JPH09507714A - 航空機の脅威回避システム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 空輸航空機に対する事前に知りえない脅威に迅速に応答するコンピュータ利用プロセス。このプロセスは至近距離にある脅威に対して急速で、自動的な決定を実行し、しかも、航空機の操作員に、時間が許す場合には適切な応答を選択する機会を与える。

Description

【発明の詳細な説明】 航空機の脅威回避システム及び方法 政府の権利 合衆国政府は、空軍省により認承された契約Ｎｏ．Ｆ３３６００−８８−Ｇ− ５１０７に従って本発明における権利を有する。 発明の背景 本発明は、一般に、航空機を操縦するためのコンピュータ利用システムに関し 、特に、予測されない航空機に対する脅威を検出し且つそれに応答するシステム 及び方法に関する。 航空機のミッション（特命飛行）のルートを計画するとき、敵側の対空砲火， 陸軍基地などの既知の脅威を考慮に入れる。航空機のコンピュータシステムに記 憶される選定ルートは出発点と、いくつかの中間点と、終点とを含む。各々の中 間点の離間距離は海里単位で測定され、それをレグ（ｌｅｇ）という。従って、 選定ルートは、航空機の出発点とその最終ミッション目的地（終点）との間に最 短で、最も安全なルートを規定するために既知の脅威を迂回して屈曲する複数の 接続するレグから構成されている。ルートは、「脅威の相互視程」の中に入らな いように、すなわち、航空機が脅威によって検出可能とならないように計画され る。 ところが、ルート計画に際しては、ミッション中に突然出現するおそれのある 、その時点では未知である計画にない脅威の問題をも考慮にいれなければならな い。未知の脅威が現れたとき、ミッションの目標をそこなうことなく脅威による 検出を回避するための措置を講じなければならない。 この問題に対処する従来の方式には、融通性が余りにも欠けている、ミッショ ン中に未知の脅威が突然現れた場合、航空機のコンピュータシステムは、飛行経 路を変更し且ついくつかの所定の回避レグの中の１つに沿って操縦することを航 空機に自動的に指示する。航空機が飛行経路を変更している間、システムは脅威 を認識しようとし、また、脅威の相互視程を計算しようとする。選定ルートが脅 威の相互視程と交わる場合、回避レグの終端から次の中間点に至るルート変更を 計算する。提案されたルート変更が脅威の相互視程とまだ交わるならば、回避レ グの終点から続く中間点に至る第２のルート変更を計算し、その後も同様である 。しかしながら、この方式は機械的すぎる。航空機の操作員の選択の自由は制限 され、未知の脅威に対して最適化されているとはいえない回避行動が強制され、 多くの場合、動作の速度は遅すぎる。 従って、本発明の目的は、空輸航空機に予測されなかった脅威に応答させるた めの改良された方法を提供することである。さらに特定すれば、本発明の目的は 、未知の脅威に対し適切な時点で安全に、急速に応答するシステム及び方法を提 供することである。本発明の方法によれば、至近距離にある脅威に対して要求さ れたときに急速な決定を実行し、しかも、航空機の操作員には、時間が許す場合 に応答を選択するための最大限の融通性が与えられる。 発明の概要 本発明は、空輸航空機に対する事前に知りえない脅威に急速に応答するコンピ ュータ利用方法及びシステムから成る。方法は、至近距離にある脅威に対して要 求されたときに急速で自動的な決定を実行し、しかも、航空機の操作員に、時間 が許す場合に適切な応答を選択する機会が与えられる。 本発明の方法においては、事前に知りえない脅威は、脅威が航空機を検出する 依然に検出される。次に、航空機の選定ルートが脅威と相互視程を交えるか否か を判定する。交わらない場合、選定ルートを維持する。ところが、それら２つが 交わると判定されたならば、応答は、その交点が航空機からどれほど離れている かによって決まる。交点が所定の距離の中に入っている場合、ルート変更を自動 的に実行する。交点がさらに遠く離れているために、航空機が操縦する時間を有 する場合には、航空機の操作員にそれを通知する。その間に、選定ルートを「ク リア」しうるか否か、すなわち、許容できるより低いクリアランスレベル（飛行 高度）で維持しうるか否かを判定するために、可能なクリアランスレベルに対し て脅威の重大度を検査する。許容しうるクリアランスレベルが存在するならば、 航空機の操作員は選定ルートを維持するか又はルート変更を選択することができ る。従って、操作員は、航空機を危険にさらすおそれがない場合には、脅威に対 し手動操作で応答することを許される。 ルート変更を実行する過程は、ルート変更の出発点を計算し且つ選定ルート変 更の中の、出発点より先の次の中間点を確定することを含んでいても良い。次の 中間点が航空機から所定の距離の中に入っている場合、次の中間点に続く中間点 をルート変更の終点として選択できる。次の中間点が航空機から所定の距離を越 える位置にある場合には、脅威の相互視程が次の中間点とそれに続く中間点との 間で計画されたルートとも交わらない限り、次の中間点をルート変更の終点とし て選択できる。 本発明に従えば、空輸航空機に未知の脅威に応答させるシステムは、事前に知 りえない脅威が航空機を検出する以前に脅威を検出する手段を含む。システムは 、航空機の選定ルートが航空機と相互視程を交えるか否かを判定し、交わるので あれば、先に説明した方式で応答する手段をさらに含む。 