(57)【要約】  アビオニクスシステム、航空機、及び方法が提供される。対象航空機のためのアビオニクスシステムは、侵入航空機検出装置とプロセッサを含む。プロセッサは、侵入航空機検出装置を用いて侵入航空機を識別すること、侵入航空機の未来の経路を予測すること、未来の経路に沿った未来の時点における侵入航空機によって生成される航跡渦の強度、大きさ、及び位置特性を推定すること、未来の各時点における対象航空機の潜在的な位置を有する潜在的な軌道を計算すること、潜在的な位置と未来の時点の各時点での航跡渦の強度、大きさ、及び位置特性とを比較して航跡との衝突を識別すること、及び航跡との衝突に基づいて、対象航空機を操縦すること、を行うようにプログラムされている。
2021536394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象となる航空機のためのアビオニクスシステムであって、
侵入航空機検出装置と、プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記侵入航空機検出装置を用いて侵入航空機を特定し、
侵入航空機の未来の進路を予測し、
侵入航空機の過去、現在、未来の経路に沿った過去、現在、未来の時点における侵入航空機によって発生する航跡渦の強さ、大きさ、位置特性を推定し、
過去、現在、未来の各時点における対象航空機の潜在的な位置に伴った潜在的な軌道を計算し、
過去、現在、未来の各時点における航跡渦の強さ、大きさ、位置特性と潜在的な位置を比較し、航跡との衝突を特定し、航跡との衝突に基づいて対象航空機を操縦するようにプログラムされている、アビオニクスシステム。
【請求項２】
前記プロセッサは、侵入航空機の過去、現在、及び未来の経路に沿った各時点において、侵入航空機における航跡渦の新たに推定された部分を生成することにより、航跡渦の強さ、大きさ、及び位置特性を少なくとも部分的に推定するようにプログラムされている、請求項１に記載のアビオニクスシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは、航跡渦の以前に推定された部分のサイズを増加させ、強度を減少させることにより、航跡渦の強度、サイズ、及び位置特性を少なくとも部分的に推定し、予測した軌道に基づいて、航跡渦の位置を調整するようにプログラムされている、請求項２に記載のアビオニクスシステム。
【請求項４】
前記侵入航空機検出装置は、侵入航空機から前記経路意図データを受信するように構成された協働回避通信システムであり、
前記プロセッサは、前記経路意図データに基づいて侵入航空機の未来の経路を予測するように構成されている、請求項１に記載のアビオニクスシステム。
【請求項５】
前記プロセッサは、航跡との衝突を識別することに応じて、潜在的な軌道を好ましくない軌道としてマークするようにさらにプログラムされている、請求項１に記載のアビオニクスシステム。
【請求項６】
前記プロセッサは、潜在的な軌道が好ましくないとマークされる複数の潜在的な軌道のうちの最後の軌道である場合に、潜在的な軌道を好ましくないものとしてマークすることに応じて、対象航空機を少なくとも部分的に飛行させることによって、航跡との衝突に基づいて対象航空機を操縦するようにさらにプログラムされている、請求項５に記載のアビオニクスシステム。
【請求項７】
前記プロセッサは、風ベクトルに基づいて航跡渦の以前に推定された部分の位置を調整することにより、航跡渦の位置特性を少なくとも部分的に推定するようにプログラムされている、請求項１に記載のアビオニクスシステム。
【請求項８】
対象航空機に対する潜在的な障害物の位置を定義する障害物データ構造をさらに含み、
前記プロセッサは、前記障害物データ構造内の過去、現在、及び未来の時点のそれぞれに関連付けられた位置として、航跡渦の強さ、大きさ、及び位置特性を記憶するようにプログラムされている、請求項１に記載のアビオニクスシステム。
【請求項９】
対象となる乗り物であって、
侵入乗り物検出装置と、前記プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記侵入乗り物検出装置を用いて侵入乗り物を特定し、
侵入乗り物の未来の進路を予測し、
侵入乗り物の過去、現在、未来の経路に沿った時点における侵入乗り物によって発生する航跡渦の強さ、大きさ、位置特性を推定し、
