KR20160129010A - 지상 충돌 방지를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
지상 장애물 회피, 특히 윙팁 여유분을 위해 승무원들에게 안내 지원들을 디스플레이하기 위한 시스템이 개시된다. 지상 위 윙팁들의 현재 위치들 그리고 지정된 시간 또는 지정된 거리에 대해 장래에 벗어날 예측된 위치들을 표시하는 시각 영역들이 그려진다. 비행 승무원은 이러한 디스플레이된 안내 지원들을 사용하여 항공기에 대한 임의의 인지된 위협의 근접성을 결정할 수도 있다. 이러한 능력은 윙팁/항공기 지상 충돌들에 대한 많은 비용이 드는 문제를 해결한다. 개시된 그래픽 큐 시스템들은 구체적으로, 큰 날개 길이/크기 및/또는 폴딩 윙팁들을 갖는 항공기를 대상으로 하게 된다.
Description
본 개시는 일반적으로 항공기에 의한 지상 기동 중에 충돌들을 피하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
항공기들이 더 커짐에 따라, 메인 랜딩 기어와 노즈 랜딩 기어 간의 거리(즉, 각각의 메인 랜딩 기어(트랙) 간의 거리 및 축간 거리)가 더 커진다. 그 결과, 회전 기동(turning maneuver)들은 더 많은 공간을 필요로 한다. 대부분의 공항들은 더 짧은 축간 거리들 및 트랙들을 갖는 더 작고 더 기동성 있는 항공기들을 취급하도록 건설되었기 때문에, 큰 항공기 기동이 훨씬 더 어려워진다. 더 큰 공항 혼잡과 결부된 활주로들 및 유도로들의 제한된 폭들은 대형 민간 항공기들의 파일럿들이 타이트한 기동들을 하는 것을 점진적으로 더 어렵게 만들었다. 대형 항공기들의 기동은 지상에서의 랜딩 기어의 상대적 포지셔닝에 관한 파일럿들로의 피드백 부족 때문에 어렵다. 피드백 부족은 항공기의 랜딩 기어들이 동체 또는 날개들 아래에 위치되기 때문에 발생한다. 혼잡한 공항들의 타이트한 공간들에서의 기동시 랜딩 기어, 구체적으로는 랜딩 기어의 타이어들 및 바퀴들의 위치에 관한 정확한 지식이 특히 중요하다. 활주로 및 유도로 에지들, 지상 서비스 차량들 및 잠재적 장애물들을 확인하는 파일럿의 능력 또한 대형 항공기들에서는 매우 제한적이다. 긴 축간 거리들 및 넓은 메인 기어 트랙을 갖는 대형 항공기들은 또한 게이트 진입 기동들 및 활주로 또는 회전 패드 U턴 기동들과 같은 다른 타입들의 지상 기동들에서 난제들에 직면한다.
오늘날 항공 산업에서는, 지상 충돌로 인한 손상으로 손해를 보게 되는 달러들의 수는 상당하다. 항공사들은 하나 또는 그보다 많은 항공기에 대한 손상을 수리해야 할 뿐만 아니라, 이들은 손상이 수리되는 동안 그들의 항공기를 서비스 불가능하게 하고, 다른 비행기들로 비행하고, 승객들에게 일정 중단에 대해 보상할 필요가 있다. 이것들은 많은 비용이 드는 일들이다. 공항 트래픽 수준들은 공항들이 성장할 것으로 예측되는 것보다 더 빠른 속도로 증가할 것으로 예측된다. 더욱이, 폴딩 윙팁(wingtip) 시스템을 갖는 항공기를 포함하여 더 큰 항공기의 제조는 미래의 공항 운영 환경에 대해 상당한 난제들을 제시할 수도 있다.
기존의 솔루션들은 파일럿 자신의 시각적 판단, 항공기에 장착된 지상 기동 카메라 시스템, 또는 게이트/터미널 밖으로 항공기를 안내하는 전용 윙 워커(wing walker)들을 포함한다.
많은 경우들에, 파일럿은 공항 환경 전역에서 항공기를 항행하려고 시도할 때 자신의 공간적 판단에만 의존한다. 파일럿들은, 여유분을 제공해야 하지만 다른 장애물이 존재한다면 보장되지 않는 유도로들의 중앙선을 유지하도록 훈련된다. 일부 항공기들은 조종실의 시점(vantage point)에서 윙팁들의 시계(visibility)를 제공하지 않는다. 저 시계 상황들은 이러한 판단 작업을 복잡하게 한다.
다른 경우들에, 일부 공항들은 날개들에 위협적인 어떠한 장애물들도 없다는 확신을 갖고 항공기를 안내하는데 도움을 주도록 윙 워커들이라 하는 공항 직원을 제공한다. 그러나 윙 워커들이 항상 이용 가능한 것은 아니고, 현용 활주로와 램프 구역 사이의 모든 길에는 확실히 이용 가능하지 않다.
오늘날 많은 항공기는 지상 기동 동작들에서 파일럿을 지원하도록 설계된 외부 카메라 시스템을 갖는다. 이러한 타입의 시스템에 대해 두 가지 주요 기능들: 파일럿이 항공기의 기어를 노면 상에 유지하는 것을 돕는 기능 및 장애물 충돌 방지 기능이 있다. 외부 카메라 시스템은 윙팁들의 시야들을 보여줄 수 있는데, 이는 파일럿들이 가까운 거리 내의 장애물들에 대한 각각의 윙팁의 포지션을 모니터링하여 폴딩된 또는 펼쳐진 포지션들에서 윙팁 충돌들을 완화할 수 있게 한다. 그러나 카메라가 어디에 위치되는지에 따라 시각 문제가 있을 수도 있다. 보다 구체적으로, 카메라가 항공기의 꼬리 날개 부분에 설치되어 윙팁의 시야들을 보여준다면, 둘 사이에 상당한 탈축(off-axis) 거리가 존재하여 윙팁 부근의 임의의 장애물들 또는 지상에 대한 윙팁의 포지션을 판단하는 것을 매우 어렵게 만든다.
지상 장애물 회피, 특히 윙팁 여유분을 위해 파일럿에 안내 지원들을 제공하기 위한 개선된 수단들 및 방법들이 요구된다.
아래 상세히 개시되는 요지는 지상 장애물 회피, 특히 윙팁 여유분을 위해 비행 승무원에게 안내 지원들을 디스플레이하기 위한 시스템들을 포함한다. 이러한 시스템들은 지상 기동 카메라 시스템을 이용하여 안내를 묘사하고 디스플레이된 이미지 상의 영역들 밖에 머물게 하여, 사고들이 발생하기 전에 파일럿들이 잠재적 위협들에 대한 이들의 근접성을 쉽게 결정하는데 도움을 준다. 일부 실시예들에 따르면, 지상 위 윙팁들의 현재 위치들 그리고 지정된 시간 또는 지정된 거리에 대해 장래에 벗어날 예측된 위치들을 표시하는 시각 영역들이 그려진다. 비행 승무원은 이러한 디스플레이된 안내 지원들을 사용하여 항공기에 대한 임의의 인지된 위협의 근접성을 결정할 수도 있다. 이러한 능력은 윙팁/항공기 지상 충돌들에 대한 많은 비용이 드는 문제를 해결한다.
본 명세서에서 개시되는 안내 지원 시스템들은 직관적이고, 탄력적이며, 구현 및/또는 수정하기 쉽고, 스마트(즉, 적응성)하다. 특히, 개시되는 시스템들은 지상 여유분이 어떻게 작동하는지에 대한 파일럿의 이해를 유지시킨다. 이러한 시스템들은 구체적으로, 큰 날개 길이/크기 및/또는 폴딩 윙팁들을 갖는 항공기를 대상으로 하게 된다. 그러나 본 명세서에서 개시되는 그래픽 안내 지원 기술은 항공기의 임의의 말단까지 적용된다.