本発明の上述の目的，特徴及び利点並びにその他の目的，特徴及び利点は、添 付の図面を参照しながら進行する以下の好ましい一実施形態の詳細な説明からさ らに明白になるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、従来の方式を使用する航空機が既知の脅威と、事前に知りえない脅威 とにどのように応答するかの概略図である。 図２は、航空機のコンピュータシステムにおいて実現される、本発明による脅 威回避システムの構造チャートである。 図３Ａから図３Ｃは、本発明による脅威回避プロセスのフローチャートである 。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の方法及びシステムを使用する航空機が既知の脅 威と、事前に知りえない脅威とにどのように応答するかの概略図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の範囲をさらに良く認識し、理解するために、まず、警告なしに出現す る、事前に知りえない脅威を航空機が回避するという問題に対する従来の技術に よる好ましい解決方法を説明する。 図１は、従来の技術の方式を示す。対空砲列Ｔ１及びレーダー所在地Ｔ２のよ うな既知の脅威は、それぞれが最大の相互視程を有し、ルート選定段階でセント ロイド（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）として特徴づけられる。相互視程は、脅威と航空機 の双方が互いを検出できる能力、すなわち、互いを視程できる能力である。航空 機は脅威の相互視程と交わる以前に脅威を検出するのが理想的である。地勢の性 質は相互視程に影響を及ぼす。たとえば、山岳区域が対空砲列の視界を妨げるお それがあるので、Ｔ１セントロイドは円形ではない。 選定ルート１０は出発点１２と、終点、すなわち、目的地１４と、図に示して あるＡｌｐｈａ，ＴＧＴ１及びＢｒａｖｏなどの複数の中間点とを含む。ルート の１対ずつの中間点を接続しているが、中間点ＴＧＴ１と中間点Ｂｒａｖｏとの 間のレグ１６のようなレグである。レグは汎用コンパス機首方位を有し、海里（ ＮＭ）単位で測定される。従って、完成後の選定ルートは、脅威の相互視程領域 と交わるのを回避するために既知の脅威を迂回するように屈曲する曲節経路のよ うに見える。 移動ミサイル所在地のような未知の脅威Ｔ３がミッション中に突然出現したと き、従来の方式では、航空機１７を複数の所定の回避機首方位の１つに沿って自 動的に操縦する。コンピュータシステムはその新たな脅威について相互視程を計 算し、航空機はこの新たなルートへと針路を変更する。図１の例では、Ｔ３に出 会ったとき、航空機は中間点Ａｌｐｈａを過ぎたばかりである。脅威の最大相互 視程の半径Ｒ３がルートと交わるのであれば、航空機は回避レグ１８に沿って自 動的に操縦される。そこで、回避レグ１８の終端から次の中間点ＴＧＴ１に至る 新たなレグをプロットし、その新たなレグが脅威Ｔ１からＴ３の相互視程半径と 交わるか否かを判定するために検査する。新たなレグが脅威と交わるならば、回 避レグから次の中間点Ｂｒａｖｏに至る別のレグをプロットする。このプロセス は、安全なレグが発見されるまで継続する。 従来の方式は有効ではあるが、欠点もいくつかある。第１に、パイロット又は 別のナビゲータであると考えられる航空機の操作員のオプションが制限される。 最初の自動ルート変更は、事前に知りえなかった脅威の相互視程が実際に選定ル ートと交わるか否かの判定の前に実行される。たとえば、Ｔ３の相互視程は実際 にはレグ２０と交わらない。第２に、航空機オペレータは必然的に不必要に大き い回避行動をとらなければならない。第３に、従来の方式は、安全なルートを追 跡する中で余分な数のルート変更を計算する場合が多いので、その速度は相対的 に遅い。 本発明の方法及びシステムは、この従来の方式と比べてかなり大きな利点を有 する。図２は、航空機のコンピュータシステムの中のソフトウェアで実現される 本発明によるシステムの一実施形態のアーキテクチャ図である。図３Ａから図３ Ｃは、航空機のコンピュータシステムにより実行されるコンピュータプロセスと して実現される本発明による方法の一実施形態のフローチャートである。図４Ａ 及び図４Ｂは、本発明の方法及びシステムを使用する航空機が既知の脅威と、事 前に知りえない脅威とに対してどのように応答するかの概略図である。 図２を再び参照すると、本発明によるシステムの一実施形態を表わす構造チャ ートが示されている。システム２１の中心には、以下で説明するステップを実行 する脅威回避プロセス２２がある。プロセス２２は、このプロセスの動作のため のデータをプロセスに提供する複数のモジュールと通信する。それらのモジュー ルには、新たな、事前に知りえない脅威を検出する脅威検出モジュール２３が含 まれる。脅威認識モジュール２４は脅威の種類に関するデータを有し、検出デー タから、どの型の脅威が検出されたかを確定する。選定ルート・中間地点モジュ ール２５は選定ルートに関するデータを有する。セットクリアランスレベルモジ ュール２７は様々なセットクリアランスレベルに関するデータを有する。セット クリアランスは、航空機が飛行することを許される高度を表わす。オペレータ警 告モジュールは航空機の操作員へデータを通信するのを助ける。