JP7170103B2 - 航空機着陸システム及び方法 - Google Patents
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Description
。
precision landing system)は、周知の計器着陸システム(ILS: Instrument Landing System)であるが、数年後には、地上型衛星航法補強システム(GBAS: Ground Based Augmentation System)を用いた着陸システム、すなわち「GLS」が実施される可能性があ
る。しかしながら、これらの両システムは、設置及び維持が比較的高価であり、滑走路の場所によっては、実施することが事実上困難な場合もある。
件以上でなければならない。天候がILSのカテゴリを下回る場合、パイロットは、待機経路(holding pattern)に戻って、着陸可能なILSのCATレベルまで天候が回復す
るのを期待して待つか、或いは、他の空港に着陸するために進路を変更しなければならない。環境がILSのカテゴリレベルを下回る空港では、着陸は不可能な場合もある。
れた装置のみに依存するシステム)、又は、「他依存型」(すなわち、航空機内に設けられた装置、及び、それ以外の場所に設けられた装置、例えば、ILSなどの滑走路に設けられた装置や、全地球測位システム(GPS)の周回軌道衛星などの両方に依存するシステム)のいずれかに分類することができる。
に対応するデータが取得される。次に、レーダーターゲットに対応するレーダーデータは、相関アルゴリズムを用いて、領域からのレーダー反射に対応するレーダーデータから判別され、滑走路に対する航空機の位置及び姿勢が、保存されたデータ及びレーダーターゲットに対応するデータを用いて推定される。その後、滑走路に対する航空機の位置及び姿勢は、INSなどの、レーダーとは独立したナビゲーションシステムを用いて評価され、次に、推定された位置と評価された位置との間、及び、推定された姿勢と、評価された姿勢との間の差分が計算される。この差分を用いて、航空機の推定位置及び推定姿勢における誤差を補正することができる。
々な図面を参照する。これらの図面において、同様の符号は、同様の要素を特定するために用いられている。
IIIa、IIIb、又はIIIc)である。将来的には、GLSを拡張して、CAT
IIIオペレーションを含むことが期待されている。しかしながら、ILS及びGLSは、ガイダンス信号の伝播に影響を与える地形要因により、設置できる場所が限られている。これに加えて、CAT IIIは、比較的高価なモニタリング及び定期的なキャリブレ
ーション作業(calibration work)を要するため、例えば、発展途上国においては、その実施及び維持にかかる負担が相当に大きい。したがって、仮にGLSが、最終的にCAT
IIIオペレーションの認可を受けると想定しても、その実施は、各空港において設置
及び維持しなければならない地上インフラストラクチャのコストにより、制限されるであろう。
ある。本発明によれば、レーダーターゲット114は、建物、給水塔、無線塔又はテレビ塔などの「人工の」ターゲット、既知の2面若しくは3面のレーダー「逆反射体」、又は、丘、谷、湖、採石場などの「自然の」ターゲットを含みうる。本明細書において想定されているように、レーダーターゲット114は、レーダー逆反射体を含むことが好ましい。これは、レーダー逆反射体が、他の人工又は自然の反射体と比較すると、固定されていること、作製、設置、及び維持が比較的単純且つ安価であること、及び、比較的高い既知の安定した信号レベルで、比較的信頼性の高いレーダー信号エコー又は反射(radar signal returns or reflections)を提供することができるからである。
らの反射を含む)の相対的な位置及び航空機110に対する位置に対応するデータを走査
、検出及び生成するように構成されている。図2及び3を比較すると分かるように、レーダー116により走査された領域から戻ってくるレーダービーム120のレーダー反射118は、地面クラッタ(ground clutter)や走査領域内における他の物体のレーダー反射面により生じる他のレーダー反射118を含みうる(典型的には、実際に含む)が、この場合、レーダー反射118からの不正確な位置や姿勢データにつながりかねない。したがって、正確且つ確実に航空機110を制御するためにレーダーターゲット114からの反射118を用いる前に、実際のレーダーターゲット114に対応するレーダーデータと、他の反射物体に対応するスプリアスレーダーデータ(spurious radar data)とを区別す
ることが必要である。
、本当のターゲット114ではなく、他の物体に対応していることが考えられる。ターゲット114の位置関係が線形であるため、相関器122及び124の相関アルゴリズムにより導かれる相関係数は、例えば、周知の「ピアソン」相関係数を含みうる。
された位置及び姿勢における誤差を補正するために用いることができる。例えば、滑走路112に対する航空機110の「実際の」位置及び姿勢の特定についての2つの独立したシステムの各々の寄与の程度は、2つのシステムのそれぞれの信頼性及び精度がどれほどの確実性を有するかによって決まるものであるが、その信頼性及び精度は、例えば、航空機110と滑走路112との間の距離の関数として、変化しうる。
滑走路に隣接する領域内に設けられた複数のレーダーターゲットの相対的な位置及び前記滑走路に対する位置と、
前記滑走路に対する前記航空機の所望の姿勢と、を含む、前記航空機内のデータにアクセスし、
前記航空機内に設けられたレーダーを用いて前記領域を走査することにより、前記レーダーターゲットからの反射を含む、前記領域からの複数のレーダー反射の相対的な位置及び前記航空機に対する位置に対応するレーダーデータを取得し、
