JP7122978B2 - 光学エアデータシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６２／３５８，９２４号（２０１６年７月６日出願）からの優先権の利益を主張し、上記出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。

エアデータシステム（「ＡＤＳ」）が、航空機安定性に影響を及ぼすエアパラメータをパイロット、ナビゲータ、または乗り物管理システムコンピュータに通知する感知テレメトリを提供する。これらのエアパラメータは、例えば、対気速度、気温、および気圧を含み、各々は、ナビゲーションおよび飛行制御のために有用である。ＡＤＳは、多くの形態において、例えば、機械的、光機械的、または光電子的デバイスとして存在する。

１つの機械的ＡＤＳは、航空機の外部に取り付けられるピトー管を含む。ピトー静的システムは、航空機の外部の空気を受け取り、気圧に基づいて対気速度を決定する空気圧式測定機器である。典型的なピトー静的システムは、複数の孔を通して受け取られた空気の圧力を測定するための圧力トランスデューサを使用する。決定された気圧は、対気速度を計算するために、周知のベルヌーイ方程式を使用して、空気密度測定値および気温測定値と組み合わせられる。パイロットおよび乗り物管理システムは、航空機安定性、飛行制御、ならびにナビゲーションに関する決定のためにこの情報を使用する。

ある実施形態では、飛行体のための光学エアデータシステムは、ＬＩＤＡＲモジュールと、データ処理モジュールとを含む。ＬＩＤＡＲモジュールは、全てが共通平面内に位置するわけではない少なくとも３つのレーザビームを放出し、レーザビームの各々の後方散乱成分のＬＩＤＡＲ測定を実施するように構成される。データ処理モジュールは、プロセッサと、プロセッサによって実行されると、ＬＩＤＡＲ測定値を処理し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定する機械読み取り可能な命令とを含む。レーザビームとＬＩＤＡＲモジュールの１つ以上の視野との間の重複は、飛行体から短距離における少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するために、ＬＩＤＡＲモジュールから２メートル以内にあり得る。

ある実施形態では、飛行体のためのエアデータパラメータを決定する方法が、共通平面内に位置しない少なくとも３つのレーザビームからＬＩＤＡＲ測定値を取得することと、ＬＩＤＡＲ測定値を処理し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することとを含む。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
飛行体のための光学エアデータシステムであって、前記光学エアデータシステムは、
全てが共通平面内に位置するわけではない少なくとも３つのレーザビームを放出することと、前記レーザビームの各々の後方散乱成分のＬＩＤＡＲ測定を実施することとを行うように構成されているＬＩＤＡＲモジュールと、
プロセッサと機械読み取り可能な命令とを含むデータ処理モジュールと
を備え、
前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記ＬＩＤＡＲ測定値を処理し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定する、光学エアデータシステム。
（項目２）
前記レーザビームと前記ＬＩＤＡＲモジュールの視野との間の重複は、前記飛行体から２メートル以内の前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するために、前記ＬＩＤＡＲモジュールから２メートル以内にある、項目１に記載の光学エアデータシステム。
（項目３）
前記レーザビームの各々のために、前記ＬＩＤＡＲモジュールは、光検出器を含み、前記光検出器は、前記ＬＩＤＡＲモジュールから２メートル以内に前記それぞれのレーザビームと重複する視野を有する、項目２に記載の光学エアデータシステム。
（項目４）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、
前記ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択するステップと、
前記許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値のみに基づいて、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するステップと
を実施するように構成されている、項目１に記載の光学エアデータシステム。
（項目５）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記決定するステップにおいて、前記飛行体の対気速度、大気温度、および大気圧を決定するように構成されている、項目４に記載の光学エアデータシステム。
（項目６）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記決定するステップにおいて、
許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、全てが共通平面内に位置するわけではない４つ以上のレーザビームの各々に対して利用可能であるとき、前記飛行体のフルベクトル速度を決定することと、
許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、前記レーザビームのうちの１つまたは２つのみに対して利用可能であるとき、前記飛行体の水線速度の推定値を決定することと
を行うように構成されている、項目４に記載の光学エアデータシステム。
（項目７）
前記少なくとも３つのレーザビームは、４つのレーザビームを含む、項目１に記載の光学エアデータシステム。
（項目８）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、
前記後方散乱成分に基づいて、ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択するステップと、
前記ＬＩＤＡＲ測定値が、前記４つのレーザビームの各々に対して許容可能な品質であるとき、前記４つのレーザビームの全ての前記ＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、飛行体のフルベクトル速度を計算するステップと
を実施するように構成されている、項目７に記載の光学エアデータシステム。
（項目９）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを前記ＬＩＤＡＲ測定値に適合させ、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するように構成されている、項目１に記載の光学エアデータシステム。
（項目１０）
前記ＬＩＤＡＲモジュールは、前記レーザビームの各々に対して、エアロゾル散乱に基づく第１のＬＩＤＡＲ測定値と分子散乱に基づく第２のＬＩＤＡＲ測定値との両方を取得するように構成されている、項目１に記載の光学エアデータシステム。
（項目１１）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、
前記第１のＬＩＤＡＲ測定値および前記第２のＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータの２つの推定値をそれぞれ決定するステップと、
前記２つの推定値を評価し、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを精緻化するステップと
を実施するように構成されている、項目１０に記載の光学エアデータシステム。
（項目１２）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、
前記第１のＬＩＤＡＲ測定値および前記第２のＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、前記フルベクトル速度の２つの推定値をそれぞれ生成するステップと、
前記２つの推定値に基づいて、精緻化されたフルベクトル速度を決定するステップと
を実施するように構成されている、項目１１に記載の光学エアデータシステム。
（項目１３）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、（ａ）前記飛行体のフルベクトル速度、（ｂ）前記分子散乱に基づく前記飛行体における大気温度、および、（ｃ）前記分子散乱に基づく前記飛行体における大気圧を決定するように構成されている、項目１０に記載の光学エアデータシステム。
（項目１４）
前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記ＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、
前記飛行体のフルベクトル速度、大気温度、および大気圧を決定するステップと、
複数のエアデータパラメータのうちの別の１つに基づいて、前記フルベクトル速度、前記大気温度、および前記大気圧のうちの１つの正確度を評価するステップと
を実施するように構成されている、項目１に記載の光学エアデータデータシステム。
（項目１５）
少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを生成するための機械的センサシステムと、
飛行体の動作を少なくとも部分的に制御するための飛行制御システムと
をさらに含み、
前記飛行制御システムは、投票モジュールを含み、前記投票モジュールは、前記制御することを実施するために、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび前記少なくとも１つの機械的エアデータパラメータから少なくとも１つの最終エアデータパラメータを選択する、前記飛行体において実装されている項目１に記載の光学エアデータシステム。
（項目１６）
飛行体のためのエアデータパラメータを決定する方法であって、前記方法は、
共通平面内に位置しない少なくとも３つのレーザビームからＬＩＤＡＲ測定値を取得することと、
前記ＬＩＤＡＲ測定値を処理し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することと
を含む、方法。
（項目１７）
前記取得するステップは、前記飛行体から２メートル以内の少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するために、前記飛行体から２メートル以内の散乱事象から前記ＬＩＤＡＲ測定値を取得することを含む、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記処理するステップは、（ａ）分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値から大気圧および温度を決定することと、（ｂ）エアロゾル散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値および分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値のうちの一方または両方からフルベクトル速度を決定することとを含む、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
前記決定するステップは、少なくとも、前記分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値が有効なエアデータパラメータを提供するために不十分なエアロゾル濃度を伴う高度において、前記分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値から前記フルベクトル速度を決定することを含む、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを取得することと、
前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび前記少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを評価し、少なくとも１つの最終エアデータパラメータを決定することと
をさらに含む、項目１６に記載の方法。
（項目２１）
前記評価するステップは、
前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータに基づいて、少なくとも１つの大気性質を識別することと、
前記少なくとも１つの大気性質に基づいて、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび前記少なくとも１つの機械的エアデータパラメータの妥当性を評価することと
を含む、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
前記少なくとも１つの大気性質に基づいて、少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを破棄することをさらに含む、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記少なくとも１つの大気性質は、エアロゾル質量密度およびエアロゾル濃度のうちの少なくとも１つを含む、項目２１に記載の方法。
（項目２４）
前記処理するステップは、
前記ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択することと、
前記許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値のみに基づいて、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを生成することと
を含む、項目１６に記載の方法。
（項目２５）
前記決定するステップは、
許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、全てが共通平面内に位置するわけではない４つ以上のレーザビームの各々に対して利用可能であるとき、前記飛行体のフルベクトル速度を決定することと、
許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、前記レーザビームのうちの１つまたは２つのみに対して利用可能であるとき、前記飛行体の水線速度を推定することと
を含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
前記水線速度を推定するステップは、前記飛行体が、主として軸方向に進行していると仮定することを含む、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
前記取得するステップは、改良された冗長性のために、全てが共通平面内に位置するわけではない４つのレーザビームからＬＩＤＡＲ測定値を取得することを含む、項目１６に記載の方法。
（項目２８）
前記決定するステップは、
前記ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択することと、
前記ＬＩＤＡＲ測定値が、前記４つのレーザビームの各々に対して許容可能な品質であるとき、前記４つのレーザビームの全ての前記ＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、飛行体のフルベクトル速度を計算することと
を含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
前記処理するステップは、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを前記ＬＩＤＡＲ測定値に適合させ、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することを含む、項目１６に記載の方法。

