JP7143552B2 - Wind detection device, wind detection method and observation device - Google Patents
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Description
本開示は、風検出装置、風検出方法及び観測装置に関するものである。 The present disclosure relates to a wind detection device, a wind detection method, and an observation device.
観測装置の中には、航空機の飛行経路を含む観測領域内の大気によって反射された光の受信信号に基づいて、観測領域内の風向きを検出する観測装置(以下「従来の観測装置」という)がある。 Observation equipment includes observation equipment that detects the wind direction within the observation area based on the received signal of the light reflected by the atmosphere within the observation area, including the flight path of the aircraft (hereinafter referred to as "conventional observation equipment"). There is
ところで、光の受信信号のスペクトルから、航空機の後方乱気流を検出する後方乱気流監視方法がある(例えば、特許文献1を参照)。 By the way, there is a wake turbulence monitoring method for detecting the wake turbulence of an aircraft from the spectrum of a received light signal (see Patent Document 1, for example).
離着陸時における航空機の揚力は、飛行中の揚力よりも小さい。このため、航空機は、特に離着陸時に横風を受けることによって、横揺れを生じやすい。
ところが、従来の観測装置では、観測領域内の風向きを検出できても、観測領域内の風が航空機に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風であるか否かを判定することができないという課題があった。
特許文献1に開示されている後方乱気流監視方法も、横揺れ風を検出する方法ではないため、上記課題を解決できるものではなかった。Aircraft lift during takeoff and landing is less than during flight. For this reason, aircraft are prone to rolling due to crosswinds, especially during takeoff and landing.
However, although conventional observation equipment can detect the direction of the wind within the observation area, it cannot determine whether the wind within the observation area is rolling wind that can cause the aircraft to roll. I had a problem.
The wake turbulence monitoring method disclosed in Patent Document 1 is also not a method for detecting rolling wind, and thus cannot solve the above problem.
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、航空機に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出することができる風検出装置及び風検出方法を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the problems described above, and an object thereof is to obtain a wind detection device and a wind detection method capable of detecting rolling wind that may cause rolling of an aircraft. and
本開示に係る風検出装置は、航空機の飛行経路を含む観測領域内の大気によって反射された電磁波の受信信号を取得し、受信信号のスペクトルから、観測領域に含まれている複数の領域であるセルにおけるそれぞれの速度ベクトルとして、風向と風速とを示すベクトルを算出する速度ベクトル算出部と、速度ベクトル算出部により速度ベクトルが算出された複数のセルの中から、互いの距離が、航空機の全幅の長さである2つのセルの組み合わせを複数選択し、それぞれの組み合わせに含まれている2つのセルの速度ベクトルに基づいて、航空機に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出する横揺れ風検出部とを備えるものである。 The wind detection device according to the present disclosure acquires a received signal of electromagnetic waves reflected by the atmosphere in an observation area including the flight path of an aircraft, and from the spectrum of the received signal, a plurality of areas included in the observation area. A speed vector calculation unit that calculates a vector indicating wind direction and wind speed as each speed vector in a cell, and a plurality of cells whose speed vectors have been calculated by the speed vector calculation unit. Select multiple combinations of two cells that are the length of the roll and detect roll winds that can cause the aircraft to roll based on the velocity vectors of the two cells contained in each combination. and a swaying wind detection unit.
本開示によれば、航空機に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出することができる。 According to the present disclosure, roll winds that can cause an aircraft to roll can be detected.
以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。 Hereinafter, in order to describe the present disclosure in more detail, embodiments for carrying out the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る風検出装置14を含む観測装置1を示す構成図である。
図1に示す観測装置1は、電磁波送受信部11及び風検出装置14を備えている。
観測装置1は、図2Aに示すように、航空機2の滑走路3と略同一平面において、滑走路3における航空機2の進行方向と略直交する方向に存在している建物等に設置されている。
観測装置1は、航空機2の飛行経路を含む観測領域4に向けて電磁波を放射したのち、観測領域4内の大気によって反射された電磁波を受信し、電磁波の受信信号に基づいて、航空機2に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出する。
観測領域4は、滑走路3の鉛直上方の領域であり、航空機2の飛行経路を含んでいる。Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an observation device 1 including a
The observation device 1 shown in FIG. 1 includes an electromagnetic wave transmission/
As shown in FIG. 2A, the observation device 1 is installed on a building or the like that is located substantially on the same plane as the
The observation device 1 radiates electromagnetic waves toward an
