を様々な実施形態において独立に実現してもよく、または、さらに他の実施形態において結合してもよい。それらのさらなる詳細を、以下の説明と図面を参照して理解することができる。
航空機を着陸させる際に使用するための例示的な計器着陸システム（ＩＬＳ）の上面斜視図である。 図１に示す当該例示的なＩＬＳの側面斜視図である。 図１および２に示す着陸中の航空機の上面斜視図である。 図１乃至３に示す航空機に対する例示的な飛行制御システムのブロック図である。 図４に示す飛行制御システムで使用するための例示的な飛行制御モジュールの機能ブロック図である。 図４に示す飛行制御システムで使用するための別の例示的な飛行制御モジュールの機能ブロック図である。 着陸中の航空機により受信されるＩＬＳローカライザ信号内の低周波アノマリを検出する例示的な方法の流れ図である。
本明細書で説明する際、単数で記載されるかまたは「ａ」もしくは「ａｎ」が先行する要素またはステップは、特に断らない限り、複数の要素またはステップを排除しないと理解されるべきである。さらに、本発明の「１実施形態」または「例示的な実施形態」への言及は、記載した図面も取り込む追加の実施形態の存在を排除することを意図したものではない。
図１は、航空機１０２を着陸させる際に使用するための例示的な計器着陸システム（ＩＬＳ）１００の上面からの斜視図である。図２は、ＩＬＳ１００の側面図からの別の斜視図である。航空機１０２は滑走路１０４に着陸するためのアプローチの間にあると示されている。滑走路１０４は、例示的な目的のため航空機１０２に向かってかつ航空機１０２を超えて延伸する滑走路中心線１０６により特徴づけられる。
図１を参照すると、当該例示的な実施形態において、ＩＬＳ１００はローカライザ送信器１０８およびグライドスロープ送信器１１０を含む。ローカライザ送信器１０８は第１のローカライザ・ビーム１１２および第２のローカライザ・ビーム１１４を航空機１０２に向かって送信する。第１のローカライザ・ビーム１１２および第２のローカライザ・ビーム１１４は協調して、滑走路中心線１０６と相対的な航空機１０２の水平位置を示すローカライザ偏差を生成するために航空機１０２により受信され処理されるＩＬＳローカライザ信号を定義する。当該ローカライザ信号は一般に、タキシングの前の滑走路に沿った着陸とロールアウト、即ち、減速を通じて航空機１０２を制御するために使用される。
特定の状況下で、別の航空機１１５または地上機器（図示せず）が、航空機１０２が接近する間に、第１のローカライザ・ビーム１１２または第２のローカライザ・ビーム１１４の経路に沿って移動してもよい。かかる活動は、第１のローカライザ・ビーム１１２または第２のローカライザ・ビーム１１４を妨害し、航空機１０２により受信される当該ＩＬＳローカライザ信号にマルチパス効果を導入しうる。当該マルチパス効果は一般に、低周波発振または高周波数発振として当該ＩＬＳローカライザ偏差内に現れる。高周波数発振は一般に、第１のローカライザ・ビーム１１２または第２のローカライザ・ビーム１１４を通じて迅速に移動する空中航空機または他の高速移動オブジェクトから生ずる。かかる発振は一般に１秒以下の期間、即ち、１ヘルツ以上を有する。航空機１０２に対する幾つかの既知のシステムは、当該ＩＬＳローカライザ信号内のこれらの高周波数アノマリを検出するように構成される。低周波発振は一般に、例えば航空機および地上機器のタキシングのような、地上の低速車両から生ずる。かかる発振は一般に、１秒を超える期間、即ち、１ヘルツ未満を有する。
図２を参照すると、航空機１０２は、滑走路１０４に対する滑走路閾値を超えた所定の距離で滑走路１０４を妨害する所定のグライドスロープ１１６に沿って滑走路１０４にアプローチする。当該所定の距離は一般に、例えば、滑走路閾値から少なくとも１０００フィートであり、これは一般にグライドスロープ送信器１１０の場所である。グライドスロープ１１６はグライドスロープ１１６および滑走路１０４の間で測定されたグライドスロープ角度１１８により定義される。典型的なグライドスロープは、例えば、おおよそ３°に等しいグライドスロープ角度１１８により定義される。グライドスロープ送信器１１０は、第１のグライドスロープ・ビーム１２０および第２のグライドスロープ・ビーム１２２を航空機１０２に向かって送信する。第１のグライドスロープ・ビーム１２０および第２のグライドスロープ・ビーム１２２は、グライドスロープ１１６と相対的な航空機１０２の垂直位置を示すグライドスロープ偏差を生成するために航空機１０２により受信され処理されるＩＬＳグライドスロープ信号を定義する。当該グライドスロープ信号は一般に、航空機１０２がフレア高度、即ち、航空機１０の機首が着陸前にピッチアップするときの高度に達するまで航空機１０２を制御するために使用される。当該ピッチアップは、一般に５０および７５フィートの間で生ずる。当該フレア高度に到達したとき、航空機１０２は一般に、着陸のために航空機１０２を滑走路１０４に導く無線高度計に切り替える。代替的な実施形態では、フレア高度は７５フィートより大きくてもよく、または、幾つかの実施形態では、５０フィート未満であってもよい。
図３は着陸中の航空機１０２の斜視図である。図３は滑走路１０４に着陸する航空機１０２の上面図を示す。航空機１０２は、航空機１０２に対する全ての飛行制御コマンドが参照されるガイダンス制御点（ＧＣＰ）３０２を含む。ＧＣＰ３０２は一般に航空機１０２の機首に配置される。航空機１０２はまた、航空機１０２の線形および角加速度を検出するための様々なセンサを含む慣性基準ユニット（ＩＲＵ）３０４を含む。これらは３つの軸、即ち、ピッチ、ロール、およびヨーに沿った航空機１０２の加速度、速度、および姿勢に変換可能である。ＩＲＵ３０４は一般に航空機１０２の中央にまたはその付近に配置される。当該中央は、航空機１０２の翼３０５および機体３０７の交点として図３に示されている。したがって、ＧＣＰ３０２およびＩＲＵ３０４は一般に、航空機１０２の機体３０７の長さの一部に沿って延伸する距離３０６により分離される。
滑走路１０４は、磁北（Ｎ）と相対的な滑走路ヘディング３０８により特徴づけられる滑走路中心線１０６を含む。滑走路ヘディング３０８は一般に航空機１０２およびそのナビゲーション・システムにより知られており、しばしば磁気滑走路ヘディングと称される。着陸中に、航空機１０２は磁北と相対的に航跡角、または単純にトラック３１２に沿って地上速度３１０で移動する。地上速度３１０およびトラック３１２はＩＲＵ３０４により測定可能である。さらに、航空機１０２は磁北と相対的に航空機ヘディング３１４とともに移動する。磁北は一般に航空機１０２の機首が指している方向として定義される。航空機ヘディング３１４はまた、ＩＲＵ３０４により測定可能である。横風のような特定の環境下で、例えば、トラック３１２および航空機ヘディング３１４が異なってもよいことに留意されたい。
図３は、滑走路中心線１０６からＩＲＵ３０４へ測定されたローカライザ偏差３１６を有する方位での航空機１０２を示す。ＩＲＵ３０４および滑走路ヘディング３０８により測定された慣性加速度が与えられると、航空機１０２は、時間とともにローカライザ偏差３１６を増大または減少させＧＣＰ３０２に変換しうる慣性クロス滑走路速度３１８を計算してもよい。
図４は図１乃至３に示す航空機１０２のための例示的な飛行制御システム４００のブロック図である。飛行制御システム４００はアクチュエータ制御モジュール４０４にコマンドを送信することで航空機１０２を制御する飛行制御モジュール４０２を含む。飛行制御モジュール４０２はアクチュエータ制御モジュール４０４と通信バス４０６上で通信する。アクチュエータ制御モジュール４０４は、航空機１０２の様々な飛行制御面に取り付けられた１つまたは複数のアクチュエータ４０８を制御する。アクチュエータ制御モジュール４０４はアクチュエータ４０８と通信バス４１０上で通信する。
航空機１０２は飛行パラメータを測定し通信バス４１４で送信されるデータを生成する様々なセンサ４１２を含む。飛行制御モジュール４０２は、通信インタフェース４１５を通じて通信バス４１４に通信可能に接続され、当該データへのアクセスを得る。