본 명세서에서 개시되는 그래픽 안내 지원 기술은 문제가 여유분 문제로 번지기 전에 조기에, 그리고 파일럿들이 시각적으로 스스로 하는 것보다 더 양호한 해상도로 파일럿이 특정 장애물에 대한 여유분을 결정하는 것을 시각적으로 도우며 자연스러운 표시들(즉, 그래픽 큐(cue)들)을 제공한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "그래픽 큐"라는 용어는 공간 내 트랙, 경로, 경계 또는 포지션을 표시하기 위해 비디오 장면 상에 (정적으로 또는 동적으로) 오버레이되는 도형 또는 심벌을 의미한다. 정적 또는 동적 그래픽 오버레이들은 카메라들의 다양한 시야들을 보여주는 디스플레이 스크린 상에 겹쳐진다. 이러한 오버레이들은 다음의 방식들로 파일럿들을 도울 수 있는데: (1) 항공기 말단들의 상대적 포지션을 결정하고; (2) 말단들의 투영된 경로들을 결정하고; (3) 모든 말단들의 정지 거리들을 결정하고; (4) 말단들에서부터 지정된 근거리 내의 대상들까지의 거리들을 판단하고; (5) 말단들에 대해 임박한 충돌 위협을 승무원에게 알리고 경고하며; 그리고 (6) 구성이 변경된다면 말단이 어디에 있을지를 결정할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 그래픽 안내 지원 기술의 한 양상은 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템이며, 이 시스템은: 항공기에 장착되며, 항공기의 제 1 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 제 1 스트림을 생성하기 위한 제 1 비디오 카메라; 비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 제 1 윈도우에서 제 1 스트림의 비디오 이미지를, 제 1 스트림의 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 제 1 그래픽 큐와 함께 디스플레이하게 하도록 프로그래밍된 컴퓨터 시스템을 포함하며, 제 1 그래픽 큐는 항공기의 이동 중 지상 위에서의 제 1 말단의 투영된 위치들을 나타낸다. 예를 들어, 제 1 말단은 폴딩된 윙팁을 갖는 날개의 말단부 또는 윙팁일 수도 있다.
이전 단락에서 설명한 시스템의 일 실시예에 따르면, 제 1 그래픽 큐는 원호형 밴드를 포함하고, 컴퓨터 시스템은 센서 데이터를 기초로 원호형 밴드의 반경 및 후퇴각(sweep angle)을 계산하도록 프로그래밍된다. 센서 데이터는 항공기 대지 속도 및 앞바퀴 조향각을 포함할 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 제 1 그래픽 큐는 투영면(본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "면"이라는 용어는 항공기가 아닌 기하학적 평면을 의미함)을 포함하며, 컴퓨터 시스템은 센서 데이터를 기초로 투영면의 길이를 계산하도록 추가로 프로그래밍된다. 센서 데이터는 항공기 대지 속도를 포함할 수도 있다. 제 1 그래픽 큐는 투영면을 따라 간격들로 이격된 틱 마크들을 더 포함할 수도 있다. 센서 데이터는 항공기 가속도/감속도를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 제 1 그래픽 큐는 정지 표지를 더 포함할 수 있고, 컴퓨터 시스템은 항공기 대지 속도 및 가속도/감속도를 기초로 정지 표지의 포지션을 계산하도록 추가로 프로그래밍될 수도 있다.
앞서 설명한 시스템은 항공기에 장착되며, 항공기의 제 2 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 제 2 스트림을 생성하기 위한 제 2 비디오 카메라를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 컴퓨터 시스템은 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 제 2 윈도우에서 제 2 스트림의 비디오 이미지를, 제 2 스트림의 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 제 2 그래픽 큐와 함께 디스플레이하게 하도록 추가로 프로그래밍된다. 일 실시예에 따르면, 제 1 그래픽 큐는 제 1 투영면을 포함하고, 제 2 그래픽 큐는 제 2 투영면을 포함하며, 제 2 투영면은 제 1 투영면의 거울상이다. 다른 실시예에 따르면, 제 1 그래픽 큐는 제 1 반경을 갖는 제 1 원호형 밴드를 포함하고, 제 2 그래픽 큐는 제 1 반경보다 더 큰 제 2 반경을 갖는 제 2 원호형 밴드를 포함한다.
아래 상세히 개시되는 요지의 다른 양상은 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법이며, 이 방법은: 항공기의 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 캡처하는 단계; 및 비디오 디스플레이 유닛 상에서 제 1 스트림의 비디오 이미지를, 스트림의 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 그래픽 큐와 함께 디스플레이하는 단계를 포함하며, 그래픽 큐는 항공기의 이동 중 지상 위에서의 말단의 투영된 위치들을 나타낸다. 말단은 폴딩된 윙팁을 갖는 날개의 말단부 또는 윙팁일 수도 있다. 그래픽 큐는 원호형 밴드를 포함할 수 있으며, 이 경우에 이 방법은 센서 데이터를 기초로 원호형 밴드의 반경 및 후퇴각을 계산하는 단계를 더 포함하고, 여기서 센서 데이터는 항공기 대지 속도 및 앞바퀴 조향각을 포함한다. 대안으로, 그래픽 큐는 투영면을 포함할 수 있으며, 이 경우에 이 방법은 센서 데이터를 기초로 투영면의 길이를 계산하는 단계를 더 포함하고, 여기서 센서 데이터는 항공기 대지 속도를 포함한다. 그래픽 큐는 투영면을 따라 간격들로 이격된 틱 마크들을 더 포함할 수도 있다. 추가 확장에 따르면, 센서 데이터는 항공기 가속도/감속도를 더 포함하고, 그래픽 큐는 정지 표지를 더 포함하며, 이 방법은 항공기 대지 속도 및 가속도/감속도를 기초로 정지 표지의 포지션을 계산하는 단계를 더 포함한다.
개시되는 요지의 추가 양상은 기동하는 항공기와 장애물 사이의 충돌들을 피하기 위한 탑재형 시스템이며, 이 시스템은: 항공기에 장착되며, 항공기의 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 생성하기 위한 비디오 카메라; 비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및 컴퓨터 시스템을 포함하며, 이 컴퓨터 시스템은: (a) 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 스트림의 비디오 이미지를, 스트림의 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 그래픽 큐와 함께 디스플레이하게 하는 동작 ― 그래픽 큐는 항공기의 이동 중 지상 위에서의 말단의 투영된 위치들을 나타냄 ―; (b) 비디오 이미지에 나타나는 장애물이 투영된 위치들 중 임의의 위치로부터 최소 이격 거리 미만을 갖는 또는 투영된 위치들 중 임의의 위치와 교차되는 위치에 있는지 여부를 결정하도록 비디오 이미지를 처리하는 동작; 및 (c) 동작 (b)에서 장애물 위치가 말단의 투영된 위치로부터 최소 이격 거리 미만이거나 말단의 투영된 위치와 교차된다고 결정이 이루어진다면 경보 신호를 발행하는 동작을 수행하도록 프로그래밍된다.
또 다른 양상은 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템이며, 이 시스템은: 항공기에 장착되며, 항공기의 말단의 비디오 장면 및 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 생성하기 위한 비디오 카메라; 비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및 컴퓨터 시스템을 포함하며, 이 컴퓨터 시스템은: (a) 항공기의 이동 중 지상 위에서의 말단의 투영된 위치들을 계산하는 동작; (b) 말단의 계산된 투영된 위치들을, 비디오 장면의 기준 프레임에서 말단의 계산된 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐로 변환하는 동작; 및 (c) 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 말단의 이미지에 대해 고정된 공간 관계로 비디오 이미지들 상에 겹쳐지는 그래픽 큐를 디스플레이하게 하는 동작을 수행하도록 프로그래밍된다. 변환하는 동작은 카메라와 말단의 알려진 공간 관계에 적어도 부분적으로 기초한다.
추가 양상은 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법이며, 이 방법은: (a) 항공기의 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 캡처하는 단계; (b) 항공기의 이동 중 지상 위에서의 말단의 투영된 위치들을 계산하는 단계; (c) 말단의 계산된 투영된 위치들을, 비디오 장면의 기준 프레임에서 말단의 계산된 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐로 변환하는 단계; 및 (d) 비디오 디스플레이 유닛 상에서 제 1 스트림의 비디오 이미지를, 스트림의 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 그래픽 큐와 함께 디스플레이하는 단계를 포함하며, 그래픽 큐는 항공기의 이동 중 지상 위에서의 말단의 투영된 위치들을 나타낸다.
