JPH04501318A - 携帯用のローカライザ設置位置選定装置 - Google Patents
携帯用のローカライザ設置位置選定装置Info
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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】
11月−0匹し二左−イ
M…
上−ユニ1b矢分1
本発明は、概して設置位置選定の援助に関し、特に、航空機のための方位案内装
置のための携帯用地上局もしくはローカライザを正確に配置するために特に有用
な設置位置選定装置に関するものである。
種々の方位案内装置並びにこれら装置の設置位置選定を行うための方法が知られ
ている0代表的な方位接近もしくは進入装置においては、方位情報を含んだビー
ムを送信して、進入している航空機のパイロットに案内を提供するために、地上
ステーションもしくは地上局が用いられる。このような方位案内装置は、滑走路
の離陸端もしくは接地点近辺の滑走路の進入端のいずれかに位置し得る地上局を
用いている。いずれの場合においても、正確な案内情報を確実にするために、ビ
ームもしくは地上局アンテナのボア・サイト(boresight )を正確に
配向することが重要である。地上局が滑走路の離陸端に位置するとき、地上局の
配置及びアンテナの正当な配向は早急に決定することができる。というのは地上
局は滑走路の中心線に沿って位置付けられ、かつそのアンテナは、アンテナ・ビ
ームの中心と平行に該アンテナに位置するボア・サイトが、滑走路の中心線に追
従するように向けられているからである。このように、地上局の配置及びアンテ
ナの配向は、電波望遠鏡(テレスコープ)もしくはトランシットを通して滑走路
に沿って照準を行うことにより早急に達成され得る。
別法として、地上局は、接地点近辺の滑走路に隣接した点において、滑走路の進
入端近辺に配置され得る。このように配置された地上局もしくはローカライザを
有する装置は、配列された装置(a collocated 5ystee+)
と呼ばれる。地上局が滑走路の中心線に位置しないので、アンテナのビームが滑
走路と平行に走るような方向に該アンテナを向けたならば、パイロットは、滑走
路に隣接した場所に案内されるであろう、結果として、アンテナは、ビームが接
地点の前方の所定点、代表的には1163メートル(3816フイート)におい
て、滑走路の延長された中心線と交差するように滑走路に対して角度付けられる
。この点において航空機はその決定高度(DH)にあるべきである、決定高度と
は、着陸への進入を続けるために必要な可視参照(required visu
al reference)が設定されなかった場合に、着陸復行すなわち失敗
した進入(a m1ssed approach )が再度行われなければなら
ない特定の高度として定義される。用語、必要な可視参照とは、ビジュアル・エ
イトもしくは進入領域の部分が、パイロットが所望の飛行路に対して航空機の位
置及び位置変化速度の評価を行うための充分な時間、可視状態であるべきである
ということを意味している。アンテナのボア・サイトが滑走路の中心線と平行な
線に対してオフセットしているもしくはずれている角度は、差し向は角度(po
inLing angle)と呼ばれる。
ビームが正当な点で延長された滑走路の中心線と交差するように地上局のアンテ
ナを配向する1つの方法は、その点に人もしくはマーカを位置付け、望遠鏡もし
くは電波望遠鏡(テレスコープ)、またはアンテナに位置付けられたボア・サイ
トを用い、該テレスコープもしくはボア・サイトを通して人もしくはマーカに照
準を行い、アンテナの正当な配向を決定することである。この方法は、決定高度
への接近が得られる民間の設備に対しては、もしくはアンテナの配向がめったに
変更されない固定設備に対しては満足し得るものであるが、携帯用の設備、特に
設置位置(sites)がしばしば移動されかつ決定高度点が接近可能でない軍
隊の設備に対しては非常に満足な解決法ではない。
従って、このような設備に対し2ては、差し向は角度は間接的に計算されなけれ
ばならない、それを行う1つの方法は、磁気コンパスを用いて、種々の点におけ
る機首方位を決定し、機首方位における差から差し向は角度を計算することであ