センサ４１２は、滑走路横断加速度４１６、地上速度３１０、航跡角３１２、および航空機ヘディング３１４を提供するＩＲＵ３０４に配置された様々な加速度計およびジャイロスコープを含む。通信バス４１４はＩＲＵ３０４に接続されるように構成される。ＩＲＵ３０４は慣性データを提供する。通信バス４１４はさらに、滑走路ヘディング３０８を提供するナビゲーション・システム（図示せず）および航空機１０２に対する地上レベルより上の高度を提供するレーダ高度計４１８のような様々な他のデータ・ソースに接続される。代替的な実施形態では、例えば、気圧高度またはＧＰＳ楕円高度のような他の高度の測定値を利用してもよく、それらが航空機１０２で利用可能であってもよいが、しかし、地上レベルより上の高度は着陸する航空機１０２に最も関連する。通信バス４１４はさらに、左ＭＭＲ４２０および右ＭＭＲ４２２に接続される。左ＭＭＲ４２０は左ＭＭＲローカライザ偏差４２４を提供する。右ＭＭＲ４２２は右ＭＭＲローカライザ偏差４２６を提供する。通信バス４１４はさらに、航空機１０２に対するＧＰＳ位置４３２を提供するＧＰＳ４３０に接続される。
通信インタフェース４１５は、航空機１０２により受信されるローカライザ送信に基づいて計算される、左ＭＭＲローカライザ偏差４２４および右ＭＭＲ偏差４２６のようなそれぞれのローカライザ偏差を示す第１のおよび第２のローカライザ偏差信号を受信する。
通信インタフェース４１５はさらに、通信バス４１４上でＧＰＳ位置４３２を受信するように構成される。ＧＰＳ位置４３２は一般に緯度および経度として表される。
飛行制御モジュール４０２は通信インタフェース４１５を通じて通信バス４１４でＭＭＲローカライザ偏差４２４および４２６に対するアクセスを取得する、通信インタフェース４１５が、周辺機器相互接続（ＰＣＩ）、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ＰＣ／１０４、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、コンパクトＰＣＩ、または他の適切なプロトコルを用いて飛行制御モジュール４０２内で通信するように構成されたＡＲＩＮＣ－４２９インタフェース回路カードを含んでもよい。
飛行制御モジュール４０２は自動着陸システム４２８を含む。飛行制御モジュール４０２は、通信バス４１４からのデータを受信し処理して、ＩＬＳローカライザ信号内の低周波ＩＬＳアノマリを検出する。飛行制御モジュール４０２は、ＭＭＲローカライザ偏差４２４および４２６をフィルタするための補完フィルタ４３４およびラグ・フィルタ４３６を含む。飛行制御モジュール４０２は、慣性データ、ＭＭＲローカライザ偏差４２４および４２６、およびＧＰＳ位置４３０に基づいて低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０を有効または無効にする有効化プロセッサ４３８を含む。
有効化プロセッサ４３８は、例えば、航空機１０２が６００フィートおよび２００フィートの高度の間にあるときに動作する。航空機１０２が２００フィートを通って降下する際に低周波ＩＬＳアノマリが存在する場合には、有効化プロセッサ４３８は、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０が当該アノマリに関与し同期することを防ぐ。有効化プロセッサ４３８は、航空機１０２が例えば、２００フィート未満に降下したとき、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０が関与するかどうかを制御する無効化信号４４２を生成する。
低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、慣性データ、ＭＭＲローカライザ偏差４２４および４２６、およびＧＰＳ位置４３０に基づいてアノマリを検出する。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、航空機１０２を制御するために飛行制御モジュール４０２および自動着陸システム４２８により使用されるアノマリが検出された信号４４４を生成する。例えば、アノマリがＭＭＲローカライザ偏差４２４または４２６で検出されたとき、自動着陸システム４２８は、ＭＭＲローカライザ偏差４２４および４２６に基づく制御から慣性ローカライザ偏差に基づく制御に遷移する。
図５は飛行制御モジュール４０２および、より具体的には、合成慣性ローカライザ偏差（ＳＩＬＤ）プロセッサ５００の機能ブロック図である。ＳＩＬＤプロセッサ５００は補完フィルタ５０２、滑走路ヘディング補正ブロック５０４、慣性クロス滑走路速度ブロック５０６、およびＧＣＰへの変換ブロック５０８を含む。
補完フィルタ５０２は、ＩＲＵ３０４からの慣性データの高周波数成分を、ＭＭＲローカライザ偏差４２４および４２６のようなＩＬＳローカライザ偏差５０１の低周波成分と混合して、平滑な補完フィルタされたローカライザ偏差５０３を生成する。補完フィルタされたローカライザ偏差５０３がフィードバックされＩＬＳローカライザ偏差５０１から差し引かれて（５１０）、ローカライザ偏差誤差値を生成する。当該ローカライザ偏差誤差値がＫ３により取得され、統合される（５１２）。統合５１２の結果が滑走路横断加速度４１６に追加され（５１４）、ついでＫ２により取得された５１８ローカライザ偏差誤差値に追加される（５１６）。和５１６の結果が統合され（５２０）、Ｋ１により取得された（５２４）ローカライザ偏差誤差値に追加される（５２２）。和５２２の結果は、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３を生成するために統合される（５２８）ローカライザ偏差率５２６である。補完フィルタ５０２はさらに、以下の式により特徴付けられるがこれに限定されるものではない。ＤＣＦは時間ｔの関数で表した補完フィルタされたローカライザ偏差５０３であり、ラジアンで表され、ＤＳｅｌは時間ｔの関数で表したＩＬＳローカライザ偏差５０１であり、ラジアンで表され、ＡＣＲは時間ｔの関数で表した滑走路横断加速度４１６である。
Figure 0006993147000001
航空機１０２が、レーダ高度計４１８により測定されるように、高度閾値５３０未満に降下したとき、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３は、慣性クロス滑走路速度３１８の統合５３４の初期条件としてラッチされる（５３２）。レーダ高度計４１８からの航空機高度を高度閾値５３０、例えば、２００フィートと比較し、ラッチ５３２をトリガする。
慣性クロス滑走路速度ブロック５０６は、調節された滑走路ヘディング５３８、地上速度３１０、およびトラック３１２の関数で表した慣性クロス滑走路速度３１８を計算する。慣性クロス滑走路速度３１８は、トラック３１２に沿った地上速度３１０のクロス滑走路ベクトルへの投影であり、トラック３１２および調整された滑走路ヘディング５３８の間の差５４４の正弦５４２を乗算した５４０地上速度３１０として計算される。慣性クロス滑走路速度ブロック５０６はさらに、以下の式により特徴付けられるがこれに限定されるものではない。ＶＣＲは時間ｔの関数で表したクロス滑走路速度３１８であり、ＳＧＮＤは時間ｔの関数で表した地上速度３１０であり、Ｔは時間ｔの関数で表したトラック３１２であり、Ｈｒｕｎ，ａｄｊは時間ｔの関数で表した調整された滑走路ヘディング５３８であり、ラジアンで表される。
Figure 0006993147000002
滑走路ヘディング補正ブロック５０４は、調整された滑走路ヘディング５３８を計算して、航空機１０２で利用可能な磁気滑走路ヘディング３０８内の誤差を補正する。調整された滑走路ヘディング５３８は、慣性クロス滑走路速度ブロック５０６およびＧＣＰへの変換ブロック５０８で使用するための磁北と相対的な実際の滑走路方位を表す。調整された滑走路ヘディング５３８は、磁気滑走路ヘディング３０８、地上速度３１０、トラック３１２、および補完フィルタ５０２からのローカライザ偏差率５２６の関数として計算される。ローカライザ偏差率５２６は上の式１から導出され、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３の成分である。ローカライザ偏差率５２６は補完フィルタされたローカライザ偏差５０３の導関数、即ち、Ｓ×ＤＣＦであり、以下の式で表される。Ｄｒａｔｅは時間ｔの関数で表したローカライザ偏差率５２６であり、毎秒ラジアンで表される。
Figure 0006993147000003
滑走路ヘディング補正ブロック５０４において、ローカライザ偏差率５２６は地上速度３１０により除され（５４６）、磁気滑走路ヘディング３０８に沿って、トラック３１２から差し引かれる（５４８）。差５４８の結果は時間定数τを用いてラグ・フィルタ、即ち、ローパスフィルタされる（５５０）。ラグ・フィルタ５５０の結果を磁気滑走路ヘディング３０８に追加して（５５２）、調整された滑走路ヘディング５３８を生成する。滑走路ヘディング補正ブロック５０４はさらに以下の式により特徴付けられるがこれらに限られるものではない。Ｈｒｕｎは磁気滑走路ヘディング３０８であり、ラジアンで表される。
