JPH0624393A - 航空機のための地表面衝突防止装置および方法 - Google Patents

航空機のための地表面衝突防止装置および方法

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JPH0624393A
JPH0624393A JP5103653A JP10365393A JPH0624393A JP H0624393 A JPH0624393 A JP H0624393A JP 5103653 A JP5103653 A JP 5103653A JP 10365393 A JP10365393 A JP 10365393A JP H0624393 A JPH0624393 A JP H0624393A
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mesh
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terrain
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Xavier Chazelle
シャゼル グザヴィエ
Anne-Marie Hunot
ユノ アンヌ−マリ
Gerard Lepere
ルペール ジェラール
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 航空機のための地表面衝突防止装置および方
法を提供することを目的とする。 【構成】 大容量記憶装置(30)が、複数のレベルを
有するメッシュ集合体にしたがって少なくとも地球の陸
上部分の実質的な一部を表すデータベース(BDT)を
記憶する。2つの水平成分(L、G)、高度(Z)、航
空機の速度ベクトルおよび加速度ベクトル並びにコック
ピットからの制御指示(MZC)とともに、航空機の位
置を表す状態情報を受ける。データベース管理手段(3
5)が、航空機の位置の上記水平成分に応じて、航空機
が移動する領域における地表高度の包絡面を定義する一
時局部地図を高速記憶装置に転送する。衝突防止処理手
段(4;43,46)により、保護フィールドと高度包
絡面との関係が上記制御指示によって少なくとも部分的
に定義される第1の条件を満たせばアラーム(51)を
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、航法(ナビゲーション)の扶助
手段の一般分野に関する。これらの扶助手段は特に、航
空機にその位置を認識させるための手段および地表面に
対してその高度を確認するための手段からなる。航空機
の大部分は、離陸以降の位置を追跡することを可能にす
る慣性誘導装置を備えている。慣性誘導装置は、航空機
の速度ベクトル成分および加速度ベクトル成分並びに関
連した角度を出力する。これらの情報から位置情報を導
出することができるが、一定のずれ(方向偏差)を伴
う。
【0002】このようにして得られた位置情報は、無線
航法の他の手段が出力する情報に似通っている。たとえ
ば、いわゆる「全地球位置発見システム(GLOBAL POSIT
IONING SYSTEM)」すなわちGPSの測定値をカルマン
(KALMAN) のフィルタリングを介して利用する。これに
よって、緯度および経度について十分正確な位置情報が
最終的に得られる。調整または修正は、高度についてよ
り重要である。航空機の高度を測定することは、実際さ
らに困難なことである。海に対する高度は、いわゆる
「慣性気圧」と称される測定手段を利用して認識され
る。しかしながら、これらの手段では、周期的な再調整
をしなければならない。
【0003】また、電波高度計により、地表面に対する
航空機の高さすなわち「ラジオゾンデ高度」を得る。し
かしながら、この高度は瞬間的で且つ局地的な値であ
る。その特性は、航空機のトリム角(地表面に対する前
後・左右方向の傾斜角度)に依存する。なぜならば、ラ
ジオゾンデ束が地表面を照射する態様がトリム角によっ
て影響されるからである。さらに、そこから将来の変化
を読み取ることはできない。もし航空機が高い高度を移
動していることさえ確かであれば、航空機の巡航中にお
いてこれらの測定値は十分である。いずれにせよ、着陸
に先立つ地表面接近時並びに離陸後の地表面接近時に問
題が提起される。これら2つのケースにおいて、航空機
は必然的に地表面に接近しており、このことが地表面と
の衝突の重大な危険性を孕んでいる。
【0004】特に着陸および離陸に関するこれらの困難
を処理するために、地表への接近を警告するシステムす
なわち「地表接近警報システム(GROUND PROXIMITY WAR
NINGSYSTEMS) 」略してGPWS(いわゆる前地球位置
発見システムGPSと混同しないこと)を利用すること
が提案されている。これらのシステムGPWSにより、
一定の進歩が可能になる。しかしながら、十分満足でき
るものではない。本発明は、全く異なるアプローチに基
づき、上記課題に別の解決法をもたらすものである。
【0005】本発明の一般的な目的は、危険をともなう
あらゆる状況において、航空機が地表面との衝突を回避
することを可能にすることである。さらに詳細には、本
発明は、航空機がいかなる場合にも地表に対して直ちに
危険な状況に陥らないようにすることを目的とする。本
発明はまた、航空機の短期軌道が航空機を地表に対して
危険な状況に導かないように確認することを目的として
いる。本発明の第2の目的は、気象状態とは無関係で、
恒常的に機能することが可能で、且つ地表に設置された
情報・制御・安全システムに機能的に依存しないような
搭載装置を提供することにある。本発明の第3の目的
は、危険な状況における回避手段をパイロットに提供
し、場合によっては一定の状況において上記回避手段を
自動操縦することである。
【0006】本発明はまた、可視距離においてリアルタ
イムに地表の合成イメージをパイロットに提供すること
にある。本発明はさらに、エルゴノミックス(人間工
学)および航空機の操縦安全性を改良することにある。
本発明の他の重要な目的は、本発明により装備された一
連の航空機によって採取された情報に基づき、地勢ファ
イルを改訂すなわち再調整することを可能にすることに
ある。本発明の第1の局面によれば、提案された装置
は、少なくとも地球の陸上部分の実質的な一部を、少な
くとも1つのレベルを有するメッシュを備える区分形態
で表すデータベースを記憶するのに適した大容量記憶装
置を備えている。メッシュ集合体は、基本メッシュと、