る。しかしながら、磁気コンパスは必要な精度を提供せず、近辺の磁気材料によ
り変化がもたらされ、モして極緯度においては使用できない。
もう1つの方法は、滑走路に沿って所定の点までの距離を測定し、それらの点に
おいて地上に杭を置き、そして三角技術を用いて適切な差し向は角度を決定する
ことである。しかしながら、かかる技術は正確な結果を提供せず1.必要な精度
を提供するよう測定されなければならない距離は、91.44メートル(300
フイート)程度の長さの非常に長い巻尺を用いることを必要とする。
不幸にも、そのような巻尺は非常に重く、その重量は。
特に携帯用の適用においては不利である。
免匪卯11
従って、本発明の目的は、従来装置の欠点の多くを克服した設置位置選定装置(
a 5itiB system)を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、携帯用の航空機の進入案内装置にとって特に有用な
設置位置選定装置を提供することある。
本発明のさらにもう1つの目的は、自己設置位置選定を行う、軍隊の適用に特に
有用な携帯用の進入案内装置を提供することである。
本発明のさらにもう1つの目的は、進入案内装置のアンテナの差し向は角度を自
動的に計算するためにシャフト・エンコーダと共にレーザ範囲ファインダを用塾
)た進入案内装置のための設置位置選定装置を提供することである。
要約すれば、本発明によれば、レーザ範囲ファインダが進入装置の地」−局と共
に配列される。レーザ範囲ファインダは、アンテナに近接した場所に回転可能に
装着され、1つまたは2つ以上のシャフト・エンコーダが、アンテナ及び範囲フ
ァインダの相対的な配向を決定するために用いられる。2つの被測定距離及び1
つの角度に基づいて差し向は角度を計算するためにマイクロプロセ・yすが用い
られ、ここに、2つの被測定距離は、範囲ファインダと、滑走路の中心線に沿っ
た任意の2つの点の各々との間の距離であり、1つの角度は、2つの任意の点間
の方位における差である。
l乱へ1見立11
本発明のこれら及び他の目的並びに長所番よ、以下の詳細な説明及び添付図面を
考慮して容易tこ明瞭となるであろう1図面において:
第1図は、配列された方位地上局の配置を示す航空機の滑走路の平面図である;
第2図は、本発明による装置と共に使用するための地上局の機械的外観を概略的
に示す図である;第3図は、本発明による装置の電子及び処理回路のブロック図
である;
第4図は、差し向は角度を決定するため(こ用(Xられる種々の角度を示す滑走
路の進入端の平面図である;第5図は、本発明の別の実施例の機械的外観を概略
的に示す図である:
第6図は、第5図の実施例の電子回路のプロ・yり回路図である。
「11JL皿
さて、図面、特に第1図を参照すると、代表的な滑走路10が示されている。滑
走11i104よ、中Jヒ線12と、進入する航空機が代表的に接地する航空機
の接地点14とを有している。接地点14は、滑走路10の進入端16から代表
的には304.8メートル(1000フイート)から457メートル(1500
フイート)程度である。決定高度点18が、滑走路10の中rj、、1線12の
延長された部分に位置される。決定高度と&よ、着陸への進入を続けるために必
要な可視参照(requiredvisual reference )が設定
されなかった場合に、着陸復行すなわち失敗した進入(a m1ssed ap
proach )が再度行なわれなければならない特定の高度として定義される
。用語、必要な可視参照とは、ビジュアル・エイトもしくは進入領域の部分が、
パイロットが所望の飛行路に対して航空機の位置及び位置変化速度の評価を行う
ための充分な時間、可視状態であるべきであるということを意味している。
配列されたシステムにおいて、ローカライザ20は、進入する航空機に方位案内
を提供するよう、接地点14近辺で滑走路10に隣接して位置付けられる。ロー
カライザ20のアンテナは、該アンテナの送信ビームが、決定高度点18におい
て、滑走路12の延長された中心線と交差するように配向されなければならない
。
イザを有した、分割した設置位置(split 5ite)のPTA G (P
recision Tactical^pproicb Guidance :
精密戦術的進入案内)システムは、米国規準飛行検査便覧、O^P 8200.
