JPH03253496A - 立体的に運動する物体の運動姿勢の客観的表示方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、航空機やミサイル等の飛翔体あるいは潜水艦
のような立体的に運動する物体の運動姿勢を表示するた
めの方法および装置に関する。とくに、本発明は、該物
体の運動姿勢を２次元ディスプレイ画面上に立体的に表
示する方法および装置に関する。

〔従来技術〕 たとえば航空機において、その運動姿勢を操縦士に認識
させるため、操縦室内に姿勢表示器が設けられる。従来
一般に採用されている姿勢表示の方法は、地球軸に対し
て固定されているように動作する球体により機体の姿勢
を表示するものである。すなわち、該球体には地平線に
相当する水平線が描かれ、この水平線の傾斜および上下
位置によって機体の姿勢が判断される。この従来の表示
方法は、表示から直接的に機体姿勢を把握するものでは
ないので、高機動すなわち激しい運動に際しての機体姿
勢の確認には適当でない。

このような従来の機体姿勢表示方法の欠点を考慮して、
水平線を固定し、機体シンボルを動かすような表示方法
が提案されている。たとえば、雑誌１（ＵＭＡＮ　ＦＡ
ＣＴＯＲ５，１９７２，１４（２）、　１０７−１２９
には、航空機の翼を直線によりシンボル化して表示し、
このシンボルが２次元ディスプレイ画面上の十字線に対
して上下左右に移動したり、傾斜したりするような表示
方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した文献に見られるような表示方法は、従来一般に
採用されている方法に比して、姿勢の確認が容易になる
、という利点はあるが、表示が２次元的であり、ピッチ
方向の運動姿勢は、シンボルの上下位置により判断しな
ければならない、したがって、この表示方法も運動姿勢
の瞬間把握には適当でない。

したがって、本発明は、立体的に運動する物体の運動姿
勢の立体的な認識が可能に・なるような形で表示できる
表示方法および装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための零発″明による表示方法は
、物体のピッチ角およびロール角についての信号から機
体の立体的表示に必要な複数の部位の基準座標系におけ
る座標を演算′し、この座標値を、観察方向からの２次
元座標系への投影座標に変換して、その変換値に基づい
て２次元ディスプレイ画面上に立体的な表示形態で表示
を行うものである。

また、本発明の表示装置は、上述の方法の実施に適した
ものであって、立体的に運動する物体のピッチ角および
ロール角を検出してそれぞれピッチ角信号およびロール
角信号を発生するピッチ角センサおよびロール角センサ
と、前記ピッチ角信号および前記ロール角信号に基づい
て表示上の基準となる部位の基準座標系における座標を
演算する手段並びに前記演算処理手段からの座標信号に
基づいて観察方向からの２次元座標への前記部位の投影
座標を表す表示信号を形成する表示信号形成手段を有す
る演算処理手段と、前記表示信号に基づいて前記物体の
シンボルを可視画面上に表示する表示手段とにより構成
される。

〔作　用〕

上述した本発明の方法においては、基準座標系として、
たとえば地球上の固定軸が選ばれ、物体の立体的表示に
必要な複数の部位としては、物体シンボルがたとえば直
線のみで構成されるばあいには、各直線の両端部が選ば
れ、シンボルに曲線が含まれるばあいには、その曲線の
曲率中心と曲率半径とが選ばれる。このような部位の基
準軸上の座標位置を物体のピッチおよびロール角信号に
基づいて演算し、この演算値を基にして、観測方向から
の２次元座標への投影座標値を演算する。

観測方向としては、たとえば後方から前方を見たばあい
であり、この状態で観測者に視覚的に認識される物体の
姿勢を立体的に表示する。物体のシンボルが直線のみで
構成されているばあいには、表示に必要な部位として遺
ばれた複数の点の２次元座標への投影座標が上述のよう
に演算され、この演算結果に基づいて表示に必要なコマ
ンド信号が形成される。コマンド信号としては、たとえ
ば表示部位に対応する点の信号と、その点間を結ぶ線を
形成する信号が形成される。物体シンボルが曲線を含む
ばあいには、その曲率中心と曲率半径に応じた投影座標
信号から、必要な投影曲線の形成のためのコマンド信号
が形成される。

このコマンド信号に基づいて、２次元ディスプレイ画面
上に物体の運動姿勢が立体的表示手法で表示される。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例として、航空機の運動姿勢表
示の例が示されている。図において、表示画面１には、
中央に２次元ディスプレイ画面２が設けられ、該２次元
ディスプレイ画面２の両側にデータ表示部３．４が設け
られている。画面２上には、水平線５とピッチ角スケー
ル６およびロール角スケール７が形成されている。そし
て、該画面２上に、航空機の像８が表示される。データ
表示部３には較正対気速度スケール３ａおよび上下方向
加速度スケール３ｂが形成され、必要な表示が行われる
。また、データ表示部４には昇降率スケール４ａと気圧
補正高度スケール４ｂとが形成され、必要な表示が行わ
れる。ディスプレイ画面２の上方には、機首方位角表示
部４ｃが設けられる。

