JPH05506628A - 飛行機内での使用のための検出システム - 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】 飛行機内での使用のための検出システムこの発明は飛行機内での使用のための検 出システムに関し、より詳しくは、火山圧雪の存在を検出できる飛行機の検出シ ステムに関する。

火山圧雪は、たとえ火山の噴火位置から上記雲が移動してしまった後でも、飛行 機に対して重大な危険を構成する。灰粒子を含むことは別として、上記雲はＳＯ ２のようなガスを含み、このガスは数日後に酸化および加水分解して、灰と酸と の混合物として又は灰粒子を包むコーティングとして硫酸の液滴を形成する。

火山圧雪の灰粒子と硫酸液滴との両方が、因業に遭遇する飛行機に対して重大な 被害と起こりうる損失を引き起こす恐れがある。

火山圧雪に遭遇する多くの飛行機が、過去にどこで重大な被害が起こったかを記 録してきた。１９８２年の４月と７月との間に、インドネシア国中央ジャワにあ る火山ガルングン（Ｇａｌｕｎｇｇｕｎｇ）は一連の噴火を経験した。その分散 する圧雪は、商用航空路を横切って移動することで大きな危険を構成した。何故 ならば、飛行機のレーダーシステムは圧雪と氷や水の雲とを区別できなかったか らであり、今も区別できないからである。また、通常、火山圧雪は視覚では灰色 の氷や水の雲から区別し得ない。上記圧雪の中へ直接飛び込んだ飛行機によって 、２つの大きな事故が引き起こされた。１９８２年６月２４日、マレーシア国ク アラルンプールからパースへ飛行中の英国航空ボーイング７４７が、圧雪の中に 入った。４つのエンジンすべてが停止し、飛行機はエンジンを再スタートする試 みが成功する前に６００００＋降下した。緊急着陸はインドネシア国ジャカルタ でなされた。

第２の事故は、１９８２年７月１３日、シンカポール航空ボーイング７４７が同 様な飛行不能の問題を被った時に起こり、再び緊急着陸がジャカルタでなされた 。

より最近では、１９８９年１２月１５日、ＫＬＭボーイング７４７が、アメリカ 合衆国アラスカにある火山リダウト（Ｒｅｄｏｕｔ）の噴火によって生じた圧雪 に遭遇した。飛行機のエンジンは停止し、そのジェット機は動力なしで３６００ ｆｆｌ降下した。さらに、その飛行機のコクピットは硫黄臭のガスで満たされた ことが報告されている。上記遭遇の記述はガルングンの圧雪との遭遇と極めて類 似しており、飛行機に対する影響もまた類似している。

以上は、圧雪を避けることができるように、圧雪の存在を早期にパイロットに警 告できる検出システムの必要性を説明するものである。衛星から集められたデー タに依存するシステムは道具になり得るが、地球の特定地域のための衛星のデー タは定期的にしか更新されない。例えば、極軌道にある衛星からのデータは、地 球のほとんどの地域に対して１日当たり４回しか提供されない。それ故、飛行機 の前方の状況をモニタするために飛行機内に据え付けられ得る検出システムが望 まれている。さらに、もし上記システムが例えば透明な乱気流のような他の不利 な大気状態を検出できるならば、利点があるだろう。上記乱気流は、視覚や公知 の飛行機の検出システムでは検出できず、かつ飛行機によって避けなければなら ないからである。

この発明によれば、上記飛行機の前方の大気状態を検出し、上記飛行機の前方に 不利な大気状態が存在するとき警告信号を発生し、かつ、上記不利な状態が避け られるように上記不利な状態の位置を示す情報を発生するための手段を備える飛 行機における使用のための検出システムが提供される。

上記不利な状態は、火山圧雪、高密度の二酸化硫黄ガスおよび／または透明乱気 流から構成され得る。

さらに、この発明は、上記飛行機の前方の火山圧雪の存在を検出するための手段 と、上記飛行機のパイロットに上記雲の存在を警戒させるための手段を備える飛 行機のための検出システムを提供する。

上記検出システムは、上記圧雪の検出に応じて、上記飛行機に対する上記圧雪の 位置を表す情報を発生させるための手段を含むのが望ましい。上記警戒させる手 段のシステムは、上記情報の表示を行うための表示信号を発生させるための手段 を含むのが望ましい。

また、上記検出手段は二酸化硫黄および／または透明乱気流を検出できるのが望 ましい。

上記検出手段と警戒手段は、上記飛行機によって受け取られた赤外放射線を前二 りするための手段と、上記放射線の予め定められた波長の強度を表す強度信号を 発生させるためのフィルタ手段と、２つの上記予め定められた波長の強度信号を 比較して、比較結果が圧雪が存在することを示すとき火山圧雪警報信号を発生さ せるための処理手段を含むのが望ましい。

上記警報信号は、長波長側の受け取られた放射線が短波長がわの受け取られた放 射線よりも少ないことを上記強度信号が示すときに、発生されるのが望ましい。

上記モニタ手段は赤外線検出アレイを含み、上記複数の強度信号は上記アレイの 画素に、上記複数の波長の各々の強度信号が上記画素の各１つに対応する如く関 係し、また、上記処理手段は、上記強度信号と上記飛行機の位置を表す位置信号 とに基づいて、上記飛行機に対する上記圧雪の位置を表す表示信号を発生させる のが望ましい。

