JPH0850700A - 航空機用低エネルギー・バランス衝突回避装置 - Google Patents

航空機用低エネルギー・バランス衝突回避装置

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JPH0850700A
JPH0850700A JP7147510A JP14751095A JPH0850700A JP H0850700 A JPH0850700 A JP H0850700A JP 7147510 A JP7147510 A JP 7147510A JP 14751095 A JP14751095 A JP 14751095A JP H0850700 A JPH0850700 A JP H0850700A
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JP
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aircraft
floor
avoidance
altitude
energy
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Application number
JP7147510A
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Inventor
Denoize Xavier
グザビエ・デノワーズ
Faivre Francois
フランソワ・フエーブル
Thierry Servat
テイエリー・セルバ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales Avionics SAS
Original Assignee
Thales Avionics SAS
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Publication date
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    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/04—Anti-collision systems
    • G08G5/045—Navigation or guidance aids, e.g. determination of anti-collision manoeuvers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に地面との衝突を回避するための航空機用
低エネルギー・バランス衝突回避装置を提供する。 【構成】 航空機の地理的位置測定手段３１と、安全高
度の記述を含むデータベース３２と、安全高度以上であ
るエア・フロアを、航空機を貫く垂直線に関して構成す
る手段３３と、航空機の空中位置を予測する手段３４
と、この位置とエア・フロアを比較する手段３５と、回
避経路計算手段３６と、各算出経路のエネルギー・バラ
ンスを決定する手段３７とを含む。航空機用、特に民間
航空機用設備に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機用低エネルギー
・バランス衝突回避装置、特に地面衝突回避用の装置に
関する。本発明は、特に民間航空機に適用することがで
きる。より詳細には、本発明は、飛行任務中、たとえば
山岳付近を飛行する場合のように、地面に過度に接近し
なければならない場合、あるいは進入禁止空域のよう
に、それ自体が危険物となりあるいはそれ自体が危険に
陥る空域において操縦しなければならない場合、エネル
ギーを大量に消費することなく回避が行われるよう、す
べての航空機に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】地面と航空機の衝突を回避する装置は公
知である。こうした装置は、主として電波高度計、気圧
測定値および温度測定値に基づいて気圧計高度を算出す
るコンピュータ、および慣性誘導システムや飛行管理シ
ステムのような航法手段を使用することを特徴としてい
る。これらの装置の原理は、地面に対して測定された高
度計高度の利用、および電波高度計高度または気圧計高
度の使用にある。高度計高度の変化に比べ、後者は高度
が大幅に増しても使用できるため、特に利用されてい
る。これらの地面からの距離は、たとえばフラップやス
ラットなどの着陸装置を展開させるか否かによって、そ
れ自体が高度値および航空機の構成に依存する閾値と比
較される。測定されたパラメータ、特に高度および高度
の時間変化が閾値を超えた場合、乗務員に警報が送られ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような装
