JP3644495B2 - 航空機における他機位置表示方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機のパイロットに他機の相対位置を視認させるための航空機における他機位置表示方法、及び該方法を実施する他機位置表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、航空機のパイロットに他機位置を知らせる方法としては、自機に搭載したレーダー等により他機との相対距離を検出し、その距離情報に基づいてコックピットの通常計器パネルの平面ディスプレイに、自機を中心とする放射線上に他機位置を表示するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の他機位置表示方法にあっては、他機との相対距離は把握できても、表示される他機位置は自機の姿勢変化やパイロットの頭部の姿勢変化には対応しないため、自機の機首を他機に向けるポインティング動作に時間を要する。
【０００４】
特に、この自機の機首を他機に向けるポインティング動作に必要とする時間は、ＰＳＭ（Post Stall Maneuver:高迎角運動）可能な航空機において重大となる。すなわち、ＰＳＭ可能な航空機は、迎角が通常の航空機よりも非常に大きくなっても、例えば速度ベクトル方向と機体軸方向との角度が９０°近くまでなっても飛行が可能で、この運動特性により迅速にポインティングすることが可能となっている。
【０００５】
しかし、ＰＳＭ可能な航空機では、例えば、迎角が小さい略水平飛行状態から高迎角運動状態に移行すると、パイロットはそれまで正面に目視で確認できていた他機が、自機の下になって見えなくなると共に、高迎角運動状態に移行する際には、パイロットは通常計器パネルから視線を逸らすことが多いため、他機位置を一瞬見失う場合がある。この場合には、その後、通常計器パネルに視線を向けて平面ディスプレイから他機位置を確認することになるが、平面ディスプレイに表示される他機位置は、上記のように自機の姿勢変化やパイロットの頭部の姿勢変化に対応していないために、次のポインティングまでの動作移行に支障をきたし、航空機の性能を十分発揮できなくなる。
【０００６】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の第１の目的は、自機の姿勢変化やパイロットの姿勢変化に対応して他機位置方向を把握でき、ポインティング動作をスムーズに行うことができる航空機における他機位置表示方法を提供することにある。
【０００７】
更に、本発明の第２の目的は、上記の他機位置表示方法を簡単かつ安価に実施できるよう適切に構成した他機位置表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成する請求項１に記載の航空機における他機位置表示方法の発明は、自機の姿勢角を検出すると共に、自機に対する他機の相対位置を検出し、これら検出した姿勢角情報及び相対位置情報に基づいて、自機の機体軸座標系から見た他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは上記矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは上記矢柄を先太にして表示することを特徴とする。
【０００９】
この請求項１の発明によると、自機の機体軸座標系から見た他機位置情報が、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、自機の姿勢変化に対応して表示され、しかも、他機が自機の前方側に位置するときは先細の矢柄で、他機が自機の後方側に位置するときは先太の矢柄で表示されるので、その矢印シンボルを視認することで、あらゆる飛行状態でも他機位置方向を把握することができ、ポインティング動作をスムーズに行うことが可能となると共に、ＰＳＭ可能な航空機では高迎角飛行状態に移行すべきか否かの判断を迅速に行うことが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１の航空機における他機位置表示方法において、上記矢印シンボルは、パイロットが正面を向いた状態で視認可能に、ヘッドアップディスプレイにより外界に重畳して投影表示することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明によると、パイロットは通常計器パネルに視線を下ろすことなく、正面を向いた状態でヘッドアップディスプレイにより投影表示される他機位置情報を示す矢印シンボルを視認することができる。しかも、ヘッドアップディスプレイにより表示される矢印シンボルは、外界に重畳して表示されるので、視野が妨げられることもない。従って、パイロットのワークロードを増やすことなく、他機位置方向を把握することができ、特にＰＳＭ可能な航空機においては、通常飛行状態から高迎角飛行状態への移行、及び高迎角飛行状態からポインティング動作への移行を迅速に行うことが可能となり、その性能を十分発揮することができる。
【００１２】
