(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機上の氷の付着及び脱落を検出し、定量化するシステムを提供する。【解決手段】航空機上の一又は複数のＬＩＤＡＲデバイスを含む氷検出器２００であって、ＬＩＤＡＲデバイスの各々は送信器２０２と受信器２１４とを含み、送信器の各々はレーザパルス２０６を用いて航空機の空力表面２２６を繰り返し走査して、空力表面から拡散した拡散レーザパルス２２０を形成し、受信器の各々は、拡散レーザパルスを受信し、受信器で受信した拡散レーザパルスのタイミングを含むデータを出力する、氷検出器２１８を備える。出力データから、空力表面上の氷の蓄積及び／又は脱落を示す空力表面の座標の時間的変化が算出される。【選択図】図２
2019023615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機（１０４、５００、１００４）上の一又は複数の光検出測距（ＬＩＤＡＲ）デバイス（２００）を備える検出器であって、前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）の各々は送信器（２０２）及び受信器（２１４）を含み、
前記送信器（２０２）の各々は、レーザパルス（２０８）を用いて前記航空機（１０４、５００、１００４）の空力表面（２２６）を繰り返し走査して、前記空力表面（２２６）から拡散される拡散レーザパルス（２１０、２２０）を形成し、
前記受信器（２１４）の各々は、前記拡散レーザパルス（２１０、２２０）を受信し、受信器（２１４）で受信した前記拡散レーザパルス（２１０、２２０）のタイミングを含むデータを出力し、
前記出力データから、前記空力表面（２２６）の氷（２１２）の有無を表す前記空力表面（２２６）の座標の時間的変化が算出される、検出器。
【請求項２】
前記空力表面（２２６）は、前記航空機（１０４、５００、１００４）の翼（１０２、５０８）、尾翼（１０８）、又はロータ（１００２）の表面であり、
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）はコンピュータ（２２２、１３０２）に連結され、
前記コンピュータ（２２２、１３０２）は、前記座標の前記時間的変化から前記翼（１０２、５０８）、前記尾翼（１０８）、又は前記ロータ（１００２）の厚さの時間的変化を算出し、
前記コンピュータ（２２２、１３０２）は、前記厚さの前記時間的変化を用いて、前記氷（２１２）の蓄積又は前記氷（２１２）の脱落を特定する、請求項１に記載の検出器。
【請求項３】
前記送信器（２０２）は、翼（１０２、５０８）の複数の断面にわたる一又は複数の線パターンで前記翼（１０２、５０８）の前記空力表面（２２６）を走査し、
コンピュータ（２２２、１３０２）は、前記走査の一又は複数の走査速度を用いて前記複数の断面間の距離を測定する、請求項１又は２に記載の検出器。
【請求項４】
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）のうちの２つのＬＩＤＡＲデバイスを備え、
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）のうちの１つのＬＩＤＡＲデバイスは、翼（１０２、５０８）の上面（５０６ａ）を含む前記空力表面（２２６）を走査し、前記上面（５０６ａ）の座標を求めるために使用される前記データを出力するように配置され、
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）のうちの別のＬＩＤＡＲデバイスは、前記翼（１０２、５０８）の下面（５０６ｂ）を含む前記空力表面（２２６）を走査し、前記下面（５０６ｂ）の座標を求めるために使用される前記データを出力するように配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項５】
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）は、第１のＬＩＤＡＲデバイス、第２のＬＩＤＡＲデバイス、第３のＬＩＤＡＲデバイス、及び第４のＬＩＤＡＲデバイスを備え、
前記第１のＬＩＤＡＲデバイスは、翼（１０２、５０８）の上面（５０６ａ）を含む前記空力表面（２２６）を走査し、前記第１のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記上面（５０６ａ）の第１の方向の座標が求められ、
前記第２のＬＩＤＡＲデバイスは、前記翼（１０２、５０８）の前記上面（５０６ａ）を走査し、前記第２のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記上面（５０６ａ）の第２の方向の座標が求められ、
前記第３のＬＩＤＡＲデバイスは、前記翼（１０２、５０８）の下面（５０６ｂ）を含む前記空力表面（２２６）を走査し、前記第３のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記下面（５０６ｂ）の前記第１の方向の座標が求められ、
前記第４のＬＩＤＡＲデバイスは、前記翼（１０２、５０８）の前記下面（５０６ｂ）を走査し、前記第４のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記下面（５０６ｂ）の前記第２の方向の座標が求められる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項６】
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）は、前記航空機（１０４、５００、１００４）の翼フェアリング（５０４）に収容される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項７】
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）に連結されたコンピュータ（２２２、１３０２）をさらに備え、
前記データは、異なる時間における前記座標を表す複数の走査の各々について出力されるデータセットを含み、
前記データセットの各々について、前記コンピュータ（２２２、１３０２）は、
形状モデルを用いて、前記データセットから前記空力表面（２２６）の形状を抽出し、
翼（１０２、５０８）の重量及び／又は前記翼（１０２、５０８）上の気流の圧力に起因する前記空力表面（２２６）のたわみによる前記形状の一又は複数の変形を特定し、
変換機能を用いて、前記データセットを共通基準座標系の共通座標に変換し、
前記共通基準座標系は、前記変形のない前記空力表面（２２６）を含み、
前記変換機能は、前記変形を有する前記空力表面（２２６）を前記変形のない前記空力表面（２２６）に変換し、
前記共通基準座標系の前記共通座標の時間的変化を用いて、前記氷（２１２）の有無が検出される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項８】
前記コンピュータ（２２２、１３０２）は、前記データをフィルタリングして障害物に対応するデータを除外する、請求項７に記載の検出器。
【請求項９】
前記受信器（２１４）は、前記氷（２１２）の有無に関連付けられた前記レーザパルス（２０８）の光学特性についての情報を出力するスペクトラムアナライザ（２２４）及び／又は偏光検出器（２２４ｂ）をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１０】
前記光学特性は、前記レーザパルス（２０８）の偏光、強度、チャープ（ｃｈｉｒｐ）、周波数、及び吸収率から選択される少なくとも１つの特性である、請求項９に記載の検出器。  
【請求項１１】
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）は、前記空力表面（２２６）からの前記氷（２１２）の脱落を検出する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１２】
前記検出器は、アビオニクスに連結され、
前記アビオニクスは、前記氷（２１２）が前記空力表面（２２６）から脱落したと前記検出器が警告した後に失速警報テーブルを通常に戻し、前記航空機（１０４、５００、１００４）を非着氷状態下で飛行させる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１３】
航空機（１０４、５００、１００４）の空力表面（２２６）への氷（２１２）の蓄積又は空力表面からの氷の脱落を検出するための方法であって、
各々が送信器（２０２）及び受信器（２１４）を含む一又は複数の光検出測距（ＬＩＤＡＲ）デバイス（２００）を航空機（１０４、５００、１００４）上に設けること、
前記送信器（２０２）の一又は複数から送信されるレーザパルス（２０８）を用いて前記航空機（１０４、５００、１００４）の一又は複数の空力表面（２２６）を繰り返し走査して、前記空力表面（２２６）から拡散される拡散レーザパルス（２１０、２２０）を形成すること、
前記受信器（２１４）の一又は複数で前記拡散レーザパルス（２１０、２２０）を受信すること、
前記受信器（２１４）で受信した前記拡散レーザパルス（２１０、２２０）のタイミングを含むデータを前記受信器（２１４）から出力すること、及び
前記データから、前記空力表面（２２６）上の氷（２１２）の蓄積及び／又は前記空力表面（２２６）からの前記氷（２１２）の脱落を表す、前記空力表面（２２６）の座標の時間的変化を算出すること
を含む方法。
【請求項１４】
前記空力表面（２２６）は、前記航空機（１０４、５００、１００４）の翼、尾翼（１０８）、又はロータ（１００２）の表面を含み、前記方法は、
前記座標の前記時間的変化から前記翼（１０２、５０８）、前記尾翼（１０８）、又は前記ロータ（１００２）の厚さの時間的変化を算出すること、及び
前記厚さの前記時間的変化を用いて、前記氷（２１２）の前記蓄積又は前記脱落を特定すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
