KR20030077001A - 눈 또는 안개 탐지 및 에이프런 자동체킹 기능을 구비한항공기 도킹 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

이격된 거리에서 대상물의 프로화일을 얻기 위하여, 레이저 펄스를 이용하여 항공기를 감지, 식별 및 도킹하는 시스템은 먼저 대상물을 위치시키고 식별할 때 까지 게이트의 전방 구역을 스캐닝한다. 일단 대상물을 식별하면 시스템은 대상물을 추적한다. 또한, 시스템은 지상 서비스 차량과 같은 장애물을 감지하기 위하여 대상물 근처의 에이프런 구역을 모니터링한다. 또한, 시스템은 레이저 펄스가 고체 대상물에 기인한 것인지 아니면 안개 또는 다른 응고체 또는 침전물에 기인한 것인지를 판단하기 위하여 레이저 펄스를 분석함으로써, 응고체 또는 침전물을 고체 대상물로 오인식하는 것을 피한다.

Description

눈 또는 안개 탐지 및 에이프런 자동체킹 기능을 구비한 항공기 도킹 시스템 및 방법{Aircraft docking system and method with automatic checking of apron and detection of fog or snow}
최근에, 이륙수단, 착륙수단 및 공항내 다른 운송수단을 포함하여, 승객, 화물 그리고 기타 항공 교통수단이 급속하게 증가하여 왔다. 또한, 짐을 하역하거나 기내식을 제공하거나 항공기의 보수유지 및 기타 지원을 위하여 공항에서 운행되는 운송수단이 두드러지게 증가하였다. 이러한 운송수단의 증가로 인하여 공항내의 항공기 도킹 및 식별에 대한 안정성이 요구되었고, 보다 철저한 제어가 중요시되었다.
이러한 목적으로, 본 발명의 발명자와 동일한 발명자에 의해 발명되고, 2000년 2월 8일 특허공고되었으며, 본 발명의 참조발명으로 개시된 미국특허번호 제6,023,665호는, 레이저 펄스를 이용하여 먼거리에 있는 대상물의 프로화일(profile)을 얻는 항공기 탐지, 식별 및 도킹 시스템을 개시하고 있다. 이 시스템은 처음에 대상물을 식별하고 대상물을 위치시킬 때까지 게이트의 전방 구역을 스캐닝한다. 일단 대상물이 항공기로 식별되면, 이 시스템은 그 항공기를 추적한다. 상기 시스템은 상기 프로화일로부터 얻은 정보를 이용하여, 항공기의 종류, 항공기의 측면위치 및 정지 위치로부터 항공기까지의 거리를 실시간으로 디스플레이한다. 상기 시스템의 작동모드는 대상물을 탐지하고 상기 대상물이 항공기인지 아닌지를 결정하는 캡쳐모드(capture mode) 및 항공기의 종류가 확인되며, 게이트로 향하는 항공기의 움직임을 모니터링하는 트래킹 모드(tracking mode)를 포함한다.
도 1a에 도시되어 있듯이, 참조번호 10으로 나타나 있는 상기 미국특허의 도킹 가이드 시스템은, 대상물의 위치를 전산처리하고, 대상물을 식별하고 추적한다. 상기 대상물은 바람직하게는 항공기(12)이다. 일단 통제탑(14)이 항공기(12)를 착륙시키면, 통제탑은 항공기가 게이트(16)로 접근한다는 정보와 예측되는 항공기의 종류(예를 들면, 747, L-1011 등)를 상기 시스템에 통보한다. 그리고, 상기 시스템(10)은 항공기(12)로 식별되는 대상물을 위치시킬 때까지 게이트(16)의 전방 구역(19)을 스캐닝한다. 이후, 상기 시스템(10)은 측정된 상기 항공기(12)의 프로화일과 상기 예측된 항공기 종류에 대한 기준 프로화일을 비교하고, 상기 예측된 항공기 종류의 다른 기하학적인 특징들을 비교 평가한다. 만약 정지 위치로부터 특정된 최소한의 거리(예를 들면, 12m)에서도 상기 식별된 항공기가 상기 예측된 항공기의 프로화일 및 다른 특징들과 일치하지 않는다면, 상기 시스템은 통제탑(14)으로 신호 또는 정보를 송신하고 정지신호를 디스플레이하며 작동을 멈춘다.
만약 대상물이 예측된 항공기(12)로 파악된다면, 시스템(10)은 정확한 정지위치 및 항공기(12)의 측방 위치까지의 남은 거리를 조종사에게 실시간 디스플레이하여 항공기를 게이트(16)로 유도한다. 항공기(12)의 측방위치는 조종사가 항공기의 위치를 수정하고 정확한 각도로 게이트(16)에 접근할 수 있도록 디스플레이(18)상에 제공된다. 정지 위치에 항공기가 위치하게 되면, 이 사실이 디스플레이(18)에 나타나고 조종사는 항공기를 멈추게 된다.
도 1b에 도시되어 있듯이, 시스템(10)은 레이저 거리 탐지기(Laser Range Finder, LRF)(20), 두개의 거울(21,22), 디스플레이 유닛(18), 두 개의 스텝모타(24,25) 및 마이크로프로세서(26)을 포함한다. 적당한 LRF 제품은 레이저 아틀란타 주식회사(Laser Atlanta Corporation)에서 판매하고 있으며, 레이저 펄스를 송신하고 이격된 대상물로부터 반사되어 돌아오는 펄스를 수신하여 장애물까지의 거리를 계산한다.