過去、現在、未来の各時点における対象乗り物の潜在的な位置に伴った潜在的な軌道を計算し、
過去、現在、未来の各時点における航跡渦の強さ、大きさ、位置特性と潜在的な位置を比較し、航跡との衝突を特定し、航跡との衝突に基づいて対象乗り物を操縦するようにプログラムされている、乗り物。
【請求項１０】
前記プロセッサは、侵入乗り物の過去、現在、未来の経路に沿った各時点において、侵入乗り物における航跡渦の新たに推定された部分を生成することにより、航跡渦の強さ、大きさ、及び位置特性を少なくとも部分的に推定するようにプログラムされている、請求項９に記載の乗り物。
【請求項１１】
前記プロセッサは、航跡渦の以前に推定された部分のサイズを増加させ、強度を減少させることにより、航跡渦の強度、サイズ、及び位置特性を少なくとも部分的に推定し、航跡渦の位置を調整するようにプログラムされている、請求項１０に記載の乗り物。
【請求項１２】
前記侵入乗り物検出装置は、侵入乗り物から前記経路意図データを受信するように構成された協働回避通信システムであり、
前記プロセッサは、前記経路意図データに基づいて侵入乗り物の過去、現在、未来の経路を予測するように構成されている、請求項９に記載の乗り物。
【請求項１３】
前記プロセッサは、航跡との衝突を識別することに応じて、潜在的な軌道を好ましくない軌道としてマークするようにさらにプログラムされている、請求項９に記載の乗り物。
【請求項１４】
前記プロセッサは、潜在的な軌道が好ましくないとマークされる複数の潜在的な軌道のうち最後の軌道である場合に、潜在的な軌道を好ましくないものとしてマークすることに応じて、対象乗り物を少なくとも部分的に飛行させることによって、航跡との衝突に基づいて対象航空機を操縦するようにさらにプログラムされている、請求項９に記載の乗り物。
【請求項１５】
前記プロセッサは、風ベクトルに基づいて航跡渦の以前に推定された部分の位置を調整することにより、航跡渦の位置特性を少なくとも部分的に推定するようにプログラムされている、請求項９に記載の乗り物。
【請求項１６】
対象乗り物に対する潜在的な障害物の位置を定義する前記障害物データ構造をさらに含み、
前記プロセッサは、前記障害物データ構造内の過去、現在、及び未来の時点のそれぞれに関連付けられた位置として、航跡渦の強さ、大きさ、及び位置特性を記憶するようにプログラムされている、請求項９に記載の乗り物。
【請求項１７】
対象航空機の航跡乱気流を回避する方法であって、
前記侵入航空機検出装置を用いて侵入航空機を特定することと、
侵入航空機の未来の進路を予測することと、
侵入航空機の過去、現在、未来の経路に沿った過去、現在、未来の時点における侵入航空機によって発生する航跡渦の強さ、大きさ、位置特性を推定することと、
過去、現在、未来の各時点における対象航空機の潜在的な位置に伴った潜在的な軌道を計算することと、
過去、現在、未来の各時点における航跡渦の強さ、大きさ、位置特性と潜在的な位置を比較し、航跡との衝突を特定し、航跡との衝突に基づいて対象航空機を操縦することと、を含む方法。
【請求項１８】
過去、現在、未来の経路に沿った過去、現在、未来の各時点において、侵入航空機における航跡渦の新たに推定された部分を生成することにより、航跡渦の強さ、大きさ、及び位置特性を少なくとも部分的に推定することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
航跡渦の以前に推定された部分のサイズを増加させ、強度を減少させることにより、航跡渦の強度、サイズ、及び位置特性を少なくとも部分的に推定することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記侵入航空機検出装置は、侵入航空機から前記経路意図データを受信するように構成された協働回避通信システムであり、
前記経路意図データに基づいて侵入航空機の過去、現在、未来の経路を予測するようにプロセッサが構成されている、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年８月２７日に出願された米国仮出願番号第６２／７２３，２２４号（タイトル：飛行中の航空機と航空機の航跡の回避）の利益を主張するものであり、その全体の開示、図面、及び付録は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、一般的な航空機の航跡乱気流の回避に関するものであり、より詳細には、未来の航跡乱気流の渦を予測し、飛行に対する潜在的な障害物としての渦を評価する航空機システムに関する。
