JP2000512017A - 輸送手段の一定ゾーン側方回避のための自動操縦案内方法 - Google Patents
輸送手段の一定ゾーン側方回避のための自動操縦案内方法Info
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Abstract
(57)【要約】
ある一定ゾーン(10)を側方回避するために、本発明による方法は、航空路逸脱・復帰部分および輪郭(11)の部分(A2−A3、B2−B3)とによって形成された、左側(B1−B4)と右側(A1−A4)の二つの回避航空路と得るように、避けるべきゾーン(10)の輪郭を凸多角形(11)によってモデル化すること、モデル化されたゾーン(11)に関して計画航空路(2)を位置決定すること、計画航空路(2)からの逸脱およびこれへの復帰のための航空路の左側部分と右側部分(A1−A2、B1−B2、A3−A4、B3−B4)とを計算すること、前記の計画航空路と所定の角(α)を形成して、輪郭(11)のコーナー点(A2、B2、A3、B3)と出会うこと、および二つの回避航空路(A1−A4)の一つを選択することをこの順序で含む。
Description
【発明の詳細な説明】
輸送手段の一定ゾーン側方回避のための自動操縦案内方法
本発明は、一定ゾーン、例えば横断禁止ゾーンの側方回避を可能にする輸送手
段の自動操縦案内方法に関する。
本発明は、侵入が禁止されており、迂回しなければならない所定の輪郭の一定
ゾーンを横切る初期計画航空路を有する重航空機の自動操縦案内に特に、ただし
独占的ではないが適用される。
このような状況は、例えば、飛行中にパイロットがその航空路に存在するある
ゾーンの上空の飛行を禁止するメッセージを受信するときに発生する。このよう
な場合は、特に軍事ゾーンまたは国の領土などの空域ゾーンの上を飛ぶことが禁
止されているときに発生する。
このような情報は、例えば、ディジタル・データ伝送装置、例えばデータリン
クを使用して重航空機によって受信され、地上局によって送信されている。回避
すべきゾーンの輪郭は機に搭載されている記録資料の中に現れているか、または
地上局によって伝送される。
現在、このゾーンの視界の範囲内で回避を実施することによってこの問題を人
力で取り扱うことは、パイロットの義務であり、これらの操作は、かなり多くの
パラメータ、特に横断する空域内で有効な法制、重航空機の性能、およびタンク
内の燃料量を考慮しなければならない。さらに、パイロットがこのような情報を
禁止ゾーンに入る前の非常に短い時間に受信することもあり、多くの場合にこの
時間は、最良の回避飛しょう経路を決定するために必要なパラメータすべてをパ
イロットが考慮可能にするには不十分である。
本発明の目的は、これらの欠点を排除することである。本発明はまた、追従す
べき新しい航空路を決定し、同時に移動すべき距離をできるだけ短くすることも
目的とする。この目的のために、本発明は、輸送手段の一定ゾーン側方回避のた
めの自動操縦案内方法を提案する。
本発明による方法は、
− 避けるべきゾーンの輪郭を線分の連続によって近接させることにより、こ
のゾーンの輪郭を凸多角形によってモデル化し、凹所点と過度に短い線分を排除
するステップと、
− モデル化されたゾーンに関して計画航空路を位置づけるステップと、
− 航空路逸脱・復帰部分と、航空路左側逸脱・復帰遷移部分と航空路右側逸
脱・復帰遷移部分とをそれぞれ連結するモデル化された輪郭部分とによって形成
された、左側と右側の二つの回避航空路を得るように、計画航空路からの逸脱お
よびこれへの復帰のための航空路の左側部分と右側部分とを計算し、前記の計画
航空路と所定の角を形成し、計画航空路に最も近い多角形のコーナー点と出会う
ステップと、
− 所定の判断基準の関数として、左側と右側の二つの回避航空路の一つを選
択するステップと、
を連続して含む。
この準備のおかげで、パイロットは、禁止ゾーンを回避する目的で飛行計画と
重航空機の操縦案内を変更するという仕事から完全に
開放される。さらにまた、新しい航空路は、移動すべき距離をできるだけ短くす
