JP2009501669A - 可動物体、特に空港での航空機の地上位置を決定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、位置データを周期的に発生するための手段(２)と、慣性データを発生するための手段(３)と、位置データの発生毎にこの位置データに基づき可動物体の位置を決定するための手段(４)と、位置データの２回の連続発生間での可動物体の位置を決定するための手段(５)とからなる装置(１)に関し、上記の2回の連続データ発生間の時隔が、中間時間のより分離される、同じ長さの時間範囲に分割され、上記の手段(５)が、各現在の中間時間に対し、以前の中間時間におけるその位置と、現在と以前の中間時間により形成される時間範囲中のその移動とに基づいて可動物体の位置を決定し、その物体の移動が慣性データにより計算される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、航空機、特に空港での航空機の地上位置を決定するための方法および装置に関する。

(航空機の操縦室のスクリーンに航空機の現在位置が示されている空港の地図を表示させることができる)空港航行機能枠内では、航空機が地上に位置する際その航空機の正確な位置を確認することが必要である。この位置の正確性とリフレッシュ(再書き込み操作)度が、航空機のパイロットが見える外側のマーカ(印)に対する、表示された情報の信頼性を確実にするための決定的パラメータである。適切な飛行運行(performance)と共にこのこの位置が入手可能なことはそのような装置を備えた航空機を受け入れられる全ての空港の地面に対し保証されなければならず、これにより、そのような装置が全ての空港にない場合、計算を改良するため、地上で得られる可能な装置の使用のみに頼ることなく、その位置が決定されるものと考えられる。

航空機の位置を決定するため、一般に、衛星位置決めシステム、特にＧＰＳタイプ(全地球位置決めシステム)のもの、例えば、Navstar、Galileo、 GNSS、GLONASSと連携する受信アセンブリを利用する。この受信アセンブリは標準的には航空機の屋根に取り付けられている受信アンテナと、このアンテナに連結されていて、このアンテナにより検知された信号に基づき航空機の位置データを生じるレシーバ(受信器)とからなる。然し、そのような位置決めアセンブリは１秒間に一度だけ、位置データ、即ち空中飛行要件のための航空機の位置についての情報を発信するが、この情報は、その発信周波数が十分には航空機の移動を訂正することができないので、空港運行要件には不十分である。

本発明はこれらの欠点を解消することを目的とし、任意の航空機、特に空港に位置する航空機の地上位置を正確且つ高いリフレッシュ度で決定する方法に関する。

この目的のため、本発明によれば、上記の方法は周期的に発せられる位置データならびに慣性データを使用し、
Ａ／ 位置データが発せられる毎にこれらの位置データは航空機の位置を決定するのに使用され、
Ｂ／ ２つの連続する位置データが発せられる間に上記の慣性データが考慮され、
ａ) これらの２回の連続するデータ発生の時隔は、中間時間で形成される、同じ長さの複数個の時間間隔に分割され、
ｂ) 上記の中間時間の各々では、航空機の慣性速度が対応する慣性データに基づき決定され、
ｃ) 各時間間隔に対し、この時間間隔を形成する２つの中間時間の平均慣性速度が計算され、この時間間隔中の航空機の地上移動がこれから演算され、
ｄ) 各中間時間に対し、航空機の位置は以前の中間時間におけるその位置と、これらの２つの対応する現在と以前の中間時間により形成される時間間隔中のその移動とに基づき決定される。

よって、本発明により、航空機の位置は位置データの発信の周波数より高い周波数で決定され、これにより空港航行の枠内で航空機の位置の高リフレッシュ度の要件を特に満足することができる。

本発明は、航空機に搭載されていて、標準衛星位置決めシステム、例えば、ＧＰＳタイプのものと協働する受信器により生じるデータであるのが好ましい、位置データが、入手できる最も正確なデータである事実を考慮する。そこでこれらの位置データはそれらが発信される毎に航空機の位置を決定するのに使用される(工程Ａ／)。更に、そのような位置データの2回の連続する発生間での航空機の位置についての情報を得るため、慣性データが考慮され、この慣性データは上記の航空機の慣性プラットフォームにより生じるデータであるのが好ましい(工程Ｂ／)。上記の慣性データに基づき得られた航空機の位置は(一般には)位置データに基づき得られたものより正確ではないことが認められているが、はるかに高い周波数で発信されるので、位置データの２回の発信間で情報が無いとそこを埋めることができる。