Figure 0006993147000004
統合５３４は高度閾値５３０で初期条件からクロス滑走路速度３１８を統合する。高度閾値５３０は、ＧＣＰ３０２に関する補完フィルタされたローカライザ偏差５０３でラッチされる。統合５３４は、ＩＲＵ３０４に関する慣性ローカライザ偏差５３５を生成する。補償５５４を慣性ローカライザ偏差５３５に追加して（５５６）、ＩＲＵ３０４での慣性ローカライザ偏差５３５とＧＣＰ３０２での慣性ローカライザ偏差５３５の間の差に関して補正する。例えば、ＧＣＰ３０２は、航空機１０２の機首で、横風での着陸に対する「ひねくれた」アプローチの間にＩＲＵ３０４と異なるクロス滑走路位置にある。補償５５４は、高度閾値５３０未満で発生する航空機ヘディング３１４の変化を説明する。なぜならば、統合５３４が、高度閾値５３０で、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３に対して初期化されるからである。補完フィルタされたローカライザ偏差５０３は、ＧＣＰ３０２に関して計算される。
ＧＣＰへの変換ブロック５０８は、航空機ヘディング３１４、調整された滑走路ヘディング５３８、およびＩＲＵ３０４およびＧＣＰ３０２の間の航空機１０２の機体に沿った距離３０６の関数で表した補償５５４を計算する。距離３０６に、航空機ヘディング３１４および調整された滑走路ヘディング５３８の間の差分５６２の正弦５６０を乗じ５５８、時間ｔの関数で表した補償５５４を生成する。航空機１０２が高度閾値５３０に降下すると、補償５５４のホールド値５６４がラッチされる（５３２）。ホールド値５６４は、高度閾値５３０でラッチされた（５３２）補完フィルタされたローカライザ偏差５０３の初期条件を介して慣性ローカライザ偏差５３５に既に組み込まれた補償５５４の部分を表す。ホールド値５６４を補償５５４から差し引いて（５５６）、高度閾値５３０未満で発生する航空機ヘディング３１４の変化のみをキャプチャする。ＧＣＰへの変換ブロック５０８はさらに以下の式により特徴付けられるがこれらに限られるものではない。Ｃは時間ｔの関数で表した補償５５４であり、ＬＩＲＵ－ＧＣＰはＩＲＵ３０４およびＧＣＰ３０２の間の航空機１０２の機体に沿った距離３０６であり、Ｈａｃは時間ｔの関数で表した航空機ヘディング３１４であり、ｔ２００は航空機１０２が高度閾値５３０に降下する時間である。
Figure 0006993147000005
図６は、図４に示す飛行制御システム４００で使用するための飛行制御モジュール４０２の機能ブロック図である。飛行制御モジュール４０２は有効化プロセッサ４３８および低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０を含む。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、いったん航空機が低アプローチ高度閾値、例えば、２００フィート未満に降下するとアノマリを検出する。有効化プロセッサ４３８は、航空機が高アプローチ高度閾値未満に降下したときに動作可能であり、当該低アプローチ高度閾値および当該高アプローチ高度閾値の間のアノマリ検出に基づいて低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０を有効または無効にする。１実施形態では、例えば、当該低アプローチ高度閾値は２００フィートであり、当該高アプローチ高度閾値は６００フィートである。特定の実施形態では、有効化プロセッサは、当該高アプローチ高度閾値の間、かつ、当該低アプローチ高度閾値のちょうど下で動作可能である。例えば、当該低アプローチ高度閾値は２００フィートであり、当該高アプローチ高度閾値は６００フィートである場合、有効化プロセッサ４３８は６００フィートから１９０フィートで動作可能である。
有効化プロセッサ４３８は、図５に示すＳＩＬＤプロセッサ５００のようなＳＩＬＤプロセッサ６０２、およびＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６０４を含む。ＳＩＬＤプロセッサ６０２は、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３、地上速度３１０、トラック３１２、航空機ヘディング３１４、および滑走路ヘディング３０８の関数で表した慣性ローカライザ偏差５３５を計算する。ＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６０４は、滑走路ヘディング３０８、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３、および図４に示すＧＰＳ位置４３２の関数で表したＧＰＳローカライザ偏差６０６を計算する。ＧＰＳ位置４３２はＧＰＳ緯度６０８およびＧＰＳ経度６１０により表される。ＳＩＬＤプロセッサ６０２およびＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６０４は、航空機１０２が当該高アプローチ高度閾値に降下したとき、当該高アプローチ高度での補完フィルタされたローカライザ偏差５０３の値に初期化される。例えば、ＳＩＬＤプロセッサ６０２およびＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６０４は、航空機１０２が地上レベルより上の６００フィート高度に到達したときに、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３の値に初期化される。
有効化プロセッサ４３８は、平均ローカライザ偏差６１４を慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６の平均として計算する平均モジュール６１２を含む。平均ローカライザ偏差６１４が、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを検出するために、ラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６と比較される。ラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６は、ＩＬＳローカライザ偏差５０１をラグ・フィルタ４３６に通した結果である。有効化プロセッサ４３８は、ラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６および平均ローカライザ偏差６１４の間の差分６２２の絶対値、または規模６２０を閾値６２４と比較する（６１８）。一般に、規模６２０が閾値６２４を超過した場合、有効化プロセッサ４３８はアノマリを宣言する。閾値６２４は一般に２５から１００フィートの範囲内にある。例えば、１実施形態では、閾値６２４は５０フィートである。有効化プロセッサ４３８は補完フィルタ４３４ではなくラグ・フィルタ４３６を利用してＩＬＳローカライザ偏差５０１を平滑化する。なぜならば、補完フィルタ４３４は慣性データをＩＬＳローカライザ偏差５０１と混合して、当該ＩＬＳローカライザ偏差５０１の発散を遅くし、さらに低周波アノマリの検出を遅らせるからである。
有効化プロセッサ４３８は、慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６を比較する比較器６２６を含む。比較器６２６は、慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６が閾値内で一致することをチェックする。慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６が十分に一致しない場合、有効化プロセッサ４３８は無効化信号４４２を介して低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０を無効化する。
有効化プロセッサ４３８は、無効化信号４４２およびアノマリが検出された信号６２８を生成する様々なロジックを含む。アノマリが検出された信号６２８は、慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６が当該閾値内で一致するとき、かつ、比較器６２６により決定されるように、差分６２２の閾値６２４との比較６１８が真であるとき、論理的に真である。アノマリが検出された信号６２８は、論理積ゲート６３０により生成される。有効化プロセッサ４３８は、アノマリを宣言する前の少なくとも最小期間だけ、ラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６および平均ローカライザ偏差６１４の間の差分６２２が閾値６２４を超過することを保証するための時間遅延６３２を含む。有効化プロセッサ４３８は、無効化信号４４２を制御するための論理和ゲート６３４を含む。無効化信号４４２は、アノマリが検出された信号６２８により示されるようにアノマリが検出されたとき、または、比較器６２６が慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６が一致しないことを示すときに論理的に真である。
