(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地勢ポイントに対応し、Ｘ次元及びＹ次元でアドレス指定可能であり、且つ隣接する地勢ポイントの間隔は前記Ｘ次元及びＹ次元の少なくとも一方の関数として変化するデータポスト（12）を有し、中心データポスト（12a）がＸ次元値及びＹ次元値により識別され、且つ一定半径（16）に対応する長さの１組の放射線（14）が前記中心データポスト（12a）を起点としている、地勢データベース（10）の前記一定半径のセグメントをサンプリングする方法において、
前記Ｘ次元及びＹ次元の前記少なくとも一方を複数のサブゾーンに分割し、サブゾーンごとに、地勢ポイント間隔に対応する代表データポスト間隔値を前記Ｘ次元及びＹ次元で識別する過程と、
前記複数のサブゾーンに対応し、前記放射線のうち少なくとも１本の放射線の角度向きに対応する複数のデルタＸ値とデルタＹ値の対を識別することにより前記少なくとも１本の放射線（14）を走査し、さらに、前記中心ポストのＸ次元値及びＹ次元値の関数として所定のデルタＸ値とデルタＹ値の対を識別し、且つ所定の数の連続するサンプルポイントにおけるサンプリングが前記少なくとも１本の放射線に沿った前記所定の長さまでのサンプリングを実行するように、前記少なくとも１本の放射線に沿った連続するサンプルポイントを識別するために、前記所定のデルタＸ値及びデルタＹ値を連続して累算することにより、前記少なくとも１本の放射線に沿って連続してサンプリングする過程と
から成る方法。
【請求項２】
前記サンプリングする方法はデジタル地勢高度データベースに適用され且つ前記Ｘ次元及びＹ次元の前記少なくとも一方は緯度の線に沿ったデータポスト間隔（18）に対応する次元である請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
政府の権利
合衆国政府は、空軍省により認承された契約No.F33600−88−Ｇ−5107に従って本発明における権利を有する。
発明の背景
本発明は一般にデジタル地勢高度データ（DTED）の使用に関し、特に、デジタル地勢高度データをサンプリングする方法に関する。
デジタル地勢高度データは複数の不連続の「データポスト」における地表高度を表わす。各データポストは地表の場所、すなわち、アドレス、たとえば、緯度及び経度と、関連する高度、たとえば、海面に対する垂直方向オフセットとを有する。従って、単純な形態のDTEDデータベースは経度及び緯度の入力に応答してスカラ高度を供給するであろう。いくつかの用途に関して、さらに複雑なDTEDデータベースが開発されている。たとえば、1990年２月６日にJ.F.Dawson及びE.W.Ronishに対し発行された米国特許第4,899,292号は、デジタル地勢高度データを含むデジタルマップを経度パラメータ及び緯度パラメータによってワープすることにより球状データベースを作成する切りばめの方法を示している。
DTEDデータベースシステムは、軍用の飛行ミッション（特命飛行）コンピュータシステム及び飛行計画戦略において、たとえば、秘密飛行作業や回避飛行作業を補助するために使用される。ミッションコンピュータシステムで使用する場合、DTEDデータベースはパイロットが時間が致命的な要素となる操縦を行うとき又は所定の脅威位置に関して回避ルートを選定するときに補助できる。そのような脅威の位置は前もってわかっていることもあり、DTEDデータベースに位置を記憶させておいても良いが、飛行中に脅威を検出する場合もある。DTEDに基づいてルート又は代替ルートをアクセスし、且つ計算するときに要求される計算の速度と正確さは、特に、パイロットが現在の地勢条件と代替ルートを完全に評価し続けるために繰り返し実行される計算の場合には、致命的な重大さをもつと考えられる。従って、DTEDをアクセスし且つ取り出したDTEDに基づいて計算する方法の改良は、単に、計算の手際よさの改善にとどまらず、生死にかかわり、ミッションの成否にとって重大なものである。
多くの場合、所定のポイントを取り囲む円形領域内のDTEDデータベースをサンプリングする必要がある。地勢に隠蔽されている脅威の相互視程の計算は、脅威位置が識別され且つ脅威位置を取り囲む円形領域が脅威の射程能力により規定される１つの例である。脅威の実際の射程能力を表わすDTEDサンプルの集合体を正確に抽出すること、すなわち、真に円形のデータポストパターンを抽出することが重要であるのは理解されるであろう。円形の脅威射程能力に正確に対応する全てのデータポストの完全なデータポスト掃引（visitation）、すなわち、サンプリングを保証しなければならない。