置には、航空機の操縦に対し測定値の算出が大幅に遅れ
るという欠点があり、そのために警報の発信が過度に遅
れ乗務員の時を得た対処を阻んでしまうという欠点もあ
る。したがって、このような装置は、衝突回避には適当
ではない。特に、地形の起伏が急激な上昇を伴う場合、
たとえば鋭く切り立った山の斜面に向かって航空機が飛
行するような場合、このような問題が起こる可能性があ
る。周知の装置における他の障害は、該警報を生成する
ことである。こうした問題が起こる可能性があるのは、
たとえば航空機が低海抜の山脈上空を十分な安全高度で
飛行中にたとえば地形の起伏が上昇傾向を帯びたような
場合に、支障はあるが、誤警報を発する。これらの欠点
は、これらの衝突回避装置の信頼性を著しく低下させて
しまう。
【０００４】これらの装置に対し、改良がなされてき
た。たとえば、閾値の変更を航空機の地理的位置関数と
して考慮に入れることのできるデータベースの導入があ
る。こうした改良は、誤警報を減少させる可能性はあ
る。しかし、それにはそれぞれのタイプの地域に適合さ
れたデータベースが必要になる。この後者の手法の延長
として、位置に応じて航空機の前方の起伏の性質に関す
る恒久的情報を供給するディジタル・フィールド・モデ
ルの作成を試みることは可能である。しかしながら、こ
のようなモデルを使用するためには、十分精密に起伏を
記述し、それゆえ大容量メモリを要するデータベースが
必要となろう。この欠点に加え、この種のデータベース
を交換し更新するための処理手順が必要となる。そのた
め、その使用法が複雑になる。記憶された膨大な数の情
報要素はさらに、システムの信頼性にとって有害なエラ
ーという見逃しがたい危険性を伴うことになる。
【０００５】周知の回避装置における他の欠点は、経路
の修正に、特に経路内に急激な上昇勾配がある場合に、
大量のエネルギーの消費を要することである。
【０００６】本発明の目的は、特に、航空機の位置を地
面に対してではなく既知の安全高度に対して決定する際
に、ランダムな起伏変化の要因を取り除くことにより、
前記の欠点を克服することであり、より高い安全性およ
びエネルギー・バランスの改善をもたらす経路を選ぶこ
とにより障害の回避を可能にすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の目
的は、下記のような航空機用衝突回避装置を提供するこ
とである。この装置は、少なくとも、 − 航空機の地理的位置測定の手段と、 − 少なくとも地理的位置の関数として安全高度の記述
を含むデータベースと、 − 地理的位置測定の手段およびデータベースに接続さ
れており、航空機を貫く垂直線に関する安全高度以上で
あるフロアを、計算により、航空機の地理的位置測定の
関数として構成する手段と、 − 位置測定手段に接続されており、航空機の空中位置
を予測する手段と、 − 予測手段および構成手段に接続されており、航空機
の予測空中位置と構成されたフロアとを比較する手段
と、 − 比較手段によって得られた結果が、航空機の予測空
中位置がフロア以下であることを示す場合に、１つまた
は複数の回避経路を航空機の飛行能力の関数として計算
する、回避経路の計算手段と、 − 各算出経路のエネルギー・バランスを決定する手段
とを備える。
【０００８】
【作用】本発明の主な利点は、衝突の危険を予測するこ
とを可能にし、したがってこれらの危険に対する乗務員
の反応時間を減少させることに寄与し、誤警報を減少さ
せ、衝突回避システムの信頼性を向上させ、あらゆる種
類の起伏、空域、または航法上の制約に適応できること
である。
【０００９】
【実施例】本発明の他の特徴および利点は、添付の図を
参照した以下の説明から明かであろう。
【００１０】図１は、障害物を形成しやすい地域２に対
する航空機１の位置を示す。本発明によれば、航空機１
の安全高度の記述が記憶される。この高度は、たとえ
ば、地域２の起伏に関して、禁制空域に関して、または
離着陸手順に関して定義される。航空機の物理的位置お
よび安全高度の記述に基づいて、航空機を貫く垂直線４
の周りにエア・フロア３が構成されるが、このフロアは
実際に、航空機がそれ以下になると衝突の危険性が生ず
る空域限界を構成している。航空機の地理的位置が、着
陸滑走路への進入位置に対応する場合、安全高度の記述
は、特に着陸手順を考慮したタイプのフロアをもたら
す。この位置が山岳地帯である場合、起伏が考慮され
る。フロア３は、地域２の不均一な地形に厳密には従わ
ないが、たとえば全体的高度によって規定される。しか
しこの全体高度は、局地的に規定される。地域２に盛上
りがある場合、フロア３は起伏の頂点における値よりも
大きな新たな全体的高度によって規定される。着陸操作
の場合、この全体的高度は、たとえば、様々な最小進入
高度および着陸進入路によって規定される。
【００１１】図２は、本発明による装置のブロック・ダ
