(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、少なくとも１つの音源から音信号を受音するように適合された、複数の音検出器と、
地球に対して動いている物体に関連する速度を決定するための、前記音検出器に結合されたプロセッサとを備え、
前記音源は、前記物体上に配置され、エンジン及び代わりのエンジン音源のうちの１つである、装置。
【請求項２】
（ｉ）前記音源と（ｉｉ）前記音検出器の少なくとも１つとから成るグループの少なくとも１つが、前記物体上に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記物体に関連する前記速度が、前記音検出器のうちの第１の音検出器において前記音源からの音を検出した時刻を、前記音検出器のうちの少なくとも第２の音検出器において前記音源からの音を検出した時刻と比較することによって決定される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の音源が音を発しない場合に、前記速度を決定するために使用される、前記物体上に配置される少なくとも第２の音源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセッサが、前記音検出器のうちの第１の音検出器と前記音検出器のうちの第２の音検出器および第３の音検出器の各々との間で、検出された音信号パターンの最大相互相関を決定し、前記第２の音検出器が、前記第１の音検出器より前方の前記物体上に位置付けられ、前記第３の音検出器が、前記第１の音検出器より後方の前記物体上に位置付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ｅ＝１から前記音検出器の数、ｌ＝１から音検出器の前記数、ｅ≠ｌであるとして、前記プロセッサが、
【数１】
0005711388.tif 000068
の最大値を決定し、ここで、
ｎｌ（ｔ）は、音検出器ｌによって検出される、前記音源からの時間依存音信号パターンであり、
ｎｅ（ｔ＋τ）は、時刻ｔ＋τにおいて、音検出器ｅによって検出される、前記音源からの時間オフセット音信号パターンであり、τは正または負とすることができ、
〜〜〜〜〜〜は、時間にわたって平均をとることを表す、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ｅが１から音検出器の数までの範囲内にあり、特定の音検出器を表すとして、前記プロセッサが、
【数２】
0005711388.tif 000069
と表すことができる１組の連立方程式を解くことによって、前記物体に関連する前記速度
【数３】
0005711388.tif 000070
を決定し、ここで、
ｔｅ＝τｍａｘ（ｅ，ｌ）＋ｔｌであり、τｍａｘは、
【数４】
0005711388.tif 000071
であり、そのため、相互相関関数を最大にするτの値を示し、それによって、音検出器ｅおよびｌによって検出される、前記音源からの音の現在の遅延を示し、
【数５】
0005711388.tif 000072
は、時刻ｔ０における、前記物体の周囲の空気が動かない基準座標系の原点から音検出器ｅの位置までのベクトルであり、ここで、ｔ０は、前記音源において発生させられ、音検出器ｅにおいて受音された音信号が、発生させられた時刻であり、
【数６】
0005711388.tif 000073
は、前記周囲の空気に対する前記物体の速度であり、
【数７】
0005711388.tif 000074
は、前記原点から前記音源の現在位置までのベクトルであり、
ｔｌは、音検出器ｌにおける前記音源からの信号の到着時刻であり、
【数８】
0005711388.tif 000075
は、前記基準座標系における音の速度であり、
ｔｅ−ｔ０は、音が前記音源から音検出器ｅまで伝搬するのに要する時間である、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記物体に関連する前記速度が、（ｉ）前記物体の対気速度と、（ｉｉ）前記物体に衝撃を与える空気の速度の成分とから成る群のうちの１つである、請求項１に記載の発明。
【請求項９】
前記プロセッサが、前記音検出器のうちの第１および第２の音検出器の間で、検出された音信号パターンの最大相互相関を決定し、前記第１および第２の音検出器が、それらの間に前記音源が位置付けられるように、前記物体上に位置付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロセッサが、
【数９】
0005711388.tif 000076
の最大値を決定し、ここで、
ｎＬ（ｔ）は、前記音源の左側に位置付けられた、前記音検出器のうちの１つによって検出される、前記音源からの音信号パターンであり、時変数ｔは、連続であり、
ｎＲ（ｔ＋τ）は、時刻ｔ＋τにおいて、前記音源の右側に位置付けられた、前記音検出器のうちの１つによって検出される、前記音信号パターンの時間オフセットバージョンであり、正または負とすることができるτは、対をなすマイクロフォンの各々に同じパターンが到着した時刻の間の遅延時間であり、
〜〜〜〜〜〜は、時間にわたって平均をとることを表す、
請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサが、
【数１０】
0005711388.tif 000077
と表すことができる１組の連立方程式を解くことによって、前記物体に関連する前記速度
【数１１】
0005711388.tif 000078
を決定し、ここで、
ｔＬ＝τｍａｘ（Ｌ，Ｒ）＋ｔＲであり、ここで、
【数１２】
0005711388.tif 000079
であり、そのため、相互相関関数を最大にするτの値を示し、それによって、音検出器ＬおよびＲによって検出される、前記音源からの音の現在の遅延を示し、
【数１３】
0005711388.tif 000080
は、時刻ｔ０における、前記物体の周囲の空気が動かない基準座標系の原点から前記音源の左側に位置付けられた前記音検出器のうちの前記１つの位置までのベクトルであり、ここで、ｔ０は、前記左側に位置付けられた音検出器において検出された前記音信号が前記音源において発生させられた時刻であり、
【数１４】
0005711388.tif 000081
は、時刻ｔ０における、前記基準座標系の原点から前記音源の右側に位置付けられた前記音検出器のうちの前記１つの位置までのベクトルであり、
【数１５】
0005711388.tif 000082
は、前記物体に衝撃を与える突風の速度であり、
【数１６】
0005711388.tif 000083
は、前記物体の地面に対する速度であり、
【数１７】
0005711388.tif 000084
は、前記基準座標系の前記原点から前記音源の位置までのベクトルであり、
【数１８】
0005711388.tif 000085
は、空気中の音の速さであり、
ｔＬ−ｔ０は、音が前記音源から前記音源の左側に位置付けられた前記音検出器のうちの前記１つまで伝搬するのに要する時間であり、
ｔＲ−ｔ０は、音が前記音源から前記音源の右側に位置付けられた前記音検出器のうちの前記１つまで伝搬するのに要する時間である、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記物体に関連する前記速度が、（ｉ）前記物体の運動の予想経路に沿った空気の速度の成分と、（ｉｉ）前記物体の運動の所望経路と平行な空気の速度の成分とから成る群のうちの１つである、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プロセッサが、
【数１９】
0005711388.tif 000086
の最大値を決定し、ここで、
Ｍ２（ｔ）は、前記物体の所望移動方向と平行な直線沿いに位置付けられた前記音検出器のうちの１つＭ２によって検出される前記音源からの音信号パターンであり、時変数ｔは、連続であり、
Ｍ１（ｔ＋τ）は、時刻ｔ＋τにおける、前記直線沿いに位置付けられた前記音検出器のうちの１つＭ１によって検出される前記音源からの前記音信号パターンの時間オフセットバージョンであり、正または負とすることができるτは、前記音検出器Ｍ１およびＭ２の各々に前記音信号パターンが到着した時刻の間の遅延時間であり、