その他のモジュ ールが含まれていても良いことは言うまでもない。他のモジュールを使用して、 モジュラデータを等価の方式で再配列しても良い。 図３Ａから図３Ｃは、本発明による方法の一実施形態を表わすフローチャート である。明確にするために、方法の各ステップに番号を付してある。まず、図３ Ａにおいて、新たな、事前に知りえない脅威が航空機のコンピュータシステムに より検出され、認識されたときに、脅威回避プロセスは動作に入る（４０）。次 に、脅威の場所を規定し、その相互視程をほぼリアルタイムで、典型的には２０ ０ミリ秒未満で計算する（４２）。次に、選定ルートが新たな脅威の相互視程に よって影響を受けるか否か、すなわち、選定ルートが現在のセットクリアランス レベルで脅威の相互視程と交わるか否かを判定するために、選定ルートを検査す る（４４）。選定ルートが脅威の相互視程による影響を受けない場合、新たな脅 威が検出されるまで、脅威回避プロセスは完了している（４６）。 ところが、選定ルートが影響を受ける場合には、相互視程の交点が航空機から 、たとえば、５ＮＭの所定の距離の中に入っているか否かを判定するために検査 を実行する（４８）。このステップは、航空機の操作員がその検査を実行するの に十分な時間があるときにどのアクションをとるべきかを操作員に決定させる。 交点が近接しすぎているならば、現在のセットクリアランスレベルでミッション の再計画を実行する（図３ＡのステップＡ並びに図３Ｂ及び図３Ｃの後続ステッ プ）。操作員が介入するのに十分な時間がある場合には、操作員にその状況が通 知され、残るセットクリアランスレベル、すなわち、地勢などのために航空機を 脅威から隠してしまうと思われる飛行高度についてルートを検査する。第１に、 脅威の性質が与えられれば、操作員が許容しうる別のセットクリアランスレベル が存在するか否かを知るために、検査を実行する（ステップ５０〜５４）。別の セットクリアランスレベルが存在するならば、操作員は脅威回避プロセスを終了 させ、望ましくはより低い何れかのセットクリアランスで、航空機を選定ルート で継続するように導いても良い（５６）。許容しうる他のセットクリアランスレ ベルが存在しない場合には、操作員はミッション再計画を実行する（図３Ａのス テップＢ並びに図３Ｂ及び図３Ｃの後続ステップ）。 次に図３Ｂに移ると、新たな脅威に応答したミッション再計画のステップが示 されている。再計画、すなわち、ルート変更が自動的である状況（ステップＡ） では、新たなレグの出発点は現在レグ上の、航空機より数秒前方の位置にある（ ６０）（この時間は航空機の性能に基づいて変化する）。操作員が介入する状況 においては、出発点は異なるであろう。新たな脅威の相互視程が選定ルートの現 在レグと交わる場合（６２）、出発点は同様に現在レグ上の、航空機より数秒前 方の位置にある（６０）。ところが、相互視程が現在レグと交わらない場合には 、プロセスは交点の前方の第１の中間点を捜す（６４）。第１の中間点が交点か ら、たとえば２ＮＭの所定の距離の中に入っているならば（６６）、出発点は同 様に現在レグ上の、航空機より数秒前方の位置にある（６０）。所定の距離の中 に入っていない場合には、第１の中間点が出発点になる（６８）。従って、航空 機が第１の中間点の先へ、すなわち、現在レグの終点へ進むことが安全でない ならば（６８）、ルート変更の出発点は現在レグの上の、航空機より数秒前方の 位置である（６０）。 次に、ルート変更の目的地、すなわち、終点を計算するが、これは出発点に続 く次の順次中間点になる。まず、プロセスは相互視程交点を越えた次の中間点を 発見する（７０）。現在レグ上の出発点（６０）については、次の中間点は現在 レグの終端の中間点になるであろう。第１の中間点に出発点がある場合（６８） には、次の中間点は、第１の中間点のすぐ先の中間点になるであろう。次に挙げ る事態のいずれかが起こらない限り、次の中間点は目的地になる（７２，７４， ７６）。次の中間点が航空機から、たとえば、１０ＮＭという別の所定の距離の 中に入っている場合（７２）には、又は脅威の相互視程が次の中間点につながる ２つのレグと交わる場合（７４）には、続く中間点は目的地である（７８）。こ の検査（７２，７４）は、新たな脅威を回避するために１回のルート変更で十分 であることを確認することによって、ルート変更の回数を最小限に抑える。 ここで、ミッション再計画は完了する。図３Ｃを参照すると、次に、脅威回避 プロセスはミッション再計画を実行し（８０）、ルート変更へ操縦することを航 空機に指令する（８２）。好ましくは自動的であるこの最適化回避アクションは 、新たな脅威の検出後、迅速に実行される。その後、プロセスは休止して、その 再計画を受認又は拒否する機会を航空機の操作員に与える（８４）。再計両を拒 否した場合、操作員は代替ルートを試行するするようにプロセスに指令すること ができる。あるいは、再計画を受認し、プロセスを終了できる（８６）。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の脅威回避プロセスの動作を示す例である。図４ Ａでは、脅威（Ｔ４）が急に出現し、現在セットクリアランスで現在レグ１００ と交わる（４４）。この場合、航空機１７は交点１０２から５ＮＭ未満にあり（ ４８）、相互視程は現在レグに影響を及ぼす（６２）。そこで、数秒前方に（６ ０）出発点１０４が自動的に選択される。