시스템(10)은 상기 LRF(20)의 시리얼 포트와 상기 마이크로프로세서(26) 사이를 연결하는 커넥션(28)을 구비한다. 상기 커넥션을 통하여, 상기 LRF(20)는 측정된 데이타를 약 400분의 1초 마다 상기 마이크로프로세서(26)로 송신한다. 참조부호 23으로 명시된 하드웨어 구성요소들은 일반적으로 프로그램된 마이크로프로세서(26)에 의해 제어된다. 또한, 마이크로프로세서(26)는 상기 디스플레이(18)에 데이타를 송신한다. 상기 디스플레이 유닛(18)은, 조종사가 확인할 수 있도록, 상기게이트(16)의 상단에 위치되며, 항공기가 정지 위치(29)로부터 얼마나 떨어져 있는지, 시스템이 인식하고 있는 어떤 종류의 항공기(30)가 접근하고 있는지 및 항공기의 측면 위치를 조종사에게 나타낸다. 상기 디스플레이를 이용하여, 조종사는 항공기(12)가 게이트(16)에 정확히 접근할 수 있도록 조정하며, 항공기를 정확한 각도로 게이트에 위치시킨다. 만약 상기 디스플레이(18)가 항공기의 종류(30)를 잘못 나타낸다면, 조종사는 불상사가 발생되기 전에 항공기의 접근을 중지시킨다. 이러한 이중 체크는 승객, 비행기 및 공항의 설비를 보다 안전하게 운영되도록 보장한다. 왜냐하면, 만약 737 항공기에 맞는 게이트에 747 항공기가 도킹된다면 엄청난 재난을 불러올 것이기 때문이다.
디스플레이(18)에 더하여, 마이크로프로세서(26)는 LRF(20)로부터 데이타를 조절하며, 커넥션(32) 및 스탭모타(24,25)를 통해 레이저(20)의 방향을 컨트롤한다. 스텝모타(24,25)는 상기 거울(21,22)과 연결되어 있으며 상기 마이크로프로세서(26)의 지시에 따라 거울을 움직인다. 그래서, 상기 스텝모타(24,25)를 조절함으로써, 상기 마이크로프로세서(26)는 거울(21,22)의 각도를 변경시키고, LRF(20)로부터 레이저 펄스를 목표지점에 주사한다.
상기 거울(21,22)은 레이저 펄스를 굴절시킴으로써 상기 레이저가 공항의 타멕(tarmac)에 투시되도록 한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 LRF(20)는 움직이지 않는다. 상기 레이저에 의한 스캐닝은 거울들과 함께 이루어진다. 거울 중 하나(22)가 레이저의 수평 각도를 조절하며, 다른 하나(21)는 수직 각도를 조절한다. 상기 스텝모타(24,25)를 조정함으로써, 마이크로프로세서(26)는 상기 거울의각도를 조절하며, 이로 인해 레이저의 방향이 컨트롤된다.
시스템(10)은 수평거울(22)을 조정하여, Escap EDM-453 스텝모타로 스텝 당 16 마이크로스텝에 해당하는 대략 0.1도 각도의 스텝으로 ±10도의 범위 내에서 계속적으로 수평 스캐닝한다. 하나의 각도 스텝은 리딩 유닛(reading unit)으로부터의 , 예를들면 약 2.5ms 마다, 각각의 응답으로 간주된다. 상기 수직 거울(21)은, 매 2.5ms 마다 하나의 스텝으로, 약 0.1도의 각도 스텝으로 +20에서 -30도까지의 범위를 수직 스캐닝할 수 있도록 조정된다. 상기 수직거울은 기수의 높이(nose height)가 결정될 때, 그리고 항공기(12)가 식별될 때 수직으로 탐지하는데 사용된다. 트래킹 모드(tracking mode)동안에, 상기 수직거울(21)은 계속적으로 항공기(12) 기수의 끝단(nose tip)을 추적하는 스캐닝을 유지하도록 조정된다.
상기한 미국특허에서 언급된 시스템에서는 항공기를 탐지할 수는 있지만, 지상에서 움직이는 지원운송수단을 탐지하거나 도킹되는 구역의 에이프런 내에 있는 다른 대상물을 탐지하지 못한다. 조종사의 한정된 시야로 인하여, 항공기는 상기 지원운송수단들 또는 다른 대상물들과 충돌 할 수도 있다. 또한, 상기 시스템은 안개 또는 내리는 눈, 특히 안개로 인하여 잘못된 경고 메세지를 송출할 수 있다.
상기 시스템에서는 안개가 종종 10m-25m 거리에서 탐지된다. 이러한 거리는 정지 위치와 가까운 거리이기 때문에, 만약 캡쳐과정(capture procedure)에서 안개가 발생되면 시스템은 게이트를 봉쇄하거나 ID 실패 상태(ID-fail condition)로 간주할 것이다. 그러므로, 캡쳐과정(capture procedure)은 포착된 대상물이 안개와 유사하다는 것을 인식하고, 항공기가 접근하면 도킹과정에 아무런 장애가 없다는것을 인식할 수 있는 수단이 필요하다.
안개가 낀 상태에서 얻어진 로그파일(log files)은 안개가 시스템 전방에 있는 고체 대상물로 기록된다는 것을 보여준다. 안개로의 스윕은 종종 거의 100%의 에코(echoes)를 불러오고, 이 에코는 서로 단지 수 데시메타 거리 떨어진 거리에서 다양하게 발생한다. 내리는 눈은 종종 더 많이 퍼져서, 5-10m의 분포에서 60-80%의 에코를 발생시킨다. 그래서, 눈은 일반적으로 안개 보다는 고체 장애물과 구별하기기 용이하다. 도 2a 및 2b는 안개 이미지 샘플을 보여주고, 도 2c 및 2d는 눈에 반사된 이미지 샘플을 나타낸다.