イアグラムである。この装置は少なくとも、航空機の位
置測定手段３１および特に安全高度の記述を記憶したデ
ータベース３２を含む。航空機を貫通する垂直線の周り
のエア・フロアを計算によって構成する手段３３が、位
置測定手段３１およびデータベース３２に接続されてい
る。位置測定手段３１によって規定された航空機の地理
的位置、および飛行する地域の地理的関数としてデータ
ベース３２に記憶された安全高度に基づいて、構成手段
は、それ以下では航空機が地面に衝突する危険があるか
またはそれ以下では航空機がもはや安全ではないことを
示す、エア・フロアを規定する。このエア・フロアは、
たとえば、図１に示すフロア３のようなタイプのもので
ある。フロア３はたとえば、航空機の飛行全体にわたっ
て計算される。
【００１２】航空機の空中位置を予測する手段３４が、
位置測定手段３１に接続されている。これらの予測手段
３４は、第一の所定時刻ｔ０と第二の所定時刻ｔ０＋Δ
ｔの間の航空機の空中位置、たとえば航空機上空のエア
・フロア３の構成の位置を検査する。各フロア構成の間
に、たとえば航空機の数種の位置予測がなされる可能性
もある。１つの予測は特に、航空機の既知の位置、すな
わち第一の所定時刻の地理的位置および垂直位置ならび
に、速度ベクトルに基づいてなされる。
【００１３】比較手段３５が、構成手段３３および予測
手段３４に接続されている。この比較手段３５は、航空
機の予測位置と第一の時刻ｔ０に作成されたエア・フロ
アとを比較する。航空機の予測位置がエア・フロアの上
空にあれば、航空機は安全であると判断される。そうで
ない場合は、衝突の危険の可能性がある。したがって、
回避経路算出手段３６は、航空機１の数種の可能な経路
を決定できるようにする。これらの経路は、特に航空機
の自動航行能力に依存している。
【００１４】衝突回避経路のエネルギー・バランスを決
定する手段３７は、特に航空機１が最小のエネルギーを
消費する回避経路を選択することにより障害物を回避す
ることができるようにする。
【００１５】算出された各経路のエネルギー・バランス
は、たとえば経路の高度変化や、また、１つまたは複数
の曲率半径のひずみなどのパラメータの、既知のこれら
のパラメータ関数として航空機が消費するエネルギーに
対する関数である。これらのデータ要素は、貨物航空機
の特徴を表すものである。
【００１６】図３は、３つの回避経路Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３
が計算手段３６によって、航空機１付近で数種のレベル
をもつ安全フロア３の関数として規定される例を示すも
のである。計算手段３６は、航空機が安全フロアの上空
にある位置にこれらのフロアと最小の交差で、可能なら
ば交差することなく、達することのできる様々なタイプ
の回避経路を設定する。これらの各経路Ｔ１、Ｔ２、Ｔ
３について、決定手段３７は、行われるあらゆ操作を特
に考慮に入れて、必要なエネルギー・バランスを設定す
る。航空機のとり得るエネルギーに適合する経路だけ
が、考慮に入れられる。衝突回避経路のエネルギー・バ
ランスを決定する手段３７は、たとえば、エネルギー・
バランスの点で最適である操縦を行うために使用できる
視覚的または音声的メッセージを作成する表示手段また
は音響手段に、データ構成要素を伝送することもでき
る。１つの例では、伝送されるのは、要するエネルギー
が最小の回避経路の提示だけである。他の例では、数種
の経路が各経路のエネルギー・バランスの提示と共にパ
イロットに提案される。
【００１７】図３の実施例においては、航空機１の位置
を予測する手段は、安全フロア３のレベル３０１より下
の経路の予測を提供する。３つの衝突回避経路Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３が、衝突回避経路算出手段３６によって提案さ
れる。２つの経路Ｔ１、Ｔ３は、フロア３のレベル３０
１の上空を通過することにより障害物を回避する。経路
Ｔ２は、このレベルの上空を通らず、横に向きを変えて
境界線となる垂直面３０２、３０３を迂回し、これによ
り、安全フロア３のレベル３０１を生成した障害物を横
に迂回する。エネルギー・バランスの点から、この最後
にあげた回避経路Ｔ２が他に比べ好ましい。なぜなら、
航空機１の上昇が必要な前の２つの経路に比べて少ない
エネルギー消費ですむからである。高度上昇以外のパラ
メータ、特に航空機の経路変更に関するパラメータが、
エネルギー・バランスを条件付けることもある。たとえ
ば、経路の急激な変更は、わずかな曲率半径の変更に比
べて大きなエネルギーを消費する。このことから、障害
物の出現にともない算出された様々な回避経路のエネル
ギー・バランスは、特に航空機と障害物の相対位置、な
らびに航空機の速度ベクトルに関係する数種のパラメー
タに依存することがわかる。