一定数の基本メッシュを分割した中間メッシュと、一定
数の中間メッシュを分割した極限メッシュとからなるの
が好ましい。上記中間メッシュおよび極限メッシュは少
なくとも空港領域の近傍に対して備えられている。
【0007】各メッシュはその内部における最大高度を
表す少なくとも1つのデータに関連付けられている。緯
度および経度のような2つの水平座標へのアドレス指定
に応じて上記データベースが内蔵する隣接した一連のメ
ッシュに迅速にアクセスすることを可能にする少なくと
も1つの指標を利用した読出し手段を備えている。本発
明の装置はまた、特に緯度および経度、航空機の速度ベ
クトルおよび加速度ベクトル並びに場合によっては関連
した角度からなるような、たとえば地理座標で表された
状態情報を受けるための入力手段を備えている。入力に
おいて、コックピットからの制御指示をも受ける。電子
手段が、データベースを生成する。状態情報に応じて、
電子手段は一時局部地図(地理学的地図)を構成する情
報を引出して上記高速記憶装置に転送する。この地図
は、航空機が移動する領域における地表高度の包絡面を
定義する。
【0008】最後に、処理手段が、航空機軌道の複数の
予測点を設定するために上記状態情報を処理する。各予
測点において、航空機の周りの保護フィールドの輪郭と
上記局部地図の対応する部分における高度包絡面とを比
較する。もし、保護フィールドと高度包絡面との関係が
選択された条件(衝突防止規則)を満たせば、アラーム
を設定する。この条件は、高度安全ゆとり幅およびコッ
クピットからくる制御指示の双方または一方によって少
なくとも部分的に定義されるのが好ましい。特に、衝突
防止規則は、保護フィールドと高度包絡面との間の鉛直
距離が上記高度安全ゆとり幅に少なくとも等しいという
事実を表す。さらに念入りに作成された条件を設けても
よい。本発明の他の局面によれば、処理手段は、中期的
な地表との衝突の危険性を示す予備アラームを発する。
地表面回避規則に応じて、航空機に固有な所望の操縦命
令を設定することができる。上記回避規則は、航空機が
直進中か旋回中かを考慮する。
【0009】上記データベース管理手段は、北極または
南極を包囲する領域において座標変換を利用するのが好
ましい。同様に、上記データベース管理手段は、地球の
緯線の方向において緯度に依存する次元(ディメンジョ
ン)をメッシュに関連付ける。メッシュがブロックすな
わち集合に編成され、各ブロックは絶対値で表された基
準高度データに関連付けられ、各メッシュ内の最大高度
はブロック内部のメッシュの所定経路規則にしたがい隣
接するメッシュに対する相対値で表されるのが非常に好
ましい。また、各ブロックはその隣接する2つの辺にお
いてその隣接するメッシュと少なくとも1つの基本メッ
シュの分だけ重複する部分を有するのが好ましい。
【0010】本発明の他の局面によれば、装置は局部記
憶装置の内容に応じて、地勢の合成イメージをディスプ
レイするための手段を備えている。本発明の特に好まし
い態様によれば、装置は、局部記憶装置によって定義さ
れた地勢と搭載機器によって定義された地勢とを飛行中
に比較するための手段を備えている。この比較結果はデ
ィスプレイされ装置の作動を有効と認めるのに役立つ。
さらに、上記比較で検知された差異(ずれ)を記憶する
手段が設けられている。情報の突き合わせを適宜行った
後、これらの記憶された差異は地上に保持されている基
本地勢ファイルを改訂するのに役立つ。本発明はまた、
航空機にための航法扶助方法として成り立つ。本発明の
方法は、上述の本発明の装置と同じ変形例を受容できる
ものである。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳
細な説明および添付図面を参照して明らかになるであろ
う。
【0011】添付の図面は本質的に一定の性質を有し、
本明細書の一部を構成する。図面は本発明のよりよい理
解に役立つばかりでなく、場合によっては本発明の定義
に寄与する。一般的に、本明細書では、「コックピット
(操縦室)」の表現は、それが手動的であれ自動的であ
れ航空機の操縦に必要な機能を示すものとする。航空機
の操縦に必要な機能とは、いわゆる本来の操縦機能と航
法(ナビゲーション)機能とを意味する。また他の見地
から、機能そのものと、人と機械との間のインターフェ
ースとを区別することもできる。
【0012】図1乃至図5を参照する。本発明の装置
は、本質的には航空機に搭載されるようになっている。
航空機は、飛行パラメータの表示を電子信号の形態で出
力することのできる装置2を備えている。図3に示すよ
うに、装置2は、たとえば慣性誘導装置20すなわちI
NU(「保証された」機器)と、アンテナを有するGP
S型式の無線航法装置21(「保証されていない」機
器)と、アンテナ付きの電波高度計22とからなる。慣
性誘導装置20は、航空機の速度ベクトル(V)および
加速度ベクトル(GAMMA)を出力する。これらのベ
クトルから、特に入射角、横滑り角、勾配角、縦揺れ
角、方位(向首)角、傾斜角等の関連した特徴角度を導
出することができる。しかしながら、慣性誘導装置がこ
れらの角度のうち幾つかの角度を測定し利用して速度ベ
クトルおよび加速度ベクトルを検定する限り、これらの
角度に対する慣性誘導装置の値を直接採取するのが好ま
しい。こうして、本発明の実施のためにこれらの値を利
用する。これらの角度値は、コックピットにおいてディ
スプレイされ利用される。
【0013】高度については、慣性誘導装置は気圧高度
計(不図示)と既知の態様で協働する。以下のように、
表記法を定義する。 1 Zbは大気圧の測定によって得られる気圧高度であ
って、高度および気象状態にしたがって変化する。 2 Ziは、慣性誘導装置の加速度計によって測定され
た鉛直加速度の二重積分によって算出された慣性高度で
ある(長期変化)。 3 Zbiは気圧慣性高度、すなわちZiによってフィ
ルタリングされたZbである(たとえば、次数3のルー
プ)。
【0014】4 Zcは、(HRS+Zta)で算出さ
れた高度である。ここで、HRSは航空機の1つまたは
複数の電波高度計によって得られたラジオゾンデ高度で
あり(数メートルの精度)、Ztaは地勢ファイル(定
義は後述)によって得られた航空機直下の地表高度であ
る。 5 Zgpsは、GPSによって出力される高度であ
る。 ほとんどの場合、航空機は、その表示全体を考慮に入れ
た精度の論理をもった一連の慣性誘導装置を備えてい
る。本発明の実施のために、たった1つの慣性誘導装置