以下にさらに詳細に論じるが、単純な専用ハードウェア装置に適用すると、DTEDデータベースは円形領域の中のデータポストを正確に抽出するタスクを複雑にしてしまう。さらに特定していえば、主要なデータポストモデル、すなわち、先に引用した米国特許第4,899,292号のデータポストモデルの場合、データポストの間隔は経線、すなわち、経度の線に沿った垂直方向には一定であるが、緯線、すなわち、緯度の線に沿った水平方向には緯度の関数として変化する。言いかえると、極に近い緯度においては、緯度の線に沿ったデータポスト間隔は赤道の付近の緯度の線に沿ったポスト間隔より相当に狭い。このように、データポスト間隔の不均一、すなわち、収束によって、DTEDデータベースから円形パターンを抽出するタスクは複雑になる。DTEDデータキャッシュに対してそのような円形走査パターンを実行するときに使用するために提案されているハードウェア装置は、走査を実行する方法にいくつかの制限を加える単純な専用計算エンジンである。たとえば、円形走査の全体にわたって、典型的には各放射線に沿って取り出される一定半径、一定数のサンプルが必要とされる。これは、そのように単純な専用走査エンジンによってデータポスト間隔が可変であるデータベースから円形領域を走査しようとしたときに、特に煩わしい要求を課することになる。
従来の技術の関連する参考文献は、陸地や海の風景などの透視図シーンの視覚画像のリアルタイムコンピュータシミュレーションを開示している米国特許第4,853,185号である。地勢に関してはＸ−Ｙグリッドデータベースを使用し、デルタ視覚タンジェントを徐々に増分することにより掃引走査を実行する。地勢データベースは、データポイントが均一の間隔にあるときを考慮するのみである。
発明の概要
本発明は、DTEDデータベースが緯度の線に沿って緯度の関数としてデータポスト間隔の変化を含んでいるときにDTEDデータベースの円形領域を適切に走査する収束モデルを提供する。本発明は、所定のデータポストを起点とする放射線に沿って追跡することにより円形領域をサンプリングする放射走査方法に主に適用される。そのような放射走査方法においては、走査される放射線ごとに一定のデルタＸ値とデルタＹ値を確定し、たとえば、脅威軍事施設の射程能力に対応する特定の半径に到達するために各々の放射線に沿って一定の数のステップを取る。しかしながら、データポスト間隔が緯度の線に沿って緯度の関数として変化するようなDTEDデータベースに適用される場合には、そのような放射走査方法では、関心ポイントを取り囲む楕円形領域がサンプリングされる結果となり、そのような楕円形の領域は脅威軍事施設の射程能力を正確には反映していない。
本発明は、走査される各々の放射線に沿って一定の数のステップが取り出されるが、データベースの円形領域を適切に走査するように、単純な専用ハードウェアエンジンにおいて緯度の関数としてデルタＸ値及びデルタＹ値をスケーリングする方法を提供する。本発明の好ましい実施態様では、緯度入力は、たとえば、その緯度入力により索引付けされるルックアップテーブルに記憶されている複数組の事前に計算されたデルタＸ値及びデルタＹ値の中から選択する。これにより、各放射線に沿って取り出される一定数の大きさのデルタＸステップ及びデルタＹステップから円形サンプル領域がえられる。本発明のサンプリング方法は単純な専用ハードウェアエンジンで実現でき、しかも、脅威の円形射程能力に対応する正確な、すなわち、円形のサンプリングを実行することができる。
本発明の主旨を指摘し、本明細書の末尾部分に明確に特許請求する。しかしながら、本発明の編成及び動作の方法は、本発明のその他の利点及び目的と共に、添付の図面と共に以下の説明を参照することにより最も良く理解されるであろう。図面中、同じ図中符号は同じ素子を指示している。
【図面の簡単な説明】
本発明をさらに良く理解し且つ本発明をどのようにして実施できるかを示すために、次に、例として、添付の図面を参照する。図面中：
図１〜図３は、本発明を実施しうる放射走査の方法及び装置を示す。