【００１８】図４は、本発明による装置の可能な実施例
を示す。コンピュータ４１は、たとえば、エア・フロア
を構成する手段３３、航空機の空中位置を予測する手段
３４、比較手段３５、回避経路算出手段３６、および回
避経路のエネルギー・バランスを決定する手段３７を備
えている。このコンピュータ４１は、データベース３２
に接続されている。後者は特に、航空機の航行に適合す
るフロアを規定するのに使われるすべての情報要素、す
なわち維持すべき安全高度の記述を、とりわけ飛行する
起伏、禁制空域、および離着陸手順の関数として含んで
いる。そのために、データベースは、たとえば、各空港
への航路標識の記述ならびにその地理的位置、各空港へ
の着陸進入手順の記述、および付近に空港がない時また
は航空機が巡航速度にある時に維持すべき最小安全高度
の記述を含んでいる。データベース３２は、たとえば世
界中のすべての空港についての記述を含むこともでき
る。
【００１９】着陸進入手順の記述は、たとえば、複数の
直線または弧状のセグメントで形成されており、絶対位
置すなわち緯度と経度で、あるいは航行標識に対する相
対位置で示されたその開始位置と終了位置が、これらの
２地点間を通過する際に維持すべき安全高度と共に与え
られている。最小安全高度の記述は、たとえば、地表面
の緯線および経線に対応するグリッド・パターンをと
り、各正方形に最小安全高度を割り当てることによって
得られる。
【００２０】データベース編成の他の方法は、前述の記
述の代りにすべての安全高度を記憶させてしまうことに
ある。しかし、このような編成は特に、より多くのメモ
リ空間が必要である。対照的に、フロアを計算し構成す
るのに要する時間が減少するという利点を有するともい
える。
【００２１】航空機位置予測手段は、たとえば、標準航
法装置４２および衛星航行受信機４３から構成されてお
り、後者は特に位置測定の改善のために使用される。航
空機の空中位置の予測は、航空機の速度ベクトルおよび
その位置に基づいてコンピュータ４１により行われる。
航空機の位置とフロア３との比較により、この位置がフ
ロアよりも下であることが示された場合、コンピュータ
４１は、航空機の能力の関数として１つまたは複数の回
避経路を計算する。これには特に、航空機の急上昇能力
および旋回能力が含まれる。回避経路の計算は、特に反
応時間を考慮に入れ、航空機が安全フロア３よりも下を
通過することのないように行われる。
【００２２】コンピュータ４１は、各経路のエネルギー
・バランス値を作成すると、たとえば、視覚警報を得る
には表示手段４４へ、聴覚警報を得るには音声警報手段
４５への、要するエネルギーが最小ですむ経路を送る。
【００２３】図５は、本発明による視覚警報の実施例を
示す。この警報は、たとえば、インターフェイス手段
（図示せず）によってコンピュータ４１に接続された表
示画面５１上に表示される。この表示画面５１は、航空
機１の位置を示す記号５２、たとえばクロス５４で表さ
れた障害物を回避するためにとる経路の方向を示す矢印
５３、たとえば障害物の特徴を示すメッセージ５５を生
成する。
【００２４】音声警報手段４５は、たとえば、視覚警報
手段によって表示される情報要素、特に障害物の性質お
よびそれを回避するためにとる方向を繰り返すことがで
きる。本発明による装置は、必ずしも垂直面には位置し
ない回避経路を構成することができる。
【００２５】操縦の操作は、必ずしも地面に対し安全位
置への最も速い到着が最適の操作であるとは限らない。
ある空港への着陸進入手順中に垂直面におけるこのよう
な操作が地面衝突の危険を増加させる可能性もある。垂
直運動のみを予測する従来の装置はさらに、たとえば山
岳付近に位置する空港のような非常に限られた安全空間
での旋回を必要とする特定の離陸または着陸進入手順中
に、誤警報を発生する率がかなり高い。本発明による装
置は、それによって計算される横方向操作により、これ
らの欠点を克服することができる。
【００２６】航空機１を通過する垂直線の周りに規定さ
れたフロア３は、たとえば、図１および３に示すよう
に、有限の数の高度レベルを有する。フロアを、連続変
化高度のフロアを考えることも可能である。このような
フロアは特に、航空機の地面への着陸の時刻まで、本発
明による装置が有効に動作することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】障害物を形成しやすい地域に対する航空機１の
位置を示す図である。
【図２】本発明による装置のブロック・ダイアグラムで
ある。
【図３】本発明による装置により計算された衝突経路を
例示する図である。
【図４】本発明による装置の可能な具体的実施例を示す
図である。
【図５】本発明による視覚警報手段の具体的実施例を示
す図である。
【符号の説明】