【０００３】
ここでは、必ずしも先行技術ではない本開示に関する背景技術を説明する。
【０００４】
現代の航空機には、地上回避警報システム（ＴＡＷＳ）のような様々な保護システムが含まれている。ＴＡＷＳは、航空機が静止している物理的物体（例えば、地面、又は建物や通信塔のような地上に設置された構造物）の所定近接度内にある場合に検出して警報を発するように設計されたオンボードの保護システムの一例である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、航空機は、高度を評価することができるシステムをいくつか備えており、それにより地上からの高度を計算したり、推測したりすることができる。典型的なＴＡＷＳの装置は、航空機の緯度経度（ｌａｔ−ｌｏｎ）の位置を保存している、地上からの高度と相関させるオンボードのデータベースシステムを採用している。ＧＰＳシステム（又は他のナビゲーションリファレンスシステム）は、航空機の現在の緯度経度の位置を提供し、データベースにアクセスして、航空機の位置又は航空機の飛行経路で地上からの高度を調べるために使用する。航空機の飛行経路が地上（又は地上に建設された構造物）に近づきすぎている場合、ＴＡＷＳはパイロットに警報を発し、また、航空機の保護システムの一部を構成する他の安全システムや自動操縦システムを起動することもある。
【０００６】
飛行におけるもう一つの潜在的な障害として、飛行中に他の航空機によって生じる航跡乱気流である。航跡の乱気流には、飛行中の航空機の乱気流中の空気を乱す成分がいくらか含まれている。これらの構成要素のうち、翼端の渦又は航跡の渦は、典型的に非常にゆっくりと消え、乱気流を発生させる航空機がなくなった後も、他の航空機の飛行に対して非常に長い間危険なものとなる。
【０００７】
航跡の渦は、航空機を持ち上げる力となる。翼の下面からの高圧空気は、翼先を中心に翼の上の低圧領域へと流れていく。高圧空気の低圧領域への移動は、翼から流される一対の逆回転渦を発生させる。航空機の後方から見ると、右翼の渦は反時計回りに回転し、左翼の渦は時計回りに回転する。この航空機後方の回転する空気の領域が、航跡乱気流の発生する場所となる。渦の強さ（例えば、回転速度及び大きさ）は、一般的に、渦を発生させる航空機の構成、重量、翼幅、及び速度によって決定される。
【０００８】
これらの渦は発生させる航空機の後方に存在するため、従来の航跡回避技術は、発生させる航空機が過去にどこにいたかをパイロットは考慮し、航跡渦が含まれている可能性のあるエリアを知り、それらのエリアを回避しようとすることに頼っている。この反応的な航跡回避は有効ではあるが、他の航空機がどこにいて、その航跡渦がどこに移動しそうかをパイロットが認識しているかにかかっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、改善の余地がある。さらに、本発明の他の好ましい特徴及び特性は、添付の図面及び前述の技術分野及び背景と併せて、後述の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかにする。
【００１０】
アビオニクスシステム、航空機、及び方法が提供される。
【００１１】
一実施形態では、対象となる航空機のためのアビオニクスシステムであって、侵入航空機検出装置と、プロセッサと、を備え、プロセッサは、侵入航空機検出装置を用いて侵入航空機を特定し、侵入航空機の未来の進路を予測し、侵入航空機の過去、現在、未来の経路に沿った過去、現在、未来の時点における侵入航空機によって発生する航跡渦の強さ、大きさ、位置特性を推定し、過去、現在、未来の各時点における対象航空機の潜在的な位置に伴った潜在的な軌道を計算し、過去、現在、未来の各時点における航跡渦の強さ、大きさ、位置特性と潜在的な位置を比較し、航跡との衝突を特定し、航跡との衝突に基づいて対象航空機を操縦するようにプログラムされている。
【００１２】