〜〜〜〜〜〜は、時間にわたって平均をとることを表す、
請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセッサが、
【数２０】
0005711388.tif 000087
を計算することによって、前記物体に関連する前記速度ｖｐａｒａを決定し、ここで、
ｃｓは、音の速度であり、
ｖｐａｒａは、前記物体の前記所望移動経路と平行な風速度の成分であり、
【数２１】
0005711388.tif 000088
は、相互相関関数を最大にするτの値であり、前記音検出器Ｍ１およびＭ２によって検出されている音の現在の遅延を示し、
【数２２】
0005711388.tif 000089
は、前記音検出器Ｍ１が動かない基準面における、前記物体から前記音検出器Ｍ１までの距離であり、
【数２３】
0005711388.tif 000090
は、前記基準面における、前記物体から前記音検出器Ｍ２までの距離である、
請求項１３に記載の発明。
【請求項１５】
前記物体に関連する前記速度が、前記物体の運動の所望経路と垂直な空気の速度の成分である、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセッサが、
【数２４】
0005711388.tif 000091
の最大値を決定し、ここで、
Ｍ３（ｔ）は、前記物体の所望移動方向と垂直な直線沿いに位置付けられた前記音検出器のうちの１つＭ３によって検出される前記音源からの音信号パターンであり、時変数ｔは、連続であり、
Ｍ２（ｔ＋τ）は、時刻ｔ＋τにおける、前記直線沿いに位置付けられた前記音検出器のうちの１つＭ２によって検出される前記音源からの前記音信号パターンの時間オフセットバージョンであり、正または負とすることができるτは、前記音検出器Ｍ２およびＭ３の各々に前記音信号パターンが到着した時刻の間の遅延時間であり、
〜〜〜〜〜〜は、時間にわたって平均をとることを表す、
請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセッサが、
【数２５】
0005711388.tif 000092
を計算することによって、前記物体に関連する前記速度ｖｐｅｒｐを決定し、ここで、
ｃｓは、音の速度であり、
ｖｐｅｒｐは、前記物体の前記所望移動経路と垂直な風速度の成分であり、
【数２６】
0005711388.tif 000093
は、相互相関関数を最大にするτの値であり、前記音検出器Ｍ２およびＭ３によって検出されている音の現在の遅延を示し、
【数２７】
0005711388.tif 000094
は、前記音検出器Ｍ２が動かない基準面における、前記物体から音検出器Ｍ２までの距離であり、
【数２８】
0005711388.tif 000095
は、前記基準面における、前記物体から音検出器Ｍ３までの距離である、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記対気速度が、前記少なくとも１つの音源のうちの第１の音源からの音を前記音検出器第１の音検出器において検出した時刻を、前記音を前記音検出器第２の音検出器において検出した時刻と比較することによって決定される、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
互いに離して位置付けられた少なくとも２つの音検出器を使用して、音源からの音信号を受音するステップであって、前記音源はエンジン及び代わりのエンジン音源のうちの１つである、ステップと、
前記少なくとも２つの音検出器の各々において受音した前記信号のバージョンの間で少なくとも１つの相関演算を実行することによって、地球に対して動いている物体に関連する速度を決定するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対気速度および空気の速度を測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体、例えば、航空機または他の乗物、の速度を周囲の空気に対して測定することが良く知られている。この速度は、対気速度として知られている。物体の周囲の空気は、物体沿いに、異なる速さで、および／または異なる方向に動いていることがあるので、物体の対気速度は、実際には、物体の各表面に対する局所パラメータであることに留意されたい。
【０００３】
対気速度は、一般に、ピトー管（ｐｉｔｏｔ  ｔｕｂｅ）を使用して測定される。残念ながら、氷または昆虫などの異物で管が詰まった場合に発生し得る誤作動をピトー管が起こすと、対気速度の測定値は、不正確なものになり得る。そのような誤った対気速度の測定値を読み取った操縦主体は、人間であるか、それとも自動操縦であるかに係わらず、判断を誤って、墜落に至らしめる誤った行動をとることがある。
【０００４】
物体に対する空気の衝撃は、物体の運動にしばしば影響を与える。したがって、特定の位置、例えば、物体の付近または物体の予想経路沿い、における空気の速度を知ることがしばしば重要になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｃｒｉｎａ  Ｇｒｏｓａｎ、Ａｊｉｔｈ  Ａｂｒａｈａｍ、「Ａ  Ｎｅｗ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｖｉｎｇ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｍａｎ，  Ａｎｄ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ−Ｐａｒｔ  Ａ：  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｎｄ  Ｈｕｍａｎｓ、Ｖｏｌ．３８、ＮＯ．３、２００８年５月、６９８〜７１４ページ
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者は、物体に関連する速度は、音波を使用することによって、本発明の原理に従って、正確に測定できることを認識した。物体に関連するそのような速度は、対気速度、すなわち、周囲の空気に対する物体の速度とすることができ、または物体の付近もしくは物体の所望移動経路沿いの空気の速度とすることができる。より具体的には、気流と同方向に伝搬する音は、気流とは逆方向に伝搬する音よりも速く伝搬するという事実を考慮することによって、対気速度または空気の速度を決定できるように、２つ以上の音の速さを相関させることができる。
【０００７】
本発明の一実施形態では、航空機の機体上の異なる位置に配置されたマイクロフォン、一般に、少なくとも１つがエンジンの前方に、少なくとも１つがエンジンの後方にあるように位置付けられたマイクロフォンが、エンジン・ノイズを受音し、その後、エンジン・ノイズは、デジタル形式に変換される。受音されたノイズ・パターンの間の相関が、対気速度を決定するために使用され、その後、対気速度は、例えば、パイロットなどの人間に対気速度を表示するなど、他の使用のために供給され、または例えば、自動操縦など、航空機内の別のデバイスに供給される。本発明の一態様によれば、エンジンが故障を起こした場合にオーディオ信号を供給するために、スピーカを提供することができ、そのため、そのような状況においても、対気速度を決定することができる。本発明の別の態様によれば、エンジン・ノイズまたはスピーカ音がマイクロフォンまで伝搬できるチャネルは、非直線であること、時間につれて変化すること、またはマルチパス歪みを示すことがあるので、高度な相関アルゴリズムを実行して、正確な対気速度を取得することができる。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、マイクロフォンは、自動車またはトラックなどの乗物上に、例えば、左右相称に配置される。自動車のモータ、または好ましくは、超音波を出すことができるスピーカなどの、音源を使用して、乗物に衝撃を与える突風の、乗物の移動方向とは垂直の成分の速さを測定することができる。適切な環境の下では、横風に対する補償を試みて、安全性および快適性を向上させるために、ステアリングまたはサスペンションなどの自動車システムの１つまたは複数に、制御信号を供給することができる。