본 발명은 항공기 도킹 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도킹 전이나 도킹 중 장애물을 탐지할 뿐만 아니라 도킹시스템의 전방에 있는 눈과 안개를 탐지하기 위한 에이프런 자동 체킹 기능을 구비함으로써, 안전성을 더욱 향상시킨 항공기 도킹 시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 시스템을 수행하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 아래의 도면을 참조하여 자세히 설명될 것이다:
도 1a 및 1b는 본 발명에 맞게 변형될 수 있는, 상기 인용된 선행 특허의 항공기 도킹 시스템을 나타내며;
더 2a 및 2b는 도 1a 및 1b의 항공기 도킹 시스템에서 포착한 안개의 이미지를 나타내며;
도 2c 및 2d는 도 1a 및 1b의 항공기 도킹 시스템에서 포착한 눈의 이미지를 나타내며;
도 3은 에이프런 체킹 동안 체킹되는 구역을 보여주는 도면이며;
도 4는 에이프런 체킹 동안 그라운드 서프레션(ground suppression)에서 사용되어진 지형구조(geometry)를 나타내는 도면이며;
도 5는 에이프런 체킹 동안 수직 스캐닝 각도를 계산하는데 사용되어진 지형구조를 나타내는 도면이며;
도 6a 및 6b는 캡쳐모드 및 트래킹 모드 각각 동안 수행된 에이프런 스캐닝의 흐름도를 나타내는 도면이며;
도 7a-7i는 안개 탐지 과정에서 각 단계를 도시한 도면이며;
도 8은 안개 탐지 과정의 흐름도를 나타내며;
도 9-11은 안개 탐지를 위하여 본 발명에서 사용되어지는 3가지 선택적인 알고리즘에 대한 흐름도이다.
발명의 개시
상기 종래기술의 문제점을 극복할 수 있는 항공기 탐지 시스템이 필요하다는 사실은 상술한 바로부터 자명하다. 그러므로, 본 발명의 목적은 에이프런 상에서 대상물을 탐지하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 충돌의 위험성 없이 게이트로 안전하게 접근할 수 있도록 조종사의 판단을 도와주는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 안개 및 눈을 정확하게 탐지하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 도킹 전 및 도킹 중 에이프런 상에 대상물이 자동적으로 탐지되는 항공기 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다. 항공기는 빠른 속도로 게이트로 접근하기 때문에, 최소한의 시간내에 장애물을 탐지하여 도킹작용에 영향을 최소화하는 것이 필수적이다. 좁은 몸체를 갖는 항공기의날개가 지나가는 구역 또는 넓은 몸체를 갖는 항공기의 엔진(engine)이 지나가는 구역을 스캐닝하는 것은 특히 중요하다. 대부분의 서비스 운송수단들이 반대측에서 움직이기 때문에, 반대측을 스캐닝 할때, 중심선의 브리지 측(bridge side)에서 에이프런을 탐지하는 것은 중요하지 않다. 그러므로, 광학축이(optical axis)이 중심라인의 좌측을 향해, 예를 들어 5°, 최대한으로 시스템의 수평 스캐닝을 할 수 있도록 스캐닝 유닛이 설치되어질 수 있다.
본 발명은 포착상태를 유발하는 레이저 스윕을 분석함으로써 안개 및 내리는 눈을 탐지할 수 있는 항공기 탐지 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. 만약 포착된 물체까지 측정된 거리가 물체의 폭을 따라 매우 다양하게 발견된다면(여러 방향에서), 그 대상물은 안개/눈으로 간주된다. 안개상태는 시스템에서 트래킹 단계에서 유효한 목표물로 간주되지 않으므로, 시스템은 캡쳐모드(capture mode)로 남게된다. 만약 안개가 넓게 퍼져 있다면, 시스템은 조종사에게 경고 메세지를 디스플레이한다. 이것은 이러한 상태하에서, 조종사가 주의를 기울이며 스탠드 지역(stand area)로 접근하도록 하기 위한 것이다. 시스템은 안개 사이로 항공기가 보여지자마자 항공기를 추적할 수 있다.
안개상태가 탐지될 때, 디스플레이는 표준 디스플레이 상태에서 항공기의 종류를 나타내는 디스플레이로 전환하면서 "DOWNGRADED" 또는 "LOW VISB"라는 메세지를 표시하여, 시스템이 좋지 않은 시야로 인하여 다운그레이드 상태로 작동되고 있음을 보여준다. 동일한 메세지가 오퍼레이터 판넬에 디스플레이된다.
본 발명의 어떤 실시예, 또는 실시예의 조합은 적절한 변경을 통하여 상기특허 시스템에서 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 여러 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 여기서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소 또는 작동 단계를 나타낸다. 먼저, 에이프런 체킹에 대한 바람직한 실시예를 설명한 후, 안개 감지에 대한 바람직한 실시예를 설명한다. 이 두개의 실시예는 별도로 설명되겠지만, 이들을 조합할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
먼저, 에이프런 체킹에 대한 실시예를 설명한다. 일반적으로 지상 보조 차량들이 좌측에서 항공기로 접근하기 때문에, 에이프런 체킹에 대한 바람직한 실시예는 이를 바탕으로 설명될 것이다. 물론, 지상 보조 차량들이 우측에서 접근하는 것이 고려된다면 이러한 에이프런 체킹은 그에 따라 바뀔 수 있다.
