航空機の脅威回避システム及び方法
【発明の詳細な説明】
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、いつくかの中間点と、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、それぞ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が理想的である。地勢の性質は相互視程の影響を及ぼす。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。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Brovo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の有する。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3C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は様々に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3A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200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、新たに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4A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での距離は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TGT1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、処理を継続する（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。
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、いつくかの中間点と、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、それぞ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が理想的である。地勢の性質は相互視程の影響を及ぼす。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。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Brovo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の有する。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3C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は様々に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3A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200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、新たに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4A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での距離は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TGT1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、処理を継続する（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。
【特許請求の範囲】
【請求項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、ルート変更の出発点を計算し、選択ルートの中の出発点より先の次の中間点を確定し、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ことによって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。
【請求項２】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。
【請求項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、ルート変更の出発点を計算し、選択ルートの中の出発点より先の次の中間点を確定し、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ことによって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。
【請求項２】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。
【第２図】
【第１図】
【第３Ｃ図】
【第４Ａ図】
【第３Ａ図】
【第３Ｂ図】
【第４Ｂ図】
【第１図】
【第３Ｃ図】
【第４Ａ図】
【第３Ａ図】
【第３Ｂ図】
【第４Ｂ図】
【特許番号】特許第３４４２７８６号（Ｐ３４４２７８６）
【登録日】平成１５年６月２０日（２００３．６．２０）
【発行日】平成１５年９月２日（２００３．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平７−５１９２２５
【出願日】平成７年１月１７日（１９９５．１．１７）
【公表番号】特表平９−５０７７１４
【公表日】平成９年８月５日（１９９７．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ９５／００７４３
【国際公開番号】ＷＯ９５／０１９５４７
【国際公開日】平成７年７月２０日（１９９５．７．２０）
【審査請求日】平成１４年１月１１日（２００２．１．１１）
【出願人】（９９９９９９９９９）ハネウエル・インコーポレーテッド
【参考文献】
【文献】特開 平３−９２１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】Ｔｉｌａｋ Ｂ．ｄｉｓｓａｎａｙａｋｅ，ＲＥＡＬ−ＴＩＭＥ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＯＦ ＳＴＲＡＴＥＧＩＣ ＰＥＮＥＴＲＡＴＯＲ ＭＩＳＳＩＯＮＳ，ＩＥＥＥ １９８４ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ＮＡＥＣＯＮ １９８４，米国，１９８４年 ５月２１日，ｖｏｌｕｍｅ ２，１３０８−１３１２
【登録日】平成１５年６月２０日（２００３．６．２０）
【発行日】平成１５年９月２日（２００３．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成７年１月１７日（１９９５．１．１７）
【公表番号】特表平９−５０７７１４
【公表日】平成９年８月５日（１９９７．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ９５／００７４３
【国際公開番号】ＷＯ９５／０１９５４７
【国際公開日】平成７年７月２０日（１９９５．７．２０）
【審査請求日】平成１４年１月１１日（２００２．１．１１）
【出願人】（９９９９９９９９９）ハネウエル・インコーポレーテッド
【参考文献】
【文献】特開 平３−９２１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】Ｔｉｌａｋ Ｂ．ｄｉｓｓａｎａｙａｋｅ，ＲＥＡＬ−ＴＩＭＥ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＯＦ ＳＴＲＡＴＥＧＩＣ ＰＥＮＥＴＲＡＴＯＲ ＭＩＳＳＩＯＮＳ，ＩＥＥＥ １９８４ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ＮＡＥＣＯＮ １９８４，米国，１９８４年 ５月２１日，ｖｏｌｕｍｅ ２，１３０８−１３１２
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