図４は、図３の放射走査ハードウェアで採用され、本発明の収束モデルを取り入れたルックアップテーブルを示す。
好ましい実施形態の詳細な説明
図面に示すような本発明の好ましい実施形態は、一般に、所定の関心ポイントを中心とする円形領域を占めるDTEDデータポストの集合体を抽出するときに使用するための収束モデルから成り、DTEDデータベースはデータポストの間隔を変化させる。本発明の好ましい実施形態は、所定の放射スポークに沿って追跡するときに所定のデルタＸ値及びデルタＹ値を使用する放射走査ハードウェアにおいて使用するのに最も適している。本発明によれば、放射走査ハードウェアは、所定の緯度ゾーン、たとえば温帯を複数のサブゾーンに分割する緯度入力パラメータを受信する。緯度入力を使用して、放射走査ハードウェアは、所定の放射線を追跡し且つ特定のサブゾーンにおけるポストの間隔を考慮し、それにより、データポストの円形パターンを適切に抽出、すなわち、サンプリングするために必要とされるデルタＸ及びデルタＹを近似する。
図１において、データキャッシュ10は、二次元アドレス指定方式、すなわち、X/Yアドレス指定方式に従って個別にアドレス指定可能である複数のデータポスト12から構成されるDTEDデータベースの関連する一部分を記憶している。詳細には、DTEDデータベースは緯度値及び経度値によってアドレス指定可能である。放射走査相互視程計算の実行に際しては、Rthreatとして指示されている所定の射程能力を有するデータポスト12aに脅威軍事施設が位置していると識別する。図示した実施形態では、射程Rthreatは146個のデータポスト12に相当する。次に、脅威位置12aを起点とする１組の放射線14に沿ったデータポスト12でデータサンプルを取り出し且つRthreatに相当する射程を拡張する、すなわち、データポスト12aから146個のデータポストに拡張することにより、放射走査を実行する。残念ながら、緯度の線に沿ったデータポスト間隔は緯度の関数として変化して、北極と南極での間隔なしまで収束する。従って、データポスト12aから一定数のデータポストだけ放射方向走査を拡張することは、緯度に従ってデータポスト間隔が変化してしまうために、データポスト12aを取り囲む円形領域には一致しない。さらに、図１のアーキテクチャによって実行される放射走査の方法は、所定の放射線に沿ってサンプリングされるデータポストの数の変化には適していない。すなわち、各放射線に沿って一定数のステップ又はサンプルが必要である。
図２において、１つのサンプルステップ18は垂直放射線14aに沿った、すなわち、図１に指示したｙ軸と平行であるデータポスト12の間隔に相当する。従って、データキャッシュ10から１つのサンプル20が取り出されるたびに、相互視程計算を実行できる。データポスト12aにある脅威の円形射程能力の全体にわたって完全なデータポスト12の掃引を確保するために、ステップ18の大きさを考慮に入れて、放射線14相互間の角度増分を選択する。
図３は、一般に、相互視程を迅速に計算するのに適する単純な専用放射走査装置30をハードウェアで実現した構成を示す。放射走査装置30は、脅威軍事施設の位置、すなわち、Xthreat及びYthreatと、その射程能力、すなわち、Rthreatとを識別する脅威関連情報を受信する。データキャッシュ10は、キャッシュ10内のデータポスト12に対応するＸアドレス値及びＹアドレス値33を供給するアドレス装置32を介してアクセスされる。そこで、データキャッシュ10は、アドレス装置32によりアドレス指定されるデータポスト12ごとのＸ及びＹ場所値と、高度値とを含めて、相互視程データ35を供給する。マスタコントローラ34は、値Rthreat及びステップ18の大きさの関数として完全なデータポスト掃引を実行するために、放射線14間の適切な角度増分を選択する。360゜の走査16は、この角度増分だけ離間している複数の放射線14の各々の長さに沿って順次走査することにより実行される。360゜走査16のセグメントは、選択された放射線14のみを走査することにより実行されても良い。走査される各放射線14の角度向きは何らかの方法によりデルタXYルックアップテーブル36に対して指示されるが、図示した例においては、制御入力QindexをデルタXYルックアップテーブル36に印加する。