【０００９】
本発明のまた別の実施形態では、航空機の付近、例えば、航空機の予想着陸経路沿い、の風の速度を計算して、そのような風が航空機に与える影響をより良く予測することができ、それによって、航空機が対象エリアに到着したときに、適切な制御を適用して、航空機に加えられると予想される力を相殺することができる。より具体的には、本発明のそのような一実施形態では、滑走路に沿って配置されたマイクロフォンが、航空機からエンジン・ノイズを受音する。マイクロフォンによって受音されたノイズ信号は、マイクロフォンから遠く離れて位置付けることができ、航空機上に搭載することさえできる、風速度決定ユニット（ｗｉｎｄ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｕｎｉｔ）に供給される。風速度決定ユニットに供給されるノイズ信号は、１つまたは複数の有線または無線リンクを介して供給することができる。
【００１０】
風速度決定ユニットは、受音された音を相関させ、航空機の予想経路沿いの様々な位置における風の速さを決定し、例えば、風速度決定ユニットは、飛行機が現時点で直面しているウインド・シア（ｗｉｎｄ  ｓｈｅａｒ）を決定する。各位置における風の速度は、例えば向かい風または追い風など、航空機の予想経路、一般に滑走路、と平行な成分と、航空機が例えば滑走路に着陸を試みるときに航空機に吹付ける、航空機の予想経路、一般に滑走路、と垂直な成分とを含む。そのような情報と、場合によっては航空機の高度および／または姿勢も使用することによって、自動操縦システムを利用して、航空機の動きを制御することができ、場合によっては、航空機の動きには自動操縦制御の下での航空機の着陸も含む。そのようなシステムは、悪天候条件において、または航空母艦上で、有利に利用することができる。
【００１１】
有利には、ピトー管の使用を止めて、ピトー管が誤作動した場合に生じる問題を回避する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】エンジン・ノイズを受音するためにマイクロフォンが航空機の機体上の異なる位置に配置され、その後、エンジン・ノイズがデジタル形式に変換される、本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の航空機または別の物体の対気速度を本発明の原理に従って計算できるように、エンジンおよびマイクロフォンの位置を数学的に表すのに使用される、空気が動かないものとして定められた基準座標系（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒａｍｅ）を定義する座標系（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ）を示す図である。
【図３】本発明の原理に従って、物体、例えば自動車、に衝撃を与える空気の速度を決定するための本発明の別の実施形態を示す図である。
【図４】航空機の付近、例えば、航空機の予想着陸経路沿い、の風の速度を計算できる、本発明のさらなる一実施形態を示す図である。
【図５】本発明の原理に従って、物体の対気速度、または物体の付近の風の速度を決定するための例示的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明は、本発明の原理を説明するにすぎない。したがって、本明細書で明示的に説明または示されていなくても、本発明の原理を具体化しており、本発明の主旨および範囲内に含まれる様々な構成を、当業者が考案できることが理解されよう。さらに、本明細書において述べられたすべての例および条件を表す言葉は、本発明の原理および発明者（ら）がもたらした当技術分野の発展に資する概念を読者が理解する助けとなるように、明らかにもっぱら教示的な目的をもつことが主に意図されており、そのような具体的に述べられた例および条件に限定されることはないと解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびに本発明の特定の例について述べる本明細書のすべての言明は、本発明の構造的および機能的な均等物を両方とも包含することが意図されている。加えて、そのような均等物は、現在知られている均等物ばかりでなく、将来開発される均等物、すなわち、構造に関わりなく同じ機能を実行する任意の開発された要素も含む。
【００１４】
したがって、例えば、本明細書のブロック図はいずれも、本発明の原理を具体化した例示的な回路の概念図を表していることが当業者には理解されよう。同様に、フローチャート、フロー図、状態遷移図、および疑似コードなどはいずれも、実質的にはコンピュータ可読媒体内に表すことができ、そのため、コンピュータまたはプロセッサによって、そのようなコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているかどうかにかかわらず、実行することができる、様々なプロセスを表していることが理解されよう。
【００１５】
「プロセッサ」と名付けられた任意の機能ブロックを含む、図に示された様々な要素の機能は、専用ハードウェアを使用することによってばかりでなく、適切なソフトウェアと関連付けられた、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを使用することによっても提供することができる。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共用プロセッサによって、またはいくつかは共用可能な複数の個別プロセッサによって、提供することができる。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指し示すと解釈されるべきではなく、限定することなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワーク・プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを記憶するためのリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性ストレージを暗黙的に含むことができる。従来型および／またはカスタマイズされた他のハードウェアも含むことができる。同様に、図に示される任意のスイッチも概念的なものにすぎない。それらの機能は、プログラム・ロジックの動作を通して、専用ロジックを通して、プログラム制御と専用ロジックの対話を通して、または人手によってさえも実行することができ、より具体的には、文脈から理解されるように、特定の技法は、実施者によって選択可能である。
【００１６】
本発明の特許請求の範囲では、指定された機能を実行するための手段として表された要素はいずれも、その機能を実行する任意の方法を包含することが意図されている。それには、例えば、ａ）その機能を実行する電気的または機械的な要素の組み合わせ、またはｂ）任意の形式の、したがって、ファームウェアもしくはマイクロ・コードなどを含むソフトウェアであって、そのソフトウェアを動作させて機能を実行するための適切な回路に加えて、存在する場合には、ソフトウェア制御される回路に結合された機械的な要素とも組み合わされる、ソフトウェアを含むことができる。そのような特許請求の範囲によって確定される本発明は、述べられた様々な手段によって提供される機能が、特許請求の範囲が求める方法で組み合わされ、まとめられるという事実の中に存在する。したがって、出願人は、それらの機能を提供できる手段はいずれも、本明細書で示される手段の均等物であると見なしている。
【００１７】
ソフトウェア・モジュール、またはソフトウェアであることが暗示されている、単にモジュールは、プロセス・ステップの実行を表すフローチャート要素または他の要素の任意の組み合わせとして、および／またはテキスト記述として、本明細書では表すことができる。そのようなモジュールは、明示的または暗黙的に示されるハードウェアによって実行することができる。