図１は、ある実施形態による、飛行体にオンボードで実装される光学エアデータシステムを図示する。

図２は、ある実施形態による、図１の光学エアデータシステムの概略ブロック図である。

図３は、ある実施形態による、飛行体にオンボードで実装される図１の光学エアデータシステムのＬＩＤＡＲモジュールの一例示的構成を示す。

図４は、ある実施形態による、レーザ送受信機を図示する。

図５は、ある実施形態による、レーザ光を出力し、後方散乱光を検出するための別個の光路を伴うレーザ送受信機を図示する。

図６および７は、ある実施形態による、レーザ送受信機の光学的構成を図示する。 図６および７は、ある実施形態による、レーザ送受信機の光学的構成を図示する。

図８は、図６および７のレーザ送受信機に関する例示的重複関数を示す。

図９は、ある実施形態による、光学測定値に基づいてエアデータパラメータを決定する方法を図示する。

図１０Ａおよび１０Ｂは、ある実施形態による、結果として生じる光学ベースのエアデータパラメータに信頼性があることを確実にするために、ＬＩＤＡＲ信号品質を評価し、一貫性チェックを実施しながら、ＬＩＤＡＲ測定値からエアデータパラメータを決定する方法を図示する 図１０Ａおよび１０Ｂは、ある実施形態による、結果として生じる光学ベースのエアデータパラメータに信頼性があることを確実にするために、ＬＩＤＡＲ信号品質を評価し、一貫性チェックを実施しながら、ＬＩＤＡＲ測定値からエアデータパラメータを決定する方法を図示する。

図１１は、ある実施形態による、光学エアデータシステムを用いて従来のエアデータシステムを増強する方法を図示する。

従来技術のＡＤＳは、限定を有する。ピトー静的システムに関して、例えば、航空機速度が低すぎる場合、圧力トランスデューサは、有意義なテレメトリデータを提供するための必須の感度を欠き得、それによって、トランスデューサ信号雑音または誤差は、圧力測定における有意差を上回り得る。代替として、速度が非常に高い（例えば、超音速）である場合、ベルヌーイの方程式における空気流の非圧縮性に関するそれら等のある仮定が犯され、測定は、不正確である。したがって、そのようなシステムは、正確な速度感知のために圧力下限を有する。故に、ベルヌーイの方程式は、種々の破られた仮定を補償するために改変されなければならない。この補償プロセスは、高度および空気密度の急速に変化する条件において継続しなければならない。最後に、従来技術のＡＤＳは、航空機垂直および側方対気速度を直接測定することができず、迎角センサまたは航空機分散静圧センサに依拠する。方法は、大きい迎角または横滑り角において非常に不正確である。

加えて、特に、着氷および危険な気象条件において、従来技術の従来のピトー静的システムに対する脆弱性が存在する。例えば、ピトー管は、いくつかの危険な気象条件において着氷した状態になり、誤った対気速度読み取りを引き起こし得る。これは、パイロットの航空機の対気速度の理解および航空機の安全な動作の喪失をもたらす。これらのピトー静的システムは、地上整備員が飛行に先立って保護ソックスを除去し忘れること、および虫が管内に巣を張ること等の事象によっても損なわれ、それによって、ピトー静的システムを使用不能にする。したがって、測定されるエアデータパラメータの信頼性および利用可能性を増加させるために、従来の（機械的）エアデータシステムを光学エアデータシステム等のシステムを用いて増強する必要性、またはそれと置換する必要性がある。

１つの改良は、対気速度のパラメータを決定するために光を使用する光学エアデータシステム（「ＯＡＤＳ」）である。光学エアデータシステムは、光を大気中に伝送し、航空機に向かうエアロゾルおよび空気分子から反射または「後方散乱」されて戻る光を受け取る。エアロゾルは、空気中に懸濁される微細な固体および／または液体粒子であり、分子は、窒素および酸素ならびに他の大気構成物を含む。光学エアデータシステムは、ドップラー効果も測定し、後方散乱光を受け取り、戻り周波数を測定し、速度を決定し得る。

しかしながら、エアロゾル散乱のみに依拠する光学エアデータシステムは、変動するエアロゾル分布により、信頼性がない。例えば、エアロゾル分布は、高度および雲の含有量とともに有意に変動する。加えて、大気のいくつかの領域は、信頼性のあるエアデータ測定を可能にするためには少なすぎるエアロゾルを含む。したがって、エアロゾルベースのＯＡＤＳは、現代の航空機が頻繁に使用する全ての高度において対気速度を決定することができない。最後に、エアロゾル散乱のみに依拠するＯＡＤＳは、気温または気圧を決定することができない。気温および気圧は、空気密度およびマッハ数を決定するために重要なエアデータパラメータである。したがって、エアロゾル散乱のみに依拠する光学エアデータシステムおよび方法を改良する必要性がある。

本明細書において、上で議論される問題を少なくとも部分的に克服する光学エアデータシステムが、開示される。光学エアデータシステムの各々は、エアデータ測定値を取得するためにマルチビーム光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）モジュールを利用し、ピトー静的システムのいかなる測定基礎も共有しないエアデータソリューションを提供する。ＬＩＤＡＲモジュールは、ピトー静的システムのいかなる測定基礎も共有せず、したがって、従来のエアデータシステムに対して冗長であり、かつ従来のエアデータシステムに一般的ないかなる故障モードも有していないエアデータ測定値を提供する。

本開示される光学エアデータシステムの一実装では、光学エアデータシステムは、全ての気象条件および全ての高度における全てのエアデータパラメータ、大気温度、大気圧、ならびにフルベクトル速度（真の対気速度）を提供することによって、従来のエアデータセンサを増強または置換し得る。従来のエアデータシステムを増強するように構成される実装では、光学エアデータシステムは、（ａ）従来のエアデータシステムと通信可能に結合され、（ｂ）従来のエアデータシステムを含み、または、（ｃ）従来のエアデータシステムとも通信可能に結合される飛行制御システムと通信可能に結合され得る。ある実施形態では、本明細書に開示される光学エアデータシステムは、従来技術のエアデータシステムと比較して、エアデータ測定値の増加された利用可能性を提供する。随意に、本開示される光学エアデータシステムのＬＩＤＡＲモジュールは、航空機から１または数メートル以内等の短距離において測定値を取得し、それによって、厳しい気象条件における光学エアデータの利用可能性を改良することが可能である。

図１および２は、飛行体１９０にオンボードで実装される一例示的光学エアデータシステム（ＯＡＤＳ）１００を図示する。飛行体１９０は、航空機、ヘリコプタ、または他の飛行体であり得る。図１は、航空機にオンボードで実装されるような例示的使用シナリオにおけるＯＡＤＳ１００を示す。図２は、ＯＡＤＳ１００の概略ブロック図である。図１および２は、合わせて最良に視認される。

ＯＡＤＳ１００は、ＬＩＤＡＲモジュール１１０と、データ処理モジュール１２０とを含む。ＬＩＤＡＲモジュール１１０は、３つ以上のレーザビームを放出し、大気によって後方反射されたレーザビームの成分を検出する３つ以上のレーザ送受信機２１０を含む。後方反射成分は、エアロゾルからのミー散乱（エアロゾル散乱）および／または分子からのレイリー散乱（分子散乱）によって生産され得る。ある実施形態では、各レーザ送受信機２１０は、エアロゾル散乱および分子散乱の両方に感受性がある。本実施形態では、ＬＩＤＡＲモジュール１１０は、大気境界層、雲、および着氷事象において見出されるもの等の高エアロゾル負荷環境からの全てのエアロゾル負荷条件において、および３０，０００フィート以上の一般的な航空機動作高度等におけるエアロゾルが殆どまたは全く存在しない環境において効率的に動作する。高高度において、一般的に、分子散乱のみが存在し、エアロゾル散乱のみに感受性があるＬＩＤＡＲシステムは、失敗し得る。レイリー／ミーＬＩＤＡＲモジュールの使用は、概して、高データ利用可能性を伴い、いかなるデータ欠落またはセンサ故障も伴わずに、地上レベルから輸送航空機巡航高度およびそれを上回るものまでの全ての航空機動作高度において、全てのエアデータパラメータの測定を確実にする。

データ処理モジュール１２０は、後方反射成分の測定値を処理し、対気速度、大気圧、大気温度、迎角および横滑り角等の航空機配向、ならびに／または部分的エアロゾル散乱等のエアデータパラメータを生成する。ＬＩＤＡＲモジュール１１０は、全てが同一平面上にあるわけではない３つ以上の異なる伝搬方向に沿ってレーザビームをそれぞれ放出する、３つ以上のレーザ送受信機２１０で構成される。この幾何学形状によって、ＯＡＤＳ１１０は、例えば、軸方向速度（水線速度としても公知である）、側方速度、および垂直速度の観点から分解される、飛行体１９０の座標枠における飛行体１９０のフルベクトル速度を決定することが可能である。

３つ以上のレーザ送受信機２１０は、レーザビームを個々に生成するために３つ以上のそれぞれのレーザを含むか、もしくは代替として、１つのレーザ等のより少ない数のレーザから３つ以上のレーザビームを生成するために適切な光学を含み得る。同様に、３つ以上のレーザ送受信機２１０は、各レーザビームのために１つの光検出器を含み得るか、もしくは代替として、３つ以上のレーザ送受信機２１０は、より少ない数の光検出器を共有し得る。図２は、３つを超えて１つのみの随意のレーザ送受信機２１０を示すが、ＬＩＤＡＲモジュール１１０は、本明細書の範囲から逸脱することなく、３つを超えていくつかのレーザ送受信機２１０を含み得る。

データ処理モジュール１２０は、プロセッサ２４０と、機械読み取り可能な命令２６０を含む非一過性メモリ２５０とを含む。メモリ２５０は、例えば、非揮発性メモリである。データ処理モジュール１２０は、コンピュータまたはマイクロプロセッサの形態において実装され得る。命令２６０は、プロセッサ２４０による実行時、ＬＩＤＡＲモジュール１１０から受信された測定値を処理し、対気速度、大気圧、および／または温度等の１つ以上のエアパラメータを決定するＬＩＤＡＲ命令２６２を含む。この目的のために、ＬＩＤＡＲ命令２６２は、米国特許第８，０７２，５８４号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に開示されるもの等のアルゴリズムを含み得る。データ処理モジュール１２０は、飛行体１９０にオンボードの飛行制御システム２８０と通信可能に結合され得、その場合、飛行制御システム２８０は、データ処理モジュール１２０によって生成されたエアパラメータを利用し得る。