본 명세서에서 개시되는 요지의 또 다른 양상은 기동하는 항공기와 장애물 사이의 충돌들을 피하기 위한 탑재형 시스템이며, 이 시스템은: 항공기에 장착되며, 항공기의 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 생성하기 위한 비디오 카메라; 비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및 컴퓨터 시스템을 포함하며, 이 컴퓨터 시스템은: (a) 항공기의 이동 중 지상 위에서의 말단의 투영된 위치들을 계산하는 동작; (b) 말단의 계산된 투영된 위치들을, 비디오 장면의 기준 프레임에서 말단의 계산된 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐로 변환하는 동작; (c) 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 말단의 이미지에 대해 고정된 공간 관계로 비디오 이미지들 상에 겹쳐지는 그래픽 큐를 디스플레이하게 하는 동작; (d) 비디오 이미지에 나타나는 장애물이 투영된 위치들 중 임의의 위치로부터 최소 이격 거리 미만을 갖는 또는 투영된 위치들 중 임의의 위치와 교차되는 위치에 있는지 여부를 결정하도록 비디오 이미지를 처리하는 동작; 및 (e) 동작 (d)에서 장애물 위치가 말단의 투영된 위치로부터 최소 이격 거리 미만이거나 말단의 투영된 위치와 교차된다고 결정이 이루어진다면 경보 신호를 발행하는 동작을 수행하도록 프로그래밍된다.
지상 장애물 회피를 위해 비행 승무원들에게 안내 지원들을 디스플레이하기 위한 시스템들의 다른 양상들이 아래 개시된다.
도 1은 일 실시예에 따라 4개의 카메라들(즉, 동체 아래에 하나 그리고 꼬리 날개 부분에 3개)이 장착된 항공기의 평면도를 보여주는 도면이다. 카메라들의 각각의 시야들은 파선 삼각형들로 표시된다.
도 2 - 도 6은 항공기가 지상에 있으며 전진하고 있는 동안 항공기 상에 장착된 카메라들에 의해 캡처된 샘플 이미지들을 파일럿이 보도록 제시하는 조종석 디스플레이 상의 스크린 숏들(또는 스크린 숏들의 부분들)을 보여준다. 항공기가 전진할 때 지상 위에서 윙팁들의 투영된 위치를 나타내는 그래픽 큐들이 카메라 이미지들 상에 겹쳐진다. 도 4와 도 5는 윙팁들이 폴딩될 때 날개들의 단부들의 투영된 위치들을 나타내는 추가 그래픽 큐들을 보여준다.
도 7은 항공기가 전진하고 있을 때 지상 위에서 좌측 윙팁의 투영된 위치를 보여주는 투영면 대신에, 항공기가 회전하고 있을 때 지상 위에서 윙팁들의 투영된 위치들을 나타내도록 원호형 그래픽 큐가 겹쳐진 이미지들이 디스플레이될 것이라는 점을 제외하면, 도 3에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏의 하단부를 보여준다.
도 8과 도 9는 항공기가 어디에서 정지할지를 표시하도록 제동 중에 좌측 윈도우에서 카메라 이미지 상에 추가 그래픽 큐들이 겹쳐지는, 도 3에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏들의 부분들을 보여준다.
도 10은 항공기가 전진할 때 메인 랜딩 기어 및 엔진 나셀(nacelle)들의 투영된 트랙들을 표시하도록 카메라 이미지들 상에 추가 그래픽 큐들이 겹쳐지는, 도 2에 도시된 것과 비슷한 조종석 디스플레이 스크린 숏을 보여준다.
도 11은 수평 안정판의 좌측에 장착된 카메라의 시야에 다른 항공기가 있다는 점을 제외하면, 도 2에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏의 하단부를 보여주는데, 다른 항공기는 자체 항공기(ownship)의 좌측 윙팁의 투영된 위치를 표시하는 투영면에 충분히 가깝게 위치되며, 자체 항공기가 전진할 때 예를 들어, 투영면의 색상을 변경하거나 강조함으로써 시각 경보가 활성화된다.
도 12는 본 명세서에서 개시되는 그래픽 큐 기술을 포함하는 시스템의 일 실시예의 일부 컴포넌트들을 보여주는 블록도이다.
이하, 서로 다른 도면들의 비슷한 엘리먼트들이 동일한 참조 번호들을 갖는 도면들에 대해 참조가 이루어질 것이다.
도 2 - 도 6은 항공기가 지상에 있으며 전진하고 있는 동안 항공기 상에 장착된 카메라들에 의해 캡처된 샘플 이미지들을 파일럿이 보도록 제시하는 조종석 디스플레이 상의 스크린 숏들(또는 스크린 숏들의 부분들)을 보여준다. 항공기가 전진할 때 지상 위에서 윙팁들의 투영된 위치를 나타내는 그래픽 큐들이 카메라 이미지들 상에 겹쳐진다. 도 4와 도 5는 윙팁들이 폴딩될 때 날개들의 단부들의 투영된 위치들을 나타내는 추가 그래픽 큐들을 보여준다.
도 7은 항공기가 전진하고 있을 때 지상 위에서 좌측 윙팁의 투영된 위치를 보여주는 투영면 대신에, 항공기가 회전하고 있을 때 지상 위에서 윙팁들의 투영된 위치들을 나타내도록 원호형 그래픽 큐가 겹쳐진 이미지들이 디스플레이될 것이라는 점을 제외하면, 도 3에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏의 하단부를 보여준다.
도 8과 도 9는 항공기가 어디에서 정지할지를 표시하도록 제동 중에 좌측 윈도우에서 카메라 이미지 상에 추가 그래픽 큐들이 겹쳐지는, 도 3에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏들의 부분들을 보여준다.
도 10은 항공기가 전진할 때 메인 랜딩 기어 및 엔진 나셀(nacelle)들의 투영된 트랙들을 표시하도록 카메라 이미지들 상에 추가 그래픽 큐들이 겹쳐지는, 도 2에 도시된 것과 비슷한 조종석 디스플레이 스크린 숏을 보여준다.
도 11은 수평 안정판의 좌측에 장착된 카메라의 시야에 다른 항공기가 있다는 점을 제외하면, 도 2에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏의 하단부를 보여주는데, 다른 항공기는 자체 항공기(ownship)의 좌측 윙팁의 투영된 위치를 표시하는 투영면에 충분히 가깝게 위치되며, 자체 항공기가 전진할 때 예를 들어, 투영면의 색상을 변경하거나 강조함으로써 시각 경보가 활성화된다.
도 12는 본 명세서에서 개시되는 그래픽 큐 기술을 포함하는 시스템의 일 실시예의 일부 컴포넌트들을 보여주는 블록도이다.
이하, 서로 다른 도면들의 비슷한 엘리먼트들이 동일한 참조 번호들을 갖는 도면들에 대해 참조가 이루어질 것이다.
이제 항공기의 지상 기동 중 파일럿을 지원하기 위한 시스템의 다양한 실시예들이 단지 예시를 목적으로 상세히 설명될 것이다. 이러한 시스템들은 지상 기동 카메라 시스템에 의해 캡처된 이미지들 상에 그래픽 충돌 방지 큐들을 겹치도록 구성 및 프로그래밍되는데, 이러한 이미지들은 조종석 디스플레이 상에 나타난다. 항공기 상의 지상 기동 카메라 시스템이 4개의 카메라들을 갖는 실시예가 이제 도 1을 참조로 설명될 것이다. 그러나 이하 청구 대상은 도 1에 도시된 정확한 카메라 레이아웃을 갖는 시스템들로 한정되는 것은 아니라고 이해되어야 한다. 좌측 및 우측 윙팁들의 이미지들을 제공할 수 있는 대안적인 카메라 레이아웃들이 이용될 수 있다.
도 1은 동체(12), 좌측 날개(14), 우측 날개(16), 수평 안정판(18) 및 수직 안정판(20)을 포함하는 항공기(10)를 보여주는 도면이다. 지상 기동 카메라 시스템(GMCS: ground maneuvering camera system)의 (도시되지 않은) 복수의 카메라들이 항공기(10) 상에 장착된다. 도 1은 (도시되지 않은) 4개의 비디오 카메라들이 이들 각각의 시야에서 이미지들을 캡처하는 카메라 레이아웃을 예시하는데, 이미지들은 비행 승무원이 보도록 조종석 디스플레이 상에 동시에 제시될 것이다. 4개의 카메라들의 각각의 시야들은 도 1에서 파선 삼각형들로 표시된다.