本発明は地上で移動するどのタイプの航空機にも適用され、位置データおよび慣性データを発生できる任意のタイプの手段からなる。

第１の簡略された実施例では、工程Ｂ／ｃ)およびＢ／ｄ)では、航空機の位置は以下の式により決定され、

式中
− ｘ_ｉ＋１およびｙ_ｉ＋１は中間時間ｔi+1における航空機の上記位置の水平面における座標であり、
− ｘ_ｉおよびｙ_ｉは以前の中間時間ｔ_ｉにおける航空機の上記位置の水平面における座標であり、
− Ｖｘ_ｉ＋１および Ｖｙ_ｉ＋１は中間時間ｔ_ｉ＋１における航空機の慣性速度の水平面における座標である、
− Ｖｘ_ｉおよびＶｙ_ｉは中間時間ｔ_ｉにおける航空機の慣性速度の水平面での座標であり、
− dtは時間間隔の長さである。

更に、慣性データを発生させるため適宜使用される慣性プラットフォームの遅い漂流により起こり得るエラーを修正することができる第２実施例では、工程Ｂ／ｃ)およびＢ／ｄ)では、航空機の位置は以下の式により決定され、

式中
上記のパラメータに加えて、ｖｘ_ｉおよびｖｙ_ｉは計算された速度であり、上記のレシーバと連携し、位置データを生じさせるのに用いられる受信アンテナの速度に対し、上記の位置データが発生する毎に調節される。

上記の慣性データは慣性速度に直接対応するのが好ましいが、特定の実施例では、上記の慣性データは又、上記の慣性速度を決定するのに用いられる加速にも対応できる。これにより、上記の加速は慣性速度より高い周波数で伝達されるので、特に航空機の位置を計算する周波数を増加することができる。この場合、上記の加速は慣性速度情報の２つの連続する項目間で慣性補外を行なうのに用いられる。

特定の例では、位置データの各発生時に、
− 航空機の第１位置が、上記の工程Ｂ／に従って慣性データに基づいて決定され、
− 上記の発せられた位置データにより得られた第１位置と第２位置との間で偏差が計算され、
− 航空機の位置は、
・ こうして計算された偏差が第１所定値より大きいかあるいは等しく、第２所定値未満であれば、上記の第１位置により、
・ 上記の偏差が上記の所定値未満であれば、上記の第２位置により与えられる。

後者の実施例によれば、制限された時間(所定制限)の位置データの起こり得るエラーを監視し、そして、適宜フィルターすることができる。

更に、その後の工程Ｃ／では航空機の環境を示す地図(例えば、空港の地図)が監視スクリーンに表示され、この地図には工程Ａ／およびＢ／ｄ)で決定される上記の航空機の位置を示す記号が設けられている。

この場合、
− 上記の位置データの正確さに関する正確性情報が収集され、
− 航空機の潜在的位置エラーが上記の正確性情報に基づいて決定され、
− 上記の航空機の潜在的位置エラーを示す領域が上記の記号の周囲で地図上に強調されるのが望ましい。

本発明は、又、任意の航空機、特に空港を移動する航空機の地上位置を決定する装置に関する。

本発明によれば、上記の装置は、
− 位置データを周期的に発生する第１手段と、
− 慣性データを発生する第２手段とからなり、
− 更に、上記の位置データに基づき、位置データの各発生時に航空機の位置を決定する第３手段と、
− 位置データの２回の連続する発生間で、上記の慣性データに基づき航空機の位置を決定する第４手段を備え、２回の連続するデータ発生間の時隔が、中間時間により分離される同じ長さの複数個の時間間隔に分割され、上記の第４手段が
・ 各上記の中間時間に、対応する慣性データに基づき慣性速度を決定する手段と、
・ 各時間間隔に対し、この時間間隔を形成する２つの中間時間の平均慣性速度を計算し、これから上記の対応する時間間隔中の航空機の地上移動を演繹する手段と、
・ 各中間時間に対し、以前の中間時間におけるその位置と、これら２つの対応する以前と現在の中間時間で形成された時間間隔中その移動に基づき航空機の位置を決定する手段とからなることを特徴とする。