ある実装では、飛行体１９０は、従来のセンサシステム１３０、例えば、ピトー静的システムをさらに具備する。これらの実装では、飛行体１９０は、ＯＡＤＳ１００および従来のセンサシステム１３０の両方から受信されたエアデータを利用し得る。一実施形態では、ＯＡＤＳ１００は、従来のセンサシステム１３０を含む。この実施形態では、命令２６０は、プロセッサ２４０による実行時、従来のセンサシステム１３０から受信された測定値を処理し、対気速度、大気圧、および／または温度等の１つ以上のエアパラメータを決定する従来の命令２６４を含み得る。別の実施形態では、ＯＡＤＳ１００および従来のセンサシステム１３０は、飛行制御システム２８０と通信可能に結合される。飛行制御システム２８０は、より良好な品質および正確度であると予期されるエアデータを選択するために、データ処理モジュール１２０からの光学ベースのエアデータおよび従来のセンサシステム１３０からの従来のエアデータの両方を集合的に考慮する投票モジュール２８２を含み得る。投票モジュール２８２は、飛行制御システム２８０内の非一過性メモリ内にエンコードされる機械読み取り可能な命令を含み得、命令は、飛行制御システム２８０内のプロセッサによって実行されると、投票アルゴリズムをエアデータに適用し、最も正確なエアデータを選択し、および／または、より正確であると予期されるエアパラメータにより大きな重みを与える。

図３は、飛行体１９０にオンボードで実装されるＬＩＤＡＲモジュール１１０の一例示的構成を示す。レーザ送受信機２１０が、窓３９２の後方に位置付けられる。窓３９２は、飛行体１９０の局所表面３９０の外側モールド線合わせられ得る。レーザ送受信機２１０は、少なくとも３つのレーザビーム３１０を放出する。これらの少なくとも３つのレーザビーム３１０は、全てが同一平面上にあるわけではない。この構成は、真の対気速度測定値をもたらす側方および垂直速度、ならびに軸方向飛行線速度（水線速度）の決定を確実にする。航空機水線速度、航空機垂直速度、および航空機側方速度を、これらの測定値に基づくメトリックとともに提供することは、従来のエアデータシステムから以前には利用可能でなかった航空機制御データを提供する。データ処理モジュール１２０は、改良された航空機制御、したがって、増加された飛行安全性および乗り心地のために、この情報を飛行制御システム２８０に中継し得る。

図３に示される構成の一例では、各レーザビーム３１０は、ＬＩＤＡＲモジュール１１０の法線ベクトルから離れるように、約４５度等の約３０～６０度の角度における方向に伝搬する。ＬＩＤＡＲモジュール１１０の法線ベクトルは、飛行体１９０の縦方向軸に沿って向けられ得る。

ＬＩＤＡＲモジュール１１０から、ＯＡＤＳ１００によって処理される後方反射レーザ光を生産する散乱源までの距離である測定値が取得される範囲は、レーザビーム３１０とレーザ送受信機２１０の視野との間の重複によって決定される。一実施形態では、ＬＩＤＡＲモジュール１１０は、この重複がＬＩＤＡＲモジュール１１０から離れて約１または数メートルであるように構成される。１つのそのような例では、重複は、ＬＩＤＡＲモジュール１１０から約１メートルにおいて最適であり、ＬＩＤＡＲモジュール１１０から約０．５～２メートルの範囲に及び得る。この構成は、飛行体１９０の直近から光学ベースのエアパラメータを取得することを可能にし、それは、気象誘発失敗のリスクを低減させる。例えば、この短距離構成は、ＯＡＤＳ１００が、飛行体１９０が集中豪雨、霧、または雲の中にあり、長距離信号が消失するであろうとき等、長距離測定が失敗するであろう条件においても、有効なエアデータを提供し得ることを確実にする。さらに、ＬＩＤＡＲモジュール１１０は、飛行体の内部に、飛行体１９０の外側モールド線に合った窓３９２の後方に搭載されるので、ＯＡＤＳ１００は、従来のシステムのように着氷を受けやすくない。ＬＩＤＡＲモジュール１１０は、一般的に着氷区域と見なされる飛行体１９０の前縁上に搭載される必要はない。したがって、ＯＡＤＳ１００は、従来のエアデータセンサよりも航空機着氷問題をはるかに受けにくく、少なくともその短距離構成において、ＯＡＤＳ１００は、そうでなければ着氷に関連付けられる条件において有効なエアデータを提供する。

ある実施形態では、レーザ送受信機２１０は、４つの異なる方向に沿って伝搬する４つ以上のレーザビーム３１０をそれぞれ放出し、それらは、３ビームシステムのそれを超える追加の冗長性を提供する。一例では、ＯＡＤＳ１００は、４つのレーザビーム３１０を含み、各レーザビーム３１０は、ＬＩＤＡＲモジュール１１０の法線ベクトルに対して約４５度等の３０～６０度である方向に伝搬する。レーザビーム３１０は、ＬＩＤＡＲモジュール１１０の正面のＬＩＤＡＲモジュール１１０の法線ベクトルを中心とする円上の各９０度に位置する点に向けられ得る。つまり、レーザビーム３１０は、この円上で実質的に等距離である。この構成は、センサ動眼視野（ｓｅｎｓｏｒ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｒｅｇａｒｄ）（レーザビーム３１０とレーザ送受信機２１２の視野との間の重複の区域）間に適正な距離を提供し、日光飽和、水または金属表面からの鏡面眩輝等が複数のレーザ送受信機２１０からの測定を同時に妨げ得ないことを確実にする。したがって、３つを超える追加のレーザビーム３１０が、ＯＡＤＳ１００の信頼性およびそれから生産されるエアパラメータの利用可能性を改良する。加えて、３つを超える追加のレーザビーム３１０は、追加のデータを提供する追加の測定値を提供し、順に、第１の３つレーザビーム３１０から取得される測定値に優る追加の正確度を提供する。これは、全体的測定正確度を増加させ、ある程度の冗長性を提供する。

再び図２を参照すると、３つ以上のレーザ送受信機２１０からの測定値を処理するとき、データ処理モジュール１２０は、エアパラメータを測定値に適合させ得る。ＬＩＤＡＲ命令２６２は、この目的のために適合命令を含み得る。

加えて、ＬＩＤＡＲ命令２６２は、互いに対する、および飛行体１９０に対する各レーザビーム３１０の既知の幾何学形状を利用し、１つまたは２つのみのレーザ送受信機２１０が有効な測定値を生産するときであっても、有効かつ有用なエアパラメータ（例えば、対気速度、温度、および／または圧力）を生成し得る。これらのエアパラメータは、３つ以上の完全に機能するレーザ送受信機２１０を用いて取得されるものと比較して、若干低下し得る。しかしながら、ＯＡＤＳ１００は、例えば、単一のレーザ送受信機２１０に基づいて、水線速度（またはその推定値）、温度、および圧力を取得し得る。水線速度決定は、飛行体１９０の運動の事前決定された方向を利用し得る。一例では、ＯＡＤＳ１００は、飛行体１９０が主としてその軸方向に移動しているという仮定に基づいて、単一のレーザ送受信機２１０から水線速度を決定する。送受信機失敗に対するこの復元力は、ＯＡＤＳからの重要なデータ利用可能性を有意に増加させ、したがって、システム安全性およびデータ信頼性を改良する。

本明細書の範囲から逸脱することなく、データ処理モジュール１２０は、少なくとも３つのレーザビーム３１０を生成するサードパーティＬＩＤＡＲモジュールからＬＩＤＡＲ測定値を受信するように構成されるスタンドアロンシステムであり得る。さらに、ＬＩＤＡＲ命令２６２は、非一過性メモリ内にエンコードされ、サードパーティコンピュータシステム上でのインストールのために構成されるスタンドアロンソフトウェア製品として供給され得る。

図４は、レーザ源４１０と、検出器４２０とを含む一例示的レーザ送受信機４００を図示する。レーザ源４１０は、例えば、レーザまたはその入力端においてレーザ光を受け取る光ファイバの出力端である。レーザ送受信機４００は、光学４３０をさらに含む。光学４３０は、いくつかの光学要素を含み得る。レーザ送受信機４００は、レーザ送受信機２１０のある実施形態である。

動作時、光学４３０は、レーザ源４１０からレーザ光を受け取り、レーザビーム３１０のある例であるレーザビーム４１２を形成する。光学４３０は、視野４２２（線４２４と４２６との間の円錐として図式的に示される）からの光をさらに収集し、この収集された光を検出器４２０に向かわせる。視野４２２は、光学４３０から距離４５０と４５２との間に延びている重複領域４４０内のレーザビーム４１２と一致し、したがって、検出器４２０によって検出される光の少なくとも一部は、重複領域４４０内で後方散乱されるレーザビーム４１２の成分である。図４は、距離４５０および４５２において明確な限界を有するものとして重複領域４４０を示すが、重複領域４４０は、例えば、ガウスビーム性質に関連付けられるようなより緩やかな境界を有し得ることを理解されたい。ある実施形態では、重複領域４４０は、光学４３０から離れて約１または数メートルである。例えば、送受信機４００は、窓３９２の後方のＬＩＤＡＲモジュール１１０内に実装され得、したがって、重複領域４４０は、窓３９２から約０．５～２メートルの範囲に及ぶ。

図５は、レーザ光を出力し、後方散乱光を検出するための別個の光路を伴う一例示的レーザ送受信機５００を図示する。レーザ送受信機５００は、レーザ送受信機４００のある実施形態である。レーザ送受信機５００は、レーザ源４１０と、検出器４２０とを含む。レーザ送受信機５００は、レーザ光学５３０と、検出光学５４０とをさらに含む。レーザ光学５３０は、レンズ５３２を含み、検出光学５４０は、レンズ５４２を含む。レーザ光学５３０および検出光学５４０のうちの一方または両方は、１つ以上のミラーおよび／もしくはフィルタ等の追加の光学要素を含み得る。レーザ光学５３０と検出光学５４０とは、光学４３０のある実施形態を一緒に形成する。