翼（１０２、５０８）の複数の断面全体にわたる一又は複数の線パターンで、且つ一又は複数の走査速度を用いて、前記翼（１０２、５０８）の前記空力表面（２２６）を走査すること、及び
前記一又は複数の走査速度を用いて、前記複数の断面間の距離を測定すること
をさらに含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）は第１のＬＩＤＡＲデバイス及び第２のＬＩＤＡＲデバイスを含み、前記方法は、
翼（１０２、５０８）の上面（５０６ａ）を含む前記空力表面（２２６）に前記レーザパルス（２０８）を送信する前記第１のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、前記第１のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記上面（５０６ａ）の座標が求められる、前記第１のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること、及び
前記翼（１０２、５０８）の下面（５０６ｂ）を含む前記空力表面（２２６）に前記レーザパルス（２０８）を送信する前記第２のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、前記第２のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記下面（５０６ｂ）の座標が求められる、前記第２のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること
をさらに含む、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＬＩＤＡＲデバイス（２００）は、第１のＬＩＤＡＲデバイス、第２のＬＩＤＡＲデバイス、第３のＬＩＤＡＲデバイス、及び第４のＬＩＤＡＲデバイスを含み、前記方法は、
翼（１０２、５０８）の上面（５０６ａ）を含む前記空力表面（２２６）に前記レーザパルス（２０８）を送信する前記第１のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、前記第１のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記上面（５０６ａ）の第１の方向の座標が求められる、前記第１のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること、
前記翼（１０２、５０８）の前記上面（５０６ａ）に前記レーザパルス（２０８）を送信する前記第２のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、前記第２のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて、前記上面（５０６ａ）の第２の方向の座標が求められる、前記第２のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること、
前記翼（１０２、５０８）の下面（５０６ｂ）を含む前記空力表面（２２６）に前記レーザパルス（２０８）を送信する前記第３のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、前記第３のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記下面（５０６ｂ）の前記第１の方向の座標が求められる、前記第３のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること、及び
前記翼（１０２、５０８）の下面（５０６ａ）に前記レーザパルス（２０８）を送信する前記第４のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、前記第４のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて前記下面（５０６ｂ）の前記第２の方向の座標が求められる、前記第４のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること
をさらに含む、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
複数の走査の各々について出力され、異なる時間における前記空力表面（２２６）のうちの１つの前記座標を表すデータセットを含む前記データを受信すること、
前記データセットの各々について、
形状モデルを用いて、前記データセットから前記空力表面（２２６）の形状を抽出すること、
前記空力表面（２２６）のたわみに起因する前記形状の一又は複数の変形を特定すること、
変換機能を用いて、前記データセットを共通基準座標系の座標に変換すること、及び
前記共通基準座標系の前記座標の時間的変化を用いて、前記空力表面（２２６）の氷の前記蓄積又は前記脱落を検出することをさらに含み、
前記共通基準座標系は、前記変形のない前記空力表面（２２６）を含み、前記変換機能は、前記変形を有する前記空力表面（２２６）を前記変形のない前記空力表面（２２６）に変換する、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記データは、前記レーザパルス（２０８）の光学特性についての情報をさらに含み、前記方法は、前記光学特性を用いて前記氷の前記蓄積又は前記脱落を検出することをさらに含む、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
氷が前記空力表面（２２６）から脱落したことを検出器が示したときに、アビオニクスが失速警報テーブルを通常に戻して前記航空機（１０４、５００、１００４）を非着氷状態下で飛行させることができるように、前記アビオニクスに対して警告することをさらに含む、請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＬＩＤＡＲを用いて氷を検出するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の空力表面上の氷の堆積は、厄介な問題となる場合がある。例えば、氷は回転翼機の翼、尾翼、エンジンナセル、及びロータに堆積しうる。氷によって空力表面上の所期の気流が遮られ、空力表面により生成される揚力の損失が生じうる。
【０００３】
寒冷状態における離陸前には、氷の蓄積の危険性が常に存在する。さらに、着氷は、飛行の様々なフェーズ中（離陸、離陸滑走、離陸後の上昇、降下、進入、及び着陸の最中を含む）に発生しうる。認証及びシステム設計上の主な考慮点の１つは、航空機を目的地においてレーストラックパターンで留まらせることを伴う４５分間ホールドの問題（４５  ｍｉｎｕｔｅ  ｈｏｌｄ  ｃａｓｅ）である。これは、検討しなければならない最大の氷の付着の１つをもたらしうるものである。珍しいケースには、認証エンベロープリミット外にある、（大抵の場合は熱帯地域における）巡航高度での着氷が含まれる。加えて、巡航高度を低下させる必要があり着氷状態を回避することができない双発機による長距離進出運航（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ−ｒａｎｇｅ  Ｔｗｉｎ−ｅｎｇｉｎｅ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ、ＥＴＯＰＳ）の様々なシナリオの最中には、非常に深刻な着氷環境が発生する場合がある。ゴーアラウンド（ｇｏ  ａｒｏｕｎｄ）、ランディング・クライム（ｌａｎｄｉｎｇ  ｃｌｉｍｂ）、一般飛行性、及びバフェットのために、こうした氷の全てについて検討する必要がある。
【０００４】
現在、氷の付着検知は、胴体に取り付けられた超音波、磁歪、又は２センサシステムプローブ式の氷検出器を用いて実現されている。図１は、航空機１０４の胴体１００、翼１０２、又はエンジン吸気口に取り付けられた、全大気温度（ＴＡＴ）プローブと同様な面一取り付け型の表面氷検出器及びプローブ式氷状態検出器を含む飛行中氷付着検出器を表す。氷状態プローブは、水分を検出し、温度データと組み合わせて着氷状態を予測し、列線交換ユニット（ＬＲＵ）に検出データを送信する。ＬＲＵは、データを下限と比較し、操縦室のコンピュータ１０６及びパイロットに現在の着氷状態を通知する。氷検出器による氷の検出に応じて、抽気又は加熱抵抗式の防除氷装置が起動され、失速防止境界は保守的な迎角の限度に設定される。
【０００５】
しかしながら、氷の防除／検出システムはロータの動きを妨げることなく実装するのが困難であるため、通常は回転翼機上で使用されることはない。したがって、過度なロータへの着氷による急速なトルクの上昇、振動の増加に関連する非対称な氷の脱落、及び脱落した氷による損傷がもたらされうる領域を回避するために、回転翼機の着氷飛行エンベロープは通常厳しく制限されている（例えば、摂氏−５度以上の温度での飛行、及び軽度着氷状態での飛行に制限される）。
【０００６】
さらに、従来の氷の検出／防除システムには、システムを設置する上での多くの問題につながる制約及び欠点がある。気流中でのプローブは、航空機の正常な状態の重要表面上とは異なる性質を有しており、プローブが氷を検知しないときに翼上の氷の付着がもたらされうる。重要表面に埋め込まれる他の氷付着センサは、当該センサが設置された位置の氷を検知することしかできない。したがって、現在の氷状態検出システムは、航空機が着氷状態にあるときを保守的に検知するのみであり（重要表面上に実際に氷の付着が存在するか否かを検知するのではない）、氷が脱落して存在しなくなったか否かを検出することはできない。
【０００７】