特定の実施例では、本発明による装置は、更に、航空機の環境を図示し、上記の第３手段と第４手段とにより決定された航空機の位置を示す記号を設けた地図を監視スクリーン上に提示する第５手段を備える。

更に、望ましい方法では、
− 上記の第１手段は航空機に搭載され、標準衛星位置決めシステムと協働する(アンテナと連携する)レシーバからなり、および／または
− 上記の第２手段は上記航空機の少なくとも１つの慣性プラットフォームからなる。

添付図面の１つ図は本発明が実施されている方法を明確にする。この１つ図は本発明による装置の線図である。

図に線描されている本発明の装置１は地上を移動する航空機(図示略)、特に航空機に搭載されていて、上記の航空機の現在の地上の位置、例えば、航空機の場合は空港での位置を決定することを意図している。

従って、上記の装置１は、
− 航空機の位置データを周期的に発する、以下に特記する手段２と、
− 航空機の慣性データを(一般には同じく周期的に)発する、以下に特記する手段３とかなるタイプのものである。

本発明によれば、上記の装置１は、更に、
− 上記の位置データを上記の手段２が発する毎に、受け取った位置データに基づき航空機の位置を標準の方法で決定する手段４であって、上記の位置データは例えば１秒に一回発せされ、
− ２回の連続する位置データの発信間で手段３により発せられる慣性データに基づいて航空機の位置を決定する手段５とを備え、従って、２回の連続するデータ発信間の時隔Ｔcは、中間時間Ｔ_ｉ、_ｉは整数であり、この時間Ｔ_ｉにより分離される、同じ長さの複数個の時間間隔ΔＴ(例えば、１０時間間隔)に分割される。

この目的のため、上記の手段５は以下の統合手段、即ち
・ 上記の各中間時間Ｔiに、これに対応する慣性データに基づき慣性速度を決定する手段と、
・ 各時間間隔ΔＴに対して、この時間間隔を形成する２つの中間時間の平均慣性速度を計算し、これから時間間隔ΔＴ中の航空機の地上移動を演算する手段と、
・ 各現在の中間時間(例えば、Ｔ_ｉ)に対し、以前の中間時間(例えばＴ_ｉ−１)におけるその位置およびこれら２つの現在及び以前の中間時間(例えば、現在の中間時間Ｔ_ｉに対するＴ_ｉおよびＴ_ｉ−１)によって形成される時間間隔中のその移動に基づき、航空機の位置を決定する手段とからなる。

これらの色々の計算は地上を示す水平面で行なわれ、各位置と速度のパラメータは２つの座標からなる。

上記の装置１は更に、それぞれ、リンク７および８により上記の手段４と５とに連結されていて、これらの手段４と５とにより決定された位置を受け取り、それらを表示手段に伝達する前に適宜、形にする手段６を備える。

この表示手段９は少なくとも１つの標準監視スクリーン１０からなり、この監視スクリーン１０上に、航空機の環境を示し、上記の手段６から伝達された、航空機の現在位置を示す記号を設けた地図を提示するように形成されている。この現在位置は、現在位置の値が新たに生じると、監視スクリーン上で周期的に更新される。

航空機の例では、上記の地図は、航空機が位置する、恐らく移動している空港の少なくとも１部を示す空港の地図であり、上記の記号は空港での航空機の位置を示す記号である。

特定の実施例では、上記の手段４、５および６は中央ユニット１１にまとめられ、この中央ユニット１１はリンク１２、１３および１４により、それぞれ上記の手段２と、上記の手段３と上記の表示手段９とに連結されている。