도 3은 체킹되는 구역을 보여준다. 도킹 시스템은 ± 10°의 수평 스캐닝 각도 범위를 갖는다. 중심선 우측으로의 5°스캐닝은 단지 파일럿에게 필요없는 구역만을 커버하기 때문에, 에이프런 체킹은 중심선의 좌측으로만 된다. 에이프런 스캐닝의 각도 10°는 B737과 같은 크기의 항공기에 대하여 약 60m까지 우측 날개단의 전방 구역을 커버한다. 또한, 넓은 몸체를 갖는 항공기의 내부 엔진이 지나가는 구역을 약 48m 이내로 커버한다. 이는 B737에 대하여는 약 45m의 기수위치에 해당하며, B747에 대하여는 약 25m의 기수 위치에 해당한다.
감지될 가장 작은 물체의 치수는, 1m의 폭과 1.5m의 높이이다. 에이프런 체킹은 지상 요원이 파킹 위치에 존재할 수 있도록 정지 위치(기수) + 5m보다 더 가까운 에코는 무시한다.
도 4는 그라운드 서프레션에 사용되는 스캐닝의 도면이다. 예를 들면, 눈더미로 인한 지면 에코와 같은 문제를 감소시키기 위하여, 지면위로 소정 레벨g 이하의 모든 에코들은 무시된다. 따라서, 측정된 거리ℓ이 ℓg 보다 크면 에코가 무시된다.
ℓg = (레이저 높이 - g) / sinγ
여기서, γ = δ + β
δ = arcsin(레이저 높이 / ℓmax)
β = "기준 빔"에 대한 수직 각
ℓmax= 중심선을 정의하는 동안 얻어진 "기준 빔"의 길이
레이저 높이 = 중심선을 정의하는 동안 자동 계산된 값
지면 레벨 변화로 인하여 여러 레이저 높이 값이 있는 경우에는, 아래에 주어진 실제 "커버된 범위"에 해당하는 값이 사용된다.
에이프런 체킹을 위한 스캐닝의 수직 각도는 도 5를 참조하여 설명한다. 높이가 h인 대상물을 감지하기 위하여, g 와 h 사이의 높이로 대상물을 스캐닝하여야 한다.
몇몇 스캐닝은 체킹될 구역을 커버하는데 이용된다. 스캐닝간 요구되는 각도스텝 dγ는 아래의 식에 의하여 주어진다.
dγ = 1/2 χ [(h-g) / (레이저 높이 - g)] χ sin2γ
예를 들면, 30m에서 100m까지의 구역이 커버된다고 가정해보자. 이를 위하여 다음과 같은 두가지 예의 커버 범위와 스캐닝 각도 γ가 주어진다. 두가지 예에서, 레이저 높이 = 5m이다. 첫번째 예에서, h = 1.5m, g = 0.5m이다.
커버된 범위 m과 γ의 값은 Table 1에 주어진다.
γ 커버된 범위m
7.6 34
6.8 38
6.0 43
5.3 48
4.7 54
4.2 61
3.8 68
3.3 77
3.0 87
2.6 98
두번째 예에서, h = 2m, g = 1m이다. 커버된 범위 m과 γ의 값은 Table 2에 주어진다.
γ 커버된 범위m
7.6 30 - 37
5.7 37 - 47
4.3 47 - 61
3.2 61 - 78
2.4 78 - 102
이하, 수평 스캐닝에서의 각도 단계를 설명한다.
폭이 1m인 대상물이 100m에서 감지된 것으로 가정하자. 이 대상물에 3 번의 주사가 필요한 것으로 가정하자. 이것은 각도 분해가 arctan(0.3/100) ≒ 0.170보다 작아야 한다는 것을 의미하며, 측정당 1 마이크로 스텝이 요구, 즉 일반 스캐닝에 대한 것과 같다는 것을 의미한다.
에이프런 체킹은 캡쳐 모드, 트래킹 모드 또는 양 모드동안 수행될 수 있다. 먼저, 캡쳐 모드동안의 에이프런 체킹을 도 6a를 참조하여 설명한다. 그리고, 트래킹 모드동안의 에이프런 체킹을 도 6b를 참조하여 설명한다.
캡쳐 모드동안, 단계 602에서, 일반 캡쳐 스캐닝(±5°)이 -15°에서 -5°까지의 에이프런 체킹 스캐닝과 번갈아 진행된다. 에이프런 체킹 스캐닝의 수직 각도 γ는 -15°에서 -5°까지의 섹터를 커버하기 위하여 Table 1 또는 2에 따라 각 스캐닝간에 변화된다.
단계 604에서 대상물이 감지되면, 단계 606에서 가능한 항공기로서 다루어지며, 단계 608에서 대상물이 이동하는 지(특정 값 이상으로 계산된 속도)를 체킹하기 위하여 트래킹 모드가 시작된다. 이동하면, 단계 610에서 트래킹이 계속 수행된다. 이동하지 않으면, 단계 612에서 장애물로 판단한다. 시스템은 캡쳐 모드로 돌아와서, 장애물의 대표 좌표값을 저장한 후, 에이프런내에 장애물이 있다는 것을 가리키는 "장애물 플래그"를 세팅한다. 단계 614에서 에이프런의 다음 체킹 동안 장애물이 감지되면, 단계 616에서 그 대상물이 감지된 것으로 판단된다. 이와 다르면, 좌표값은 단계 618에서 삭제된다. 저장된 장애물 좌표값이 없으면, 플래그는 리셋된다. 단계 620에서 에이프런 체킹이 완료된다.
캡쳐 모드동안, 세번 캡쳐 스윕마다 한번 에이프런 체킹 스윕이 수행된다. 중심선의 부분(-15 에서 -5도 까지)을 스캐닝하면서, 시스템으로부터 30m보다 가깝지 않으며, 캡쳐 지점으로부터 정지 위치까지 에이프런 구역 전체에 대한 에이프런체킹 스윕이 반복된다.