ることにより最適化されている。
本発明はまた、凸多角形によってモデル化された禁止ゾーンを迂回するため、
すなわち変更機首方位点上空の強制的飛行と旋回の内側ゾーンに入ることの禁止
とを伴う、機首方位を変更させるための最適化された方法に関する。
現在、これらの機首方位の変更は、所定の旋回半径を伴って、例えば一定の横
揺れ角を維持するように重航空機の速度に応じた旋回半径を伴って行われている
。したがって、所定の旋回半径に応ずるためには、通過点の上を飛んだ瞬間に旋
回を開始する必要があり、この場合には重航空機は、通過点の上を飛んだ後には
計画旋回の外側にあり、次いで最初に計画された航空路に追いつくようにした飛
しょう経路に追従する必要がある。
図4に示すように、機首方位ΔΨの変更中に、通過点の上を飛んだ瞬間に、重
航空機は計画航空路R1、R2からかなり外れ、通過点から比較的長い距離dに
もなり、この長い距離が、一方では飛しょう経路の比較的大きな延長をもたらし
、他方では監視と航空管制(可変側幅限界とのコンプライアンス)に関連して望
ましくないことは明らかである。
これらの欠点を排除するために、本発明による操縦案内方法は、回避すべきゾ
ーンの凸状多角形輪郭の各コーナー点において、前記コーナー点を通過する機首
方位飛しょう経路の湾曲変化の計算と、輸送手段による追従とを含み、輸送手段
の旋回中心は、コーナー点において出会う二つの直線航空路部分によって形成さ
れる角の内部二等分線上にある。
このような機首方位飛しょう経路の変化は、図4に示す従来の技術の飛しょう
経路と比較して、多くの利点を提供する。これは、数十秒(90度の旋回につい
て35秒すなわち4.5海里まで)を節約可能にするからである。これは直線航
空路部分によって定義される計画航空路からの偏向はより小さく(従来の遷移飛
しょう経路によって受ける偏向の30%減)、これは監視と航空管制に関して著
しい利点である。これはまた、航空路線分が短い場合に、十字交差してつながる
連続旋回において最高に達するという危険性は少ない。
さらに、この機首方位飛しょう経路の変化を、旋回の内部に位置する二つの航
空路部分に対する接線曲線からなる従来の飛しょうっ路と比較した場合、本発明
による飛しょう経路は従来の飛しょう経路よりも、航空路部分からの偏向は小さ
いことが観察される。
本発明による方法が、第一航空路部分と機首方位飛しょう経路の変化との間、
および後者と第二航空路部分との間に、それぞれ存在する湾曲してつながる飛し
ょう路の二つの部分の計算と追従とを含み、つながる飛しょう経路のこれら二つ
の部分が、機首方位飛しょう経路の変化の湾曲半径と同じ湾曲半径を有し、それ
ぞれ後者と二つの航空路部分との接線であることは有利である。
本発明による方法の一実施形態を、添付の図面を参照して限定されない例によ
って以下に説明する。添付の図面は次の通りである。
図1は、本発明による回避方法の実施を可能にする重航空機に搭載された電子
設備の線図である。
図2は、回避方法の実施するために行うアルゴリズムのブロック線図である。
図3は、回避方法を図示するように、重航空機の航空路上に位置する飛行禁止
ゾーンを示す図である。
図4は、従来の技術による二つの航空路線分の間の遷移飛しょう 経路を示す
線図である。
図5は、本発明による操縦案内方法によって計算された機首方位を変化した飛
しょう経路を示す図である。
図6は、接する二つの機首方位変化の場合の最適化された遷移飛しょう経路を
示す図である。
図1に示すように、本発明による回避方法は、特に重航空機に搭載されたコン
ピュータ4によって実行されるために設計されており、コンピュータ4は、「航
空機バス」と呼ばれるデータ伝送バス5によって、自動操縦装置14と航行計器
16とを含む航行機器と、例えばデータリンクであるデータ伝送装置15と、さ
らにコックピットに据え付けられた表示画面7やラウドスピーカ8などの制御要
素および信号要素を含む人間/機械インタフェース装置(MMI)6にも結合さ
れている。