更に、特定の実施例では、
− 上記の手段２は、航空機、例えば、航空機の屋根に位置するアンテナ１７にリンク１６により連結され、標準の衛星位置決めシステム、好ましくはＧＰＳタイプのもの(例えば、Navstar、Galileo、GNSS、GLONASS)と協働し、(一般には空中運航要件のため１秒間に１回)位置データを周期的に提供する標準レシーバ１５からなる。この位置データにより手段４はこれから航空機の現在位置を標準の方法で(周期的に)推論し、そして／または
− 上記の手段３は上記の航空機の少なくとも１つの標準慣性プラットフォームからなる。

よって、本発明による装置１は位置データの(手段２による)発信の周波数より高い周波数で航空機の位置を決定し、これにより、特に空港運行の枠内での航空機の位置の高レフレッシュ度の要件を満足できる。

本発明は、(標準衛星位置決めシステムと協働する手段２のレシーバ１５によって生じるデータである)位置データが、最も正確な、利用可能なデータであることを考慮する。また、装置１は、この位置データを、これが発信される毎に航空機の位置を決定するため(手段４により)考慮する。更に、この位置データの２つの連続する発信間で航空機の位置についての情報を得るため、装置１は、手段３により生じる慣性データを(手段５により)考慮する。この慣性データに基づき得られた航空機の位置は位置データに基づき得られたものより(一般には)正確ではないことは認められているが、はるかに高い周波数で発信されるので、位置データの２回の発信間で情報が無いとそれを埋めることができる。

本発明は地上で移動し、位置データと慣性データとを発生できる(任意のタイプの)手段２、３を備えたいかなるタイプの航空機にも適用する。然し、好ましい適用例は、上記タイプの、航空機の空港運航の補助に関する。

第１の簡略された実施例では、上記の手段５は航空機の位置を以下の式により決定し、

式中
− ｘ_ｉ＋１およびｙ_ｉ＋１は現在の中間時間ｔ_ｉ＋１における航空機の上記位置の水平面における座標であり、
− ｘ_ｉおよびｙ_ｉは以前の中間時間ｔ_ｉにおける航空機の上記位置の水平面における座標であり、
− Ｖｘi+1およびＶｙ_ｉ＋１は中間時間ｔ_ｉ＋１における航空機の慣性速度の水平面における座標である、
− Ｖｘ_ｉおよびＶｙiは中間時間ｔ_ｉにおける航空機の慣性速度の水平面での座標であり、
− dtは時間間隔Δｔの長さである。

各時間間隔Δｔに亘っての航空機の移動の考慮を改良し、サンプリングを考慮するため、手段５はこの時間間隔Δｔの最初と最後で採られる２つの慣性速度値の演算平均を計算する。

慣性速度は、該当する場合は、慣性プラットフォーム３の遅い漂流によるエラーにより損なわれることは既知である。このエラーは絶対的である(即ち、連続構成要素に対応する)。そこで、そのようなエラーの回避を図るため、上記の手段５は
航空機の位置を以下の式により決定し、

ここで、 上記のパラメータに加えて、ｖｘ_ｉおよびｖｙ_ｉは計算された速度であり、位置データを生じさせるのに用いられる上記手段２のレシーバ１５と連携する受信アンテナ１７の速度に対し、上記の位置データが発生する毎に調節される。

上記の慣性データは慣性速度ＶｘおよびＶｙに直接対応し、前記式により航空機の位置の計算を簡単にするのが好ましいが、特定の実施例では、上記の慣性データは又、上記の慣性速度ＶｘおよびＶｙを決定するのに用いられる加速にも対応できる。これにより、上記の加速は、標準方法では、(一般に１００ms毎に伝達される)慣性速度より高い周波数で(一般に２０ms毎に)伝達されるので、特に航空機の位置を計算する周波数を増加することができる。この場合、上記の加速は(順にサブ・アルゴリズムの調節に対する基準となる)慣性速度情報の２つの連続する項目間で慣性補外を行なうのに用いられる。そのアルゴリズムの残りは変更されない。