その結果、着氷が発生しており当該着氷が飛行中氷付着検出器により検出された航空機において、失速防止装置は通常、（防除氷装置が正常に作動しており、着氷状態を脱した後の適切な遅延の後にオフされたときであっても）飛行耐性のために保守的な値に設定される。これは、従来の氷検出器は氷の付着が生じていることを確認するように設計されており、航空機の前縁に氷がないことを確認するものではないことに起因する。航空機の前縁上の氷の存在又は昇華を検出する必要性により特殊な超音波ガイド波センサの使用が指摘されているが、これらのセンサは設置が高額であり、障害点が多い。したがって、乗務員は通常、氷が存在しないことを確認することができず、特に着陸時の飛行操縦性を妨げる保守的な設定で全体的な飛行を継続することを余儀なくされている。
【０００８】
他の例では、従来の氷検出器には、信頼できるほどの正確性がない。例えば、離陸前の地上において、離陸中止や墜落を生じうる過度な氷の堆積を回避することは特に重要であることから、航空機の翼上の氷の存在は通常、氷検出器ではなく目視による点検で検出される。さらに、従来の氷検出器は、エンジンが開始されるまで流されうる調整除氷／防氷液剤（又は防氷液剤）の塗布後に氷の昇華を検出することができないため、目視による点検は必要である。しかしながら、目視による点検は、特に霧、降雪、着氷性の雨、及び／又は暗闇によって視認性が損なわれたときに信頼性に欠けることがある。さらに、遅延のため離陸直前に航空機を除氷できないことも多いが、従来の氷検出器では除氷が必要か否かを判断することができない。
【０００９】
最後に、最新の認証要件のための設計考慮により着氷許容誤差が小さくなるため、最新の航空機は、従来の防氷技術がもたらすよりも高い着氷防止性能を有している必要がある。
【発明の概要】
【００１０】
上記の制約を解消するため、本開示は、航空機上の一又は複数のＬＩＤＡＲデバイスを含む氷検出器であって、ＬＩＤＡＲデバイスの各々は送信器と受信器とを含み、送信器の各々はレーザパルスを用いて航空機の空力表面を繰り返し走査して、空力表面から拡散した拡散レーザパルスを形成し、受信器の各々は、拡散レーザパルスを受信し、受信器で受信した拡散レーザパルスのタイミングを含むデータを出力する、氷検出器を記載する。出力データから、空力表面上の氷の蓄積及び／又は脱落を示す空力表面の座標の時間的変化が算出される。
【００１１】
空力表面の例としては、限定するものではないが、航空機の翼、尾翼、ロータ、又はエンジンナセルの表面が挙げられる。
【００１２】
ＬＩＤＡＲデバイスの収容の例としては、限定するものではないが、航空機の翼フェアリング内、胴体のバブル内、又は光学ウィンドウ後方の胴体内部が挙げられる。
【００１３】
ＬＩＤＡＲデバイスは通常、出力データを処理するコンピュータに連結される。
【００１４】
一実施形態では、コンピュータは、座標の時間的変化から翼、尾翼、又はロータの厚さの時間的変化を算出する。コンピュータは次いで、当該厚さの時間的変化を用いて氷の蓄積又は脱落を特定する。
【００１５】
別の実施形態では、データは、異なる時間における座標を表す複数の走査の各々について出力されたデータセットを含み、データセットの各々について、コンピュータは、データセットをフィルタリングして障害物に対応する不良な戻りを除外し、形状モデルを用いてデータセットから空力表面の形状を抽出し、翼の重量及び／又は翼上の気流の圧力に起因する空力表面のたわみ（ｆｌｅｘｉｎｇ）による形状の一又は複数の変形を特定し、変換機能を用いてデータセットを共通基準座標系の共通座標に変換する。この例では、共通基準座標系は変形のない空力表面を含み、変換機能によって、変形を有する空力表面が変形のない空力表面に変換される。次いで、共通基準座標系の共通座標の時間的変化を用いて氷の有無が検出される。
【００１６】
さらなる実施形態では、受信器は、空力表面の氷の有無を示すのに用いられる拡散レーザパルスの光学特性を含む情報を出力するスペクトラムアナライザ及び／又は偏光検出器をさらに含む。光学特性の例としては、限定しないが、レーザパルスの偏光、強度、チャープ（ｃｈｉｒｐ）、周波数、及び吸収率が挙げられる。
【００１７】
走査することは、空力表面の時間的走査及び／又は空間的走査を含みうる。一実施例では、送信器は各々、翼の複数の断面にわたる一又は複数の線パターンで翼の空力表面を走査し、コンピュータは、走査の一又は複数の走査速度を用いて当該複数の断面間の距離を測定する。
【００１８】
さらに別の実施形態では、１つのＬＩＤＡＲデバイスが、翼の上面を含む空力表面を走査し、上面の座標を求めるために使用されるデータを出力するように配置され、ＬＩＤＡＲデバイスのうちの別のＬＩＤＡＲデバイスが、翼の下面を含む空力表面を走査し、下面の座標を求めるために使用されるデータを出力するように配置される。
【００１９】
さらなる実施形態では、第１のＬＩＤＡＲデバイスが翼上面を含む空力表面を走査し、第１のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて上面の第１の方向の座標が求められ、第２のＬＩＤＡＲデバイスが翼の上面を走査し、第２のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて上面の第２の方向の座標が求められ、第３のＬＩＤＡＲデバイスが翼の下面を含む空力表面を走査し、第３のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて下面の第１の方向の座標が求められ、第４のＬＩＤＡＲデバイスが翼の下面を走査し、第４のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて下面の第２の方向の座標が求められる。
【００２０】
一実施形態では、各ＬＩＤＡＲデバイスは、レーザパルスを翼に向け、且つＬＩＤＡＲデバイスが飛行中及び地上での翼のたわみに合わせて調節できるようにするためのミラーを有する振動減衰マウントに載置される。別の実施形態では、各ＬＩＤＡＲデバイスは６０度の視野、１００メートルの測距範囲を有し、毎秒少なくとも５０ラインで走査し、且つ翼照明灯に隣接する面一のクリアパネル後方の翼フェアリング内に位置する。
【００２１】
ＬＩＤＡＲ検出器は通常、アビオニクス及び／又は防除氷システムに連結される。一実施形態では、ＬＩＤＡＲ検出器は、氷が空力表面に蓄積したとき又は氷が空力表面から脱落したときにアビオニクス／防除氷システムに対して警告する。別の実施形態では、ＬＩＤＡＲは、防除氷システムの作動を監視し、防除氷システムが故障したときにアビオニクスに通知する。さらに別の実施形態では、ＬＩＤＡＲ検出器は現在の飛行中氷検出プローブにバックアップを提供する。
【００２２】
このように、様々なＬＩＤＡＲの実施形態により、従来技術に比べて有意な利点がもたらされる。
【００２３】
一実施例では、空力表面に氷がないことを検出器が示すと、プライマリ氷検出システムにより制御される任意のアビオニクスは氷なしの設定に戻り、これによって飛行機の操縦性及び航空機全体としての安全性が改善される。
【００２４】
別の実施例では、ＬＩＤＡＲ検出システムは、１つのスポットでのみ測定可能な単一の面一取り付け型表面センサとは異なり、空力表面の重要領域全体に沿って検知を行う。
【００２５】
さらに別の実施例では、ＬＩＤＡＲ検出システムは、存在する氷の付着を検出するのみであり、着氷につながる状態を検知する（この検知ははるかに保守的な飛行プロトコルを必要とする）のではないため、航空機をより効率的に飛行させることができる。
【００２６】
さらに別の実施例では、氷の存在を検出した後、ＬＩＤＡＲは、（例えば、脱落又は昇華によって）氷が空力表面から離れたときを検出し、残存する氷が存在しないときを特定し、防除氷システムを電源オフできるようにして、飛行機の効率をより一層有意に改善する（氷検出器のない航空機又は正確性の低い氷検出器を有する航空機と比較して、燃料の燃焼及び排出物が削減される）。
【００２７】
さらなる実施例では、ＬＩＤＡＲシステムは、測定されている氷の付着の特徴づけを行うことで、氷の厚さ、種類、位置を知ることができるようにする。この情報を用いて、自然着氷認証試験時間を短縮し、着氷が過冷却大型水滴（Ｓｕｐｅｒｃｏｏｌｅｄ  Ｌａｒｇｅ  Ｄｒｏｐｌｅｔｓ、ＳＬＤ）であるか否かを特定し、より効率的な航空機の設計を可能にしうる長期着氷予測ツール方法の改善をもたらすことができる。
【００２８】
ここで、図面を参照する。図面全体を通して、同様の参照番号は対応する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の氷検出器を表す図である。
【図２】一又は複数の実施形態で用いられるＬＩＤＡＲデバイスを表す図である。
【図３】一又は複数の実施形態による氷検出処理工程を示すフロー図である。
【図４】ＡからＢは、一又は複数の実施形態による、変形した形状を共通基準座標系に変換することを表す図である。
【図５】Ａは、一又は複数の実施形態によるＬＩＤＡＲデバイスを配置することを示す概略側面図である。Ｂは、一又は複数の実施形態によるＬＩＤＡＲデバイスを配置することを示す概略断面図である。
【図６】一又は複数の実施形態による、空力表面の断面を測定するために線パターンでスイープ（掃引）される光パルスを示す概略断面図である。
【図７】Ａ及びＢは、一又は複数の実施形態で用いられる入射角を示す概略図である。
【図８】Ａ、Ｂ、及びＣは、一又は複数の実施形態による、氷の厚さを測定することを示す概略図である。
【図９】ＡからＦは、氷の形状の測定を示す説明図である。
【図１０】Ａ及びＢは、一又は複数の実施形態による、ヘリコプターにＬＩＤＡＲデバイスを配置することを表す図である。
【図１１】ＡからＤは、表面に氷がある翼型から収集した実際のＬＩＤＡＲデータを示す画像であり、Ｄは、断面データスライスである。
【図１２】一又は複数の実施形態による氷の検出方法を示すフロー図である。
【図１３】様々なソフトウェアを実装しＬＩＤＡＲセンサの要求を処理するためのハードウェアを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の説明では添付の図面を参照するが、図面は本明細書の一部を成すものであり、例示のための複数の実施形態として示される。他の実施形態を使用してもよいこと、及び本開示の範囲を逸脱することなく構造的な変更を加えてもよいことが理解されよう。
