JPH039211A - 航空機用航法装置および航空機の航法を支援する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、全体として、航空機およびそれに類似の乗物
に用いられる航法装置に関するものであり、更に詳しく
いえば、敵地上空を飛行する航空機に有用である航法装
置に関するものである。本発明の航法装置は、操縦士が
任務の他の面によシ多くの注意を向けることができるよ
うにするやシ方で、非有効的な活動からの危険を減少さ
せるために必要なデータを操縦士に供給するためにとく
に構成されている。

〔従来の技術〕

敵地上空での任務を与えられた航空機においては、フラ
イトデツキに対する諸要求はますます厳しくなっている
。フライトデツキは、任意の目的を遂行する間に位置パ
ラメータと飛行パラメータをモニタしなければならない
。任意の目的には、対空兵器によシ守備されている空域
内に侵入することを含むことがある。

航空機の位置は慣性航法装置によシ典型的にモニタされ
る。較正の後では、目的は慣性航法装置に航空機、６現
在位置の地球座標（すなわち、緯度パラメータと経度パ
ラメータ）を供給させることである。慣性航法装置にお
いては、指定されている現在の位置を実際の位置から、
時間とともに大きくなる量だけずらせることがある小さ
い系統誤差が通常存在する。それらの誤差をなくす之め
に、航空機が上空を飛行する既知の場所の座標を用いて
、慣性航法装置によシ指定されている位置に修正を施す
。

最近、場所の格子（緯度と経度）の関数としてデジタル
化された地形高度を付した、地球の種々の部分の地図が
利用できるようになってきた。それらのデジタル化され
念網目高度地図を利用できることＫより、航空機から地
形までの距離の測定値を基にして、デジタル化された地
図上の格子上における航空機の位置を相関できる装置を
得られることになった。それらの位置決定装置は一般に
カルマンフィルタを利用している。次とえば、シタン（
５ＩＴＡＮ）（Ｓａｎｄｉａ　Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｔｅ
ｒｒａｉｎ−人１ｄｅｄ　Ｎａｖｔｇａｔｉｏｎ　）装
置が、１９７８年８月７〜９日に開かれたニーアイニー
ニー噂ガイダンス・アンド・コントロールｅコンファレ
ンス（ＡＩＡＡ　Ｇｕｉｄａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　）において発表された
エル・デイ−・ホステラトラ−（Ｌ＊Ｄ−Ｈｏｓｔｅｔ
ｌｅｒ）　　の論文「オプテイマル・テレイン−エイデ
ツド・ナビゲーション・システムズ　（Ｏｐｔｉｍａｌ
　Ｔｅｒｒａｉｎ−Ａｉｄｅｄ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ
　　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ｊ　　と、アイイーイーイー・ト
ランス・オン・オートマチック−コントＣＩ　−／Ｉ／
　（ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ、　ｏｎ　Ａｕｔｏｍａｔ
ｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）　、Ｖｏｌ、　ＡＣ−２８、Ａ
３．１９８３年３月号、３１５〜３２３ページ所載のエ
ル・デイ−・ホステラトラ−およびアール・デイー拳ア
ンドレアス（Ｒ，Ｄ・Ａｎｄｒｅａｓ　）　　による論
文「ノンリニヤ・カルマン・フィルタリング・テクニッ
クス・フォー・テレイン−エイデツド番ナビゲーション
（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｋａｌｍａｎ　Ｆｉｌｔｅｒｉ
ｎｇ　　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　　ｆｏｒ　　Ｔｅｒｒ
ａｉｎ−ＡｉｄｅｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎ　）　Ｊ　　
と、ＩＥｇＥ　、１９８５、所載のジエ一番アール・７
エラーホツ７　（Ｊ、　ｎ、　ｐｅｌｌｅｒｈｏｆｆ　
）による「シタン舎インプリメンテーション・インφザ
・セイント・システム（５ＩＴＡＮ　　Ｉｍｐｌｅｍｅ
ｎｔａｔｉｏｎ　　ｉｎ　ｔｈｅ　５ａｉｎｔＳ）’Ｓ
ｔｅｍ）Ｊ、（ＣＨ２３６５−５／８６１００００−ｏ
ｏｓ９）と、１９８５年５月２０〜２４日に開かれたア
イイーイーイー・ナショナル・エアロスペースφアンド
・エレクトロニクス・コンファレンス（ＩＥＪＥＥ　Ｎ
ａｔｉｏｎａｌ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　ａｎｄＥｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　）の会議録に
収載されているディー−デイ−・プーザー（Ｄ、Ｄ。

