(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔管理モジュール（１１２）及びフライトコントロールシステム（１１１）を含むコンピュータシステムにおいて、ビークル（１０２）間の間隔（１０６）を管理する方法であって、
間隔管理モジュール（１１２）において、第１経路（１１６）に沿って移動している第１ビークルと、第２経路（１１８）に沿って移動している第２ビークルの最接近点（１２１）を予測するステップと、
間隔管理モジュール（１１２）において、第１ビークルと第２ビークルとの間の最接近点（１２１）と目標レベルの間隔（１０６）を使用して、第１ビークルの第１経路（１１６）を変更するための複数の補正コマンド（１３０）を生成するステップと、
フライトコントロールシステム（１１１）において、複数の補正コマンド（１３０）を第１ビークルの複数の制御コマンド（１３３）に統合するステップであって、第１ビークルと第２ビークルとの間の目標レベルの間隔（１０６）を実質的に保持するように第１ビークルを機動操作するための複数の確定制御コマンド（１４３）を形成するステップと、を含み、
複数の確定制御コマンド（１４３）に対する第１ビークルの応答が期待応答（１４５）であり、
期待応答（１４５）が、目標の乗り心地、目標レベルの乗客の快適性、目標レンジの加速度、期待応答時間、及び目標旋回率のうちの少なくとも１つを含み、
複数の補正コマンド（１３０）を生成するステップは、
目標となる規定レベルの間隔の境界線を画定する距離である規定距離（１１６６）から最接近点（１２１）の時点において予測される第１ビークルと第２ビークルとの間の高度の距離であるすれ違い距離の絶対値である絶対すれ違い距離（１１５０）を減算して得られる距離（１１６８）がゼロよりも大きいか否かに基づいて、目標レベルの間隔を得るためにさらに必要な距離である回復距離（１１７２）を生成するステップと、
回復距離（１１７２）に基づいて、上昇率コマンド（１１７６）を生成するステップと、を含む、
方法。
【請求項２】
間隔管理モジュール（１１２）において、最接近点（１２１）に到達するまでの時間（１２０）を予測するステップであって、最接近点（１２１）が、第１ビークルが継続的に第１経路（１１６）に沿って移動し、第２ビークルが継続的に第２経路（１１８）に沿って移動する場合に、第１ビークルと第２ビークルとの間の距離（１２３）が最小値となる時に生じると予測されるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
最接近点（１２１）を予測するステップが、
第１ビークルが継続的に第１経路（１１６）に沿って移動し、第２ビークルが継続的に第２経路（１１８）に沿って移動する場合に、距離（１２３）が最小値である時に第１ビークルと第２ビークルとの間の距離（１２３）を予測するステップと、
距離が最小値である時に、第１ビークルに対する第２ビークルの方向（１２７）を予測するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数の補正コマンド（１３０）を生成するステップが、
第１ビークルと第２ビークルとの間の最接近点（１２１）と、目標レベルの間隔（１０６）と、最接近点（１２１）に到達するまでの時間（１２０）を使用して、第１ビークルの第１経路（１１６）を変更するための複数の補正コマンド（１３０）を生成するステップを含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
第１ビークルが第１航空機（１０４）であり、第２ビークルが第２航空機（１０５）であり、複数の制御コマンド（１３３）が第１航空機（１０４）のフライトコントロールモジュール（６０２）を使用して生成され、さらに、
フライトコントロールシステム（１１１）において、第１セットの制限関数を複数の制御コマンド（１３３）に適用するステップと、
間隔管理モジュール（１１２）において、第２セットの制限関数を複数の補正コマンド（１３０）に適用するステップであって、第１セットの制限関数と第２セットの制限関数は、第１航空機（１０４）が好ましくない方法で飛行する可能性を軽減するように構成されているステップとを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
間隔管理モジュール（１１２）において、複数の補正コマンド（１３０）を生成するために複数のパラメータを選択するステップであって、複数のパラメータは、複数の確定制御コマンド（１４３）に対する第１ビークルの応答が期待応答であるように選択されるステップをさらに含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