低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、図５に示すＳＩＬＤプロセッサ５００のようなＳＩＬＤプロセッサ６３６、およびＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６３８を含む。ＳＩＬＤプロセッサ６３６は、慣性ローカライザ偏差５３５を、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３、地上速度３１０、トラック３１２、航空機ヘディング３１４、および滑走路ヘディング３０８の関数として計算する。ＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６０４は、ＧＰＳローカライザ偏差６０６を、滑走路ヘディング３０８、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３、および図４に示すＧＰＳ位置４３２の関数として計算する。ＧＰＳ位置４３２はＧＰＳ緯度６０８およびＧＰＳ経度６１０により表される。ＳＩＬＤプロセッサ６３６およびＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６３８は、航空機１０２が当該低アプローチ高度閾値に降下したとき、当該低アプローチ高度での補完フィルタされたローカライザ偏差５０３の値に初期化される。例えば、ＳＩＬＤプロセッサ６３６およびＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６３８は、航空機１０２が地上レベルより上の２００フィート高度に到達したとき、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３の値に初期化される。
低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、平均ローカライザ偏差６１４を慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６の平均として計算する平均モジュール６４０を含む。平均ローカライザ偏差６１４をラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６と比較して、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを検出する。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、ラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６と平均ローカライザ偏差６１４の間の差分６４６の絶対値６４４を閾値６４８と比較する（６４２）。一般に、差分６４６が閾値６４８を超過した場合、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０はアノマリを宣言する。閾値６４８は一般に１から５０フィートの範囲内にある。例えば、１実施形態では、閾値６４８は２５フィートである。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、有効化プロセッサ４３８と同様に、補完フィルタ４３４ではなくラグ・フィルタ４３６を利用してＩＬＳローカライザ偏差５０１を平滑化する。
低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、慣性ローカライザ偏差５３５とＧＰＳローカライザ偏差６０６を比較する比較器６５０を含む。比較器６５０は、慣性ローカライザ偏差５３５とＧＰＳローカライザ偏差６０６が閾値内で一致することをチェックする。慣性ローカライザ偏差５３５とＧＰＳローカライザ偏差６０６が十分に一致しない場合、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを検出するために比較６４２を使用することができない。
低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリの検出に対する幾つかの必要な条件を強制するための論理積ゲート６５２を含む。最初の条件は、無効化信号４４２が偽であることであり、一般に有効化プロセッサ４３８が低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０を無効化していないことを示す。より具体的には、無効化信号４４２は、有効化プロセッサ４３８がその高度の動作範囲、即ち、高アプローチ高度閾値および低アプローチ高度閾値の間、例えば、６００フィート未満および２００フィートより上において低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを検出していないことを示すべきである。第２の条件は、慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６が適切な閾値内で一致することを比較器６５０が示すことである。
第３の条件は、航空機１０２が着陸およびロールアウトの実施を完了していないことである。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、航空機１０２がタッチダウンしたときにトリガされる時間遅延６５４を含む。航空機１０２のタッチダウンは、例えば、通信インタフェース４１５および通信バス４１４を通じて受信されたタッチダウン信号６５６により示される。タッチダウン信号６５６は、例えば、ロジック・ハイ信号により航空機１０２のタッチダウンを示す。時間遅延６５４は、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０がタッチダウンの後かつロールアウトの間の予め決定された期間だけ有効にされたままであることを保証する。当該予め決定された期間が経過すると、時間遅延６５４は、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリの検出のための当該第３の条件を否定する。
（１）低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０が有効化プロセッサ４３８により無効化されておらず、（２）慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６が一致し、（３）航空機１０２が着陸およびロールアウトを完了していないとすると、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は自由にアノマリ検出を実行する。比較６４２がアノマリを検出すると、当該検出がラッチされ（６５８）、アノマリが検出された信号４４４は、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリが検出されていることを示す。応答して、飛行制御モジュール４０２が、１つまたは複数の是正ステップを実行してもよい。特定の実施形態では、飛行制御モジュール４０２は、航空機１０２の制御を、自動着陸システム４２８により、ＩＬＳローカライザベースの制御、即ち、補完フィルタされたローカライザ偏差５０３に基づく制御から、慣性ローカライザベースの制御、即ち、慣性ローカライザ偏差５３５に基づく制御に遷移させる。特定の実施形態では、飛行制御モジュール４０２は、インジケータ信号をパイロット・インタフェース・システム（図示せず）に送信して、航空機１０２のパイロットに検出されたアノマリを通知してもよい。かかる実施形態では、航空機１０２の制御が究極的に自動着陸システム４２８から当該パイロットに移されてもよい。当該パイロット・インタフェース・システムは、視覚インジケータおよび聴覚インジケータのうち１つまたは複数を用いて、アノマリが検出された信号４４４を当該パイロットに中継してもよい。