【００３１】
ＬＩＤＡＲ（例えば、レーザ検出測距、すなわちＬＡＤＡＲを含む）は、拡散光の特性を測定して、遠隔の対象物又は対象領域についての距離、速度、回転、及び／又は化学的組成の情報を検出する光学検知技術である。
【００３２】
本開示では、着氷が発生したときに実際の氷の付着を検出する性能を有する一又は複数のＬＩＤＡＲ検出器を備える航空機を記載する。他方、現在の全温度（ＴＡＴ）式の水分センサ飛行中翼氷検出器は、氷が実際に表面上に形成されたか否かを検出することができないため、航空機の周りに存在する着氷状態を推測することしかできない。着氷状態を脱した後に、ＬＩＤＡＲ検出器は自然に生じた氷の脱落及び／又は昇華を検出することもできる。このように氷が存在しないことを確認することで、失速防止装置を通常レベルにリセットすることができる。他方、従来の表面取り付け型着氷状態検出器は、氷が昇華又は脱落したときを特定することができない（氷の付着及び昇華を検出するためには非実用的なほどに／不可能なほどに多くの数のＴＡＴ検出器を使用しなければならない）。
【００３３】
ＬＩＤＡＲ装置
図２は、本発明の実施形態による、航空機１０４の空力表面２２６の氷２１２を検出するＬＩＤＡＲセンサ２００の動作原理を示す。ＬＩＤＡＲセンサは、レーザ２０２ａ（例えば、目に安全な１．５ミクロンの波長及び１ワットの出力電力を有する）と、レーザ光パルス２０８のストリーム又はビーム２０６を空力表面２２６に送信する放射光学系２０２ｂとを含む送信器２０２を備える。光パルス２０６は、空力表面の氷２１２により反射又は拡散２１０される。ＬＩＤＡＲセンサ２００は、受信光学系２１６（ミラー２１６ａ及び２１６ｂを含む）と光検出器２１８とを含む受信器２１４をさらに備え、受信光学系２１６は、空力表面の氷２１２により反射又は拡散２１０された光パルス２２０を受信し、反射光２２０の焦点を光検出器２１８に合わせるように配置される。
【００３４】
一実施形態では、放射光学系２０２ｂは、走査機構、又はレーザビーム２０６を空力表面へとステアリングするための手段を備える。一実施例では、走査機構は、空力表面へのビーム２０６の球面走査パターンを実現するためにプリズムを備える。別の実施形態では、放射光学系２０２ｂはマウントに取り付けられたミラーを備え、空力表面へのビーム２０６の矩形走査パターンを実現する。さらに別の実施形態では、走査機構は非機械的レーザビームステアリング及びズーム機構を有する。
【００３５】
図２は、ＬＩＤＡＲセンサ２００が、数値分析を実行するプロセッサ２２２を備えるか又はプロセッサ２２２に接続されることをさらに示す。プロセッサ２２２は、反射された信号／光のパルス２２０の時間を測定し、且つ／又は空力表面の座標を測定するために使用される三次元（３Ｄ）点群（ｐｏｉｎｔ  ｃｌｏｕｄ）データを出力する。
【００３６】
したがって、一又は複数の実施例では、検出器２３０は航空機１０４に配置されたＬＩＤＡＲデバイス２００の一又は複数を備え、ＬＩＤＡＲデバイス２００の各々が送信器２０２と受信器２１４とを含み、送信器２０２の各々がレーザパルス２０８を用いて航空機１０４、１００４の空力表面２２６（例えば、翼１０２、尾翼１０８、又はロータ１００２）を繰り返し走査２２８し、空力表面２２６から拡散された拡散レーザパルス２２０を形成する。受信器２１４の各々は、拡散レーザパルス２２０を受信し、受信器２１４で受信した拡散レーザパルス２２０のタイミングを含むデータを出力する。出力データから、空力表面２２６の氷２１２の有無を示す空力表面２２６の座標の時間的変化が算出される。様々な実施例では、コンピュータ２２２が、当該座標の時間的変化から翼１０２、尾翼１０８、又はロータ１００２の厚さの時間的変化を算出する。コンピュータは、厚さの時間的変化（Ｔ、図９Ｄを参照）を用いて氷２１２の蓄積又は氷２１２の脱落を特定する。
【００３７】
氷検出処理
一又は複数の実施形態では、処理は、空力表面の可撓性を考慮に入れる（例えば、商用飛行機の翼は非常にたわみやすく、Ｂｏｅｉｎｇ７８７の翼は最もたわみやすい翼の１つと考えられる）。翼のたわみは、地上での燃料がない状態の１Ｇ荷重から、地上での燃料がある状態での１Ｇ荷重、多岐にわたる重量及び速度並びにフラップ構造に伴って１Ｇの気体荷重を受けた翼へと変化する。
【００３８】
図３は、（例えば、図２に示す装置を用いて得られた）ＬＩＤＡＲデータを処理して、（例えば、翼の）たわみやすい空力表面上の氷を測定する方法を示すフロー図である。
【００３９】
ブロック３００は、空力表面を表し、航空機に取り付けられたＬＩＤＡＲ装置により生成される３Ｄ点群データをプロセッサ２２２に入力することを示す。３Ｄ点群データは、氷の蓄積を測定するための測距正確性、時間整合性、及び記録を十分に有しているべきである。一実施形態では、各データ点は、追加データを含む。追加データの例としては、限定しないが、ＬＩＤＡＲ戻りビームの偏光又は強度が挙げられる。
【００４０】
ブロック３０２は、障害物（又はセンサと空力表面との間の他の粒子）に起因する不良な戻りを３Ｄ点群の生データからフィルタリング／除外することを含む前処理を示す。フィルタリングの例としては、限定しないが、時間的／空間的フィルタリング及び波形戻りフィルタリング（ｗａｖｅｆｏｒｍ  ｒｅｔｕｒｎ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）が挙げられる。時間的／空間的フィルタリングでは、（前の走査から得られた、）空力表面がどこにあるべきかという先験的知識（ｐｒｉｏｒｉ  ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）を用いて、空力表面からのものではない可能性がある全ての範囲外ＬＩＤＡＲ戻りデータが除外される。波形戻りフィルタリングでは、個別のＬＩＤＡＲ戻りレベルでのフィルタリング技術を用いて、どの戻りが拡散された障害物から生じたものであり、どの戻りが空力表面から生じた「本当の」戻りであるのかが特定される。一実施形態では、戻りＬＩＤＡＲビームのパルス形状が分析され、不良な戻りが識別される（参考文献［１］参照）。別の実施形態では、強度の弱い戻りが障害物に関連づけられ、高強度の戻りが氷に関連づけられる。
【００４１】
ブロック３０４は、前処理を入力して空力表面の形状を抽出することを表す。空力表面のＬＩＤＡＲデータ走査から完全な３Ｄ点群が形成されるたびに、これら収集された点を前処理によって空力表面の形状モデル３０６へと単純化する。使用される方法の例としては、限定しないが、単純なエッジ抽出、及び３Ｄ点群データから空力表面の形状を抽出する、モデルに基づく複雑な方法が挙げられる（参考文献［２］参照）。このように、前処理によって、空力表面のたわみに起因する形状の一又は複数の変形を特定することができる。
【００４２】
ブロック３０８は、モデルを更新して、現在の表面形状と基準データとを共通座標系に定義することを表す。
【００４３】
ブロック３１０は、変換機能を用いて現在のデータを共通の表面データの構成／座標系に変換することを表す。形状が抽出されると、（例えば、振動又はたわみに起因して）形状が常に変化している期間にわたってデータを比較できるように、基準座標系にデータを変換する必要がある。一実施形態では、変換は形状の歪み測定の精度を上げるために、明確に識別できるウィットネスポイント（ｗｉｔｎｅｓｓ  ｐｏｉｎｔｓ）（例えば、翼の先端又は制御表面）を用いる。図４Ａは、たわみにより変形した形状を示す基準座標系を示し、図４Ｂは、たわみによる変形がない空力表面を含む共通基準座標系を示し、矢印４００は、変形を有する空力表面を変形のない空力表面へと変換する変換機能を示す。
【００４４】
一実施形態では、前縁の構成が変化しスラットが展開したときに、ＬＩＤＡＲシステムは一組のスラットデータセットに照らして座標をチェックする。
【００４５】
ブロック３１２は、表面測定の時間データベース３１４を更新することを表す。フィルタリングされた３Ｄ点群データが共通座標系の新たな座標に変換されると、当該新たな座標は時間データベースに記憶される。前のステップでの処理は空力表面の形状の処理を含んでいたが、本ステップの処理では、戻り強度、偏光などを含む、より強固なデータの組を分析する。最終的な結果として一組のデータが得られ、当該データから、（Ｎ個の異なる時間の測定に対応する）最後のＮ個の配列された表面点が比較される。したがって、共通基準座標系の座標の時間的変化を分析することにより、空力表面上での氷の蓄積又は脱落を検出することができる。
【００４６】
ブロック３１６は、氷の蓄積又は脱落の手がかりとなる変化の検出を表す。このプロセスでは、空力表面からの現在のデータ及びＮ個の前のデータを参照して氷を検出する。検出プロセスの例としては、堆積又は変形の検出、翼の一部分からの戻り強度のずれ、又は異なる種類の物質を示す偏光のずれの検出が挙げられる。使用される方法の例は、限定しないが、単純な閾値変化検出から、サンプルデータについてトレーニングされた本格的な機械学習構成にまで及ぶ。
【００４７】
一実施形態では、ＬＩＤＡＲは、スペクトラムアナライザ２２４を含み、表面汚染物質についての豊富なデータ源をもたらすためにスペクトラムアナライザに対するある範囲の周波数にわたりガイドパルス２０８がサンプリングされる。一実施形態では、表面は、曲率データベース又は他のデータベース（例えば、標準分光反射率又は双方向反射分布関数テーブル）に照らしてリアルタイムでチェックされ、汚染物質マップが作成される。空力表面の異なる表面座標変化を理解することにより、システムは特定の汚染物質の種類に対し感受的又は非感受的のいずれかとなる。一例として、特定の座標変化パターンは、氷に関連するが水には関連しない。
【００４８】
代替的に、ＬＩＤＡＲ氷検出器はまた、（氷の位置及び性質に基づいて）標準的な着氷とＳＬＤ着氷状態とを区別することができる検出器としても機能しうる。
【００４９】
ブロック３１８は、氷の測定、位置特定、及び分類を表す。このプロセスは、形成された氷の厚さを測定し、氷の領域を位置特定／区分化し、氷の種類を分類するためのプロセスである。使用可能な方法は、分類（例えば、ニューラルネットワーク、サポートベクターマシン（ＳＶＭ）アルゴリズム、ｋ近傍法（ＫＮＮ）、及びベイズ法）並びに位置特定（開発が進んでいる最近傍探索、多重解像度サブサンプリング）を含む。