第２図は、表示のための装置の構成を示すブロック図で
ある。この表示装置は、演算処理装置９とシンボルジェ
ネレータ１０、およびディスプレイ装置１１により構成
され、ディスプレイ装置１１には前述の表示画面ｌが形
成されている。演算処理装置９は通常のマイクロコンピ
ュータにより構成すればよく、機能的には、機体シンボ
ルデータ設定部９ａ、ピッチ角座標変換部９ｂ、ロール
角座標変換部９ｃおよびコマンド信号変換部９ｄからな
る。機体シンボルデータ設定部９ａは、標準姿勢での機
体シンボルの基準座標データを設定するためのもので、
機体シンボルの表示に必要な機体上の部位の地球軸上に
おける基準座標データを記憶する記憶部と、この記憶さ
れたデータを読み出す読み出し部とにより構成される。

第３図は、表示される機体シンボル１２の一例を示すも
のである。このシンボル１２は、１１および主翼部を表
す３角形部分１２ａと該３角形部分１２ａから上方に延
びる３角形の垂直尾翼部分１２ｂ、１２ｃにより構成さ
れる。第３図においては、地球軸は、垂直軸ＺＥと、二
つの直交する水平軸すなわち北方向水平軸ＸＥおよび東
方向水平軸Ｙｔとにより表示される。この例では、シン
ボル表示のために必要な部位としては、部分１２ａ、１
２ｂ、１２ｃを構成する各直線の両端部が選ばれる。た
とえば、第３図に示すように垂直尾翼部分１２ｃの頂部
の点Ｐが選ばれ、機体の標準姿勢での点Ｐの地球軸上の
座標（ＸＥア、、ＹウアＩＩＺＥア１）が上述の基準座
標データとして記憶されており、適宜読み出される。こ
の点Ｐのみを地球軸上の座標で示すと第４図（ａ）のよ
うになる。

演算処理装置９には機体のピッチ角θを検出するピッチ
角センサ１３およびロール角Φを検出するロール角セン
サ１４が接続されている。演算処理装置９のピッチ角座
標変換部９ｂにおいては、センサ１３からのピッチ角信
号と設定部９ａからの基準座標データとにより、対応す
るピッチ運動のもとての地球軸（Ｘ□ＹＥ、Ｚ□）上の
座標゛が演算される。たとえば点Ｐのばあいには、その
基準座標（Ｘｔｙ□Ｙｔ□、Ｚア’ｒｌ）に対応して、
ピッチ運動のもとての座標（Ｘｉア□Ｙｔｙ□、Ｚ□２
）が演算される。この点Ｐの座標を地球軸上に示せば第
４図（ロ）のようである。次にロール角信号に基づく演
算がロール角座標変換部９Ｃにおいて行われる。このロ
ール角座標変換部９Ｃにおいては、ピッチ角運ｔｈヲ考
慮ｔ、ｔ、＝座標（Ｘｉｔｇ＋　Ｙｔｔｚ＋　Ｚｔｖｚ
”）とロール角信号とから、ロール角運動を考慮した座
標（Ｘ　！７１　Ｙ　ｔｔｓ＋　Ｚ　１ｔｓ）が演算さ
れる。このときの点Ｐの位置を地球軸上に示せば第４図
（Ｃ）の通りである。

ピッチ角座標変換部９ｂとロール角座標変換部９Ｃとに
よる演算は、次式により表すことができる。

このようにして演算された点Ｐの地球軸上の座標（ＸＥ
Ｔｓ＋　Ｙ！Ｔ３＋　Ｌｔｓ）は、次にコマンド信号変
換部９ｄにおいて表示コマンド信号に変換される。

この部分では、第５図（３）に示す観測点Ａからの観測
方向に見た第５図（ロ）に示す２次元投影座標系（ｘｏ
　、ｙｏ　）における投影座標（Ｘ　ＯＴｓ　”ｊ　ａ
ｔ）が演算により求められる。そして、同様な手順で求
められた他の点たとえば第３図の点Ｑの投影座標との間
に直線を表示するための信号がコマンド信号として形成
される。

このコマンド信号は、シンボルジェネレータ１０に入力
され、該シンボルジェネレータ１０は、このコマンド信
号を解読してディスプレイ装置１１による表示の可能な
表示信号とする。この表示信号はディスプレイ装置１１
に入力され、ディスプレイ装置１１はこの表示信号に基
づいて表示画面２に表示を行う。