動作時、レーザ光学５３０は、レーザ源４１０からレーザ光を受け取り、レーザビーム５１２を形成する。レーザビーム５１２は、レーザビーム４１２のある実施例である。レンズ５３２は、レーザ源４１０によって出力されたレーザ光を収集し、このレーザ光をコリメートまたは略コリメートし、レーザビーム５１２を形成する。少なくともレンズ５４２による、検出光学５４０は、視野５２２（視野４２２のある例）を有する。レーザ光学５３０および検出光学５４０は、視野５２２が重複領域４４０内でレーザビーム５１２と重複するように協働的に構成される。例証の明確化のために、重複領域４４０は、図５に示されない。レンズ５４２は、視野５２２からの光を収集し、検出光学５４０は、この収集された光を検出器４２０に向かわせる。ＬＩＤＡＲモジュール１１０内に実装されるとき、レーザ光学５３０および検出光学５４０は、窓３９２の後方に位置付けられる。

図６および７は、一例示的レーザ送受信機６００の光学的構成を図示する。図６および７は、座標系６９０によって示されるように、レーザ送受信機６００の光学的構成のそれぞれの互いに直交する図を示す。図６および７は、レーザ送受信機６００に対する光線追跡シミュレーションの結果をさらに示す。図６および７は、以下の説明において合わせて最良に視認される。レーザ送受信機６００は、レーザビーム生成および後方散乱光検出のための別個の光路を有する。レーザ送受信機６００は、レーザ送受信機５００のある実施形態である。

レーザビーム生成経路において、レーザ送受信機６００は、レーザ源６１０と、ミラー６５０と、コリメートレンズ６３２とを含む。レーザ源６１０は、例えば、レーザまたはその入力端において光ファイバに結合されるレーザ光を伝送する光ファイバの出力端であり、光ファイバの出力端は、結合レンズを具備し得る。動作時、ミラー６１０は、レーザ源６１０によって出力されたレーザ光６１４をコリメートレンズ６３２に向かわせ、コリメートレンズ６３２は、レーザ光６１４をコリメート（または略コリメート）し、レーザビーム６１２を形成する。レーザビーム６１２は、レーザビーム５１２のある例である。

後方散乱光検出経路において、レーザ送受信機６００は、ミラー６６０と、収集レンズ６４２と、受光端６２０を有する検出器とを含む。一実施形態では、受光端６２０は、光ファイバ（随意に、結合レンズを具備する）の一方の端部であり、光ファイバの他方の端部は、光検出器に直接または間接的に結合される。別の実施形態では、受光端６２０は、光検出器の感光性部分である。収集レンズ６４２は、受光端６２０の視野４２２（図４参照）のサイズを画定する。収集レンズ６４２およびミラー６６０は、受光端６２０の視野４２２を重複領域４４０（図４参照）のレーザビーム６１２と一致させるように構成される。動作時、ミラー６６０は、光６２２を収集レンズ６４２に向け直し、収集レンズ６４２は、光６２２を受光端６２０上に集中させる。光６２２は、重複領域４４０内のレーザビーム６１２から後方散乱される光を含む。

例証の明確化のために、図６および７は、視野４２２を明示的に示していない。代わりに、視野４２２は、光６２２を形成する光線の束によって示される。重複領域４４０は、図６および７のビューの外にある。しかしながら、レーザビーム６１２は、若干正のｙ方向に伝搬し（図７で最も明確に見られる）、したがって、図６および７のビューの外で光６２２によって示されるような視野４２２と交差する。

一実施形態では、コリメートレンズ６３２は、２５ミリメートル（ｍｍ）の直径および５０ｍｍの有効焦点距離を有し、収集レンズ６４２は、６．５ｍｍの直径および１８．４ｍｍの有効焦点距離を有する。コリメートレンズ６３２および収集レンズ６４２のうちの一方または両方は、非球面レンズであり得る。

図８は、レーザ送受信機６００に対する例示的重複関数を示す。図８は、レーザ送受信機６００からの距離の関数として、光６２２として後方散乱され、送受信機６００によって検出されるレーザビーム６１２の電力の割合をプロットする。重複関数が検出された光６２２に対して満足のいく信号品質を提供する距離の範囲は、重複領域４４０を定義する。図８の重複関数は、レーザ送受信機６００から約０．９５メートルの距離においてピークに達する。一実施例では、図８の重複関数は、レーザ送受信機６００から約０．８メートル～１．２メートルの範囲に及ぶ重複領域４４０を定義する。

図９は、全てが共通平面内にあるわけではない、少なくとも３つの異なるレーザビームを有する、ＬＩＤＡＲモジュールによって提供される光学測定値からエアデータパラメータを決定するための一例示的方法９００を図示する。方法９００は、例えば、飛行体１９０のためのエアデータパラメータを決定するために、ＯＡＤＳ１００によって実施され得る。

ステップ９１０において、方法９００は、３つ以上のレーザビームからＬＩＤＡＲ測定値を取得する。ステップ９１０の一例では、ＯＡＤＳは、３つ以上のレーザ送受信機２１０を使用し、ＬＩＤＡＲ測定を実行する。一実施形態では、ステップ９１０は、エアロゾル散乱測定値を取得するステップ９１２を含む。ステップ９１２の一例では、レーザ送受信機２１０は、ミー散乱に感受性があり、エアロゾル散乱測定値は、例えば、米国特許第８，０７２，５８４号に議論されるように取得される。別の実施形態では、ステップ９１０は、分子散乱測定値を取得するステップ９１４を含む。ステップ９１４の一例では、レーザ送受信機２１０は、レイリー散乱に感受性があり、分子散乱測定値は、例えば、米国特許第８，０７２，５８４号に議論されるように取得される。また別の実施形態では、ステップ９１０は、ステップ９１２およびステップ９１４の両方を含む。本実施形態の一例では、レーザ送受信機２１０は、ミー散乱およびレイリー散乱の両方に感受性があり、エアロゾルおよび分子散乱測定値は、例えば、米国特許第８，０７２，５８４号に議論されるように取得される。

随意のステップ９２０において、方法９００は、無効なＬＩＤＡＲ測定値を破棄する。ステップ９２０の一例では、データ処理モジュール１２０は、送受信機誤動作または送受信機の適切な動作範囲外である条件に起因して、１つ以上のレーザ送受信機２１０からの測定値を破棄する。例えば、データ処理モジュール１２０は、１つのレーザ送受信機２１０から受信された測定値を処理し、このレーザ送受信機が日光によって飽和していると決定し得、それに応じて、データ処理モジュール１２０は、このレーザ送受信機から受信された測定値を無視する。ＬＩＤＡＲ命令２６２は、レーザ送受信機２１０が飽和しているか、または別様に誤動作しているかを決定するための命令を含み得る。

ステップ９３０において、方法９００は、ＬＩＤＡＲ測定値からエアデータパラメータを決定する。ステップ９３０の一例では、データ処理モジュール１２０は、ＬＩＤＡＲモジュール１１０から受信されたＬＩＤＡＲ測定値を処理し、エアデータパラメータを決定する。ステップ９３０は、例えば、当分野で公知の適合技法を使用して、エアデータパラメータをＬＩＤＡＲ測定値に適合させるステップ９３１を含み得る。ステップ９３１は、必要ではないが、４つ以上のレーザ送受信機２１０からのＬＩＤＡＲ測定値を利用し得る。ステップ９３０は、２つ以下のレーザ送受信機からエアデータパラメータを決定するステップ９３２を含み得る。

ステップ９３０は、ステップ９３３、９３４、および９３５のうちの１つ、２つ以上、または全てを含み得る。ステップ９３３は、飛行体１９０のフルベクトル速度（真の対気速度）を決定する。ステップ９３４は、飛行体１９０における大気温度を決定する。ステップ９３５は、飛行体１９０における大気圧を決定する。ステップ９３３は、エアロゾル散乱測定値および／または分子散乱測定値に依拠し得、ステップ９３３は、米国特許第８，０７２，５８４号に議論されるように実施され得る。ステップ９３４および９３５の各々は、分子散乱測定値に依拠し得、米国特許第８，０７２，５８４号に議論されるように実施され得る。随意に、ステップ９３０は、エアロゾル質量密度、タイプ、および／またはサイズを決定するステップ９３６を含む。ステップ９３６は、エアロゾル散乱測定値に依拠する。このエアロゾル特性評価情報は、従来およびＯＡＤＳセンサ測定値間の連合投票アーキテクチャにおいて使用され得る。加えて、このデータは、従来のエアデータシステムによって測定可能ではない大気条件についての情報を提供するために使用され得る。大気温度（例えば、ステップ９３４において決定される）との組み合わせにおけるエアロゾル質量密度は、着氷条件または潜在的着氷区域の指示、ならびに火山灰、雲、および着氷層の決定を可能にする。

ある実施形態では、ステップ９３０は、エアロゾル散乱ベースのエアデータパラメータのために不十分なエアロゾル濃度を伴う高度において（例えば、エアロゾル濃度が、概して、低すぎ、適正なエアロゾル散乱測定値を生成することができない１５，０００フィートを上回る高度において）エアデータパラメータを決定するために、分子散乱測定値を使用するステップ９３７を含む。随意に、ステップ９３０は、エアデータパラメータのうちの１つ以上のものに対して、同じエアデータパラメータの２つの独立した推定値を生成するステップ９３８を含む。そのようなエアデータパラメータに対して、ステップ９３８は、エアロゾル測定値に基づく１つの推定値と分子散乱測定値に基づく別の推定値とを生成する。

方法９００は、エアデータパラメータに対してエラーチェックを実施するステップ９４０をさらに含み得る。ステップ９４０は、そのようなエラーチェックを使用し、方法９００によって出力されたエアデータパラメータを精緻化し得る。例えば、ステップ９４０は、ステップ９３８において生成された１つのエアデータパラメータの２つの異なる推定値を比較し、これらの２つのエアデータパラメータのうちのいずれがより正確であるかを決定し得る。加えて、ステップ９４０は、この比較を利用し、大気条件についての情報を取得し、他のエアデータパラメータを精緻化、破棄、または選択するためにこの情報を適用し得る。例えば、ステップ９４０は、エアロゾル測定値が、例えば、不十分なエアロゾル濃度に起因して不正確であることを決定し、それに基づいて、全てのエアロゾル測定値を破棄するか、または、エアロゾル測定値に基づく全てのエアデータパラメータを破棄し得る。ステップ９４０は、データ処理モジュール１２０によって実施され得る。分子散乱およびエアロゾル散乱を介して対気速度を測定する能力ならびに２つの間を区別する能力は、豪雨等の厳しい気象の場合におけるエラーチェックのための追加の能力を提供する。別の例では、ステップ９４０は、１つのエアデータパラメータを使用し、別のエアデータパラメータの妥当性を評価する。例えば、１つのエアデータパラメータは、別のエアデータパラメータが不正確であると予期される大気条件を示し得る。