一般に、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリは一時的であり、航空機１０２によるアプローチの時間フレーム内で自分自身を提示し解決する。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、「ヒーリング」手続きを通じて当該検出された低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリから回復する能力を含む。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、平均ローカライザ偏差６１４およびラグ・フィルタされたＩＬＳローカライザ６１６の間の差６４６の、ヒーリング閾値６６２との比較６６０を含む。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリがラッチされると（６５８）、差分６４６がヒーリング閾値６６２を下回る場合、当該アノマリをリセットすることができる（６６２）。低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、アノマリが検出された信号４４４を否定する前に予め決定された期間だけ差分６４６がヒーリング閾値６６２未満のままであることを保証するための時間遅延６６４を含む。ヒーリング閾値６６２は一般に、１乃至５０フィートの範囲内にあり、一般に低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを最初に宣言するための閾値６４８より小さい。例えば、差分６４６は、当該低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを宣言するために閾値６４８、例えば、２５フィートより上に上昇しなければならず、差分６４６はその低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを否定するためにヒーリング閾値６６２、例えば、１５フィート未満に低下しなければならない。さらに、差分６４６は、当該低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを否定する前に時間遅延６６４により定義される当該予め決定された期間だけヒーリング閾値６６２未満に低下しなければならない。
図７は、着陸中の航空機１０２により受信されるＩＬＳローカライザ信号内の低周波アノマリを検出する方法７００の流れ図である。方法７００を、図４に示す飛行制御システム４００および飛行制御モジュール４０２により具体化するかまたはそれらにより実行してもよい。方法７００は、ＩＬＳローカライザ信号が航空機１０２により受信された（７１０）ときに開始する。航空機１０２は当該ＩＬＳローカライザ信号を左ＭＭＲ４２０および右ＭＭＲ４２２にルーティングする。左ＭＭＲ４２０および右ＭＭＲ４２２は、当該受信されたＩＬＳローカライザ信号に基づいて、ＩＬＳローカライザ偏差、即ち、左ＭＭＲローカライザ偏差４２４および右ＭＭＲローカライザ偏差４２６を計算する（７２０）。飛行制御モジュール４０２は、着陸中に自動着陸システム４２８を用いて航空機１０２を制御する（７３０）際に使用するための補完フィルタされたローカライザ偏差５０３を選択する。
飛行制御モジュール４０２および、より具体的には、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０およびＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６３８は、滑走路中心線１０６に関する航空機１０２のＧＰＳ位置４３２に基づいてＧＰＳローカライザ偏差６０６を計算する（７４０）。飛行制御モジュール４０２および、より具体的には、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０およびＳＩＬＤプロセッサ６３６は、ＩＲＵ３０４からの慣性データに基づいて慣性ローカライザ偏差５３５を計算する（７５０）。代替的な実施形態では、ＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６３８およびＳＩＬＤプロセッサ６３６は、自動着陸システム４２８が常駐する、飛行制御モジュール４０２とは異なる別のデバイスで具体化される。例えば、１実施形態では、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は左ＭＭＲ４２０、右ＭＭＲ４２２、またはその両方で具体化される。同様に、有効化プロセッサ４３８を、例えば、左ＭＭＲ４２０、右ＭＭＲ４２２、またはその両方で具体化してもよい。
低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０は、ラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６との比較６４２のために、ＧＰＳローカライザ偏差６０６および慣性ローカライザ偏差５３５を平均する（７６０）。ラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６と平均ローカライザ偏差６１４の間の差分６４６が閾値６４８を超過したとき、低周波アノマリが検出される（７７０）。当該低周波アノマリが検出されたとき、航空機１０２の制御はＩＬＳローカライザベースから慣性ローカライザベースに遷移する。航空機１０２がついで、航空機１０２の手動制御がパイロットにより想定されるまで、慣性ローカライザ偏差５３５に従って制御される（７８０）。
特定の実施形態では、方法７００は、アノマリが検出された信号６２８および／またはアノマリが検出された信号４４４に基づいて、インジケータをパイロット・インタフェース・システムに送信するステップを含む。当該インジケータは当該低周波アノマリの検出を示す。当該パイロット・インタフェース・システムは、特定の実施形態では、視覚インジケータ、聴覚インジケータ、またはその両方の形で当該インジケータをパイロットに中継してもよい。
特定の実施形態では、慣性ローカライザ偏差５３５を計算するステップ７５０は、航空機１０２が低アプローチ高度閾値、例えば、２００フィート未満に下降するとき、慣性ローカライザ偏差５３５を補完フィルタされたローカライザ偏差５０３に初期化するステップを含む。計算するステップ７５０は、かかる実施形態では、例えば、地上速度３１０、航跡角３１２、滑走路横断加速度４１６、および航空機ヘディング３１４のような慣性データを通信バス４１４上に統合するステップをさらに含む。
特定の実施形態では、方法７００は、航空機１０２が高アプローチ高度閾値、例えば、６００フィート未満に降下したとき、ＳＩＬＤプロセッサ６０２を補完フィルタされたローカライザ偏差５０３に初期化するステップを含む。かかる実施形態では、方法７００は、航空機１０２が当該高アプローチ高度閾値未満に降下したとき、ＧＰＳローカライザ偏差プロセッサ６０４を補完フィルタされたローカライザ偏差５０３に初期化するステップを含む。かかる実施形態では、方法７００はさらに、有効化プロセッサ４３８により、ラグ・フィルタされたローカライザ偏差６１６および平均ローカライザ偏差６１４の間の分散に基づいて早期の低周波アノマリを検出するステップを含む。平均ローカライザ偏差６１４は、慣性ローカライザ偏差５３５およびＧＰＳローカライザ偏差６０６に基づいて平均化される（６１２）。当該早期の低周波アノマリが検出されたとき、有効化プロセッサ４３８は、航空機１０２が当該低アプローチ高度閾値より下に降下する前に、低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ４４０を無効化する。
特定の実施形態では、方法７００はＧＰＳローカライザ偏差６０６および慣性ローカライザ偏差５３５の間の差を計算するステップ、および当該差が閾値を超えたとき、当該低周波アノマリの検出を無効にするステップを含む。かかる実施形態では比較器６２６および／または比較器６５０において比較を実行する。