別の実施形態では、対象となる航空機であって、侵入航空機検出装置と、プロセッサと、を備え、プロセッサは、侵入航空機検出装置を用いて侵入航空機を特定し、侵入航空機の未来の進路を予測し、侵入航空機の過去、現在、未来の経路に沿った時点における侵入航空機によって発生する航跡渦の強さ、大きさ、位置特性を推定し、過去、現在、未来の各時点における対象航空機の潜在的な位置に伴った潜在的な軌道を計算し、過去、現在、未来の各時点における航跡渦の強さ、大きさ、位置特性と潜在的な位置を比較し、航跡との衝突を特定し、航跡との衝突に基づいて対象航空機を操縦するようにプログラムされている。
【００１３】
さらに別の実施形態では、対象航空機の航跡乱気流を回避する方法であって、侵入航空機検出装置を用いて侵入航空機を特定することと、侵入航空機の未来の進路を予測することと、侵入航空機の過去、現在、未来の経路に沿った過去、現在、未来の時点における侵入航空機によって発生する航跡渦の強さ、大きさ、位置特性を推定することと、過去、現在、未来の各時点における対象航空機の潜在的な位置に伴った潜在的な軌道を計算することと、過去、現在、未来の各時点における航跡渦の強さ、大きさ、位置特性と潜在的な位置を比較し、航跡との衝突を特定し、航跡との衝突に基づいて対象航空機を操縦することと、を含む方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本明細書の図面は、選択した実施形態のみを例示するために記載されたものであり、全ての実施形態を例示するものではない。したがって、図面の特定の選択は、本開示の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１５】
【図１】図１は、様々な実施形態に従った障害となる航跡の近くを飛行する航空機を示す概略図である。
【図２】図２は、図１の航空機のアビオニクスシステムを説明する簡略図である。
【図３】図３は、様々な実施形態に従った図２のアビオニクスシステムの動作を示す概略図である。
【図４】図４は、様々な実施形態に従った図２のアビオニクスシステムによって実行される方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の詳細な説明は本質的に単なる例示的なものに過ぎず、本発明又は本発明の適用及び用途を限定することを意図したものではない。さらに、本発明の先行する背景や以下の詳細な説明で提示された理論に縛られることを意図するものではない。
【００１７】
概して、本明細書に記載された実施形態は、対象航空機が、侵入航空機によって既に生成されている、又はまだ生成されていないかもしれない航跡渦との未来の衝突を予測し得るアルゴリズムを提供する。アルゴリズムは、侵入航空機によって生成された航跡渦の経路及び未来の位置を予測してもよい。次に、アルゴリズムは、対象の航空機が飛行する可能性のある経路をモデル化することにより、その可能性のある経路が、まだ生成されていない航跡渦と衝突するかどうかを予測してもよい。衝突を予測することにより、対象航空機は、可能性のある経路を避け、対象航空機の経験する乱気流が低減された別の可能性のある航路を選ぶことができる。
＜航跡渦予測を実施してもよいシステムの例＞
【００１８】
本開示の航跡渦予測システムは、飛行経路予測技術の一部として実装されてもよく、異なるタイプの危険の全方位に対処するために、航空機の飛行状態の全方位にわたって機能し、統一された完全な包絡線保護を提供することができる。飛行経路予測は、運動エネルギーモデルを使用して航空機の現在の状況から継続的に計算される。複数の予測軌道が計算され、それぞれが危険の閾値又はトリガポイントに達したときに、危険状態から回復するための異なる脱出ルートを表す。このシステムは、さまざまな種類の危険を注意し、速度や高度の制限などの航空機の固有の特性を扱うものもあれば、地形や物体の回避などの外部的な事柄を扱うものもある。本開示の航空機飛行包絡線保護システムは、全てのそうした脅威となる包絡線境界にわたって動作するように設計されている。
【００１９】