Ｂｏｏｚｅｒ　）、エムーケー・ラウ（Ｍ、　Ｋ、　Ｌ
ａｕ）、ジエー・アール・７エラーホツフによる論文「
ザ・ニーエフティーアイ／エフ１６・テレイン−エイテ
ッド・ナビゲーション・システム（ＴｈｅＡＦＴＩ／Ｆ
１６　　Ｔｅｒｒａｉｎ　−Ａｉｄｅｄ　Ｎａｖｉｇａ
ｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　）　Ｊ　（０５４７−３５７
８／８５１００００−０３５１）　　とに記載されてい
る。他の装置が、ＩＥＥＥ、１９８３、所載のシー　＠
　工＠　ヘア　）”　（Ｃ−Ａ　、　Ｂａ１ｒｄ　）　
ノ論文ｒ　バー・フォーマンス・アナリシス・オフ’−
エレベーション・マツプ・レフアレンスト・ナビゲーシ
ョン・システムズ（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ａｎａｌ
ｙｓｉｓ　ｏｆ　ｇｌａｖａｔｔｏｎＭａｐ　Ｒｅｆｅ
ｒｅｎｃｅｄ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ
）Ｊ、（ＣＨ１８３９−０／８３１００００−００６４
＞と、ＩＥＥＥ、１９８３、所載のイー愉ビー・パイア
レツク（Ｅ、　Ｐ、　Ｂｉａｌｅｃｋｅ）、アール１１
シー−／ｌ／イス（Ｒ，Ｃ，Ｌｅｗｉ　ｓ　）の論文「
ア・デジタル会テレイン・コリレーション・システム−
フォー・タフティカル・エアクラフト（Ａ　Ｄｉｇｉｔ
ａｌ　ＴｅｒｒａｉｎＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓ
ｔｅｍ　ｆｏｒ　ＴａｃｔｉｃａｌＡｉ　ｒｃｒａｆ　
ｔ　）　Ｊと、米国特許第４，５８４，６４６号明細書
とに記載されている。

敵の領空に侵入する航空機の残存率を高くするために、
航空機を防禦するいくつかの技術、または発見される危
険を最小にする念めのいくつかの技術が開発されている
。目標捕捉用レーダー装置は視線目標にとっては一般に
最も有効であるから、典型的なやυ方は航空機をできる
だけ低高度に保って、航空機とレーダー装置の間に地形
特徴を挾むことであった。そうすると、目標捕捉レーダ
ー装置は、侵入する航空機を発見できず、または侵入す
る航空機を背景雑音から分離することが困難となる。航
空機をできるだけ低高度で飛行できるようにするために
、発射された電磁波に応答して、航空機を地面から所定
の距離に自動的に維持する地形追従（放射）装置が開発
されている。それらの地形追従装置には、航空機を誘導
するために必要な電磁放射そのものが発見率を高めると
いう欠点がある。敵の領空に侵入する航空機の残存率を
高くするために用いられる第２の技術は、エレクトロニ
ックカウンタ測定装置を航空機に搭載することである。

エレクトロニックカウンタ測定装置は、航空機が発見さ
れないように敵の目標捕捉装置の検出装置が受信する信
号を擾乱させるから、誤目標が検出されるか、放射を航
空機に「固定」しておくことが不可能になる。エレクト
ロニックカウンタ測定装置は高価であるのに、技術が進
歩スルトエレクトロニツクカウンタの測定の効果を減少
するにつれて、エレクトロニックカウ／りは古い技術と
なる。同様な結果は、（電磁放射）反射チャフをまき散
らすことにょシ航空機によって達成できる。チャフは、
目標捕捉装置が見た時に「まぶしい」すなわち目立つ背
景となって、航空機の映像を不明瞭にする。航空機は、
目標捕捉装置によシ再び見えるようになシつつあるチャ
フ散布領域を迅速に離れることができる。また、戻って
きた電磁放射を信号処理することによって、チャフによ
シ供給された偽の背景を除去できる。敵の対空装置が航
空機を「捕捉した」または「ロックオン」シ次時に、航
空機に防禦態勢をとらせる電子装置を航空機に設けるこ
ともできる。最後に、電磁放射（およびその他の航空機
検出技術）の反射を減少させるように構成されたある種
のステルス航空機が明らかに運用されるようになってき
ている。それらのステルス航空機は、費用の面で、極め
て少数のもの以外のほとんどの航空機にとっては実際上
不可能である、精巧で、費用がかかる昆蔽機構を採用し
ている。しかし、ステルス航空機は、視認される機会を
最少限に抑えることによシ、低レベルかつ脅威を避ける
技術から利益もこうむっている。