【００１８】
本明細書で使用する場合、チャネル品質は、マルチパスおよび他の音源からの干渉などの、チャネル特性からの影響を考慮していることに留意されたい。
【００１９】
本明細書において別途明示的に指摘がない限り、図面は、原寸に比例して描かれてはいない。
【００２０】
説明において、図面のうちの異なる図内で同一の番号を与えられた構成要素は、同じ構成要素を指し示している。
【００２１】
物体に関連する速度は、音波を使用することによって、本発明の原理に従って、正確に測定することができる。物体に関連するそのような速度は、対気速度、すなわち、周囲の空気に対する物体の速度とすることができ、または物体の付近もしくは物体の所望移動経路沿いの空気の速度とすることができる。より具体的には、気流と同方向に伝搬する音は、気流とは逆方向に伝搬する音よりも速く伝搬するという事実を考慮することによって、対気速度または空気の速度を決定できるように、２つ以上の音の速さを相関させることができる。
【００２２】
図１は、マイクロフォンが航空機の機体上の異なる位置に配置されて、一般に、少なくとも１つがエンジンの前方に、少なくとも１つがエンジンの後方にあるように位置付けられて、エンジン・ノイズを受音し、その後、エンジン・ノイズがデジタル形式に変換される、本発明の一実施形態を示している。ノイズ・パターンの間の相関が、対気速度を決定するために使用され、その後、対気速度は、例えば、パイロットなどの人間に対気速度を表示するなど、他の使用のために供給され、または例えば、自動操縦など、航空機内の別のデバイスに供給される。
【００２３】
より具体的には、図１は、航空機１０１を示しており、航空機１０１は、翼１０３−Ｌ、１０３−Ｒと、エンジン１０５−１から１０５−Ｎを含むエンジン１０５とを含み、ここで、Ｎは、一般に、２〜４の範囲内にある。エンジン１０５は、翼１０３に取り付けられる形で示されているが、航空機１０１の別の場所に配置することもでき、例えば、１つは、胴体後尾に存在できることに留意されたい。任意選択の例示的なスピーカ１１３−Ｒ、１１３−Ｌも、航空機１０１上、例えば、それぞれ翼１０３−Ｒ、１０３−Ｌ上、に配置される形で示されている。
【００２４】
航空機１０１上には、例示的なマイクロフォン１０７−Ｒ、１０７−Ｌ、１０９−Ｒ、１０９−Ｌ、１１１−Ｒ、１１１−Ｌも配置されている。航空機１０１の各側のマイクロフォンは、好ましくは、互いにできるだけ遠く離して配置すべきである。様々なマイクロフォンの１つまたは複数は、指向性マイクロフォンとすることができる。マイクロフォンは、胴体外側またはキャビン内に取り付けることができるが、マイクロフォンを保護する目的で、マイクロフォンをキャビン内に取り付けるほうが好ましい。また好ましくは、マイクロフォンの各々は、指向性をもち、そのマイクロフォンが対象とする音源の方に向けられる。したがって、例えば、マイクロフォン１０７−Ｒ、１０９−Ｒ、１１１−Ｒの各々は、エンジン１０５−１の方に向けられる。
【００２５】
一般に、航空機１０１の運航中、エンジン１０５は、大音量の音信号を発生させる。これらの信号は、マイクロフォンのうちの様々な１つにおいて受音され、処理された結果、電気信号となり、これらの電気信号は、デジタル化され、本発明の原理に従って航空機１０１の対気速度を決定するために処理される。説明が明瞭になるように、航空機１０１の右側のみ、したがって、接尾辞−Ｒが付されたマイクロフォンのみを考察するが、同じ説明が、変更すべきところは変更して、航空機１０１の左側、接尾辞−Ｌが付された要素にも適用される。
【００２６】
よく知られた重ね合わせの原理を使用すると、エンジンからの音の速度は、航空機１０１の長さ方向に平行な１つの成分と、長さ方向に垂直な１つの成分の、２つの成分を有すると見なすことができる。対気速度の場合に対象となる成分は、航空機１０１の長さ方向に沿った成分である。
【００２７】
エンジン１０５−１とマイクロフォン１０７−Ｒ、１０９−Ｒ、１１１−Ｒの各々との間には、音伝送のための基礎チャネル（ｂａｓｅ  ｃｈａｎｎｅｌ）がそれぞれ形成される。エンジン１０５−１とマイクロフォン１０７−Ｒとの間の基礎チャネルは、ｈ１（ｔ）と呼ばれ、エンジン１０５−１とマイクロフォン１０９−Ｒとの間の基礎チャネルは、ｈ２（ｔ）と呼ばれ、エンジン１０５−１とマイクロフォン１１１−Ｒとの間の基礎チャネルは、ｈ３（ｔ）と呼ばれる。実用の際、マイクロフォンの数はｋであり、ｋは少なくとも３であるべきである。本明細書で示され、開示されるマイクロフォンは、例示的なものにすぎず、航空機１０１の両側で同じである必要はない。
【００２８】
基礎チャネル応答は、測定またはシミュレーションによって決定することができる。チャネルの測定は、航空機１０１のモデルを使用して行うことができ、このモデルは、エンジン１０５からのノイズを模倣するスピーカを使用し、マイクロフォン１０７−Ｒ、１０９−Ｒ、１１１−Ｒの位置関係を縮尺した位置に位置付けられるマイクロフォンを有する。モデルは、飛行中であることを模倣するために、いずれの面からも十分に離して位置付けるべきである。代替として、シミュレーションは、航空機１０１のすべての構造的詳細を有する、航空機１０１を製造するのに使用されたコンピュータモデルを使用し、当業者に知られた方法で波動方程式を解くことによって、行うことができる。
【００２９】
どの基準座標系を利用するかに応じて、音伝搬が異なって見えることがある。最初に考えられる基準座標系には、２つの基準座標系、すなわち、１）航空機１０１に基づいた、動いている基準座標系、および２）航空機１０１の下方の地面を基準座標系とした、動いていない基準座標系があることに留意されたい。さらに、航空機１０１が動いているときに音が伝搬する実際のチャネルは、上で述べた、航空機１０１が静止しているときの基礎チャネルと同じではなく、動いているときのチャネルは、速度に依存する。
【００３０】
エンジン１０５−１とマイクロフォン１０７−Ｒとの間の運航中チャネル（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｃｈａｎｎｅｌ）は、ｈ’１（ｔ）と呼ばれ、エンジン１０５−１とマイクロフォン１０９−Ｒとの間の運航中チャネルは、ｈ’２（ｔ）と呼ばれ、エンジン１０５−１とマイクロフォン１１１−Ｒとの間の運航中チャネルは、ｈ’３（ｔ）と呼ばれる。基礎チャネル応答と同様に、運航中チャネル応答も、測定またはシミュレーションによって決定することができる。チャネルの測定は、航空機１０１のモデルを使用して行うことができ、このモデルは、エンジン１０５からのノイズを模倣するスピーカを使用する。しかし、マイクロフォン１０７−Ｒ、１０９−Ｒ、１１１−Ｒの位置関係を縮尺した位置にマイクロフォンを位置付ける代わりに、マイクロフォンは、シミュレートされる飛行経路に沿って前方にスライドさせる必要がある。このようにする理由は、運航中、すなわち、航空機が動いているときは、音を受音するマイクロフォンの位置は、音が発生させられたときにマイクロフォンが存在した位置よりも動きの経路に沿って前方に存在するからである。最初の位置から様々な距離のところにあるマイクロフォンからサンプルを取得することによって表を作成し、異なる速さを表すことができる。やはり、モデルは、飛行中であることを模倣するために、いずれの面からも十分に離しておくべきである。
【００３１】
運航中、例えば、飛行中、マイクロフォン１０７−Ｒ、１０９−Ｒ、１１１−Ｒの各々において受音される信号Ｓは、音信号が伝搬する特定のチャネルによって影響される、エンジン１０５−１からの音信号と、他の音源、例えば、エンジン１０５−Ｎなどの他のエンジン、からのノイズ、および風切音などとの組み合わせである。
【００３２】
図２は、第３の基準座標系、すなわち、図２ではいわゆる「スティック表現（ｓｔｉｃｋ  ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）」で描かれた、航空機１０１（図１）または別の物体の対気速度を本発明の原理に従って計算できるように、エンジンおよびマイクロフォンの位置を数学的に表すのに使用される、空気が動かないものとして定められた基準座標系を定義する座標系２０１を示している。座標系２０１内の各位置は、原点２００からのベクトルとして表現されることに留意されたい。本明細書における以下の計算では、エンジンと様々なマイクロフォンの位置の間の差を必要とするだけなので、原点２００をどこに位置付けるかを定めることは必要ではない。