公知の様式で、自動操縦装置14は、出発地点と目的地点との間の一連の直線
線分と、線分を互いに連結することを可能にする遷移飛しょう経路とからなる、
重航空機の計画飛しょう経路を記録するメモリを備えている。
データ伝送装置15は、例えば名称によって示されている空域ゾーンの飛行が
瞬間的に禁止されることを示す情報を受信することができる。さらにまた、コン
ピュータ4は例えば地理航行データベース9に結合され、このデータベースには
特に重航空機が通常上空飛行する領域の空域ゾーンの輪郭が記憶されている。ま
た、人間−機
械インタフェース6を使用して、重航空機のパイロット自身が禁止ゾーンの輪郭
を入力することも可能である。
図2に示すアルゴリズムは、重航空機に搭載されたコンピュータ4によって実
行される。これは、データ伝送装置15によって、また人間−機械インタフェー
ス6を使用するパイロットによって供給されたデータを取得することから始まる
(ステップ21)。
空域ゾーンの横断禁止に関する情報が受信されると、コンピュータ4は、禁止
ゾーンに関して計画された飛行計画によって定められた航空路を突きとめる。こ
れを行うために、受信された情報にゾーンの輪郭の定義が補足されないときには
、コンピュータ4は、そのデータベース9におけるこの情報を探索し、例えば自
動操縦装置14の中に記憶された計画された飛行計画の定義にアクセスする(ス
テップ22)。
重航空機が禁止ゾーンに入ろうとしていない場合には、データ伝送装置15と
MMI6とによって供給される情報の解析は、アルゴリズムの開始ステップ20
に戻すことにより続けられる。逆の場合には、ステップ23で、コンピュータ4
は、重航空機1が航行しようとする航空路2が禁止ゾーン10を横切ることをパ
イロットに警告するように、表示装置7用に向けられるメッセージを送る(図3
)。この情報を、禁止ゾーンおよび多分その特性の表示が上にかぶっている上空
飛行領域のマップを画面7に表示することによって、補足することができる。
次にコンピュータは、禁止ゾーン10の輪郭をモデル化することから始まる回
避飛しょう経路の計算(ステップ24)を始動する。このモデル化は、完全な凸
形多角形11を得るように、ゾーン10
の輪郭を多角形になぞらえること、次に多角形の凹部コーナーと過度に短い側部
を除去することである。
次に、禁止ゾーン10を避けるように、計画航空路から出るために航空路の左
側B1−B2部分と右側A1−A2部分を決定することが必要になる。この目的
のために、コンピュータ4は、ゾーン10のモデル化された輪郭に関して計画航
空路2を位置付ける。これらの航空路部分は、上空飛行する領域において有効な
法制に応じて、45度あるいは30度の所定の角度αだけ計画航空路2から逸れ
、計画航空路2の多角形11への入口点Zのいずれかの側で、計画航空路2に最
も近い多角形11の点B2、A2にそれぞれ出会う。
しかしながら、重航空機1の位置が禁止ゾーン10に近すぎるときには、航空
路逸脱部分を決定することは不可能であることが明らかになろう。この状況は、
ゾーンの回避を可能にする初期航空路からの逸出角が所定の角度αよりも大きい
ときに発生する。この場合が発生すると、コンピュータ4は、「自動回避不可能
」の表示が起動されるステップ29で始まるアルゴリズムを実行する。
逆の場合には、次いでコンピュータ4は、計画航空路2に復帰するために航空
路の左側B3−B4部分と右側A3−A4部分とを決定する。これらの航空路部
分は角度αで計画航空路に出会い、計画航空路2の多角形11からの逸脱点Z’
のいずれかの側で、計画航空路2に最も近い点B3とA3において、それぞれ多
角形11に結合される。
禁止ゾーン10を回避するため、右側A1−A4航空路と左側B1−B4航空
路とを完全に決定するには、次に、右側A1−A2航空路逸脱部分と左側B1−
B2航空路逸脱部分とを、点A2とA3
および点B2とB3をそれぞれ連結する多角形11の輪郭部分A2−A3、B2
−B3とを介して、それぞれ右側A3−A4航空路復帰部分と左側B3−B4航
空路復帰部分とに結合することで十分である。