特定の実施例では、位置データの各発生時に、
− 上記の手段５が、上記の方法で、航空機の第１位置を位置データと慣性データとにより決定し、
− 上記の手段４が前記のように手段２から受け取った上記の位置データに基づき航空機の第２位置を決定し、
− 上記の手段６が、第１位置と第２位置との間の偏差を計算し、この偏差から(表示用に選択され用いられた)航空機の位置が、
・ こうして計算された偏差が第１所定値より大きいかあるいは等しく、(第２所定値未満)であれば、上記の第１位置と、
・ 上記の偏差が上記の第１所定値未満であれば、上記の第２位置と
に対応することを演繹する。

後者の実施例によれば、制限された時間(所定制限)の位置データの起こり得るエラーを監視し、そして、適宜フィルターすることができる。

ＧＰＳタイプの手段２の場合、レシーバ１５は、正確性の情報を提示し、発せられた位置情報(位置データ)の質についてのリアル・タイムの表示をする標準値ＨＤＯＰ、ＨＦＯＭおよびＨＩＬを提供できることは既知である。そこで装置１は、更に、例えば、中央ユニット１１内に統合され、上記のタイプの正確性情報を受け取り、この正確性情報に基づき、これと、表示手段９により用いられる地図作成用データの既知の正確性とを組み合わせることにより航空機の潜在的位置エラーを決定する手段１８を備える。この手段１８はこの潜在的位置エラーを上記の表示手段９に伝達でき、上記の地図上で、航空機の現在位置を示す記号の周りに、航空機の上記潜在的エラーを示す領域、即ち航空機がある種の可能性を持って位置する領域を強調する。

表示手段９によって用いられる現在の縮尺と、地図を示すのに用いられる投影法と、スクリーン１０の特性が分っているので、これらからスクリーン１０上のある種の可能性を持った(画素での)表示の潜在的エラーを演繹することができる。このエラー(恐らくはそれに関連する可能性)を関数として、航空機の位置の正確さと地図の詳細との間の不一致の危険を（例えば、可聴および／または可視の警告の形態で）未然に警告するための手段(図示略)を考えることができる。この警告は、簡単なメッセージをパイロットに宛て、表示手段９用のある種の表示縮尺の使用を禁止させることでもよい。

本発明に係る装置を示す線図である

符号の説明

、１…搭載装置、２…第１手段、３…第２手段(慣性プラットフォーム)、４…第３手段、５…第４手段、９…第５手段、１０…監視スクリーン、１５…レシーバ、１７…受信アンテナ。

Claims (14)

1. 航空機の地上位置を決定する方法であって、この方法は周期的に発せられる位置データならびに慣性データを使用し、この方法によれば、
   Ａ／ 位置データが発せられる毎に、この位置データは航空機の位置を決定するのに使用され、
   Ｂ／ ２つの連続する位置データが発せられる間に上記の慣性データが考慮され、
   ａ) これらの２つの連続するデータ発生の時隔は、中間時間で形成される、同じ長さの複数個の時間間隔に分割され、
   ｄ) 上記の中間時間の各々に対して、航空機の位置が対応する慣性データにより決定されることを特徴とし、
   以下の操作、
   Ｂ／ ｂ) 上記の中間時間の各々で、航空機の慣性速度が対応する慣性データに基づいて決定され、
   Ｂ／ ｃ) 各時間間隔に対し、この時間間隔を形成する２つの中間時間の平均慣性速度が計算され、この時間間隔中の航空機の地上移動がこれから演繹され、
   − 工程ｄ)において、各中間時間に対し、航空機の位置は以前の中間時間におけるその位置と、これらの２つの対応する現在と以前の中間時間により形成された時間間隔中のその移動とに基づき決定される
   が更に行なわれる方法。
2. 工程Ｂ／ｃ)およびＢ／ｄ)では、航空機の位置は以下の式により決定され、
   

   

   式中
   − ｘ_ｉ＋１および ｙ_ｉ＋１は中間時間ｔ_ｉ＋１における航空機の上記位置の水平面における座標であり、
   − ｘ_ｉおよびｙ_ｉは以前の中間時間ｔ_ｉにおける航空機の上記位置の水平面における座標であり、
   − Ｖｘ_ｉ＋１およびＶｙ_ｉ＋１は中間時間ｔ_ｉ＋１における航空機の慣性速度の水平面における座標である、
   − ＶｘおよびＶｙは中間時間ｔ_ｉにおける航空機の慣性速度の水平面での座標であり、
   − dtは時間間隔の長さである
   請求項１に記載した方法。
3. 工程Ｂ／ｃ)およびＢ／ｄ)では、航空機の位置は以下の式により決定され、
   