The
図2Aは、観測装置1、航空機2、滑走路3及び観測領域4の位置関係を示す説明図である。
図2Bは、滑走路3の上空から、観測装置1、滑走路3及び観測領域4のそれぞれを見た平面図である。
図2A及び図2Bに示す座標軸において、x軸は、滑走路3の幅方向と平行であり、y軸は、滑走路3の長手方向と平行である。z軸は、滑走路3の路面に対する鉛直方向と平行である。
図1に示す観測装置1は、滑走路3における航空機の進行方向と略直交する方向に存在している建物等に設置されている。しかし、これは一例に過ぎず、観測装置1が、例えば、滑走路3に埋め込まれており、航空機2の飛行経路の真下から観測領域4に向けて電磁波を放射するようにしてもよい。FIG. 2A is an explanatory diagram showing the positional relationship among the observation device 1, the
2B is a plan view of the observation device 1, the
In the coordinate axes shown in FIGS. 2A and 2B, the x-axis is parallel to the width direction of the
The observation device 1 shown in FIG. 1 is installed in a building or the like that is located in a direction substantially orthogonal to the traveling direction of the aircraft on the
電磁波送受信部11は、電磁波放射部12及び送受信処理部13を備えている。
電磁波送受信部11は、航空機2の飛行経路を含む観測領域4に向けて電磁波を放射したのち、観測領域4内の大気によって反射された電磁波を受信し、電磁波の受信信号を風検出装置14に出力する。The electromagnetic wave transmission/
The electromagnetic wave transmitting/receiving
電磁波放射部12は、例えば、望遠鏡及び反射鏡によって実現される。
電磁波放射部12は、送受信処理部13から出力された電気信号であるパルス信号を光信号に変換し、光信号を送信光として、観測領域4に向けて放射する。
図1に示す観測装置1では、電磁波放射部12が、電磁波として、パルスの送信光を放射している。しかし、これは一例に過ぎず、電磁波放射部12が、電磁波として、パルスの電波、又は、パルスの音波を放射するようにしてもよい。
電磁波放射部12は、観測領域4内の大気によって反射された送信光を反射光として受信する。
電磁波放射部12は、受信した反射光を電気信号に変換し、当該電気信号を受信信号として、送受信処理部13に出力する。
望遠鏡は、送信光を観測領域4に放射する際、送信光を収束させるように作用する。
反射鏡は、送信光を観測領域4に放射する際、送信光の放射方向を切り替えるためのものである。The electromagnetic
The electromagnetic
In the observation device 1 shown in FIG. 1, the electromagnetic
The electromagnetic
The electromagnetic
The telescope acts to focus the transmitted light as it radiates into the
The reflector is for switching the radiation direction of the transmitted light when the transmitted light is radiated to the
送受信処理部13は、パルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)で、電気信号であるパルス信号を繰り返し生成し、それぞれのパルス信号を電磁波放射部12に出力する。PRIは、例えば、送受信処理部13の内部メモリに格納されていてもよいし、風検出装置14の外部から与えられるものであってもよい。
送受信処理部13は、電磁波放射部12から出力された受信信号に対する受信信号処理を実施し、受信信号処理後の受信信号を風検出装置14に出力する。
受信信号処理としては、受信信号を増幅する処理のほか、受信信号の周波数を変換する処理等が考えられる。The transmission/
The transmission/
The received signal processing may include processing for amplifying the received signal, processing for converting the frequency of the received signal, and the like.
図3は、実施の形態1に係る風検出装置14を示す構成図である。
図4は、実施の形態1に係る風検出装置14のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図3に示す風検出装置14は、速度ベクトル算出部21、横揺れ風検出部22、モーメント算出部23及び影響判定部24を備えている。FIG. 3 is a configuration diagram showing the
FIG. 4 is a hardware configuration diagram showing hardware of the
The
速度ベクトル算出部21は、例えば、図4に示す速度ベクトル算出回路31によって実現される。
速度ベクトル算出部21は、電磁波送受信部11から出力された受信信号を取得する。
速度ベクトル算出部21は、受信信号を周波数領域の信号に変換することによって、受信信号のスペクトルを求める。
速度ベクトル算出部21は、受信信号のスペクトルから、観測領域4に含まれている複数の領域であるセルにおけるそれぞれの速度ベクトルとして、風向と風速とを示すベクトルを算出する。
速度ベクトル算出部21は、複数のセルにおけるそれぞれの速度ベクトルを横揺れ風検出部22に出力する。The
The
The
The velocity
The
横揺れ風検出部22は、例えば、図4に示す横揺れ風検出回路32によって実現される。
横揺れ風検出部22は、速度ベクトル算出部21から、複数のセルにおけるそれぞれの速度ベクトルを取得する。
横揺れ風検出部22は、複数のセルの中から、互いの距離が、航空機2の全幅の長さである2つのセルの組み合わせを複数選択する。
横揺れ風検出部22は、それぞれの組み合わせに含まれている2つのセルの速度ベクトルに基づいて、航空機2に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出する。
横揺れ風検出部22は、それぞれの組み合わせに含まれている2つのセルの速度ベクトルに基づいて、横揺れ風が発生しているか否かを判定し、横揺れ風が発生していると判定すれば、当該2つのセルの速度ベクトルから、横揺れ風が航空機2にもたらす力である横揺れ強度を推定する。
横揺れ風検出部22は、推定した横揺れ強度をモーメント算出部23に出力する。The swaying
The swaying
The rolling
The rolling
The swaying
The rolling
モーメント算出部23は、例えば、図4に示すモーメント算出回路33によって実現される。
モーメント算出部23は、横揺れ風検出部22により推定された横揺れ強度と、航空機2の対気速度とから、横揺れ風に対する航空機2の耐性を示す対横揺れモーメントを算出する。
航空機2の対気速度は、モーメント算出部23の内部メモリに格納されていてもよいし、風検出装置14の外部から与えられるものであってもよい。
モーメント算出部23は、対横揺れモーメントを影響判定部24に出力する。The
The
The airspeed of the
The
影響判定部24は、例えば、図4に示す影響判定回路34によって実現される。
影響判定部24は、モーメント算出部23により算出された対横揺れモーメントに基づいて、横揺れ風が、航空機2の飛行に影響のある風であるか否か判定する。The
The
図3では、風検出装置14の構成要素である速度ベクトル算出部21、横揺れ風検出部22、モーメント算出部23及び影響判定部24のそれぞれが、図4に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、風検出装置14が、速度ベクトル算出回路31、横揺れ風検出回路32、モーメント算出回路33及び影響判定回路34によって実現されるものを想定している。
速度ベクトル算出回路31、横揺れ風検出回路32、モーメント算出回路33及び影響判定回路34のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。In FIG. 3, each of the
Each of the velocity
風検出装置14の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、風検出装置14が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)が該当する。The components of the
Software or firmware is stored as a program in a computer's memory. A computer means hardware that executes a program, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor). do.