また、この発明は、飛行機によって受け取られた赤外放射線をモニタし、上記放 射線の少な（とも１つの予め定められた波長の強度を表す信号を発生し、上記強 度信号を処理し、そして、上記強度信号が不利な大気状態が存在することを示す とき警報信号を発生する、不利な大気状態の検出方法を提供する。

上記警報信号は、長波長側の信号の値が短波長側の信号の値よりも小さいときに 発生されるのが望ましい。

上記信号は赤外線検出アレイに関係し、さらに、上記方法は、上記信号に基づい て上記飛行機に対する上記不利な状態の位置を表示することを含むのが望ましい 。

さらに、この発明は、上に述べられた検出システムを有する飛行機を提供する。

上記長い側の波長は約１２μｍであり、上記短い側の波長は約１０μｍであるの が望ましい。上記予め定められた波長はさらに２つの波長、透明乱気流の検出に 関係する６μｍと、二酸化硫黄の検出に関係する９μｍとを含むのが望ましい。

この発明の好ましい実施例は、今から、添付の図面に関して、例によってのみ説 明される。ここで、 図１は火山圧雪の図、 図２は氷や水の雲と火山灰＝とから受け取られた赤外放射線対赤外波長のグラフ 、 図３はこの発明のシステムの好ましい実施例の検知ユニットの概略側面図、図４ は上記ユニツトの概略前面図 図５は上記システムのフィルタ・ホイールの設計図、図６は上記システムの電気 または電子回路のブロックダイヤグラム、図７は上記システムの主な動作ルーチ ンの流れ図、図８は上記システムの警報ランプ処理ルーチンの流れ図、図９およ び１０は、それぞれ晴れた空と積雲についての、受は取られた赤外放射線対赤外 波長のグラフ、 図１１乃至１３は、火山圧雪についての様々な赤外波長の、受は取られた赤外放 射線対時間のグラフ、そして、 図１４は水雲についての様々な赤外波長の、受は取られた赤外放射線対時間のグ ラフである。

衛星に搭載された赤外放射計は、赤外波長の範囲を超えて、地表から放出され、 また雲に吸収された赤外放射線についての大量のデータを供給してきた。上記衛 星とはＴＩＲＯ３−Ｎ／Ｎ０ＡＡ極軌道衛星と静止気象衛星（ＧＭＳ）とを含ん でいる。上記データの解析は、火山圧雪が通常の氷や水の雲と区別され得る赤外 線の特徴を持つことを確認した。図１に示すように、１つの火山圧雪２は、衛星 から観測されたとき、準透明な領域４を含んでいる。この領域は、はとんどの例 では雲２の周辺部の周り、つまり、通常地表から放出されるすべての赤外線を吸 収するさらに密な中心領域６の周りに配置されている。上記赤外率透明領域４は 、氷や水の雲の類似の領域では起こらない“逆吸収効果”を示すことが示されて きた。

上記効果は、上記領域４について、衛星によって受け取られる赤外放射線に、長 （または増加された赤外波長１０μｍと１３μｍとの間で増加を引き起こす。氷 や水の雲の類似の準透明な領域については、衛星によって受け取られる放射線の 強度は、増加するまたは長い赤外波長１０μｍと１３μｍとの間で減少する。衛 星の放射計は機械式走査装！上に搭載された単一の検出要素を含んでいる。上記 放射計によって生成される赤外線強度信号を使うことによって、走査される領域 の映像表示が生まれるようにである。背景８、この場合には地表と、中心領域６ については、選択された波長で受け取られた放射線に対応する輝度温度の絶対値 は、表示色を生むのに使用され得る。例えば、背景８は青い影として現れ、中心 領域６は黒い影として現れる。圧雪の存在を目立たせるために、もし１０μ重と １３μｍとの間で長波長と短波長について受け取られた放射線の差が正ならば、 上記準線明領域４は上記差の大きさに応じて赤い影として表示されるだろう。上 記差が負である場合は、上記雲が単に氷や水の雲であることを示すために、異な った色が表示され得る。しかしながら、衛星の情報は特定の領域については間欠 的に更新されるに過ぎず、火山圧雪は上記情報が更新される前に意味を持って移 動し得るのである。

図３乃至７に関して以下に詳細に説明されるように、この発明の好ましい一実施 例の検出システムは飛行機に搭載され、上記飛行機の前方の赤外放射線をモニタ する。飛行中の飛行機は、通常、図１に示された地球の水平線９の上方の空間へ 向かって方向づけられている。雲２を観測し、それから受け取られる赤外放射線 をモニタしたとき、背景８は空間となっており、衛星の放射計の場合のように地 表ではなく、そして、上述の逆吸収効果に対して反対の効果が起こることが発見 された。

