JP4491464B2 - 航空機の識別およびドッキング誘導システム - Google Patents
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Description
前述した諸問題を解消するために、飛行場内で、航空機のような対象物を、正確に、安全に、効果的に無駄なく位置決めし、かつそのような対象物(のアイデンティティ・・・機種、所属、便名など)を適正に識別し確認することができるシステムと方法が要望されている。更に、航空機のような対象物の追跡(トラッキング)とドッキングの誘導を、特にリアルタイム動作モードで、行うためのシステムと方法とが要望されている。また更に、そのような動作システムの較正を行うシステムと方法が要望されている。
システム上の精度を確保するために、マイクロプロセッサ26は、航空機12を捕捉する前に、さらにその追跡の期間において種々の間隔で、図5に例示されている手順に従って自己較正するようにプログラムされている。システム10を較正することによって、ステップ・モータ24、25と目標方向との間の対応関係を確実に知ることができる。また、LRF20の距離測定能力も点検する。
最初に、航空管制塔14は、飛行機12の到来が予期されることと予期される飛行機の型とをシステム10に伝える。その信号によって、ソフトウェアが図8に示された捕捉モード62に入る。捕捉モード62において、マイクロプロセッサ26はステップ・モータ24、25を用いて、飛行機12を求めて捕捉域50を水平走査するようにレーザ・ビームを指向させる。この水平走査は、捕捉域50の中心点における予期される型の航空機のノーズの高さに対応する垂直角で行われる。
βf= arctan[(H−h)/lf]
ここで、H=地面からのLRF20の高さ、h=予期される航空機のノーズの高さ(lはLの小文字)、lf=LRF20から捕捉域50の中心までの距離である。この式からミラー21の垂直角が得られ、その垂直角で探索(サーチ)を行うことによって、捕捉域50の中心の位置における予期される航空機12の正確な高さでの探索が可能になる。その代替構成として、システム10は、或る距離における相異なる様々な型の航空機のβfの値をデータベースに記憶することとしてもよい。但し、記憶されたβfを用いる場合には、システム10はLRF20から所定の1つの距離だけ隔たった位置においてだけ航空機12を捕捉することになるので、システム10の柔軟性が制限されることになる。
αt= αV+(Sα+1−Sα-1)/(Sα-1+Sα+Sα+1)
ここで、SαはSMを与えたSαであり、αV(av)はSαに対応する角度セクタである。
図4に示されているドッキング・モードは、追跡(トラッキング)フェーズ84、高さ測定フェーズ86および識別フェーズ88の3つのフェーズ(段階)を含んで成る。追跡フェーズ84では、システム10は、到来する航空機12の位置をモニタ(監視)し、ディスプレイ18を介して軸位置(axial location、軸の周りの位置)31に関する情報(方位角情報)および航空機の停止点53からの距離を操縦士に提供する。システム10は水平走査によって航空機12の追跡を開始する。
(αt−αp−10)と(αt+αp+10)
の間の角度で、所定の単一角度ステップ(刻み)αまたは好ましくは0.1度間隔(刻み)のレーザ・パルスを送出するようにLRF20に指示する。ここで、αtは捕捉モード62の期間に決定されたエコー中心の方位角であり、αpは距離の値を含む現在の輪郭の列(column)における最大の方位角(角度位置)である。
(αt−αp−10)と(αs+αp+10)
の間の角度で、LFR値を受信する毎に1ステップずつ前後にαをステップ移動させる。ここで、αsは前の走査の期間に決定された方位角(アジマス、azimuth )である。
li 92:その角度ステップにおける対象物までの測定距離(lはLの小文字)。
lki 93:変位によって生じたスキュー(傾斜)を補償した測定値(=li−量(sm(最新走査期間における合計変位量)−量i×sp(最新の走査における各ステップの期間の平均変位量));即ち、li−(sm−isp))
di 94:その生成された輪郭と基準輪郭の間の距離(=rij(jで表される輪郭距離における対応する角度に対する輪郭値)−lki)。
ai 95:航空機のノーズと測定装置の間の距離(=rj50(0(ゼロ)度における基準輪郭値)−di)。
ac 96:各ステップ後の推定ノーズ距離(=am(最新の走査の終了時点におけるノーズ距離)−量i×sp)。
ad:推定ノーズ距離と測定ノーズ距離の間の差(=(ai−ae)の絶対値)。
Note(備考)97:航空機によって生じたと思われるエコーを示す。
2d=αmax−αmin
ここで、αmaxおよびαminは、それぞれ比較テーブルIIにおける連続するフラグの立ったdi 値のブロックに対する最大および最小のαの値である。また、マイクロプロセッサ26は、次の計算を行う。
ブロック中のフラグの立ったdiの上半分に対して
Y1=Σdi
ブロック中のフラグの立ったdiの下半分に対して
Y2=Σdi
Y1およびY2を用いて“a”(116)を次のように計算する。
a=k×(Y1−Y2)/d2
ここで、kは基準輪郭中で与えられた値である。“a”が所定値、好ましくは1、を越えた場合は、“a”にほぼ等しい横方向の偏差があると仮定される。次いで、比較テーブルIIのli列が“a”ステップ分だけ移動され、比較テーブルIIが再計算される。この処理は、“a”が経験的に決定された値、好ましくは1、より小さくなるまで継続する。li列の合計の移動量αsは横方向の偏差またはオフセットに等しいと考えられる(116)。横方向のオフセットが所定値、好ましくは1、より大きい場合は、輪郭は次の走査を行う前に横方向に調整される(118、120)。