第３図に示すような機体シンボルのばあい、図形の各頂
点の座標を上述のように演算しく各頂点間を結ぶ必要な
線を表示するためのコマンド信号を形成することにより
、機体シンボルが運動姿勢を立体的に表示する形態で画
面２上に描かれることになる。したがって、操縦士は、
自機の運動姿勢を画面上の表示から直観的に認識するこ
とが可能になる。航空機のばあい、このディスプレイ装
置１１は該航空機の操縦室内に配置されるが、遠隔操縦
されるミサイル等のばあいには、地上の操縦基地にこの
ディスプレイ装置１１を配置することによりミサイルの
運動を直観的に把握することが可能になる。

第２図に示すように、演算処理装置９には、気圧補正高
度計１５、較正対気速度計１６、機首方位角度計１７、
上下方向加速度計１８、昇降重訂１９などの信号が入力
され、これらの信号は演算処理装置９の表示データ変換
部９ｅにおいて表示データに変換されて、シンボルジェ
ネレータ１０に入力される。その信号に基づく表示は、
数値データの形態で表示画面１上に表示される。

〔効　果〕

以上述べたように、本発明においては、立体的に運動す
る物体の運動姿勢の表示を２次元ディスプレイ画面上に
立体的に表示できるので、高機動の運動中にも姿勢の判
断を直観的に行うことができ、高機動飛行中の操縦士の
ばあいのように判断力が鈍っている時や、編隊飛行時に
僚機について飛行する必要性から計器をじっくり見る余
裕がない時などに自機の姿勢把握に非常に便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における航空機の運動姿勢表示の一例
を示す表示画面の正面図、第２図は、本発明の表示装置
の一例を示すブロック図、第３図は、機体シンボルの一
例を示す斜視図、第４図（ａ）は、基準座標の例を示す
斜視図、第４図（ｂ）は、ピッチ運動のばあいの座標を
示す斜視図、第４図（Ｃ）は、ロール運動の場合の座標
を示す斜視図、第５図（ａ）は、観測方向の投影座標へ
の変換を示す斜視図、第５図（ハ）は、投影座標を示す
図表である。 １・・・・表示画面、 ２・・・・２次元ディスプレイ画面、 ８・・・・像、 ９・・・・演算処理装置、 ９ａ・・・・機体シンボルデータ設定部、９ｂ・・・・
ピッチ角座標変換部、 ９ｃ・・・・ロール角座標変換部、 ９ｄ・・・・コマンド信号変換部、 １２・・・・機体シンボル。 第１図 第５図 （ａ） （ｂ） Ｖ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）立体的に運動する物体のピッチ角信号とロール角
   信号とから、前記物体上の立体的表示に必要な選ばれた
   複数の部位の基準座標系に対する座標位置を演算し、こ
   の演算結果を観測方向からの２次元座標系への投影座標
   に変換し、その変換データに基づいて前記物体の運動姿
   勢を立体的表示で２次元ディスプレイ画面上に表示する
   ことからなる、立体的に運動する物体の運動姿勢の客観
   的表示方法。
2. （２）請求項１に記載した表示方法において、前記ピッ
   チ角信号とロール角信号とを表示データに変換し、該表
   示データを２次元ディスプレイ画面上に表示することか
   らなる、立体的に運動する物体の運動姿勢の客観的表示
   方法。
3. （３）立体的に運動する物体のピッチ角およびロール角
   を検出してそれぞれピッチ角信号およびロール角信号を
   発生するピッチ角センサおよびロール角センサと、前記
   ピッチ角信号および前記ロール角信号に基づいて表示上
   の基準となる部位の基準座標系における座標を演算する
   手段並びに前記演算処理手段からの座標信号に基づいて
   観察方向からの２次元座標への前記部位の投影座標を表
   す表示信号を形成する表示信号形成手段を有する演算処
   理手段と、前記表示信号に基づいて前記物体のシンボル
   を可視画面上に表示する表示手段とからなる、立体的に
   運動する物体の運動姿勢の客観的表示装置。
4. （４）請求項３に記載した装置において、前記演算処理
   手段は、ピッチ角信号およびロール角信号に基づいて表
   示データ信号を形成する表示データ信号形成手段を有し
   、前記表示手段は前記表示データ信号に基づいて表示デ
   ータを前記可視画面上に表示する手段であることを特徴
   とする、立体的に運動する物体の運動姿勢の客観的表示
   装置。
5. （５）請求項３または４に記載した装置において、前記
   演算手段は、標準姿勢における前記部位の基準座標系上
   の座標値を設定する手段を有し、前記座標演算手段は標
   準姿勢における前記座標値を入力とすることを特徴とす
   る、立体的に運動する物体の運動姿勢の客観的表示装置
   。
6. （６）請求項３ないし５のいずれかに記載した装置にお
   いて、前記表示データ形成手段は補助的表示データを入
   力とすることを特徴とする、立体的に運動する物体の運
   動姿勢の客観的表示装置。