飛行機２から水平方向に観測された場合の雲２から受け取られた赤外放射線対放 射線の波長のグラフ１２は図２に示されている。上記グラフ１２では、放射線強 度は対応する輝度温度に変換されている。９乃至１３μｍの範囲については、受 は取られる赤外放射線は対応する輝度温度に近似的に直接比例している。グラフ １１には２つの曲線が描かれており、一方の曲線１３は火山圧雪の準線明領域４ から受け取られた赤外放射線に関し、他方の曲線１５は氷粒子を含む雲の準線明 領域４から受け取られた赤外放射線に関している。上記グラフ１１は準透明領域 ４について起こる正反対の効果を示している。圧雪については１０乃至１３μ− の領域で波長が増加するにつれて受け取られた赤外放射線が減少している。しか るに、水雲については波長が増加するにつれて受け取られた赤外放射線が増加し ている。水滴を含む雲は水粒子を含む雲と同じ様に振舞うだろう。上記正反対効 果は、飛行機は空間のような比較的冷たい背景８に抗して前方に雲を観測するが 、衛星の放射計は地表のような比較的温かい背景に抗して雲を観測するから起こ るのだと信じられている。グラフ１１によれば、１０乃至１３μｍの範囲内の２ つの波長について受け取られる放射線の差は、１０μｍと１２μｍについてか最 も大きい。１０乃至１２μｍで受け取られる放射線強度の差を輝度温度の読み取 り値として解析することによって、上記検出システムは氷や水の雲と火山圧雪と を区別することができる。１２μｍの輝度温度と１０μｍの輝度温度との差が負 であるときは、これは火山圧雪の存在を示している。しかるに、上記差が正であ るときは、氷や水の雲が存在している。上記差は、雲２の車送明領域４から受け 取られる放射線について起こるのみである。雲２の密な中心領域６や背景８から 受け取られる放射線は、１０μｍと１２μｍについて実質的に同一である。

また、雲２内の硫酸液滴や粒子の存在は、受は取られる放射線に圧雪に関するの と全く同様に効果を及ぼす。それ故、１２μｍと１０μＩの読み取り値の間の負 の差は、灰雲や硫酸液滴または粒子を含む雲の存在を示す。さらに、二酸化硫黄 が赤外放射線を吸収するレベルは放射線の波長に関連して変化し、最大の吸収は ８．９μｍで起こる。それ故、８．９μｍで受け取られる放射線をもモニタする ことによって、上記検出システムは、大気中で二酸化硫黄の増加したレベルを検 出することができる。それは、火山圧雪の存在を確定するのに用いられ得る。

また、上記検出システムは、対流圏上層での水蒸気異常からの赤外放出を測定す ることによって、透明乱気流の存在を検出することができる。上記異常は、対流 圏で乾燥している層中へ水蒸気リンチな空気を上昇させる乱流動に応じて起こる 。霜層の存在は、飛行機によって受け取られる１２μｌの放射線と６μ国の放射 線との差を検査することによって検出される。上記差が予め定められたしきい値 を超えた場合、透明乱気流の存在が推論され得る。

図３．４に示すように、上記検出システムは検出ユニット１０を含んでおり、検 出ユニット１０は不透明なケーシング１２に収容されている。ケーシング１２は 開口１４を有しており、開口１４は赤外線透過窓１６を含んでいる。窓１６は、 ＩＲＴＲＡＮ−２窓または同様のものであるのが望ましく、予め定められた波長 範囲内の赤外線だけしかケーシング１２内に入るのを許容しない。上記予め定め られた範囲は、関心ある波長、６．３．８．９．１０および１２μＩを含んでい る。

窓１６は、受は取られた放射線１８を、図３に示すように、ケーシング１２の窓 １６の反対側の壁に搭載されたオフセット放物面反射器２０上に送る。上記反射 器２０は放射線１８を反射して、検出器アレイ２２上に焦点を結ばせる。上記ア レイ２２は２５６Ｘ２５６個のＨｇＣｄＴｅ赤外検出器要素を含んでいる。上記 検出器要素は、それぞれ映像表示内に画素を生むのに用いられ得る信号を発生す る。

アレイ２２は、どのような形状の機械式走査装置の必要も消滅させる。

上記ユニット１０は、飛行機に搭載される。飛行機のノイズ中では、上記窓１６ は飛行機の前方の視野に同けて方向づけられるのが望ましい。そのとき、上記検 出機アレイ２２は、水平および垂直面内で±５°の飛行機の視野の赤外線イメー ジを受け取るだろう。アレイ２２によって受け取られたイメージは、上記飛行機 から１１００ｋでの１７．５ｋｍ２の領域を表す。検出器アレイ２２は、赤外放 射線に対する感度を最大にするために冷却される。

図３，４に示すように、上記ユニット１０はチョッパ・プロペラ２４を有してい る。このチョッパ・プロペラは、反対に配された２つのブレード２６．２７を含 み、チョッパ・モータ２８によって５０Ｈｚの周波数で回転される。各ブレード ２６．２７の対向する側部の間の角度は９０°となっており、チョッパ２４か回 転されるにつれて、上記ブレードは、窓１６からの放射線が反射器２０、および 代わりにアレイ２２によって受け取られるのを間欠的に妨げる。その代わり、図 ４に示すように、ブレード２７が窓１６と反射器２０との間に配されたとき、ア レイ２２はチョッパ２４の放射線しか受けない。それ故、チョッパ２４は、窓１ ６からアレイ２２によって受け取られた大気の放射線を１００Ｈｚの周波数に変 調する。大気の放射線の変調は、アレイ２２によって発生された信号が、大気の 放射線１８の強度に応じて変調された１００Ｈｚのキャリアを持つ振幅変調信号 の形態になる結果を引き起こす。受は取られた放射線を表す信号は、図６を参照 して以下に述べられる同期式検出器を使用して、上記変調信号から引き出される 。受は取られた放射線１８のチョッパ２４による変調は、受は取られた赤外放射 線のみを表し、迷い光またはユニット１０内で反射された放射線による成分を含 まない電気信号が導かれるのを可能にする。また、高いチョッパ周波数は、上記 放射線の信号に現れるかもしれない１／ｆノイズを低減する。