し念がって、航空機を誘導できるばかシでなく、敵の領
空において、既卸の対空施設に対する反応の支援と低高
度飛行を穏密に行うことを支援することを含めて、敵の
領空内での任務を果すことを支援できる航空機用航法装
置が求められている。

この支援は、航空機の飛行中の判断過程を簡単にする利
用可能なデータベースを用いる表示装置の態様をとるこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は改良し次航空機用航法装置を得ることで
ある。

本発明の別の目的は、航空機の現在位置を確定するため
に既矧の地形特徴を用いる航空機用航法装置を得ること
である。

本発明の別の特徴は、電放射を広く送信することなしに
地形追従と回避を行えるようにする航空積用航法装置を
得ることである。

本発明の別の特徴は、任務の遂行にあ念って航空機の操
縦を支援するためにデジタル化した地形図を用いること
である。

本発明の別の目的は、作戦状況の識別と反応の行動を支
援する次めに操縦席で表示する地形図を用いることであ
る。

本発明の別の目的は、航空機が敵の目標捕捉装置によシ
発見される可能性を低くできる航法装置を得ることであ
る。

〔線題を解決するための手段〕

上記目的およびその他の目的は、地形図データベースに
よシ表現されている場所の上空における航空機の飛行を
制御できる慣性航法装置を備えた航空機航法装置により
達成される。この航法装置は高度決定装置を含む。この
高度決定装置は、地形図に対する航空機の初めの場所が
ひとたび決定されると、慣性航法装置によυ決定された
航空機の位置を確認し、修正するために使用できる。航
空機の位置の確認！念は修正は、慣性航法装置により決
定された航空機の位置の高度と測定した高度との比較を
基にして行われる。航空機の位置は地形図データベース
に対して表示される。また、航空機にとって危険々地形
を視覚的に表示し、かつ航空機に対する脅威を視覚的に
表示して、その時の地形および関連する脅威場所におけ
る航空機の安全な飛行路を操縦士が選択できるようにす
るために地形図データベースを使用できる。

〔実施例〕

まず、本発明の慣性航法装置によって部品中に生ずる誤
差が示されている第１Ａ図を参照する。

デジタル化された高度データを含んで、約１００ｍ（３
００ｆｔ　）（レベルｌｌ）ＬＭＳデータに対して）離
れている点によって格子が構成されている（実際のデジ
タル化された地形データベースにおいては、地球のわん
曲を補償するために、格子点は弧の度で定められる。）
慣性航法装置はプラスマイナス約２７３４ｍ　（３００
０ｆｔ）以上の誤差を生ずることがある。航空機は位置
１に物理的に配置されるが、位置１から約２７３４ｍ　
（３０００ｆｔ）離れている位置２にあると実際に報告
することがある。

また、位置２の座標が正確にわかっていたとしても（す
なわち、九とえばＧＰＳで）、デジタル化されている地
図の座標にはプラスマイナス約３８７ｍ　（４２５ｆ　
ｔ　）の誤差が含まれている。この絶対地図位置不確定
が第１Ａ図に円で示されている。

次に、地形図支援航法が用いられた時の位置誤差が示さ
れている第１Ｂ図を参照する。（レーダまたはレーザ）
高度計情報を処理し、位置データを供給する装置は、中
程度に凹凸のある地形に対してプラスマイナス約１３７
ｍ　（１５０ｆｔ　）まで正確である。したがって、位
置１に物理的に存在する航空機は、デジタル化された地
図の座標に関して位置２における場所を実際に報告する
ことがある。地図に対する位置２の座標が正確にわかっ
ている場合にも、座標の相対位置確度はプラスマイナス
約９１．１ｍ（１００ｆｔ）である。位置のこの相対的
な不確定が第１Ｂ図に円によシ示されている。第１Ａ図
と第１Ｂ図を比較することによシ、確度が向上したこと
が明らかに示されている。確度の向上の一部は、航空機
の位置を定めるために緯度と経度を基にして絶対位置座
標を用いるのではなくて、地形参照航法を用いるデジタ
ル化された地図の座標に対する位置を用いる結果である
。