1、の、カテゴリ■の計器着陸装置の設備性能に対する変更1〜44の性能要件
を満たすように設計されている。配列された( Co11ocated)滑空勾
配もしくはグライド・スロープ及びローカライザ装置は1.この文書には定義さ
れていない0分割した設置位置のローカライザの方位整列の精度は、滑走路末端
における設計された進行方位の+/−15uAMPS内にあるよう特定される。
これは、2035メートル(6,678フイート)を越える滑走路の長さに対し
て滑走路末端で応する。配列システムのための整列精度は、分割した設置位置へ
の設置のためのこれらの要件の後に設計されていた。配列された整列精度とは、
決定高さ高度の切り取り部分において延長された滑走路の中心線の回りで+、”
−10,67メートル(35フイート)の最大許容可能方位整列誤差として定義
される。ローカライザの据え付は点と決定高度との間の延長された滑走路の中心
線に沿った水平距離は、1163メートル(3816フイート)である、決定高
度における全システムの整列許容範囲は、従って、+/ −aretan(35
/3816)すなわち+/−0,53度である。最大許容設置位置精度は、全シ
ステムの誤差の集合の20パーセントであり、+/−0,11度に対応する。
ローカライザ20のアンテナのビームの方位を所望の精度に決定することができ
るシステムが第2図に示されている。第2図を参照すると、ローカライザ地上局
2゜はアンテナ22を含んでおり、該アンテナ22は、ベース24に対して、ア
ンテナ22の回転を許容するシャフト25もしくは他の適切な機構によりベース
24に回転可能に装着されている。ベース24は、設置位置選定機能(5iti
B function)を行うために必要な電子機器及びローカライザ送信機を
含み得る。加うるに、本体部分28及びシャフト3oを有するシャフト・エンコ
ーダ26が、シャフト・エンコーダの本体がアンテナ22に堅固に固着されるよ
うにしてアンテナ22に装着される。
必要な精度を有したレーザ範囲ファインダ32もしくは他の光学的範囲ファイン
ダが、アンテナ22に対して回転可能なようにエンコーダ26のシャフト30に
装着され、これにより、アンテナ22と範囲ファインダ32との間の角度変位が
シャフト・エンコーダ26により測定され得る。
種々の光学的範囲ファインダが範囲ファインダ32として用いられ、そしてニュ
ーヨーク、ソロンウッド、ワン・ザイス・ドライブに事務所を有する西ドイツの
カール・ツアイス・インコーホレーテッドにより製造されるEldi 10電子
距離メータが、範囲ファインダ32としての使用に特に適しているということが
分かった。範囲ファインダ32は、システム内で用いられる光学の可視度及び複
雑化に依存して5から10ミル(miles)の最大範囲を有する電気光学赤外
パルス光システムである。範囲ファインダ32は、被測定許容データが他の装置
で用いられるのを許容するデータ出力ボート及び液体水晶ディスプレイ(図示せ
ず)を有している。距離測定はレーザ・ヘッド34(第3図)により与えられ、
該レーザ・ヘッド34は、赤外パルス・レーザ・ビームを送信しかつ離れた点に
位置する対象物からの反射を受信する。このような対象物は、光学的な後方反射
器(retroref 1eetor )、−片の反射テープもしくは赤外光を
大いに反射する他の目標であって良い。ヘッド32は、また、該ヘッド32がオ
ペレータにより正確に狙い定められるのを許容するテレスコープ(図示せず)を
も含む、オベレー′夕は、該テレスコープを通して照準を行い、所望の範囲を有
する対象物上にテレスコープの視覚領域における一組の十字線を置く。
被反射光はレーザ・ヘッド34で受信されかつ検出されて距離プロセッサに与え
られ、該距離プロセッサは、受信信号を処理して、送信及び受信光間の位相シフ
トを決定して距離を決定する。距離測定は、次に、マイクロプロセッサ38に与
えられ、該マイクロプロセッサ38は、レーザ・ヘッド34及びアンテナ22間
の相対角度を限定する情報をも受信する。マイクロプロセッサ38に入力された