図5は、風検出装置14が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
風検出装置14が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、速度ベクトル算出部21、横揺れ風検出部22、モーメント算出部23及び影響判定部24におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ41に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行する。FIG. 5 is a hardware configuration diagram of a computer when the
When the
また、図4では、風検出装置14の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図5では、風検出装置14がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、風検出装置14における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
4 shows an example in which each component of the
次に、図1に示す観測装置1の動作について説明する。
送受信処理部13は、パルス繰り返し周期で、電気信号であるパルス信号を繰り返し生成し、それぞれのパルス信号を電磁波放射部12に出力する。Next, the operation of the observation device 1 shown in FIG. 1 will be described.
The transmission/
電磁波放射部12は、送受信処理部13からパルス信号を受ける毎に、パルス信号を光信号に変換し、光信号を送信光として、観測領域4に放射する。
電磁波放射部12から繰り返し放射される送信光は、1本のビーム、又は、複数本のビームを形成する。1本のビーム、又は、複数本のビームによって、図2Bに示す観測領域4が覆われる。例えば、ビームの形成領域は、図2Bに示す観測領域4と一致している。
電磁波放射部12から放射される送信光の放射方向として、仰角方向がθ1~θNの範囲で切り替えられる。図2Bは、仰角方向がθnであるときの様子を示している。n=1,・・・,Nであり、Nは、2以上の整数である。
電磁波放射部12は、例えば、最初に、仰角方向θ1にビームを形成し、次に、仰角方向θ2にビームを形成し、次に、仰角方向θ3にビームを形成する。そして、仰角方向θnを順番に切り替えて、最後に、仰角方向θNにビームを形成する。
電磁波放射部12によって、仰角方向θ1~θNにビームが形成されることで、図2Aに示す観測領域4を覆うビームが形成される。
図2Aの例では、概ね、θ1=-5°、θN=30°である。仰角方向θn-1と仰角方向θnとの間隔であるΔθは、任意であり、例えば、Δθ=2、又は、Δθ=3が考えられる。The electromagnetic
The transmission light repeatedly radiated from the electromagnetic
As the radiation direction of the transmission light emitted from the electromagnetic
For example, the electromagnetic
A beam covering the
In the example of FIG. 2A, approximately θ 1 =−5° and θ N =30°. Δθ, which is the interval between the elevation angle direction θ n−1 and the elevation angle direction θ n , is arbitrary, and for example, Δθ=2 or Δθ=3 is conceivable.
電磁波放射部12から放射される送信光は、観測領域4内の大気によって反射される。観測領域4内の大気によって反射された送信光が、反射光として、観測装置1に戻ってくると、電磁波放射部12が、反射光を受信する。
反射光は、反射された位置での風速に応じたドップラ効果が生じるため、反射光の周波数は、ドップラ効果による偏移を受ける。即ち、反射光の周波数は、ドップラ効果による偏移分だけ、送信光の周波数と異なる。
電磁波放射部12は、受信した反射光を電気信号に変換し、当該電気信号を受信信号として、送受信処理部13に出力する。
送受信処理部13は、電磁波放射部12から出力された受信信号に対する受信信号処理を実施し、受信信号処理後の受信信号を風検出装置14の速度ベクトル算出部21に出力する。The transmitted light emitted from the
Reflected light undergoes a Doppler effect depending on the wind speed at the reflected position, so the frequency of the reflected light is shifted by the Doppler effect. That is, the frequency of the reflected light differs from the frequency of the transmitted light by the amount of shift caused by the Doppler effect.