ステップ９２０および９３０、ならびに、随意に、９４０は、ＬＩＤＡＲ測定命令２６２としてＯＡＤＳ１００内に実装され得る。

本明細書の範囲から逸脱することなく、ステップ９１０は、ＬＩＤＡＲモジュールからＬＩＤＡＲ測定値を受信するステップによって置換され得る。この場合、方法９００は、データ処理モジュール１２０のみによって実施され得、方法９００は、ＬＩＤＡＲ命令２６２の少なくとも一部としてメモリ２５０内にエンコードされ得る。

図９に示されないが、方法９００は、エアデータパラメータを飛行制御システム２８０等の飛行制御システムに通信するステップを含み得る。

図１０Ａおよび１０Ｂは、方法１０００によって生成された光学ベースのエアデータパラメータに信頼性があることを確実にするために、ＬＩＤＡＲ信号品質を評価し、一貫性チェックを実施しながら、ＬＩＤＡＲ測定値からエアデータパラメータを決定するための一例示的方法１０００を図示する。方法１０００は、方法９００のある実施形態であり、例えば、飛行体１９０のためのエアデータパラメータを決定するために、ＯＡＤＳ１００によって実施され得る。図１０Ａは、方法１０００の第１の部分を示し、図１０Ｂは、方法１０００の第２の部分を示す。図１０Ａおよび１０Ｂは、以下の説明において合わせて最良に視認される。

方法１０００は、最初に、全てが共通平面内に伝搬するわけではない、少なくとも３つのレーザビームの各々に対して副次的方法１００２を実施する。一例では、方法１０００は、図３に示されるレーザビーム３１０等、ＯＡＤＳ１００のレーザ送受信機２１０によって生成された３つ以上のレーザビームの各々に対して副次的方法１００２を実施する。

副次的方法１００２は、レーザビームに対する送受信機データを取得するステップ１０１０を含む。ステップ１０１０の一例では、レーザ送受信機４２０は、視野４２２からの光を検出する。副次的方法１００２は、ＬＩＤＡＲ信号品質を評価するために、ステップ１０１０において取得された送受信機データを処理するステップ１０２０をさらに含む。ステップ１０２０は、信号対雑音比、信号ドロップアウトの持続時間および／または頻度、ならびに送受信機の飽和のうちの１つ以上のもの等、ＬＩＤＡＲ信号品質を示す１つ以上のメトリックを評価し得る。ステップ１０２０の一例では、プロセッサ２４０は、送受信機データのＬＩＤＡＲ信号品質を評価するために、ＬＩＤＡＲ命令２６２の一部を実行する。次に、副次的方法１００２は、ステップ１０３０を実施する。ステップ１０３０は、ＬＩＤＡＲ信号品質が許容可能であるかどうかを決定する。ステップ１０３０の一例では、プロセッサ２４０は、ステップ１０２０において決定された１つ以上のＬＩＤＡＲ信号品質メトリックをそれぞれの閾値と比較するために、ＬＩＤＡＲ命令２６２の一部を実行する。例えば、ステップ１０３０は、ＬＩＤＡＲ信号に対する信号対雑音比が２（または別の好適な閾値）を上回ることを要求し得る。

一実施形態では、ステップ１０３０は、エアロゾル散乱および分子散乱に対するＬＩＤＡＲ信号品質を別個に評価する。ステップ１０３０は、エアロゾル散乱ベースのＬＩＤＡＲ信号および分子散乱ベースのＬＩＤＡＲ信号のうちの両方または一方のみが許容可能であることを見出し得る。

ステップ１０３０が、ＬＩＤＡＲ信号品質が許容可能ではないと決定する場合、副次的方法１００２は、この特定のレーザビームに対する送受信機データを破棄するステップ１０４０に進む。ステップ１０３０が、ＬＩＤＡＲ信号品質が許容可能であると決定する場合、副次的方法１００２は、ＬＩＤＡＲ信号から送受信機特定エアデータパラメータを計算するステップ１０５０に進む。ステップ１０５０は、プロセッサ２４０によってＬＩＤＡＲ命令２６２の一部の実行を通して実施され得る。

ステップ１０５０は、ステップ１０５２、１０５４、および１０５６のうちの１つ、２つ、または全てを含み得る。ある実施形態では、ステップ１０５０は、少なくともステップ１０５２を含む。ステップ１０５２は、例えば、米国特許第８，０７２，５８４号に概説されるように、レーザビームの方向に沿った飛行体１９０の速度を計算する。ステップ１０５４は、例えば、米国特許第８，０７２，５８４号に概説されるように、重複領域４４０における大気温度を計算する。ステップ１０５６は、例えば、米国特許第８，０７２，５８４号に概説されるように、重複領域４４０における大気圧を計算する。ステップ１０５０は、エアロゾル散乱および／または分子散乱に基づいて、送受信機特定エアデータパラメータを取得し得る。エアロゾル散乱および分子散乱データの両方が利用可能であるとき、ステップ１０５０は、エアロゾル散乱および分子散乱にそれぞれ基づいて、別個の送受信機値を生成し得る。代替として、ステップ１０５０は、任意の所与の送受信機特定エアデータパラメータ（例えば、対気速度、温度、または圧力）の基礎をエアロゾル散乱または分子散乱のいずれかもしくはそれらの組み合わせに置き得る。

少なくとも３つのレーザビームの各々に対して副次的方法１００２を実施した後、方法１０００は、送受信機特定エアデータパラメータの一貫性をチェックするステップ１０６０に進む。ステップ１０６０は、外れ値である任意の送受信機特定エアデータパラメータを破棄する。ステップ１０６０は、ステップ１０６２および１０６４のうちの一方または両方を含み得る。ステップ１０６２は、異なる送受信機から取得された送受信機特定エアデータパラメータの一貫性をチェックする。ステップ１０６２の一例では、プロセッサ２４０は、ＬＩＤＡＲ命令２６２の一部を実行し、（ａ）メモリ２５０から、ステップ１０５０において決定されるような異なる送受信機に関連付けられる送受信機特定エアデータパラメータを読み出し、（ｂ）これらの送受信機特定エアデータパラメータを互いに比較し、（ｃ）外れ値であると決定される任意の送受信機特定エアデータパラメータを破棄する。ステップ１０６４は、同一の送受信機から取得された送受信機特定エアデータパラメータの経時的な一貫性をチェックする。ステップ１０６４の一例では、プロセッサ２４０は、ＬＩＤＡＲ命令２６２の一部を実行し、（ａ）メモリ２５０から、同一の送受信機からステップ１０５０において取得された時系列の送受信機特定エアデータパラメータを読み出し、（ｂ）これらの送受信機特定エアデータパラメータを互いに比較し、（ｃ）外れ値であると決定される任意の送受信機特定エアデータパラメータを破棄する。ステップ１０６４は、ステップ１０５０において処理されたレーザビームの各々に対してこのプロセスを繰り返し得る。

ステップ１０６０において任意の外れ値を破棄した後、方法１０００は、ステップ１０５０において決定され、ステップ１０６０において破棄されなかった送受信機特定エアデータパラメータに基づいて、光学ベースのエアデータパラメータを計算するステップ１０７０に進む。ステップ１０５４を含む方法１０００の実施形態では、ステップ１０７０は、ステップ１０７２を含み得る。ステップ１０５６を含む方法１０００の実施形態では、ステップ１０７０は、ステップ１０７６を含み得る。ステップ１０５２を含む方法１０００の実施形態では、ステップ１０７０は、ステップ１０８０を含み得る。ステップ１０７２、１０７６、および１０８０の各々は、プロセッサ２４０によって、メモリ２５０から対応する送受信機特定エアデータパラメータを読み出し、ＬＩＤＡＲ命令２６２のそれぞれの部分を実行することによって実施され得る。

ステップ１０７２は、大気温度を決定する。大気温度の２つ以上の送受信機特定尺度が、ステップ１０５４において取得され、ステップ１０６０において保持される場合、ステップ１０７４は、複数の送受信機特定大気温度から大気温度を決定するステップ１０７４を含む。一実施形態では、ステップ１０７４は、送受信機特定大気温度の平均として大気温度を計算する。この平均は、例えば、より高い品質のデータを生成する送受信機がより大きい重みを割り当てられるように、ステップ１０２０において決定されたＬＩＤＡＲ信号品質による重みを用いた加重平均であり得る。ステップ１０７４は、（ａ）エアロゾル散乱に基づく１つ以上の送受信機特定大気温度および（ｂ）分子散乱に基づく１つ以上の送受信機特定大気温度に基づいて、大気温度の単一の推定値を決定し得る。

ステップ１０７６は、大気圧を決定する。大気温度の２つ以上の送受信機特定尺度が、ステップ１０５６において取得され、ステップ１０６０において保持される場合、ステップ１０７６は、複数の送受信機特定大気圧から大気圧を決定するステップ１０７８を含む。ステップ１０７６は、送受信機特定大気圧の平均として大気圧を計算し得る。この平均は、例えば、より高い品質のデータを生成する送受信機がより大きい重みを割り当てられるように、ステップ１０２０において決定されたＬＩＤＡＲ信号品質による重みを用いた加重平均であり得る。ステップ１０７８は、（ａ）エアロゾル散乱に基づく１つ以上の送受信機特定大気温度および（ｂ）分子散乱に基づく１つ以上の送受信機特定大気温度に基づいて、大気温度の単一の推定値を決定し得る。