もし望まれるならば、ユニット１０のサイズは、チョッパ２４を排除することに よって、かなり縮小される。雰囲気とユニット１０内の迷い光と１／ｆノイズに よって生成される信号成分は、適当なフィルタ回路その他の手段によって抑圧さ れる必要がある。

上記検出ユニット１０は、温度および光学式センサ回路３０を含んでおり、この 回路は、受は取られた雰囲気の放射線強度を対応する輝度温度に変換できるよう に、チョッパ２４から放射される放射線の温度を測定する。また、上記回路３０ は、同期式検出器による使用のための同期信号を生む光源３２から受け取られた 光に応答する。チョッパ２４のブレード２６および２７は、回路３０が光源３０ からの光を受けるのを間欠的に避けるように、光源３２と回路３０との間を通過 する。上記同期信号は、光源からの光が受け取られた時に一つの状態に入り、ブ レード２６または２７が光源３２と回路３０との間に配された時に別の状態に入 る。

反射器２０によって反射された後の上記受は取られた放射線は、図３および５に 示すように、放射線１８がアレイ２２上に入射する前に、フィルタ・ホイール３ ４の４分円３８によってフィルタされる。上記フィルタ・ホイール３４はフィル タ・ホイール・モータ３６に連結および回転駆動され、ホイール３４は毎秒回転 を実行する。ホイール３４の４分円３８は、それぞれ関心ある４つの波長の１つ に対応する赤外線フィルタを含んでいる。４分円３８のフィルタは、それに対応 する波長しか４分円を通過するのを許さない。４分円３８は、続く４分円が位置 どりできるように、０２５秒毎に放射線１８の経路から回転される。それ故、ア レイ３２は、０．２５秒毎に４つの波長のうちの１つを表す変調信号を生成する 。そして、上記変調信号は４つの波長チャネルのうちの１つに属すると考えられ る。もちろん、フィルタ・ホイール３４とモータ３６は省略され、適当なフィル タ回路その他の、受は取られた広い赤外線帯域から上記チャネル信号を引き出せ る手段に置き換えられ得る。

図３，４に示すように、上記変調信号を処理するための信号処理回路４０は、検 出ユニット１０の光学および機械的構成要素とともに、ケーシング１２内に収容 されている。図６に示すように、上記処理回路４０は検出センサ回路４２．同期 式検出器４４．増幅変換回路４６およびマイクロプロセッサ４８を含んでいる。

センサ回路４２は、検出アレイ２２を含んでおり、各波長チャネルについて各ア レイ要素によって生成された変調信号を同期式検出器４４へ通過させる。検出器 ４４は、温度および光学式センサ回路３０からオンライン５０で受けた同期信号 を用いることによって、センナ回路４４によって出力された信号から変調包絡線 を取り出す。取り出された包絡線は、上記４つのチャネルについてアレイ２２の 各要素についての、受は取られた赤外線強度を表す。増幅変換回路４６は上記強 度信号を増幅し、その信号を２５６Ｘ２５６のデジタル画素へ変換する。各々の 画素は４つのチャネルについて受け取られた放射線の値を含み、それぞれのアレ イ要素に対応している。次に、上記画素は、図７．８に関して以下に説明される ソフトウェア・ルーチンに従って、マイクロプロセッサ４８によって処理される 。

上記画素が不利な大気状態が飛行機の前方に存在することを示すかどうかを決定 するためである。不利な大気状態がまさに存在するときは、パイロットにその状 態の存在を警告するために、飛行機のコクピット内で警報ランプ５２や音声警報 信号５４が活性化される。次に、マイクロプロセッサ４８は、同様にコクピット 内に搭載された映像表示ユニット５６を活性化し、飛行機に対する上記不利な状 態の位置を示すパイロット用の表示を生むために、上記デジタル画素から導かれ たＲＧＢ信号を上記ユニット５６へ供給する。

図７に示すように、主な操作ルーチン６０は、マイクロプロセッサ４８によって デジタル画素が受け取られるステップ６２にて始まる。上記４つのチャネルは、 波長６．３μ墓のチャネルについてはチャネル１、波長８．９μｍのチャネルに ついてはチャネル２、波長１０．０μｍのチャネルについてはチャネル３、波長 １２゜０μｍのチャネルについてはチャネル４と名付けられ得る。また、マイク ロプロセッサ４８は、ライン５０．検出器４４および変換回路４６を経由して、 チョッパ温度ＴＣを表す信号を受ける。次に、校正ステップ６４にて、予め定め られた校正値、チョッパ温度ＴＣおよび基準として受け取られたチョッパ放射線 強度を用いて、上記画素の強度の値が、対応する輝度温度の値に変換される。校 正ステップ６４は、各画素についての４つのチャネルについて、それぞれ輝度温 度の値Ｔ１、Ｔ２．ＴＳ、Ｔ４を生む。次に、ルーチン６０は、要求される通り 、チャネル温度の間の差が計算されるステップ６６に進み、続いて、ステップ６ ８にて、飛行機からパイロットが見る眺めに応じて方向づけられたパイロット用 の表示を生成するのに用い得るように、上記画素のアレイは再配置される。瞬時 に、検出アレイ２２によって受け取られた赤外線イメージは、パイロットがコク ピットから見る眺めに関連して転化される。上記イメージを表す画素の配置は、 上記イメージを表示するのに用いられる以前に転化される必要があるだろう。