包絡線保護システムは、複数の軌道を計算するが、継続して評価を行うことで、現在の航空機の状況で実行不可能な軌道は非推奨とする。非推奨な軌道が再び実行可能になるように航空機の状況が変化しない限り、非推奨な軌道はシステムによって実行不可能として扱われる。本開示の保護システムはバックグラウンドで動作し、実行可能な予測軌道が1つだけ残っている（他の全ての予測軌道は非推奨となる）場合、脅威が起こるまで、パイロットの権限を無効にしたり、奪ったりしない。この場合、保護システムは、危険状態から回復するための回避行動を取るために、自動的に自動操縦となる。保護システムは、パイロットへ警告を発することもあるが、残っている実行可能な軌道がトリガポイントに到達した後、回復行動を取るためにパイロットに依存しないことが好ましい。
【００２０】
好ましくは、予測包絡線保護システムは、一方では乗り心地がよいソフトな回復で、他方ではハードな回復で、乗客に安全な回復行動の非二元的な方法を提供するように構成される。差し迫る脅威を回避する必要がある場合、システムはハードな回復を行う。しかし、回復するまでの時間があり、それほど極端ではない状況では、システムはソフトな回復（乗客にとって安全で滑らか）を行う。このようなソフトな回復が行われると、システムは任意でパイロットからの入力を回復のアルゴリズムに混ぜ、パイロットの能力と経験に基づいて回復の強度を変更できる。
＜航跡渦未来条件予測＞
【００２１】
ここで図１を参照すると、いくつかの実施形態に従った対象となる航空機１００の例を用いたシナリオ９０を示している。航空機１００は、侵入航空機２１０と、侵入航空機２１０によって生成された航跡渦２１２と、に近接して飛行している。本明細書では、「対象」という用語は、説明を明確にするために航空機１００を、侵入航空機２１０と区別するためにのみ使用される名称であり、特許請求の範囲に記載された構成以外の特定の構成を意味しない。本明細書では、航空機１００を飛行機として説明しているが、本開示の範囲を逸脱することなく、本明細書で説明したシステムを他の航空機、陸上の乗り物、水上の乗り物、宇宙の乗り物、又は他の機械に利用することができることを理解すべきである。例えば、本明細書に記載されたアルゴリズムは、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）輸送機を高速列車の航跡から保護するために適用されてもよいし、壊れやすい宇宙船を他の宇宙船の高速排気から保護するために適用されてもよい。
【００２２】
ここで、図１を引き続き参照して、図２を参照すると、いくつかの実施形態に従ったアビオニクス及び飛行制御システム２００が図示されている。アビオニクス及び飛行制御システム２００は、航空機１００に配置され、プロセッサ１１０、航空機検出システム１１２、及びアクチュエータ１１４を含む。以下でさらに詳細を説明するが、プロセッサ１１０は、航空機１００を操作し、少なくとも１つの潜在的な軌道１１６を評価するようにプログラムされている。プロセッサ１１０は、航空機１００に関連する複数の異なる種類の脅威を記憶する所定の脅威データ構造１２０ａに従って構成された関連する記憶回路１１８を有する。データ構造１２０ａのフォーマットは予め定められているが、データ構造１２０ａに格納されているデータは動的である。データ構造１２０ａは、様々な時点での航跡渦２１２の大きさ及び位置を決定するために必要な情報の全てを含む。示している例では、データ構造１２０ａは、時間値１３２、航空機の種類又は重量１１９及び翼幅、侵入航空機２１０の位置、及び侵入航空機２１０の速度を記憶する。データ構造１２０ａは、それぞれが異なる脅威の種類に対応する記録のテーブル、リスト、又はマトリクスで構成されてもよい。示している例では、脅威の種類は、航跡渦の障害の存在である。
【００２３】
また、記憶回路１１８は、空間１３０及び時間１３２の変数に関して、対象航空機１００の潜在的な軌道を記憶する軌道座標データ構造１２０ｂをサポートするように構成されている。説明のために、時空座標変数は、直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）を用いて特定されている。他の座標系（例えば、球面）を使用してもよい。
【００２４】
時間１３２における各点において、データ構造１２０ｂは、時間変数１３２として挙げられた各未来の時点における対象の航空機１００の状態に対応する航空機の状態１３４の変数を記憶する。例えば、航空機の状態１３４の変数は、航空機の高度、特定のエネルギー、対気速度、ピッチ姿勢などを含んでもよい。実施形態によっては、プロセッサ１１０は、航空機１００が、航空機１００に対して許容可能なレベルの妨害で航跡渦２１２の一部を通過する飛行に耐えられるかどうかを決定するために、状態変数１３４を考慮してもよい。また、許容可能なレベルの消失が予測されるまで、航跡渦２１２は完全に回避されるハードな障害物として扱われる。