ＴＧＴ１は交点１０２を越えた次の中 間地点であり（７０）、航空機からその地点までの距離は１０ＮＭより長い（７ ２）。相互視程はＴＧＴ１では２つのレグ１００及び１０６に影響を及ぼさない （７４）ので、ＴＧＴ１を目的中間点として選択する（７６）。再計画を実行し （８０）、航空機を新たなレグ１０８へと操縦する（８２）。操作員がＴＧ Ｔ１に至るルートを許容しうると決定したならば（８４）、操作員は「受認」で き、処理は完了する（８６）。そのルートを拒否した場合には（８４）、ＴＧＴ ２を目的中間点として選択し、ＴＧＴ２に至る別のレグ１１０に沿って再計画を 実行する。典型的には、操作員はこの再計画を受認し（８４）、処理は再び完了 するであろう。 図４Ｂにおいては、脅威Ｔ５が突然現れており、航空機のルートにさらに沿っ たレグ１２０と交わる。この場合、航空機１７から交点１２２までの距離は５Ｎ Ｍより長い（４８）。そこで、操作員は、脅威の相互視程と交わらないより低い セットクリアランス（高度）を任意に選択できる（５０）。選定ルートは許容し たままであっても良く（５２）、処理は完了するであろう（５６）。ところが、 操作員が新たなルートを望む場合には、処理は継続する（５４）。相互視程は現 在レグ１２０と交わるので（６２）、航空機より数秒前方で出発点１２４を選択 する（６０）。ＴＧＴ１は交点を越えた次の中間点であり（７０）、そこまでの 距離は１０ＮＭより長い（７２）。しかしながら、脅威の相互視程は２つのレグ １２２及び１２６に影響を及ぼすので（７４）、後続する中間点であるＴＧＴ２ を目的中間点として選択する（７８）。新たなレグ１２８を生成するのに再計画 は唯一回しか実行されない（８０）ため、操作員に要求されるインタラクション の量は最小になる。 特許法に従うと共に、新規な原理を適用し且つそのような特殊化された構成要 素を必要に応じて構成し、使用するために必要とされる情報を当業者に提供する ために、本発明をかなり詳細に説明した。しかしながら、本発明が以上説明し且 つ図示した特定の実施形態には限定されず、特定の点で異なる機器や装置により 本発明を実施できること、及び機器の詳細と動作手順の双方に関して、様々な変 形を本発明それ自体の範囲から逸脱せずに実現できることを理解すべきである。 好ましい実施形態における本発明の原理を図示し且つ説明したので、本発明を 配置及び詳細についてそのような原理から逸脱せずに変形できることは当業者に は明白なはずである。たとえば、本発明の特徴はハードウェアで実現されても良 く、あるいは、ソフトウェアで実現されても良い。場合によっては、任意により 高いセットクリアランスレベル並びにより低いセットクリアランスレベルを設定 しても良い。 従って、図示した実施形態は本発明の好ましい例としてのみ考慮されるべきで あり、請求の範囲の範囲を限定するものとみなされてはならない。そこで、本発 明として、次の請求の範囲の趣旨に包含される図示実施形態に対するあらゆる変 形及び等価物を特許請求した。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１月８日 【補正内容】 補正明細書 航空機の脅威回避システム及び方法 政府の権利 合衆国政府は、空軍省により認承された契約Ｎｏ．Ｆ３３６００−８８−Ｇ− ５１０７に従って本発明における権利を有する。 発明の背景 本発明は、一般に、航空機を操縦するためのコンピュータ利用システムに関し 、特に、予測されない航空機に対する脅威を検出し、耳つそれに応答するシステ ム及び方法に関する。 航空機のミッション（特命飛行）のルートを計画するとき、敵側の対空砲火、 陸軍基地などの既知の脅威を考慮に入れる。航空機のコンピュータシステムに記 憶される選定ルートは出発点と、いくつかの中間点と、終点とを含む。各々の中 間点の離間距離は海里単位で測定され、それをレグ（ｌｅｇ）という。従って、 選定ルートは、航空機の出発点とその最終ミッション目的地（終点）との間に最 短で、最も安全なルートを規定するために既知の脅威を迂回して屈曲する複数の 接続されたレグから構成されている。ルートは、「脅威の相互視程」の中に入ら ないように、すなわち、航空機が脅威によって検出可能とならないように計画さ れる。 ところが、ルート計画に際しては、ミッション中に突然出現するおそれのある 、その時点では未知である計画にない脅威の問題をも考慮にいれなければならな い。未知の脅威が現れたとき、ミッションの目標を損なうことなく脅威による検 出を回避するための措置を講じなければならない。 この問題に対処する従来の方式は融通性が余りにも欠けている。ミッション中 に未知の脅威が突然現れた場合、航空機のコンピュータシステムは、飛行経路を 変更し、且ついくつかの所定の回避レグの中の１つに沿って操縦することを航空 機に自動的に指示する。航空機が飛行経路を変更している間、システムは脅威を 認識しようとし、また、脅威の相互視程を計算しようとする。選定ルートが脅威 の相互視程と交わる場合、回避レグの終端から次の中間点に至るルート変更を計 算する。提案されたルート変更が脅威の相互視程とまだ交わるならば、回避レグ の終点から続く中間点に至る第２のルート変更を計算し、その後も同様である。 しかしながら、この方式は機械的すぎる。航空機の操作員の選択の自由は制限さ れ、未知の脅威に対して最適化されているとはいえない回避行動が強制され、多 くの場合、動作の速度は遅すぎる。 