The electromagnetic
The transmission/
図6は、実施の形態1に係る風検出装置14の処理手順である風検出方法を示すフローチャートである。
速度ベクトル算出部21は、電磁波送受信部11から出力された受信信号を取得する。
速度ベクトル算出部21は、受信信号を周波数領域の信号に変換することによって、受信信号のスペクトルを求める。例えば、周波数領域の信号は、受信信号に対するフーリエ変換処理を実施することによって求めることができる。
速度ベクトル算出部21は、受信信号のスペクトルから、図7に示すように、観測領域4における複数のセルにおけるそれぞれの速度ベクトルを算出する(図6のステップST1)。速度ベクトルは、セル内の風向と風速とを示すベクトルである。受信信号のスペクトルから、それぞれのセルの速度ベクトルを算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
図7は、観測領域4に含まれている複数のセルを示す説明図である。
図7の例では、観測領域4が、仰角方向θnに9分割され、レンジ方向に15分割されており、9×15個のセルが観測領域4に含まれている。
速度ベクトル算出部21は、複数のセルにおけるそれぞれの速度ベクトルを横揺れ風検出部22に出力する。FIG. 6 is a flow chart showing a wind detection method, which is a processing procedure of the
The
The
The
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a plurality of cells included in the
In the example of FIG. 7, the
The
横揺れ風検出部22は、速度ベクトル算出部21から、複数のセルにおけるそれぞれの速度ベクトルを取得する。
横揺れ風検出部22は、複数のセルの中から、互いの距離が、航空機2の全幅の長さである2つのセルの組み合わせを複数選択する。
互いの距離が、航空機2の全幅の長さである2つのセルの組み合わせとしては、2つのセル間の最短距離が、航空機2の全幅の長さであるものであってもよいし、2つのセル間の最長距離が、航空機2の全幅の長さであるものであってもよい。
また、互いの距離が、航空機2の全幅の長さである2つのセルの組み合わせとしては、最短距離から最長距離の範囲のいずれかの距離が、航空機2の全幅の長さであるものであってもよい。
横揺れ風検出部22は、それぞれの組み合わせに含まれている2つのセルの速度ベクトルに基づいて、航空機2に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風が発生しているか否かを判定する(図6のステップST2)。
横揺れ風検出部22は、横揺れ風が発生していると判定すれば、横揺れ風の発生を検出する。
横揺れ風検出部22において、観測領域4に進入する航空機2の諸元が既値であれば、全幅として、実際に観測領域4に進入する航空機2の全幅が用いられる。航空機2の諸元が既値でなければ、全幅として、例えば、中型の航空機の全幅、もしくは、滑走路3を使用する頻度が最も多い航空機の全幅が用いられる。
以下、横揺れ風検出部22による判定処理を具体的に説明する。The swaying
The rolling
As a combination of two cells whose distance from each other is the length of the overall width of the
Also, for a combination of two cells whose distance from each other is the length of the full width of the
The rolling
If the swaying
In the rolling
The determination processing by the rolling
図8は、航空機2に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風の一例を示す説明図である。
図8Aは、横揺れ風の一例として、航空機2における両翼の先端付近の風向が鉛直上向きであり、一方の翼の先端付近の風速と他方の翼の先端付近の風速とが異なる風を示している。航空機2における両翼の先端付近の風向が鉛直下向きの風も、横揺れ風となる。
ここでの鉛直上向きの風向とは、鉛直上向きの成分を有する風向を示すものであり、厳密に、風向が鉛直上向きであるものに限るものではない。
また、鉛直下向きの風向とは、鉛直下向きの成分を有する風向を示すものであり、厳密に、風向が鉛直下向きであるものに限るものではない。
図8Bは、横揺れ風の一例として、航空機2における一方の翼の先端付近の風向が鉛直下向きであり、他方の翼の先端付近の風向が鉛直上向きである風を示している。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of rolling wind that may cause the
FIG. 8A shows an example of a rolling wind in which the wind direction near the tips of both wings of an
The term "vertically upward wind direction" as used herein indicates a wind direction having a vertically upward component, and is not strictly limited to a vertically upward wind direction.
Moreover, a vertically downward wind direction indicates a wind direction having a vertically downward component, and strictly speaking, the wind direction is not limited to a vertically downward direction.
FIG. 8B shows, as an example of the rolling wind, the wind direction near the tip of one wing of the
図8Cは、横揺れ風の一例として、航空機2の鉛直上方の風向と航空機2の鉛直下方の風向との双方が同一の水平方向であり、鉛直上方の風速と鉛直下方の風速とが異なる風を示している。水平方向は、滑走路3の路面と水平な方向であり、かつ、航空機2の進行方向と直交している方向である。
ここでの水平方向の風向とは、水平方向の成分を有する風向を示すものであり、厳密に、風向が水平方向であるものに限るものではない。したがって、航空機2の鉛直上方の風向と鉛直下方の風向との双方が、図中左側に向かう成分を有していれば、同一の水平方向である。また、航空機2の鉛直上方の風向と鉛直下方の風向との双方が、図中右側に向かう成分を有していれば、同一の水平方向である。
図8Dは、横揺れ風の一例として、航空機2の鉛直上方の風向と航空機2の鉛直下方の風向とが互いに異なる水平方向の風を示している。FIG. 8C shows an example of a rolling wind in which both the wind direction vertically above the
The horizontal wind direction here indicates a wind direction having a horizontal component, and is not strictly limited to a horizontal wind direction. Therefore, if both the wind direction vertically upward and the wind direction vertically downward of the
FIG. 8D shows, as an example of the rolling wind, a horizontal wind in which the direction of the wind vertically above the
横揺れ風検出部22は、複数のセルの中から、互いの距離が、航空機2の全幅の長さである2つのセルの組み合わせを複数選択する。
横揺れ風検出部22により選択される複数の組み合わせの中には、互いの高度が略等しい2つのセルの組み合わせCAと、互いのレンジ方向の距離が略等しい2つのセルの組み合わせCRとが含まれている。
図7には、互いの高度が略等しい2つのセルの組み合わせCAとして、2つの組み合わせCA1,CA2が例示されている。実際には、3つ以上の組み合わせCAが存在している。
また、図7には、互いのレンジ方向の距離が略等しい2つのセルの組み合わせCRとして、2つの組み合わせCR1,CR2が例示されている。実際には、3つ以上の組み合わせCRが存在している。
図1に示す観測装置1では、2つのセルの高度の差異が、例えば、一方のセルの高度の数%以下であれば、2つのセルの互いの高度は、略等しいものである。図1に示す観測装置1では、2つのセルのレンジ方向の距離の差異が、例えば、一方のセルの距離の数%以下であれば、2つのセルのレンジ方向の距離は、略等しいものである。The rolling
Among the plurality of combinations selected by the swaying
FIG. 7 illustrates two combinations C A1 and C A2 as a combination C A of two cells having approximately the same altitude. In practice there are more than two combinations CA.