の情報(それが正しいと確認される限り)だけを採用す
るのが好ましいことに本出願人は想到した。
【0015】無線航法装置21は、生測定値として数秒
乃至数分のテンポ(出力周期)p1で新しく採取された
緯度L1、経度G1および高度Z1(=Zgps)を出
力する。速度ベクトルおよび加速度ベクトルの積分によ
り、慣性誘導装置20は他の測定値として緯度L0、経
度G0および高度Z0(=Zbi)を出力する。これら
の他の測定値は、精度は低いが「保証された」機器から
の出力である。ブロック25では、これら2つのタイプ
の測定値を比較し、もし量L1、G1およびZ1がL
0、G0およびZ0と首尾一貫していれば、量L1、G
1およびZ1を有効と認める。こうした有効化技術は、
すでに知られている。有効と認められた測定値L2、G
2およびZ2が、リズムp1で利用可能である。しかし
ながら、これらの測定値L2、G2およびZ2は、約1
秒のテンポp2で慣性誘導装置からディスプレイされ
る。
【0016】ブロック28では、無線航法装置21の前
回の測定時と今回の測定時との間の情報の補外法(外挿
法)による普遍化(拡大適用)を行う。この普遍化は、
情報出力テンポが遅過ぎるような場合(出力周期が長
い)には特に有用である。電波高度計22は、地表高度
HRSを出力する。ブロック3は、後述する態様で作成
された地勢ファイルを含んでいる。量LおよびGに応じ
てこの地勢ファイルの一部、すなわち局部記憶装置40
(図4)に記憶されたいわゆる局部地図にアクセスす
る。この局部地図、量L、GおよびZ並びにHRSに基
づき、ブロック4では、好ましくは地表回避計算を伴っ
た衝突防止の計算を実行する。
【0017】衝突の危険性がある場合には、アラーム
(51)を発する。命令指揮装置が回避操作を提案す
る。これは、コックピットに向けてのものである。局部
地図はまた、そのディスプレイ装置55とともに合成イ
メージ(60)の生成のために使用することができる。
局部地図はさらに、航法の有効化の機能およびずれ情報
(逸脱情報)MDFの記憶の機能に役立つ。これらのず
れは、ブロック79からブロック10において地表に伝
えられ、次いで選別され、データベース30の一部また
は全部を改訂するのに役立つ。
【0018】記憶装置70は、地図作製の上空飛行特性
をデータL、GおよびZのシーケンスにしたがって記憶
する。記憶装置71は、高度HRSから導出された現実
の上空飛行特性を記憶する。これら2つの特性のずれ
は、ブロック72において算出される。さらに詳細には
(図5)、ブロック74および75において、ずれは2
つの閾値とそれぞれ比較される。次いで解析が行われ
(77)、この解析の結果次の事項が行われる。 1 装置の良好作動を確認する適合表示器57の始動。 2 ブロック4の計算を有効と認めるための信号VA
L.NAV.の生成。 3 他の判断規準にしたがい、値LおよびGに対応し
て、記憶装置79に情報MDFの記憶。これらの情報M
DFは、飛行中において、図4のシステム10において
実行される改訂のための基礎として役立つ。
【0019】実用的には、解析ブロック77では、次の
事項を考慮に入れて2つの入力の修正がなされる。 1 飛行履歴(近い過去について) 2 電波高度計のデータについて推測される信頼性(自
動コントロール、航空機のトリム角を考慮した機能限
界) 3 閾値を超える束の間の一時的特性 4 結果の解析(バイアス、ノイズまたは他のもの) 5 場合によっては十分な記憶情報
【0020】本発明では、規則的な間隔で実行される地
上への準備が必要である。地勢ファイルの処理機能3
は、航空機に搭載されている。処理機能3は、地勢デー
タベースBDTを格納するのに適した大容量記憶装置3
0を使用する。この大容量記憶装置30に、改訂インタ
ーフェース32、データベースの管理装置35、および
データベースのデータを減圧(情報減圧)するための装
置37が接続されている。航空機の外部では地上におい
て、非常に詳細な地勢電子ファイルからの情報に基づ
き、インターフェース32を介してデータベース30の
書込みおよび改訂を情報処理装置10が実行する。ま
た、地勢ファイルの活用を所与の航空機に適合させるた
めのパラメータを定義し、次いでこれらの情報を次の装
置に伝えるブロック12を地上に備えるのが好ましい。 1 衝突防止または場合によっては回避の規則パラメー
タを固定するための衝突防止計算機43 2 航空機の動的特性に表示を適合させるためのディス
プレイ装置60
【0021】地上の地勢ファイルは、適宜制御された再
生情報MDFを利用して規則的に改訂される。データベ
ース30に含まれる地勢データは圧縮されているので、
その利用には後述する減圧機能37の使用が必要であ
る。一方、データベースの管理ブロック35では、デー
タベースBDTの中に含まれるデータへの迅速な識別お
よびアクセスが可能なように、大容量記憶装置30に記
憶することのできる少なくとも1つの指標を使用する。
【0022】コックピット90は、ブロック43に伝え
られる高度安全ゆとり幅(許容幅)MCZの定義を少な
くとも含む情報を出力する。これに、次の事項を表す
「入力状態ワード」が加わるのが好ましい。 1 操縦が手動かあるいは自動か 2 航空機が旋回中かあるいは直進中か 3 航空機の特性(特に飛行特性) さらに、コックピット90は、ブロック60の合成イメ
ージのための調整を定義することができる。
【0023】本発明の本質的基本の1つは、航空機の必
要のために適した輪郭および解像度限界において、陸上
ブロックのほぼ全体を表示することのできる地勢ファイ
ルを航空機上において記憶することの可能性を本出願人
が知得したことにある。まず(図6)、記憶された情報
は、データベースによってカバーされるあらゆる地理フ
ィールドに対して存在する低解像度基本メッシュMBR
において定義される。空港がある場合や他の理由のため
に、メッシュMBRを中間解像度メッシュMMRに分解
することができる。中間解像度メッシュMMRはさら
に、高解像度メッシュMHRに分解可能である(たとえ
ば、空港の近傍において)。図7は、解像度には関係な
く、メッシュの内部に位置する最も高い点の高度を示す
数値が各メッシュに関連付けられていることを示してい
る(地上の地勢ファイルがはるかに詳細であることに注
意)。
【0024】本発明の他の重要な特徴は、高度値が絶対
的な形態では記憶されない点にある(情報圧縮)。これ
を説明するために、図8乃至10を参照する(ここで、
用語「水平」および「鉛直」は図中における水平および
鉛直を示す)。高度の大きさを定義するための本質的な