目標レベルの間隔（１０６）が、必要レベルの間隔（１３６）、安全レベルの間隔（１３８）、および規定レベルの間隔（１４０）のうちの一つから選択されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第１ビークルが第１航空機（１０４）であり、第２ビークルが第２航空機（１０５）であり、第１経路（１１６）が第１飛行経路であり、第２経路が第２飛行経路であり、さらに、
間隔管理モジュール（１１２）において、複数の確定制御コマンド（１４３）に対する応答において、第１航空機（１０４）を機動操作して第１航空機（１０４）の第１飛行経路を変更し、第１航空機（１０４）の変更飛行経路（３１４）を形成するステップであって、変更飛行経路（３１４）によって、第１航空機（１０４）と第２航空機（１０５）の最接近点（１２１）において目標レベルの間隔（１０６）が得られるステップを含む、請求項１から４、６及び７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
機動操作するステップが、
複数の確定制御コマンド（１４３）に対する応答において、第１航空機（１０４）の速さ、加速度、及び進行方向（１２７）のうちの少なくとも１つを変更して変更飛行経路（３１４）を形成するステップであって、変更飛行経路（３１４）により、第１航空機（１０４）と第２航空機（１０５）の最接近点（１２１）において目標レベルの間隔（１０６）が得られるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
複数の補正コマンド（１３０）を生成するステップが、
最接近点の予測の不確実性を使用して、第１ビークルと第２ビークルとの間の目標レベルの間隔を識別するステップを含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
第１ビークルと第２ビークルが、航空機、無人機、ヘリコプター、潜水艦、水上艦、ミサイル、宇宙機、及び地上車のうちの少なくとも１つから選択される、請求項１から４、６及び７及び１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
第１経路（１１６）と第２経路（１１８）を使用して、第１経路（１１６）に沿って移動している第１ビークルと、第２経路（１１８）に沿って移動している第２ビークルの最接近点（１２１）を予測し、第１ビークルと第２ビークルとの間の最接近点（１２１）と目標レベルの間隔（１０６）を使用して、第１ビークルの第１経路（１１６）を変更するための複数の補正コマンド（１３０）を生成するように構成された間隔管理モジュール（１１２）と、
複数の補正コマンド（１３０）を第１ビークルの複数の制御コマンド（１３３）に統合して、第１ビークルと第２ビークルとの間の目標レベルの間隔（１０６）を実質的に保持するように第１ビークルを機動操作するための複数の確定制御コマンド（１４３）を形成するように構成されたフライトコントロールシステム（１１１）と、を含み、
複数の確定制御コマンド（１４３）に対する第１ビークルの応答が期待応答（１４５）であって、期待応答（１４５）が、目標の乗り心地、目標レベルの乗客の快適性、目標レンジの加速度、期待応答時間、及び目標旋回率のうちの少なくとも１つを含み、
フライトコントロールシステム（１１１）が、目標となる規定レベルの間隔の境界線を画定する距離である規定距離（１１６６）から、最接近点（１２１）の時点において予測される第１ビークルと第２ビークルとの間の高度の距離であるすれ違い距離の絶対値である絶対すれ違い距離（１１５０）を減算して得られる距離（１１６８）がゼロよりも大きいか否かに基づいて、目標レベルの間隔を得るためにさらに必要な距離である回復距離（１１７２）を生成し、回復距離（１１７２）に基づいて、上昇率コマンド（１１７６）を生成するように構成されている、
システム。
【請求項１３】
間隔管理モジュール（１１２）がさらに最接近点（１２１）に到達するまでの時間（１２０）を予測し、この予測において最接近点（１２１）は、第１ビークルが継続的に第１経路（１１６）に沿って移動し、第２ビークルが継続的に第２経路（１１８）に沿って移動する場合に、第１ビークルと第２ビークルとの間の距離（１２３）が最小値である時に生じると予測される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