【００３３】
座標系２０１では、計算の目的で、本明細書において以下で説明するように、エンジン１０５−１の位置は、
【００３４】
【数１】
0005711388.tif 000002
で指定され、ここで、ｉは、エンジンのうちの異なる１つを指し示すインデックスとして使用することができる。同様に、マイクロフォン１０７−Ｒの基準座標系内の位置は、
【００３５】
【数２】
0005711388.tif 000003
で指定され、マイクロフォン１０９−Ｒの基準座標系内の位置は、
【００３６】
【数３】
0005711388.tif 000004
で指定され、マイクロフォン１１１−Ｒの基準座標系内の位置は、
【００３７】
【数４】
0005711388.tif 000005
で指定される。概念的に、航空機は、エンジン、例えばエンジン１０５−１、が原点、すなわち、
【００３８】
【数５】
0005711388.tif 000006
に位置付けられるように配置されると見なすことができる。
【００３９】
マイクロフォンは、エンジン１０５の各々から航空機の特定の側のマイクロフォンの各々までの各ベクトルが平行にならないように位置付けるべきである。航空機が、基準面内で動いているような動きを空気中で行っている場合、エンジンからそれぞれ各マイクロフォンまでの距離ベクトルは一定であるが、エンジンから各マイクロフォンまでの音の速度ベクトルは、基準面におけるエンジンからマイクロフォンまでの距離ベクトルと同じではないことにも留意されたい。
【００４０】
説明および計算が容易になるように、マイクロフォンの各々には、１から航空機１０１の片側のマイクロフォンの最大数までの参照番号が割り当てられる。したがって、例えば、マイクロフォン１０７−Ｒは、マイクロフォン１に指定され、信号ｎ１を受音し、
【００４１】
【数６】
0005711388.tif 000007
によって指定される基準座標系２０１内の位置を有する。同様に、マイクロフォン１０９−Ｒは、マイクロフォン２に指定され、信号ｎ２を受音し、
【００４２】
【数７】
0005711388.tif 000008
によって指定される基準座標系内の位置を有する。同様に、マイクロフォン１１１−Ｒは、マイクロフォン３に指定され、信号ｎ３を受音し、
【００４３】
【数８】
0005711388.tif 000009
によって指定される基準座標系２０１内の位置を有する。
【００４４】
空気内での、すなわち、航空機周囲の空気に対する航空機の速さは、本発明の原理に従って、以下のようにして求めることができる。時刻ｔ０において、マイクロフォン１０７−Ｒは、位置
【００４５】
【数９】
0005711388.tif 000010
に位置付けられ、マイクロフォン１０９−Ｒは、位置
【００４６】
【数１０】
0005711388.tif 000011
に位置付けられ、エンジン１０５は、位置
【００４７】
【数１１】
0005711388.tif 000012
にある。航空機は、基準面内で、すなわち、空気に対して、速度
【００４８】
【数１２】
0005711388.tif 000013
で動いている。マイクロフォン位置の異なる対の間で、ノイズ・パターンの到着時間差を決定するのが望ましい。
【００４９】
マイクロフォンが最小数の３つである場合、マイクロフォンのすべての対を利用すべきである。マイクロフォンがより多数の場合は、すべての対を利用するのが好ましくはあるが、マイクロフォンが３つの場合に利用可能な対を少なくとも有する対の一部を選択することができる。一般に、利用可能なマイクロフォンが多いほど、また使用される対が多いほど、対気速度測定は、平均すると、より正確になる。
【００５０】
例えば、マイクロフォンの特定の各対について、到着時間差は、遅延がτの、様々なマイクロフォンの対の間の検出ノイズ・パターンの相互相関
【００５１】
【数１３】
0005711388.tif 000014
の最大値を計算することによって決定することができる。言い換えると、計算のために利用するマイクロフォンのうちの様々な１つを指し示すのに使用する変数としてｅおよびｌを使用し、マイクロフォンを上で述べたように呼び、その場合、ｅ＝１から利用するマイクロフォンの数、ｌ＝１から利用するマイクロフォンの数、ｅ≠ｌであるとして、
【００５２】
【数１４】
0005711388.tif 000015
の最大値を、すなわち、
【００５３】
【数１５】
0005711388.tif 000016
を求めるが、ここで、
τｍａｘは、２つのマイクロフォンによって検出されているエンジンからの音の現在の遅延を示す、相互相関関数を最大にするτの値であり、
ｎｌ（ｔ）は、マイクロフォンｌによって拾われるノイズ・パターンであり、時変数ｔは、連続的であるので、時間に依存するノイズ・パターンが存在し、
ｎｅ（ｔ＋τ）は、時刻ｔ＋τにおいてマイクロフォンｅによって拾われる、遅れたまたは進んだノイズ・パターンであり、正または負とすることができるτは、対をなすマイクロフォンの各々に同じパターンが到着した時刻の間の遅延時間であり、理論的には、負の無限大から正の無限大までの範囲を有するが、実際には、０から、最大速度の音が航空機１０１の長さを伝搬するのに要する時間までの間に制限され、
〜〜〜〜〜〜は、時間にわたって平均をとることを意味し、平均の時間窓は、獲得されるノイズ信号の帯域幅とは逆に変化することができる。例えば、数ミリ秒の窓で十分であるべきである。これは、別の方法では相関のために指定しなければならない積分を考慮に入れている。
【００５４】
言い換えると、概念的に、τｍａｘ（ｅ，ｌ）＝ｔｅ−ｔｌであり、ｔｅは、マイクロフォンｅにおけるエンジンからの信号の到着時刻であり、ｔｌは、マイクロフォンｌにおけるエンジンからの信号の到着時刻である。
【００５５】
もちろん、上述の説明では、本明細書で説明するような処理のために使用されるノイズ信号の表現を生み出すための、各マイクロフォンにおける信号のデジタル化は、各マイクロフォンで、特にデジタル化経路によって導入される遅延に関して、基本的に同じであることが仮定されていることに留意されたい。さもなければ、デジタル化において遅延の相違を考慮しなければならない。
【００５６】
上で説明したように、ｅが１からマイクロフォンの数までの範囲内にあるとして、各マイクロフォンｅについて、式
【００５７】
【数１６】
0005711388.tif 000017
を定式化し、ここで、
ｔｅ＝τｍａｘ（ｅ，ｌ）＋ｔｌであり、
【００５８】
【数１７】
0005711388.tif 000018
は、時刻ｔ０における、基準座標系の原点からマイクロフォンｅの位置までのベクトルであり、ここで、ｔ０は、マイクロフォンｅにおいて受音したノイズが発生させられた時刻であり、
【００５９】
【数１８】
0005711388.tif 000019
は、胴体に沿った、基準座標系２０１における、空気に対する航空機の速度、すなわち、対気速度であり、その絶対値が、求める変数であり、
【００６０】
【数１９】
0005711388.tif 000020
は、基準座標系の原点からノイズ源、例えば、エンジン１０５−１または任意選択のスピーカ１１３−Ｒ、の位置までのベクトルであり、
【００６１】
【数２０】
0005711388.tif 000021
は、基準座標系における音の速度であり、この速度は、気圧、温度、湿度などの様々な要因に基づいているので、分かっていないが、その値は、式中では、他の要因に関して表現できるので、対気速度を決定するためには、最終的にも分かる必要はなく、適切な置き換えが行われた場合、
【００６２】
【数２１】
0005711388.tif 000022
の値は消去され、
ｔｅ−ｔ０は、音が音源からマイクロフォンｅまで伝搬するのに要する時間であり、そのため、
【００６３】
【数２２】
0005711388.tif 000023
は、音が間隔ｔｅ−ｔ０の間に実際に伝搬する距離である。
【００６４】