要素は、図8の「区間の直積として表される集合(以
下、単に「集合」または「ブロック」という)」であ
る。この集合(ブロック)(指数MおよびNによって識
別される)は、ME×MEの基本メッシュからなる矩形
を備えている。MEはたとえば約50である。集合(ブ
ロック)への分割は、鉛直方向には(図9)1つのメッ
シュ分の幅を有する1つの列状に、そして水平方向には
(図10)1つのメッシュ分の高さを有する1つの行状
に、連続する2つの集合(ブロック)が重なり合うよう
になされる。
【0025】本発明によれば(図8)、集合(ブロッ
ク)の左下隅に位置する基本メッシュに関する高さZ1
1だけが、絶対的な形態すなわちすべての有効数字で記
憶される。集合(ブロック)の内部にある他のすべての
高度値は、次に示す事項に対する相対的な態様(Δi
j)で記憶される。 1 もしメッシュが集合(ブロック)内にあれば、同一
行において直接先行する(直ぐ先の)メッシュに対して 2 もし行の最左端のメッシュである場合、直下のメッ
シュに対して 集合(ブロック)が一部重り合っている事実から、情報
の重複があることに気付くであろう。こうして、次の数
式(1)を利用して、集合(ブロック)内の基本メッシ
ュ(iA 、jA )の高度ZA をどのように検定するかを
図11は示している。
【0026】
【数1】
【0027】また、図12は、次の数式(2)を利用し
て、その上に位置する集合(ブロック)に基づき同じ点
の高度をどのように検定するかを示している。
【0028】
【数2】
【0029】図13および次の数式(3)は、その右に
位置する集合(ブロック)に基づき同じ点の高度をどの
ように検定するかを示している。
【0030】
【数3】
【0031】さらに、情報をコンパクトに表示するこの
特に重要なモードにより、連続する集合(ブロック)間
の完全な検証(確認)が可能になる。図14および次の
数式(4)は、鉛直方向(重複行において)に連続する
2つの集合(ブロック)間の検証を説明している。ま
た、図15および次の数式(5)は、水平方向(重複列
において)に連続する2つの集合(ブロック)間の検証
を説明している。
【0032】
【数4】
【0033】
【数5】
【0034】上述のように高度情報を記憶装置30に記
憶する際、ほとんどの場合各データを4ビット(多くと
も)にコード化することができることを本出願人は知得
した。さらに、これらの情報を限定することが可能であ
る。平面、特に広範な海面は実際には全くコード化を必
要としない(メッシュの規模で)。たとえば比例的に高
度に依存する精度(最下位ビットすなわちLSBの重
み)で高度の相対コード化を行うこともできる。場合に
よっては、地球のある陸上領域の上空を決して飛行しな
いことを考慮に入れてもよい。
【0035】本出願人の研究の結果、1000の空港用
に備えたより高解像度のメッシュをもって、現在の技術
で容易に実現可能な全容量が200メガビットの記憶装
置に、地球の陸上面すなわち約5億km2 の面を取り入
れることができるようになった。これらのデータが記憶
されると、地理座標において表されたデータに基づき航
空機がいる領域に関する集合(ブロック)、関連する基
本メッシュおよび場合によってはより高解像度のメッシ
ュを迅速に標定することを可能にする指標で上記データ
を完全化する。ブロック37の減圧機能は、すでに上述
した数式(所望の検証度に応じて一部または全部)を利
用し、コード化の巧緻を考慮に入れて、絶対高度を記憶
装置40に格納することからなる。
【0036】地勢ファイルは、緯度(L)および経度
(G)からなる地理座標に基づくデータへのアドレス指
定モードまたはアクセスモードをもって、集合(ブロッ
ク)における分割節点に対応する地上点の高度を含んで
いる。北極および南極については、普通の問題に帰着す
るために座標の変換を実行すれば十分である。このよう
な座標変換は、実質的にはたとえば赤道の2つの対向す
る点と極とを交換することである。この教示により、当
業者であれば、北極および南極のケースに適用するのに
適合した形態に転換することが可能になる。一方では飛
行パラメータについて、他方では地勢ファイルについて
の不確実性を説明する。
【0037】飛行パラメータについては、不確実性は航
空機に搭載された装置に依存する。慣性誘導装置はどん
なに優れていても、12時間も飛行すると少なくとも1
0kmのずれ(方向偏差)を呈する。本出願人は、図3
に示すようにGPSのような装置から出力される位置表
示に対して適宜再調整された良好な品質の慣性誘導装置
を使用することを推奨する。これらの条件において、得
られた経度座標Gおよび緯度座標Lは、機器GPSの不
確実性すなわち約100mまたはそれ以上の誤差に対応
する不確実性(誤差)を伴う。
【0038】地勢ファイルについても、不確実性が伴
う。これら一連の不確実性を処理するために、本出願人
は以下の3つの誤差許容幅を定義することを提案する
(図16)。 1 緯度に関する許容誤差幅ML 2 経度に関する許容誤差幅MG 3 鉛直(高度)に関する許容誤差幅MZ 以上の許容誤差幅から生じる不確実性の立体は、軸線方
向の半径a、bおよびcが必ずしも等しくない回転楕円
体である(図16)。
【0039】図17に示すように、航空機の飛行軌道の
各点に不確実性フィールドを関連付ける。簡潔化のため
に、ML=MGであると想定する。図17の水平面への
鉛直投影において、航法の不確実性円CIN(一般的に
は楕円形)が得られる。これらの不確実性円の包絡線
が、上述した飛行軌道TVSの周りに飛行領域ZVを定
義する。鉛直許容誤差幅MZが次の事項の合計であるこ
とに注目すべきである。 1 コックピットまたはブロック4が出力する調節可能
な値MZC 2 上述のように定義された飛行パラメータの不確実性
に関連した許容幅 3 地勢ファイルの高度それ自体固有の不確実性(誤
差)に関連した許容幅
【0040】実用的には、2つの水平次元(緯度および
経度)における不確実性が、最終的に鉛直許容誤差幅に
表現される。事実、これらの水平方向不確実性は、地勢
ファイルの「アドレス指定」に関する不確実性を誘発
し、ひいては高度に関する不確実性をも誘発する。以上
より、本出願人は、ヘルツオーダーでの更新テンポで算
出を実行することが可能であること、このテンポは航空
機の速度および操縦移転機能に応じて適合されることに
着目した。Hz(ヘルツ)オーダーでのテンポは、約2
75m/秒までの速度に対して適当である。
【0041】図18に示すように、航空機の将来軌道が