Also, FIG. 7 illustrates two combinations C R1 and C R2 as a combination C R of two cells having substantially equal distances in the range direction. In practice there are more than two combination CRs .
In the observation device 1 shown in FIG. 1, if the difference in altitude between the two cells is, for example, several percent or less of the altitude of one cell, the altitudes of the two cells are approximately the same. In the observation device 1 shown in FIG. 1, if the difference in range direction distance between the two cells is, for example, several percent or less of the distance of one cell, the range direction distances of the two cells are substantially equal. be.
横揺れ風検出部22は、選択したそれぞれの組み合わせが、互いの高度が略等しいセルの組み合わせCAであるのか、互いのレンジ方向の距離が略等しい2つのセルの組み合わせCRであるのか、それ以外の組み合わせであるのかを判定する。
高度の数%の値及び距離の数%の値は、横揺れ風検出部22の内部メモリに格納されていてもよいし、風検出装置14の外部から与えられるものであってもよい。The rolling
The several percent value of the altitude and the several percent value of the distance may be stored in the internal memory of the rolling
横揺れ風検出部22は、選択したそれぞれの組み合わせが、互いの高度が略等しいセルの組み合わせCAであれば、2つのセルの速度ベクトルが示す風向の双方が、鉛直方向であるか否かを確認する。鉛直方向は、鉛直上向きの方向と、鉛直下向きの方向とを含んでいる。
横揺れ風検出部22は、図8Bに示すように、一方のセルの速度ベクトルが示す風向が鉛直下向きの方向であり、他方のセルの速度ベクトルが示す風向が鉛直上向きの方向であれば、組み合わせCAが、横揺れ風に係るため、横揺れ風が発生していると判定する。If each of the selected combinations is a combination CA of cells having approximately the same altitude, the rolling
As shown in FIG. 8B, the rolling
横揺れ風検出部22は、2つのセルの速度ベクトルが示す風向の双方が、鉛直上向きの方向、又は、鉛直下向きの方向であれば、一方のセルの速度ベクトルが示す風速と、他方のセルの速度ベクトルが示す風速とが異なっているか否かを確認する。
横揺れ風検出部22は、図8Aに示すように、一方のセルの速度ベクトルが示す風速v1と、他方のセルの速度ベクトルが示す風速v2とが異なっていれば、組み合わせCAが、横揺れ風に係るため、横揺れ風が発生していると判定する。
横揺れ風検出部22は、一方のセルの速度ベクトルが示す風速v1と、他方のセルの速度ベクトルが示す風速v2とが同じであれば、横揺れ風が発生していないと判定する。
なお、横揺れ風検出部22は、風速v1と風速v2との差分Δvが閾値Th1よりも大きければ、風速v1と風速v2とが異なっていると判定し、差分Δvが閾値Th1以内であれば、風速v1と風速v2とが同じであると判定する。
閾値Th1は、横揺れ風検出部22の内部メモリに格納されていてもよいし、風検出装置14の外部から与えられるものであってもよい。If both of the wind directions indicated by the velocity vectors of the two cells are vertically upward or vertically downward, the rolling
As shown in FIG. 8A , if the wind speed v1 indicated by the velocity vector of one cell is different from the wind speed v2 indicated by the velocity vector of the other cell, the rolling
If the wind velocity v1 indicated by the velocity vector of one cell and the wind velocity v2 indicated by the velocity vector of the other cell are the same, the swaying
Note that if the difference Δv between the wind speed v1 and the wind speed v2 is greater than the threshold value Th1, the rolling
The threshold Th 1 may be stored in the internal memory of the rolling
横揺れ風検出部22は、選択したそれぞれの組み合わせが、互いのレンジ方向の距離が略等しいセルの組み合わせCRであれば、2つのセルの速度ベクトルが示す風向の双方が、水平方向であるか否かを確認する。水平方向は、図8中、左側に向かう方向と、右側に向かう方向とを含んでいる。
横揺れ風検出部22は、図8Dに示すように、一方のセルの速度ベクトルが示す風向が図中右側に向かう方向であり、他方のセルの速度ベクトルが示す風向が図中左側に向かう方向であれば、組み合わせCRが、横揺れ風に係るため、横揺れ風が発生していると判定する。If each of the selected combinations is a combination CR of cells whose distances in the range direction are substantially the same, the wind direction indicated by the velocity vectors of the two cells is both in the horizontal direction. Check whether or not The horizontal direction includes a leftward direction and a rightward direction in FIG.
