JP3924747B2

JP3924747B2 - 航空機の空中衝突回避装置

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Publication number: JP3924747B2
Application number: JP2002291655A
Authority: JP
Inventors: 義昌元林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004093538A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空機の空中衝突回避装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機同士の空中衝突の予防を目的とした各国政府機関による航空管制にもかかわらず、現実には航空機同士の予期しない異常接近と衝突事故あるいはその寸前のニアミス事故がかなりの頻度で発生している。
【０００３】
これへの対策として、現在、大型の民間航空機にはＴＣＡＳ警報装置が搭載され、航空管制の指示の不備を補うものとして使用されている。ここで、現在、広く用いられているＴＣＡＳ警報装置は、地上の管制当局のレーダと航空機と双方間の自動応答装置による信号のやりとりを基に、映像の上で危険な航空機の位置を表示するとともに、相手機との位置関係を判断して異常接近がある緊急時には警報と同時に操縦者に状況の表示と衝突回避のための上昇と降下を指示するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、操縦者には、相手機の位置の映像と音声表示による警報のみが提示される一方、回避の走路指示は上昇・降下のみであって、適切な回避動作としては内容が貧弱であるのみならず、時折、管制当局の指示との相剋矛盾や混乱が生じていて、その性能は限定的でかつ不完全となっている。
【０００５】
一方で、このような問題を解消するために、水平方向の回避指示を含めたＴＣＡＳの能力向上型の開発が進められているが、今のところ成功していない。
【０００６】
この発明は、従来技術の以上のような問題に鑑み創案されたもので、操縦者が安心してその指示にのみしたがうことのできる航空機の空中衝突回避装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】
まず、装置開発にあたって、▲１▼情報と判断の自立性、▲２▼回避運動の自動化、▲３▼汎用性という３つの設計思想を導入した。上記▲１▼は判断の指示の混乱の排除ためであり、上記▲２▼は迅速な対応のためであって、これらは、管制当局の指示を含めている現在のＴＣＡＳ装置の問題を解消するためである。このため、本発明は、回避装置の指示のみに基づいて回避できることを前提とした。また、上記▲３▼は、基本的には同じ装置を搭載している航空機を対象にすることを想定したが、現実には、未搭載の航空機との衝突の可能性もある。このため、未搭載の航空機も含めて、衝突回避のできる装置の開発を企図した。
【０００８】
本発明は、このような設計思想を土台にして創案されたものであり、その発明に係る航空機の空中衝突回避装置は、相手機を検知する識別手段と、検知した相手機の予測動作を解析する解析手段と、該解析手段により解析した相手機の予測動作に応じて自機の進行走路を出力する制御手段とからなる航空機の空中衝突回避装置であって、前記制御手段の出力として、前記解析手段によって解析した相手機の予測動作が、自機と衝突する飛行ルートの可能性があると判断された場合、解析時点の相手機が、自機の進行方向に向かう軸線を中心にして左右いずれか一方側にあれば、所定の迂回動作と降下動作の複合動作を指示し、他方側にあれば、一方側の降下速度と異なる速度の降下動作のみを指示するよう設定するとともに、相手機が左右どちらかの側の場合にどちらの動作として指示するのかを予め設定することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、相手機の予測動作が自機と衝突する飛行ルートとは、いわゆるトラフィック・コリジョン・ルート（双方の飛行ルートが空間の一点で交叉し、双方がその交点を同時刻に通過する関係にある場合の各航空機の飛行ルート）を指すが、本願では、厳密な意味でのトラフィック・コリジョン・ルートだけでなく、両者が衝突する可能性がある場合までをも判断基準としており、厳密には交叉しないがニアミスもしくはかなり接近する場合の可能性のある飛行ルートも含めるなど、ある程度の幅（誤差）を考慮してもよい。また、迂回動作とは、迂回前の飛行ルートから左右に操舵していったんそのルートを外れた後、操舵を切り直して再度迂回前の飛行ルートに戻る動作をいう。
【００１０】
本発明では、制御手段の出力に関し、相手機の予測動作が、自機と衝突する飛行ルートの可能性があると判断された場合、解析時点の相手機が、自機の進行方向に向かう軸線を中心にして左右のいずれかの側にあるかで、自機の飛行ルートを、▲１▼所定の迂回動作＋降下動作という複合動作か、▲２▼その降下速度とは異なる速度の降下動作のみのいずれかをとるように設定している。
【００１１】