現時点の位置に基づき一定数の点A乃至Fによって定義
されているものとする。この将来軌道は、航空機の現時
点の位置(L、G、Z)、航空機の高度を定義する相対
角度に関連した速度ベクトルおよび加速度ベクトルに基
づいて作成される。航空機の状態ベクトル(位置および
速度)は、地上に結合した座標3面体において位置決め
される。座標3面体において、ファイルBDTが定義さ
れている。航空機の予測位置を取り巻く不確実性フィー
ルド(簡潔化のために半径Rの円を考える)を考慮し、
もしcが現時点において使用されているメッシュの辺を
示すとすれば、高度を検定すべきメッシュの量mは次の
数式(6)で表される。
【0042】
【数6】m=INT〔2×〔(R×SQRT(2)/
c)+1〕〕
【0043】ここで、INT〔 〕は整数関数を、SQ
RT( )は平方根関数を示す(図21および図2
2)。所与の点において、不確実性の「正方形面」(不
確実性フィールドを包囲するメッシュから構成された)
は、最大ディメンジョンでm×mのメッシュを有する。
もし、予測軌道がp個の点を含んでいれば、局部記憶装
置40において少なくとも絶対高度についてこの面のp
倍を利用可能であれば都合がよい。こうして、図20
は、局部記憶装置内に含まれたメッシュに対して、航空
機の位置の変遷を概略的に示している。
【0044】局部記憶装置の改訂は、図20に点線で示
すように、航空機がいる領域を保持し隣接する3つの領
域を改訂することによってなされる。図21および図2
2を参照して、最大ディメンジョンでm×mのメッシュ
からなる不確実性の正方形面について考える。すべての
高度が読み取られ、最も大きな高度ZT だけが保持さ
れ、すでに定義した高度安全ゆとり幅MZに加えられ
る。合計ZTMが点線で示されている。地図上の一連の
値ZTMは航空機の下方の理論的起伏特性を与える。衝
突防止規則は、航空機下方のこの理論的起伏特性と航空
機の予測軌道との比較を行う。この作業モードは、自動
操縦飛行の場合に特に満足な結果を示す。なぜなら、予
測軌道がより正確に知られているからである。
【0045】手動モードの場合、航空機の軌道はさらに
大きく変更される可能性がある。航空機の瞬間的な予測
状況の解析は、次の2つのタイプのアラームを生成する
のに適した一連の曲線テストに要約される。 1 中期危険形態を示す予備アラーム 2 飛行安全が問題となっているので、パイロットの迅
速な行動を要する形態を示すアラーム
【0046】このため、地表に対する航空機の2つの保
護曲線を準備する。これらの曲線は、同一の原則にした
がうが異なるパラメータで定義され、次の曲線からなる
(図23)。 1 主に事故を回避することを目的とした短期曲線CC
T。地上のある点が曲線CCTの面すなわち上部包絡面
の中に入ると、パイロットは介入しなければならない
(アラーム) 2 そのまま飛行を続行すると航空機の軌道が障害物に
遭遇することおよび回避操作を行わなければならないこ
とをパイロットに予告することを目的とした中期曲線C
MT(予備アラーム)
【0047】保護システムの重要な要素を構成するこれ
らの曲線は、特に次の事項からなる航空機の数多くの静
的および動的パラメータに基づき作成することができ
る。 1 航空機の操縦移転機能、すなわちその操縦特性 2 航空機のパイロットの反応時間に起因する遅れTR
0 3 航空機の水平方向速度Vh 4 航空機の上昇速度Vz 5 許容安全係数n・g 6 予定の安全性の高さ 7 航空機の横揺れ(ローリング) 図24は、間違ったアラームのない例を示している。反
対に、正当なアラームの場合が図25に示されている。
2つの図面の僅かな差が、本発明によって解決される課
題の困難性を示している。
【0048】次に、地表との衝突の可能性が検知された
とき、本発明により提案された装置は、ブロック43、
46および40から出力される様々なパラメータを利用
してブロック48において実行される回避規則の算出の
ための装置を備えていてもよい。たとえば、アラームの
場合、航空機の鉛直方向回避命令が生成される。一般的
に、回避命令は、特に次の事項を考慮する。 1 危険の近さ 2 航空機の速度 3 航空機の「操縦性」 4 パイロットの反応時間 5 燃料の貯え 様々な理由から、本出願人は、地上飛行(必要であれば
航空機の機首の立て直しを伴う)を確実に可能にする高
度回避命令によって構成される単純な回避操作を実行す
るのが好ましいと思料する。
【0049】この回避命令は、命令指揮装置(ブロック
53)にディスプレイするか自動的に処理することがで
きる。単純化するために直進軌道の場合を想定し、回避
限界曲線を次の3つの断片で定義する(図26)。 1 T0からT1、遅れRT0=T1−T0に等しい時
間における軌道のそのままの延長 2 T1からT2、無限から上昇半径RTまで移行する
軌道の曲率半径の変化に起因する推移期間 3 T2からT3、本来の回避軌道、ここで曲率半径R
Tは、航空機の線形速度の自乗の関数であって実際に適
用される安全係数で除されている。すなわち次の数式
(7)で表される。
【0050】
【数7】RT =(Vh)2 /n・g
【0051】当業者であれば、同様の考え方ではあるが
より複雑な方法で(その詳細にここで言及するのは有用
ではない)、旋回における回避操作を設定することが可
能なことを知っている。回避技術の例は、本出願人の名
義でなされたフランス国特許出願第8617235号
(FR−A−2607948)に説明されている。さら
に一般的には、鉛直面における操縦ばかりでなく水平面
における操縦を介入させる地表面回避方法を知ってい
る。このような装置は、一定のタイプの高速航空機に対
して現在使用されており、適当な計算能力を利用可能で
あるという条件付きで、民間航空機にも容易に転換する
ことができる。しかしながら、上述した地表面回避の問
題よりも、民間航空機の問題ははるかに扱いが容易であ
るといえる。
【0052】次に、合成イメージの生成のブロック(6
0、図6)について説明する。このブロックを、適当な
あらゆる方法で実行することができる。特に、本出願人
名義のフランス国特許第8205121号(FR−A−
2524117)またはその追加証第8316580号
(FR−A−2553543)に説明されている方法で
実行することができる。ブロック7の下位ブロックの機
能については、すでに一般的な表現で説明がなされてい
る。まず、この機能が予測値を除く過去および現在のデ
ータ(L、G、Z)についてしか作業しないことに気付
くであろう。記憶装置70によって出力されるような地