As shown in FIG. 8D, the rolling
横揺れ風検出部22は、2つのセルの速度ベクトルが示す風向の双方が、図中右側に向かう方向、又は、図中左側に向かう方向であれば、一方のセルの速度ベクトルが示す風速と、他方のセルの速度ベクトルが示す風速とが異なっているか否かを確認する。
横揺れ風検出部22は、図8Cに示すように、一方のセルの速度ベクトルが示す風速v1と、他方のセルの速度ベクトルが示す風速v2とが異なっていれば、組み合わせCRが、横揺れ風に係るため、横揺れ風が発生していると判定する。
横揺れ風検出部22は、一方のセルの速度ベクトルが示す風速v1と、他方のセルの速度ベクトルが示す風速v2とが同じであれば、横揺れ風が発生していないと判定する。
なお、横揺れ風検出部22は、風速v1と風速v2との差分Δvが閾値Th2よりも大きければ、風速v1と風速v2とが異なっていると判定し、差分Δvが閾値Th2以内であれば、風速v1と風速v2とが同じであると判定する。
閾値Th2は、横揺れ風検出部22の内部メモリに格納されていてもよいし、風検出装置14の外部から与えられるものであってもよい。If both of the wind directions indicated by the velocity vectors of the two cells are to the right in the figure or to the left in the figure, the rolling
As shown in FIG. 8C, the swaying
If the wind velocity v1 indicated by the velocity vector of one cell and the wind velocity v2 indicated by the velocity vector of the other cell are the same, the swaying
Note that if the difference Δv between the wind speed v1 and the wind speed v2 is greater than the threshold Th2, the rolling
The threshold value Th2 may be stored in the internal memory of the rolling
横揺れ風検出部22は、横揺れ風が発生していると判定すれば(図6のステップST3:YESの場合)、横揺れ風に係る組み合わせに含まれている2つのセルにおけるそれぞれの速度ベクトルから、横揺れ風が航空機2にもたらす力である横揺れ強度を推定する(図6のステップST4)。
即ち、横揺れ風検出部22は、以下の式(1)に示すように、横揺れ風に係る組み合わせCAに含まれている2つのセルにおけるそれぞれの速度ベクトルから、横揺れ強度を推定Γし、横揺れ風に係る組み合わせCRに含まれている2つのセルにおけるそれぞれの速度ベクトルから、横揺れ強度Γを推定する。
If the swaying
That is, as shown in the following equation (1), the rolling
式(1)において、πは、円周率、bは、航空機2の全幅である。
v1は、2つのセルのうち、一方のセルの速度ベクトルが示す風速、v2は、2つのセルのうち、他方のセルの速度ベクトルが示す風速である。
なお、2つのセルが、組み合わせCAに含まれている2つのセルであれば、v1,v2のそれぞれは、鉛直方向の速度成分であり、2つのセルが、組み合わせCRに含まれている2つのセルであれば、v1,v2のそれぞれは、水平方向の速度成分である。
2つのセルの方向が同じ方向であれば、v1が有する符号とv2が有する符号とは、同種の符号である。2つのセルの方向が異なる方向であれば、v1が有する符号とv2が有する符号とは、異種の符号である。
横揺れ風が、図8の破線が示すような略円形状の渦をなしている風であるとみなせば、v1,v2のそれぞれは、渦の接線速度に相当する。式(1)に示す横揺れ強度Γは、渦の強度として表されている。渦の強度は、後方乱気流の強度を表す指標としても用いられる。In equation (1), π is the circumference of the circle, and b is the overall width of the
v1 is the wind speed indicated by the velocity vector of one of the two cells, and v2 is the wind speed indicated by the velocity vector of the other of the two cells.
If the two cells are two cells included in the combination CA , each of v1 and v2 is a velocity component in the vertical direction, and the two cells are included in the combination CR . With two cells, each of v1 and v2 is a horizontal velocity component.
If the directions of two cells are the same, the code of v1 and the code of v2 are the same type of code. If the directions of two cells are different, the code of v1 and the code of v2 are different codes.
Assuming that the rolling wind is a wind forming a substantially circular vortex as indicated by the dashed line in FIG. 8, v1 and v2 respectively correspond to the tangential velocities of the vortex. The rolling strength Γ shown in Equation (1) is expressed as the strength of the vortex. Vortex intensity is also used as an indicator of the intensity of wake turbulence.