【００５０】
ブロック３２０は、警告処理／生成を表す。一実施例では、氷が位置特定、分類され、厚さが測定されると、空力表面の着氷の高レベルな知識を用いて、乗務員３２２又は他の航空機システム３２４に警告する否か、及びどのように警告するかが決定される（例えば、特定の領域の氷は重大性が低い可能性がある、特定の種類の氷は大きな懸念である可能性がある、など）。一実施形態では、データにより、有視界状態にあり且つ視認レベルの低い状態にある地上のパイロットのためのリアルタイムグラフィックが形成される。
【００５１】
現在の飛行制御システムは、飛行中の翼のたわみに合わせて直接的に調整を行うことはできない。飛行制御装置は、航空機のレベル検出システムに応じて反応し、今日のシステムが反応する一瞬の間に発生する慣性力を補うための付加的な力を使用しなければならない。一実施形態では、航空機がより迅速に飛行中の状態に反応できるように、ＬＩＤＡＲシステムから受信した翼の位置データを飛行制御システムと直接やりとりする。
【００５２】
氷検出器配置の実施形態
図５Ａ及び５Ｂは、航空機のフェアリング５０４に配置され、各々が送信器２０２及び受信器２１４を含む複数のＬＩＤＡＲデバイス５０２ａ、５０２ｂを備える、航空機５００上での使用のための氷検出器の実施形態を示す。各ＬＩＤＡＲデバイス２００では、送信器２０２が航空機の翼５０８の空力表面５０６ａ、５０６ｂにレーザパルス２０８を送信し、受信器２１４が翼５０８から反射／拡散されたレーザパルス２２０を受信する。ＬＩＤＡＲデバイスのうちの１つのＬＩＤＡＲデバイス５０２ａは、レーザパルス２０８を翼の上面５０６ａに送信し、且つレーザパルス２２０を上面５０６ａから受信し、ＬＩＤＡＲデバイスのうちの１つのＬＩＤＡＲデバイス５０２ｂは、レーザパルス２０８を翼５０８の下面５０６ｂに送信し、且つレーザパルス２２０を下面５０６ｂから受信する。
【００５３】
一実施形態では、図２に示すように、送信器２０２はレーザ２０２ａ及び放射光学系２０２ｂを備え、受信器２１４は受信光学系２１６及び光検出器２１８を備え、空力表面の座標は、（例えば、図３に示す処理を用いて、）空力表面から反射されるレーザパルスのタイミングに基づいて求められる。
【００５４】
図５Ａは、着氷データが、航空機の機内コンピュータに着氷レベルを通知するデータベースとの比較のためにＬＲＵに供給されることを示している。一実施形態では、ＬＩＤＡＲを実装することにより、従来のプローブ（ＴＡＴ）に基づく検出器に比べて配線、接合の要件、及び翼毎に必要なセンサの数が低減される。
【００５５】
ＬＩＤＡＲデバイスは、図５Ａ、５Ｂ、及び６に示すような航空機のフェアリングの後方に配置される構成に限定されない。ＬＩＤＡＲの配置の更なる例としては、限定しないが、航空機胴体の内部又は航空機胴体上のバブル（例えば、航空機の機首付近）が挙げられる。このような実施例により、飛行耐久性の高い全天候型の氷検出及び高い信頼性、並びに北極などの厳しい環境での確実な操作が可能となる。
【００５６】
図６は、線パターン６００でスイープ／走査される光パルス２０８によって翼５０８の空力表面５０６ａ、５０６ｂの複数の断面６０２が測定されるように、送信器２０２が翼５０８の複数の断面６０２にわたる一又は複数の線パターン６００で翼５０８の空力表面５０６ａを走査する実施形態を示す。走査速度によって複数の断面６０２間の距離６０４が求められ、当該距離によって空力表面５０６ａの断面６０２の線密度が求められる。このように、コンピュータ２２２は走査２２８の一又は複数の走査速度を用いて複数の断面６０２間の距離６０４を測定する。一実施形態では、線密度の変化を用いて翼のたわみが測定される。空力表面５０６ａの経時的な座標の変化を監視することにより、走査は翼のたわみに適合し、さらに空力表面５０６ａの正確な画像を作成することができる。
【００５７】
図５〜６は、複数のＬＩＤＡＲデバイス２００を配置することをさらに示す。一実施例では、第１のＬＩＤＡＲデバイス５０２ａは、翼５０８の上面５０６ａにレーザパルス２０８を送信することにより上面５０６ａを含む空力表面２２６を走査２２８するように配置され、第１のＬＩＤＡＲデバイス５０２ａから出力されるタイミング／データ３００を用いて上面５０６ａの座標が求められ、第２のＬＩＤＡＲデバイス５０２ｂは、翼５０８の下面５０６ｂにレーザパルス２０８を送信することにより下面５０６ｂを含む空力表面２２６を走査するように配置され、第２のＬＩＤＡＲデバイス５０２ｂから出力されるタイミング／データ３００を用いて下面５０６ｂの座標が求められる。別の実施例では、第１のＬＩＤＡＲデバイス２００は、翼５０８の上面５０６ａにレーザパルス２０８を送信するように配置され、第１のＬＩＤＡＲデバイス２００から出力されるタイミングを用いて上面５０６ａの第１の方向ｘの座標が求められ、第２のＬＩＤＡＲデバイス２００は、翼の上面５０６ａにレーザパルス２０８を送信するように配置され、第２のＬＩＤＡＲデバイス２００から出力されるタイミングを用いて上面５０６ａの第２の方向ｙの座標が求められ、第３のＬＩＤＡＲデバイス２００は、翼５０８の下面５０６ｂにレーザパルス２０８を送信するように配置され、第３のＬＩＤＡＲデバイス２００から出力されるタイミングを用いて下面５０６ｂの第１の方向ｘの座標が求められ、第４のＬＩＤＡＲデバイス２００は、翼５０８の下面５０６ｂにレーザパルス２０８を送信するように配置され、第４のＬＩＤＡＲデバイス２００から出力されるタイミングを用いて下面５０６ｂの第２の方向ｙの座標が求められる。
【００５８】
図７は、ＬＩＤＡＲユニット５０２ａの各々が、ｘ−ｙ面のｘ軸に対して３〜３０度の翼への入射角、及びｚ−ｙ面のｙ軸に対して５〜７０度の翼への入射角でレーザパルス２０８を送信する実施形態を示す。一実施形態では、ＬＩＤＡＲデバイスは、ある範囲の入射角を実現するためにジンバル立体広角ＬＩＤＡＲユニットを備える。これにより、３０〜８０度の入射角で１００メートル以内の飛行中のデータを収集することができる。
【００５９】
氷の厚さ検出
図８は、ＬＩＤＡＲシステムがクリーンな翼の表面の位置及び汚れた氷の位置を測定し、翼上の氷の厚さを測定することを示す。その違いは、氷の厚さである。一実施形態では、ＬＩＤＡＲデバイスは、航空機上の氷の近傍に置かれ、大きい入射角で空力表面へとレーザパルスを送信し、低振動のデータを記録して、圧縮率の影響が少ないクリーン境界レベルを生成する。例えば、ＬＩＤＡＲシステムは、クリーンな対象表面又は汚れた対象表面を０．５〜１ミリメートルレベルの解像度でモデリングしうる。
【００６０】
氷の形状検出
着氷形状についてのデータを収集するための現在の方法のうちの２つは、カードボードトレース（ｃａｒｄｂｏａｒｄ  ｔｒａｃｅｓ）及び航空機の窓からの撮影である。しかしながら、これらの方法では、着氷形状についてのデータは図９に示すような低解像度で生成される。一実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムは、着氷形状に関するより高解像度の情報を生成する。別の実施形態では、ＬＩＤＡＲはＳＬＤの氷の形状を検出することにより、氷の形状、位置、及び性質に基づいて、標準的な航空機の着氷とＳＬＤ着氷とを区別する。
【００６１】
回転翼航空機
図１０Ａ及び１０Ｂは、回転翼機１００４上のロータ１００２のための飛行氷検出システムにおけるＬＩＤＡＲデバイス１０００の配置を示す。ＬＩＤＡＲデバイスは、前方及び後方の両方のロータブレードにレーザパルス２０８を送信し、ロータの前面及び下面の氷の蓄積及び形状を検出する。一又は複数の実施形態では、０．５〜１ミリメートルレベルの解像度で着氷データが得られる。
【００６２】
実験結果
図１１Ａ〜１１Ｄは、氷検出のためのＬＩＤＡＲ技術を検証する１つの地上実証機からの結果を示す。これらの画像は、表面に氷１１０２を有する翼型１１００から、翼型１１００への８５度の入射角を有するＬＩＤＡＲビームを用いて収集された実際のＬＩＤＡＲデータを示す。図１１Ｄの断面データスライスは、ＬＩＤＡＲが高さ１ミリメートルの氷のブロック１１０２を検出したことを示す。さらに、図１１Ａ〜１１Ｄはまた、翼型１１００の領域１１０４上の防氷システムを作動させた結果として氷の脱落を検出したこと（すなわち、検出された氷が存在しないこと）を示す。実用上ではまた、飛行中の対気速度の上昇又は飛行中の高度変更の結果として翼型の非加熱領域（例えば、スラット）での氷の昇華も生じる。
【００６３】
プロセスのステップ
図１２は、各々が送信器及び受信器を備える一又は複数のＬＩＤＡＲデバイスを用いて、飛行中、地上で、又は風洞内で航空機の空力表面を測定する方法を示すフローチャートである。
【００６４】
航空機の例としては、限定しないが、飛行機、商用航空機、軍用航空機、回転翼機、無人航空機（ＵＡＶ）、並びに打ち上げ機で用いられるような窒素回収システム及び低温燃料タンクが挙げられる。
【００６５】
空力表面の例としては、限定しないが、先尾翼、翼、翼の前縁、尾翼、エンジン吸気口、及びロータ又はプロペラが挙げられる。
【００６６】
ブロック１２００は、送信器の一又は複数から送信されるレーザパルスを用いて航空機上の一又は複数の空力表面を繰り返し走査して、空力表面から拡散される拡散レーザパルスを形成することを表す。
【００６７】
一実施形態では、レーザパルス２０８は、空力表面の振動又はたわみが生じる時間尺度よりも早い走査速度（例えば、毎分少なくとも２０００ポイント）で空力表面２２６を走査／スイープする（換言すると、走査の帯域幅は空力表面の動きの帯域幅よりも大きい）。一実施例では、ＬＩＤＡＲ送信器２０２及び受信器２１４は、能動減衰機能を有する取り付けシステムに取り付けられる。別の実施例では、ＬＩＤＡＲ送信器及び受信器は、レーザパルスを翼へと方向付けるミラーを有する振動減衰二軸マウントに取り付けられ、ＬＩＤＡＲデバイスは各々少なくとも６０度の視野を有し、毎秒少なくとも５０ラインで走査する。
【００６８】