   

   式中、
   − ｘ_ｉ＋１およびｙ_ｉ＋１は中間時間ｔ_ｉ＋１における航空機の上記位置の水平面における座標であり、
   − ｘ_ｉおよびｙ_ｉは以前の中間時間ｔ_ｉにおける航空機の上記位置の水平面における座標であり、
   − Ｖｘ_ｉ＋１およびＶｙ_ｉ＋１は中間時間ｔ_ｉ＋１における航空機の慣性速度の水平面における座標である、
   − ＶｘおよびＶｙは中間時間ｔ_ｉにおける航空機の慣性速度の水平面での座標であり、
   − dtは時間間隔の長さであり、
   − ｖｘ_ｉおよびｖｙ_ｉは計算された速度であり、位置データを生じさせるのに用いられる受信アンテナ(１７)の速度に対し、上記の位置データが発生する毎に調節される請求項１に記載の方法。
4. 上記の慣性データが直接慣性速度に対応することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 上記の慣性データが上記の慣性速度を決定することのできる加速に対応することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
6. 位置データの発生毎に、
   航空機の第１位置が、工程Ｂ／に従って、慣性データに基づいて決定され、
   この第１位置と、上記の発せられた位置データにより得られた第２位置との間の偏差が計算され、
   航空機の位置は、
   こうして計算された偏差が第１所定値より大きいかあるいは等しく、第２所定値未満であれば、上記の第１位置と、
   上記の偏差が上記の第１所定値未満であれば、上記の第２位置と
   により与えられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. その後の工程Ｃ／で、航空機の環境を示す地図が監視スクリーン(１０)上に表示され、その地図には、工程Ａ／と工程Ｂ／ｄ)で決定された上記航空機の位置を示す記号が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 上記の位置データの正確性に関する正確性情報が収集され、
   航空機の潜在的位置エラーがこの正確性情報に基づいて決定され、
   航空機の上記潜在的エラーを示す領域が上記の地図上、上記の記号の周りで強調されることを特徴とする請求項７の方法。
9. 上記の位置データが、航空機に搭載され、衛星位置決めシステムと協働するレシーバ(１５)により生じるデータであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 上記の慣性データが航空機の慣性プラットフォーム(３)により生じるデータであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 航空機の地上位置を決定するための搭載装置であって、この装置(１)が
    − 位置データを周期的に発生する第１手段(２)と、
    − 慣性データを発生する第２手段(３)と、
    − 上記の位置データに基づき、位置データの発生毎に航空機の位置を決定する第３手段(４)と、
    − 位置データの２回の連続する発生間で、上記の慣性データに基づき航空機の位置を決定する第４手段(５)とからなり、２回の連続するデータ発生間の時隔が、中間時間により分離される同じ長さの複数個の時間間隔に分割されるものにおいて、
    上記の第４手段(５)が、
    − 各上記の中間時間に、対応する慣性データに基づき慣性速度を決定する手段と、
    − 各時間間隔に対し、この時間間隔を形成する２つの中間時間の平均慣性速度を計算し、これから、上記の対応する時間間隔中の航空機の地上移動を演算する手段と、
    − 各中間時間に対し、以前の中間時間におけるその位置と、これら２つの対応する以前と現在の中間時間で形成された時間間隔中のその移動に基づき航空機の位置を決定する手段とからなることを特徴とする装置。
12. 更に、航空機の環境を示し、上記の第３・第４手段(４、５)とにより決定される、航空機の位置を示す記号とを設けた地図を監視スクリーン(１０)上に提示するための第５手段(９)を備えることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 上記の第１手段(２)が、航空機に搭載され、衛星位置決めシステムと協働するレシーバ(１５)からなることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
14. 上記の第２手段(３)が少なくとも１つの慣性プラットフォームからなることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の装置。

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