(도 1에 도시되지 않은) 제 1 비디오 카메라는 (도시되지 않은) 좌측 날개 메인 랜딩 기어와 우측 날개 메인 랜딩 기어 사이로 연장하는 (도시되지 않은) 라인 앞 그리고 (도시되지 않은) 노즈 랜딩 기어 뒤 포지션 A의 동체(12) 아랫면에 장착된다. 제 1 비디오 카메라의 시야(28)는 포지션 A에 꼭지점을 갖는 도 1의 파선 삼각형으로 표시된다. 제 1 비디오 카메라는 항공기(10) 앞에 공간 및 노즈 랜딩 기어의 시야를 제공하도록 전방을 가리키는 배향을 갖는다. 제 1 비디오 카메라의 시야각(view angle)은 (아래 상세히 논의되는) 도 2에 제시된 조종석 디스플레이 스크린 숏의 상부 패널에서 확인될 수 있는 바와 같이, 노즈 랜딩 기어의 타이어들 그리고 활주로, 유도로 또는 에이프런이 노즈 랜딩 기어의 타이어들의 특정 범위 내에 위치될 때 이들의 에지들을 포괄한다. 제 1 비디오 카메라에 의해 생성되는 이미지들은 파일럿이: 유도로 회전들을 위해 원하는 양의 오버스티어(oversteer); 활주로 또는 회전 패드 U턴의 끝에서 노면 에지 마진에 대한 기어; 및 게이트 노즈 바퀴 마크의 정지 포지션을 시각적으로 판단하게 한다. 제 1 비디오 카메라의 정확한 배치는 항공기 구조, 그리고 카메라의 품질, 시야 및 정밀도(level of detail)에 좌우될 것이다.
(도시되지 않은) 제 2 비디오 카메라는, 실질적으로 동체(12)의 중앙선 상에 위치된 포지션 B에서 항공기(10)의 수직 안정판(20)의 리딩 에지에 장착된다. 제 2 비디오 카메라의 시야(22)는 포지션 B에 꼭지점을 갖는 도 1의 파선 삼각형으로 표시된다. 제 1 비디오 카메라와 같이, 제 2 비디오 카메라는 전방을 본다. 그 결과, 제 2 비디오 카메라에 의해 생성되는 이미지들은 예기된(전방 감시) 안내를 제공한다. 제 2 비디오 카메라의 시야각은 도 2에 제시된 조종석 디스플레이 스크린 숏의 중간 패널에서 확인될 수 있는 바와 같이, (도 1에 도시되지 않은) 좌측 및 우측 날개 랜딩 기어들의 타이어들이 동시에 보이도록 조절될 수 있다. 제 2 비디오 카메라에 의해 생성된 이미지를 보는 파일럿은 유도로 회전들에서 그리고 활주로 또는 회전 패드 U턴들의 시작시 요구에 따라 노면 에지 마진들에 대한 메인 랜딩 기어를 시각적으로 판단할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 지상 기동 카메라 시스템의 제 3 및 제 4 비디오 카메라들은 수직 안정판(20)의 좌측 및 우측 면들에 각각 장착된다. (대안으로, 이들은 수평 안정판(18)의 좌측 및 우측 부분들의 리딩 에지들에 위치될 수 있다.) 제 3 및 제 4 비디오 카메라들의 시야들(26, 24)은 도 1의 각각의 파선 삼각형들로 표시되는데, 이러한 삼각형들은 각각 포지션 B 후미에서 약간 떨어져 꼭지점을 갖는다. 제 3 비디오 카메라는 좌측 날개(14)의 팁(이하 "좌측 윙팁")의 시야를 위해 왼쪽으로, 전방으로 그리고 아래쪽으로 포커싱된다. 제 4 비디오 카메라는 우측 날개(16)의 팁(이하 "우측 윙팁")의 시야를 위해 왼쪽으로, 전방으로 그리고 아래쪽으로 포커싱된다.
이러한 카메라들에 대한 다양한 알려진 장착들이 이용될 수 있으며 본 명세서에서는 상세히 설명되지 않는다. 카메라 시스템들에 통상의 지식을 가진 자들에 의해 쉽게 인식되는 바와 같이, 다양한 타입들의 카메라들이 사용될 수도 있는데, 예를 들어 야간 운항들을 위해 저광량 또는 적외선/열 카메라들이 사용될 수 있다. 메인 랜딩 기어들, 노즈 랜딩 기어 및 주위 지반의 조도는 항공기 상에 장착된 (도 1에 도시되지 않은) 메인 랜딩 기어 영역 조명등들 및 노즈 랜딩 기어 영역 조명등들에 의해 제공될 수 있다.
도 2는 항공기가 전진하고 있는 동안, 또는 파일럿에 의해 선택될 때마다(예를 들어, 항공기가 계속 정지해 있거나 예항기(tug)에 의해 푸시되고 있을 때) 활주로 위의 항공기 상에 장착된 4개의 카메라들에 의해 캡처된 샘플 이미지들을 파일럿이 보도록 동시에 제시하는 조종석 디스플레이(30) 상의 스크린 숏들을 보여준다. 상부 윈도우(32)는 도 1의 포지션 A에 장착된 비디오 카메라에 의해 캡처된 이미지를 보여주고; 중간 윈도우(34)는 도 1의 포지션 B에 장착된 비디오 카메라에 의해 캡처된 이미지를 보여주며; 좌측 하부 윈도우(36)는 도 1의 포지션 B의 후미에서 약간 떨어져 수직 안정판(20)의 좌측에 장착된 비디오 카메라에 의해 캡처된 이미지를 보여주고; 그리고 우측 하부 윈도우(38)는 도 1의 포지션 B의 후미에서 약간 떨어져 수직 안정판(20)의 우측에 장착된 비디오 카메라에 의해 캡처된 이미지를 보여준다.
도 2에 제시된 스크린 숏은 지상 위에서 윙팁들의 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐들을 추가로 포함한다. 이러한 큐들은 디스플레이 스크린(30)의 중간 윈도우(34)에(단지 일부만) 그리고 좌측 및 우측 하부 윈도우들(36, 38)에 각각 디스플레이되는 카메라 이미지들 상에 겹쳐지는 (중간 윈도우(34)에 단지 일부만 도시된) 고정 길이 투영면들(40, 42)의 형태를 취한다. 투영면들(40, 42) 각각은 전방 방향으로 고정된 거리에 각각의 윙팁의 위치를 투영한다. 도 2에서, 투영면(42)은 투영면(40)의 거울상이다. 투영면들(40, 42)의 길이들은 서로 동일할 것이다. 투영면들은 프로세서에 의해 생성될 수도 있고 또는 윙팁으로부터의 특정 거리 그리고 지상 위의 높이에 대해 적절히 측정된 단순한 정적 오버레이일 수도 있다. 이러한 투영면들은 시각 문제들을 없애고, 각각의 윙팁이 그 주변 환경에 대해 어디에 있는지의 결정을 도우며, 윙팁들과 상대적으로 가까운 장애물들 간의 거리들을 파일럿이 판단하는데 도움을 준다.
대안으로, 투영면들의 길이는 항공기의 대지 속도의 함수로써 동적으로 달라질 수 있다. 이 경우, 투영면들(40, 42) 각각은 앞으로 T초의 시간에 각각의 윙팁의 위치를 투영할 것이다. 투영면들(40, 42)의 길이는, 다음 T초 동안 대지 속도가 일정하게 유지될 것이라고 가정하여, 항공기의 순간 측정 대지 속도를 기초로 컴퓨터 시스템에 의해 계산될 것이다. 따라서 이러한 대안적인 실시예에 따른 투영면들의 길이는 도시된 길이가 변화하는 대지 속도의 함수로써 달라질 수도 있다는 점에서 동적이다. 추가 대안적인 실시예에 따르면, 컴퓨터 시스템은 또한 투영면들의 길이의 계산시 항공기의 순간 측정 가속도를 고려함으로써, 앞으로 T초 시간에 윙팁들의 위치를 투영할 수도 있다.
도 3은 좌측 및 우측 윙팁들의 시야들을 각각 제공하는 좌측 및 우측 윈도우들을 갖는 스크린 숏의 하단부를 보여준다. 항공기가 전진할 때 지상 위에서 좌측 윙팁의 투영된 위치를 나타내는 투영면(40)이 좌측 하부 윈도우(36)의 이미지 상에 겹쳐진다. 마찬가지로, 지상 위에서 우측 윙팁의 투영된 위치를 나타내는 (도 3에 도시되지 않은) 제 2 투영면이 디스플레이될 수 있다.