距離情報及び角度に基づいて、マイクロプロセッサ38は、三角間数、とくに余
弦の法則を用いて種々の角度及び距離を計算する。計算結果は、ディスプレイ4
0上に表示される。
ローカライザ20の設置位置を設定するために、ローカライザ送信機は、まず、
接地点14からの任意の距離D(第4図)において接地点近辺で滑走路に隣接し
て置かれる1代表的には、距離りは、接地点14がら15.24メートル(50
フイート)〜45.72メートル(150フイート)程度である。ステーション
もしくは局は、次に、12が指示しているアンテナのボア・サイト(bores
ight)の方向によって例えば明示されているように、アンテナのビームが滑
走路10の中心線12と概して平行な方向に向くように配向される。アンテナ・
ビーム及びボア・サイトの方向は線50(第4図)によって示されており、そし
て線52は、滑走路の中心線12と平行な線を示す、好ましくは、線50の方向
は線52の方向の±15°以内にあるあべきである6次に、最初の設置位置点(
site paint) 54が滑走路10の中心線12に沿って任意に選択さ
れる。この設置位置は、例、えば設置位置点54に人を立たせることにより記さ
れる。
設置位置20と設置位置点54との間の線56に沿った距離Aは、設置位置点5
4に置かれた反射目標に範囲ファインダを向けて人とローカライザ・ステーショ
ンとの間の距離を測定することにより、範囲ファインダを用いて測定される。線
56に沿った距離Aは、オペレータのため1二表示されて、マイクロプロセッサ
38内のメモリに記憶される。また、アナテナ・ボア・サイト(antenna
bore 5ite)線50と線56との間の角度θ1の値は、シャフト・エン
コーダ26から得られて、マイクロプロセッサ38内に記憶され、所望ならば表
示される。
次に、同様の態様で、滑走路10の中心線12に沿ってローカライザ20と第2
の任意の設置位置点58との間で距離Bが測定される。アンテナ・ボア・サイト
50と、ローカライザ20及び設置位置点58間の線60と、の間の角度θ2も
取られる。このように測定される角度及び距離は、アンテナのボア・サイトが決
定高度点18と交差するようにアンテナを配向するのを可能とするに充分な情報
を含む。
所望の点で滑走路の中心線と交差するためにローカライザを旋回しなければなら
ない角度を決定するようマイクロプロセッサ38により行われる計算は、余弦の
法則及び他の三角関数を用い、それらを被測定角度及び距離に適用する。必要と
される指示角度もしくは差し向は角度を決定することができる種々の方法があり
、単に説明の目的のために以下の誘導方法を与えておく。
余弦の法則は以下の通りである:
A2=B’+C”−28Ceos t
ここに、A、B及びCは任意の三角形の3辺であり、aは辺Aと対向する角度で
ある0辺B及びCは、他の2つの辺と、長さを計算すべき辺に対向する角度b
またはCとを用いて計算され得る。
余弦の法則を第4図に適用すると、設置位置点54及び58間の1162に沿っ
た距離Cは以下のように計算される:
C= [A”4−82−2ABcos(θ2−θ ) ] l/2上述の式にお
いて、A及びBは設置位置点54及び58までの被測定距離であり、量(θ2−
θ1)は線56及び60間の角度を表わす。
距離Cが決定されてし、ようと、滑走路に平行な線及び線60間の角度である角
度θ、が、以下の式を用いて決定され得る。
θ、=180°−arc cos [(A2−B”−C”)/(2BC)]θ、
が分かれば、滑走路と平行な線からのアンテナ・ボア・サイトのオフセットIθ
、が以下の式から計算されθ、が分かれば、滑走路の中心線12と垂直であり、
かつローカライザ20の設置位置と交差する線64に沿った距離りが、以下の式
を用いて計算され得る:D=Bsin θ。
Dの値が分かれば、線52に対し、線66によって示されたような所望のボア・
サイト方位の角度が、以下のように角度θ、を計算することにより決定され得る
:θ5=aretan ′tD/1163(3816)]数1163 (381
6)は、接地点14及び決定高度点18間の距離をメートル(フィート)で表わ