関連する従来の技術には、熟知していない地勢及び／又は敵軍が配備されてい る地勢が含まれているミッションにおいて使用する航空機ナビゲーションシステ ムを開示する欧州特許出願第０，３８１，１７８号がある。メモリに記憶されて いるデジタル地勢データを使用して、パイロットに対し、航空機の下方及びその 周辺の地勢並びに既知の脅威に対する航空機の位置を示す表示を生成する。この 情報を使用して、パイロットは最良の飛行経路をプロットすることができる。 従って、本発明の目的は、空輸航空機に予測されなかった脅威に応答させるた めの改良された方法を提供することである。さらに特定すれば、本発明の目的は 、未知の脅威に対し適切な時点で安全に、急速に応答するシステム及び方法を提 供することである。本発明の方法によれば、至近距離にある脅威に対して急速な 決定を実行し、しかも、航空機の操作員には、時間が許す場合に応答を選択する ための最大限の融通性が与えられる。 発明の概要 本発明は、空輸航空機に対する事前に知りえない脅威に急速に応答するコンピ ュータ利用方法及びシステムから成る。この方法は、至近距離にある脅威に対し て急速に自動的な決定を実行し、しかも、航空機の操作員に、時間が許す場合に 適切な応答を選択する機会が与えられる。 本発明の方法においては、事前に知りえない脅威は、脅威が航空機を検出する 以前に検出される。次に、航空機の選定ルートが脅威と相互視程とが交わるか否 かを判定する。交わらない場合、選定ルートを維持する。それら２つが交わると 判定されたならば、応答は、その交点が航空機からどれほど離れているかによっ て決まる。交点が所定の距離の中に入っている場合、ルート変更を自動的に実行 する。交点が遠く離れているために、航空機が操縦する時間を有する場合には、 航空機の操作員にそれを通知する。その間に、選定ルートを「クリア」しうるか 否か、すなわち、許容できるより低いクリアランスレベル（飛行高度）で維持し うるか否かを判定するために、可能なクリアランスレベルに対して脅威の重大度 を検査する。許容しうるクリアランスレベルが存在するならば、航空機の操作員 は選定ルートを維持するか又はルート変更を選択することができる。従って、操 作員は、航空機を危険にさらすおそれがない場合には、脅威に対し手動操作で応 答することを許される。 ルート変更を実行する過程は、ルート変更の出発点を計算し、且つ選定ルート 変更の中の、出発点より先の次の中間点を確定することを含んでいても良い。次 の中間点が航空機から所定の距離の中に入っている場合、次の中間点に続く中間 点をルート変更の終点として選択できる。次の中間点が航空機から所定の距離を 越える位置にある場合には、脅威の相互視程が次の中間点とそれに続く中間点と の間で計画されたルートとも交わらない限り、次の中間点をルート変更の終点と して選択できる。 本発明に従えば、空輸航空機に未知の脅威に応答させるシステムは、事前に知 りえない脅威が航空機を検出する以前に脅威を検出する手段を含む。システムは 、航空機の選定ルートが航空機と相互視程が交わるか否かを判定し、交わるので あれば、先に説明した方式で応答する手段をさらに含む。 本発明の上述の目的、特徴及び利点並びにその他の目的、特徴及び利点は、添 付の図面を参照しながら進行する以下の好ましい一実施形態の詳細な説明からさ らに明白になるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、従来の方式を使用する航空機が既知の脅威と、事前に知りえない脅威 とにどのように応答するかの概略図である。 図２は、航空機のコンピュータシステムにおいて実現される、本発明による脅 威回避システムの構造チャートである。 図３Ａから図３Ｃは、本発明による脅威回避プロセスのフローチャートである 。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の方法及びシステムを使用する航空機が既知の脅 威と、事前に知りえない脅威とにどのように応答するかの概略図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の範囲をさらに良く認識し、理解するために、まず、警告なしに出現す る、事前に知りえない脅威を航空機が回避するという問題に対する従来の技術に よる解決方法を説明する。 図１は、従来の技術の方式を示す。対空砲列Ｔ１及びレーダー所在地Ｔ２のよ うな既知の脅威は、ルート選定段階で、それそれが最大の相互視程を有するセン トロイド（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）と特定される。相互視程は、脅威と航空機の双方 が互いを検出できる能力、すなわち、互いを視認できる能力である。航空機は脅 威の相互視程と交わる以前に脅威を検出するのか理想的である。地勢の性質は相 互視程に影響を及ぼす。たとえば、山岳区域が対空砲列の視界を妨けるおそれが あるので、Ｔ１セントロイドは円形ではない。 選定ルート１０は出発点１２と、終点、すなわち、目的地１４と、図に示して あるＡｌｐｈａ，ＴＧＴ１及びＢｒａｖｏなどの複数の中間点とを含む。中間点 ＴＧＴ１と中間点Ｂｒａｖｏとの間を接続しているがレグ１６であるように、ル ートの１対の中間点を接続するのがレグである。レグは汎用コンパス機首方位を 有し、海里（ＮＭ）単位で測定される。従って、完成後の選定ルートは、脅威の 相互視程領域と交わるのを回避するために既知の脅威を迂回するように屈曲する 曲節経路のように見える。 