일부 항공기들은 고정된 날개 구조의 단부들에 힌지된 폴딩 윙팁들로 설계될 수도 있다. 폴딩 윙팁들을 갖는 항공기들의 경우, 윙팁들이 폴딩될 때의 관심 대상인 말단들은 동체로부터 가장 멀리 떨어진 날개들의 부분들일 것이다. 선택적으로, 도 2에 제시된 조종석 디스플레이 스크린 숏은 윙팁들이 폴딩될 때는 날개 말단들에 대한 그리고 윙팁들이 펼쳐질 때는 윙팁들에 대한 여유분/미리보기 정보를 보여주는 그래픽 큐들을 포함하도록 수정될 수 있다.
보다 구체적으로는, 폴딩 윙팁들의 경우, 항공기의 각각의 면에 추가 투영면이 디스플레이될 수 있다. 하나의 투영면은 공간에서 펼쳐진 윙팁 여유분 영역을 보여줄 수 있는 한편, 다른 투영면은 공간에서 폴딩된 윙팁 여유분 영역을 보여줄 수 있다. 이들은 날개의 구성에 따라 독립적으로 또는 함께 디스플레이될 수 있다.
도 4는 대안적인 실시예에 따라 폴딩 윙팁들을 갖는 전진하는 항공기 상에 장착된 4개의 카메라들에 의해 캡처된 이미지들을 보여주는 다른 스크린 숏이다. 윙팁들이 연장될 때 지상 위에서 폴딩 윙팁들의 투영된 위치들을 나타내는 투영면들(40, 42) 외에도, 중간 윈도우(34) 및 좌측/우측 하부 윈도우들(36, 38)의 이미지들은 폴딩 윙팁들이 폴딩될 때 지상 위에서 날개들의 단부들의 투영된 위치들을 나타내는 겹쳐진 투영면들(44, 46)을 갖는다.
도 5는 좌측 및 우측 폴딩 윙팁들의 시야들을 각각 제공하는 좌측 및 우측 윈도우들(36, 38)을 갖는 스크린 숏의 하단부를 보여준다. (도 4에서 확인된 바와 같이) 좌측 폴딩 윙팁이 연장될 때 지상 위에서 좌측 폴딩 윙팁의 투영된 위치 및 좌측 윙팁이 폴딩될 때 좌측 날개의 단부의 투영된 위치를 각각 나타내는 한 쌍의 투영면들(40, 44)이 좌측 윈도우(36)의 이미지 상에 겹쳐진다. 우측 폴딩 윙팁이 연장될 때 지상 위에서 우측 폴딩 윙팁의 투영된 위치 및 우측 폴딩 윙팁이 폴딩될 때 지상 위에서 날개의 단부의 투영된 위치를 각각 나타내는 거울상 투영면들이 우측 윈도우(38)에는 도시되지 않는다.
도 2를 참조로 앞서 설명한 고정 길이 투영면들의 변형에 따르면, 윙팁들의 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐들과 함께 거리를 판단하기 위한 틱 마크들이 디스플레이될 수 있다. 도 6은 좌측 및 우측 폴딩 윙팁들의 시야들을 각각 제공하는 좌측 및 우측 윈도우들(36, 38)을 갖는 스크린 숏의 하단부를 보여준다. 지상 위에서 좌측 윙팁의 투영된 위치를 나타내는 투영면(40)이 좌측 윈도우(36)의 이미지 상에 겹쳐진다. 도 6에서 확인되는 구현에서는, 틱 마크들(48)이 투영면(40)을 따라 동일한 간격들로 디스플레이된다. 틱 마크들(48)은 파일럿에게 총 거리들을 명확히 설명하기 위해 길이의 특정 증분들을 도시한다.
도 6에 도시된 구현에서, 틱 마크들(48)은 투영면(40)의 상부 경계에서 끝나는 한 단부를 갖는 짧은 수평선 세그먼트들이다. 이러한 틱 마크들(48)은 측정의 특정 증분들로 거리 정보를 제공하도록 간격을 둔다. 예를 들어, 인접한 틱 마크들(48)의 위치들이 X 피트의 거리만큼 떨어진 위치들(예를 들어, 좌측 윙팁의 현재 위치의 X, 2X 및 3X 피트 앞)에 대응한다면, 파일럿은 항공기가 전진할 때 연속적인 시간들에 좌측 윙팁이 어디에 위치될지를 판단할 수 있을 것이다. 지정된 거리(X)는 10, 50, 100 또는 임의의 다른 수의 피트(또는 미터)일 수 있다. 항공기가 전진할 때 지상 위에서 우측 윙팁의 투영된 위치들을 나타내는 거울상 그래픽 큐는 우측 윈도우(38)에 도시되지 않는다.
일부 실시예들에 따르면, 그래픽 큐는 원호형 밴드 형상일 수도 있으며, 그 상부 원호형 경계는 항공기가 회전하고 있을 때 윙팁의 투영된 위치들을 나타내는 스위프(sweep)를 갖는다. 이러한 그래픽 큐들은 지정된 양의 시간 이후 지정된 대지 속도로 이동하는 항공기의 지시된 경로를 고려하여 윙팁들이 어디에 있을지에 관한 정보를 제공할 수 있다. 그래픽 큐는 윙팁들의 지시된 경로를 예시하기 위해 회전 방향으로 정도들을 달리함으로써 만곡하며, 지정된 양의 시간이 경과한 후 윙팁들이 어디에 있을지를 보다 정확히 도시한다. 한 구현에 따르면, 회전 중에 윙팁들의 경로를 예측하기 위해 앞바퀴 조향각이 사용될 수 있다. 원호형 밴드는 현재 조향 입력들을 기초로 심벌 생성 알고리즘에 의해 생성될 수 있고, 현재 조향 입력들이 변경되지 않고 그대로인 경우에 윙팁이 따라가게 될 경로를 나타낸다.
회전하는 항공기 상에서 윙팁의 투영된 위치를 나타내는 원호형 그래픽 큐의 일례가 도 7에 도시되며, 이는 도 3에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏의 하단부를 보여준다. 항공기가 전진하고 있을 때 지상 위에서 좌측 윙팁의 투영된 위치를 보여주는 똑바른 투영면 대신에, 좌측 윈도우(36)의 이미지는 항공기가 왼쪽으로 회전하고 있을 때 지상 위에서 좌측 윙팁의 투영된 위치들을 나타내도록 그 위에 겹쳐지는 원호형 그래픽 큐(50)를 갖는다. 항공기가 왼쪽으로 회전할 때 지상 위에서 우측 윙팁의 투영된 위치들을 나타내는 제 2 원호형 그래픽 큐는 우측 윈도우(38)에 도시되는 것이 아니라, 좌측 윈도우(36)에서 확인되는 원호형 그래픽 큐(20)의 원호보다 더 긴 길이 및 반경의 원호일 것이다.
상기에 추가로, 윙팁들의 정지 거리의 실시간 정보를 제공하기 위해 동적 길이 투영면들이 사용될 수 있다. 즉, 투영면의 길이는 그 현재 속도에서 윙팁의 정지 거리를 표시한다. 이러한 동적 길이 특징은 똑바른 투영면들 그리고 경로를 보여주기 위해 만곡된 투영면들 모두에 추가될 수 있다.
추가 양상에 따르면, 도 8은 항공기가 어디에서 정지할지를 표시하도록 제동 중에 좌측 윈도우(36)에서 카메라 이미지 상에 추가 그래픽 큐들이 겹쳐지는, 도 3에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏들의 부분들을 보여준다. 도 8에서, 추가 그래픽 큐는 투영면(40)의 전방 확장(52)의 형태를 취한다. 이 구현에 따르면, 전방 확장(52)의 앞쪽 에지의 위치는 이미지에 도시된 시점에서 항공기의 측정된 대지 속도 및 추정된(또는 탐지된) 감속도의 함수로써 달라질 수 있다. 보다 구체적으로, 전방 확장(52)의 앞쪽 에지의 가변 위치가 계산되어, 앞으로 T초의 시간에 좌측 윙팁의 투영된 위치를 나타낸다. 전방 확장(52)의 앞쪽 에지의 포지션은 다음 T초 동안 감속률이 일정하게 유지될 것이라고 가정하여, 항공기의 순간 측정 대지 속도 및 감속도를 기초로 컴퓨터 시스템에 의해 계산될 수 있다.