am=Σ(フラグの立ったai)/N
ここで、Nはフラグの立ったaiの総数である。マイクロプロセッサ26は、amに基づいて、航空機のノーズまでの距離から停止点53までのLRF20の距離を差し引いて、航空機12から停止点53までの距離を計算する。(124)。
Sm=am-1−am
ここで、am-1およびamは最新の2つの走査に属する。追跡フェーズ84における第1(最初)の走査に対してSmが0(ゼロ)に設定される。
Sp=Sm/P
ここで、Pは最新の走査サイクルに対するステップ総数である。
lki 93:変位によって生じたスキュー(傾斜)を補償した測定値(=li−量(Sm(最新走査期間における合計変位量)−量i×sp(最新の走査における各ステップの期間の平均変位量));即ち、li−(Sm−isp))。
di 94:その生成された輪郭と基準輪郭との間の距離(=rij(jで表される輪郭距離における対応する角度に対する輪郭値)−lki)。
ai 95:航空機のノーズと測定装置の間の距離(=rj50(0(ゼロ)度における基準輪郭値)−di)。
ac 96:各ステップ後の推定ノーズ距離(=am(最新の走査の終了時点におけるノーズ距離)−量i×sp)。
ad:推定ノーズ距離と測定ノーズ距離の間の差(=(ai−ae)の絶対値)。
Note(備考)97:航空機12によって生じたと思われるエコーを示す。
sm=am-1−am
ここで、am-1およびamは最新の2つの走査に属する。追跡フェーズ84における第1の走査に対してsmが0(ゼロ)に設定される。
sp=sm/P
ここで、Pは最新の走査サイクル(周期)に対するステップ総数である。
2d=βmax−βmin
ここで、βmaxおよびβminは、それぞれ比較テーブルIIにおける連続するフラグの立ったブロックのdi値に対する最大および最小のβの値である。また、マイクロプロセッサ26は、次の計算を行う。
ブロック中のフラグの立ったdiの上半分に対して
Y1=Σdi
ブロック中のフラグの立ったdiの下半分に対して
Y2=Σdi
Y1およびY2を用いて“a”を次のように計算する。
a=k×(Y1−Y2)/d2
ここで、kは基準輪郭中で与えられた値である。“a”が所定値、好ましくは1、を越えた場合は、“a”にほぼ等しい垂直方向の偏差があると仮定される。次いで、li列が“a”ステップ分だけ移動され、比較テーブルIIが再びスクリーン表示され、“a”が再計算される。この処理は、“a”が所定値、好ましくは1、より小さくなるまで継続する。li列の合計の移動量βsは高さ方向の偏差に等しいと考えられる(144)。次に、垂直方向の比較テーブルII中のβj値がβj+Δβjに調整される。ここで、高さの偏差Δβjは次の式で表される。
Δβj=βs×(amβ+as)/(aj+as)
ここで、amβはβsを計算したときの有効値amである。
dm=Σdi/N
T =Σ|di−dm|/N
両方の輪郭に対してTが所定値、好ましくは5、より小さく、かつ充分な数のエコーを受信した場合には、航空機12は正しい型であると判断される(164)。充分な数のエコーが受信されたかどうかは次の式に従って判断される。
N/サイズ>0.75
ここで、Nは“受け付けた”エコーの数であり、“サイズ”は存在し得る値の数の最大数である。航空機12が正しい型ではなかった場合は、マイクロプロセッサは停止サイン136をターン・オンし、ドッキング・モード64を中断する。マイクロプロセッサ26は、識別フェーズ88を終了させて、追跡フェーズ84に戻る。
Claims (4)
- 光パルスを発生する光パルス発生手段と、
前記パルスを外方に、到来する対象物に投射して走査し、前記対象物から前記パルスを反射させる手段と、
前記対象物から反射した光パルスを収集する手段と、
所定点から延びる仮想軸線に対する前記対象物の位置を検出し、前記対象物と前記所定点の間の距離を検出して、前記対象物の位置の追跡を可能とする手段と、
を有し、
前記収集された光パルスに基づいて、前記走査に関する情報を反映し、前記検出された距離の分布を含む比較テーブルであって、既知の形状を表す輪郭テーブルと比較される比較テーブルを生成し、
前記検出された距離の分布と前記輪郭テーブルに基づいて各反射パルスに対する既知の輪郭と前記対象物の間の距離の差を計算し、前記距離の差に基づいて各反射パルスに対する前記対象物のノーズから測定装置までの距離の分布を記録した距離分布テーブルを生成し、
前記距離の分布に基づいて予定停止位置までの前記対象物の平均距離を計算し、
前記平均距離を前記対象物の追跡において用いる、
到来する対象物を追跡するためのシステム。 - 前記停止位置までの前記平均距離を、前記距離分布テーブルの最大合計値を有する2つの隣接エントリに対応する前記比較テーブル中のエントリについて記録された前記停止位置までの距離を平均化することによって計算する、請求項1に記載された追跡システム。
- 前記対象物から停止点までの距離、前記対象物の形式、および中心に対する前記対象物の位置が、表示器に表示される、請求項1または2に記載の追跡システム。
- 平均停止距離が、航空機に搭載されたコンピュータに連絡されて、その航空機が前記停止位置に到達したとき、前記コンピュータが航空機を停止させ得るように構成された、請求項1乃至3のいずれかに記載の追跡システム。
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