ブロック１２０２は、受信器の一又は複数において拡散レーザパルスを受信することを表す。一又は複数の実施例では、受信器２１４は、氷２１２の有無に関連付けられたレーザパルス２０８の光学特性についての情報を出力するスペクトラムアナライザ２２４及び／又は偏光検出器２２４ｂをさらに備える。光学特性の例としては、限定しないが、レーザパルス２２０の偏光、強度、チャープ（ｃｈｉｒｐ）、周波数、及び吸収率が挙げられる。
【００６９】
ブロック１２０４は、受信器からデータ（例えば、３Ｄ点群データ）を出力することを表し、データ３００は、受信器で受信した拡散レーザパルスのタイミング（例えば、空力表面を経由した送信器と受信器との間でのレーザパルス２０８の伝搬時間）、又は空力表面２２６の座標ｃを算出するために用いられる他のデータを含む。一又は複数の実施例では、データ３００は、異なる時間での空力表面の座標ｃを表す複数の走査２２８の各々について出力されたデータセット３００ｂを含む。
【００７０】
ブロック１２０６は、タイミングデータ／３Ｄ点群データを用いて、空力表面上の氷の蓄積及び／又は空力表面からの氷の脱落を示す、空力表面の座標ｃの時間的変化を算出する／求めることを表す。
【００７１】
一実施形態では、図３に示すようにＬＩＤＡＲデータが処理され、ＬＩＤＡＲ出力が得られる。一又は複数の実施形態では、データ群３００の各々について、コンピュータ１３００は、形状モデル３０６を用いてデータ群３００から空力表面２２６の形状５１０を抽出３０４し、（例えば、翼５０８の重量Ｗ及び／又は翼５０８上の気流の圧力Ｐに起因する）空力表面２２６のたわみＦ１による形状５１０の一又は複数の変形Ｆ２を特定３０６し、変換機能４０４を用いてデータ群３００ｂを共通基準座標系４０２の座標ｃ’に変換３１０、４００する。共通基準座標系４０２は、変形Ｆ２のない空力表面２２６を含み、変換機能４０４は、変形Ｆ２を有する空力表面２２６を変形Ｆ２のない空力表面２２６に変換４００する。共通基準座標系４０２の共通座標ｃ’の時間的変化を用いて、氷２１２の有無が検出される。
【００７２】
一又は複数の実施例では、形状を抽出する前に、コンピュータ１３００はデータをフィルタリング３０２して障害物に対応するデータを除外する。
【００７３】
別の実施形態では、加速度計からのデータを用いて、空力表面の振動／たわみに対応するデータへの寄与率が求められ、当該寄与率がデータから削除／抽出され、ＬＩＤＡＲ出力が得られる。
【００７４】
さらに別の実施形態では、ＬＩＤＡＲデータの変動の時間尺度を用いて空力表面の振動／たわみに対応するデータを識別する。例えば、長い時間尺度にわたる変動（例えば、数分にわたる閾値）が氷の堆積に関連付けられ、一方、短い時間尺度にわたる変動は空力表面の振動／たわみに関連付けられる。
【００７５】
さらなる実施形態では、ＬＩＤＡＲにより測定された空力表面の角度の変動が翼のたわみに関連付けられる（例えば、翼のたわみは、５〜１０度の範囲でありうるか、又は翼の先端での５度を超える歪みに相当しうる）。
【００７６】
さらなる実施形態では、プロセッサが、測定された空力表面の座標を非着氷状態での空力表面のたわみ及び／又はねじれを表す曲率データベースとリアルタイムで比較し、空力表面のたわみに関連しない変化を識別することにより、翼上に氷が存在すること及び／又は存在しないことを示すマップを生成する。
【００７７】
さらなる実施形態では、拡散レーザパルスの強度の変化（空力表面の反射率）、ＬＩＤＡＲ拡散レーザパルスの周波数チャープ（ドップラー効果）、又はＬＩＤＡＲレーザパルスの偏光の変化を用いて、空力表面の動きに起因するアーチファクト及び障害物から氷の形成を区別する。一実施例では、レーザパルスは、ある範囲の波長を含み、受信器は当該波長の関数としてレーザパルスの吸収率を検出し、プロセッサが既知の汚染物質の吸収率を含むデータベースと当該吸収を比較することにより、空力表面の汚染物質が識別される。
【００７８】
ＬＩＤＡＲ出力は、リアルタイムで収集し処理することができる。出力の例としては、限定しないが、高解像度又は低解像度の、デジタルデータ、グラフィック表現、２Ｄもしくは３Ｄ画像、又は（例えば、氷の流れの）映像が挙げられる。ＬＩＤＡＲ出力の例は、限定しないが、以下の性能を含む。
【００７９】
様々な環境において確認される、翼又はロータブレードのような空力表面上での飛行中氷検出は、限定しないが、多量の水蒸気、塵、又は他の空中浮遊粒子、及び様々なたわみ状態を介した検出を含む。一又は複数の実施例では、ＬＩＤＡＲ処理は、０から６０Ｈｚの間で動いている、且つ／又はＬＩＤＡＲ送信器から１〜２０メートルの位置に配置されている、且つ／又は５〜９０度の入射角で角度をつけられた、固定翼の翼型表面上の１ミリメートルの層の氷の蓄積を検出しうる。他の実施例では、ＬＩＤＡＲは、様々な量及びサイズを含む雨及び水を介して、ならびに境界層圧縮を介して、また、飛行エンベロープのどの地点においても、翼型表面上の任意の位置で１ミリメートルの層の氷の蓄積又は昇華を検出しうる。さらなる実施例では、ＬＩＤＡＲは、５００〜４５００Ｈｚで動いているロータの翼型表面上の１ミリメートルの層の氷の蓄積を検出する。
【００８０】
翼又はロータのような空力表面上での飛行中氷形状検出及び／又は氷の特性づけは、従来の方法により実現される測定と比較して翼又はロータブレードに形成される氷の形状の知識を多く含む。一又は複数の実施形態では、ＬＩＤＡＲ出力により、種々の物質又は氷／水の種類が区別される。例えば、ＬＩＤＡＲ出力により、ＳＬＤ、雨、水、着氷性の雨、及び濃霧を区別することができる。
【００８１】
飛行中／地上における翼型特定及び動作追跡は、飛行中又は地上でのロータ追跡及びバランス調整を含む。一実施形態では、これは現在実現されているものよりも迅速に実施される。
【００８２】
ブロック１２０８は、以下で記述するように、データを用いること／アビオニクスにデータを出力することを表す。
【００８３】
航空機システムの起動／停止
一実施形態では、航空機システムは、ＬＩＤＡＲ出力に従って起動又は停止される。例えば、航空機システムが航空機保護システム（アビオニクス又は除氷システム）であるとき、保護システムは、ＬＩＤＡＲセンサが空力表面の氷を検出したことに応じて空力表面上で起動され、その後に、氷が所望のレベルを下回って昇華／脱落したことがＬＩＤＡＲセンサによって示されると停止される。一実施例では、ＬＩＤＡＲ出力は、氷の付着又は状態検出のための認証要件を満たす。
【００８４】
別の実施形態では、ＬＩＤＡＲ出力は、防氷システムの作動を監視することを含む飛行中性能状態モニタリングに使用される。さらに別の実施形態では、ＬＩＤＡＲ出力により、着氷状態ではないときに翼の防除氷システムが電源オンされる頻度が減り、これにより燃料の燃焼及び関連する整備が削減される。
【００８５】
別の実施例では、ＬＩＤＡＲ出力の優れた正確性を用いて、従来の氷検出器では行うことができない程度まで、（例えば、Ｂｏｅｉｎｇ７８７において見られるような）最新の防除氷システムの全性能が開拓される。例えば、ＬＩＤＡＲ出力は、起動前の氷（Ｗｉｎｇ  Ｉｃｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＷＩＰＳ）の起動前に付着する氷）を、操縦性及び失速警報マージンのための認証要件（例えば、１４  ＣＦＲ  Ｐａｒｔ  ２５の認証要件を参照）に応じるのに十分速く、且つ十分に厳密な厚さ閾値で検出することができる。この機能性はまた、Ｂｏｅｉｎｇ７８７航空機に見られるＷＩＰＳ及びプライマリ氷検出システムと併用して、離陸滑走中にＷＩＰＳを起動するのに特に有用である。
【００８６】
飛行パラメータの更新
さらなる実施形態では、飛行軌道又は飛行速度を変更するために（例えば、氷を回避するように飛行する、又は氷の脱落後に、より通常に近い飛行軌道／速度に戻る）、ＬＩＤＡＲ出力が使用される。このように、ＬＩＤＡＲシステムは失速警報及び関連するシステムの保守性を取り除き、認証規則により要求される閾値を依然として満たしながらも、必要でないときに飛行機を不利な状況に置かないことによって最大の操縦性を可能にする。従来は、ひとたび着氷状態が発生すると、氷検出器では氷が脱落したことを確認することができないため、（失速時に使用される飛行パラメータを含む）失速警報システムを有する多くの飛行機が、（着氷状態を脱した後であっても）残りの飛行のために失速警報テーブルを着氷テーブル設定（着氷状態中に用いられる飛行パラメータを含む）に設定する。こうした着氷設定には航空機の速い速度が必要とされ、そのような速度は着陸の操縦に最適ではない。しかしながら、本発明の一実施形態による航空機システムは、ＬＩＤＡＲシステムにより氷が検出されたときに着氷設定に設定されるが、その後空力表面上の氷が所望のレベルを下回って昇華した／脱落したことをＬＩＤＡＲシステムが示すと、通常の設定に戻される失速警報テーブルを含む飛行制御システムを含む。これにより、飛行制御システムは、氷が発生した後に脱落したことをＬＩＤＡＲシステムが示したときに着陸用の低速を保証することができる。
【００８７】
このように、航空機の重要空力表面上の氷の蓄積（並びにそのような氷が脱落及び／又は昇華したとき）を検出するＬＩＤＡＲシステムの優れた能力（増大した反応時間及び正確性を含む）によって、防除氷システムをより少ない頻度で使用し、より効率的に起動すること、着氷状態での高い操作性（すなわち、増大した飛行エンベロープ）、及び飛行効率（低い抗力及び高い燃料効率を含む）を高める空制システムの動作を可能とすることができるため、大きな利点である。これらの利点により、地上付近での操作中又は着氷状態における飛行安全性も高まる。
【００８８】
回転翼機における用途
さらに別の実施形態では、ＬＩＤＡＲ出力を用いて回転翼機上の氷、及び氷の脱落が検出される。回転翼機の例としては、限定しないが、チヌーク（Ｃｈｉｎｏｏｋ）及びアパッチ（Ａｐａｃｈｅ）ヘリコプターが挙げられる。例えば、ＬＩＤＡＲ出力を用いて、摂氏−５度以上の温度から少なくとも摂氏−１０度にまで着氷飛行エンベロープを拡張することができる。別の実施例では、ＬＩＤＡＲ出力は、除氷／防氷性能を有するヘリコプター（例えば、除氷ブランケットを含むように設計された新たな複合主ロータブレード及び氷食／除氷性能強化仕様を含むテールロータを有するアパッチ）と併用される。