대상물이 감지되면, 게이트 차단 상태로 도킹 과정이 정지된다. 대상물이 사라지면, 도킹 과정이 진행된다. 장애물로서 판단되기 위해서는, 그 대상물은 움직이지 않는 물체가 에이프런 구역내에 있다는 것을 가리키는, 적어도 2번 이상의 체킹동안 그 위치에 있어야 한다.
캡쳐동안 에이프런 체킹은, 지정된 에이프런 체킹 구역을 커버하도록 선택된 고정 체크포인트를 사용한다. 대상물이 에이프런 체킹 구역내에서 감지된 때, 시스템은 캡쳐 과정을 중지하고 경고 메시지를 표시한다. 이 때, 시스템은 에이프런 체킹의 속도를 증가시키면서 에이프런 체크 포인트 전체만을 반복하여 체킹한다. 이는 모든 에이프런 체크 포인트가 그 구역이 착륙허가로 보고될 때까지 계속되며, 이 때 시스템이 캡쳐 모드로 전환된다.
에이프런 구역이 장애물이 없는 것으로 판단되려면, 에이프런 체킹 구역에서 움직이는 대상물을 계속 추적하기 위하여, 모드 에이프론 체크 포인트에 대하여 적어도 1.5 사이클(cycle)이 대상물이 없음을 보고하여야 한다.
트래킹 모드동안, 단계 632에서 항공기 ID가 확인된 후 가능한 한 빨리 에이프런 체킹 스캐닝이 단계 634에서 수행되고 약 2초 마다 반복된다(예를 들면 매 8번 스캐닝 한 후). 에이프런 체킹 스캐닝의 수직 각도는, 스캐닝이 항공기 기수와 내부의 후방측 5m부터 구역을 커버하도록 선택된다. 움직이지 않는 대상물이 단계 636에서 감지되면, 단계 638에서 "장애물 플래그"가 세팅되며, 트래킹 모드가 계속진행된다. 단계 640에서 대상물이 없어진 것으로 판단되면, 단계 642에서 이 플래그는 리셋된다. 이 플래그가 트래킹 모드동안 세팅되는 한, 단계 644에서 "WAIT-APRN BLKD"의 메시지가 표시된다. 이러한 단계는 단계 646에서 완료된다.
트래킹 모드동안, 8번 기수 스윕(4 Hor + 4 Ver)마다 한번의 에이프런 체킹 스윕이 된다. 많은 시간동안 항공기를 추적하지 않기 때문에 이 에이프런 체킹 스윕은 엔진-아이디(engine-id) 스윕과 일치하지 않도록 동조된다(synchronize). 또한, 엔진-아이디 스윕은 8번 기수 스윕의 주기성을 갖는다. 식별되지 못한 항공기에 대하여 id가 정지 위치로부터 12m에서 실패할 때까지, 스윕 시퀀스는 Ver Hor Ver Hor MotorId Ver Hor ApronCheck가 반복된다.
이 에이프런 체킹 스윕은 항공기 기수에 따른 고정 위치에서 주로 된다. 대상물이 발견되면, 도킹 과정이 에이프런 차단 상태로 정지된다. 대상물이 사라지면, 도킹 과정이 재개된다.
대상물이 항공기의 전방에서 발견되면, 항공기가 전방으로 계속 이동할 때 에이프런 체킹 스윕이 대상물을 빗나가지 않도록, 시스템은 항공기의 위치에 상관없이 에이프런 체킹 스윕이 그 대상물을 추적하도록 한다. 이러한 시스템은 항공기의 기수를 계속 추적하여야 하나, 어떠한 리드-인(lead-in) 정보도 제공하지 않는다. 에이프런 차단 상태인 동안 항공기가 정지 위치에서 발견되면, 시스템은 에이프런 차단 상태를 무시하고 STOP 메시지를 표시한다.
항공기가 정지 위치까지 4m보다 더 가깝거나 시스템까지 30m보다 더 가깝다면, 정지 위치 정확성을 방해하지 않도록 에이프런 체킹은 계속되지 않는다.
이하, 안개 감지에 대한 실시예를 설명한다. 먼저, 도 7a 내지 도 7i 및 도8의 흐름도를 참조하여 개략적으로 설명한다.
단계 802에서, 항공기 도킹 시스템은 일반적 과정에 따라 시작된다. 도 7a에 일반적인 디스플레이가 도시된다. 도 7b에 평면도로 도시된 스탠드 구역은 안개로 덮여있다.
도 7c에 안개의 에코 영상이 도시되어 있다. 단계 804에서, 시스템은 캡쳐를 발생시킬 만큼 큰 대상물로 안개를 판단한다.
단계 806에서, 도 7c의 데이터를 분석하여 캡쳐된 대상물이 대부분 안개 또는 눈인 것으로 판단한다. 시스템은 캡쳐 모드를 유지하나, "low-visibility" 디스플레이를 활성화한다. 이 "low-visibility" 디스플레이에서, 도 7d의 디스플레이가 도 7e의 디스플레이로 번갈아 바뀐다.
단계 808에서, 항공기는 스탠드 구역으로 접근한다. 도 7f에 그 접근의 평면도가 도시되어 있다.
단계 810에서, 항공기가 스탠드 구역으로 접근할 때 시스템은 안개를 통하여 항공기를 파악한다. 도 7g에 이러한 에코 영상이 나타나 있다.
단계 812에서, 시스템이 항공기를 포착할 때 도 7h의 거리 및 방위각 디스플레이가 활성화된다.
단계 814에서, 일반적인 작동에 따른 도킹이 진행되며 도 7i의 디스플레이가 나타난다. 단계 816에서 과정이 완료된다.