ステップ６８で上記画素が所望の方向に地図化された後、ステップ７０で水平線 に関する情報が画素アレイ内に挿入される。水平線の位置は、ステップ７０で、 コクピットからマイクロプロセッサ４８によって受け取られた高度、傾斜および 方位信号に基づいて決定される。次に、画素は警報ランプ・プロセッサルーチン ７２内で解析されて、映像信号生成ステップ７４で用いられる。上記警報ランプ ・プロセッサルーチン７２は、飛行機の前方に圧雪、二酸化硫黄または透明乱気 流が存在しているかどうかを決定するために画素アレイを解析し、それに応じて 各警報ランプ７７．７９および８０を活性化する。映像信号生成ステップ７４で は、画素の選択された値が、映像表示ユニット５６へ供給される赤、緑および青 （ＲＧＢ）信号を生成するのに用いられる。どのようにして上記温度の値がＲＧ Ｂ信号を生成するのに用いられるかは、上記警報ランプ・プロセッサルーチン７ ２による解析結果に依存している。例えば、第４チヤネルの温度と第３チヤネル の温度との差が負であるときは、上記差の値はルーチン６０のステップ７４で赤 信号を生むのに用いられる。しかるに、上記差が正であるときは、上記差の値は 緑信号を生むのに用いられる。しかしながら、画素についてチャネル３と４との 間に差が無いとき、また、チャネル４の値が雲が存在しないことを示すときは、 チャネル４の値は青信号を生むのに用いられる。これに対して、上記値が雲が存 在することを示すときは、表示５６に黒色を生じさせるのとともに、上記値は赤 、緑および青信号を生むのに用いられる。また、表示ユニット５６は、警告状態 が起こるときに活性化されるだけとしても良い。ステップ７２および７４の後、 上記ルーチン６０はステップ６２に進んで戻る。

図８に示すように、上記アレイの画素は上記警報ランプ・プロセッサルーチン７ ２によって連続的に解析される。上記ルーチン７２はステップ７６で始まる。

ステップ７６では輝度温度が電流画素から引き出され、圧雪９二酸化硫黄ガスお よび透明乱気流を検出するための各しきい値ＴＡ、ＴＳ、ＴＣとともに、以前に 格納された背景８についての輝度温度ＴＢが回復される。多くの瞬間におけるし きい値は、近似的に０となっている。上記温度ＴＢとしきい値ＴＡ、ＴＳおよび ＴＣは、高度、傾斜および方位のような飛行機の位置と方向に関する情報に基づ いて、マイクロプロセッサ４８によって決定される。

次に、ルーチン７２は、第４チヤネルの温度と背景の温度との比較がなされるス テップ７８へ進む。Ｔ４がＴＢよりも小さい場合、これは画素が雲に対応してい ることを示しており、ルーチン７２は、第３と第４のチャネルの温度差が灰のし きい値ＴＡと比較されるステップ８０へ進む。上記差がＴＡ９１ｍ大きいときは 、ステップ８２で灰カウントが増加され、さもなければ、ステップ８４で氷また は水カウントＷが増加される。

ステップ７８で、上記画素が雲に関係しないと決定された場合、ルーチン７２は 、第２と第４のチャネルの輝度温度の差が二酸化硫黄のしきい値ＴＳと比較され るステップ８６へ進む。Ｔ２−７４＞ＴＳの場合、これは上記画素に対応する大 気が二酸化硫黄粒子を含んでいることを示しており、ステップ８８で二酸化硫黄 カウントＳが増加される。ステップ８６での比較結果が正でないと判明した場合 、ステップ８８で、第１チヤネルの温度と第４チヤネルの温度との差と、透明乱 気流のしきい値ＴＣとに関する比較がなされる。ＴＩ−Ｔ４＞ＴＣの場合、これ は上記画素に対応する大気が透明乱気流を含んでいることを示しており、ステ・ ツブ９２で透明乱気流カウンタＣが増加される。

ステップ８８．９２．９０．８２および８４の後、上記ルーチンはステップ９４ へ進む。ステップ９４で、上記カウントの値は、１つのアレイについての画素の 全数を超えるカウントのような異常が存在するかどうかを決定するために検査さ れる。次に、ステ、プ９６で、１つのアレイの画素の全数が処理されたかどうか を見るためにチェックがなされる。上記画素の総てが処理されていない場合、ル ーチン７２はステップ７６へ進み、さもなければ、上記ルーチンは４つの決定ス テップ９８．１００．１０２および１０４を実行する。ステ・ツブ９８では、灰 カウントＡが因業存在しきい値を超えている場合、火山圧雪が飛行機の前方に存 在している訳であるから、パイロットに警告するために、コクピ・ント内で対応 する赤い警報ランプ７７が点灯される。同様に、ステップ１００および１０２で は、二酸化硫黄と透明乱気流のカウントＳとＣが対応する存在しきい値を超えて いる場合、それに応じて、コクピット内で対応する赤い警報ランプ７９と８１が 点灯される。