下記の表示が操縦席にされた時の慣性航法装置からの誤
差、すなわち、プラスマイナス約３８７ｍ（４２５ｆｔ
）プラス実際の慣性航法装置誤差（潜在的には約２７３
４ｍ（３０００ｆｔ）以上）と比較すると、地形支援航
法装置における誤差、すなわち、プラスマイナス約９１
．１ｒｎ（１００ｆｔ）プラス実際の地形支援航法装置
誤差（プラスマイナス約１３７ｍ　（１５０ｆｔ））は
、地形支援航法運用モードにおいて判定を行う際の確度
が大きく向上することがわかる。

次に、平面図地図における戦術的状況が示されている第
２図を参照する。この地図は一定高度の輪郭を有する地
形特徴を示す。航空機２０の位置と２つの飛行路２１．
２２が地形に対して示されている。敵の対空設備２３が
示されており、その対空設備の効果的な運用範囲を示す
円２３Ａが示されている。説明のために、地形構造が一
定高度の輪郭により示されている。図示のために比較的
少数の輪郭が示されているが、一定高度の輪郭の密度を
高くできる。好適な実施例においては、輪郭により高度
を決定する代シに、カラー表示器上に影をつくる太陽の
角度により定められる。実際に、地形特徴の認識を支援
するために複数の色を使用できる。領域の諸特徴を示す
ために、色の代９に輝度レベルまたは領域の構造を使用
できる。

次に、戦術的な状況表示が一層巧みに示されている第３
図を参照する。この多色表示（別々の領域における種々
のパターンによシ種々の色が示されている）においては
、地形に対する航空機の関係を操縦席へ警報するために
３つの色が用いられる。第１の領域群３２の色は、関連
する地形の上空を飛んでいる航空機が安全な高度にある
こと、したがって地面に衝突する危険はないことを示す
。

第２の領域群３３の色は地形図の誤差と誤差の限界を与
え、それらの領域においては地面に衝突する危険がある
ことを示す。第３の領域群３５は、航空機２０がそれら
の領域に入ると地面に衝突することになることを操縦席
で表示する。

次に、航空機２０の位置によシ決定される地形輪郭地図
と組合わせたグラフが示されている第４図を参照する。

このグラフは次のよう々情報を提供する。航空機２０の
機首の先端部に、水平方向に対する現在の高度変化を支
持する上昇／下降指示器４２・が組込まれている。また
、このグラフは航空機２０と、この航空機の真下の間の
距離を示す。（好適な実施例においては、水平座標に直
線尺度または対数尺度を選択できる。）最後に、航空機
２０の現在の高度に対する航空機の現在の航空路におけ
る地形の輪郭をこのグラフは供給する。

次に、航空機の現在の航空路の前方にある地形の表示を
示す第５図を参照する。第５図に示されている表示は尾
根線５１だけを含む。航空機に対する地形特徴の職別に
あたって操縦士を支援するために、航空機の向きを示す
印が含まれている。

この尾根線表示は、地形図を見える地形の諸特徴に相関
させることを支援するために、ヘッドアップ表示器（Ｈ
ＵＤ）にとくに良く適する。第５図に示す表示は、カラ
ー表示器で用いられた時は、濃淡と複数の色によるカラ
ー表示を実現でき、それによって前方の地形についての
一層完全な情報を操縦士へ供給する。

次に、対空設備も同時に描かれている第２図の地形図が
示されている第６図を参照する。対空設備２３は目標を
捕捉すると、（有効射程範囲２３Ａ内の）目標へ向けて
発射する。したがって、航空機と対空設備の間に存在す
る地形構造体２４が、航空機を対空設備から隠蔽するこ
とがある。第６図に示されている表示は、現在の高度と
航空路を維持するならば対空設備からの危険がせまるこ
とを操縦士へ刈らせる。この場合には、発見される危険
と脅威を最少にし、それによって任務のこうむる危険を
減少させるために、新しい航空路２２を手動によシ、ま
たは自動的に定めることができる。