【００２５】
航空機検出システム１１２は、侵入航空機２１０を検出するように構成された１つ以上の装置を含む。示している例では、航空機検出システム１１２は、航空機従属監視ブロードキャスト（ＡＤＳ−Ｂ）無線及び空中衝突防止システム（ＴＣＡＳ）システムを含む。ＡＤＳ-Ｂ及びＴＣＡＳは、侵入航空機２１０の存在を示す侵入航空機２１０によって生成された信号を受信する。例えば、航空機検出システム１１２は、侵入航空機２１０からのＡＤＳ-Ｂ送信として生成された位置及び速度データを受信してもよい。加えて、又は代替的に、航空機検出システム１１２は、侵入航空機２１０に搭載されたＴＣＡＳシステムからトランスポンダ信号を受信してもよい。実施形態によっては、航空機検出システム１１２は、侵入航空機２１０がＡＤＳ-Ｂ信号又はＴＣＡＳ信号を生成していない場合でも、侵入航空機２１０を検出するように構成されたＬＩＤＡＲ、ＲＡＤＡＲ、光学カメラ、熱カメラ、超音波センサ、及び／又は他のセンサ及び他のシステムを含む。
【００２６】
アクチュエータシステム１１４は、１つ以上の乗り物の特徴を制御する１つ以上のアクチュエータ装置を含む。例えば、アクチュエータシステム１１４は、対象の航空機１００の制御面を操作するアクチュエータ、対象の航空機１００の着陸装置を伸縮させるアクチュエータ、及び／又は対象航空機１００の他の構成要素を移動させるアクチュエータを含んでもよい。アクチュエータシステム１１４は、対象となる航空機１００の自動操縦制御に使用されてもよい。
＜プロセッサの構成＞
【００２７】
概して、本明細書に記載されたアルゴリズムは、侵入航空機の航跡の動作経路を予測する。航跡は時間で移動するので、４次元の問題である。空間内のどこに航跡があるかを予測することに加え、アルゴリズムは、時間内に航跡がいつその場所にあるのか予測する。航跡のどのセグメントにも５つの特徴がある。その５つの特徴は、時間の経過とともに成長する幅と高さ、時間の経過とともに消失する強度、風に沿って元の経路よりも下に移動する横方向と縦方向の位置である。この予測には、２つの柱がある。１つ目は、既に作られている航跡を時間内に伝えることである。２つ目は、まだ作られていない航跡をモデル化できるように、侵入航空機の未来の進路を予測することである。
【００２８】
ここで、図１、２を引き続き参照し、図３、４を参照すると、プロセッサ１１０によって方法４００が実行される動作シナリオ３００が図示されている。プロセッサ１１０は、侵入航空機２１０及び侵入航空機２１０の航跡２１２を回避するための命令及びタスクを実行する。命令は、１つ以上の別個のプログラムを含んでもよく、その各々は、論理的機能を実装するための実行可能な命令の順序リストを構成する。命令は、プロセッサによって実行されると、航空機検出システムからの信号を受信して処理し、航空機１００の構成要素を自動的に制御するための論理、計算、方法及び／又はアルゴリズムを実行し、論理、計算、方法及び／又はアルゴリズムに基づいて航空機１００の構成要素を自動的に制御するため、アクチュエータシステム１１４のための制御信号を生成する。プロセッサ１１０は１つのみが図示されているが、実施形態では、任意の適切な通信媒体又は通信媒体の組み合わせを介して通信し、センサ信号を処理し、論理、計算、方法、及び／又はアルゴリズムを実行し、航空機１００の特徴を自動的に制御するための制御信号を生成するために協働する任意の数のプロセッサ１１０又はプロセッサ１１０の一部を含めても良い。実施形態によっては、１つ以上の命令は、プロセッサ１１０によって実行されると、航空機が可能な回復をモデル化し、予測されている航跡渦２１２の位置との衝突についてそうした回復をテストする。
【００２９】
本明細書で使用されている、「侵入航空機」という用語は、所定の範囲内にある航空機を意味する。範囲は、物理的距離、航空機依存監視ブロードキャスト（ＡＤＳ-Ｂ）信号の通信範囲、交通衝突回避システム（ＴＣＡＳ）に関連付けられた範囲、光学カメラに関連付けられた視覚的範囲、又はその航跡渦が障害物になる可能性のある航空機を検出するための他の任意の適切な範囲として表現されてもよい。