前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを、前記レーダー反射に対応する前記レーダーデータから判別し、
保存されたデータ及び前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を推定し、
前記レーダーとは独立したナビゲーションシステムを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を評価し、
前記推定された位置と前記評価された位置との間の差分を計算し、
前記推定された姿勢と前記評価された姿勢との間の差分を計算する、ことを含む方法。
前記航空機の重心(CG)の直線運動を調整し、
前記航空機のピッチ軸、ヨー軸、及びロール軸の各々を中心とした前記航空機の角運動を調整する、付記5に記載の方法。
前記ディスプレイを用いて、手動で前記制御を行う、ことをさらに含む、付記5に記載の方法。
前記データを取得するために、前記レーダーターゲット及び前記滑走路を測量し、
前記航空機のデータベースに前記データを保存する、付記1に記載の方法。
前記姿勢差分の関数として前記推定姿勢を補正すること、のうちの少なくとも一方を行うことをさらに含む、付記1に記載の方法。
前記航空機内に設けられるとともに、滑走路に隣接する領域内に設けられた複数のレーダーターゲットの相対的な位置及び前記滑走路に対する位置、並びに、前記滑走路に対する前記航空機の所望の姿勢に対応するデータを保存するデータベースと、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーターゲットからの反射を含む、前記領域からの複数のレーダー反射の相対的な位置及び前記航空機に対する位置に対応するデータを走査、検出、及び生成するように構成されたレーダーと、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを、前記レーダー反射に対応する前記レーダーデータから判別するように構成された相関器と、
前記航空機内に設けられたナビゲーションシステムと、を含み、当該ナビゲーションシステムは、
前記保存されたデータ及び前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を推定し、
前記レーダーとは独立して、全地球測位システム(GPS)、慣性航法システム(INS)、距離測定装置(DME)システム、超短波全方向式無線標識(VOR)システム、及び/又は、計器着陸システム(ILS)のうちの少なくとも1つを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を評価し、
前記推定された位置と、前記評価された位置との間の差分を計算し、
前記推定された姿勢と前記評価された姿勢との間の差分を計算し、
前記位置差分、及び、前記姿勢差分のうちの少なくとも一方に基づいて、前記航空機を制御するように構成されている、システム。
コンピュータと、
非一時的機械可読媒体に記録された複数の機械可読命令を含むアルゴリズムと、を含み、前記アルゴリズムは、前記コンピュータの1つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記コンピュータに、
前記レーダーにより得られた前記レーダーターゲットの相対的な位置を、前記航空機内に保存された前記レーダーターゲットの相対的な位置と関連付けさせ、
前記レーダーターゲットに対応する前記データを、前記レーダー反射に対応する前記データから判別させるように構成されている、付記11に記載のシステム。
前記航空機の前記評価位置、
前記航空機の前記推定姿勢、
前記航空機の前記評価姿勢、
前記位置差分、及び/又は、
前記姿勢差分、
のうちの少なくとも1つの視覚的表示を生成して、前記航空機のパイロットに対して当該表示を提供するように構成されたディスプレイをさらに含む、付記11に記載のシステム。
前記航空機内に設けられるとともに、滑走路を囲む領域を走査して、前記領域からの複数のレーダー反射の相対的な位置及び前記航空機に対する位置に対応するレーダーデータを生成するように構成されたレーダーと、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーデータを、前記領域内に設けられた複数のレーダーターゲットの相対的な位置及び前記滑走路に対する位置、並びに、前記滑走路に対する前記航空機の所望の姿勢を含む、前記航空機内に保存されたデータと関連付けて、前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを、前記レーダー反射に対応する前記レーダーデータから判別するように構成された相関器と、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーとは独立して、前記滑走路に対する
前記航空機の位置及び姿勢を評価するように構成されたナビゲーションシステムと、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータ、及び、前記航空機の前記保存された位置及び姿勢データを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を推定し、且つ、前記航空機の前記推定された位置及び姿勢と、前記航空機の前記評価された位置及び姿勢との間の差分を計算するように構成されたコンピュータと、を含む、装置。
Claims (9)
- 航空機を制御するための方法であって、
滑走路に隣接する領域内に設けられた複数のレーダーターゲットの相対的な位置及び前記滑走路に対する位置と、
前記滑走路に対する前記航空機の所望の姿勢と、を含む、前記航空機内の保存されたデータにアクセスし、