間隔管理モジュール（１１２）は最接近点（１２１）の予測において、第１ビークルが第１経路（１１６）に沿って移動し第２ビークルが第２経路（１１８）に沿って移動する間に距離（１２３）が最小値である時に、第１ビークルと第２ビークルとの間の距離（１２３）を予測し、距離（１２３）が最小値である時に第１ビークルに対する第２ビークルの方向（１２７）を予測する請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して航空機に関し、具体的には航空機の動きの管理に関するものである。またさらに具体的には、本発明は航空機間で目標レベルの間隔を保つ方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空管制（ＡＴＣ）は、地上及び空中の航空機を誘導するのに使用されるサービスである。このサービスは、例えば無人機（ＵＡＶ）、ヘリコプター、及び／又はその他好適な種類の航空機等の航空機の制御に使用可能である。現在、航空管制は地上ベースの航空管制システム及び人である航空管制官によって提供されている。通常、これらの地上ベースの航空管制システム及び人である航空管制官は、地上及び空中の航空交通の流れを円滑にするために使用できる情報をパイロット及び／又は航空機のその他のオペレータへ提供する。さらに、パイロット及び／又は航空機のその他のオペレータはこの情報だけでなく、自身の状況認識を使用して、地上及び空中での航空機間の間隔を保つことができる。
【０００３】
ある航空機と他の航空機との間の目標レベルの間隔は様々な規則及び法令によって管理されうる。ある場合には、この間隔は任意の数の方向における航空機からの最小距離として定義することができる。例えば、この間隔は横方向、縦方向、及び／又は長手方向に対する航空機からの最小距離として定義することができる。
【０００４】
航空管制には大きな労働力を要し、費用もかさむ可能性がある。例えば、航空管制システムには所望するよりも多くの処理リソース、職員、及び／又はその他のリソースをさらに要する場合がある。さらに、航空管制システムが航空機に、他の航空機からの目標レベルの間隔を保つよう指図する場合があるが、それでもなお航空機のパイロットにはこのレベルの間隔を実際に保つように航空機を操作する責任がある。
【０００５】
加えて、例えば天候状態、視界状態、状況認識の低下、疲労、ストレス、経験レベル、及び／又はその他適切な要因等の要因が、その航空機と他の航空機との間に目標レベルの間隔を保つための決断、及び航空機の操作を行う航空機のパイロットの能力に影響を与える可能性がある。これら同じ要因はまた、人である航空管制官が航空機のパイロットに最も的確な情報及び／又は命令を提供する能力にも影響を与えうる。
【０００６】
したがって、上述した課題の少なくとも幾つかだけでなく可能性のあるその他の課題を考慮した方法及び装置を有することが有利である。  
【発明の概要】
【０００７】
ある有利な実施形態では、ビークル間の間隔を管理する方法が提供されている。第１経路に沿って移動している第１ビークルと第２経路に沿って移動している第２ビークルの最接近点が予測される。最接近点、及び第１ビークルと第２ビークルとの間の目標レベルの間隔を使用して、第１ビークルの第１経路を変更する複数の補正命令が生成される。複数の補正命令は第１ビークルに対する複数の制御命令と統合されて、第１ビークルと第２ビークルとの間で目標レベルの間隔を実質的に保つように第１ビークルを操作するための複数の確定制御コマンドが形成される。複数の確定制御コマンドへの第１ビークルの応答は期待応答である。
【０００８】
別の有利な実施形態では、システムは間隔管理モジュールを含む。間隔管理モジュールは、第１経路及び第２経路を使用して、第１経路に沿って移動している第１ビークルと第２経路に沿って移動している第２ビークルの最接近点を予測する。間隔管理モジュールはさらに、第１ビークル及び第２ビークルとの間の最接近点と目標レベルの間隔を使用して、第１ビークルの第１経路を変更するための複数の補正命令を生成する。間隔管理モジュールはさらに、複数の補正命令を第１ビークルに対する複数の制御命令と統合して、第１ビークルと第２ビークルとの間で目標レベルの間隔を実質的に保つように第１ビークルを操作するための複数の確定制御命令を形成する。複数の確定制御命令への第１ビークルの応答は期待応答である。
【０００９】
特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態において個別に達成することができる、または下記の説明及び図面を参照することによってさらに詳細を理解することができる更に別の実施形態と組み合わせることができる。
【００１０】
有利な実施形態を特徴づけていると思われる新規特性は添付の請求項に記載されている。有利な実施形態だけでなく、好ましい使用モード、更なる目的及びその利点はしかしながら、添付の図面と併せて読むときに、本発明の有利な実施形態の下記の詳細説明を参照することによって最適に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】有利な実施形態によるブロック図の形態のビークル管理環境の図である。