【００３０】
プロセッサ１１０は、図３に図示されているように、侵入航空機２１０によって予測位置３２２で生成された予測される航跡渦３２０と衝突するような第１の潜在的な軌道３１０及び第２の潜在的な軌道３１２を評価する。図示している例では、プロセッサ１１０は、対象航空機１００が第１の潜在的な軌道３１０に沿った位置３３０に位置し、第２の潜在的な軌道３１２に沿った位置３３２に位置することが予測される特定の時間ｔにおいて、潜在的な軌道３１０及び３１２を評価している。時刻ｔにおいて、プロセッサ１１０は、侵入航空機２１０が予測された位置３２２に位置すると予測し、予測された航跡渦３２０は、後述するように、新たに予測された部分３４０と、複数の以前に予測された航跡渦部分３４２、３４４、３４６とを有する。
【００３１】
示している例では、プロセッサ１１０は、方法４００に関連するタスクを実行する。例えば、プロセッサ１１０は、航跡渦の可能性の高い大きさ及び位置を決定し、局所的な風に対しては補正を適用し、航跡渦及び侵入航空機の未来の位置を予測する。実施形態によって、プロセッサ１１０は、航空機の４次元時間位置と同様に、航跡渦の４次元時間位置を回避すべき障害物として考慮する。例えば、侵入航空機２１０及び航跡３２０は、回避行動のために飛行中に回避すべき地形又は他の障害物と同じように扱われてもよい。
【００３２】
タスク４１０において、プロセッサ１１０は、侵入航空機２１０を識別する。示している例において、プロセッサ１１０は、侵入航空機検出システム１１２を用いて侵入航空機２１０を識別する。例えば、侵入航空機検出装置は、侵入航空機２１０から経路意図データを受信するように構成された協働回避通信システムであってもよい。協働回避通信システムは、交通衝突回避システム（ＴＣＡＳ）、航空機依存監視ブロードキャスト（ＡＤＳ-Ｂ）、又は侵入航空機の位置を提供する他のシステムを利用してもよい。実施形態によっては、得られる情報は、侵入航空機２１０の種類、速度、及び追跡を含む。
【００３３】
タスク４１２において、プロセッサ１１０は、侵入航空機２１０の未来の進路を予測する。例えば、プロセッサ１１０は、侵入航空機２１０の現在の速度及び現在の位置を使用して、侵入航空機２１０が未来どこに行くかを予測してもよい。実施形態によっては、プロセッサ１１０は、協働回避通信システムからの前記経路意図データに基づいて、侵入航空機の未来の経路を予測するようにプログラムされる。
【００３４】
タスク４１４において、プロセッサ１１０は、予測モデルの時間値を増加させる。例えば、プロセッサ１１０は、時刻ｔにおいて存在する可能性のある位置及び航空機の状態変数を計算するために、時間値を時刻ｔに繰り上げてもよい。タスク４１８において、プロセッサ１１０は、未来の各時点における対象航空機の潜在的な位置に伴う潜在的な軌道を計算する。例えば、プロセッサ１１０は、潜在的な軌道３１０に従うときに、対象航空機１００が時刻ｔの未来の位置３３０に位置することを計算してもよく、及び／又は、潜在的な軌道３１２に従うときに、対象航空機１００が時刻ｔの未来の位置３３２に位置することを計算してもよい。
【００３５】
タスク４１８において、プロセッサ１１０は、侵入航空機２１０の次の位置を予測する。例えば、プロセッサ１１０は、侵入航空機２１０の現在の速度と現在の位置とを用いて、侵入航空機２１０が時刻ｔにおいて予測位置３２２に位置することを予測してもよい。
【００３６】
タスク４２０において、プロセッサ１１０は、未来の経路に沿った現在の時間値で、侵入航空機における航跡渦の新たに推定された部分を生成する。タスク４１４と組み合わせて、タスク４２０は、時間値が増加するにつれて、プロセッサ１１０に未来の各時点で新たに推定された部分を生成させる。例えば、侵入航空機２１０の重量及び速度特性を有する侵入航空機２１０によって生成された航跡渦部分３４０のサイズ、強度、及び位置は、以前に決定された既知の航跡渦強度のテーブルルックアップによって検索されてもよい。
【００３７】