右側A1航空路逸脱点と左側B1航空路逸脱点は計画航空路への右側A4航空
路復帰点と左側B4航空路復帰点と同様に異なる可能性があるから、同じ目標点
を有する回避航空路を再構築することが重要である。こうして、図3におけるよ
うにA1がB1よりもゾーンに近い場合には、線分B1−A1を右側飛しょう経
路A1−A2−A3−A4に加える。同様に、復帰点B4がA4よりもゾーンに
近い場合には、線分B4−A4を左側飛しょう経路B1−B2−B3−B4に加
える。
次に、こうして決定された二つの回避航空路、すなわち右側A1−A4と左側
B1−B4の一つを選択する必要がある。これを実施するために、コンピュータ
4は、短い方を選択するために、二つの新しい航空路B1−A1−A2−A3−
A4、B1−B2−B3−B4−A4の各々の長さを計算して、これら二つの新
しい航空路が同じ長さである場合には、ゾーン10の風上にある方を選択する。
選択された回避航空路は、自動操縦装置14によって供給された初期飛行計画
の偏向を可能にし、これを、パイロットの確認のために要求に応じて画面7上に
表示することができる。
ステップ25において、コンピュータ4は、選択された回避航空路A1−A4
を含むパイロットによる新しい飛行計画の確認を、最初に計画された航空路2か
らの逸脱点A1を通過するまで待つ(ステップ26)。待っている間に、コンピ
ュータ4は、重航空機1の
現在位置を考慮して、この逸脱点A1の距離値を計算し、表示し、この値は周期
的に更新される(ステップ27)。
この待ち時間中に、パイロットが新しい飛行計画を確認した場合には、最初に
計画された飛行計画2の代わりに、この新しい飛行計画が自動操縦装置14に送
られ、それからこの新しい飛行計画が活動化される(ステップ28)。この新し
い飛行計画によって、飛行計画管理と側方モード自動操縦システムが機能する場
合に、ゾーンの自動回避ができる。
逸脱点A1を交差する前にパイロットが新しい飛行計画を確認しなかった場合
には、ステップ29で、コンピュータ4はパイロットにメッセージを送って、こ
の逸脱点を通過しなかったこと、およびゾーンの回避は現在不可能であることを
示す。次にステップ30でコンピュータ4は、重航空機1の現在位置と多角形1
2によって画定された禁止ゾーンへの入口点Zと間の距離を計算する。重航空機
1が点Zに到達していない限り、この距離は周期的更新とともに表示される(ス
テップ31)。この点Zを交差した後に、コンピュータ4はパイロットに、重航
空機1が禁止ゾーンにあることを信号で知らせる警報メッセージを送る(ステッ
プ32)。次にコンピュータ4は、禁止ゾーン10からの逸脱点Z’の位置と重
航空機1の現在位置と速度とを考慮して、禁止ゾーン10を通過するのを待ち(
ステップ33)、その後に警報メッセージを消去して、データを取得するために
ステップ18に戻る。
新しい飛行計画を自動操縦装置に送る前に、ただしパイロットは確認した後に
、ステップ28においてコンピュータ4は、この新しい飛行計画の追従を可能に
する飛しょう経路、詳しくは飛行計画の
一航空路線分から他の航空路線分へ移ることを可能にする遷移飛しょう経路を計
算する。
多角形ゾーン11の輪郭から外れているA1やA4などの機首方位変化点にお
ける遷移は、連結すべき二つの航空路線分に接する所定の半径の円を決定するこ
とによって、旋回の内部から従来の方法で実施される。
凸状多角形ゾーン11の輪郭に属する機首方位変化点が存在するときには、旋
回の内部から機首方位の変化を行うことは、これは禁止ゾーン10に入ることを
必要とするので不可能である。したがって、コンピュータ4は本発明によれば、
旋回の外側を通って旋回点を通過する飛しょう経路を計算する。
図5に示すように、点Aに連結された二つの航空路部分を示し、角度θを形成
し、角度ΔΨによる機首方位の変化を必要とし、コンピュータ4は点Aを通過す
る湾曲飛しょう経路17を計算し、この飛しょう経路の旋回中心Oは角度θの内
部二等分線3上にあって、点Aから距離Rの位置にある。この距離Rは湾曲飛し