横揺れ風検出部22は、それぞれの横揺れ風に係る横揺れ強度Γをモーメント算出部23に出力する。
また、横揺れ風検出部22は、横揺れ風が発生しているか否かを示す判定結果を、例えば、航空機2、又は、空港の管制塔に送信する。
風検出装置14は、横揺れ風検出部22によって、横揺れ風が発生していないと判定されれば(図6のステップST3:NOの場合)、一連の処理を終了する。The swaying
In addition, the swaying
If the swaying
モーメント算出部23は、横揺れ風検出部22から、それぞれの横揺れ風に係る横揺れ強度Γを取得する。
モーメント算出部23は、それぞれの横揺れ風に係る横揺れ強度Γと、航空機2の対気速度とから、以下の式(2)に示すように、それぞれの横揺れ風に対する航空機2の耐性を示す対横揺れモーメントARMを算出する(図6のステップST5)。
式(2)において、Uは、航空機2の対気速度である。
モーメント算出部23は、それぞれの横揺れ風についての対横揺れモーメントARMを影響判定部24に出力する。The
The
In equation (2), U is the airspeed of
The
影響判定部24は、モーメント算出部23から、それぞれの横揺れ風についての対横揺れモーメントARMを取得する。
影響判定部24は、それぞれの横揺れ風についての対横揺れモーメントARMに基づいて、それぞれの横揺れ風が、航空機2の飛行に影響のある風であるか否か判定する(図6のステップST6)。
即ち、影響判定部24は、それぞれの横揺れ風についての対横揺れモーメントARMと閾値Th3とを比較する。
影響判定部24は、横揺れ風についての対横揺れモーメントARMが閾値Th3よりも大きければ、当該横揺れ風は、航空機2の飛行に影響のある風であると判定する。
影響判定部24は、横揺れ風についての対横揺れモーメントARMが閾値Th3以内であれば、当該横揺れ風は、航空機2の飛行に影響のない風であると判定する。
閾値Th3は、影響判定部24の内部メモリに格納されていてもよいし、風検出装置14の外部から与えられるものであってもよい。
影響判定部24は、横揺れ風が航空機2の飛行に影響のある風であるか否かを示す判定結果を、例えば、航空機2、又は、空港の管制塔に送信する。The
The
That is, the
If the anti-rolling moment ARM of the rolling wind is greater than the threshold value Th3 , the
If the anti-rolling moment ARM of the rolling wind is within the threshold value Th3 , the
The threshold value Th3 may be stored in the internal memory of the
The
以上の実施の形態1では、航空機2の飛行経路を含む観測領域内の大気によって反射された電磁波の受信信号を取得し、受信信号のスペクトルから、観測領域に含まれている複数の領域であるセルにおけるそれぞれの速度ベクトルとして、風向と風速とを示すベクトルを算出する速度ベクトル算出部21と、速度ベクトル算出部21により速度ベクトルが算出された複数のセルの中から、互いの距離が、航空機2の全幅の長さである2つのセルの組み合わせを複数選択し、それぞれの組み合わせに含まれている2つのセルの速度ベクトルに基づいて、航空機2に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出する横揺れ風検出部22とを備えるように、風検出装置14を構成した。したがって、風検出装置14は、航空機に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出することができる。
In the first embodiment described above, the received signal of the electromagnetic wave reflected by the atmosphere in the observation area including the flight path of the
実施の形態2.
実施の形態2では、複数のセルのうち、モーメント算出部23により算出された対横揺れモーメントに係るセルの位置に、対横揺れモーメントが表記されている対横揺れモーメントマップを生成するマップ生成部25を備えた風検出装置14について説明する。
In the second embodiment, a map is generated to generate a rolling moment map in which the rolling moment is indicated at the position of the cell related to the rolling moment calculated by the
図9は、実施の形態2に係る風検出装置14を示す構成図である。図9において、図3と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図10は、実施の形態2に係る風検出装置14のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図10において、図4と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図9に示す風検出装置14は、速度ベクトル算出部21、横揺れ風検出部22、モーメント算出部23、影響判定部24及びマップ生成部25を備えている。FIG. 9 is a configuration diagram showing the
FIG. 10 is a hardware configuration diagram showing hardware of the
A
マップ生成部25は、例えば、図10に示すマップ生成回路35によって実現される。
マップ生成部25は、複数のセルのうち、モーメント算出部23により算出された対横揺れモーメントに係るセルの位置に、当該対横揺れモーメントが表記されている対横揺れモーメントマップを生成する。The
The
図9では、風検出装置14の構成要素である速度ベクトル算出部21、横揺れ風検出部22、モーメント算出部23、影響判定部24及びマップ生成部25のそれぞれが、図10に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、風検出装置14が、速度ベクトル算出回路31、横揺れ風検出回路32、モーメント算出回路33、影響判定回路34及びマップ生成回路35によって実現されるものを想定している。
速度ベクトル算出回路31、横揺れ風検出回路32、モーメント算出回路33、影響判定回路34及びマップ生成回路35のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、又は、これらを組み合わせたものが該当する。In FIG. 9, each of the
Each of the velocity
風検出装置14の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、風検出装置14が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
風検出装置14が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、速度ベクトル算出部21、横揺れ風検出部22、モーメント算出部23、影響判定部24及びマップ生成部25におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図5に示すメモリ41に格納される。そして、図5に示すプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行する。The components of the
When the
また、図10では、風検出装置14の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図5では、風検出装置14がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、風検出装置14における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
10 shows an example in which each component of the
次に、図9に示す風検出装置14の動作について説明する。マップ生成部25以外は、図3に示す風検出装置14と同様であるため、ここでは、主に、マップ生成部25の動作を説明する。
モーメント算出部23は、それぞれの横揺れ風についての対横揺れモーメントARMを影響判定部24及びマップ生成部25のそれぞれに出力する。Next, the operation of the
The
マップ生成部25は、モーメント算出部23から、それぞれの横揺れ風についての対横揺れモーメントARMを取得する。
マップ生成部25は、複数のセルのうち、モーメント算出部23により算出された対横揺れモーメントに係るセルの位置に、当該対横揺れモーメントが表記されている対横揺れモーメントマップを生成する。
図11は、マップ生成部25により生成された対横揺れモーメントマップの一例を示す説明図である。
図11では、それぞれの横揺れ風に係る組み合わせが、組み合わせCA1,CR1,CR2である例を示している。
組み合わせCA1についての対横揺れモーメントARMは、ARMA1であり、組み合わせCR1についての対横揺れモーメントARMは、ARMR1であり、組み合わせCR2についての対横揺れモーメントARMは、ARMR2である。
マップ生成部25は、対横揺れモーメントマップを、例えば、航空機2、又は、空港の管制塔に送信する。The
The
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the anti-rolling moment map generated by the
FIG. 11 shows an example in which combinations relating to rolling winds are combinations C A1 , C R1 , and C R2 .