ステップ１０８０は、対気速度を決定する。ステップ１０８０は、速度データが共通平面内にない４つ以上の送受信機に対して利用可能であるかどうかを決定するステップ１０８２を含む。該当する場合、ステップ１０８０は、ステップ１０８４に進む。そうでなければ、ステップ１０８０は、ステップ１０８８に進む。ステップ１０８０は、レーザビームの既知の幾何学形状を利用して、フルベクトル速度を計算する。一例では、ステップ１０８０は、レーザビーム３１０の既知の幾何学形状を利用して、飛行体１９０のフルベクトル速度を計算する。速度データが４つ以上の送受信機から利用可能である場合、ステップ１０８４は、フルベクトル速度をステップ１０５２の送受信機特定速度に適合させるステップ１０８６を含み得る。ステップ１０８８は、ステップ１０８８において考慮された各レーザビームに関連付けられる既知のレーザビーム幾何学形状を使用して、その水線速度を推定する。ステップ１０８８は、フルベクトル速度が主として軸方向であると仮定するステップ１０８９を含み得る。ステップ１０８９を実装するステップ１０８８の一例では、ステップ１０８８は、各レーザビームに沿って測定された速度が、レーザビームの伝搬方向上への軸方向速度の投影であると仮定する。ステップ１０８８は、次いで、この仮定された投影を反転させ、水線速度の推定値を生成する。速度データが２つの送受信機から利用可能である場合、ステップ１０８８は、２つの送受信機特定速度の平均として水線速度を推定し得る。この平均は、ステップ１０２０において決定されたＬＩＤＡＲ信号品質に従って重み付けられ得る。代替として、速度データが２つの送受信機から利用可能である場合、ステップ１０８８は、２次元速度ベクトルを推定するように、フルベクトル速度が２つの対応するレーザビームが及ぶ平面内におけるある方向にあると仮定し得る。これは、水線速度と水線に直交する１つの方向における速度との推定を可能にし得る。

一実施形態では、ステップ１０８０は、この対気速度の２つの別個の推定値から対気速度（例えば、フルベクトル速度）を決定し、２つの推定値のうちの一方は、エアロゾル散乱に基づき、他方の推定値は、分子散乱に基づく。

ある実施形態では、方法１０００は、光学ベースのエアデータパラメータを飛行制御システム２８０等の飛行制御システムに通信するステップ１０９０をさらに含む。

本明細書の範囲から逸脱することなく、方法１０００は、１つ以上の光学ベースのエアデータパラメータの各々の２つの推定値を生成するために、エアロゾル散乱と分子散乱とに対して並行して実施され得、一方の推定値は、エアロゾル散乱に基づき、他方の推定値は、分子散乱に基づく。ステップ１０９０は、エアロゾル散乱ベースおよび分子散乱ベースのエアデータパラメータの両方を出力し得る。

さらに、本明細書の範囲から逸脱することなく、ステップ１０１０は、サードパーティＬＩＤＡＲモジュールからＬＩＤＡＲ測定値を受信するステップによって置換され得る。この場合、方法１０１０は、データ処理モジュール１２０のみによって実施され得る。ステップ１０１０を伴わない方法１０００が、ＬＩＤＡＲ命令２６２内にエンコードされ得る。

図１１は、ＯＡＤＳ１００等の光学エアデータシステムを用いて従来のエアデータシステムを増強するための一例示的方法１１００を図示する。ステップ１１００において、方法１１００は、光学測定値からエアデータパラメータを決定する。ステップ１１１０は、光学ベースのエアデータパラメータを決定するために方法９００を実施するステップ１１１２を実装し得る。ステップ１１１０の一例では、ＯＡＤＳ１００は、方法９００を実施する。

ステップ１１２０において、方法１１００は、ピトー静的管等の従来のセンサによる測定値に基づいて、従来のエアデータパラメータを決定する。ステップ１１２０の一例では、従来のセンサシステム１３０は、従来のエアデータパラメータを決定する。

ステップ１１３０において、方法１１００は、ステップ１１１０の光学ベースのエアデータパラメータとステップ１１２０の従来のエアデータパラメータとを処理し、飛行システムによって使用されるべき最終エアデータパラメータを決定する。ステップ１１３０の一例では、投票モジュール２８２が、（ａ）データ処理モジュール１２０から受信された光学エアデータパラメータと（ｂ）従来のセンサシステム１３０から受信された従来のエアデータパラメータとを処理し、最終エアデータパラメータを決定する。ステップ１１３０は、ある大気条件下の異なるタイプのエアデータの妥当性についての一般的知識を利用し、および／またはエアデータ自体に基づいて、異なるタイプのエアデータの妥当性を評価し得る。

一実施形態では、ステップ１１３０は、ステップ１１３２および１１３４を含む。ステップ１１３２は、光学ベースのエアデータパラメータを利用し、少なくとも１つの大気性質を識別する。ステップ１１３２の一例では、投票モジュール２８２は、大気条件の性質を示す１つ以上のエアデータパラメータを受信する。ステップ１１３４は、ステップ１１３２において識別された少なくとも１つの大気性質に基づいて、光学ベースのエアデータパラメータおよび従来のエアデータパラメータの妥当性を評価する。ステップ１１３４の一例では、投票モジュールは、ステップ１１３２において決定された大気条件下で信頼性がないと把握されるセンサタイプによる測定値に基づくエアデータパラメータを選択解除する。ステップ１１３２および１１３４の例では、投票モジュール２８２は、データ処理モジュール１２０から、高エアロゾル濃度および氷点またはそれを下回る温度を受信し、飛行体１９０が着氷条件の環境にあると決定する。この情報に基づいて、投票モジュール２８２は、これらが着氷条件において失敗しやすいので、ピトー静的管からのデータを選択解除する。ステップ１１３２および１１３４の別の例では、投票モジュール２８２は、データ処理モジュール１２０から、高エアロゾル濃度および高温を受信し、飛行体１９０の周辺の空気中に多くの火山灰が存在すると決定する。この情報に基づいて、投票モジュール２８２は、ピトー静的管等の空気流ベースの従来のセンサからのデータを選択解除する。なお別の例では、ステップ１１３２および１１３４は、分子散乱とエアロゾル散乱との比率を利用し、大気性質を決定し、それに基づいて、最も正確なエアデータを選択する。

別の実施形態では、ステップ１１３０は、どのエアデータパラメータが最も正確であるかを決定するために、異なるエアデータパラメータ間の内部一貫性チェックを実施するステップ１１３６を含む。

ステップ１１３０は、投票モジュール２８２の非一過性メモリ内にエンコードされる機械読み取り可能な命令として実装され得、投票モジュール２８２または飛行制御システム２８０は、ステップ１１３０を実施するためにそのような機械読み取り可能な命令を実行するプロセッサを含み得る。ある実施形態では、これらの機械読み取り可能な命令は、非一過性メモリ内にエンコードされ、サードパーティコンピュータシステム上でのインストールのために構成されるスタンドアロンソフトウェア製品として供給される。本明細書の範囲から逸脱することなく、ステップ１１３０は、入力として光学ベースのエアデータパラメータおよび従来のエアデータパラメータをとるスタンドアロン方法であり得る。

特徴の組み合わせ

上で説明される特徴ならびに下記に請求されるそれらは、本明細書の範囲から逸脱することなく種々の方法で組み合わせられ得る。例えば、本明細書に説明される１つの光学エアデータシステムまたは方法の側面は、本明細書に説明される別の光学エアデータシステムまたは方法の特徴を組み込むこと、もしくはそれと交換され得ることを理解されたい。以下の実施例は、上で説明される実施形態のいくつかの可能な非限定的組み合わせを例証する。多くの他の変更および修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書のシステムに成され得ることが明白であるはずである。

（Ａ１）ＯＡＤＳが、（ａ）少なくとも３つのレーザビームを放出し、レーザビームの各々の後方反射成分を測定するように構成されているＬＩＤＡＲモジュールと、（ｂ）プロセッサと、プロセッサによって実行されると、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを後方反射成分のＬＩＤＡＲモジュールによる測定値に適合させ、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定する機械読み取り可能な命令とを含むデータ処理モジュールとを含み得る。

（Ａ２）（Ａ１）として表されるＯＡＤＳでは、少なくとも３つのレーザビームは、４つのレーザビームを含み得、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを全ての４つのレーザビームの後方反射成分の測定値に適合させ、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定する命令を含み得る。

（Ａ３）（Ａ１）および（Ａ２）として表されるＯＡＤＳのいずれかでは、少なくとも３つのレーザビームは、４つのレーザビームを含み得、ＬＩＤＡＲモジュールは、各々が４つのレーザビームのうちのそれぞれの１つを生成し、関連付けられる後方反射成分を測定するように構成される４つのレーザ送受信機を含み得、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、（ｉ）レーザ送受信機のいずれかが誤っているかどうかを決定し、（ｉｉ）少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを誤っていないレーザビームのみの後方反射成分の測定値に適合させる命令を含み得る。

（Ｂ１）ＯＡＤＳが、（ａ）少なくとも３つのレーザビームを放出し、レーザビームの各々のエアロゾル散乱および分子散乱の両方を測定するように構成されているＬＩＤＡＲモジュールと、（ｂ）プロセッサと、プロセッサによって実行されると、（ｉ）エアロゾル散乱および分子散乱に基づいて、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータの２つの推定値をそれぞれ決定し、（ｉｉ）２つの推定値を評価し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを精緻化する機械読み取り可能な命令とを含むデータ処理モジュールとを含み得る。

（Ｃ１）飛行体上での実装のためのＯＡＤＳが、（ａ）少なくとも３つのレーザビームを放出し、レーザビームの各々のエアロゾル散乱および分子散乱の両方を測定するように構成されているＬＩＤＡＲモジュールと、（ｂ）プロセッサと、プロセッサによって実行されると、（ｉ）飛行体のフルベクトル速度、（ｉｉ）分子散乱に基づく飛行体における大気温度、および（ｉｉｉ）分子散乱に基づく飛行体における大気圧を決定する、機械読み取り可能な命令とを含むデータ処理モジュールとを含み得る。

（Ｃ２）（Ｃ１）として表されるＯＡＤＳでは、機械読み取り可能な命令は、分子散乱およびエアロゾル散乱に基づいて、フルベクトル速度の２つの推定値をそれぞれ生成し、２つの推定値に基づいて、精緻化されたフルベクトル速度を決定するように構成され得る。