이하, 안개 탐지에 대한 세가지 알고리즘을 설명한다. 각각의 알고리즘은 안개로 인한 에코 영상과 고체 대상물로 인한 에코 영상을 구별한다. 알고리즘은 안개로 인한 에코의 공간적 분포가 어느정도 랜덤하다는 사실에 기초한다. 어느 알고리즘도 안개로 인한 에코에 의하여 "게이트 차단" 또는 "ID 실패" 메시지를 피하기 위하여 캡쳐 모드동안 사용될 수 있다. 모든 에코의 50% 또는 60%와 같은, 알고리즘에 사용되는 특정 수학 비율은 실험적으로 결정된다.
도 9의 흐름도를 참조하여 제1 알고리즘을 설명하기로 한다. 제1 알고리즘은 에코 패턴을 미리 조정하는 사전 조정 단계 902와, 패턴이 안개에 기인한 것인지 고체 대상물에 기인한 것이지를 판단하기 위하여, 미리 조정된 에코 패턴을 기준과 비교하는 기준 단계 904를 포함한다.
사전 조정 단계 902는 에코의 공간적 분포에 대한 두가지 평가를 포함한다. 레이저 측정기로부터 거리 ℓi(i = 1 에서 n까지)를 갖는 n개의 에코가 있다. 단계 906에서 두개의 인접한 에코간의 거리│(ℓi- ℓi+1)│가 0.5m보다 작다고 판단되면, 양 에코들은 단계 908에서 제거된다. 단계 910에서 연속적인 세개의 인접한 에코들에 대한 거리 변화가 같은 신호를 갖는 것으로 판단되면, 단계 908에서 세개의 에코들이 제거된다.
기준 단계 904는 사전 조정된 데이터에 두개의 기준을 적용한다. 단계 912에서 사전 조정후(즉, 단계 908에서 40%보다 더 많은 에코가 제거된다) 모든 에코들의 60%보다 적은 에코가 남아 있는 것으로 판단되면, 단계 914에서 안개가 없는 것으로 판단한다. 그렇지 않으면, 단계 916에서 평균 거리 ℓmean= 20 ± 2m 이고ν= 4 ± 1m인지를 판단한다. 여기서
이와 같다면, 단계 918에서 안개가 있는 것으로 판단한다. 그렇지 않으면, 단계 914에서 안개가 없는 것으로 판단한다. 이 알고리즘은 단계 920에서 완료된다.
도 10을 참조하여 제2 알고리즘을 설명하기로 한다. 제2 알고리즘은 제1 알고리즘과 유사하며, 사전 조정 단계 1002와 기준 단계 1004를 구비한다.
사전 조정 단계 1002는 단계 1006으로 시작하며, 이 단계에서 ℓmean과 ν 가위에 주어진 수학식에 의하여 모든 에코 데이터에 대하여 계산된다. 각 에코 i에 대하여, 단계 1008에서 인접한 에코에 대한 거리가 판단된다. │ℓi- ℓi-1│ < 0.5m 또는 │ℓi- ℓi+1│ < 0.5m 라면, 에코i는 단계 1010에서 제거된다.
기준 단계 1004는 미리 조정된 데이터에 두개의 기준을 적용한다. 단계 1012에서 남아있는 에코들의 수가 n/2보다 작은 것으로 판단되면, 단계 1010에서 반 이상의 에코가 제거된다. 그리고, 단계 1014에서 안개가 없는 것으로 판단된다. 그렇지 않다면, 단계 1016에서 ℓmean-new와 νnew를 제공하기 위하여 남아 있는 에코에 대하여 ℓmean과 ν가 재계산 된다. │ℓmean-new- ℓmean│ < 2m 이고 │νnew- ν│ < 2m이면, 단계 1018에서 안개가 있는 것으로 판단한다. 그렇지 않으면, 단계 1014에서 안개가 없는 것으로 판단한다. 이러한 알고리즘은 단계 1020에서 완료된다.
도 11을 참조하여 제3 알고리즘을 설명하기로 한다. 제3 알고리즘은 두개의 가정을 토대로 한다. 첫째, 안개의 특성상 인접한 에코의 위치 사이에 상관관계가 없는 것으로 가정한다. 둘째, 대부분의 세개 또는 네개의 인접한 에코들이 대략적으로 직선으로 연결될 수 있도록 위치해 있으면 고체 대상물의 특성인 것으로 가정한다. 제3 알고리즘에서, 사전 조정 단계는 필요하지 않으며, 모든 에코 값들이 사용된다.
단계 1102에서, 각 에코 i에 대하여, 두개의 인접한 에코로 부터 추정되는 직선으로부터 아래의 식에 의하여 편차 ui가 계산된다.
ui= │ℓi- 2ℓi-1+ ℓi-2│
단계 1104에서, 변수 νi가 다음과 같이 계산된다.
ui≥ U 이면, νi= 1 이다. 여기서, U는 예를 들면 1과 같이 실험적으로 결정된다.
ui< U 이면,νi= 0이다.
단계 1106에서, S가 다음과 같이 계산된다.
.
단계 1108에서, S > V 인지 결정된다. 여기서, V는 V = 50과 같이 실험적으로 결정된 값이다. 이와 같다면, 단계 1110에서 안개가 있는 것으로 판단한다. 그렇지 않다면, 단계 1112에서 안개가 없는 것으로 판단한다. 이러한 알고리즘은 단계 1114에서 끝난다.