上記決定ステップ９８，１００または１０２のうちの１つが正の結果を生じ、警 報ランプが点灯された場合、活性化フラッグがセットされ、ルーチン７２はプロ セッサ４８の操作を通り越して映像信号生成ステップ７４へ進み、カウントＡ。

Ｗ、ＳおよびＣのすべてがリセットされる。活性化フラッグがセットされるのに 応じて、映像表示ユニット５６が活性化され、表示が生成される。その表示は、 パイロットに、飛行機に関して検出された不利な状態の位置の視覚的表示を与え る。火山圧雪２が存在しているとき、パイロットによって見られる表示は、図１ に示されたものに似ている。水平線９は表示を横切って置かれ、車送明領域４は 赤い影として現れ、中心領域６は黒く現れる。背景８は青い影として着色される 。

雲を避けるためにパイロットが雲２に対して飛行機を動かすと、雲２から離れる パイロットの動作を見せるように、上記表示はそれに従って更新される。

二酸化硫黄ガスの存在も、もし検出されれば表示され得るだろう。しかしながら 、上記ガスの検出は、通常は火山圧雪が飛行機の前方に存在することの確認とし て用いられるだろう。透明乱気流の異常が、もし検出されれば、６３μｍチャネ ルで受け取られた信号の強度にコード化された色の変化をつけて映像表示ユニッ ト５６上に表示される。

不利な状態が１１００ｋの距離にあり、飛行機が６００ｋｍ／ｈｏｕｒの速さで 飛行していれば、上記検出システムはパイロットに対して約１０分間の警報を与 える。

ルーチン７４のステップ１０４では、飛行機の前方の雲を示す氷または水カウン トＷの状態が氷や水の雲であるかどうかについて決定がなされ得る。そして、も し望まれれば、雲の表示が与えられ得る。上記雲は、上述のように、車送明領域 ４が緑で現れることを除いて、火山圧雪と同様のやり方で表示されるだろう。

上記システムが正常に機能していることを示すために、検出され得る不利な状態 のそれぞれについて一連の緑ランプが与えられる。上記録ランプは、飛行機の前 方に不利な状態が全く存在しないときに点灯される。

上述の検出ユニット１０に類似の検出ユニットが飛行機内に設置され、タスマニ ア国のホバール（Ｈｏｂａｒｔ）上空で１９９０年１２月８日乃至１２日の間テ ストされた。上記ユニットは飛行機の翼部に置かれ、飛行機の前方の放射線を受 け取るように搭載された。１２０００フイートの高度で飛行機は水平に青空を見 るように方向づけられ、次に、１００００フイートで水平に積雲を見るように方 向づけられた。図９，１０に示すように、上記ユニットによって１０乃至１２μ ｍの波長範囲を超えて読み取り値が得られた。データ点は受け取られたデータの ５乃至１０秒間の平均値を表し、誤差バーは平均値の標準偏差を示している。図 ９は青空から受け取られた放射線を示しており、それは１０．２μｍから１０． ８μｍ付近の最小値まで減少し、再び１２．０μｍに向かって増加している。１ ０．２μｍ付近の温かい空は、９．６μｍに中心を持つオゾンの温かい帯域のせ いである。積雲から受け取られた放射線は図１０に示されており、長波長側でよ り温かく見えることを教えている。上記２つ例は、青空または曇り空に向けて水 平に方向づけられた検出ユニット１０が、受は取られた放射線中に１０８μｍ乃 至１１．９μ−の波長で顕著な増加を経験することを説明している。

１９９１年３月３日乃至１８日の間、記述の検出ユニット１０に雇似した別の検 出ユニットが、九州の南の日本の島、桜島にある桜島火山学観測所（ＳＶＯ）。

アリムラ（Ａｒｉｍｕｒａ）でテストされた。上記ユニットは、桜島火山の噴火 によって生ずる火山圧雪を地上観測するために据え付けられた。上記検出ユニッ トは、雲が飛行中の飛行機の前方に見られるのと同様に、火山圧雪を実質的に水 平に、かつ、様々な高さおよび方位角で観測するために据え付けられた。その結 果は図１１乃至１４に示されている。各図の首記事項は、測定サイクル開始の現 地時刻。

日付け、場所、観測された雲のタイプ、検出ユニットの高度（Ｅ１度数）および 方位角（Ａｚ変数）を示している。図１１は、約３ｋｍ離れた火山圧雪から１０ ．８μｍおよび１１．９μｍで受け取られた赤外放射線に対応する輝度温度を示 している。１０゜８μｍの輝度温度は明らかに１１．９μｍのそれよりも大きい 。上記火山圧雪は灰を積んでいた。第２の例は、拡散された火山雲について図１ ２に示されている。

輝度温度が１０００μｍと１２．０μｍの波長について得られた。再び、短波長 側についての輝度温度が長波長側についてのそれよりも区別できる程度に大きか った。

火山圧雪の存在を確定するための二酸化硫黄の検出もテストされた。図１４は、 上記検出ユニットが水雲を観測するのに用いられたとき、輝度温度を５つの赤外 波長について時間の関数として示している。検査された波長は、８．７．１０． ２゜１２、０．１０．８および１１．９μ国を含んでいる。水雲については、８ ７μｍでの輝度温度が１１．９または１２０μｍのそれよりも低いことは明らか である。