도 8에 도시된 구현의 변형에 따르면, 컴퓨터 시스템은 이미지에 도시된 항공기 포지션으로부터의 정지 거리를 계산할 수 있는데, 이 경우 전방 확장(52)의 앞쪽 에지는 항공기가 정지했을 때 좌측 윙팁의 투영된 위치를 나타낼 것이다.
도 9는 항공기가 어디에서 정지할지를 표시하도록 제동 중에 좌측 윈도우(36)에서 카메라 이미지 상에 대안적인 추가 그래픽 큐들이 겹쳐지는, 도 3에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏의 부분들을 보여준다. 도 9에서, 추가 그래픽 큐는 항공기가 정지했을 때 좌측 윙팁의 투영된 위치를 나타내는 표지(54)의 형태를 취한다. 표지(54)는 이미지에 도시된 시점에 항공기의 측정된 대지 속도 및 측정된 감속도에 다시 기초하여, 컴퓨터 시스템에 의해 결정된 가변 포지션에서 좌측 윈도우(36)의 이미지 상에 겹쳐질 것이다.
추가 실시예들에 따르면, 도 2에 도시된 스크린 숏에서 카메라 이미지들 상에 추가 그래픽 큐들이 겹쳐져 다른 항공기 컴포넌트들에 대한 지시된 경로 정보를 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 10은 항공기가 전진할 때 메인 랜딩 기어, 엔진 나셀들 및 앞바퀴의 지시된 경로들(즉, 투영된 트랙들)을 표시하도록 카메라 이미지들 상에 추가 그래픽 큐들이 겹쳐지는, 도 2에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏(30)을 보여준다. 상부 윈도우(32)를 참조하면, 추가 그래픽 큐들은 메인 랜딩 기어 트랙들(56a, 56b), 엔진 나셀 트랙들(58a, 58b) 및 앞바퀴 트랙(60)을 포함한다. (중간 윈도우(34)에 동일한 트랙들이 나타나지만, 도면의 어수선함을 피하기 위해 참조 번호들로 표기되진 않았다.) 이러한 트랙들은 마치 평평한 활주로 표면 상에 페인팅된 것처럼 나타난다. 항공기가 직선으로 이동하고 있다면, 이러한 트랙들은 직선일 것이고, 항공기가 회전하고 있다면, 이러한 트랙들은 회전의 지시된 경로를 나타내도록 만곡될 것이다.
추가 확장에 따르면, 컴퓨터 시스템은 다른 항공기나 지상 차량과 같은 장애물의 근접도 탐지를 가능하게 하는 소프트웨어로 프로그래밍될 수 있다. 이는 경보가 발행된 이후 어디에서 임박한 충돌 위협이 있는지를 파일럿들에게 알리는 수단을 제공한다. 일부 구현들에서, 투영면들은 경보 목적으로 사용될 수 있다. 항공기에 지상 충돌 방지 시스템이 갖춰져 있고 윙팁들(또는 다른 항공기 컴포넌트)에 대한 위협이 탐지된다면, 투영면은 항공기의 어느 부분이 위협받고 있는지를 표시하도록 색상을 변경할 것이다. 예를 들어, 잠재적 좌측 윙팁 충돌이 탐지된다면, 좌측 윙팁과 연관된 투영면은 예를 들어, 마젠타색, 청록색 또는 흰색에서 황색 또는 적색으로 색상을 변경할 것이다.
이러한 장애물 근접 시스템의 일례가 이제 도 11을 참조로 설명될 것이며, 도 11은 자체 항공기의 수직 안정판의 좌측에 장착된 카메라의 시야에 다른 항공기가 있다는 점을 제외하면, 도 2에 도시된 것과 비슷한 스크린 숏을 보여준다. 원으로 둘러싸인 영역(64)의, 침입하고 있는 항공기의 이미지에 대한 겹쳐진 투영면(40)의 근접도는 파일럿에게 가능한 충돌의 시각적 표시를 제공할 수 있다. 추가 확장에 따르면, 컴퓨터 시스템은 패턴 인식 소프트웨어를 사용하여, 카메라의 시야에서 다른 항공기의 존재를 탐지한 다음, 자체 항공기에 가장 가까운 다른 항공기의 해당 부분의 위치를 계산하도록 프로그래밍될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 투영면(40)으로 표현된 좌측 윙팁의 투영된 위치들과 다른 항공기의 위치를 비교한 다음, 다른 항공기가 지정된 임계치 미만인 거리만큼 좌측 윙팁으로부터 떨어져 있다면, 가청 또는 가시적 경보 신호를 활성화하도록 추가로 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 가시적 경보 신호는 투영면(40)의 색상을 강조하거나 변경함으로써 생성될 수 있다. 비디오 카메라에 의해 캡처된 연속적 이미지들에 대해 다른 항공기의 위치를 결정함으로써, 컴퓨터 시스템은 심지어, 다른 항공기가 자체 항공기에 더 가까이 이동하고 있는지 여부를 결정하여, 다른 항공기가 이동하고 있다면, 그 대지 속도 및 진로를 계산한 다음, 경보가 발행되어야 하는지 여부를 결정하는데 사용되는 알고리즘을 수행할 때 그러한 인자들을 고려할 수 있다.
추가 확장에 따르면, 컴퓨터 시스템은 비디오 이미지를 처리하여, 비디오 이미지에 나타나는 장애물이 투영된 위치들 중 임의의 위치와 교차되는 위치에 있는지 여부를 결정한 다음, 장애물 위치가 말단의 투영된 위치와 교차된다는 결정이 이루어진다면 추가 경보 신호를 발행하도록 프로그래밍될 수 있다.
도 12는 앞서 개시한 그래픽 큐 기술을 포함하는 시스템의 일 실시예의 일부 컴포넌트들을 보여주는 블록도이다. 이 시스템에 통합된 개별 컴퓨터들 및 프로세서들 전부가 도 12에서 개별적으로 표현되지는 않지만, 도 12에 도시된 모든 각각의 블록은 컴퓨터나 프로세서 또는 2개 또는 그보다 많은 컴퓨터들 및/또는 프로세서들을 포함할 수도 있다고 이해되어야 한다. 이러한 컴퓨터들 및 프로세서들 모두는 버스들 및 네트워크들에 의해 상호 접속될 때 "컴퓨터 시스템"의 일 실시예를 형성하는데, 이 용어는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용이라는 제목의 이 섹션의 마지막 두 번째 단락에 정의된다. 본 명세서에서 개시된 기능들을 수행하기 위한 컴퓨터 시스템은 도 12에서 확인되는 블록도로 부분적으로 표현된 구성 이외의 많은 다른 구성들을 가질 수도 있다.
도 12에 부분적으로 그리고 개략적으로 도시된 시스템은 항공기 상에 장착된 복수의 비디오 카메라들(88)을 포함한다. 각각의 비디오 카메라는 렌즈 어셈블리, 이미지 센서, 인코더 등을 포함할 수도 있다. 비디오 카메라들(88)에 의해 캡처되는 이미지들의 다수의 스트림들은 이미지 결합기(90)에 전송되는데, 이미지 결합기(90)는 이미지들의 다수의 스트림들을 조종석 디스플레이 유닛(86) 상에 디스플레이하기 위한 이미지들의 단일 스트림로 결합한다. 이미지 결합기(90)는 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현될 수도 있다. 결합된 이미지들의 단일 스트림이 컴퓨터, 버스들, 메모리, 프로세서들 등을 포함하는 항공 전자 플랫폼(80) 상에서 실행되는 디스플레이 소프트웨어 애플리케이션(82)으로 전송된다. 항공 전자 플랫폼(80)의 컴퓨터 상에서 실행되는 디스플레이 소프트웨어 애플리케이션(82)은 본 명세서에 개시된 그래픽 큐들이 이미지 결합기(90)에 의해 출력되는 원본 비디오 이미지들 상에 겹쳐지는 최종 이미지들의 스트림을 생성한다. 항공 전자 플랫폼(80)은 각각의 최종 이미지의 그래픽 렌더링을 위한 (비디오 카드와 같은) 수단(84)을 더 포함한다. 그래픽 렌더링 수단(84)은 최종 이미지들을 디스플레이 유닛(86)에 의한 디스플레이를 위해 비디오 신호들로 변환한다. 도 12에 도시된 시스템은 디스플레이 유닛(86) 상에서 최종 이미지들의 스트림의 디스플레이를 활성화하기 위한 파일럿 제어 인터페이스(92)(예를 들어, 버튼, 노브, 가상 버튼들을 이용한 소프트웨어 선택 등)를 더 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "항공 전자 플랫폼"이라는 용어는 많은 서로 다른 형태들을 취할 수 있는 컴퓨터 시스템을 의미한다. 예를 들어, 항공 전자 플랫폼은 (모든 주 조종실 디스플레이들을 구동하는) 항공기의 메인 비행 항공 전자 기기를 실행하는 컴퓨터 또는 전자 비행 가방/태블릿 상에서 실행되는 컴퓨팅/운영 시스템을 포함할 수도 있다. 대안으로, 비디오 이미지들의 다수의 스트림들을 함께 결합하는 하드웨어 또는 소프트웨어가 항공 전자 플랫폼(80)에 상주할 수도 있다.