タスク４２２において、前の時間値の航跡渦部分は、サイズが増加し、強度が減少する。例えば、ｔ-１で計算された「新たに推定された部分」は、航跡渦部分３４２となるように、予め定められた消失速度によってサイズが増加し、強度が減少してもよい。同様に、ｔ-２で計算された「新たに推定された部分」は、航跡渦部分３４４となるように、サイズが増加し、強度が減少してもよく、またｔ-３で計算された「新たに推定された部分」は、航跡渦部分３４６となるように、サイズが増加し、強度が減少してもよい。示している例において、航跡渦部分３４０、３４２、３４４、及び３４６は、障害物データ構造体内の未来の各時点に関連付けられた位置を定義するために、障害物データ構造体１２０ａに格納される。
【００３８】
本開示の範囲から逸脱することなく、時間とともに航跡渦３２０を調整する代替的な方法が利用されてもよい。例えば、プロセッサ１１０は、航跡渦３２０の予測形状を計算し、侵入航空機２１０の速度に基づいて地形データベース内で予測形状を移動させ、航跡渦３２０の位置を予測してもよい。
【００３９】
タスク４２３において、プロセッサ１１０は、風ベクトルに基づいて以前に推定した航跡渦の部分の位置を調整することにより、航跡渦の位置特性を少なくとも部分的に推定するようにプログラムされている。例えば、プロセッサ１１０は、測定した風ベクトルに対応する量だけ、航跡渦部分３４２、３４４、３４６の各々を移動させてもよい。風ベクトルは、対象航空機１００に搭載されたセンサによって得られてもよいし、気象サービスから取得された気象データによって得られてもよいし、他の適切な方法によって得られてもよい。
【００４０】
タスク４２４において、プロセッサ１１０は、航跡衝突を特定するために、未来の各時点における航跡渦の強さ、大きさ、及び位置特性と潜在的な位置を比較する。例えば、プロセッサ１１０は、現在存在する航跡渦２１２が消失しており、位置３３２において、航跡渦３２０が伸びていない（すなわち、時刻ｔにおいて消失している）ので、対象の航空機１００が潜在的な軌道３１２に従っている場合、位置３３２において航跡との衝突はないと判断してもよい。逆に、位置３３０において、現在航跡渦２１２は存在していないが、位置３３０は未来の航跡渦部分３４２と３４４との間に存在するので、航跡渦との衝突として識別される。
【００４１】
タスク４２６において、衝突がある場合にはタスク４３０に、衝突がない場合にはタスク４３２にメソッド４００を送る。プロセッサ１１０は、タスク４３０において、衝突する潜在的な軌道を好ましくないものとして非推奨又はマークする。例えば、プロセッサ１１０は、好ましくないものとして潜在的な軌道３１２をマークしない一方で、潜在的な軌道３１０を好ましくないものとしてマークする。
【００４２】
タスク４３２において、プロセッサ１１０は、現在算出されている潜在的な軌道が算出されているか否かを判断する。例えば、潜在的な軌道は、対象航空機１００の現在位置及び時刻から所定の距離又は所定の時間だけ離れた位置で計算されてもよい。
【００４３】
示している例では、プロセッサ１１０は、潜在的な軌道が好ましくないとマークされるような複数の潜在的な軌道のうちの最後の軌道である場合に、その潜在的な軌道が好ましくないとマークされることに応じて、対象航空機を飛行させることにより、少なくとも部分的に航跡の衝突に基づいて、対象航空機を操縦するようにさらにプログラムされる。実施形態によって、回避は、速度変更、旋回、上昇、下降、又はそれらの組み合わせとなる。また実施形態によっては、回避は、軌道予測アルゴリズムによって予測された軌道によって決定される。
＜結論＞
【００４４】
少なくとも１つの例示的な実施形態が前記の詳細な説明に示されているが、膨大な数のバリエーションが存在することが理解されるべきである。また、例示的な実施形態又は例示的な実施形態は例示にすぎず、本開示の範囲、適用可能性、又は構成をいかなる形でも制限することを意図していないことも理解されるべきである。むしろ、前記の詳細な説明は、当技術分野に熟練した者に、例示的な実施形態又は例示的な実施形態を実施するための便利なロードマップを提供するであろう。添付の特許請求の範囲及びその法的等価物に記載されているように、本開示の範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置において様々な変更が可能であることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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