着陸中の飛行機により使用するための飛行制御システムの上述の実施形態は低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出を提供する。より具体的には、本明細書で説明した実施形態は、慣性ローカライザ偏差およびＧＰＳローカライザ偏差の組合せを利用して、ＩＬＳローカライザ偏差と比較して低周波アノマリを検出する飛行制御モジュールを提供する。例えば、当該ＩＬＳローカライザ偏差が当該ＧＰＳローカライザ偏差および当該慣性ローカライザ偏差の平均と異なる場合には、アノマリが検出される。本明細書で説明した実施形態はさらに、高アプローチ高度閾値、例えば、６００フィート未満から低アプローチ高度閾値、例えば、１９０フィート未満の低周波アノマリを検出する有効化プロセッサによる監視機能を提供する。低周波アノマリが当該有効化プロセッサにより検出されたとき、当該低アプローチ高度閾値、例えば、２００フィート未満の検出が、滑走路中心線からの実際の距離へではなく当該アノマリ自体への計算の同期を防ぐために無効化される。当該低アプローチ高度閾値未満の低周波アノマリの検出は、６００フィートから１９０フィートの監視と同様に実行され、ＩＬＳローカライザベースから慣性ローカライザベースへ航空機の制御を遷移するために使用されうる、アノマリが検出された信号を生成する。さらに、本明細書で説明した実施形態は、航空機のパイロットに低周波アノマリを警告するための視覚インジケータ、聴覚インジケータ、またはその両方を提供して、着陸が手動で実施されうるようにする。
さらに、本開示は以下の項に従う実施形態を含む。
項１：航空機の着陸中に計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ信号内のアノマリを検出するための飛行制御モジュールであって、
航空機に対する慣性データ、航空機に対する全地球測位システム（ＧＰＳ）データ、およびＩＬＳローカライザ偏差を受信するように構成された通信インタフェースと、
当該通信インタフェースに接続され、
当該慣性データに基づく慣性ローカライザ偏差を計算し、
当該ＧＰＳデータに基づくＧＰＳローカライザ偏差を計算し、
当該ＩＬＳローカライザ偏差を当該慣性ローカライザ偏差および当該ＧＰＳローカライザ偏差の平均と比較して、当該ＩＬＳローカライザ偏差における低周波アノマリを検出し、
当該低周波アノマリが検出されたとき、当該ＩＬＳローカライザ偏差に基づく航空機の制御から、当該慣性ローカライザ偏差に基づく航空機の制御への遷移を開始する
ように構成されたプロセッサと、
を備える、飛行制御モジュール。
項２：当該通信インタフェースはさらに、地上レベルの上の航空機の高度を測定するように構成されたレーダ高度計に接続され、当該プロセッサはさらに、航空機が低アプローチ高度閾値未満に降下したとき、当該慣性ローカライザ偏差および当該ＩＬＳローカライザ偏差に対するＧＰＳローカライザ偏差の計算を開始するように構成される、項１に記載の飛行制御モジュール。
項３：当該プロセッサはさらに、
航空機が高アプローチ高度閾値より下に降下したとき、当該慣性ローカライザ偏差および当該ＧＰＳローカライザ偏差の第２の計算を開始し、
航空機が当該高アプローチ高度閾値と当該低アプローチ高度閾値の間に配置されたとき、当該第２の計算を当該ＩＬＳローカライザ偏差と比較して、早期の低周波アノマリを検出し、
当該早期の低周波アノマリが当該高アプローチ高度閾値と当該低アプローチ高度閾値の間で検出されたとき、当該低アプローチ高度閾値より下の当該低周波アノマリの検出を無効にする、
ように構成される、項２に記載の飛行制御モジュール。
項４：当該低アプローチ高度閾値は２００フィートであり、当該高アプローチ高度閾値は６００フィートである、項３に記載の飛行制御モジュール。
項５：当該プロセッサはさらに、
当該慣性ローカライザ偏差を当該ＧＰＳローカライザ偏差と比較し、
当該慣性ローカライザ偏差および当該ＧＰＳローカライザ偏差の間の差が閾値を超過したとき、当該低周波アノマリの検出を無効にする
ように構成された、項１乃至４の何れか１項に記載の飛行制御モジュール。
項６：当該プロセッサはさらに、
当該慣性ローカライザ偏差および当該ＧＰＳローカライザ偏差の平均を計算し、
当該平均および当該ＩＬＳローカライザ偏差の間の絶対差を計算し、
当該絶対差がトリップ閾値を超過するときアノマリ・インジケータをラッチする、
ように構成される、項１乃至５の何れか１項に記載の飛行制御モジュール。
項７：当該プロセッサはさらに、当該絶対差がヒーリング期間に対するヒーリング閾値を下回った後に当該アノマリ・インジケータをリセットするように構成される、項６に記載の飛行制御モジュール。
項８：当該プロセッサはさらに、当該低周波アノマリが検出されているという指示を航空機のパイロットに対して開始するように構成される、項１乃至７の何れか１項に記載の飛行制御モジュール。
項９：航空機を着陸させるための飛行制御システムであって、
通信バスと、
当該通信バスに接続され、航空機のＧＰＳ位置を当該通信バスに送信するように構成された全地球測位システム（ＧＰＳ）と、
当該通信バスに接続され、計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ偏差を当該通信バスに送信するように構成されたマルチモード受信機（ＭＭＲ）であって、当該ＩＬＳローカライザ偏差は受信されたＩＬＳローカライザ信号に従って生成される、マルチモード受信機（ＭＭＲ）と、
当該通信バスに接続され、
航空機に対する慣性データ、当該ＧＰＳ位置、および当該ＩＬＳローカライザ偏差を当該通信バス上で受信し、
ＧＰＳローカライザ偏差および慣性ローカライザ偏差を計算し、
当該ＧＰＳローカライザ偏差および当該慣性ローカライザ偏差に対して計算された平均ローカライザ偏差と相対的な当該ＩＬＳローカライザ偏差の変動に基づいて、当該受信されたＩＬＳローカライザ信号内の低周波アノマリを検出する
ように構成された飛行制御モジュールと、
を備える、システム。
項１０：当該低周波アノマリが検出されたとき、当該ＩＬＳローカライザ偏差に基づく航空機の制御から当該慣性ローカライザ偏差に基づく航空機の制御に遷移するように構成された自動着陸システムをさらに含む、項９に記載の飛行制御システム。
項１１：当該飛行制御モジュールはさらに、インジケータをパイロット・インタフェース・システムに送信するように構成され、当該インジケータは当該低周波アノマリの検出を示す、項９または１０に記載の飛行制御システム。
項１２：当該パイロット・インタフェース・システムは、当該飛行制御モジュールから受信された当該インジケータに応答して視覚インジケータをパイロットに提供するように構成される、項１１に記載の飛行制御システム。
項１３：当該パイロット・インタフェース・システムは、当該飛行制御モジュールから受信された当該インジケータに応答して聴覚インジケータをパイロットに提供するように構成される、項１１または１２に記載の飛行制御システム。
項１４：当該飛行制御モジュールはさらに、
航空機が低アプローチ高度閾値未満に下降するとき、当該低周波アノマリの検出を有効にし、
当該低周波アノマリが当該低アプローチ高度閾値より上で検出されたとき、当該低アプローチ高度閾値より下の当該低周波アノマリの検出を無効にする、
ように構成される、項９乃至１３の何れか１項に記載の飛行制御システム。
項１５：当該飛行制御モジュールはさらに、当該ＧＰＳローカライザ偏差および当該慣性ローカライザ偏差の間の差が閾値を超過すると、当該低周波アノマリの検出を無効にするように構成される、項９乃至１４の何れか１項に記載の飛行制御システム。
項１６：当該飛行制御モジュールはさらに、航空機が着陸したときに開始するロールアウト期間の後に当該低周波アノマリの検出を無効にするように構成される、項９乃至１５の何れか１項に記載の飛行制御システム。
項１７：当該飛行制御モジュールはさらに、
補完フィルタされたＩＬＳローカライザ偏差に基づいて、当該ＧＰＳローカライザ偏差および当該慣性ローカライザ偏差の計算を開始し、
当該平均ローカライザ偏差をラグ・フィルタされたＩＬＳローカライザ偏差と比較して、当該低周波アノマリを検出する
ように構成される、項９乃至１６の何れか１項に記載の飛行制御システム。
項１８：当該飛行制御モジュールはさらに、地上速度、航跡角、滑走路横断加速度、および航空機ヘディングを含む慣性データを当該通信バス上で受信するように構成される、項９乃至１７の何れか１項に記載の飛行制御システム。
項１９：着陸中の航空機により受信される計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ信号内の低周波アノマリを検出する方法であって、
計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ信号を受信するステップと、
当該ＩＬＳローカライザ信号に基づいてＩＬＳローカライザ偏差を計算するステップと、
当該ＩＬＳローカライザ偏差に従って、航空機を制御するステップと、
全地球測位システム（ＧＰＳ）ローカライザ偏差を計算するステップと、
慣性ローカライザ偏差を計算するステップと、
当該ＧＰＳローカライザ偏差および当該慣性ローカライザ偏差の平均ローカライザ偏差を計算するステップと、