この角度向きに基づいて、ルックアップテーブル36は、現在放射線14に沿ってサンプルステップ18の増分ごとにサンプリングするために要求されるデルタＸ値及びデルタＹ値37を提供する。XYアキュムレータ38は、アドレス装置32にアドレス値39を印加するための一連のデルタＸ値とデルタＹ値を加算する。XYアキュムレータ38に提示され且つ記憶される値は実数値を表わす高精度基準化整数であるが、XYアキュムレータ38によりアドレス装置32に供給されるXY値39は、データキャッシュ10に印加するための適切な整数アドレス値、すなわち、緯度と経度に対応する値を提供するために切り捨てられることが理解されるであろう。放射線距離カウンタ40は各放射線14に沿って進み、すなわち、ステップ18をカウントし、マスタコントローラ34に、放射線14の１本に沿った走査が完全に完了したときにそれを検出させる。各放射線14が走査された後、そのたびに新たなQindexをテーブル36に印加し、カウンタ40をリセットし且つ次の放射線14に沿って走査を実行する。
これまでの説明から、Ｘ方向とＹ方向に一貫したデータポスト間隔を有するDTEDデータベースについては、走査装置30は相互視程計算のために円形パターンのデータポスト12を適切に抽出するであろうということが明白なはずである。
しかしながら、データポスト12の間隔が収束して行くDTEDデータベースの場合には、ここまで説明したように、上述の走査ハードウェア30はデータポスト12aにある脅威を取り囲む楕円形パターンのデータポスト12を抽出するという望ましくない自体を招くであろう。本発明によれば、走査ハードウェア30は、XYアキュムレータ38に印加されるデータＸ値及びデルタＹ値を緯度の関数としてスケーリングすることにより、データポスト12aを取り囲む円形パターンのデータポスト12を適切に抽出する。従って、本発明の現実形態はルックアップテーブル36に記憶されている情報と、走査すべき放射線の角度向きに加えて緯度の関数としてその情報がどのようにしてアクセス、すなわち、索引付けされるかに関連している。
走査ハードウェア30は、温帯を８つのサブゾーンに分割する３ビット緯度入力60を含む。以下の表は温帯の８つのサブゾーンを定義している。
0003578767.tif 000002
データベースは収束するので、すなわち、経度の線は極で収束し、緯度の線上のポスト間隔は極でゼロに向かうので、走査中である放射線に沿った増分ステップのデルタＸとデルタＹは、キャッシュ10から適切な形状を走査するためにスケーリングされる。そのようなスケーリングは次のように実行される。
dx＝Xs・cos（theta）
dy＝Ys・sin（theta）
式中、thetaは走査すべき放射線14の角度向きを表わし、Xs及びYsは上記の表から取られる現在サブゾーンにおけるデータポスト12の間隔の関数としてスケーリングし、dx及びdyはルックアップテーブル36から取り出されるデルタＸ値とデルタＹ値に相当する。
項Xs及びYsに関する一般方程式は次の通りである。
0003578767.tif 000003
Xs及びYsの分子は、地球の湾曲の修正と累算距離の計算を目的として考慮すべき半径が一定で現れるように、ステップの大きさを水平方向と垂直方向の双方に均一となるよう修正する働きをする。Xs及びYsの分母は、要求される円形エリアを走査するために、２つの方向にステップの大きさを校正する働きをする。
これにより、上記のテーブルは、温帯の各サブゾーンを考慮に入れることにより、温帯全体にわたりXs及びYsを計算するための適切な情報を提供する。XsとYsの値の組を緯度の関数としたので、デルタＸとデルタＹの値を緯度の関数として８組で、すなわち、サブゾーンごとに１組ずつ計算できる。現在緯度に従ってテーブル36からデルタＸ値及びデルタＹ値を適切にアクセスするために、緯度入力60をテーブル36の中のアドレスオフセットとして使用して、適切なデルタＸ値及びデルタＹ値37を半径方向角度向き及び現在サブゾーン緯度の関数として取り出しても良い。