請求項３に記載の航空機における他機位置表示方法の発明は、パイロットの頭部の姿勢角を検出すると共に、自機に対する他機の相対位置を検出し、これら検出した姿勢角情報及び相対位置情報に基づいて、パイロットの頭部の座標系から見た他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは上記矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは上記矢柄を先太にして、パイロットが装着するヘルメットに搭載したヘルメットマウンテッドディスプレイにより外界に重畳して投影表示することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明によると、パイロットの頭部の座標系、すなわちパイロットのアイポイントから見た他機位置情報が、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、パイロットの頭部の姿勢変化に対応してヘルメットマウンテッドディスプレイにより外界に重畳して投影表示され、しかも、他機が自機の前方側に位置するときは先細の矢柄で、他機が自機の後方側に位置するときは先太の矢柄で表示されるので、パイロットはあらゆる飛行状態でも、全く視線を変えることなく、また視野を妨げられることなく、常に矢印シンボルを視認することができる。従って、パイロットのワークロードを何ら増やすことなく、他機位置方向を把握することが可能となるので、特にＰＳＭ可能な航空機においては、高迎角飛行状態に移行すべきか否かの判断を迅速に行うことができ、その性能を十分発揮することが可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載の航空機における他機位置表示方法において、他機が自機の横に位置するときは、上記矢柄を均一な幅として上記矢印シンボルを表示することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明によると、他機が自機の横に位置するときは、矢柄の幅が均一な矢印シンボルとして表示されるので、その矢印シンボルを視認することで、他機が横方向に位置することが容易に把握することができ、ポインティング動作をスムーズに行うことが可能となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の航空機における他機位置表示方法において、上記相対位置情報は、他機との相対距離情報を含み、該相対距離情報に基づいて上記矢印シンボルの表示色を変化させることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明によると、例えば、検出した相対距離情報に応じて矢印シンボルの表示色を変化させることが可能となるので、これによりＰＳＭ可能な航空機では高迎角飛行状態に移行すべきか否かの判断を迅速に行うことが可能となる。
【００１８】
更に、上記第２の目的を達成する請求項６に記載の航空機における他機位置表示装置の発明は、自機の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、自機に対する他機の相対位置を検出する他機位置探索手段と、上記姿勢角検出手段及び他機位置探索手段で各々検出した姿勢角情報及び相対位置情報に基づいて、自機の機体軸座標系から見た他機位置情報を演算する演算手段と、他機位置情報を表示する表示手段と、上記演算手段で演算された他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは上記矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは上記矢柄を先太にして、上記表示手段により表示するよう制御する表示制御手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明によると、姿勢角検出手段及び他機位置探索手段は、例えば航空機に通常搭載されている自機姿勢角計及び他機位置探索レーダーを各々用いることができ、演算手段についても航空機に通常搭載されているコンピュータを用いて自機の機体軸座標系から見た他機位置情報を演算することができ、またヘッドアップディスプレイが設けられている場合には、これを表示手段として利用することができるので、演算手段で演算した他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは矢柄を先太にして、ヘッドアップディスプレイにより投影表示する表示制御手段を付加するだけで、簡単かつ安価に実施することが可能となる。
【００２０】