す、ローカライザ・アンテナがその現在の位置から回転されなければならない角
度である角度θ、は、以下のようにθ、及びθ5を加算することにより決定され
る:θ、=θ、+θ。
角度θ、の大きさはオペレータに表示され、そして第2図に示された実施例にお
いて、オペレータは次に、修・正角度が0°を読み取るまで範囲ファインダ・ヘ
ッドを旋回させる。範囲ファインダ・ヘッド32は次に、表示されたOoの修正
角度を維持するよう、アンテナ22に対して固定的に保持され、そして全アンテ
ナ及び範囲ファインダ組立体は、範囲ファインダ32が再度設置位置点58と整
列されるまで支持構遺体に対して旋回される6範囲フアインダ・ヘッドが設置位
置点58と整列したとき、アンテナ22は正当に配向されている。
オペレータが、範囲ファインダの照準もしくは視域を通して観察しながら、範囲
ファインダ32及びアンテナ22を一体に回転させる必要がないように、設置位
置選定プロセス(siting process)を単純化するために、アンテ
ナ22及び範囲ファインダ32問に位置付けられたシャフト・エンコーダ26に
加うるに、第2のシャフト・エンコーダが、ローカライザ・アンテナ22とベー
ス・ユニット24との間に挿間され得る。
第5図に示されるように、シャフト・エンコーダ70に用いられる。第5図のス
テーション20′は、シャフト・エンコーダ70を追加したことを除いて第2図
のステーション20と同一であり、該シャフト・エンコーダ70は、ベース24
に固着される本体72と、アンテナ22に装着されるシャフト74とを有する。
シャフト・エンコーダ70を用いれば、アンテナ22の方位を範囲ファインダ3
2の位置とは無関係に決定するのを可能とし、従−)て、アンテナが正当に配向
される間、範囲ファインダ32を通して照準を行う必要性なしで、アンテナ22
を正当な差し向は角度に配向するのを可能とする。
第5図に示された実施例に対する電子回路が第6図に示されている。第6図に示
された電子回路は、第3図に示されたものと同じであるが、マイクロプロセッサ
がシャフト・エンコーダ70からの追加の入力を有しているという点が異なって
いる。
第5図に示された実施例の動作は、オペレータが範囲ファインダ32を通して照
準を行っている間、アンテナ22と範囲ファインダ32とを一体に旋回させる必
要がないということを除いて、第2図に示した実施例の動作と同じである。差し
向は角度の計算は、第2図に示した実施例に関連させて説明したのと同じ態様で
行われ、範囲ファインダ32及びシャフト・エンコーダ26を用いてマイクロプ
ロセッサ38に距離及び角度情報を与え、アンテナが正当な配向を達成するため
に旋回されなければならない角度θ、を決定する。しかしながら、角度θ。
が計算されてしまうと、マイクロプロセッサ゛は、シャフト・エンコーダ26か
らシャフト・エンコーダ70に切り換える。これが行われると、アンテナ22の
配向は、地球に対して固定されているベース24に対して測定される。それ故、
今や、範囲ファインダ32のテレスコープを通して照準を何等行う必要なしで、
表示された誤差がゼロに減じるまでアンテナを単に回転させることにより正当な
配向が達成され得る。
明らかに、本発明の多くの変更及び変形が上述の教示に鑑みて可能である。従っ
て、添付の請求の範囲の記載内で、特定的に上述したもの以外でも実行可能であ
ることを理解すべきである。
特許証により保証されるよう請求されかつ望まれるところのものは、以下の請求
の範囲の通りである:国際調査報告
Claims (14)
- 1.滑走路に進入中の航空機を案内するための方位案内装置のための自己設置位 置選定地上局であって:支持構造体と; 支持構造体により支持された所定の方向通信ビームを有する回転可能に装着され たアンテナであって、方位において回転可能な前記アンテナと; 前記アンテナに配列された所定の照準方向を有する回転可能に装着された範囲フ ァインダであって、同じく方位において回転可能である前記範囲ファインダと; 前記アンテナ及び前記範囲ファインダに結合され、前記アンテナの送信ビームの 方向及び前記範囲ファインダの照準方向間の方位における差を表わす信号を出力 する方位差信号出力手段と; 前記範囲ファインダ及び前記滑走路に沿った2つの所定の任意点の各々間の2つ の被測定距離、並びに前記2つの点間の方位における差に応答して、第3の所定 点までの方位を決定する計算手段と、 を備えた自己設置位置選定地上局。