（Ｃ３）（Ｃ１）および（Ｃ２）として表されるＯＡＤＳのいずれかでは、機械読み取り可能な命令は、複数のエアデータパラメータのうちの別の１つに基づいて、フルベクトル速度、大気温度、および大気圧に関連付けられる複数のエアデータパラメータのうちの１つの正確度を評価するように構成され得る。

（Ｃ４）（Ｃ１）－（Ｃ３）として表されるＯＡＤＳのいずれかでは、ＬＩＤＡＲモジュールは、エアロゾル散乱および分子散乱のうちの一方または両方に起因するレーザビームの後方反射成分の検出のための１つ以上の視野を有し得、視野とレーザビームとの間の重複は、短距離ＬＩＤＡＲ測定のためにＬＩＤＡＲモジュールから２メートル以内にある。

（Ｄ１）光学エアデータ方法が、少なくとも３つのレーザビームからＬＩＤＡＲ測定値を取得することと、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータをＬＩＤＡＲ測定値に適合させ、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することを含み得る。

（Ｄ２）（Ｄ１）として表される光学エアデータ方法では、適合させるステップは、少なくとも３つのレーザビームのうちの１つ以上のものが有効なＬＩＤＡＲ測定値を提供しないとき、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを少なくとも３つのレーザビームのうちの残りのものに適合させることを含み得る。

（Ｄ３）（Ｄ２）として表される光学エアデータ方法では、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを残りのものに適合させるステップは、速度を推定するためにレーザビームの既知の幾何学形状を使用することを含み得る。

（Ｄ４）（Ｄ２）および（Ｄ３）として表される光学エアデータ方法のいずれかでは、少なくとも３つのレーザビームのうちの残りのものは、単一のレーザビームであり得、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータは、速度、大気圧、および大気温度を含み得る。

（Ｅ１）光学エアデータ方法が、（ａ）少なくとも３つのレーザビームの各々から分子散乱ＬＩＤＡＲ測定値およびエアロゾル散乱ＬＩＤＡＲ測定値を取得するステップと、（ｂ）（ｉ）分子散乱ＬＩＤＡＲ測定値に基づく大気圧および温度ならびに（ｉｉ）分子散乱ＬＩＤＡＲ測定値およびエアロゾル散乱ＬＩＤＡＲ測定値のうちの一方または両方に基づくフルベクトル速度を含む光学ベースのエアデータパラメータを決定することとを含み得る。

（Ｅ２）（Ｅ１）として表される光学エアデータ方法では、フルベクトル速度を決定するステップは、少なくとも、有効なエアロゾル散乱ＬＩＤＡＲ測定値を取得するために不十分なエアロゾル濃度を伴う高度における分子散乱ＬＩＤＡＲ測定値に基づき得る。

（Ｅ３）（Ｅ１）および（Ｅ２）として表される光学エアデータ方法のいずれかは、機械的エアデータパラメータを取得することと、光学ベースのエアデータパラメータおよび機械的エアデータパラメータを評価し、最終エアデータパラメータを決定することとをさらに含み得る。

（Ｅ４）（Ｅ３）として表される光学エアデータ方法では、評価するステップは、光学ベースのエアデータパラメータに基づいて、少なくとも１つの大気性質を識別することと、少なくとも１つの大気性質に基づいて、光学ベースのエアデータパラメータおよび機械的エアデータパラメータの妥当性を評価することとを含み得る。

（Ｅ５）（Ｅ４）として表される光学エアデータ方法は、少なくとも１つの大気性質に基づいて、機械的エアデータパラメータのうちの少なくとも１つを破棄することをさらに含み得る。

（Ｅ６）（Ｅ４）および（Ｅ５）として表される光学エアデータ方法のいずれかでは、少なくとも１つの大気性質は、エアロゾル質量密度またはエアロゾル濃度を含み得る。

（Ｅ７）（Ｅ１）－（Ｅ６）として表される光学エアデータ方法のいずれかでは、取得するステップは、レーザビームの後方反射成分を測定することを含み、後方反射成分は、短距離ＬＩＤＡＲ測定のために、レーザビームを生成する送受信機の２メートル以内の散乱事象に由来し得る。

（Ｅ８）（Ｅ１）－（Ｅ７）として表される光学エアデータ方法のいずれかでは、決定するステップは、側方速度および垂直速度を決定することを含み得る。

（Ｆ１）飛行体のための光学エアデータシステムが、（ａ）全てが共通平面内に位置するわけではない少なくとも３つのレーザビームを放出し、レーザビームの各々の後方散乱成分のＬＩＤＡＲ測定を実施するように構成されているＬＩＤＡＲモジュールと、（ｂ）プロセッサと、プロセッサによって実行されると、ＬＩＤＡＲ測定値を処理し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定する、機械読み取り可能な命令とを含むデータ処理モジュールとを含み得る。

（Ｆ２）（Ｆ１）として表される光学エアデータシステムでは、レーザビームとＬＩＤＡＲモジュールの視野との間の重複は、飛行体から２メートル以内の少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するために、ＬＩＤＡＲモジュールから２メートル以内にあり得る。

（Ｆ３）（Ｆ２）として表される光学エアデータシステムにおけるレーザビームの各々に対して、ＬＩＤＡＲモジュールは、ＬＩＤＡＲモジュールから２メートル以内にそれぞれのレーザビームと重複する視野を有する光検出器を含み得る。

（Ｆ４）（Ｆ１）－（Ｆ３）として表される光学エアデータシステムのいずれかでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択することと、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値のみに基づいて、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することとを実施するように構成され得る。

（Ｆ５）（Ｆ４）として表される光学エアデータシステムでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、決定するステップにおいて、飛行体の対気速度、大気温度、および大気圧を決定するように構成され得る。

（Ｆ６）（Ｆ４）および（Ｆ５）として表される光学エアデータシステムのいずれかでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、決定するステップにおいて、（ｉ）許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、全てが共通平面内に位置するわけではない４つ以上のレーザビームの各々に対して利用可能であるとき、飛行体のフルベクトル速度を決定することと、（ｉｉ）許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、レーザビームのうちの１つまたは２つのみに対して利用可能であるとき、飛行体の水線速度の推定値を決定することとを行うように構成され得る。

（Ｆ７）（Ｆ１）－（Ｆ６）として表される光学エアデータシステムのいずれかでは、少なくとも３つのレーザビームは、４つのレーザビームを含み得る。

（Ｆ８）（Ｆ７）として表される光学エアデータシステムでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、後方散乱成分に基づいて、ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択するステップと、ＬＩＤＡＲ測定値が、４つのレーザビームの各々に対して許容可能な品質であるとき、４つのレーザビームの全てのＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、飛行体のフルベクトル速度を計算するステップとを実施するように構成され得る。

（Ｆ９）（Ｆ１）－（Ｆ８）として表される光学エアデータシステムのいずれかでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータをＬＩＤＡＲ測定値に適合させ、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するように構成され得る。

（Ｆ１０）（Ｆ１）－（Ｆ９）として表される光学エアデータシステムのいずれかでは、ＬＩＤＡＲモジュールは、レーザビームの各々に対して、エアロゾル散乱に基づく第１のＬＩＤＡＲ測定値および分子散乱に基づく第２のＬＩＤＡＲ測定値を取得するように構成され得る。

（Ｆ１１）（Ｆ１０）として表される光学エアデータシステムでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、第１のＬＩＤＡＲ測定値および第２のＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータの２つの推定値をそれぞれ決定するステップと、２つの推定値を評価し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを精緻化するステップとを実施するように構成され得る。

（Ｆ１２）（Ｆ１１）として表される光学エアデータシステムでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、第１のＬＩＤＡＲ測定値および第２のＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、フルベクトル速度の２つの推定値をそれぞれ生成するステップと、２つの推定値に基づいて、精緻化されたフルベクトル速度を決定するステップとを実施するように構成され得る。

（Ｆ１３）（Ｆ１０）－（Ｆ１２）として表される光学エアデータシステムのいずれかでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、（ｉ）飛行体のフルベクトル速度、（ｉｉ）分子散乱に基づく飛行体における大気温度、および（ｉｉｉ）分子散乱に基づく飛行体における大気圧を決定するように構成され得る。

（Ｆ１４）（Ｆ１）－（Ｆ１３）として表される光学エアデータシステムのいずれかでは、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、ＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、（１）飛行体のフルベクトル速度、大気温度、および大気圧を決定するステップと、（２）複数のエアデータパラメータのうちの別の１つに基づいて、フルベクトル速度、大気温度、および大気圧のうちの１つの正確度を評価するステップとを実施するように構成され得る。

（Ｆ１５）（Ｆ１）－（Ｆ１４）として表される光学エアデータシステムのいずれかは、少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを生成するための機械的センサシステムと、飛行体の動作を少なくとも部分的に制御するための飛行制御システムとをさらに含む、飛行体内に実装され得る。

（Ｆ１６）（Ｆ１５）として表される光学エアデータシステムでは、飛行制御システムは、飛行体の動作を制御するために、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび少なくとも１つの機械的エアデータパラメータから少なくとも１つの最終エアデータパラメータを選択するための投票モジュールを含み得る。

（Ｇ１）飛行体のためのエアデータパラメータを決定する方法が、共通平面内に位置しない少なくとも３つのレーザビームからＬＩＤＡＲ測定値を取得することと、ＬＩＤＡＲ測定値を処理し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することとを含み得る。

（Ｇ２）（Ｇ１）として表される方法では、取得するステップは、飛行体から２メートル以内の少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するために、飛行体から２メートル以内の散乱事象からＬＩＤＡＲ測定値を取得することを含み得る。

（Ｇ３）（Ｇ１）および（Ｇ２）として表される方法の一方または両方では、処理するステップは、（ａ）分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値から大気圧および温度を決定するステップと、（ｂ）エアロゾル散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値および分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値のうちの一方または両方からフルベクトル速度を決定するステップとを含み得る。

（Ｇ４）（Ｇ３）として表される方法では、決定するステップは、少なくとも、分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値が有効なエアデータパラメータを提供するために不十分なエアロゾル濃度を伴う高度において、分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値からフルベクトル速度を決定することを含み得る。

（Ｇ５）（Ｇ１）－（Ｇ４）として表される方法のいずれかは、少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを取得することと、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを評価し、少なくとも１つの最終エアデータパラメータを決定することとをさらに含み得る。