ょう経路17の旋回半径に相当し、この旋回半径は、所定の横揺れ角で旋回すべ
き重航空機1の速度の関数として決定される。
次に、航空路区分R1、R2に沿った直線飛しょう経路と湾曲飛しょう経路1
7との間のリンク飛しょう経路区分18、19を決定することが必要である。区
分R1と湾曲飛しょう経路17との連結を可能にするリンク飛しょう経路18は
、同じ旋回半径Rを有する湾曲飛しょう経路の一部からなり、T1において航空
路区分R1に接し、T2において湾曲飛しょう経路17に接している。同様に、
リンク飛しょう経路19は、旋回半径Rを有する湾曲飛しょう経路
の一部であり、T3において湾曲飛しょう経路17に接し、T4において航空路
区分R2に接している。
点T2、T3は、湾曲飛しょう経路17と区分dの中間垂線との交点であり、
これら二つの区分dはそれぞれ、旋回中心Oを通過する航空路区分R1、R2に
垂直な直線と、区分R1、R2および湾曲飛しょう経路17との交点I1、I2
、I3、I4によって画定されていることに注目すべきである。
図6においても、近接離間した二つの機首方位変化点A、Bがあるときに、本
発明による方法が完全に適していることを観察することができる。この図は、点
A、Bによって連結され、AおよびBにおいて角度θおよびθ’を形成する三つ
の航空路区分R1、R2、R3を示している。これら二回の機首方位変化を行う
ために、二つの湾曲飛しょう経路17、17’を計算するが、これらの飛しょう
経路はそれぞれA、Bを通過し、旋回中心O、O’と旋回半径Rとを有し、これ
ら二つの湾曲飛しょう経路は、点T1、T4’において二つのリンク飛しょう経
路18、19’を介してそれぞれ航空路区分R1、R3に出会う。
図6の例では、湾曲飛しょう経路17、17’を、短すぎる航空路区分R2に
連結することは不可能である。この場合には、二つの飛しょう経路17、17’
を、点T5、T5’においてこれらの飛しょう経路に接するリンク飛しょう経路
20によって連結することで十分である。
図4の飛しょう経路を図5と図6との飛しょう経路と比較した場合、後者の飛
しょう経路のほうが、計画航空路R1−R2からの逸れはずっと小さく、はるか
に速く計画航空路に出会い、したがって
、より効果的な監視と航空管制ができるようにする。
こうして、従来の点上空飛行による迂回の場合における逸れ(図4)はR(1
−cosΔΨ)に等しい。本発明が提案する解決策では、この逸れはたったR(
1−cosΔΨ/2)であり、すなわちΔΨが90度においては約1/3となる
。
さらに、図6による短い航空路区分R2の場合に、われわれは計画航空路の近
くに残っている。逆に図4の場合には、次の航空路区分R3に出会うことが困難
になることは明らかである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.初期計画航空路から始まり、輸送手段(1)の位置と現在速度および一定ゾ ーン(10)の輪郭に基づいて、この一定ゾーン(10)を側方回避するための 輸送手段(1)の操縦案内であって、 避けるべきゾーン(10)の輪郭を線分の連続によって近接させることにより 、このゾーンの輪郭を凸多角形(11)によってモデル化し、凹所点と過度に短 い線分を排除するステップと、 モデル化されたゾーン(11)に関して計画航空路(2)を位置づけるステッ プと、 航空路逸脱(A1−A2、B1−B2)・復帰(A3−A4、B3−B4)部 分と、航空路左側逸脱・復帰部分と航空路右側逸脱・復帰部分(A1−A2、B 1−B2、A3−A4、B3−B4)とをそれぞれ連結するモデル化された輪郭 (11)の部分(A2−A3、B2−B3)とによって形成された、左側(B1 −B4)と右側(A1−A4)の二つの回避航空路を得るように、計画航空路( 2)からの逸脱およびこれへの復帰のための航空路の左側部分と右側部分(A1 −A2、B1−B2、A3−A4、B3−B4)とを計算し、前記の計画航空路 と所定の角(α)を形成し、多角形輪郭(11)のコーナー点(A2、B2、A 3、B3)と出会うステップと、 所定の判断基準の関数として、左側(B1−B4)と右側(A1−A4)の二 つの回避航空路の一つを選択するステップと、 を連続して含むことを特徴とする方法。 