ｌが変化すると、τｍａｘ（ｅ，ｌ）も変化し、そのため、ｔｅの値は同じままであることに留意されたい。また、本明細書において上で述べたように、差
【００６５】
【数２３】
0005711388.tif 000024
だけが必要とされ、そのため、基準座標系の原点の正確な位置を知る必要がないことに留意されたい。
【００６６】
【数２４】
0005711388.tif 000025
を求めるため、式（２）によって表される１組の連立方程式の解が求められる。解を決定するための任意の方法を利用することができる。例えば、連立方程式の数値解を探すのに、例えば、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ（登録商標）８のＦｉｎｄＲｏｏｔコマンドの技法を使用することができ、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ（登録商標）８は、Ｗｏｌｆｒａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｏｌｆｒａｍ．ｃｏｍ／から市販品として入手可能である。代替として、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｍａｎ，  Ａｎｄ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ−Ｐａｒｔ  Ａ：  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｎｄ  Ｈｕｍａｎｓ、Ｖｏｌ．３８、ＮＯ．３、２００８年５月、６９８〜７１４ページに発表された、Ｃｒｉｎａ  ＧｒｏｓａｎおよびＡｊｉｔｈ  ＡｂｒａｈａｍによるＡ  Ｎｅｗ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｖｉｎｇ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓにおいて開示されている様々な技法の１つを利用することができる。
【００６７】
エンジンとマイクロフォンの各々との間のチャネルは、チャネル沿いの温度の相違および胴体からの反射など、様々なチャネル効果を被る。低周波音は、より全方向的に伝搬する傾向にあり、一方、高周波音は、より高い方向性をもって伝搬する傾向にあり、音が通過する開口を考慮した場合は特にそうである。ジェットエンジンは、一般に、高低多くの周波数の音を発生させ、これらの音は、周波数とエンジンの構造との関数であるパターンで放射される。エンジン音放射特性は、より高次の他のチャネル効果を支配するので、各マイクロフォンに到着する音パターンは、非常に類似してはいるが、そのようなチャネル効果を考慮した後であっても、遅延時間を除いて、必ずしも正確に同じではない。
【００６８】
したがって、本発明の一態様に従って、各遅延最大値のより正確な結果を提供するには、そのようなエンジン音放射特性を補償することが望ましい。本発明の一態様によれば、これは、音源からマイクロフォンまでのチャネルの逆チャネル関数（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を見出すことによって、達成することができる。
【００６９】
逆チャネル関数は、
【００７０】
【数２５】
0005711388.tif 000026
のように表すことができ、ここで、
ｓｎ（ｔ）は、音源によって発生させられたノイズであり、
【００７１】
【数２６】
0005711388.tif 000027
は、時刻ｔにおけるマイクロフォンｅのチャネル伝達関数であり、ｅは１からマイクロフォンの数までの範囲内にあることができ、
＊は、畳み込みであり、
ｎｅ（ｔ）は、式１において解析のために使用されるノイズ・パターンである。
【００７２】
チャネル伝達関数は、最終的に求める変数である、基準座標系２０１における、空気に対する航空機の速度、すなわち、対気速度
【００７３】
【数２７】
0005711388.tif 000028
に弱く依存することに留意されたい。
【００７４】
図３は、マイクロフォン３０７−Ｒ、３０７−Ｌが、自動車またはトラックなどの乗物３０１上に、例えば、左右相称に配置される、本発明の別の実施形態を示している。マイクロフォンは、乗物３０１の前面に沿って、好ましくは、示されるように各側端にできるだけ近づけて位置付けることが望ましい。乗物のモータ（乗物３０１の内側、例えばボンネットの下にあるので見えない）、または好ましくは、超音波を出すことができるスピーカ３１３などの、音源を使用して、乗物に衝撃を与える突風の、乗物の移動方向とは垂直の成分、すなわち横風、の速さを測定することができ、適切な環境の下では、そのような横風に対する補償を試みて、安全性および快適性を向上させるために、ステアリングまたはサスペンションなどの自動車システムの１つまたは複数に、制御信号を供給することができる。
【００７５】
乗物に衝撃を与える突風を決定するために利用される基準座標系は、以前のものと同じ、すなわち、空気が動かないものとして定められた基準座標系である。そのため、概念的に、原点は、突風の一分子に置かれている。上述した対気速度の場合と同様に、計算の目的で、本明細書において以下で説明するように、スピーカ３１３の位置は、
【００７６】
【数２８】
0005711388.tif 000029
で指定される。また、同様に、マイクロフォン３０７−Ｒの基準座標系内の位置は、
【００７７】
【数２９】
0005711388.tif 000030
で指定され、マイクロフォン３０７−Ｌの基準座標系内の位置は、
【００７８】
【数３０】
0005711388.tif 000031
で指定される。概念的に、乗物は、スピーカ３１３が基準座標系内の原点、すなわち、
【００７９】
【数３１】
0005711388.tif 000032
に位置付けられるように配置されると見なすことができる。
【００８０】
乗物に衝撃を与える突風の、乗物の移動方向とは垂直の成分の速さは、本発明の原理に従って、以下のように求めることができる。時刻ｔ０において、マイクロフォン３０７−Ｒは、位置
【００８１】
【数３２】
0005711388.tif 000033
に位置付けられ、マイクロフォン３０７−Ｌは、位置
【００８２】
【数３３】
0005711388.tif 000034
に位置付けられ、スピーカ３１３は、位置
【００８３】
【数３４】
0005711388.tif 000035
にある。乗物環境は、基準面内で、速度
【００８４】
【数３５】
0005711388.tif 000036
で動いている。マイクロフォン位置の対の間で、ノイズ・パターンの到着時間差を決定するのが望ましい。マイクロフォン３０７の対の場合、到着時間差は、遅延がτの、マイクロフォンの間の検出ノイズ・パターンの相互相関
【００８５】
【数３６】
0005711388.tif 000037
の最大値を計算することによって決定することができる。言い換えると、
【００８６】
【数３７】
0005711388.tif 000038
の最大値を、すなわち、
【００８７】
【数３８】
0005711388.tif 000039
を求めるが、ここで、
τｍａｘは、２つのマイクロフォンによって検出されているエンジンからの音の現在の遅延を示す、相互相関関数を最大にするτの値であり、
ｎＬ（ｔ）は、マイクロフォン３０７−Ｌによって拾われるノイズ・パターンであり、時変数ｔは、連続的であるので、時間に依存するノイズ・パターンが存在し、
ｎＲ（ｔ＋τ）は、時刻ｔ＋τにおいてマイクロフォン３０７−Ｒによって拾われる遅れたまたは進んだノイズ・パターンであり、正または負とすることができるτは、対をなすマイクロフォンの各々に同じパターンが到着した時刻の間の遅延時間であり、理論的には、負の無限大から正の無限大までの範囲を有するが、実際には、０から、乗物３０１の幅を音の速度で除算した、最大速度の音が乗物３０１の幅を伝搬するのに要する時間までの間に制限され、
〜〜〜〜〜〜は、時間にわたって平均をとることを意味し、平均の時間窓は、獲得されるノイズ信号の帯域幅とは逆に変化することができる。例えば、数ミリ秒の窓で十分であるべきである。これは、別の方法では相関のために指定しなければならない積分を考慮に入れている。