（Ｇ６）（Ｇ５）として表される方法では、評価するステップは、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータに基づいて、少なくとも１つの大気性質を識別することと、少なくとも１つの大気性質に基づいて、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび少なくとも１つの機械的エアデータパラメータの妥当性を評価することとを含み得る。

（Ｇ７）（Ｇ６）として表される方法は、少なくとも１つの大気性質に基づいて、少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを破棄することをさらに含み得る。

（Ｇ８）（Ｇ６）および（Ｇ７）として表される方法のいずれかでは、少なくとも１つの大気性質は、エアロゾル質量密度およびエアロゾル濃度のうちの少なくとも１つを含み得る。

（Ｇ９）（Ｇ１）－（Ｇ８）として表される方法のいずれかでは、処理することは、ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択するステップと、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値のみに基づいて、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを生成することとを含み得る。

（Ｇ１０）（Ｇ９）として表される方法では、決定するステップは、（ａ）許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、全てが共通平面内に位置するわけではない４つ以上のレーザビームの各々に対して利用可能であるとき、飛行体のフルベクトル速度を決定することと、（ｂ）許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、レーザビームのうちの１つまたは２つのみに対して利用可能であるとき、飛行体の水線速度を推定することとを含み得る。

（Ｇ１１）（Ｇ１０）として表される方法では、水線速度を推定するステップは、飛行体が、主として、軸方向に進行していると仮定することを含み得る。

（Ｇ１２）（Ｇ１）－（Ｇ１１）として表される方法のいずれかでは、取得するステップは、改良された冗長性のために、全てが共通平面内に位置するわけではない４つのレーザからＬＩＤＡＲ測定値を取得することを含み得る。

（Ｇ１３）（Ｇ１２）として表される方法では、決定するステップは、ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択することと、ＬＩＤＡＲ測定値が、４つのレーザビームの各々に対して許容可能な品質であるとき、４つのレーザビームの全てのＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、飛行体のフルベクトル速度を計算することとを含み得る。

（Ｇ１４）（Ｇ１）－（Ｇ１３）として表される方法のいずれかでは、処理するステップは、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータをＬＩＤＡＲ測定値に適合させ、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することを含み得る。

変更が、本明細書の範囲から逸脱することなく、上記のシステムおよび方法において成され得る。したがって、上記の説明に含まれ、付随の図面に示される事柄は、限定的意味においてではなく、例証として解釈されるべきであることに留意されたい。以下の請求項は、本明細書に説明される一般的かつ具体的特徴、ならびに言語の問題としてその間に該当すると考えられ得る、方法およびシステムの範囲の全ての文言を対象とするように意図される。

Claims (23)

1. 飛行体のための光学エアデータシステムであって、前記光学エアデータシステムは、
   全てが共通平面内に位置するわけではない少なくとも３つのレーザビームを放出することと、前記レーザビームの各々の後方散乱成分のＬＩＤＡＲ測定を実施することとを行うように構成されているＬＩＤＡＲモジュールと、
   プロセッサと機械読み取り可能な命令とを含むデータ処理モジュールと
   を備え、
   前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、ＬＩＤＡＲ測定値を処理し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定し、
   前記レーザビームの各々のために、前記ＬＩＤＡＲモジュールは、光検出器を含み、前記光検出器は、前記ＬＩＤＡＲモジュールから２メートル以内に前記それぞれのレーザビームと重複する視野を有し、
   前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、
   前記ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択するステップと、
   前記許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値のみに基づいて、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するステップと
   を実施するように構成され、
   前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記決定するステップにおいて、
   許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、全てが共通平面内に位置するわけではない４つ以上のレーザビームの各々に対して利用可能であるとき、前記飛行体のフルベクトル速度を決定することと、
   許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、前記レーザビームのうちの１つまたは２つのみに対して利用可能であるとき、前記飛行体の水線速度の推定値を決定することであって、前記水線速度の推定値は、前記１つまたは２つの残りのビームによって測定された速度、ならびに、それらのビームの相互に対するおよび前記飛行体の縦方向軸に対する既知の配置幾何学形状から推定される、ことと
   を行うように構成されている、光学エアデータシステム。
2. 前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記決定するステップにおいて、前記飛行体の対気速度、大気温度、および大気圧を決定するように構成されている、請求項１に記載の光学エアデータシステム。
3. 前記少なくとも３つのレーザビームは、４つのレーザビームを含む、請求項２に記載の光学エアデータシステム。
4. 前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、
   前記後方散乱成分に基づいて、ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択するステップと、
   前記ＬＩＤＡＲ測定値が、前記４つのレーザビームの各々に対して許容可能な品質であるとき、前記４つのレーザビームの全ての前記ＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、飛行体のフルベクトル速度を計算するステップと
   を実施するように構成されている、請求項３に記載の光学エアデータシステム。
5. 前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを前記ＬＩＤＡＲ測定値に適合させ、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するように構成されている、請求項１に記載の光学エアデータシステム。
6. 前記ＬＩＤＡＲモジュールは、前記レーザビームの各々に対して、エアロゾル散乱に基づく第１のＬＩＤＡＲ測定値と分子散乱に基づく第２のＬＩＤＡＲ測定値との両方を取得するように構成されている、請求項１に記載の光学エアデータシステム。
7. 前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、
   前記第１のＬＩＤＡＲ測定値および前記第２のＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータの２つの推定値をそれぞれ決定するステップと、
   前記２つの推定値を評価し、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを精緻化するステップと
   を実施するように構成されている、請求項６に記載の光学エアデータシステム。
8. 前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、
   前記第１のＬＩＤＡＲ測定値および前記第２のＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、前記フルベクトル速度の２つの推定値をそれぞれ生成するステップと、
   前記２つの推定値に基づいて、精緻化されたフルベクトル速度を決定するステップと
   を実施するように構成されている、請求項７に記載の光学エアデータシステム。
9. 前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、（ａ）前記飛行体のフルベクトル速度、（ｂ）前記分子散乱に基づく前記飛行体における大気温度、および、（ｃ）前記分子散乱に基づく前記飛行体における大気圧を決定するように構成されている、請求項６に記載の光学エアデータシステム。
10. 前記機械読み取り可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記ＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、
    前記飛行体のフルベクトル速度、大気温度、および大気圧を決定するステップと、
    複数のエアデータパラメータのうちの別の１つに基づいて、前記フルベクトル速度、前記大気温度、および前記大気圧のうちの１つの正確度を評価するステップと
    を実施するように構成されている、請求項１に記載の光学エアデータデータシステム。
11. 前記少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを生成するための機械的センサシステムと、
    飛行体の動作を少なくとも部分的に制御するための飛行制御システムと
    をさらに含み、
    前記飛行制御システムは、投票モジュールを含み、前記投票モジュールは、前記制御することを実施するために、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび前記少なくとも１つの機械的エアデータパラメータから少なくとも１つの最終エアデータパラメータを選択する、前記飛行体において実装されている請求項１に記載の光学エアデータシステム。
12. 飛行体のためのエアデータパラメータを決定する方法であって、前記方法は、
    共通平面内に位置しない少なくとも３つのレーザビームからＬＩＤＡＲ測定値を取得することと、
    前記ＬＩＤＡＲ測定値を処理し、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することと
    を含み、
    前記処理するステップは、
    前記ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択することと、
    前記許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値のみに基づいて、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを生成することと
    を含み、
    前記決定するステップは、
    許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、全てが共通平面内に位置するわけではない少なくとも３つのレーザビームの各々に対して利用可能であるとき、前記飛行体のフルベクトル速度を決定することと、
    許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値が、前記レーザビームのうちの１つまたは２つのみに対して利用可能であるとき、前記飛行体の水線速度を推定することであって、前記水線速度の推定値は、前記１つまたは２つの残りのビームによって測定された速度、ならびに、前記１つまたは２つの残りのビームの相互に対するおよび前記飛行体の縦方向軸に対する既知の配置幾何学形状から推定される、ことと
    を含む、方法。
13. 前記取得するステップは、前記飛行体から２メートル以内の少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定するために、前記飛行体から２メートル以内の散乱事象から前記ＬＩＤＡＲ測定値を取得することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記処理するステップは、（ａ）分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値から大気圧および温度を決定することと、（ｂ）エアロゾル散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値および分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値のうちの一方または両方からフルベクトル速度を決定することとを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記決定するステップは、少なくとも、前記エアロゾル散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値が有効なエアデータパラメータを提供するために不十分なエアロゾル濃度を伴う高度において、前記分子散乱に基づくＬＩＤＡＲ測定値から前記フルベクトル速度を決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを取得することと、
    前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび前記少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを評価し、少なくとも１つの最終エアデータパラメータを決定することと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
17. 前記評価するステップは、
    前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータに基づいて、少なくとも１つの大気性質を識別することと、
    前記少なくとも１つの大気性質に基づいて、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータおよび前記少なくとも１つの機械的エアデータパラメータの妥当性を評価することと
    を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つの大気性質に基づいて、少なくとも１つの機械的エアデータパラメータを破棄することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記少なくとも１つの大気性質は、エアロゾル質量密度およびエアロゾル濃度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記水線速度を推定するステップは、前記飛行体が、主として軸方向に進行していると仮定することを含む、請求項１２に記載の方法。
21. 前記取得するステップは、改良された冗長性のために、全てが共通平面内に位置するわけではない４つのレーザビームからＬＩＤＡＲ測定値を取得することを含む、請求項１２に記載の方法。
22. 前記決定するステップは、
    前記ＬＩＤＡＲ測定値の品質を評価し、許容可能な品質のＬＩＤＡＲ測定値を選択することと、
    前記ＬＩＤＡＲ測定値が、前記４つのレーザビームの各々に対して許容可能な品質であるとき、前記４つのレーザビームの全ての前記ＬＩＤＡＲ測定値に基づいて、飛行体のフルベクトル速度を計算することと
    を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記処理するステップは、少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを前記ＬＩＤＡＲ測定値に適合させ、前記少なくとも１つの光学ベースのエアデータパラメータを決定することを含む、請求項１２に記載の方法。

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