この制御において、相手機が左右のどちらかにあるかで回避運動が異なっている。回避運動における飛行ルートというのは、いったん現在の飛行ルートからそれた後、もとの飛行ルートに戻ることを基本とするから、理想の回避運動における飛行ルート（相手機との衝突回避の可能性がなく、かつ最短でもとの飛行ルートに戻れる飛行ルート）は、相手機が左右のどちらにあっても、相手機が直進し続ける限り、理論上は、同じ飛行ルート（あるいは軸線に対して左右線対称のルート）となるはずである。しかし、相手機も同じ装置を装備している場合、まったく同じ回避運動をとることになり、そうすると、今度は回避運動のルート相互で交叉する可能性が生じる。一方、トラフィック・コリジョン・ルート関係にある航空機同士においては、一方の航空機から見て、その進行方向に向かう軸線の左右一方側（例えば左側）に他方の機がある場合、他方の機から見ると、左右他方側（例えば右側）に一方の機があることになり、両者はそれぞれ相手機が逆側に見える関係となる。つまり、自機と相手機とは、常に逆側に見える位置関係になるので、回避運動を左右でまったく異なる飛行ルートとして設定しておけば、相手機が同じ装置を装備していても、回避運動のルート相互で交叉する可能性が０となる。そこで、本発明では、相手機の位置が左右どちらかにあるかで、上記▲１▼と▲２▼のようにまったく異なるルートを設定している。もっとも、異なる設定とした場合でも、一方の機と他方の機とで、左右が相互に逆の回避運動のルートで設定されているとすると（例えば一方の機では右が上記▲１▼で左が上記▲２▼なのに対し、他方の機では右が上記▲２▼で左が上記▲１▼に設定するような場合）、両機の交叉する可能性が復活する。そこで、相手機が左右どちらかの側の場合にどちらの動作として指示するのかを予め設定しておくこととし、その設定は、本発明の装置を装備するすべての航空機において統一させることを前提とする。なお、相手機が本発明の装置を装備していない場合は、前記所定の回避運動によって、当然ながら、両機が交叉することは回避される（ただし、相手機が旋回飛行をする場合については後述する付加制御を要する）。
【００１２】
また、この制御において、降下動作のみ行う他方側の設定の速度については、一方側の降下動作の速度と異なるものとなっているが、これは、両機の３次元的な位置関係によっては、降下速度が同速度であるとすると、一方の機の降下動作と、他方の機の降下動作及び迂回動作とのそれぞれの回避運動のルートが再度交叉する可能性が生じてくるためである。したがって、両者の速度の差はなるべく大きくするのが好ましい。
【００１３】
また、この制御において、上昇動作と、直線維持のままの単なる変速動作とを採用していないのは、それらは降下動作及び迂回動作にくらべ時間がかかるためである。すなわち、本発明では、これら動作のみを採用しているため、危険状態を検知した場合はきわめて俊敏にその危険状態を脱することができるものとなる。
【００１４】
また、これら制御によって両機の空中衝突の防止をより徹底させるためには、いったん回避ルートをとる制御が行われた後に、再度相手機の動作を予測し、その予測動作が自機と衝突する飛行ルートの可能性があるかどうか再度判断するのが好ましい。すなわち、前記制御手段による判断動作は、回避運動のルートを飛行中であっても反復して実行されることがその安全上好ましい態様となる。
【００１５】
なお、本発明に係る装置における相手機の検知や危険状態（衝突可能性、つまりトラフィック・コリジョン・ルート関係にあるか否か）の解析は、相手機が直線飛行をすることを前提としている。ここで、仮に相手機が旋回飛行をしている場合、これは危険な相手機でないと判断され、その結果として双方が至近距離において異常接近する事態が生じる可能性がある。現実に、このような事態が起きる可能性はきわめて低いと考えられるが、このような事態を完全に防ぐ意味では、至近距離の相手機を検知した場合、急旋回動作を強制的に組み入れた制御を付加させるのが好ましく、そのような制御設定がなされていれば、空中衝突回避の確実性は飛躍的に向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施形態例を説明する。なお、以下の形態例はあくまで一例であり、本発明が本形態例に限定されるものでないことは当然である。
【００１７】
本形態例では、相手機を識別する識別手段として、ロック・オン（目標の自動追跡と測定）機能をもったパルス・ドップラ・レーダを用いるとともに、解析手段と制御手段は装置内の中央演算処理装置が担っており（以下、中央演算処理装置内における前者を解析部、後者を制御部という）、それら解析部及び制御部における具体的制御は、独自に設計されたプログラムによって実行される。また、これら手段の各結果値は、それぞれ表示手段が備えられ、リアルタイムで表示されるものとなっている。
【００１８】
パルス・ドップラ・レーダが相手機を検知したときから、本形態例における回避制御が開始するが、その検知範囲（識別圏）は任意に設定できる。本形態例においては、本装置を搭載した航空機（以下自機という）から１０哩に設定しているが、これは経験則的に、これ以下では回避運動による安全確保の時間が不足するおそれがあるためである。パルス・ドップラ・レーダは、検知範囲内の相手機をその後も継続的に検知し続ける。
【００１９】