【００８９】
いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲ検出器は従来の氷状態検出器にとって代わるものであるが、他の実施形態では、ＬＩＤＡＲ出力が他のセンサシステムからのデータと統合され、当該他のセンサシステムからの出力を補強するために用いられる。
【００９０】
データベース作成
さらなる実施形態では、ＬＩＤＡＲデータを用いて、例えば、（コーティングのような）他の物質から氷を区別し、且つ異なる種類の氷を区別するのに役立てるために使用される基準テーブルが作成される。テーブルの例としては、限定しないが、標準分光反射率テーブル、双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ）テーブル、又は測定された様々な特徴を、ＬＩＤＡＲ戻りビームの角度、強度、及び偏光、並びに検出された氷又は対象物の分散及び不透明度の関数としてＬＩＤＡＲデータに対してマッピングする／解釈するテーブルが挙げられる。基準テーブルを用いて、種々の物質、天候、水、枝葉、及び従来の検知アプローチにとっては困難とされているものを介したＬＩＤＡＲ氷検知を実現することができる。
【００９１】
風洞における用途
さらなる実施形態では、ＬＩＤＡＲセンサは、風洞内の機器として用いられ、ＬＩＤＡＲ出力は、風洞内の氷の付着データを含む。
【００９２】
ツール強化仕様及び認証
別の実施形態では、ＬＩＤＡＲ出力は、より強固で保守性の低い防除氷システム、並びに／又はより効率的な航空機及びよりシンプルなアビオニクスの設計とツール強化仕様のために使用される。具体的には、（現在は行うことのできない）実際の飛行状態から得られるＬＩＤＡＲ特徴付け３Ｄ氷形状により、新規のツール及び防除氷システムの開発が可能となるだろう。より高品質のツールによって、着氷風洞試験及び飛行試験が低減され、これにより開発、試験、及び認証のコストが削減される。さらに、ＬＩＤＡＲシステムは、特定の飛行状態及び空気負荷（このデータは、翼の位置、振動、及び振幅を検証するための空力弾性試験から得られるひずみゲージデータを用いて検証されうる）に応じて、翼のクリーンな対象表面をモデリングするために使用することができる。一実施形態では、５〜１０ミリメートルレベルの解像度の３Ｄ点群データが用いられる。
【００９３】
さらに別の実施形態では、ＬＩＤＡＲ出力は、氷の形状についてはほとんど知られていない新たな着氷規則に応じるために必要な性能を開発するために用いられる。したがって、ＬＩＤＡＲ出力は、製品効率と製品安全性を改善するため、認証／規制基準に従うため、又は代替的な認証戦略を展開するために認証機関、着氷専門業者、及び／又は航空機コンポーネント製造業者により必要とされるデータを提供することができる。このことは、航空機の操作者が着氷状態での操作性を高めることに関心がある一方で、世界中の商用航空規制機関が全航空機に対し重要表面上の氷の形成を検出し対応する能力の向上を要求することを計画していることから、特に有益である。
【００９４】
ハードウェア環境
図１３は、上記で開示した（例えば、図３に記載した）処理エレメントを、ＬＲＵ又はアビオニクス内を含めて実装するために使用されうる例示的なコンピュータ又はシステム１３００を示す。図１３は、コンピュータシステム１３００に連結されるＬＩＤＡＲデバイス１３３０を示すが、ＬＩＤＡＲデバイスは、コンピュータシステム１３００を含んでいてもよい。コンピュータ１３０２は、プロセッサ１３０４、及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのメモリ１３０６を備える。人とのインターフェースを要する実施形態では、コンピュータ１３０２は、グラフィカルユーザインターフェース１３１８Ｂ上でウィンドウなどの画像をユーザに提示するディスプレイ１３２２に動作可能に連結される。コンピュータ１３０２は、キーボード１３１４、マウスデバイス１３１６、プリンタなどの他のデバイスに連結されてもよい。当然、当業者であれば上記のコンポーネントの任意の組み合わせ、又は任意の数の種々のコンポーネント、周辺機器、及び他のデバイスをコンピュータ１３０２と組み合わせて使用できることを認識するであろう。
【００９５】
一又は複数の実施形態では、コンピュータシステム１３００はアビオニクスを備え、アビオニクス１３００は、氷２１２が空力表面２２６から脱落したと検出器２００が警告した後に失速警報テーブルＴを通常に戻し、航空機５００を非着氷状態下で飛行させる。
【００９６】
一般的には、コンピュータ１３０２は、メモリ１３０６に記憶されたオペレーティングシステム１３０８の制御下で動作し、ユーザとのインターフェース通信を行って入力及び指令を受け付け、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）モジュール１３１８Ａを通じて結果を提示する。ＧＵＩモジュール１３１８Ｂは別個のモジュールとして示されているが、ＧＵＩ機能を実行する指示は、オペレーティングシステム１３０８、コンピュータプログラム１３１０内に存在しているか若しくは配布されていてもよく、又は特殊用途メモリ及びプロセッサと共に実装されていてもよい。コンピュータ１３０２はまた、Ｊａｖａ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、又は他の言語などのプログラミング言語で記述されたアプリケーションプログラム１３１０を、プロセッサ１３０４により読み取り可能なコードに変換させるコンパイラ１３１２も含む。完了後、アプリケーション１３１０は、コンパイラ１３１２を用いて生成された関連付け及び論理を使用して、コンピュータ１３０２のメモリ１３０６に記憶されたデータにアクセスし当該データを操作する。類似の結果はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を用いて得ることができる。コンピュータ１３０２はまた、モデム、衛星リンク、イーサネットカード、又は他のコンピュータと通信するための他のデバイスなどの外部の通信デバイスを任意選択的に含んでもよい。
【００９７】
一実施形態では、オペレーティングシステム１３０８、コンピュータプログラム１３１０、及びコンパイラ１３１２を実行する指示は、例えば、ｚｉｐドライブ、フロッピーディスクドライブ１３２４、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、テープドライブなどの一又は複数の固定又は取り外し可能データ記憶デバイスを含みうる例えばデータ記憶デバイス１３２０などのコンピュータ可読媒体内で実体的に具現化される。
【００９８】
さらに、オペレーティングシステム１３０８及びコンピュータプログラム１３１０は、コンピュータ１３０２により読み取られ実行されたときに、コンピュータ１３０２に本明細書で記載する工程を実施させる指示で構成される。コンピュータプログラム１３１０及び／又は動作指示はまた、メモリ１３０６及び／又はＬＩＤＡＲデバイス１３３０内に実体的に具現化してもよく、それによりコンピュータプログラム製品又は製造物品が作製される。したがって、本明細書で使用する「製造物品」、「プログラム記憶デバイス」、及び「コンピュータプログラム製品」という用語は、任意のコンピュータ可読デバイス又は媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含することが意図される。
【００９９】
コンピュータシステムの前述の実施形態は、地上局１１８及び同様の用途において有用でありうる周辺機器（例えば、ディスプレイ１３２２、ＧＵＩモジュール１３１８Ａ、ＧＵＩ１３１８、マウスデバイス１３１６、キーボード１３１４、プリンタ１３２８又はコンパイラ１３１２）を含んでいるが、他の処理エレメントにおいては必ずしも含まれていなくてもよいことが理解されよう。
【０１００】
さらに、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
【０１０１】
条項１．航空機上の一又は複数の光検出測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスを備える検出器であって、光検出測距デバイスの各々は送信器及び受信器を含み、
送信器の各々は、レーザパルスを用いて航空機の空力表面を繰り返し走査して、空力表面から拡散される拡散レーザパルスを形成し、
受信器の各々は、拡散レーザパルスを受信し、受信器で受信した拡散レーザパルスのタイミングを含むデータを出力し、
出力データから、空力表面上の氷の有無を表す空力表面の座標の時間的変化が算出される、検出器。
【０１０２】
条項２．  空力表面は、航空機の翼、尾翼、又はロータの表面であり、
ＬＩＤＡＲデバイスはコンピュータに連結され、
コンピュータは、座標の時間的変化から翼、尾翼、又はロータの厚さの時間的変化を算出し、
コンピュータは、厚さの時間的変化を用いて、氷の蓄積又は氷の脱落を特定する、
条項１に記載の検出器。
【０１０３】
条項３．  送信器は、翼の複数の断面にわたる一又は複数の線パターンで翼の空力表面を走査し、
コンピュータは、走査の一又は複数の走査速度を用いて複数の断面間の距離を測定する、条項１に記載の検出器。
【０１０４】
条項４．  ＬＩＤＡＲデバイスのうちの２つのＬＩＤＡＲデバイスを備え、
ＬＩＤＡＲデバイスのうちの１つのＬＩＤＡＲデバイスは、翼の上面を含む空力表面を走査し、上面の座標を求めるために使用されるデータを出力するように配置され、
ＬＩＤＡＲデバイスのうちの別のＬＩＤＡＲデバイスは、翼の下面を含む空力表面を走査し、下面の座標を求めるために使用されるデータを出力するように配置される、条項１に記載の検出器。
【０１０５】
条項５．  ＬＩＤＡＲデバイスは、第１のＬＩＤＡＲデバイス、第２のＬＩＤＡＲデバイス、第３のＬＩＤＡＲデバイス、及び第４のＬＩＤＡＲデバイスを備え、