しかるに、図１３に描かれた結果から示されるように、火山圧雪を見たとき８゜ ７１ｉａでの輝度温度は他のチャネルのすべての信号よりも大きい。８．７４で の高められた信号は二酸化硫黄の放出によるものであり、これは相関スペクトロ メータから同時にとられた測定結果によって確認された。それは、桜島火山雪中 に大量の二酸化シリコンがあったことを示した。

上記日本のテストは、火山圧雪に向けて実質的に水平に方向づけられた検出ユニ ット１０が、１０．２μｍから１２．０μｍまでの波長で受け取られた放射線中 に顕著な減少を経験すること、また、８．７μｍチャネルが二酸化硫黄の存在を 検出するのに用いられ得ることを明確に示した。

譚浅温度　（Ｋン 輝／Ｌ温漫／Ｃ Ｆｉｇｕｒｅ　１２ Ｆｉｇｕｒｅ　１４ 要約書 飛行機の前方の大気状態をモニタし、上記飛行機の前方に不利な大気状態が存在 するとき警報信号を発生し、かつ、上記不利な状態が避けられるように上記不利 な状態の位置を示す情報を発生することができる、飛行機における使用のための 検出システム。上記システムは、上記飛行機の前方の火山圧雪の存在を検出でき 、さらに、もし望まれれば、上記飛行機の前方の高密度の二酸化硫黄ガスや透明 乱気流を検出するのに使用され得る。上記システムは、上記飛行機によって受け 取られる赤外放射線をモニタし、上記放射線の予め定められた少なくとも１つの 波長を表す強度信号を発生し、そして、上記強度信号を基準信号または他の赤外 波長の強度信号と比較する。上記比較結果が上記不利な状態が存在することを示 すとき、不利状態警報信号が発生され、上記装置は、上記飛行機に対する上記不 利な状態の位置を示す映像表示を生むための映像表示信号をも発生させることが できる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成４年１０月９日鴎