표준 캡쳐 조건을 유발하는 각 레이저 스윕은, 트래킹 알고리즘이 실행되기 전에, 가능한 안개 조건에 대하여 분석된다. 안개 분석중, 포착된 대상물까지 거리의 ±8m에 있으며, 레이저로부터 2m보다 가깝지 않으며 35m보다 멀지 않은 에코들만이 고려된다. 대상물로 부터의 유효한 에코에 대한 방향변화가 카운팅되며, 여기서 방향 변화는 이전 거리 단계의 것과 다른 방향(내부 또는 외부)을 가지고 2dm 또는 그 인접한 것과는 떨어진 에코로 정의된다. 첫번째 두개의 방향변화는 실제 항공기에서 찾아지는 것으로 예측될 때, 이들은 카운트되지 않는다. 단지 첫번째 두개 다음의 방향변환만이 카운팅된다. 방향 변화의 수에 대한 대상물로 부터의 유효한 에코의 비율이 8(변화당 에코)보다 낮으면, 에코 패턴은 안개 또는 눈에 의한 것으로 판단된다. 안개 또는 눈이 감지되면, 캡쳐 단계가 계속된다. 마지막 8번 캡쳐 스윕 중 4보다 더 많은 것이 안개 조건을 나타내면, "low visibility" 조건인 것으로 판단되며 디스플레이는 "low visibility" 메시지로 전환된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 여러 바람직한 실시예가 설명되었지만, 본 명세서를 검토하는 기술분야의 당업자들은 본 발명의 범위내에서 다른 실시예가 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 수치 값은 한정이 아니라 하나의 예시이다. 구체적으로, 실험적으로 결정된 값들은 다른 공항에서 다른 조건으로 변화될 수 있다. 또한, 상기의 개시된 기술들은 개시된 것과 다른 하드웨어에 적용될 수 있다. 또한, 안개를 감지하는 개시된 기술들은 응고체(condensation) 또는침전물(precipitation : 눈, 비, 진눈깨비 등)의 어떠한 형태에도 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의하여만 한정되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (31)

  1. 감지된 대상물을 식별하고 상기 대상물과 인접한 구역에 장애물이 있는지를 판단하는 방법에 있어서,
    a) 반사 펄스를 발생시키기 위하여 상기 대상물과 상기 구역으로 광 펄스를 주사(projecting)하는 단계;
    b) 제1 세트의 상기 반사 펄스를 감지기에서 수신하는 단계;
    c) 상기 반사 펄스를 기초로 상기 대상물을 식별하는 단계; 및
    d) 상기 반사 펄스를 기초로 상기 인접 구역에 상기 장애물이 있는지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계는, ⅰ) 상기 대상물로 제1 세트의 광 펄스를 주사하는 단계 및 ⅱ) 상기 인접 구역으로 제2 세트의 광 펄스를 주사하는 단계;를 포함하며,
    상기 c) 단계는, 상기 제1 세트 광 펄스의 반사 펄스를 이용하며,
    상기 d) 단계는, 상기 제2 세트 광 펄스의 반사 펄스를 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 a) 단계동안, 상기 제1 및 제2 세트의 광 펄스가 교대로 주사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 인접 구역으로부터 적어도 제1 및 제2 세트의 반사 펄스를 발생시키기 위하여, 상기 제2 세트의 광 펄스는 여러번 상기 인접 구역으로 주사되며,
    상기 제1 세트의 반사 펄스로 상기 장애물이 감지되면, 상기 제2 세트의 반사 펄스가 상기 장애물이 이동하는 지를 판단하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 장애물이 이동되지 않는 것으로 판단되면, 적어도 제3 세트의 반사 펄스를 발생시키기 위하여 상기 인접 구역으로 다시 상기 제2 세트의 광 펄스가 주사되며,
    상기 d) 단계는, 상기 장애물이 여전히 있는 지를 상기 제3 세트의 반사 펄스로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 세트의 광 펄스는, 여러개의 수직각도로 방향지어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 d) 단계동안,
    지면위의 소정 레벨 이하로 부터 반사된 상기 반사 펄스는 무시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 대상물이 식별된 후,
    e) 상기 대상물이 게이트측으로 이동할 때, 상기 대상물을 추적하는 단계; 및
    상기 대상물이 상기 게이트측으로 이동할 때, 상기 대상물을 감지하기 위하여 상기 단계 e)동안 단계 a), b) 및 d)가 계속하여 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 대상물은 항공기이며,
    상기 인접 구역은 상기 항공기의 에이프런인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    감지될 상기 장애물은, 항공기가 충돌하면 상기 항공기에 손상을 유발하는 장애물인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 감지될 상기 장애물은,
    항공기를 보조하는 지상 서비스 차량인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 응고체(condensation) 또는 침전물(precipitation)이 존재할 수 있는 구역에서 대상물을 감지하는 방법에 있어서,
    a) 반사 펄스를 발생시키기 위하여 상기 구역으로 광 펄스를 주사하는 단계;
    b) 감지기에서 제1 세트의 상기 반사 펄스를 수신하는 단계;
    c) 상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것인지를 판단하는 단계; 및
    d) 상기 c) 단계에서 상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것이 아닌 것으로 판단되면, 상기 반사 펄스를 기초로 상기 대상물을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계 c)에서 상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것으로 판단되면, 상기 대상물이 상기 응고체 또는 침전물을 통하여 감지될 때 까지 단계 a) 및 b)가 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 대상물은 항공기이며,
    상기 방법은, 항공기 도킹 디스플레이를 포함하는 항공기 도킹 시스템에서 실행되며,
    상기 단계 c) 에서, 상기 반사 펄스가 응고체 또는 침전물에 기인한 것으로 판단되면, 상기 항공기 도킹 디스플레이는, 상기 항공기의 파일럿에게 상기 항공기 도킹 시스템이 낮은 등급(downgrade) 상태로 수행된다는 것을 알려주도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 c) 단계는,