- 2.前記範囲ファインダは光学的範囲ファインダである請求範囲第1項記載の自 己設置位置選定地上局。
- 3.前記範囲ファインダは赤外線範囲ファインダである請求範囲第2項記載の自 己設置位置選定地上局。
- 4.前記方位差信号出力手段はシャフト・エンコーダである請求範囲第3項記載 の自己設置位置選定地上局。
- 5.前記アンテナ及び前記支持構造体間に挿間されて前記支持構造体に対する前 記アンテナの回転配向を表わす信号を提供する第2のシャフト・エンコーダをさ らに含む請求範囲第4項記載の自己設置位置選定地上局。
- 6.航空機の方位案内装置のための携帯用地上局の設置位置選定を行うための方 法において: 前記地上局に対し方位において回転可能であるレーザ範囲ファインダを配列し; 滑走路の近辺の任意の点に前記地上局及び前記範囲ファインダを置き; 前記範囲ファインダを用いて、前記滑走路の中心縁に沿った2つの任意の点の各 々までの距離及び方位を測定し; 前記範囲ファインダに結合されたマイクロプロセッサを用い、前記範囲及び方位 情報に応答して、前記滑走路の延長された中心線上の所定位置に位置する第3の 点の方位を決定し;そして 前記アンテナの送信ビームが前記第3の点において前記延長された滑走路の中心 線と交差するように、このようにして決定された方位まで前記アンテナを回転さ せる、ようにした携帯用地上局の設置位置選定方法。
- 7.携帯用の自己設置位置選定ローカライザにおいて:ベースと; ローカライザ信号を発生するための手段と;前記ベースにより回転可能に支持さ れかつ前記ローカライザ信号発生手段に電気的に結合された所定の方向送信ビー ム・パターンを有する方向アンテナと;前記ベースにより回転可能に支持された 光学的範囲ファインダと; 前記アンテナに結合されかつ前記範囲ファインダに結合され、その配向を決定す る配向決定手段と;前記範囲ファインダ及び前記配向決定手段に結合されてそれ らから範囲及び配向データを受信する計算手段であって、第1及び第2の所定の 点までの範囲及び配向を測定することにより得られる被測定範囲及び配向データ に応答して、前記アンテナのビームが第3の所定点と交差するために必要な前記 アンテナの配向を計算する前記計算手段と; を備えた携帯用の自己設置位置選定ローカライザ。
- 8.前記ローカライザは、長手方向に延びる中心線を有する滑走路に隣接して配 置され、前記第1及び第2の点は、前記滑走路の前記中心線に沿って前記滑走路 上に位置し、そして前記第3の点は、前記中心線の延長に沿って前記滑走路外に 位置する請求範囲第7項記載の携帯用の自己設置位置選定ローカライザ。
- 9.前記計算手段に結合され、前記アンテナのビームが前記第3の所定の点と交 差するよう前記アンテナを配向させるために必要な前記アンテナの配向変化を表 示させる手段をさらに含んだ請求範囲第7項記載の自己設置位置選定ローカライ ザ。
- 10.前記配向決定手段は、前記アンテナと前記範囲ファインダとの間に配置さ れたシャフト・エンコーダを含む請求範囲第7項記載の自己設置位置選定ローカ ライザ。
- 11.前記配向決定手段は、前記アンテナと前記ベースとの間に配置されたシャ フト・エンコーダを含む請求範囲第7項記載の自己設置位置選定ローカライザ。
- 12.前記範囲ファインダは、能動型範囲ファインダである請求範囲第7項記載 の自己設置位置選定ローカライザ。
- 13.前記範囲ファインダは、レーザを含む請求範囲第12項記載の自己設置位 置選定ローカライザ。
- 14.前記範囲ファインダは、パルス赤外線範囲ファインダである請求範囲第1 2項記載の自己設置位置選定範囲ファインダ。
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