The anti-roll moment ARM for combination C A1 is ARM A1 , the anti-roll moment ARM for combination C R1 is ARM R1 , and the anti-roll moment ARM for combination C R2 is ARM R2 . .
The
以上の実施の形態2では、複数のセルのうち、モーメント算出部23により算出された対横揺れモーメントに係るセルの位置に、当該対横揺れモーメントが表記されている対横揺れモーメントマップを生成するマップ生成部25を備えるように、図9に示す風検出装置14を構成した。したがって、図9に示す風検出装置14は、図3に示す風検出装置14と同様に、航空機に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出することができるほか、横揺れ風が発生しているセルの位置と対横揺れモーメントとを明示することができる。
In the above-described second embodiment, the anti-rolling moment map is generated in which the anti-rolling moment is indicated at the position of the cell related to the anti-rolling moment calculated by the
図9に示す風検出装置14では、マップ生成部25が、対横揺れモーメントマップを管制塔等に送信している。マップ生成部25が、対横揺れモーメントマップを管制塔等に送信するほかに、例えば、モーメント算出部23が、以下の影響情報を管制塔等に送信するようにしてもよい。
横揺れ強度Γ及び対横揺れモーメントARMのそれぞれは、後方乱気流と同様に、航空機2の飛行を判断するための指標となる。このため、モーメント算出部23が、影響情報として、横揺れ強度Γ及び対横揺れモーメントARMのそれぞれを管制塔等に送信するようにしてもよい。In the
Each of the rolling strength Γ and anti-rolling moment ARM is an index for determining the flight of the
なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that the present disclosure allows free combination of each embodiment, modification of arbitrary constituent elements of each embodiment, or omission of arbitrary constituent elements in each embodiment.
本開示は、風検出装置、風検出方法及び観測装置に適している。 The present disclosure is suitable for wind detection devices, wind detection methods and observation devices.
1 観測装置、2 航空機、3 滑走路、4 観測領域、11 電磁波送受信部、12 電磁波放射部、13 送受信処理部、14 風検出装置、21 速度ベクトル算出部、22 横揺れ風検出部、23 モーメント算出部、24 影響判定部、25 マップ生成部、31 速度ベクトル算出回路、32 横揺れ風検出回路、33 モーメント算出回路、34 影響判定回路、35 マップ生成回路、41 メモリ、42 プロセッサ。
1
Claims (7)
前記速度ベクトル算出部により速度ベクトルが算出された複数のセルの中から、互いの距離が、前記航空機の全幅の長さである2つのセルの組み合わせを複数選択し、それぞれの組み合わせに含まれている2つのセルの速度ベクトルに基づいて、前記航空機に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出する横揺れ風検出部と
を備えた風検出装置。Acquire the received signal of the electromagnetic wave reflected by the atmosphere in the observation area including the flight path of the aircraft, and from the spectrum of the received signal, as each velocity vector in the cell, which is a plurality of areas included in the observation area , a velocity vector calculation unit that calculates a vector indicating wind direction and wind speed;
A plurality of combinations of two cells whose distance from each other is the length of the overall width of the aircraft are selected from among the plurality of cells whose velocity vectors have been calculated by the velocity vector calculation unit, and a roll wind detector for detecting a roll wind that may cause the aircraft to roll, based on velocity vectors of two cells in the air.
横揺れ風検出部が、前記速度ベクトル算出部により速度ベクトルが算出された複数のセルの中から、互いの距離が、前記航空機の全幅の長さである2つのセルの組み合わせを複数選択し、それぞれの組み合わせに含まれている2つのセルの速度ベクトルに基づいて、前記航空機に横揺れをもたらす可能性のある横揺れ風を検出する
風検出方法。A velocity vector calculation unit obtains a received signal of electromagnetic waves reflected by the atmosphere within an observation area including the flight path of the aircraft, and from the spectrum of the received signal, cells that are a plurality of areas included in the observation area. Calculate a vector indicating the wind direction and wind speed as each velocity vector in
A swaying wind detection unit selects, from among a plurality of cells whose velocity vectors have been calculated by the velocity vector calculation unit, a plurality of combinations of two cells whose distance from each other is the length of the overall width of the aircraft; A wind detection method for detecting rolling winds that may cause the aircraft to roll based on the velocity vectors of the two cells included in each combination.
前記航空機の飛行経路を含む観測領域に向けて電磁波を放射したのち、前記観測領域内の大気によって反射された電磁波を受信し、当該電磁波の受信信号を、前記風検出装置の前記速度ベクトル算出部に出力する電磁波送受信部と
を備えた観測装置。a wind detection device according to any one of claims 1 to 5;
After radiating electromagnetic waves toward an observation area including the flight path of the aircraft, the electromagnetic waves reflected by the atmosphere in the observation area are received, and the received signal of the electromagnetic waves is converted into the velocity vector calculation unit of the wind detection device. An observation device comprising an electromagnetic wave transmitter/receiver that outputs to and .
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