디스플레이 소프트웨어 애플리케이션(82)은 디스플레이 유닛(86) 상에 디스플레이될 비디오의 각각의 프레임 상에 겹쳐질 모든 그래픽 큐들의 모양, 포지션, 움직임, 크기 등을 계산하는 큐 생성기 모듈을 포함한다. 이러한 계산들은 항공 전자 플랫폼(80)과 모두 통신하는 랜딩 기어/제동 시스템(94), 비행 조종 시스템(96), 항법 시스템(98) 또는 다른 항공기 시스템(100)과 같은 다양한 항공기 시스템들에 통합된 다양한 센서들 또는 다른 데이터 수집 시스템들에 의해 수집된 데이터를 기초로 한다. 예를 들어, 항법 시스템(98)은 컴퓨터, 모션 센서들(예를 들어, 가속도기들) 및 회전 센서들(예를 들어, 자이로스코프들)을 사용하여 추측 항법(dead reckoning)을 통해 항공기의 포지션, 배향, 속력(방향 및 대지 속도) 및 가속도를 계속해서 계산하는 타입일 수도 있다. 추가로, 랜딩 기어/제동 시스템(94)은 프로세서 및 센서들을 사용하여 앞바퀴 조향각을 계속해서 계산하는 타입일 수도 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 디스플레이 소프트웨어 애플리케이션(82)은 다음의 알고리즘들 중 하나 또는 그보다 많은 알고리즘을 수행하기 위한 각각의 소프트웨어 모듈들을 포함한다:
(1) 전진하는 항공기의 컴포넌트(예를 들어, 펼쳐진 또는 폴딩된 윙팁)의 투영된 위치를 나타내는 고정 길이 투영면을 디스플레이하기 위한 알고리즘;
(2) 항법 시스템으로부터의 대지 속도 데이터 및 가속도/감속도 데이터를 기초로 투영면의 길이를 계산한 다음, 전진하는 항공기의 컴포넌트(예를 들어, 펼쳐진 또는 폴딩된 윙팁)의 투영된 위치를 나타내며 계산된 길이를 갖는 동적 길이 투영면을 (틱 마크들과 함께 또는 이들 없이) 디스플레이하기 위한 알고리즘;
(3) 항법 시스템으로부터의 대지 속도 데이터 및 가속도/감속도 데이터를 기초로 정지 표지의 포지션을 계산한 다음, 전진하는 항공기가 멈추었을 때 컴포넌트(예를 들어, 펼쳐진 또는 폴딩된 윙팁)의 투영된 위치를 나타내며 계산된 포지션을 갖는 정지 표지를 디스플레이하기 위한 알고리즘;
(4) 항법 시스템으로부터의 대지 속도 데이터 및 랜딩 기어/제동 시스템으로부터의 앞바퀴 조향각 데이터를 기초로 원호형 밴드의 반경 및 스위프를 계산한 다음, 회전하는 항공기의 컴포넌트(예를 들어, 펼쳐진 또는 폴딩된 윙팁)의 투영된 위치를 나타내며 계산된 반경 및 스위프를 갖는 원호형 밴드를 디스플레이하기 위한 알고리즘;
(5) 전진하고 있거나 회전하고 있는 항공기의 지면 컴포넌트(예를 들어, 메인 랜딩 기어 또는 앞바퀴)의 투영된 트랙을 디스플레이하기 위한 알고리즘; 및
(6) 전진하고 있거나 회전하고 있는 항공기의 지상 컴포넌트(예를 들어, 엔진 나셀)의 중앙선의 투영된 트랙을 디스플레이하기 위한 알고리즘.
앞서 말한 계산들 전부는 그래픽 큐들이 겹쳐질 이미지를 캡처한 비디오 카메라의 위치(포지션 및 배향)에 대해 위치 또는 트랙이 디스플레이되고 있는 항공기 컴포넌트의 알려진 고정된 위치(포지션 및 배향)에 의존한다.
한 구현에 따르면, 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템은: 항공기에 장착되며, 항공기의 말단의 비디오 장면 및 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 생성하기 위한 비디오 카메라; 비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및 컴퓨터 시스템을 포함하며, 이 컴퓨터 시스템은: (a) 항공기의 이동 중 지상 위에서의 말단의 투영된 위치들을 계산하는 동작; (b) 말단의 계산된 투영된 위치들을, 비디오 장면의 기준 프레임에서 말단의 계산된 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐로 변환하는 동작; 및 (c) 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 말단의 이미지에 대해 고정된 공간 관계로 비디오 이미지들 상에 겹쳐지는 그래픽 큐를 디스플레이하게 하는 동작을 수행하도록 프로그래밍된다. 변환하는 동작은 카메라와 말단의 알려진 공간 관계에 적어도 부분적으로 기초한다.
추가 양상에 따르면, 디스플레이 소프트웨어 애플리케이션(82)은 비디오 이미지에서 위협이 되는 다른 항공기, 지상 차량 또는 임의의 다른 장애물을 인식할 수 있는 패턴 인식 소프트웨어 및 인식된 임의의 항공기, 지상 차량 또는 다른 장애물과 자체 항공기의 말단의 투영면 사이의 최소 이격 거리를 계산하기 위한 소프트웨어 모듈을 더 포함할 수도 있다. 이 프로세스는 실시간으로 발생한다. 디스플레이 소프트웨어 애플리케이션(82)은 또한 카메라 생성 이미지들의 분석을 기초로 디스플레이 유닛(86) 상에서 가시적 경보의 디스플레이(또는 가청 경고의 알림)를 활성화하는 경보 신호를 생성한다.
다양한 실시예들과 관련하여 그래픽 충돌 방지 큐들을 디스플레이하기 위한 시스템들이 설명되었지만, 이하 제시되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형들이 이루어질 수 있고 등가물들이 이들의 엘리먼트들로 치환될 수도 있다고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해될 것이다. 추가로, 청구항들의 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서의 교시들을 특정 상황에 맞추도록 많은 변형들이 이루어질 수도 있다.
청구항들에서 사용되는 바와 같이, "컴퓨터 시스템"이라는 용어는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 프로세서를 갖는, 그리고 네트워크 또는 버스를 통해 통신하는 다수의 컴퓨터들 또는 프로세서들을 가질 수도 있는 시스템을 포괄하도록 넓게 해석되어야 한다. 이전 문장에서 사용된 바와 같이, "컴퓨터" 및 "프로세서"라는 용어들은 모두, 처리 유닛(예를 들어, 중앙 처리 유닛)을 갖는 디바이스들 및 처리 유닛에 의해 판독 가능한 프로그램을 저장하기 위한 어떤 형태의 메모리(즉, 컴퓨터 판독 가능 매체)를 의미한다.
이하 제시되는 청구항들은 본 명세서에서 언급된 단계들 또는 동작들이 알파벳 순서로 또는 이들이 언급되는 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 해석되지는 않아야 한다. 이들은 동시에 또는 교대로 수행되는 2개 또는 그보다 많은 단계들의 어떠한 부분들도 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
주: 다음 단락들은 본 발명의 추가 양상들을 설명한다:
A1. 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템은:
항공기에 장착되며, 상기 항공기의 말단의 비디오 장면 및 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 생성하기 위한 비디오 카메라;
비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 상기 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및
컴퓨터 시스템을 포함하며, 이 컴퓨터 시스템은:
(a) 상기 항공기의 이동 중 지상 위에서의 상기 말단의 투영된 위치들을 계산하는 동작;
(b) 상기 말단의 상기 계산된 투영된 위치들을, 상기 비디오 장면의 기준 프레임에서 상기 말단의 상기 계산된 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐로 변환하는 동작; 및
(c) 상기 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 상기 말단의 상기 이미지에 대해 고정된 공간 관계로 상기 비디오 이미지들 상에 겹쳐지는 상기 그래픽 큐를 디스플레이하게 하는 동작을 수행하도록 프로그래밍된다.