【図２】有利な実施形態による目標レベルの間隔の境界線の図である。
【図３】有利な実施形態による航空交通管理環境の図である。
【図４】有利な実施形態による別の航空交通管理環境の図である。
【図５】有利な実施形態による衝突防止を可能にするアビオニクスシステムのブロック図である。
【図６】有利な実施形態による衝突防止システムのブロック図である。
【図７】有利な実施形態による２機の航空機間の最接近点を予測する方程式を示す図である。
【図８】有利な実施形態によるビークル中心防止システムの図である。
【図９】有利な実施形態による衝突防止モジュールの図である。
【図１０】有利な実施形態による動的軌道ジェネレータの図である。
【図１１】有利な実施形態による航空機へ衝突防止を提供するシステムの図である。
【図１２】有利な実施形態による間隔補正コンポーネントの図である。
【図１３】有利な実施形態による２機の航空機間の接近遭遇を示す図である。
【図１４】有利な実施形態による別の２機の航空機間の接近遭遇を示す図である。
【図１５】有利な実施形態による２機の航空機間の接近遭遇を示す図である。
【図１６】有利な実施形態による２機の航空機間の接近遭遇を示す図である。
【図１７】有利な実施形態による空域を飛行している２機の航空機の図である。
【図１８】有利な実施形態によるビークルを管理するプロセスのフロー図である。
【図１９】有利な実施形態によるデータ処理システムの図である。
【図２０】有利な実施形態による航空機の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
異なる有利な実施形態は、一以上の異なる検討事項を認識し考慮している。例えば、異なる有利な実施形態は航空機において現在使用されている回避システムが航空管制システムによって提供される観察記録及び方向のバックアップを提供するものであることを認識し考慮している。
【００１３】
異なる有利な実施形態は、現在利用可能な回避システムが２機以上の航空機が互いに異常に接近して飛行していることを航空機に警告することができることを認識し考慮している。さらに、これらの回避システムはまた、一以上の航空機に衝突のリスクを下げうる推奨操作も提供できる。しかしながら、異なる有利な実施形態は、航空機を制御してその航空機と他の航空機との間の衝突のリスクを減らすことができる回避システムを航空機に有することが望ましいことであり得ることを認識し考慮している。
【００１４】
さらに、異なる有利な実施形態は、航空機のオペレータからの入力を必要とせずに、航空機を制御して衝突のリスクを減らすことができる回避システムを有することが望ましいことであり得ることを認識し考慮している。例えば、異なる有利な実施形態は、オペレータの入力を必要とせずにその航空機と他の航空機との間の衝突のリスクが低下するように航空機の飛行経路を変更する、及び／又は航空機が動作するようにさせることができる回避システムを有することが望ましいことであり得ることを認識し考慮している。異なる有利な実施形態は、この種の回避システムに伴うヒューマンエラーの可能性及び／又は衝突のリスクを高める操作をオペレータが行うリスクが低下しうることを認識し考慮している。
【００１５】
加えて、異なる有利な実施形態は、オペレータの入力を必要とせずに航空機を制御して衝突のリスクを減らすことができる航空機の回避システムを使用することによって、人である航空管制官及び航空管制システムの仕事量を減らすことができることを認識し考慮している。この結果、これらの人である航空管制官、及び航空管制システムが、増加した航空機の飛行を管理することができるようになり得る。
【００１６】
さらに、異なる有利な実施形態は、オペレータからの入力を要さずに航空機を制御してその航空機と他の航空機との間の衝突のリスクを減らすことができる回避システムが無人機（ＵＡＶ）に使用可能であることを認識し考慮している。この結果、民間及び／又は軍事作戦を実施する無人機の飛行を監視するために必要としうる処理リソース及び／又は職員の数が削減される。
【００１７】
したがって、異なる有利な実施形態はビークル間の間隔を管理する方法及び装置を提供する。ある有利な実施形態では、ビークル間の間隔を管理する方法が提供されている。第１経路に沿って移動している第１ビークルと、第２経路に沿って移動している第２ビークル間の最接近点が予測される。第１ビークル及び第２ビークルとの間の最接近点と目標レベルの間隔を使用して、第１ビークルの第１経路を変更する複数の補正命令が生成される。複数の補正命令は第１ビークルに対する複数の制御命令と統合されて、第１ビークルと第２ビークルとの間で目標レベルの間隔を実質的に保つように第１ビークルを操作するための複数の確定制御命令が形成される。複数の確定制御命令への第１ビークルの応答は期待応答である。