第１のＬＩＤＡＲデバイスは、翼の上面を含む空力表面を走査し、第１のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて上面の第１の方向の座標が求められ、
第２のＬＩＤＡＲデバイスは、翼の上面を走査し、第２のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて上面の第２の方向の座標が求められ、
第３のＬＩＤＡＲデバイスは、翼の下面を含む空力表面を走査し、第３のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて下面の第１の方向の座標が求められ、
第４のＬＩＤＡＲデバイスは、翼の下面を走査し、第４のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて下面の第２の方向の座標が求められる、条項１に記載の検出器。
【０１０６】
条項６．  ＬＩＤＡＲデバイスは航空機の翼フェアリングに収容される、条項１に記載の検出器。
【０１０７】
条項７．  ＬＩＤＡＲデバイスに連結されたコンピュータをさらに備え、
データは、異なる時間における座標を表す複数の走査の各々について出力されるデータセットを含み、
データセットの各々について、コンピュータは、
形状モデルを用いて、データセットから空力表面の形状を抽出し、
翼の重量及び／又は翼上の気流の圧力に起因する空力表面のたわみによる形状の一又は複数の変形を特定し、
変換機能を用いて、データセットを共通基準座標系の共通座標に変換し、
共通基準座標系は、変形のない空力表面を含み、
変換機能は、変形を有する空力表面を変形のない空力表面に変換し、
共通基準座標系の共通座標の時間的変化を用いて氷の有無が検出される、条項１に記載の検出器。
【０１０８】
条項８．  コンピュータは、データをフィルタリングして障害物に対応するデータを除外する、条項７に記載の検出器。
【０１０９】
条項９．  受信器は、氷の有無に関連付けられたレーザパルスの光学特性についての情報を出力するスペクトラムアナライザ及び／又は偏光検出器をさらに備える、条項１に記載の検出器。
【０１１０】
条項１０．  光学特性は、レーザパルスの偏光、強度、チャープ（ｃｈｉｒｐ）、周波数、及び吸収率から選択される少なくとも１つの特性である、条項９に記載の検出器。
【０１１１】
条項１１．  ＬＩＤＡＲデバイスは、空力表面からの氷の脱落を検出する、条項１に記載の検出器。
【０１１２】
条項１２．  検出器はアビオニクスに連結され、アビオニクスは、氷が空力表面から脱落したと検出器が警告した後に失速警報テーブルを通常に戻し、航空機を非着氷状態下で飛行させる、条項１に記載の検出器。
【０１１３】
条項１３．  航空機の空力表面への氷の蓄積又は空力表面からの氷の脱落を検出するための方法であって、
各々が送信器及び受信器を含む一又は複数の光検出測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスを航空機上に設けること、
送信器の一又は複数から送信されるレーザパルスを用いて航空機の一又は複数の空力表面を繰り返し走査して、空力表面から拡散される拡散レーザパルスを形成すること、
受信器の一又は複数で拡散レーザパルスを受信すること、
受信器で受信した拡散レーザパルスのタイミングを含むデータを受信器から出力すること、及び
空力表面上の氷の蓄積及び／又は空力表面からの氷の脱落を表す空力表面の座標の時間的変化をデータから算出すること
を含む方法。
【０１１４】
条項１４．  空力表面は、航空機の翼、尾翼、又はロータの表面を含み、方法は、
座標の時間的変化から、翼、尾翼、又はロータの厚さの時間的変化を算出すること、及び
厚さの時間的変化を用いて、氷の蓄積又は脱落を特定することをさらに含む、条項１３に記載の方法。
【０１１５】
条項１５．  翼の複数の断面にわたる一又は複数の線パターンで、且つ一又は複数の走査速度を用いて、翼の空力表面を走査すること、及び
一又は複数の走査速度を用いて複数の断面間の距離を測定することをさらに含む、条項１３に記載の方法。
【０１１６】
条項１６．  ＬＩＤＡＲデバイスは第１のＬＩＤＡＲデバイス及び第２のＬＩＤＡＲデバイスを含み、方法は、
翼の上面を含む空力表面にレーザパルスを送信する第１のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、第１のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて上面の座標が求められる、第１のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること、及び
翼の下面を含む空力表面にレーザパルスを送信する第２のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、第２のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて下面の座標が求められる、第２のＬＩＤＡＲデバイスを配置することをさらに含む、条項１３に記載の方法。
【０１１７】
条項１７．  ＬＩＤＡＲデバイスは、第１のＬＩＤＡＲデバイス、第２のＬＩＤＡＲデバイス、第３のＬＩＤＡＲデバイス、及び第４のＬＩＤＡＲデバイスを含み、方法は、
翼の上面を含む空力表面にレーザパルスを送信する第１のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、第１のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて上面の第１の方向の座標が求められる、第１のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること、
翼の上面にレーザパルスを送信する第２のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、第２のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて上面の第２の方向の座標が求められる、第２のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること、
翼の下面を含む空力表面にレーザパルスを送信する第３のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、第３のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて下面の第１の方向の座標が求められる、第３のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること、及び
翼の下面にレーザパルスを送信する第４のＬＩＤＡＲデバイスを配置することであって、第４のＬＩＤＡＲデバイスから出力されるタイミングを用いて下面の第２の方向の座標が求められる、第４のＬＩＤＡＲデバイスを配置すること
をさらに含む、条項１３に記載の方法。
【０１１８】
条項１８．  方法は、  
複数の走査の各々について出力され、異なる時間における空力表面のうちの１つの座標を表すデータセットを含むデータを受信すること、
データセットの各々について、
形状モデルを用いて、データセットから空力表面（２２６）の形状を抽出すること、
空力表面のたわみに起因する形状の一又は複数の変形を特定すること、
変換機能を用いて、データセットを共通基準座標系の座標に変換すること、
共通基準座標系の座標の時間的変化を用いて、空力表面の氷の蓄積又は脱落を検出することをさらに含み、
共通基準座標系は、変形のない空力表面を含み、変換機能は、変形を有する空力表面を変形のない空力表面に変換する、条項１３に記載の方法。
【０１１９】
条項１９．  データは、レーザパルスの光学特性についての情報をさらに含み、方法は、光学特性を用いて氷の蓄積又は脱落を検出することをさらに含む、条項１３に記載の方法。
【０１２０】
条項２０．  氷が空力表面から脱落したことを検出器が示したときに、アビオニクスが失速警報テーブルを通常に戻して航空機を非着氷状態下で飛行させることができるように、アビオニクスに対して警告することをさらに含む、条項１３に記載の方法。
【０１２１】
当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、この構成に多くの修正を加えてもよいことを認識するであろう。例えば、当業者であれば、上記のコンポーネントの任意の組み合わせ、又は任意の数の種々のコンポーネント、周辺機器、及び他のデバイスを使用してもよいことを認識するであろう。
結論
【０１２２】
本開示の好適な実施形態の説明は以上である。前述の好適な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示してきた。これは、限定列挙を意図しておらず、また本開示を厳密に開示した形式に限定することを意図していない。上記の教示を踏まえ、多くの修正及び変形が可能である。権利範囲は、詳細な説明によってではなく、本明細書に添付の請求項によって限定されるべきであることが意図される。
【０１２３】
参考文献
［１］ＵＳ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．２０１１／０３１３７２２
［２］  Ｆｅａｔｕｒｅ  ｃｕｒｖｅ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｐｏｉｎｔ  ｃｌｏｕｄｓ  ｖｉａ  ｄｅｖｅｌｏｐａｂｌｅ  ｓｔｒｉｐ  ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｖｏｌ．３、Ｉｓｓｕｅ  ２、１０２〜１１１ページ、２０１６年４月
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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