A2. 단락 A1에서 언급된 시스템에서, 상기 변환하는 동작은 상기 카메라와 상기 말단의 알려진 공간 관계에 적어도 부분적으로 기초한다.
A3. 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법은:
(a) 항공기의 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 캡처하는 단계;
(b) 항공기의 이동 중 지상 위에서의 말단의 투영된 위치들을 계산하는 단계;
(c) 말단의 상기 계산된 투영된 위치들을, 상기 비디오 장면의 기준 프레임에서 말단의 상기 계산된 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐로 변환하는 단계; 및
(d) 상기 스트림의 비디오 이미지를, 상기 스트림의 상기 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 그래픽 큐와 함께 비디오 디스플레이 유닛 상에 디스플레이하는 단계를 포함하며, 상기 그래픽 큐는 상기 항공기의 이동 중 지상 위에서의 상기 말단의 투영된 위치들을 나타낸다.
A4. 기동하는 항공기와 장애물 사이의 충돌들을 피하기 위한 탑재형 시스템은:
항공기에 장착되며, 상기 항공기의 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 생성하기 위한 비디오 카메라;
비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 상기 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및
컴퓨터 시스템을 포함하며, 이 컴퓨터 시스템은:
(a) 상기 항공기의 이동 중 지상 위에서의 상기 말단의 투영된 위치들을 계산하는 동작;
(b) 상기 말단의 상기 계산된 투영된 위치들을, 상기 비디오 장면의 기준 프레임에서 상기 말단의 상기 계산된 투영된 위치들을 나타내는 그래픽 큐로 변환하는 동작;
(c) 상기 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 상기 말단의 상기 이미지에 대해 고정된 공간 관계로 상기 비디오 이미지들 상에 겹쳐지는 상기 그래픽 큐를 디스플레이하게 하는 동작;
(d) 상기 비디오 이미지에 나타나는 장애물이 상기 투영된 위치들 중 임의의 위치로부터 최소 이격 거리 미만을 갖는 또는 투영된 위치들 중 임의의 위치와 교차되는 위치에 있는지 여부를 결정하도록 상기 비디오 이미지를 처리하는 동작; 및
(e) 동작 (d)에서 장애물 위치가 상기 말단의 투영된 위치로부터 최소 이격 거리 미만이거나 말단의 투영된 위치와 교차된다고 결정이 이루어진다면 경보 신호를 발행하는 동작을 수행하도록 프로그래밍된다.
Claims (20)
- 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템으로서,
항공기에 장착되며, 상기 항공기의 제 1 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 제 1 스트림을 생성하기 위한 제 1 비디오 카메라;
비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 상기 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및
상기 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 제 1 윈도우에서 상기 제 1 스트림의 비디오 이미지를, 상기 제 1 스트림의 상기 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 제 1 그래픽 큐와 함께 디스플레이하게 하도록 프로그래밍된 컴퓨터 시스템을 포함하며,
상기 제 1 그래픽 큐는 상기 항공기의 이동 중 지상 위에서의 상기 제 1 말단의 투영된 위치들을 나타내는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 말단은 윙팁(wingtip)인,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 말단은 폴딩된 윙팁을 갖는 날개의 말단부인,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 그래픽 큐는 원호형 밴드를 포함하고,
상기 컴퓨터 시스템은 센서 데이터를 기초로 상기 원호형 밴드의 반경 및 후퇴각(sweep angle)을 계산하도록 프로그래밍되는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 센서 데이터는 항공기 대지 속도 및 앞바퀴 조향각을 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 그래픽 큐는 투영면을 포함하고, 상기 컴퓨터 시스템은 센서 데이터를 기초로 상기 투영면의 길이를 계산하도록 추가로 프로그래밍되는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 센서 데이터는 항공기 대지 속도를 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 그래픽 큐는 상기 투영면을 따라 간격들로 이격된 틱 마크들을 더 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 센서 데이터는 항공기 가속도/감속도를 더 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 그래픽 큐는 정지 표지를 더 포함하고,
상기 컴퓨터 시스템은 항공기 대지 속도 및 가속도/감속도를 기초로 상기 정지 표지의 포지션을 계산하도록 추가로 프로그래밍되는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
항공기에 장착되며, 상기 항공기의 제 2 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 제 2 스트림을 생성하기 위한 제 2 비디오 카메라를 더 포함하며,
상기 컴퓨터 시스템은 상기 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 상기 제 2 윈도우에서 상기 제 2 스트림의 비디오 이미지를, 상기 제 2 스트림의 상기 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 제 2 그래픽 큐와 함께 디스플레이하게 하도록 추가로 프로그래밍되는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 그래픽 큐는 제 1 투영면을 포함하고,
상기 제 2 그래픽 큐는 제 2 투영면을 포함하며,
상기 제 2 투영면은 상기 제 1 투영면의 거울상인,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 그래픽 큐는 제 1 반경을 갖는 제 1 원호형 밴드를 포함하고,
상기 제 2 그래픽 큐는 상기 제 1 반경보다 더 큰 제 2 반경을 갖는 제 2 원호형 밴드를 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 시스템. - 항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법으로서,
항공기의 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 캡처하는 단계; 및
상기 스트림의 비디오 이미지를, 상기 스트림의 상기 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 그래픽 큐와 함께 비디오 디스플레이 유닛 상에 디스플레이하는 단계를 포함하며,
상기 그래픽 큐는 상기 항공기의 이동 중 지상 위에서의 상기 말단의 투영된 위치들을 나타내는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 말단은 윙팁 또는 폴딩된 윙팁을 갖는 날개의 말단부인,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법. - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 그래픽 큐는 원호형 밴드를 포함하며,
상기 방법은 센서 데이터를 기초로 상기 원호형 밴드의 반경 및 후퇴각을 계산하는 단계를 더 포함하고,
상기 센서 데이터는 항공기 대지 속도 및 앞바퀴 조향각을 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법. - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 그래픽 큐는 투영면을 포함하며,
상기 방법은 센서 데이터를 기초로 상기 투영면의 길이를 계산하는 단계를 더 포함하고,
상기 센서 데이터는 항공기 대지 속도를 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 그래픽 큐는 상기 투영면을 따라 간격들로 이격된 틱 마크들을 더 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 센서 데이터는 항공기 가속도/감속도를 더 포함하고,
상기 그래픽 큐는 정지 표지를 더 포함하며,
상기 방법은 항공기 대지 속도 및 가속도/감속도를 기초로 상기 정지 표지의 포지션을 계산하는 단계를 더 포함하는,
항공기의 지상 기동을 지원하기 위한 방법. - 기동하는 항공기와 장애물 사이의 충돌들을 피하기 위한 탑재형 시스템으로서,
항공기에 장착되며, 상기 항공기의 말단의 변화하는 비디오 장면 및 고정된 이미지를 포함하는 비디오 이미지들의 스트림을 생성하기 위한 비디오 카메라;
비디오 이미지들을 디스플레이할 수 있는, 상기 항공기의 조종실 상의 비디오 디스플레이 유닛; 및
컴퓨터 시스템을 포함하며,
상기 컴퓨터 시스템은:
(a) 상기 비디오 디스플레이 유닛으로 하여금 상기 스트림의 비디오 이미지를, 상기 스트림의 상기 비디오 이미지 상에 겹쳐지는 그래픽 큐와 함께 디스플레이하게 하는 동작 ― 상기 그래픽 큐는 상기 항공기의 이동 중 지상 위에서의 상기 말단의 투영된 위치들을 나타냄 ―;
(b) 상기 비디오 이미지에 나타나는 장애물이 상기 투영된 위치들 중 임의의 위치로부터 최소 이격 거리 미만을 갖는 또는 투영된 위치들 중 임의의 위치와 교차되는 위치에 있는지 여부를 결정하도록 상기 비디오 이미지를 처리하는 동작; 및
(c) 동작 (b)에서 장애물 위치가 상기 말단의 투영된 위치로부터 최소 이격 거리 미만이거나 상기 말단의 투영된 위치와 교차된다고 결정이 이루어진다면 경보 신호를 발행하는 동작을 수행하도록 프로그래밍되는,
기동하는 항공기와 장애물 사이의 충돌들을 피하기 위한 탑재형 시스템.
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