当該平均ローカライザ偏差と当該ＩＬＳローカライザ偏差の間の差が閾値を超過するとき、当該低周波アノマリを検出するステップと、
当該低周波アノマリを検出した後当該慣性ローカライザ偏差に従って航空機を制御するステップと、
を含む、方法。
項２０：当該慣性ローカライザ偏差を計算するステップは、
航空機が低アプローチ高度閾値未満に下降したとき、当該慣性ローカライザ偏差を当該ＩＬＳローカライザ偏差に初期化するステップと、
航空機に対する慣性データを統合して、当該低アプローチ高度閾値未満の当該慣性ローカライザ偏差を、ロールアウトを介して連続的に更新するステップと、
を含む、項１９に記載の方法。
項２１：航空機が高アプローチ高度閾値未満に降下したとき、第２の慣性ローカライザ偏差を当該ＩＬＳローカライザ偏差に初期化するステップと、
航空機が当該高アプローチ高度閾値未満に降下したとき、第２のＧＰＳローカライザ偏差を当該ＩＬＳローカライザ偏差に初期化するステップと、
当該ＩＬＳローカライザ偏差と当該第２の慣性ローカライザ偏差および当該第２のＧＰＳローカライザ偏差の第２の平均ローカライザ偏差との間の分散に基づいて早期の低周波アノマリを検出するステップと、
航空機が当該低アプローチ高度閾値未満に降下する前に当該低周波アノマリの検出を無効にするステップと、
をさらに含む、項２０に記載の方法。
項２２：当該慣性ローカライザ偏差を開始し、航空機を制御するための当該ＩＬＳローカライザ偏差を補完フィルタするステップをさらに含む、項１９乃至２１の何れか１項に記載の方法。
項２３：当該ＧＰＳローカライザ偏差および当該慣性ローカライザ偏差の間の差を計算するステップと、
当該差が閾値を超えたとき、当該低周波アノマリの検出を無効にするステップと、
をさらに含む、項１９乃至２２の何れか１項に記載の方法。
項２４：当該ＩＬＳローカライザ偏差をラグ・フィルタするステップと、
当該平均ローカライザ偏差および当該ラグ・フィルタされたＩＬＳローカライザ偏差の間の差を当該低周波アノマリの検出のために計算するステップと、
をさらに含む、項１９乃至２３の何れか１項に記載の方法。
項２５：インジケータをパイロット・インタフェース・システムに送信するステップをさらに含み、当該インジケータは当該低周波アノマリの検出を示す、項１９乃至２４の何れか１項に記載の方法。
飛行制御システムに対する方法、システム、および装置の例示的な実施形態は本明細書で説明した特定の実施形態に限定されず、システムのコンポーネントおよび／または方法のステップを本明細書で説明した他のコンポーネントおよび／またはステップと独立にかつ別々に利用してもよい。例えば、当該方法を他の非従来型の飛行制御システムと組み合わせて使用してもよく、本明細書で説明したシステムおよび方法のみを用いた実施には限定されない。むしろ、当該例示的な実施形態は、増大された効率、削減された動作コスト、および削減された資本支出から利益を受けうる他の多数のアプリケーション、機器、およびシステムと関連して実装し利用してもよい。
本明細書で説明した方法、システム、および装置の例示的な技術的効果は、（ａ）航空機の着陸中に低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリを検出すること、（ｂ）低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリが検出されたとき、自動着陸の間に航空機のＩＬＳローカライザ偏差ベースの制御を航空機のＳＩＬＤベースの制御に遷移させること、（ｃ）低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出を通じて自動着陸システムの利用可能性を高めること、（ｄ）ＧＰＳローカライザ偏差データによるＳＩＬＤデータの検証を通じて偽陽性低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリの検出を減らすこと、（ｅ）６００から２００フィート未満の低周波アノマリに対するＩＬＳローカライザ信号の監視を通じて２００フィート未満のローカライザ誘導を改善すること、（ｆ）１つまたは複数の視覚または聴覚インジケータを介して検出された低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリのインジケータを提供することのうち少なくとも１つを含む。
幾つかの実施形態は１つまたは複数の電子または計算デバイスの利用を含む。かかるデバイスは一般に、汎用目的中央演算装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セット・コンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能ロジック回路（ＰＬＣ）、フィールド・プログラム可能ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイス、および／または本明細書で説明した機能を実行できる他の任意の回路または処理デバイスのようなプロセッサ、処理デバイス、またはコントローラを含む。本明細書で説明した方法をコンピュータ可読媒体で具体化された実行可能命令として符号化してもよい。当該コンピュータ可読媒体には、限定ではなく、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイスが含まれる。かかる命令は、処理デバイスにより実行されたとき、本明細書で説明した方法の少なくとも一部を当該処理デバイスに実施させる。上述の例は例示的なものにすぎず、プロセッサ、処理デバイス、およびコントローラという用語の定義および／または意味を決して限定する意図はない。
本明細書で説明した実施形態では、メモリは、限定ではなく、ランダム・アクセスメモリ（ＲＡＭ）のようなコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリのようなコンピュータ可読非不揮発性媒体を含んでもよい。あるいは、フロッピーディスク、コンパクト・ディスク読取専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を使用してもよい。また、本明細書で説明した実施形態では、追加の入力チャネルはマウスおよびキーボードのようなオペレータ・インタフェースに関連付けられたコンピュータ周辺装置であってもよいがこれらに限られない。あるいは、他のコンピュータ周辺装置を使用してもよい。当該他のコンピュータ周辺装置は例えばスキャナを含んでもよいがこれらに限られない。さらに、当該例示的な実施形態において、追加の出力チャネルはオペレータ・インタフェースモニタを含んでもよいがこれらに限られない。
以上の説明では様々な例を用いて様々な実施形態を開示した。これらの実施形態は、当業者が任意のデバイスまたはシステムを生成し使用すること、任意の組み込まれた方法を実施することを含めて、これらの実施形態を実施できるようにするためにベスト・モードを含む。当該特許可能な範囲はクレームにより定義され、当業者に想到する他の例を含んでもよい。かかる他の例は、それらがクレームの文字通りの言葉と相違しない構造的要素を有する場合、またはそれらがクレームの文字通りの言葉から大幅に異なる均等な構造的要素を含む場合にクレームの範囲内にある。
３０８ 磁気滑走路ヘディング
３１０ 地上速度
３１２ 航跡角
３１４ 航空機ヘディング
４０２ 飛行制御モジュール
４０４ アクチュエータ制御モジュール
４０８ アクチュエータ
４１２ センサ
４１５ 通信インタフェース
４１６ 滑走路横断加速度
４１８ レーダ高度計
４２４ 左ＭＭＲローカライザ偏差
４２６ 右ＭＭＲローカライザ偏差
４２８ 自動着陸システム
４３２ ＧＰＳ位置
４３４ 補完フィルタ
４３６ ラグ・フィルタ
４３８ 有効化プロセッサ
４４０ 低周波ＩＬＳローカライザ・アノマリ検出プロセッサ

Claims (15)

  1. 航空機（１０２）の着陸中に計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ信号内のアノマリを検出するための飛行制御モジュール（４０２）であって、
    前記航空機（１０２）に対する慣性データ、前記航空機（１０２）に対する全地球測位システム（ＧＰＳ）データ、およびＩＬＳローカライザ偏差（５０１）を受信するように構成された通信インタフェース（４１５）と、
    前記通信インタフェース（４１５）に接続され、
    前記慣性データに基づいて慣性ローカライザ偏差（５３５）を計算し、
    前記ＧＰＳデータに基づいてＧＰＳローカライザ偏差（６０６）を計算し、