    ⅰ) 상기 반사 펄스의 공간적 분포를 나타내는 양(quantity)을 계산하는 단계; 및
    ⅱ) 상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것인 지를 판단하기 위하여, 상기 c) ⅰ) 단계에서 계산된 상기 양을 사용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 양은,
    상기 반사 펄스의 랜덤한 공간적 위치의 측정 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 c) ⅰ) 단계는,
    A) 상기 반사 펄스들 중 인접한 펄스들에 대한 거리 값의 차이를 계산하는 단계;
    B) 상기 c) ⅰ) A) 단계에서 계산된 차이가 문턱값보다 낮은 경우 이들 반사펄스를 제거하는 단계;
    C) 같은 신호로 거리 변화를 갖는 세개의 인접한 반사 펄스를 제거하는 단계; 및
    D) 총 반사 펄스의 수에 대한, 상기 단계 c) ⅰ) A)부터 c) ⅰ) C)까지 수행된 후 남아 있는 반사 펄스의 수의 몫(quotient)을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 감지된 대상물을 식별하고 상기 대상물과 인접한 구역에 장애물이 있는 지를 판단하는 시스템에 있어서,
    반사 펄스를 발생시키기 위하여, 상기 대상물과 상기 인접 구역으로 광 펄스를 주사하는 광원;
    제1 세트의 상기 반사 펄스를 수신하는 감지기; 및
    상기 반사 펄스를 기초로 대상물을 식별하며, 상기 인접 구역에 장애물이 있는 지를 판단하는 컴퓨터 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 대상물에 제1 세트의 광 펄스를 주사하며, 상기 인접 구역에 제2 세트의 광 펄스를 주사하며,
    상기 컴퓨터 장치는, 상기 제1 세트 광 펄스의 상기 반사 펄스를 이용하여 상기 대상물을 식별하며, 상기 제2 세트 광 펄스의 상기 반사 펄스를 이용하여 장애물이 존재하는 지를 판단하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광원은,
    상기 제1 및 제2 세트의 광 펄스를 교대로 주사하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제2 세트의 광 펄스는, 상기 인접 구역으로부터 적어도 제1 및 제2 세트의 반사 펄스를 발생시키기 위하여 여러번 상기 인접 구역으로 주사되며,
    상기 제1 세트의 반사 펄스로 상기 장애물이 감지되면, 상기 제2 세트의 반사 펄스가 장애물이 이동하는 지를 판단하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 장애물이 이동하지 않는 것으로 판단되면, 적어도 제3 세트의 반사 펄스를 발생시키기 위하여, 상기 인접 구역으로 상기 제2 세트의 광 펄스가 다시 주사되며,
    상기 컴퓨터 장치는, 상기 장애물이 여전히 있는 지를, 상기 제3 세트의 반사 펄스로 판단하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제19항에 있어서, 상기 제2 세트의 광 펄스는,
    상기 광원에 의하여 여러개의 수직각도로 방향지어지는 광 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제19항에 있어서, 상기 컴퓨터 장치는,
    상기 장애물이 있는 지를 판단하는데 있어서, 지면위의 소정 레벨 이하로 부터 반사된 상기 반사 펄스를 무시하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제18항에 있어서, 상기 대상물이 식별된 후,
    상기 컴퓨터 장치는, 상기 대상물이 게이트 측으로 이동할 때 상기 대상물을 추적하며,
    상기 광원, 감지기 및 컴퓨터 장치는, 상기 대상물이 상기 게이트 측으로 이동할 때 상기 장애물을 감지하기 위하여, 상기 대상물이 상기 게이트 측으로 이동하는 동안 작동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 응고체 또는 침전물이 존재할 수 있는 구역에서 대상물을 감지하는 시스템에 있어서,
    반사 펄스를 발생시키기 위하여 상기 구역으로 광 펄스를 주사하는 광원;
    제1 세트의 상기 반사 펄스를 수신하는 감지기; 및
    상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것인지를 판단하며, 상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것이 아닌 것으로 판단되면, 상기 반사 펄스를 기초로 상기 대상물을 감지하는 컴퓨터 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것으로 상기 컴퓨터 장치가 판단하면,
    상기 광원과 감지기는, 상기 대상물이 상기 응고체 또는 침전물을 통과하는 것으로 감지될 때 까지 계속 작동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 시스템은 항공기 도킹 디스플레이를 포함하는 항공기 도킹 시스템에 이용되며,
    상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것으로 상기 컴퓨터 장치가 판단하면, 상기 컴퓨터 장치는 상기 항공기 도킹 시스템이 낮은 등급으로 수행되고 있다는 것을 나타내도록, 상기 항공기 도킹 디스플레이를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제26항에 있어서, 상기 컴퓨터 장치는,
    ⅰ) 상기 반사 펄스의 공간적 분포를 나타내는 양을 계산하는 단계; 및
    ⅱ) 상기 반사 펄스가 상기 응고체 또는 침전물에 기인한 것인지를 판단하기 위하여 상기 양을 사용하는 단계;에 의하여
    상기 반사 펄스가 응고체 또는 침전물에 기인한 것인지를 판단하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 양은,
    상기 반사 펄스의 랜덤한 공간적 위치의 측정 값인 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 컴퓨터 장치는,
    A) 상기 반사 펄스들 중 인접한 펄스들에 대한 거리 값의 차이를 계산하는 단계;
    B) 상기 A) 단계에서 계산된 차이가 문턱값보다 낮은 경우 이들 반사 펄스를 제거하는 단계;
    C) 같은 신호로 거리 변화를 갖는 세개의 인접한 반사 펄스를 제거하는 단계; 및
    D) 총 반사 펄스의 수에 대한, 상기 단계 A)부터 C)까지 수행된 후 남아 있는 반사 펄스의 수의 몫(quotient)을 계산하는 단계;에 의하여,
    상기 양을 계산하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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