表高度曲線の一例が、図27に示されている。一方、図
28は、記憶装置71における地表高度Zta=ZA
HRSの算出を示している。
【0053】ブロック72では、次の2つのずれを算出
する。 1 ΔP1=ZT −ZA +HRS 2 ΔP2、たとえば整流され且つフィルタリングされ
たΔP1、またはΔP1の他のあらゆる適当な処理 これら2つのずれをそれぞれ閾値S1およびS2と比較
する。図29および図30は、4つの状況すなわち異な
るケースA乃至Dを示すために2つのずれとその閾値を
示している。
【0054】図31は、異常の解析メカニズムの単純化
した例を示している。ラジオゾンデ高度HRSが有効で
あると仮定する(すでに上述した情報を考慮して)。出
発ステップ7700の後、テスト7702ではΔP1の
絶対値を閾値S1と比較する。次いで、ΔP2の絶対値
を閾値S2と比較する(図面の簡潔化のために、ステッ
プ7702の結果に応じて7704または7706にお
いて別個のテストで)。したがって、次の4つのケース
が考えられる。 1 もしΔP1≦S1で且つΔP2≦S2であればケー
スA(正常)。この場合直接ジャンプし真信号VAL.
NAV.をもってステップ7780を通過する。
【0055】2 もしΔP1≦S1で且つΔP2>S2
であればケースB。高度Zはずれている。ステップ77
12において、ずれがZA に起因するか(搭載機器につ
いて提起された問題)あるいはZT に起因するか(地勢
ファイルBDTの体系的なかたより)を求める。いずれ
にしても、ステップ7740において、量L、Gおよび
ΔP1(場合によってはステップ7712の結果)を異
常期間に亘り記憶装置79に記録する。それにもかかわ
らず、真信号VAL.NAV.をもってステップ778
0を通過する。 3 もしΔP1>S1で且つΔP2>S2であればケー
スC。異常は原則的に、地勢ファイルBDTのアドレス
指定(データLおよびGの双方またはいずれか一方にエ
ラーがある)あるいはその内容に起因している。通常
は、履歴的解析により、異常の反復性にしたがってどち
らか検定することができる(ステップ7714)。この
場合、ステップ7750において、量L、G(場合によ
ってはステップ7714の結果)を少なくとも異常開始
時に記憶装置79に記録する。偽信号VAL.NAV.
をもってステップ7785を通過する。
【0056】4 もしΔP1>S1で且つΔP2≦S2
であればケースD。ステップ7716において、地勢フ
ァイルBDTの局部的エラーの仮説、搭載機器(電波高
度計、GPS、慣性誘導装置)の1つの局部的機能不全
の仮説または未だリストアップされていない局部的障害
物の上空を飛行しているという仮説を調べて、局部的な
異常に関することを確認する。また、ステップ7740
において、量L、GおよびΔP1(場合によってはステ
ップ7716の結果)を異常期間に亘り記憶装置79に
記録する。真信号VAL.NAV.をもってステップ7
780を通過する。
【0057】ステップ7712乃至ステップ7716に
おける異常の履歴の使用に関して、一例を挙げてその意
義を以下に説明する。航空機直下の地勢の特徴、および
特にその平面性(測定値ZA −HRSから導かれる)に
より、異常の分類をディスプレイすることが可能にな
る。選択された例において、ΔP1が0に近いケースA
からΔP1が非常に摂動したケースCに移行するものと
する。考えられる異常原因は、次のように解析可能であ
る。 1 AからCの推移に平坦な地表面から変化に富んだ地
表面への推移を伴えば、航法(ナビゲーション)パラメ
ータにおけるエラーに関する可能性が非常に高い。
【0058】2 他の場合には、地勢ファイルBDTの
エラーに関する可能性が非常に高い。ここで、3つのケ
ースが考えられる。地表面が平坦なままであるケース、
ある変化に富んだ地勢から別の変化に富んだ地勢に移行
する場合であって推移中に高度の不均衡があるケース、
および変化に富んだ地勢から平坦な地勢に移行するケー
スである。ケースA乃至Dの間の他の推移についても、
同じ型式の解析を実行することができる。
【0059】たとえば、地表の直ぐ近くにおいて、本発
明の装置はそのアラームについて作動が抑制されなけれ
ばならない。それは、次の場合である。 1 航空機が機器(ILS)をもって着陸局面にある場
合、または 2 パイロットの明確な要求があった場合 上記抑制は、動的になされるのが好ましい(上述のVA
L.NAV.)。ところで、一方は時間において固定さ
れた起伏(自然高度指標)に対する地勢ファイルで、他
方は建設され変化する障害物(人工高度指標)に対する
地勢ファイルからなる2つの地勢ファイルを使用するの
も意義深い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の非常に一般的な概念ブロック図
である。
【図2】本発明の装置のより詳細な概念ブロック図であ
る。
【図3】本発明の装置のさらに詳細な部分概念ブロック
図である。
【図4】本発明の装置を定義する(情報の合致を考慮し
て集成された)他の詳細ブロック図である。
【図5】本発明の装置を定義する(情報の合致を考慮し
て集成された)他の詳細ブロック図である。
【図6】本発明によるメッシュの定義を示す図である。
【図7】連続する2つのメッシュの関係を示す斜視図で
ある。
【図8】「集合(ブロック)」におけるメッシュの編成
を示す図である。
【図9】集合(ブロック)の重なり合いを示す図であ
る。
【図10】集合(ブロック)の重なり合いを示す図であ
る。
【図11】集合(ブロック)のために記憶装置に格納さ
れた情報に基づく絶対高度の算出モードの原理を示す図
である。
【図12】集合(ブロック)のために記憶装置に格納さ
れた情報に基づく絶対高度の算出モードの原理を示す図
である。
【図13】集合(ブロック)のために記憶装置に格納さ
れた情報に基づく絶対高度の算出モードの原理を示す図
である。
【図14】記憶装置に格納された高度の確認モードの原
理を示す図である。
【図15】記憶装置に格納された高度の確認モードの原
理を示す図である。
【図16】不確実性フィールドを示す図である。
【図17】航空機の軌道に関連した不確実性を説明する
図である。
【図18】予測軌道を示す図である。
【図19】許容幅を伴った高度特性を示す図である。
【図20】局部記憶装置に含まれた地図に対する航空機
の位置の変遷を概略的に示す図である。
【図21】航空機の位置と局部記憶装置の内容との間の
関係の検定を示す図である。