【００８８】
言い換えると、概念的に、τｍａｘ（Ｌ，Ｒ）＝ｔＬ−ｔＲであり、ｔＬは、マイクロフォン３０７−Ｌにおけるスピーカ３１３からの信号の到着時刻であり、ｔＲは、マイクロフォン３０７−Ｒにおけるスピーカ３１３からの信号の到着時刻である。
【００８９】
もちろん、上述の説明では、本明細書で説明するような処理のために使用されるノイズ信号の表現を生み出すための、各マイクロフォンにおける信号のデジタル化は、各マイクロフォンで、特にデジタル化経路によって導入される遅延に関して、基本的に同じであることが仮定されていることに留意されたい。さもなければ、デジタル化において遅延の相違を考慮しなければならない。
【００９０】
式
【００９１】
【数３９】
0005711388.tif 000040
【００９２】
【数４０】
0005711388.tif 000041
を定式化し、ここで、
ｔＬ＝τｍａｘ（Ｌ，Ｒ）＋ｔＲであり、
【００９３】
【数４１】
0005711388.tif 000042
は、時刻ｔ０における、基準座標系の原点からマイクロフォン３０７−Ｌの位置までのベクトルであり、ここで、ｔ０は、マイクロフォン３０７−Ｌにおいて受音したノイズが発生させられた時刻であり、
【００９４】
【数４２】
0005711388.tif 000043
は、時刻ｔ０における、基準座標系の原点からマイクロフォン３０７−Ｒの位置までのベクトルであり、ここで、ｔ０は、マイクロフォン３０７−Ｒにおいて受音したノイズが発生させられた時刻であり、
【００９５】
【数４３】
0005711388.tif 000044
は、乗物に衝撃を与える突風の地面に対する速度であり、
【００９６】
【数４４】
0005711388.tif 000045
は、乗物の地面に対する速度であり、
【００９７】
【数４５】
0005711388.tif 000046
は、基準座標系の原点からノイズ源、例えばスピーカ３１３、の位置までのベクトルであり、
【００９８】
【数４６】
0005711388.tif 000047
は、空気中の音の速さであり、横風を決定する目的では、地上高度および典型的な気象条件に適合するために、従来認められている空気中の音の速さである３４０メートル毎秒で一般に十分に正確であると仮定されるが、さらなる精度が望まれる場合は、実際の高度および気象条件に合わせて調整を行うこともでき、
ｔＬ−ｔ０は、音が音源からマイクロフォン３０７−Ｌまで伝搬するのに要する時間であり、そのため、
【００９９】
【数４７】
0005711388.tif 000048
は、音が間隔ｔＬ−ｔ０の間に実際に伝搬する距離であり、
ｔＲ−ｔ０は、音が音源からマイクロフォン３０７−Ｒまで伝搬するのに要する時間であり、そのため、
【０１００】
【数４８】
0005711388.tif 000049
は、基準座標系において、音が間隔ｔＲ−ｔ０の間に実際に伝搬する距離である。
【０１０１】
【数４９】
0005711388.tif 000050
を求めるため、式（３）および（４）によって表される１組の連立方程式の解が求められる。解を決定するための任意の方法を利用することができる。例えば、連立方程式の数値解を探すのに、例えば、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ（登録商標）８のＦｉｎｄＲｏｏｔコマンドの技法を使用することができ、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ（登録商標）８は、Ｗｏｌｆｒａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｏｌｆｒａｍ．ｃｏｍ／から市販品として入手可能である。代替として、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｍａｎ，  Ａｎｄ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ−Ｐａｒｔ  Ａ：  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｎｄ  Ｈｕｍａｎｓ、Ｖｏｌ．３８、ＮＯ．３、２００８年５月、６９８〜７１４ページに発表された、Ｃｒｉｎａ  ＧｒｏｓａｎおよびＡｊｉｔｈ  ＡｂｒａｈａｍによるＡ  Ｎｅｗ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｖｉｎｇ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓにおいて開示されている様々な技法の１つを利用することができる。
【０１０２】
図４に示される、本発明のまた別の実施形態では、航空機の付近、例えば、航空機の予想着陸経路沿い、の風の速度を計算して、そのような風が航空機に与える影響をより良く予測することができ、それによって、航空機が対象エリアに到着したときに、適切な制御を適用して、航空機に加えられると予想される力を相殺することができる。より具体的には、図４は、少なくともマイクロフォングループ４０７、４０９、４１１を含む、マイクロフォンのグループを示しており、それらのマイクロフォングループは、航空機４０１からノイズ、例えば、エンジン４０５からのノイズ、または航空機４０１に取り付けられたスピーカ（図示されず）からのノイズ、を受音するように、滑走路４２１に沿って配置される。一般に、各マイクロフォングループは、３つのマイクロフォンから成り、それらのマイクロフォンは、それらのうちの２つの位置を結ぶ線分が滑走路４２１に平行になり、第３のマイクロフォンの位置については、そのマイクロフォンから他の２つのマイクロフォンのうちの一方までの線分が滑走路４２１と垂直になるように配置される。例えば、マイクロフォン４０７−Ｍ１、４０７−Ｍ２、４０７−Ｍ３を含む、マイクロフォングループ４０７を見られたい。マイクロフォン４０７−Ｍ１および４０７−Ｍ２の位置を結ぶと、滑走路４２１に平行な線分が形成され、マイクロフォン４０７−Ｍ２および４０７−Ｍ３の位置を結ぶと、滑走路４２１に垂直な線分が形成される。マイクロフォン４０９−Ｍ１’、４０９−Ｍ２’、４０９−Ｍ３’を含む、マイクロフォングループ４０９、およびマイクロフォン４１１−Ｍ１”、４１１−Ｍ２”、４１１−Ｍ３”を含む、マイクロフォングループ４１１のマイクロフォンも、図４に示されるように、同様に配置される。
【０１０３】
マイクロフォンによって受音されたノイズ信号は、マイクロフォンから遠く離れて位置付けることができ、航空機４０１上に搭載することさえできる、風速度決定ユニットに供給される。風速度決定ユニットに供給されるノイズ信号は、１つまたは複数の有線または無線リンクを介して供給することができる。風速度決定ユニットは、受音された音を相関させ、航空機の予想経路沿いの様々な位置における風の速さを決定し、例えば、風速度決定ユニットは、飛行機が現時点で直面しているウインド・シアを決定する。各位置における風は、例えば向かい風または追い風など、航空機の予想経路、一般に滑走路、と平行な成分と、例えば横風など、航空機の予想経路、一般に滑走路、と垂直な成分とを含む。これらの風は、航空機が、例えば滑走路４２１に着陸を試みるなど、その経路に沿って進むときに、航空機に吹付ける。
【０１０４】
風速度決定ユニットは、以下のように動作する。航空機４０１は、航空機４０１から伝搬する音を平面波として扱うこと、すなわち、音波の同位相波面（ｐｈａｓｅ  ｆｒｏｎｔ）が多かれ少なかれ平らであると仮定する近似を使用して扱うこと、ができるように、対象となる特定のマイクロフォングループ、例えば、マイクロフォングループ４０７、４０９、４１１、から十分に遠く離れていると仮定する。グループ内のマイクロフォンの間の間隔が相対的に小さい場合、この近似はより正確であることに留意されたい。
【０１０５】
基準面は、マイクロフォンと滑走路４２１が動かないように定められる。
【０１０６】
【数５０】
0005711388.tif 000051
は、基準面内における、航空機４０１からマイクロフォン４０７−Ｍ１までの距離であり、
【０１０７】
【数５１】
0005711388.tif 000052