【００１８】
ここで図面、特にビークル管理環境を有利な実施形態にしたがってブロック図の形態で示す図１を参照する。これらの実施例では、ビークル管理環境１００は複数のビークル１０２を含む。複数のビークル１０２のビークルは、航空機、無人機、ヘリコプター、潜水艦、水上艦、ミサイル、宇宙船、地上車、又はその他何らかの好適な種類のビークルの一つから選択することができる。
【００１９】
ある実施例として、複数のビークル１０２の第１ビークルは第１航空機１０４であってよく、複数のビークル１０２の第２ビークルは第２航空機１０５であってよい。これらビークルのうちの少なくとも一つが作動している間の、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の間隔１０６は、間隔管理モジュール１１２を使用して管理することができる。間隔管理モジュール１１２はハードウェア、ソフトウェア、又はこれら両方の組み合わせを使用して実行可能である。
【００２０】
これらの実施例では、間隔管理モジュール１１２はコンピュータシステム１０８で実行可能である。コンピュータシステム１０８はこれらの実施例では複数のコンピュータ１１０の形態である。本明細書で使用する複数の品目は一以上の品目を意味する。例えば、複数のコンピュータは一以上のコンピュータを意味する。実行形態により、複数のコンピュータ１１０は第１航空機１０４、第２航空機１０５、複数のビークル１０２の別のビークル、地上局、航空管制局、又はその他何らかの好適な場所のうちの少なくとも一つに位置していて良い。
【００２１】
本明細書で使用する「少なくとも一つの」という表現は、品目のリストとともに使用される場合は、一以上のリスト品目の異なる組み合わせを使用することができ、リストの中の各品目のうちの一つのみが必要であり得ることを意味する。例えば、「品目Ａ、品目Ｂ、及び品目Ｃのうちの少なくとも一つ」は例えば非限定的に、品目Ａ、又は品目Ａ及び品目Ｂを含むことができる。この実施例はまた、品目Ａ、品目Ｂ、及び品目Ｃ、又は品目Ｂ及び品目Ｃも含むことができる。その他の実施例では、「少なくとも一つの」は例えば非限定的に、２つの品目Ａ、一つの品目Ｂ、及び１０個の品目Ｃ；４つの品目Ｂ及び７つの品目Ｃ；及びその他の好適な組み合わせであってよい。
【００２２】
これらの実施例では、間隔管理モジュール１１２を有するコンピュータシステム１０８は第１航空機１０４に位置している。具体的には、間隔管理モジュール１１２は、第１航空機１０４が地上及び／又は空中にある時に、第１航空機１０４と、複数のビークル１０２のうちの他のビークルとの間の間隔１０６を提供にする。
【００２３】
これらの実施例では、第１航空機１０４及び第２航空機１０５は空域１１４において飛行している。間隔管理モジュール１１２は、空域１１４において第１航空機１０４が第２航空機１０５と衝突するリスク１１５を減らすために、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の間隔１０６を提供にする。さらに、間隔管理モジュール１１２は、第１航空機１０４と、複数のビークル１０２のうちの他のビークルとの間の間隔１０６を提供にする。
【００２４】
図示したように、間隔管理モジュール１１２は、第１航空機１０４の第１経路１１６と第２航空機１０５の第２経路１１８を識別する。第１経路１１６は第１航空機１０４の第１飛行経路であってよい。第２経路１１８は、第２航空機１０５の第２飛行経路であってよい。これらの実施例では、ビークルの経路を識別するために使用される情報には、速度、速さ、機首方位、進行方向、位置、方位、高度、ルート、航路、回転速度、上昇速度、及びビークルのその他好適な情報のうちの少なくとも一つが含まれうる。速度とは、ビークルの位置の変化の速度及び方向の測定値である。これによると、速度には、ビークルの位置の変更についての大きさ及び方向の両方が含まれる。速度の大きさは、ビークルの速さである。
【００２５】
これらの実施例では、間隔管理モジュール１１２は複数の情報源から取得した情報を使用して、第１航空機１０４の第１経路１１６を識別することができる。これらの情報源には、例えば第１航空機１０４搭載のフライトコントロールシステム１１１、第１航空機１０４搭載のセンサシステム１１１、第１航空機１０４搭載のセンサシステム１１３、航空管制システム、及びその他好適な情報源のうちの少なくとも一つが含まれうる。
【００２６】