【図22】航空機の位置と局部記憶装置の内容との間の
関係の検定を示す図である。
【図23】衝突防止保護曲線の一例を示す図である。
【図24】障害物に対する航空機の状態を示す鉛直断面
図である。
【図25】障害物に対する航空機の状態を示す鉛直断面
図である。
【図26】回避軌道の一例を示す図である。
【図27】地勢曲線を示す図である。
【図28】地勢曲線を示す図である。
【図29】図27の地勢曲線に関するずれ信号を示す図
である。
【図30】図28の地勢曲線に関するずれ信号を示す図
である。
【図31】これらのずれ信号の解析メカニズムを説明す
るブロック図である。
【符号の説明】
4、43 衝突防止処理手段 7 有効化手段 20 慣性誘導装置 21 無線航法装置 30 大容量記憶装置 35 データベース管理手段 40 作業用高速記憶装置 51 アラーム 57 ディスプレイ手段 BDT データベース L 緯度 G 経度 Z 高度 MZC 制御指示 VAL.NAV. 有効信号 HRS 地表からの航空機の高さ MZC 高度安全ゆとり幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンヌ−マリ ユノ フランス国 75016 パリ リュ ラ フ ォンテンヌ 87 (72)発明者 ジェラール ルペール フランス国 93300 オーベルヴィリエ リュエメ 69

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも地球の陸上部分の実質的な一
    部を、少なくとも1つのレベルを有するメッシュを備え
    る区分形態で表すデータベース(BDT)を記憶するの
    に適した大容量記憶装置(30)を備え、各メッシュは
    その内部における最大高度を表す少なくとも1つのデー
    タに関連付けられ、少なくとも1つの指標により、2つ
    の水平座標へのアドレス指定に応じて上記データベース
    が内蔵する隣接した一連のメッシュに迅速にアクセスす
    ることが可能になり、 2つの水平成分(L、G)、高度(Z)、航空機の速度
    ベクトルおよび加速度ベクトル並びにコックピットから
    の制御指示(MZC)とともに、航空機の位置を表す状
    態情報を受けるための入力手段と、 作業用高速記憶装置(40)と、 航空機の位置の上記水平成分に応じて、航空機が移動す
    る領域における地表高度の包絡面を定義する一時局部地
    図を引出して上記高速記憶装置に転送するのに適したデ
    ータベース管理手段(35)と、 航空機軌道の複数の予測点を設定するために上記状態情
    報を処理し、各予測点において航空機の周りの保護フィ
    ールドの輪郭と上記局部地図の対応する部分における高
    度包絡面とを比較し、保護フィールドと高度包絡面との
    関係が上記制御指示によって少なくとも部分的に定義さ
    れる第1の条件を満たせばアラーム(51)を設定する
    ための衝突防止処理手段(4;43,46)とを備えて
    いることを特徴とする航法扶助装置。
  2. 【請求項2】 航空機の実際の軌道上で高速記憶装置に
    よって定義された地勢と搭載機器によって定義された地
    勢とを比較するための有効化手段(7)と、その対応装
    置に情報をディスプレイするための手段(57)と、上
    記衝突防止処理手段(4)の有効信号(VAL.NA
    V.)を生成するための手段とを備えていることを特徴
    とする請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 上記有効化手段(7)は、地勢ファイル
    に基づく飛行地域の地勢に関する記憶装置(70)と、
    搭載機器に基づく飛行地域の地勢に関する記憶装置(7
    1)と、上記2つの記憶装置の間の少なくとも1つのず
    れ量を設定するための手段(72)と、上記ずれ量を閾
    値と比較するための手段(74、75)とを備えている
    ことを特徴とする請求項2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 上記ディスプレイ手段(57)を制御す
    るための解析手段(77)を備えていることを特徴とす
    る請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 上記有効化手段(7)は、検出されたず
    れ量のうち少なくとも一定数のずれ量を記憶するための
    手段(79)を備えていることを特徴とする請求項2乃
    至4のいずれか1項に記載の装置。
  6. 【請求項6】 上記記憶装置(70、71)は地表から
    の高さについて作業し、第2の記憶装置(71)は高度
    (ZA )および地表からの航空機の高さ(HRS)を受
    けることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に
    記載の装置。
  7. 【請求項7】 メッシュ集合体は、基本メッシュに加え
    て、一定数の基本メッシュを分割した中間メッシュと、
    一定数の中間メッシュを分割した極限メッシュとからな
    り、上記中間メッシュおよび極限メッシュは少なくとも
    空港領域の近傍に対して備えられていることを特徴とす
    る請求項1乃至6のいずれか1項に記載の装置。
  8. 【請求項8】 メッシュがブロックすなわち集合に編成
    され、各ブロックは絶対値で表された基準高度データに
    関連付けられ、各メッシュ内の最大高度はブロック内部
    のメッシュの所定経路規則にしたがい隣接するメッシュ
    に対する相対値で表され、上記作業用高速記憶装置の稼
    働中に相対高度を絶対高度に変換することを特徴とする
    請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置。
  9. 【請求項9】 各ブロックはその隣接する2つの辺にお
    いてその隣接するメッシュと少なくとも1つの基本メッ
    シュの分だけ重複する部分を有し、上記データベース管
    理手段は上記重複部分の存在により異なる2つのブロッ
    ク間の相対高度データの整合性を検証することができる
    ことを特徴とする請求項8に記載の装置。
  10. 【請求項10】 慣性誘導装置(20)の搭載機器の位
    置データに対して無線航法装置(21)の機器の位置デ