は、基準面内における、航空機４０１からマイクロフォン４０７−Ｍ２までの距離であり、
【０１０８】
【数５２】
0005711388.tif 000053
は、基準面内における、航空機４０１からマイクロフォン４０７−Ｍ３までの距離である。ベクトル
【０１０９】
【数５３】
0005711388.tif 000054
【０１１０】
【数５４】
0005711388.tif 000055
【０１１１】
【数５５】
0005711388.tif 000056
は、実際に決定する必要はない。その理由は、指定された差のみが計算に関連し、これらの差は、マイクロフォン間の間隔を測定することによって決定できるからである。
【０１１２】
滑走路４２１沿いのマイクロフォン４０７のグループの位置に近いところでの、滑走路４２１と平行な風速度成分は、マイクロフォン４０７−Ｍ１および４０７−Ｍ２を使用して決定される。航空機４０１からの音パターンがマイクロフォン４０７−Ｍ１および４０７−Ｍ２に到着したときの到着時間差は、遅延がτの、マイクロフォン４０７−Ｍ１および４０７−Ｍ２の間の検出ノイズ・パターンの相互相関
【０１１３】
【数５６】
0005711388.tif 000057
の最大値を計算することによって決定される。言い換えると、
【０１１４】
【数５７】
0005711388.tif 000058
の最大値を、すなわち、
【０１１５】
【数５８】
0005711388.tif 000059
を求めるが、ここで、
〜〜〜〜〜〜は、時間にわたって平均をとることを意味し、平均の時間窓は、獲得されるノイズ信号の帯域幅とは逆に変化することができる。例えば、数ミリ秒の窓で十分であるべきである。これは、別の方法では相関のために指定しなければならない積分を考慮に入れている。τ１２は、２つのマイクロフォン４０７−Ｍ１、４０７−Ｍ２によって検出されているエンジンからの音の現在の遅延を示す、相互相関関数を最大にするτの値であることに留意されたい。
【０１１６】
その後、風速度の平行成分ｖｐａｒａが、
【０１１７】
【数５９】
0005711388.tif 000060
を計算することによって決定され、ここで、ｃｓは、音の速度を表す。この特定の応用では、関心のある滑走路付近の音の速度ｃｓは、一般に、３４０ｍ／ｓの値によって良好に近似される。
【０１１８】
滑走路４２１沿いのマイクロフォン４０７のグループの位置に近いところでの、滑走路４２１と垂直な風速度成分は、マイクロフォン４０７−Ｍ２および４０７−Ｍ３を使用して決定される。航空機４０１からの音パターンがマイクロフォン４０７−Ｍ２および４０７−Ｍ３に到着したときの到着時間差は、遅延がτの、マイクロフォン４０７−Ｍ２および４０７−Ｍ３の間の検出ノイズ・パターンの相互相関
【０１１９】
【数６０】
0005711388.tif 000061
の最大値を計算することによって決定される。言い換えると、
【０１２０】
【数６１】
0005711388.tif 000062
の最大値を、すなわち、
【０１２１】
【数６２】
0005711388.tif 000063
を求めるが、ここで、
〜〜〜〜〜〜は、時間にわたって平均をとることを意味し、平均の時間窓は、獲得されるノイズ信号の帯域幅とは逆に変化することができる。例えば、数ミリ秒の窓で十分であるべきである。これは、別の方法では相関のために指定しなければならない積分を考慮に入れている。τ２３は、２つのマイクロフォン４０７−Ｍ２、４０７−Ｍ３によって検出されているエンジンからの音の現在の遅延を示す、相互相関関数を最大にするτの値であることに留意されたい。
【０１２２】
その後、風速度の垂直成分ｖｐｅｒｐが、
【０１２３】
【数６３】
0005711388.tif 000064
を計算することによって決定される。
【０１２４】
もちろん、先に述べたように、上述の説明では、本明細書で説明するような処理のために使用されるノイズ信号の表現を生み出すための、各マイクロフォンにおける信号のデジタル化は、各マイクロフォンで、特にデジタル化経路によって導入される遅延に関して、基本的に同じであることが仮定されていることに留意されたい。さもなければ、デジタル化において遅延の相違を考慮しなければならない。
【０１２５】
マイクロフォンのいくつかまたはすべては、指向性をもつことができ、それらのマイクロフォンは、航空機が来る方向から、例えば、特定のマイクロフォンに関連付けられたベクトル
【０１２６】
【数６４】
0005711388.tif 000065
【０１２７】
【数６５】
0005711388.tif 000066
【０１２８】
【数６６】
0005711388.tif 000067
のそれぞれと反対の方向から、音を集中的に受音するように設計される。
【０１２９】
滑走路沿いの異なる位置に配置されるマイクロフォンの他のグループ、例えば、マイクロフォンのグループ４０９および４１１、は、同じ技法を使用して、それぞれの位置における風成分を決定するために使用することができるが、計算を行う際に、マイクロフォンのグループ４０７に代わって、マイクロフォンが同様に配置されたグループ内の特定のマイクロフォンを使用する。したがって、航空機の予想経路、例えば、航空機が進入する滑走路４２１、に沿った風速度を決定することができる。
【０１３０】
風情報は、人間、例えばパイロット、が感知できるように表示することができる。また、そのような情報と、場合によっては航空機の高度および／または姿勢も使用することによって、自動操縦システムを利用して、航空機の動きを制御することができ、場合によっては、航空機の動きには自動操縦制御の下での航空機の着陸も含む。そのようなシステムは、悪天候条件において、または航空母艦上で、航空機の着陸を支援するために、有利に利用することができる。
【０１３１】
図５は、本発明の原理に従って、物体、例えば乗物、の対気速度、またはその付近の風の速さを決定するための例示的な構成を示している。図５には、プロセッサ５２３と、マイクロフォン５０７−１から５０７−Ｎを含むマイクロフォン５０７と、スピーカ５１３とが示されている。マイクロフォン５０７は、図１〜図４に関連して示し、説明した、本発明の実施形態において利用されるマイクロフォンのいずれかを代表している。マイクロフォン５０７は、マイクロフォン５０７で受音した音をデジタル化するための任意の回路を含むと見なすこともできる。同様に、スピーカ５１３は、図１〜図４に関連して示し、説明した、本発明の実施形態において利用されるスピーカのいずれかを代表している。
【０１３２】
リンク５１９は、マイクロフォン５０７をプロセッサ５２３に結合する。リンク５１９は、例えば、有線、無線、光、またはそれらの任意の組み合わせなど、任意のタイプとすることができ、リンク５１９によって伝達される信号は、アナログもしくはデジタル、またはそれらの任意の組み合わせとすることができる。述べたように、マイクロフォン５０７によって検出された音信号のデジタル化は、マイクロフォン５０７において実行することができ、またはリンク５１９の一部として、プロセッサ５２３において、もしくはそれらの組み合わせで実行することができる。
【０１３３】
プロセッサ５２３は、適切にプログラムした場合、図１〜図４に関連して示し、説明した、本発明の実施形態において利用される動作および計算を実行する。決定された速度は、出力としてリンク５２７上に供給することができる。本明細書において上で指摘したように、速度は、人間、例えば運転手またはパイロット、が視覚的表現を観測できるように、ディスプレイに供給することができ、または速度は、その速度が関連する乗物を制御するのに使用するために、自動操縦に供給することができる。
【０１３４】
上述の説明は、空気に関するものであるが、当業者は、本発明の原理を他の気体に、またはその中を音が伝搬し、物体が進むことができる他の媒体、例えば、一般に液体、特に関心があるのは、水および水溶液、に容易に適合させることができる。
【図１】
0005711388.tif 000096
【図２】
0005711388.tif 000097
【図３】
0005711388.tif 000098
【図４】
0005711388.tif 000099
【図５】
0005711388.tif 000100