2.左側と右側の航空路逸脱・復帰部分(A1−A2、B1−B2 、A3−A4、B3−B4)が、計画航空路(2)を多角形輪郭(11)のコー ナー点(A2、B2、A3、B3)にそれぞれ連結し、これらのコーナー点は計 画航空路のいずれの側にも位置し、また計画航空路(2)と多角形輪郭(11) との交点(Z、Z’)に最も近いことを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の 方法。 3.得られる二つの回避航空路が同じ目標点を有するように、初期航空路(2) の区分(B1−A1、B4−A4)を右側回避航空路(A1−A4)と左側回避 航空路(B1−B4)の二つの回避航空路に加えること、得られた左側(B1− B4−A4)と右側(B1−A1−A4)の回避航空路の長さを計算すること、 および比較して、より短い回避航空路(A1−A4)が選ばれることをさらに含 むことを特徴とする、 請求の範囲第1項または第2項に記載の方法。 4.禁止ゾーン(10)を横切る計画航空路(2)の区分を探索し、禁止ゾーン への計画入口点(Z)を計算する事前ステップを含み、輸送手段の速度を考慮し て、輸送手段(1)が計画入口点(Z)から十分に遠い位置にある場合には、回 避航空路の計算が実施されることを特徴とする、 前記の請求の範囲のいずれか一項に記載の方法。 5.輸送手段(1)の現在位置と、初期航空路(2)から選択された回避航空路 (A1−A4)への逸脱点(A1)との間の、距離の計算と表示(27)をさら に周期的に含み、選択された回避航空路を含む新しい航空路の活動化(28)は 、この新しい航空路が確認された場合に実施されることを特徴とする、 前記の請求の範囲のいずれか一項に記載の方法。 6.新しい航空路が確認されることなく逸脱点(A1)を通過した場合には、輸 送手段(1)の現在位置と回避すべきゾーン(10)との間の距離の計算および 表示(31)を、また輸送手段(1)が回避すべきゾーン(10)の中に入った ときには、警告メッセージの表示(32)を定期的に含むことを特徴とする、 前記の請求の範囲のいずれか一項に記載の方法。 7.選択された回避航空路の上に位置する回避すべきゾーンの多角形輪郭の各コ ーナー点において、前記コーナー点(A)を通過する機首方位飛しょう経路湾曲 変化(17)の計算と、輸送手段(1)による追従とを含み、輸送手段の旋回中 心(O)は、コーナー点(A)において出会う二つの直線航空路部分(R1、R 2)によって形成される角(θ)の内部二等分線(3)上にあることを特徴とす る、 前記の請求の範囲のいずれか一項に記載の方法。 8.第一航空路部分(R1)と機首方位飛しょう経路変化(17)との間、およ び後者と第二航空路部分(R2)との間に、それぞれ存在する湾曲してつながる 飛しょう経路の二つの部分(18、19)の計算と追従とをさらに含み、リンク する飛しょう経路のこれら二つの部分(18、19)が、機首方位飛しょう経路 変化(17)の旋回半径と同じ旋回半径(R)を有し、それぞれ後者と二つの航 空路部分(R1、R2)との接線であることを特徴とする、請求の範囲第7項に 記載の方法。 9.二つの機首方位変化(A、B)が近接して離間している場合に、二つの機首 方位飛しょう経路湾曲変化(17、17’)に接する直線リンク飛しょう経路( 20)によって機首方位飛しょう経路第 一変化(17)に連結された機首方位飛しょう経路第二湾曲変化(17’)の、 計算と追従とをさらに含むことを特徴とする、 請求の範囲第7項または第8項に記載の方法。 10.輸送手段(1)の所定の横揺れ角に従うように、旋回半径(R)を輸送手 段(1)の速度の関数として計算することを特徴とする、 請求の範囲第7項から第9項までのいずれか一項に記載の方法。
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