請求項７に記載の航空機における他機位置表示装置の発明は、パイロットが装着するヘルメットに搭載され、他機位置情報を外界に重畳して投影表示するヘルメットマウンテッドディスプレイと、上記ヘルメットを介してパイロットの頭部の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、自機に対する他機の相対位置を検出する他機位置探索手段と、上記姿勢角検出手段及び他機位置探索手段で各々検出した姿勢角情報及び相対位置情報に基づいて、パイロットの頭部の座標系から見た他機位置情報を演算する演算手段と、該演算手段からの他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは上記矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは上記矢柄を先太にして、上記ヘルメットマウンテッドディスプレイにより投影表示するよう制御する表示制御手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明によると、他機位置探索手段及び演算手段は、例えば航空機に通常搭載されている他機位置探索レーダー及びコンピュータを各々用いることができるので、パイロットが装着するヘルメットに、他機位置情報を矢印シンボルとして外界に重畳して表示するヘルメットマウンテッドディスプレイを搭載すると共に、ヘルメットの姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、ヘルメットマウンテッドディスプレイの表示制御手段とを付加するだけで、簡単かつ安価に実施することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る航空機における他機位置表示方法及び装置の実施の形態を図によって説明する。
【００２３】
（第１実施の形態）
図１及び図２は、他機位置表示装置の第１実施の形態を示すもので、図１はブロック図を、図２は図１に示すシンボル表示指令計算コンピュータでの処理のフローチャートを各々示している。この他機位置表示装置は、航空機（自機）に搭載した他機位置探索手段としての他機位置探索レーダー１と、姿勢角検出手段としての自機姿勢角計２と、演算手段としてのシンボル表示指令計算コンピュータ３と、パイロットが正面を向いた状態で視認可能に、コックピットの通常計器パネル４の上方に他機位置情報を矢印シンボル８として外界に重畳して投影表示するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）５と、表示制御手段としてのＨＵＤ表示制御ユニット６とを有する。
【００２４】
他機位置探索レーダー１は、自機に対する他機７の相対位置を表す相対高度、相対方位及び相対距離を検出するよう構成し、該検出した相対位置情報はシンボル表示指令計算コンピュータ３に供給する。また、自機姿勢角計２は、自機の姿勢角を表すピッチ角、ロール角及び方位角を検出するよう構成し、その検出した姿勢角情報はシンボル表示指令計算コンピュータ３に供給する。
【００２５】
シンボル表示指令計算コンピュータ３では、図２にフローチャートを示すように、他機位置探索レーダー１からの相対位置情報及び自機姿勢角計２からの姿勢角情報を所定の周期で取り込んで（ステップＳ１）、各周期において、先ず、相対位置情報及び姿勢角情報に基づいて自機の機体軸座標系での自機と他機７との相対角度を演算する（ステップＳ２）。次に、演算した相対角度に基づいてＨＵＤ５の座標系でのシンボルの姿勢角を演算する（ステップＳ３）。また、他機７との相対距離に応じてシンボルの表示色設定処理を行い（ステップＳ４）、ステップＳ３で演算したシンボル姿勢角及びステップＳ４で設定したシンボル表示色の情報を含むシンボル表示指令をＨＵＤ表示制御ユニット６に出力する（ステップＳ５）。
【００２６】
ＨＵＤ表示制御ユニット６では、シンボル表示指令計算コンピュータ３からのシンボル表示指令に基づいて矢印シンボル８の映像信号を生成し、その映像信号をＨＵＤ５に供給して、自機の機体軸座標系から見た他機位置情報を、他機位置方向に矢印先端を向け、他機７との相対距離に応じた表示色の矢印シンボル８として所定の位置に投影表示する。そして、他機が前方側に位置するときには、先細りに、横に位置するときには均一な幅の矢柄に、後方側に位置するときには先太に矢印シンボル８を変化させる。
【００２７】
このように構成された他機位置表示装置によると、自機の機体軸座標系から見た他機位置情報が、ＨＵＤ５によりパイロットが正面を向いた状態で視認可能に、所定の位置に矢印シンボル８として外界に重畳して投影表示されるので、パイロットは他機位置を確実に把握することができる。
【００２８】
また、パイロットは、ＨＵＤ５によって投影表示される矢印シンボル８の先端の向きおよび矢柄の形状によって、他機７の方向を容易に判断できるので、特にＰＳＭ可能な航空機においては、通常飛行状態から高迎角飛行状態への移行、及び高迎角飛行状態からポインティング動作への移行を迅速に行うことでき、その性能を十分発揮することができると共に、矢印シンボル８の表示色から他機７との相対距離を容易に把握することができるので、特にＰＳＭ可能な航空機では高迎角飛行状態に移行すべきかの判断を容易に行うことができる。
【００２９】
更に、ＨＵＤ５により矢印シンボル８を外界に重畳して投影表示することにより、パイロットは通常計器パネル４まで視線を落とすことなく、他機位置情報を得ることができるので、パイロットのワークロードを増やすことなく、航空機を操縦することができる。
【００３０】