フライトコントロールシステム１１１には、オートパイロットシステム、飛行管理システム、フライト・ディレクタ、ナビゲーションシステム、及び第１航空機１０４の操作を制御するために使用される複数の好適なシステムのうちの少なくとも一つを含んでいてよい。ある実施例において、間隔管理モジュール１１２は、フライトコントロールシステム１１１のナビゲーションシステムに記憶された所定の飛行経路を使用して第１経路１１６を識別することができる。
【００２７】
さらに、第１航空機１０４搭載のセンサシステム１１３は複数のセンサを含む。これらのセンサには、例えば非限定的に、全地球測位システム装置、慣性測定装置、カメラシステム、レーダーシステム、偵察システム、レーダー距離計、位置同定システム、高度計、及びその他好適な種類のセンサのうちの少なくとも一つを含んでいてよい。ある実施例において、間隔管理モジュール１１２は、センサシステム１１３によって生成されたセンサデータを使用して、第１航空機１０４の第１経路１１６を識別することができる。
【００２８】
さらに、間隔管理モジュール１１２はまた、複数の異なる情報源から取得した情報を使用して第２航空機１０５の第２経路１１８を識別することができる。これらの情報源には例えば非限定的に、第２航空機１０５搭載のフライトコントロールシステム、第２航空機１０５搭載のセンサシステム、第１航空機１０４搭載のセンサシステム１１３、航空管制システム、及びその他好適な情報源のうちの少なくとも一つが含まれうる。
【００２９】
ある実施例においては、第２航空機１０５及び／又は航空管制システムから受信した第２航空機１０５の所定の飛行経路を使用して、第２航空機１０５の第２経路１１８を識別することができる。別の実施例においては、第１航空機１０４搭載のセンサシステム１１３によって生成されたセンサデータを使用して、第２経路１１８を識別することができる。
【００３０】
この実施例で示すように、第１経路１１６は第１航空機１０４の第１速度１２２を含む。第２経路１１８は第２航空機１０５の第２速度１２４を含む。いくつかの実施例においては、間隔管理モジュール１１２はまた相対速度１１９を識別するように構成されていてよい。相対速度１１９は、実行形態により、第１航空機１０４に対する第２航空機１０５の速度、又は第２航空機１０５に対する第１航空機１０４の速度であってよい。
【００３１】
間隔管理モジュール１１２は、第１航空機１０４の第１経路１１６と、第２航空機１０５の第２経路１１８を使用して、第１航空機１０４と第２航空機１０５の最接近点（ＣＰＡ）１２１を予測する。これらの実施例では、第１経路１１６上を移動している第１航空機１０４と、第２経路１１８上を移動している第２航空機１０５の最接近点１２１は、第１航空機１０４が第１経路１１６に沿って移動し続け、第２航空機１０５が第２経路１１８に沿って移動し続けた場合に、第１航空機１０４と第２航空機１０５の間の距離１２３が最小値である時に発生すると予測される。
【００３２】
つまり、最接近点１２１の予測において、間隔管理モジュール１１２は、第１航空機１０４が第１経路１１６に沿って移動し続け、第２航空機１０５が第２経路１１８に沿って移動し続けた場合に最も小さくなると予想される第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の距離１２３を予測する。最接近点１２１において予測された第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の距離１２３は、すれ違いの距離とも呼ぶことができる。
【００３３】
さらに、最接近点１２１の予測において、間隔管理モジュール１１２はまた第１航空機１０４に対する第２航空機１０５の方向１２７も予測する。方向１２７とは、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の予測距離１２３が最小値であると予測された時の、第１航空機１０４に対する第２航空機１０５の方向である。
【００３４】
これらの実施例では、最接近点１２１の距離１２３及び方向１２７により、最接近点１２１における第１航空機１０４と第２航空機１０５との間のレンジが画定される。このレンジは、２機の航空機がそれぞれの経路に沿って飛行したときに、これらの２機の航空機の間で生じると予測される最小レンジである。さらに、このレンジは、最接近点１２１における距離１２３の大きさを有するベクトル、及び最接近点１２１における方向１２７である方向として表すことができる。このように、最接近点１２１はベクトルとして表すことができる。
【００３５】