移動ミサイル所在地のような未知の脅威Ｔ３がミッション中に突然出現したと き、従来の方式では、航空機１７を複数の所定の回避機首方位の１つに沿って自 動的に操縦する。コンピュータシステムはその新たな脅威について相互視程を計 算し、航空機はこの新たなルートへと針路を変更する。図１の例では、Ｔ３に出 会ったとき、航空機は中間点Ａｌｐｈａを過ぎたばかりである。脅威の最大相互 視程の半径Ｒ３がルートと交わるのであれば、航空機は回避レグ１８に沿って自 動的に操縦される。そこで、回避レグ１８の終端から次の中間点ＴＧＴ１に至る 新たなレグをプロットし、その新たなレグが脅威Ｔ１からＴ３の相互視程半径と 交わるか否かを判定するために検査する。新たなレグが脅威と交わるならば、回 避レグから次の中間点Ｂｒａｖｏに至る別のレグをプロットする。このプロセス は、安全なレグが発見されるまで継続する。 従来の方式は有効ではあるが、欠点もいくつかある。第１に、パイロット又は 別のナビゲータであると考えられる航空機の操作員のオプションが制限される。 最初の自動ルート変更は、事前に知りえなかった脅威の相互視程が実際に選定ル ートと交わるか否かの判定の前に実行される。たとえば、Ｔ３の相互視程は実際 にはレグ２０と交わらない。第２に、航空機オペレータは必然的に不必要に大き い回避行動をとらなければならない。第３に、従来の方式は、安全なルートを追 跡する中で余分な数のルート変更を計算する場合が多いので、その速度は相対的 に遅い。 本発明の方法及びシステムは、この従来の方式と比べてかなり大きな利点を有 する。図２は、航空機のコンピュータシステムの中のソフトウェアで実現される 本発明によるシステムの一実施形態のアーキテクチャ図である。図３Ａから図３ Ｃは、航空機のコンピュータシステムにより実行されるコンピュータプロセスと して実現される本発明による方法の一実施形態のフローチャートである。図４Ａ 及び図４Ｂは、本発明の方法及びシステムを使用する航空機が既知の脅威と、事 前に知りえない脅威とに対してどのように応答するかの概略図である。 図２を再び参照すると、本発明によるシステムの一実施形態を表わす構造チャ ートが示されている。システム２１の中心には、以下で説明するステップを実行 する脅威回避プロセス２２がある。プロセス２２は、このプロセスの動作のため のデータをプロセスに提供する複数のモジュールと通信する。それらのモジュー ルには、新たな、事前に知りえない脅威を検出する脅威検出モジュール２３が含 まれる。脅威認識モジュール２４は脅威の種類に関するデータを有し、検出デー タから、どの型の脅威が検出されたかを確定する。選定ルート及び中間地点モジ ュール２５は選定ルートに関するデータを有する。セットクリアランスレベルモ ジュール２７は様々なセットクリアランスレベルに関するデータを有する。セッ トクリアランスは、航空機が飛行することを許される高度を表わす。オペレータ 警告モジュールは航空機の操作員へデータを通信するのを助ける。その他のモジ ュールが含まれていても良いことは言うまでもない。他のモジュールを使用して 、モジュラデータを等価の方式で再配列しても良い。 図３Ａから図３Ｃは、本発明による方法の一実施形態を表わすフローチャート である。明確にするために、方法の各ステップに番号を付してある。まず、図３ Ａにおいて、新たな、事前に知りえない脅威が航空機のコンピュータシステムに より検出され、認識されたときに、脅威回避プロセスは動作に入る（４０）。次 に、脅威の場所を特定し、その相互視程をほぼリアルタイムで、典型的には２０ ０ミリ秒未満で計算する（４２）。次に、選定ルートが新たな脅威の相互視程に よって影響を受けるか否か、すなわち、選定ルートが現在のセットクリアランス レベルで脅威の相互視程と交わるか否かを判定するだめに、選定ルートを検査す る（４４）。選定ルートが脅威の相互視程による影響を受けない場合、新たな脅 威が検出されるまで、脅威回避プロセスは完了している（４６）。 ところが、選定ルートが影響を受ける場合には、相互視程の交点が航空機から 、たとえば、５ＮＭの所定の距離の中に入っているか否かを判定するために検査 を実行する（４８）。このステップは、航空機の操作員がその検査を実行するの に十分な時間があるときに、どのアクションをとるべきかを操作員に決定させる 。交点が近接しすぎているならば、現在のセットクリアランスレベルでミッショ ンの再計画を実行する（図３ＡのステップＡ並びに図３Ｂ及び図３Ｃの後続ステ ップ）。操作員が介入するのに十分な時間がある場合には、操作員にその状況が 通知され、残るセットクリアランスレベル、すなわち、地勢などのために航空機 を脅威から隠してしまうと思われる飛行高度についてルートを検査する。第１に 、脅威の性質が与えられれば、操作員が許容しうる別のセットクリアランスレベ ルが存在するか否かを知るために、検査を実行する（ステップ５０〜５４）。別 のセットクリアランスレベルが存在するならば、操作員は脅威回避プロセスを終 了させ、望ましくはより低い何れかのセットクリアランスで、航空機を選定ルー トで継続するように導いても良い（５６）。許容しうる他のセットクリアランス レベルが存在しない場合には、操作員はミッション再計画を実行する（図３Ａの ステップＢ並びに図３Ｂ及び図３Ｃの後続ステップ）。 次に図３Ｂに移ると、新たな脅威に応答したミッション再計画のステップが示 されている。