前記解析部においては、パルス・ドップラ・レーダがその相手機を検知した場合、前記解析部において、アスペクト角と、自機との距離の経時変化率とから自機と相手機とがトラフィック・コリジョン・ルート関係にあるかどうかと、自機の進行方向に対して左右どちらかに相手機が存在するかを瞬時に解析する。この解析は、相手機がパルス・ドップラ・レーダの検知範囲にある場合、継続的に行う。
【００２０】
前記制御部においては、前記解析部の解析によって、相手機がトラフィック・コリジョン・ルート関係にある機と出力された場合、相手機が、自機の進行方向に対して左右どちらに存在するかで、次のような回避運動のルートを出力する制御が実行される。すなわち、相手機が左側の場合、所定の迂回動作と一定量の降下動作を、相手機が右側の場合、前記降下動作の２倍の速度による降下動作のみをそれぞれ出力する。この設定は、本形態例の装置を備えるすべて航空機において同様とする。なお、相手機が右側の場合と左側の場合とにおける動作を左右逆に設定してもよいが、その場合においても、この装置を設置させるすべての航空機において同じ設定とする。
【００２１】
ここで、迂回動作のルートの一例を図１において示す。同図のうち、飛行ルートＡは自機の速度が６００ｋｎｔの場合、飛行ルートａは自機の速度が２４０ｋｎｔの場合である。この設定例では、第１旋回として、左へ３０度旋回し、同時に降下を開始する（Ｔ１，ｔ１）。次に、第１レグとして、識別圏の内径と同じ距離（１０哩）を直進し（Ｌ１，１１）、その後、第２旋回として右へ６０度旋回する（Ｔ２，ｔ２）。次に、第２レグとして、前回の直進と同距離を直進し（Ｌ２，１２）、第３旋回として左へ３０度旋回し（Ｔ２，ｔ２）、元の進路に復帰する。
【００２２】
なお、この制御部においては、以上の制御が実行されているかどうかにかかわらず、パルス・ドップラ・レーダが至近距離の相手機を検知した場合、急旋回動作を強制的に実行する出力がなされる。
【００２３】
次に、本実施形態例の動作について説明する。
【００２４】
自機の進行方向の軸線に対し、左方前方から相手機が飛行してきたとする。相手機が１０哩まで近づいてくると、パルス・ドップラ・レーダはその相手機を検知する。この検知状態は表示手段に表示される。この検知により、解析部がアスペクト角と自機との距離の経時変化率とから自機と相手機とがトラフィック・コリジョン・ルート関係にあるかどうかと、自機の進行方向に対して左右どちらかに相手機が存在するかを瞬時に解析する。解析の結果、トラフィック・コリジョン・ルート関係にないと判断された場合、その表示がなされ、現在の飛行ルートを継続させるとする出力がされる。一方、トラフィック・コリジョン・ルート関係にあると判断された場合は、危険状態を示す表示がなされ、所定速度での降下動作とともに、図１に示す迂回動作の出力がされる。すなわち、降下しながら、上述のとおり、第１旋回、第１レグ、第２旋回、第２レグ、第３旋回の航程により、いったん当初予定の飛行ルートを離れた後、再度戻る迂回ルートを飛行するよう制御される。この各航程中、パルス・ドップラ・レーダの検知と解析部の解析は継続され、万が一、回避運動の飛行ルートが相手機とトラフィック・コリジョン・ルート関係となったと判断された場合は、その時点で、制御部から新たな迂回動作の出力がされる。さらに、相手機が予期しない動作を行い、その結果急接近したことが検知された場合は、制御部によって、直ちに急旋回をするとする出力がなされる。このようにして、トラフィック・コリジョン・ルート関係にある相手機との衝突は、完全に回避される。
【００２５】
なお、本発明が本形態例に限定されるものでないことは上述したとおりであり、例えば識別手段として他のレーダを用いたり、検知手段の識別圏の距離を変更したり、制御部において出力される迂回動作を変更させたりする等の種々の変更も可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る航空機の空中衝突回避装置によれば、自機と衝突する飛行ルートの可能性がある相手機が存在しても、その衝突を末然に回避することが可能となっているので、操縦者が安心してその指示にのみしたがって操縦することができるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】迂回動作の一例を示す飛行ルートの説明図である。
【符号の説明】
Ａ自機が６００ｋｎｔで飛行している場合の飛行ルート
ａ自機が２４０ｋｎｔで飛行している場合の飛行ルート

Claims

相手機を検知する識別手段と、検知した相手機の予測動作を解析する解析手段と、該解析手段により解析した相手機の予測動作に応じて自機の飛行ルートを出力する制御手段とからなる航空機の空中衝突回避装置であって、
前記制御手段の出力として、
前記解析手段によって解析した相手機の予測動作が、自機と衝突する飛行ルートの可能性があると判断された場合、
解析時点の相手機が、自機の進行方向に向かう軸線を中心にして左右いずれか一方側にあれば、所定の迂回動作と降下動作の複合動作を指示し、他方側にあれば、一方側の降下速度と異なる速度の降下動作のみを指示するよう設定するとともに、相手機が左右どちらかの側の場合にどちらの動作として指示するのかを予め設定することを特徴とする航空機の空中衝突回避装置。