さらに、間隔管理モジュール１１２はまた、第１航空機１０４の第１経路１１６と第２航空機１０５の第２経路１１８を使用して最接近点１２１までの時間１２０も予測する。最接近点１２１までの時間１２０とは、現在の時刻から最接近点１２１が生じる時刻までの時間である。すなわち、時間１２０とは、現在の時刻から第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の距離１２３が最小値となる時刻までの時間である。これらの実施例では、最接近点１２１までの時間１２０はまた、最接近点１２１までかかる時間とも呼ぶことができる。
【００３６】
ある実施例において、最接近点１２１における距離１２３は、予測された最接近点１２１までの時間１２０を使用して予測することができる。その他の実施例では、最接近点に到達するまでにかかる時間１２０は、予測された第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の距離１２３を使用して予測することができる。
【００３７】
これらの実施例では、第１航空機１０４と第２航空機１０５の最接近点１２１を予測するために現在のレンジ１２５も使われる。現在のレンジ１２５は第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の現在の距離１２６、及び第１航空機１０４に対する第２航空機１０５の現在の方向１２９を含む。
【００３８】
ある実施例においては、第１航空機１０４の現在の位置と、第２航空機１０５の現在の位置を使用して、現在のレンジ１２５を識別することができる。いくつかの実施例では、第２航空機１０５と第１航空機１０４の位置の識別を必要とせずに現在のレンジ１２５を識別することができる。例えば、レーダーシステム、レーザー距離計、及び／又はその他何らかの好適な種類のレンジ識別システムを使用して、現在のレンジ１２５を識別することができる。
【００３９】
第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の現在のレンジ１２５に基づいて、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間に現在目標レベルの間隔１２８があるとみなすことができる。しかしながら、第１航空機１０４と第２航空機１０５がそれぞれ第１経路１１６と第２経路１１８に沿って移動する時に、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の目標レベルの間隔１２８が失われる可能性がある。この目標レベルの間隔１２８の損失は、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の間隔損失と呼ぶことができる。
【００４０】
これらの実施例では、間隔管理モジュール１１２により、最接近点１２１において第１航空機１０４と第２航空機１０５が、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の目標レベルの間隔１２８を有すると予測されるか否かが判定される。つまり、間隔管理モジュール１１２によって、最接近点１２１において予測された第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の距離１２３が、目標レベルの間隔１２８であるか否かが判定される。
【００４１】
第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の衝突のリスク１１５を減らす又は除くために、目標レベルの間隔１２８が選択される。つまり、目標レベルの間隔１２８は、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の衝突の可能性を軽減する及び／又は回避することができるように選択可能である。最接近点１２１での予測距離１２３が目標レベルの間隔１２８ではないとの判定は、第１航空機１０４及び第２航空機１０５の飛行中のあるポイントにおいて間隔損失が起こりうることを示す。間隔管理モジュール１１２は、目標レベルの間隔１２８が保たれ、間隔損失の発生を防ぐように第１航空機１０４を制御することができる。
【００４２】
例えば、間隔管理モジュール１１２は、第１航空機１０４に対して複数の補正コマンド１３０を発信するように構成することができる。これらの実施例では、複数の補正コマンド１３０はまた、複数の回避コマンドとも呼ぶことができる。
【００４３】
複数の補正コマンド１３０は、第１航空機１０４に第１経路１１６を変更させるように構成することができる。例えば、複数の補正コマンド１３０は、第１航空機１０４の第１経路１１６を変更して、最接近点１２１において予測される第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の距離１２３を広げるように構成することができる。最接近点１２１において予測される第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の距離１２３を広げることによって、最接近点１２１において目標レベルの間隔１２８を実現することができる。