たとえば、米国特許第4,899,292号のDTEDデータベースのように、ここで典型的に考慮しているDTEDデータベースの性質上、赤道緯度及び極緯度は、単に温帯について先に定義した走査のサブセットであるにすぎない楕円走査を要求する。従って、この方法は地球のDTEDモデルの中のどの場所にも適用できるであろう。さらに特定すれば、赤道緯度は先の表の中で記載されている温帯サブゾーンのうちサブゾーン２、３、４及び５に対応する、すなわち、ゾーン中心値で同一の水平方向間隔を有する４つのサブゾーンに分割され、そのサブゾーン２は０度から11.05度の赤道緯度範囲に相当し、サブゾーン３は11.05度から19.31度の赤道緯度範囲に相当し、サブゾーン４は19.31度から25.36度の赤道緯度範囲に相当し、サブゾーン５は25.36度から30.00度の赤道緯度範囲に相当する。同様に、極緯度は上記の温帯サブゾーンの中のサブゾーン２、３、４、５及び６に対応する５つのサブゾーンに分割され、サブゾーン２は78.95度から90.00度の極緯度範囲に相当し、サブゾーン３は70.69度から78.95度の極緯度範囲に相当し、サブゾーン４は64.64度から70.69度の極緯度範囲に相当し、サブゾーン５は59.43度から64.64度の極緯度範囲に相当し、サブゾーン６は52.00度から59.43度の緯度範囲に相当する。
図４を参照すると、走査のために選択される所定の放射線の角度向きQindexは、温帯に関して、８つ１組のデルタＸ値及びデルタＹ値を識別する。そこで、緯度入力60は１対のデルタＸ値とデルタＹ値を選択するための基礎を形成する。デルタXYルックアップテーブル36に印加されるアドレス値は、走査すべき放射線のQindex角度向きと、緯度入力60、たとえば、半径方向向きの角度単位で表わされるQindex基底アドレスに対するアドレスオフセットとしての緯度入力60との合成である。その結果、アキュムレータ38に印加されるデルタＸ値及びデルタＹ値37は、一定半径方向長さに到達するための局所データポスト12の間隔、従って、円形サンプル領域を考慮に入れて、特定の放射線14に沿って適切なサンプリングを実行し、走査される各々の放射線に沿って一定数のステップ、すなわち、サンプルを取って行く。極緯度及び赤道緯度に関しても同様の手続きが使用されるが、必要なサブゾーンの数は少なくなる。これらの動作上の特徴は、適切な値をルックアップテーブル36にロードし且つ適切な緯度サブゾーン及び半径方向角度向きの関数としてテーブル36に適切に索引付けすることにより、図３の走査ハードウェア30を単純で、専用のアーキテクチャで好都合に実現することを可能にする。利用可能な８つのサブゾーンのうち適切な１つのサブゾーンを考慮するために、スキャナ30に対する緯度入力60の適用を変形しても良いことを理解できるであろう。たとえば、現在緯度が赤道緯度で11.05度から19.31度の間にあるとき、緯度入力60は温帯のサブゾーン３を指定するであろう。従って、走査装置30の外部にある処理装置は、温帯、赤道ゾーン又は極ゾーンの１つの中における現在位置の関数として利用可能な８つのサブゾーンのうち適切な１つのサブゾーンを選択するタスクを実行するであろう。
DTEDデータベースの改善を示し且つ説明した。本発明の方法はデータベース間隔の変化、特に緯度の線に沿った緯度の関数としての変化を伴うDTEDデータベースを補正する。本発明は、緯度の関数としてデータポスト間隔を考慮するために、現在サブゾーン緯度の関数として走査パターン、すなわち、サンプリングパターンを提供する。本発明は、放射走査パターンを実行するための既存の単純な専用ハードウェア構成に適切に統合されるので有利である。従って、本発明においては、考慮すべき脅威を取り囲む円形領域の中に存在するデータポスト12を選択する、すなわち、サンプリングすることと比べて、既存のDTEDデータベースシステムに統合するのが容易であり且つ精度が改善されるので、多大な有用性が得られる。
特許法に従うと共に、新規な原理を適用し且つそのような特殊化された構成要素を必要に応じて構成し、使用するために必要とされる情報を当業者に提供するために、本発明をかなり詳細に説明した。しかしながら、本発明が以上説明し且つ図示した特定の実施形態には限定されず、特定の点で個となる機器及び装置によって本発明を実施できること、及び機器の詳細と動作手続きの双方に関して、本発明自体の範囲から逸脱せずに様々な変形を実現できることを理解すべきである。
【図１】
0003578767.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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