再計画、すなわち、ルート変更が自動的である状況（ステップＡ） では、新たなレグの出発点は現在レグ上の、航空機より数秒前方の位置にある（ ６０）（この時間は航空機の性能に基づいて変化する）。操作員が介入する状況 においては、出発点は異なるであろう。新たな脅威の相互視程が選定ルートの現 在レグと交わる場合（６２）、出発点は同様に現在レグ上の、航空機より数秒 前方の位置にある（６０）。ところが、相互視程が現在レグと交わらない場合に は、プロセスは交点の前方の第１の中間点を捜す（６４）。第１の中間点が交点 から、たとえば２ＮＭの所定の距離の中に入っているならば（６６）、出発点は 同様に現在レグ上の、航空機より数秒前方の位置にある（６０）。所定の距離の 中に入っていない場合には、第１の中間点が出発点になる（６８）。従って、航 空機が第１の中間点の先へ、すなわち、現在レグの終点へ進むことが安全でない ならば（６８）、ルート変更の出発点は現在レグの上の、航空機より数秒前方の 位置である（６０）。 次に、ルート変更の目的地、すなわち、終点を計算するが、これは出発点に続 く次の順次中間点になる。まず、プロセスは相互視程交点を越えた次の中間点を 発見する（７０）。現在レグ上の出発点（６０）については、次の中間点は現在 レグの終端の中間点になるであろう。第１の中間点に出発点がある場合（６８） には、次の中間点は、第１の中間点のすぐ先の中間点になるであろう。次に挙げ る事態のいずれかが起こらない限り、次の中間点は目的地になる（７２，７４， ７６）。次の中間点が航空機から、たとえば、１０ＮＭという別の所定の距離の 中に入っている場合（７２）には、又は脅威の相互視程が次の中間点につながる ２つのレグと交わる場合（７４）には、続く中間点は目的地である（７８）。こ の検査（７２，７４）は、新たな脅威を回避するために１回のルート変更で十分 であることを確認することによって、ルート変更の回数を最小限に抑える。 ここで、ミッション再計画は完了する。図３Ｃを参照すると、次に、脅威回避 プロセスはミッション再計画を実行し（８０）、ルート変更へ操縦することを航 空機に指令する（８２）。好ましくは自動的であるこの最適化回避アクションは 、新たな脅威の検出後、迅速に実行される。その後、プロセスは休止して、その 再計画を受認又は拒否する機会を航空機の操作員に与える（８４）。再計画を拒 否した場合、操作員は代替ルートを試行するするようにプロセスに指令すること ができる。あるいは、再計画を受認し、プロセスを終了できる（８６）。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の脅威回避プロセスの動作を示す例である。図４ Ａでは、脅威（Ｔ４）が急に出現し、現在セットクリアランスで現在レグ１００ と交わる（４４）。この場合、航空機１７は交点１０２から５ＮＭ未満にあり （４８）、相互視程は現在レグに影響を及ぼす（６２）。そこで、数秒前方に（ ６０）出発点１０４が自動的に選択される。ＴＧＴ１は交点１０２を越えた次の 中間地点であり（７０）、航空機からその地点まての距離は１０ＮＭより長い（ ７２）。相互視程はＴＧＴ１では２つのレグ１００及び１０６に影響を及ぼさな い（７４）ので、ＴＧＴ１を目的中間点として選択する（７６）。再計画を実行 し（８０）、航空機を新たなレグ１０８へと操縦する（８２）。操作員がＴＧＴ １に至るルートを許容しうると決定したならば（８４）、操作員は「受認」でき 、処理は完了する（８６）。そのルートを拒否した場合には（８４）、ＴＧＴ２ を目的中間点として選択し、ＴＧＴ２に至る別のレグ１１０に沿って再計画を実 行する。典型的には、操作員はこの再計画を受認し（８４）、処理は再び完了す るであろう。 図４Ｂにおいては、脅威Ｔ５が突然現れており、航空機のルートに沿ったレグ １２０と交わる。この場合、航空機１７から交点１２２までの距離は５ＮＭより 長い（４８）。そこで、操作員は、脅威の相互視程と交わらないより低いセット クリアランス（高度）を任意に選択できる（５０）。選定ルートは許容したまま であっても良く（５２）、処理は完了するであろう（５６）。ところが、操作員 が新たなルートを望む場合には、処理は継続する（５４）。相互視程は現在レグ １２０と交わるので（６２）、航空機１７より数秒前方で出発点１２４を選択す る（６０）。ＴＧＴ１は交点を越えた次の中間点であり（７０）、そこまでの距 離は１０ＮＭより長い（７２）。しかしながら、脅威の相互視程は２つのレグ１ ２２及び１２６に影響を及ぼすので（７４）、後続する中間点であるＴＧＴ２を 目的中間点として選択する（７８）。新たなレグ１２８を生成するのに再計画は 唯一回しか実行されない（８０）ため、操作員に要求されるインタラクションの 量は最小になる。 特許法に従うと共に、新規な原理を適用し且つそのような特殊化された構成要 素を必要に応じて構成し、使用するために必要とされる情報を当業者に提供する ために、本発明をかなり詳細に説明した。しかしながら、本発明が以上説明し且 つ図示した特定の実施形態には限定されず、特定の点で異なる機器や装置により 本発明を実施できること、及び機器の詳細と動作手順の双方に関して、様々な変 形を本発明それ自体の範囲から逸脱せずに実現できることを理解すべきてある。 好ましい実施形態における本発明の原理を図示し且つ説明したので、本発明を 配置及び詳細についてそのような原理から逸脱せずに変形できることは当業者に は明白なはずである。