また、他機位置探索レーダー１及び自機姿勢角計２は、航空機に通常搭載されているものを利用でき、シンボル表示指令計算コンピュータ３も航空機に通常搭載されているコンピュータを利用でき、更に、飛行高度や速度表示用としてＨＵＤが既に設けられている場合には、これを利用することができるので、簡単かつ安価に構成することができる。
【００３１】
（第２実施の形態）
図３及び図４は、他機位置表示装置の第２実施の形態を示すもので、図３はブロック図を、図４は図３に示すシンボル表示指令計算コンピュータでの処理のフローチャートをそれぞれ示している。この他機位置表示装置では、パイロットが装着するヘルメット１１にヘルメットマウンテッドディスプレイ（ＨＭＤ）１２を搭載し、このＨＭＤ１２にパイロットの頭部の座標系、すなわちパイロットのアイポイントから見た他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボル１３として、他機が自機の前方側に位置するときは矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは矢柄を先太にして、他機との相対距離に応じた表示色で外界に重畳して投影表示する。
【００３２】
このため、本実施の形態では、航空機（自機）に他機位置探索レーダー１４を搭載して自機に対する他機７の相対位置を表す相対高度、相対方位及び相対距離を検出し、その検出した相対位置情報をシンボル表示指令計算コンピュータ１５に供給する。また、ヘルメット１１にはヘッドモーションセンサ１６を設けると共に、コックピットの適宜の位置にはヘッドモーショントラッカー１７を設け、これらヘッドモーションセンサ１６及びヘッドモーショントラッカー１７の出力を各々ヘッドモーション処理ユニット１８に供給して、パイロットの頭部姿勢角を表すピッチ角、ロール角及び方位角を検出し、その検出した頭部姿勢角情報をシンボル表示指令計算コンピュータ１５に供給する。
【００３３】
シンボル表示指令計算コンピュータ１５では、図４にフローチャートを示すように、他機位置探索レーダー１４からの相対位置情報及びヘッドモーション処理ユニット１８からの頭部姿勢角情報を所定の周期で取り込み（ステップＳ１１）、各周期において、先ず、相対位置情報及び頭部姿勢角情報に基づいてパイロット頭部の座標系から見たパイロットのアイポイントと他機７との相対角度を演算する（ステップＳ１２）。次に、演算した相対角度に基づいてＨＭＤ１２の座標系でのシンボルの姿勢角を演算する（ステップＳ１３）。
【００３４】
また、他機７との相対距離に応じてシンボルの表示色設定処理を行い（ステップＳ１４）、ステップＳ１３で演算したシンボル姿勢角及びステップＳ１４で設定したシンボル表示色の情報を含むシンボル表示指令をシンボル表示制御ユニット１９に出力する（ステップＳ１５）。
【００３５】
シンボル表示制御ユニット１９では、シンボル表示指令計算コンピュータ１５からのシンボル表示指令に基づいて矢印シンボル８の映像信号を生成し、その映像信号を映像信号入出力部２０を経てＨＭＤ１２に供給して、パイロットの頭部座標系から見た他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボル１３として、他機が自機の前方側に位置するときは矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは矢柄を先太にして、他機７との相対距離に応じた表示色で外界に重畳して、所定の位置に投影表示する。
【００３６】
このように構成された他機位置表示装置によると、他機位置情報を表す矢印シンボル１３がＨＭＤ１２により外界に重畳されて所定の位置に投影表示されるので、パイロットは全く視線を変えることなく他機位置を常に把握することができる。従って、パイロットのワークロードを全く増やすことなく、矢印シンボル１３を目視しながら航空機を操縦して、機首方向を他機に向けるポインティング動作を行うことができる。
【００３７】
また、他機位置探索レーダー１４は航空機に通常搭載されているものが利用でき、シンボル表示指令計算コンピュータ１５も航空機に通常搭載されているコンピュータを利用できるので、簡単かつ安価に構成することができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記第１実施の形態では、自機の機体軸座標系から見た他機位置情報を表す矢印シンボル８をＨＵＤ５により表示するようにしたが、ＨＵＤ５に代えて通常計器パネル４の平面ディスプレイに同様に表示することもできる。この場合でも、矢印シンボル８は、自機の姿勢変化に対応して表示されるので、その矢印シンボル８を視認することで、あらゆる飛行状態でも他機位置方向を把握することができ、ポインティング動作をスムーズに行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した本発明の航空機による他機位置表示方法によれば、自機の姿勢変化、或いはパイロットの姿勢変化に対応して他機位置方向を把握できるので、ポインティング動作をスムーズに行うことができ、特にＰＳＭ可能な航空機においては、その性能を十分発揮することができる。
【００４０】