次に、この航法装置の動作について説明する。

航空へ現在課されている任務においては、操縦士はその
任意の多くの状況面に注意を払わなくてはならない。航
空機の現在位置、航空機の目的地、現在位置から目的地
までの飛行経路、敵の攻撃から生ずる危険、航空機の状
態と飛行特性を操縦士はモニタし々ければならない。後
で明らかになるように、操縦士が応答せねばならない情
報の量は非常に多いから、容易に理解できる態様で情報
を提供することが試みられている。

本発明においては、解釈が比較的便利である表示を行う
ための基礎としてデジタル化した地形図を用いる。デジ
タル化した地形図（慣性航法装置ではなく）に関連して
表示を行うから、地形図の諸特徴と航空機の間の相対的
な場所の確度はそれに対応して高くなると航空機に対す
る危険が減少する。前記位置決定アルゴリズムの１つに
ょ９決定され危地形図上の位置に航空機の機首を単に重
ね合わせるだけで、第２図に示されている比較的簡単な
航空機／地形表示が得られる。（物理的に一層現実的な
表示を行うための陰をつけるアルゴリズムはこの分野に
おいて周知である。）第３図と第４図に示す関連する航
空機／地形表示にょシ、たとえば、地形構造を含んでい
る危険の容易に解釈できる指示を与える。それらの表示
は、デジタル化した地形図と航空機のセンサの出力を処
理した結果である。第６図に示す脅威表示によって、操
縦士は敵の施設とポツプアップ脅威（新に設置された可
動式ＳＡＭ施設のような）に応答できるようにされる。

この表示においては敵の対空施設の場所を別のデータベ
ースに組込んで、信号の処理中にデジタル化されている
地形図データに組合わせることができる。第５図の前方
表示は地形の諸特徴の間における飛行において操縦士を
支援でき、デジタル化されている地形図の情報を、航空
機のセンサから決定された航空機のパラメータと組合わ
せて用いる。

尚業者は良く知っているであろうが、障害物たとえばア
ンテナ、煙突、建物等のある場所についての情報を供給
するデータベースも利用できる。

地形図によっては確定できない障害物の存在を操縦士へ
警報するために、それらのデータベースを表示器に組込
むことができる。実際に、いくつかのデータベースは地
形高度のシグネイチャの季節による違いを確定できる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は慣性航法装置だけを用いた場合の位置誤差を
示し、第１Ｂ図は地形支援航法装置から起る位置誤差を
示し、第２図は航空機の飛行計画の戦術的状況表示平面
図を示し、第３図は量子化した高度状況表示を示し、第
４図は現在の航空機飛行路の地形高度輪郭図、第５図は
航空機の飛行経路の前方の地形の透視図的表示、第６図
は対空火器に対する相互視認性すなわち脅威の表示であ
る。 ２０・・・・航空機。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）慣性航法装置と、 地球座標の関数としてデジタル化された高度を付された
   地形図を含むデータベースと、 航空機と、その航空機が上空を飛行している地点との間
   の距離を測定する方向性距離装置と、この距離装置と前
   記地形図に応答して、前記地形図に対する前記航空機の
   位置を決定するプロセッサ手段と、 このプロセッサ手段に応答して前記地形図に対する前記
   航空機の位置を表示し、かつ、前記地形図に対する少く
   とも１つの付加出撃パラメータを表示するモニタ装置と
   、 を備えることを特徴とする航空機用航法装置。
2. （２）航空機が上空を飛行している地点からの航空機の
   距離の測定値とデジタル地形図を比較して、その地形図
   に対する前記航空機の位置を決定する過程と、 前記地形図の局部的な領域に、その地形図に対する前記
   航空機位置における前記航空機の機首を重ね合わせたも
   のを表示する過程と、 前記表示を行つて航空機の安全にとつて重要であるパラ
   メータの視覚的指示を供給する過程と、を備えることを
   特徴とする作戦中の航空機の航法を支援する方法。
3. （３）航空機と地形の間の距離を測定する装置と、デジ
   タル化した高度データを地形図座標の関数として格納す
   る地形図と、 前記距離測定装置と前記地形図へ結合され、前記地形図
   座標に対する前記航空機の位置を決定する地形支援航法
   装置と、 この地形支援航法装置と前記地形図へ結合され、前記地
   形図の、前記地形支援航法装置により決定された場所の
   、前記航空機の飛行路における脅威の表示を含んでいる
   表示上に前記航空機の機首を表示する表示器と、 を備えることを特徴とする敵地で複雑な任務を果す航空
   機の操縦士を支援する航法装置。