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. １．飛行機の前方の大気状態を検出し、上記飛行機の前方に不利な大気状態か存 在するとき警告信号を発生し、かつ、上記不利な状態が避けられるように上記不 利な状態の位置を示す情報を発生するための検出手段（１０）を備える飛行機に おける使用のための検出システム。
2. ２．請求項１に記載の検出システムにおいて、上記不利な状態は、火山灰雲、高 密度の二酸化硫黄ガスおよび／または透明乱気流を含む検出システム。
3. ３．請求項１または２に記載の検出システムにおいて、上記検出手段（１０）は 、上記飛行機に対する上記不利な大気状態の位置を示す映像表示を生むための映 像表示信号を発生するようにしている検出システム。
4. ４．請求項１．２または３に記載の検出システムにおいて、上記検出手段（１０ ）は、上記飛行機によって受け取られた赤外放射線をモニタするための手段（１ ６，２０，２２，２４）と、上記放射線の予め定められた波長の少なくとも１つ を表す強度信号を発生させるためのフィルタ手段（３４，４２，４６）と、上記 強度信号を基準信号または別の赤外波長の強度信号と比較して、上記比較結果が 上記不利な状態が存在することを示すとき不利状態警報信号を発生するための処 理手段（４８）を含む検出システム。
5. ５．請求項４に記載の検出システムにおいて、上記警報信号は、長波長側の受け 取られた放射線が短波長側の受け取られた放射線よりも少ないことを上記強度信 号が示すときに、発生される検出システム。
6. ６．請求項５に記載の検出システムにおいて、上記波長は１０乃至１２μｍの範 囲に入っている検出システム。
7. ７．請求項６に記載の検出システムにおいて、上記モニタ手段（１６，２０，２ ２，２４）は赤外線検出アレイ（２２）を含み、上記複数の強度信号は上記アレ イの画素に、上記複数の波長の各々の強度信号が上記画素の各１つに対応する如 く関係し、また、上記処理手段（４８）は、上記強度信号と上記飛行機の位置を 表す位置信号とに基づいて、上記飛行機に対する上記不利な状態の位置を表す表 示信号を発生させる検出システム。
8. ８．飛行機の前方の火山灰雲の存在を検出するための手段（１０）と、上記飛行 機のパイロットに上記雲の存在を警戒させる手段（４８，５２，５４，５６）を 備える飛行機のための検出システム。
9. ９．請求項８に記載の検出システムにおいて、上記灰雲の検出に応じて、上記飛 行機に対する上記灰雲の位置を表す情報を発生させる手段（４８）を含む検出シ ステム。
10. １０．請求項９に記載の検出システムにおいて、上記警戒させる手段（４８，５ ２，５４，５６）は、上記情報の表示を行うための表示信号を発生させるための 手段を含む検出システム。
11. １１．請求項８，９または１０に記載の検出システムにおいて、上記検出手段（ １０）は二酸化硫黄および／または透明乱気流をも検出できる検出システム。
12. １２．請求項８，９または１０に記載の検出システムにおいて、上記検出手段（ １０）と警戒手段（４８，５２，５４，５６）は、上記飛行機によって受け取ら れた赤外放射線をモニタするための手段（１６，２０，２２，２４）と、上記放 射線の予め定められた波長の強度を表す強度信号を発生させるためのフィルタ手 段（３４，４２，４６）と、２つの上記予め定められた波長の強度信号を比較し て、比較結果が灰雲が存在することを示すとき火山灰雲警報信号を発生させるた めの処理手段（４８）を含む検出システム。
13. １３．請求項１２に記載の検出システムにおいて、上記警報信号は、長波長側の 受け取られた放射線が短波長側の受け取られた放射線より少ないことを上記強度 信号が示すときに、発生される検出システム。
14. １４．請求項１３に記載の検出システムにおいて、上記モニタ手段（１６，２０ ，２２，２４）は赤外線検出アレイ（２２）を含み、上記複数の強度信号は上記 アレイの画素に、上記複数の波長の各々の強度信号が上記画素の各１つに対応す る如く関係し、また、上記処理手段（４８）は、上記強度信号と上記飛行機の位 置を表す位置信号とに基づいて、上記飛行機に対する上記灰雲の位置を表す表示 信号を発生させる検出システム。
15. １５．請求項７または１４に記載の検出システムにおいて、上記処理手段（４８ ）は上記画素の各々について上記比較を実行し、各画素に対応する長波長側の強 度信号と短波長側の強度信号との間の差が負であるとき計数が調整され、かつ、 上記警報信号は上記計数が予め定められたしきい値を超えたとき発生される検出 システム。
16. １６．請求項１５に記載の検出システムにおいて、火山灰雲の検出に関係する上 記長い側の波長と短い側の波長は、それぞれ約１２μｍと１０μｍである検出シ ステム。
17. １７．請求項１６に記載の検出システムにおいて、上記予め定められた波長は二 酸化硫黄の検出に関係する約９μｍを含む検出システム。
18. １８．請求項１６または１７に記載の検出システムにおいて、上記予め定められ た波長は透明乱気流の検出に関係する約６μｍを含む検出システム。
19. １９．請求項１８に記載の検出システムにおいて、上記処理手段（４８）は、雲 が上記飛行機の前方に無いことを上記強度信号が示し、かつ、上記波長６μｍの 受け取られた放射線が上記波長１２μｍの受け取られた放射線よりも大きいこと を上記強度信号が示すときに、透明乱気流警報信号を発生する検出システム。
20. ２０．請求項１４乃至１９のいずれか１つに記載の検出システムにおいて、上記 表示信号は、上記処理手段（４８）が上記灰雲が存在すると決定するときに、発 生される検出システム。
21. ２１．飛行機の前方の不利な大気状態をモニタし、上記飛行機の前方に不利な大 気状態が存在するとき警報信号を発生し、そして、上記不利な状態が避けられる ように上記不利な状態の位置を表す情報を発生する、飛行機における不利な大気 状態の検出方法。
22. ２２．請求項２１に記載の検出方法において、上記不利な大気状態は、火山灰雲 、高密度の二酸化硫黄ガスおよび／または透明乱気流を含む検出方法。
23. ２３．請求項２１または２２に記載の検出方法において、上記飛行機に対する上 記不利な状態の位置を示す表示を成することを含む検出方法。
24. ２４．請求項２１，２２または２３に記載の検出方法において、上記飛行機によ って受け取られる赤外放射線をモニタし、上記放射線の少なくとも１つの予め定 められた波長の強度を表す信号を発生し、上記強度信号を基準信号または他の赤 外波長の強度信号と比較し、そして、上記比較の結果が不利な大気状態が存在す ることを示すとき不利状態警報信号を発生する検出方法。
25. ２５．請求項２４に記載の検出方法において、上記警報信号は、長波長側の受け 取られた放射線が短波長側の受け取られた放射線よりも小さいことを上記強度信 号が示すときに、発生される検出方法。
26. ２６．請求項２５に記載の検出方法において、上記波長は１０乃至１２μｍの範 囲に入っている検出方法。
27. ２７．請求項２６に記載の検出方法において、上記モニタする方法は赤外検出ア レイを用いることを含み、上記強度信号は上記アレイの画素に、上記波長の各々 の強度信号が上記画素の各１つに対応する如く関係し、さらに、上記飛行機に対 する上記不利な状態の位置を表す表示信号は、上記強度信号と上記飛行機の位置 を表す位置信号とに基づいて発生される検出方法。
28. ２８．請求項２７に記載の検出方法において、上記比較は上記画素の各々につい て実行され、各画素に対応する長波長側の強度信号と短波長側の強度信号との間 の差が負であるとき計数が調整され、かつ、上記警報信号は上記計数が予め定め られたしきい値を超えたとき発生される検出方法。
29. ２９．請求項２８に記載の検出方法において、火山灰雲の検出に関係する上記長 い側の波長と短い側の波長は、それぞれ約１２μｍと１０μｍである検出方法。
30. ３０．請求項２９に記載の検出方法において、上記予め定められた波長は二酸化 硫黄の検出に関係する約９μｍを含む検出方法。
31. ３１．請求項２９または３０に記載の検出方法において、上記予め定められた波 長は透明乱気流の検出に関係ずる約６μｍを含む検出方法。
32. ３２．請求項３１に記載の検出方法において、雲が上記飛行機の前方に無いこと を上記強度信号が示し、かつ、上記波長６μｍの受け取られた放射線が上記波長 １２μｍの受け取られた放射線よりも大きいことを上記強度信号が示すときに、 透明乱気流警報信号を発生することを含む検出方法。
33. ３３．請求項２７乃至３２のいずれか１つに記載の検出方法において、上記表示 信号は上記灰雲が存在するときに発生される検出方法。
34. ３４．請求項１乃至２０のいずれか１つに記載の検出システムを備える飛行機。