たとえば、本発明の特徴はハードウェアで実現されても良 く、あるいは、ソフトウェアで実現されても良い。場合によっては、任意により 高いセットクリアランスレベル並びにより低いセットクリアランスレベルを設定 しても良い。 従って、図示した実施形態は本発明の好ましい例としてのみ考慮されるべきで あり、請求の範囲の範囲を限定するものとみなされてはならない。そこで、本発 明として、次の請求の範囲の趣旨に包含される図示実施形態に対するあらゆる変 形及び等価物を特許請求した。 補正請求の範囲 １．航空機が事前に知りえない脅威を検出し、航空機が相互視程のゾーンと交 わる以前に未知の脅威の相互視程のゾーンを確定して、空輸航空機に未知の脅威 に応答させるコンピュータ化方法において、 航空機の選定ルートが、脅威と相互視程のゾーンとが交わるか否かを判定する 過程と、 交わらない場合、選定ルートを維持する過程と、 航空機の選定ルートと相互視程のゾーンとの交点が航空機から所定の距離の中 に入っている場合、自動的にルート変更を実行する過程と、 航空機の選定ルートと相互視程のゾーンとの交点が航空機の所定の距離を越え た位置にある場合、航空機の操作員にその脅威を通知し、且つ航空機の選定ルー トが別の飛行高度で検出されないままであるか否かを判定する過程と、 異なる飛行高度が発見された場合、操作員に航空機の選定ルートを維持させる か又は異なるルートを選択させる過程過程とから成る方法。 ２．ルート変更を実行する過程は、 ルート変更の出発点を計算する過程と、 選択ルートの中の出発点より先の次の中間点を確定する過程と、 次の中間点が航空機から所定の距離の中に入っている場合、次の中間点に続く 中間点をルート変更の終点として選択する過程とから成る請求項１記載の方法。 ３．ルート変更を実行する過程は、 次の中間点が航空機から所定の距離を越える位置にある場合、脅威の相互視程 が次の中間点とそれに続く中間点との間で計画されるルートと交わらない限り、 次の中間点をルート変更の終点として選択する過程をさらに含む請求項１記載の 方法。 ４．異なる飛行高度が発見されない場合、自動的にルート変更を実行する過程 を含む請求項１記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．空輸航空機に未知の脅威に応答させるコンピュータ化方法において、 事前に知りえない脅威が航空機を検出する以前にその脅威を検出する過程と； 航空機の選定ルートが脅威と相互視程を交えるか否かを判定する過程と、 交わらない場合、選定ルートを維持する過程と； 交点が航空機から所定の距離の中に入っている場合、自動的にルート変更を 実行する過程と； 交点が航空機から所定の距離を越える位置にある場合、航空機の操作員にそ の脅威を通知し且つ許容しうる別のセットクリアランスレベルで選定ルートを維 持できるか否かを判定するために他のセットクリアランスレベルに対して脅威を 検査する過程と； 許容しうる別のセットクリアランスレベルが発見された場合、操作員に選定 ルートを維持させるか又はルート変更を選択させる過程とから成る方法。 ２．ルート変更を実行する過程は、 ルート変更の出発点を計算する過程と； 選択ルートの中の出発点より先の次の中間点を確定する過程と； 次の中間点が航空機から所定の距離の中に入っている場合、次の中間点に続く 中間点をルート変更の終点として選択する過程とから成る請求項１記載の方法。 ３．ルート変更を実行する過程は、 次の中間点が航空機から所定の距離を越える位置にある場合、脅威の相互視程 が次の中間点とそれに続く中間点との間で計画されるルートとも交わらない限り 、次の中間点をルート変更の終点として選択する過程をさらに含む請求項２記載 の方法。 ４．許容しうるセットクリアランスレベルが発見されなければ、自動的にルー ト変更を実行する過程を含む請求項１記載の方法。 ５．空輸航空機に未知の脅威に応答させるシステムにおいて、 事前に知りえない脅威が航空機を検出する以前にその脅威を検出する手段と； 航空機の選定ルートが脅威と相互視程を交えるか否かを判定し、 交わらない場合、選定ルートを維持し； 交点が航空機から所定の距離の中に入っている場合、自動的にルート変更を 実行し； 交点が航空機から所定の距離を越える位置にある場合、航空機の操作員にそ の脅威を通知し且つ許容しうる別のセットクリアランスレベルで選定ルートを維 持できるか否かを判定するために他のセットクリアランスレベルに対して脅威を 検査し；且つ 許容しうるセットクリアランスレベルが発見された場合、操作員に選定ルー トを維持させるか又はルート変更を選択させるように応答する手段とを具備する システム。 ６．空輸航空機に未知の脅威に応答させるコンピュータ化方法において、 事前に知りえない脅威を検出する過程と； 航空機の選定ルートが脅威と相互視程を交えるか否かを判定する過程と； 選定ルートが脅威と相互視程を交え、且つ交点が航空機から所定の距離の中 に入っている場合、自動的にルート変更を実行する過程と； 選定ルートが脅威と相互視程を交え、且つ交点が航空機から所定の距離を越 える位置にある場合、航空機の操作員にその脅威を通知し且つ脅威があるにもか かわらず選定ルートを維持しうるか否かを判定する過程と； 選定ルートを維持しうる場合、操作員にルートを維持させるか又はルート変 更を選択させる過程とから成る方法。