    ータを有効と認めるための手段(25)を備え、有効と
    認められたデータ(L、G)は航空機の軌道の予測(2
    8)および高速記憶装置(40)のアドレス指定に役立
    つことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記
    載の装置。
  11. 【請求項11】 上記制御指示は高度安全ゆとり幅(M
    ZC)の定義からなり、上記第1の条件は保護フィール
    ドと高度包絡面との間の鉛直距離が上記高度安全ゆとり
    幅より小さいという事実に基づくことを特徴とする請求
    項1乃至10のいずれか1項に記載の装置。
  12. 【請求項12】 上記衝突防止処理手段は、第2の条件
    に応じて、中期的な地表との衝突の危険性を示す予備ア
    ラームを発するように構成されていることを特徴とする
    請求項1乃至11のいずれか1項に記載の装置。
  13. 【請求項13】 アラームを発した場合、地表面回避規
    則に応じて、航空機に固有な所望の操縦命令を設定する
    ことのできる手段を備えていることを特徴とする請求項
    1乃至12のいずれか1項に記載の装置。
  14. 【請求項14】 上記回避規則は、航空機の姿勢角度、
    特に航空機が直進中か旋回中かを考慮することを特徴と
    する請求項13に記載の装置。
  15. 【請求項15】 上記姿勢角度は、慣性誘導装置から導
    出されることを特徴とする請求項14に記載の装置。
  16. 【請求項16】 上記第1の条件は、第1の瞬間的な遅
    れの後ほぼ最大の方位角で急上昇すべき第1の操縦軌道
    を考えることからなることを特徴とする請求項1乃至1
    5のいずれか1項に記載の装置。
  17. 【請求項17】 上記第2の条件は、第1の瞬間的な遅
    れよりもう少し長い遅れの後第1の軌道以下の方位角で
    急上昇すべき第2の操縦軌道を考えることからなること
    を特徴とする請求項12と組み合わせた請求項16に記
    載の装置。
  18. 【請求項18】 上記データベース管理手段は、北極ま
    たは南極を包囲する領域において座標変換を利用するこ
    とを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載
    の装置。
  19. 【請求項19】 上記高速記憶装置の内容に応じて、地
    勢の合成イメージをディスプレイするための手段を備え
    ていることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1
    項に記載の装置。
  20. 【請求項20】 少なくとも地球の陸上部分の実質的な
    一部を表す地勢データベースを地上において保持し、 地上の地勢ファイルから引き出されたデータベースであ
    って、少なくとも地球の陸上部分の実質的な一部を少な
    くとも1つのレベルを有するメッシュを備える区分形態
    で表すデータベースを記憶するのに適した大容量記憶装
    置を航空機に搭載し、各メッシュはその内部における最
    大高度を表す少なくとも1つのデータに関連付けられ、
    少なくとも1つの指標により、2つの水平座標へのアド
    レス指定に応じて上記データベースが内蔵する隣接した
    一連のメッシュに迅速にアクセスすることが可能にな
    り、 航空機位置の2つの水平成分、鉛直方向情報および航空
    機の速度ベクトルおよび加速度ベクトルを搭載機器から
    受ける工程と、 航空機位置の2つの水平成分に応じて、航空機が移動す
    る領域における地表高度の包絡面を定義する一時局部地
    図を作業用高速記憶装置にロードする工程と、 航空機の位置、速度ベクトルおよび加速度ベクトルに応
    じて航空機軌道の複数の点を予測する工程と、 各予測点において航空機の周りの保護フィールドの輪郭
    と上記局部地図の対応する部分における高度包絡面とを
    比較する工程と、 保護フィールドと高度包絡面との関係が第1の条件を満
    たせばアラームを設定する工程とを、 航空機上で実行することを特徴とする航法扶助方法。
  21. 【請求項21】 航空機の実際の軌道上で高速記憶装置
    によって定義された地勢と搭載機器によって定義された
    地勢とを比較するための有効化工程(7)を備えている
    ことを特徴とする請求項20に記載の方法。
  22. 【請求項22】 上記有効化工程はずれ量を記憶するこ
    とからなり、上記地勢データベースを地上において保持
    する工程は記憶されたずれ量のうち少なくとも一定数の
    ずれ量に基づく地勢ファイルの改訂からなることを特徴
    とする請求項21に記載の方法。
  23. 【請求項23】 上記メッシュ集合体は、基本メッシュ
    に加えて、一定数の基本メッシュを分割した中間メッシ
    ュと、一定数の中間メッシュを分割した極限メッシュと
    からなり、上記中間メッシュおよび極限メッシュは少な
    くとも空港領域の近傍に対して備えられていることを特
    徴とする請求項20乃至22のいずれか1項に記載の方
    法。
  24. 【請求項24】 上記メッシュがブロックすなわち集合
    に編成され、各ブロックは絶対値で表された基準高度デ
    ータに関連付けられ、各メッシュ内の最大高度はブロッ
    ク内部のメッシュの所定経路規則にしたがい隣接するメ
    ッシュに対する相対値で表され、作業用高速記憶装置を
    備え該装置において相対高度を絶対高度に変換すること
    を特徴とする請求項20乃至23のいずれか1項に記載
    の方法。
  25. 【請求項25】 上記受ける工程は、慣性誘導装置(2
    0)の搭載機器の位置データに対して無線航法装置(2
    1)の機器の位置データを有効と認めることからなり、
    有効と認められたデータ(L、G)は、上記ロード工程
    および予測工程に役立つことを特徴とする請求項20乃
    至24のいずれか1項に記載の方法。
  26. 【請求項26】 アラームを発した場合、地表面回避規
    則に応じて、航空機に固有な所望の操縦命令を設定する
    工程を備えていることを特徴とする請求項20乃至25
    のいずれか1項に記載の方法。
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