前記航空機内に設けられたレーダーを用いて前記領域を走査することにより、前記レーダーターゲットからの反射と前記レーダーターゲット以外からの反射とを含む、前記領域からの複数のレーダー反射の相対的な位置及び前記航空機に対する位置に対応するレーダーデータを取得し、
前記航空機内に設けられた相関器を用いて、前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを、前記レーダーターゲット以外からの反射に対応する前記レーダーデータから判別し、
前記保存されたデータ及び前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を推定し、
前記レーダーとは独立したナビゲーションシステムを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を評価し、
前記推定された位置と前記評価された位置との間の差分を計算し、
前記推定された姿勢と前記評価された姿勢との間の差分を計算し、
前記位置差分、及び、前記姿勢差分の少なくとも一方に基づいて、前記航空機を制御する、方法。 - 前記レーダーは、気象レーダーである、請求項1に記載の方法。
- 前記レーダーターゲットのうちの少なくとも1つは、2面又は3面のレーダー反射体である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記判別は、前記レーダーにより得られた前記レーダーターゲットの前記相対的な位置を、前記航空機内に保存された前記レーダーターゲットの前記相対的な位置と関連付けることを含む、請求項1~3のいずれか1つに記載の方法。
- 航空機を制御するためのシステムであって、
前記航空機内に設けられるとともに、滑走路に隣接する領域内に設けられた複数のレーダーターゲットの相対的な位置及び前記滑走路に対する位置、並びに、前記滑走路に対する前記航空機の所望の姿勢に対応するデータを保存するデータベースと、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーターゲットからの反射と前記レーダーターゲット以外からの反射とを含む、前記領域からの複数のレーダー反射の相対的な位置及び前記航空機に対する位置に対応するレーダーデータを走査、検出及び生成するように構成されたレーダーと、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを、前記レーダーターゲット以外からの反射に対応する前記レーダーデータから判別するように構成された相関器と、
前記航空機内に設けられたナビゲーションシステムと、を含み、当該ナビゲーションシステムは、
前記保存されたデータ及び前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を推定し、
前記レーダーとは独立して、全地球測位システム(GPS)、慣性航法システム(INS)、距離測定装置(DME)システム、超短波全方向式無線標識(VOR)システム、及び/又は、計器着陸システム(ILS)のうちの少なくとも1つを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を評価し、
前記推定された位置と、前記評価された位置との間の差分を計算し、
前記推定された姿勢と前記評価された姿勢との間の差分を計算し、
前記位置差分、及び、前記姿勢差分のうちの少なくとも一方に基づいて、前記航空機を制御するように構成されている、システム。 - 前記レーダーは、気象レーダーである、請求項5に記載のシステム。
- 航空機を制御するための装置であって、
前記航空機内に設けられるとともに、滑走路を囲む領域を走査して、複数のレーダーターゲットからの反射と前記レーダーターゲット以外からの反射とを含む、前記領域からの複数のレーダー反射の相対的な位置及び前記航空機に対する位置に対応するレーダーデータを生成するように構成されたレーダーと、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーデータを、前記領域内に設けられた複数のレーダーターゲットの相対的な位置及び前記滑走路に対する位置、並びに、前記滑走路に対する前記航空機の所望の姿勢を含む、前記航空機内に保存されたデータと関連付けて、前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータを、前記レーダーターゲット以外からの反射に対応する前記レーダーデータから判別するように構成された相関器と、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーとは独立して、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を評価するように構成されたナビゲーションシステムと、
前記航空機内に設けられるとともに、前記レーダーターゲットに対応する前記レーダーデータ、及び、前記航空機の前記保存された位置及び姿勢データを用いて、前記滑走路に対する前記航空機の位置及び姿勢を推定し、且つ、前記航空機の前記推定された位置及び姿勢と、前記航空機の前記評価された位置及び姿勢との間の差分を計算するとともに、前記位置差分、及び、前記姿勢差分の少なくとも一方に基づいて、前記航空機を制御する、ように構成されたコンピュータと、を含む、装置。 - 少なくとも部分的に、前記差分の関数として前記航空機の動きを制御するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項7に記載の装置。
- 前記ナビゲーションシステムは、全地球測位システム(GPS)、慣性航法システム(INS)、距離測定装置(DME)システム、超短波全方向式無線標識(VOR)システム、及び/又は、計器着陸システム(ILS)のうちの少なくとも1つを含む、請求項7又は8に記載の装置。
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