１ 航空機 ２ 地域 ３、３０１，３０２，３０３ エア・フロア ４ 垂直線 ３１ 航空機位置測定手段 ３２ データベース ３３ エア・フロア構成手段 ３４ 航空機空中位置予測手段 ３５ 比較手段 ３６ 回避経路算出手段 ３７ 回避経路のエネルギー・バランスの決定手段 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 回避経路 ４１ コンピュータ ４２ 標準航法装置 ４３ 衛星航行受信装置 ４４ 表示手段 ４５ 警報手段 ５１ 表示画面 ５２ 記号 ５３ 矢印 ５４ クロス ５５ メッセージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テイエリー・セルバ フランス国、33000・ボルドー、リユ・ド ウ・ラ・ベナツト・３

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】− 航空機の地理的位置測定の手段と、 − 少なくとも地理的位置の関数として安全高度の記述
    を含むデータベースと、 − 地理的位置測定の手段およびデータベースに接続さ
    れており、航空機を貫く垂直線に関する安全高度以上で
    あるフロアを、計算により、航空機の地理的位置測定の
    関数として構成する手段と、 − 位置測定手段に接続されており、航空機の空中位置
    を予測する手段と、 − 予測手段および構成手段に接続されており、航空機
    の予測空中位置と構成されたフロアとを比較する手段
    と、 − 比較手段により得られた結果が、航空機の予想空中
    位置が地面以下であることを示す場合に、１つまたは複
    数の回避経路を航空機の飛行能力の関数として計算す
    る、回避経路の計算手段と、 − 各算出経路のエネルギー・バランスを決定する手段
    と、をすくなとも含むことを特徴とする航空機用衝突回
    避装置。
  2. 【請求項２】 エネルギー・バランスを決定する手段
    が、視覚警報手段に最小エネルギーの経路を送ることを
    特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 エネルギー・バランスを決定する手段
    が、音声警報手段に最小エネルギーの経路を送ることを
    特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 位置測定手段が、衛星航行受信装置に関
    連する標準航法装置から成ることを特徴とする請求項１
    に記載の装置。
  5. 【請求項５】 エア・フロアの構成手段、航空機の空中
    位置予測手段、比較手段、回避経路の計算手段およびエ
    ネルギー・バランス決定手段が、コンピュータに含まれ
    ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 航空機の航行中、常にフロアが計算され
    ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 視覚警報手段が、航空機の位置を示す記
    号と、障害物を回避するためにとるべき経路の方向を示
    す矢印とを生成する表示画面によって形成されることを
    特徴とする請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 障害物が表示画面に表示されることを特
    徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 表示画面上のメッセージが障害物の性質
    を示すことを特徴とする請求項７に記載の装置。
JP7147510A 1994-06-14 1995-06-14 航空機用低エネルギー・バランス衝突回避装置 Pending JPH0850700A (ja)

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FR9407247A FR2721130B1 (fr) 1994-06-14 1994-06-14 Dispositif d'évitement de collisions pour aéronef notamment avec le sol à bilan énergétique réduit.
FR9407247 1994-06-14

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EP (1) EP0688004B1 (ja)
JP (1) JPH0850700A (ja)
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DE (1) DE69512835T2 (ja)
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