    前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）を前記慣性ローカライザ偏差（５３５）および前記ＧＰＳローカライザ偏差（６０６）の平均と比較して、前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）における低周波アノマリを検出し、
    前記低周波アノマリが検出されたとき、前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）に基づいて前記航空機（１０２）を制御することから前記慣性ローカライザ偏差に基づいて前記航空機（１０２）を制御することへの遷移を開始する
    ように構成された、プロセッサ（４４０）と、
    を備える、飛行制御モジュール（４０２）。
  2. 前記通信インタフェース（４１５）はさらに、地上レベルより上の前記航空機（１０２）の高度を測定するように構成されたレーダ高度計（４１８）に接続され、前記プロセッサ（４４０）はさらに、前記航空機（１０２）が低アプローチ高度閾値未満に降下したときに、前記慣性ローカライザ偏差（５３５）と前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）への前記ＧＰＳローカライザ偏差との計算を開始するように構成される、請求項１に記載の飛行制御モジュール。
  3. 前記プロセッサ（４４０）はさらに、
    前記航空機（１０２）が高アプローチ高度閾値より下に降下するとき、前記慣性ローカライザ偏差（５３５）および前記ＧＰＳローカライザ偏差（６０６）の第２の計算を開始し、
    前記航空機（１０２）が前記高アプローチ高度閾値と前記低アプローチ高度閾値の間に配置されたとき、前記第２の計算を前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）と比較して、早期の低周波アノマリを検出し、
    前記早期の低周波アノマリが前記高アプローチ高度閾値と前記低アプローチ高度閾値の間で検出されるとき、前記低アプローチ高度閾値より下の前記低周波アノマリの検出を無効にする、
    ように構成される、請求項２に記載の飛行制御モジュール。
  4. 前記低アプローチ高度閾値は２００フィートであり、前記高アプローチ高度閾値は６００フィートである、請求項３に記載の飛行制御モジュール。
  5. 前記プロセッサ（４４０）はさらに、
    前記慣性ローカライザ偏差（５３５）を前記ＧＰＳローカライザ偏差（６０６）と比較し、
    前記慣性ローカライザ偏差（５３５）と前記ＧＰＳローカライザ偏差（６０６）の間の差が閾値を超過するとき、前記低周波アノマリの検出を無効にする
    ように構成される、請求項１乃至４の何れか１項に記載の飛行制御モジュール。
  6. 前記プロセッサ（４４０）はさらに、
    前記慣性ローカライザ偏差（５３５）と前記ＧＰＳローカライザ偏差（６０６）の平均として平均ローカライザ偏差（６１４）を計算し、
    前記平均ローカライザ偏差（６１４）と前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）の間の絶対差を計算し、
    前記絶対差がトリップ閾値（６２４）を超過するとき、アノマリ・インジケータをラッチする、
    ように構成される、請求項１乃至５の何れか１項に記載の飛行制御モジュール。
  7. 前記プロセッサ（４４０）はさらに、前記絶対差がヒーリング期間に対するヒーリング閾値（６６２）を下回った後、前記アノマリ・インジケータをリセットするように構成される、請求項６に記載の飛行制御モジュール。
  8. 前記プロセッサ（４４０）はさらに、前記低周波アノマリが検出されているという指示を前記航空機（１０２）のパイロットに対して開始するように構成される、請求項１乃至７の何れか１項に記載の飛行制御モジュール。
  9. 着陸中の航空機（１０２）により受信される計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ信号内の低周波アノマリを検出する方法（７００）であって、
    計器着陸システム（ＩＬＳ）ローカライザ信号を受信するステップ（７１０）と、
    前記ＩＬＳローカライザ信号に基づいてＩＬＳローカライザ偏差（５０１）を計算するステップ（７２０）と、
    前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）に従って前記航空機（１０２）を制御するステップ（７３０）と、
    全地球測位システム（ＧＰＳ）ローカライザ偏差（６０６）を計算するステップ（７４０）と、
    慣性ローカライザ偏差（５３５）を計算するステップ（７５０）と、
    前記ＧＰＳローカライザ偏差（６０６）および前記慣性ローカライザ偏差（５３５）の平均ローカライザ偏差（６１４）を計算するステップ（７６０）と、
    前記平均ローカライザ偏差（６１４）と前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）の間の差が閾値（６２４）を超過するとき、前記低周波アノマリを検出するステップ（７７０）と、
    前記低周波アノマリを検出した後、前記慣性ローカライザ偏差（５３５）に従って前記航空機（１０２）を制御するステップ（７８０）と、
    を含む、方法。
  10. 前記慣性ローカライザ偏差（５３５）を計算するステップ（７５０）は、
    前記航空機（１０２）が低アプローチ高度閾値未満に下降したとき、前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）に対する前記慣性ローカライザ偏差（５３５）を初期化するステップと、
    前記航空機（１０２）に対する慣性データを統合して、前記低アプローチ高度閾値未満の前記慣性ローカライザ偏差（５３５）を、ロールアウトを介して連続的に更新するステップと、
    を含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記航空機（１０２）が高アプローチ高度閾値未満に降下するとき、前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）に対する第２の慣性ローカライザ偏差（５３５）を初期化するステップと、
    前記航空機（１０２）が前記高アプローチ高度閾値未満に降下するときに、前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）に対する第２のＧＰＳローカライザ偏差（６０６）を初期化するステップと、
    前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）と前記第２の慣性ローカライザ偏差（５３５）の第２の平均ローカライザ偏差（６１４）および前記第２のＧＰＳローカライザ偏差（６０６）との間の分散に基づいて早期の低周波アノマリを検出するステップと、
    前記航空機が前記低アプローチ高度閾値未満に降下する前に前記低周波アノマリの検出を無効にするステップと、
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記慣性ローカライザ偏差（５３５）を初期化し前記航空機（１０２）を制御するために前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）を補完フィルタするステップをさらに含む、請求項９乃至１１の何れか１項に記載の方法。
  13. 前記ＧＰＳローカライザ偏差（６０６）と前記慣性ローカライザ偏差（５３５）の差を計算するステップと、
    前記差が閾値を超えたとき、前記低周波アノマリの検出を無効にするステップと、
    をさらに含む、請求項９乃至１２の何れか１項に記載の方法。
  14. 前記ＩＬＳローカライザ偏差（５０１）をラグ・フィルタするステップと、
    前記低周波アノマリを検出するために、前記平均ローカライザ偏差（６１４）と前記ラグ・フィルタされたＩＬＳローカライザ偏差の差を計算するステップと、
    をさらに含む、請求項９乃至１３の何れか１項に記載の方法。
  15. インジケータをパイロット・インタフェース・システムに送信するステップをさらに含み、前記インジケータは前記低周波アノマリの検出を示す、請求項９乃至１４の何れか１項に記載の方法。
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