また、本発明の航空機による他機位置表示装置によれば、航空機に通常搭載される機器を利用することができるので、簡単かつ安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の航空機における他機位置表示装置の第１実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すシンボル表示指令計算コンピュータでの処理を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の航空機における他機位置表示装置の第２実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示すシンボル表示指令計算コンピュータでの処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ 他機位置探索レーダー
２ 自機姿勢角計
３ シンボル表示指令計算コンピュータ
４ 通常計器パネル
５ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
６ ＨＵＤ表示制御ユニット
７ 他機
８ 矢印シンボル
１１ ヘルメット
１２ ヘルメットマウンテッドディスプレイ（ＨＭＤ）
１３ 矢印シンボル
１４ 他機位置探索レーダー
１５ シンボル表示指令計算コンピュータ
１６ ヘッドモーションセンサ
１７ ヘッドモーショントラッカー
１８ ヘッドモーション処理ユニット
１９ シンボル表示制御ユニット
２０ 映像信号入出力部
Claims (7)
- 自機の姿勢角を検出すると共に、自機に対する他機の相対位置を検出し、これら検出した姿勢角情報及び相対位置情報に基づいて、自機の機体軸座標系から見た他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは上記矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは上記矢柄を先太にして表示することを特徴とする航空機における他機位置表示方法。
- 上記矢印シンボルは、パイロットが正面を向いた状態で視認可能に、ヘッドアップディスプレイにより外界に重畳して投影表示することを特徴とする請求項１記載の航空機における他機位置表示方法。
- パイロットの頭部の姿勢角を検出すると共に、自機に対する他機の相対位置を検出し、これら検出した姿勢角情報及び相対位置情報に基づいて、パイロットの頭部の座標系から見た他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは上記矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは上記矢柄を先太にして、パイロットが装着するヘルメットに搭載したヘルメットマウンテッドディスプレイにより外界に重畳して投影表示することを特徴とする航空機における他機位置表示方法。
- 他機が自機の横に位置するときは、上記矢柄を均一な幅として上記矢印シンボルを表示することを特徴とする請求項１〜３に記載の航空機における他機位置表示方法。
- 上記相対位置情報は、他機との相対距離情報を含み、該相対距離情報に基づいて上記矢印シンボルの表示色を変化させることを特徴とする請求項１〜４に記載の航空機における他機位置表示方法。
- 自機の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、
自機に対する他機の相対位置を検出する他機位置探索手段と、
上記姿勢角検出手段及び他機位置探索手段で各々検出した姿勢角情報及び相対位置情報に基づいて、自機の機体軸座標系から見た他機位置情報を演算する演算手段と、
他機位置情報を表示する表示手段と、
上記演算手段で演算された他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは上記矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは上記矢柄を先太にして、上記表示手段により表示するよう制御する表示制御手段とを有することを特徴とする航空機における他機位置表示装置。 - パイロットが装着するヘルメットに搭載され、他機位置情報を外界に重畳して投影表示するヘルメットマウンテッドディスプレイと、
上記ヘルメットを介してパイロットの頭部の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、
自機に対する他機の相対位置を検出する他機位置探索手段と、
上記姿勢角検出手段及び他機位置探索手段で各々検出した姿勢角情報及び相対位置情報に基づいて、パイロットの頭部の座標系から見た他機位置情報を演算する演算手段と、
該演算手段からの他機位置情報を、他機位置方向に先端を向けた矢柄のある矢印シンボルとして、他機が自機の前方側に位置するときは上記矢柄を先細に、他機が自機の後方側に位置するときは上記矢柄を先太にして、上記ヘルメットマウンテッドディスプレイにより投影表示するよう制御する表示制御手段とを有することを特徴とする航空機における他機位置表示装置。
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