【００４４】
例えば、複数の補正コマンド１３０により、第１航空機１０４が機動操作のセット１３２を行って第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の目標レベルの間隔１２８を保つことができる。本明細書で使用する品目のセットとはゼロ以上の品目を意味する。例えば、機動操作のセットは、ゼロ、一、又はそれ以上の機動操作を意味する。さらにセットとは空又はヌル集合であってよい。
【００４５】
機動操作のセット１３２の一つの機動操作は、回転機動操作、上昇機動操作、下降機動操作、バンキング機動操作、加速機動操作、減速機動操作、及びその他適切な種類の機動操作のうちの少なくとも１つから選択することができる。これらの実施例では、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の予測最接近点１２１に基づく目標レベルの間隔１２８が見られる場合には、機動操作のセット１３２は空集合であってよい。
【００４６】
これらの実施例では、複数の補正コマンド１３０は第１航空機１０４の動作を制御するためにフライトコントロールシステム１１１によって生成された複数の制御コマンド１３３に統合される。複数の制御コマンド１３３は、空域１１４において第１航空機１０４の飛行を制御するコマンドを含む。
【００４７】
例えば、複数の制御コマンド１３３は、上昇加速コマンド、旋回率コマンド、上昇率コマンド、高度コマンド、ピッチコマンド、ヨーイングコマンド、ロールコマンド、加速コマンド、減速コマンド、横加速コマンド、及びその他好適なコマンドのうちの少なくとも１つを含むことができる。このように、複数の制御コマンド１３３は空域１１４において第１航空機１０４を機動操作するように構成されている。
【００４８】
複数の補正コマンド１３０を複数の制御コマンド１３３に統合して、第１航空機１０４が機動操作のセット１３２を行うように複数の制御コマンド１３３を調節することができる。例えば、間隔管理モジュール１１２は、第１航空機１０４の第１経路１１６を新たな経路１３１へ変更するために複数の制御コマンド１３３と統合させることができる複数の補正コマンド１３０を生成することができる。新たな経路１３１はまた、変更飛行経路とも呼ぶことができる。新たな経路１３１は、第１航空機１０４の新たな速度、新たな速さ、新たな機首方位、及び新たな進行方向のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００４９】
これらの実施例では、複数の補正コマンド１３０の複数の制御コマンド１３３への統合により、第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の目標レベルの間隔１２８を実質的に保つために第１ビークル１０５を機動操作するのに使用される複数の確定制御コマンド１４３が形成されうる。具体的にはこの統合は、複数の確定制御コマンド１４３に対する第１航空機１０４の応答が期待応答１４５となるように行うことができる。さらに具体的には、複数の確定制御コマンド１４３は、第１航空機１０４が期待応答１４５をするように構成される。
【００５０】
すなわち、第１航空機１０４が望ましい方法で機動操作のセット１３２を行うように、複数の補正コマンド１３０を複数の制御コマンド１３３に統合させる。このため、期待応答１４５は第１航空機１０４の望ましい操縦応答とも呼ぶことができる。
【００５１】
期待応答１４５は、例えば非限定的に、第１航空機１０４の飛行の望ましい乗り心地、飛行中の乗客の目標レベルの快適性、目標加速レンジ、期待応答時間、目標旋回率、及び第１航空機１０４の応答のその他の好適な因子のうちの少なくとも１つを含むことができる。期待応答時間は例えば、第１航空機１０４がどれほど速く複数の確定制御コマンド１４３に応答することが期待されているかを示すものであってよい。ある場合には、期待応答時間は、複数の確定制御コマンド１４３が発信された後に、どれだけ速く第１航空機１０４が機動操作のセット１３２を開始することが期待されているかを示すものであってよい。
【００５２】
さらに、ある場合には、航空機の期待応答１４５には、新たな予測最接近点１２１での第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の新たな予測間隔が目標レベルの間隔１２８となるように、第１航空機１０４の飛行経路１１６を変更する目標時間も含まれていてよい。その他の場合では、期待応答１４５には目標時間を含むことができ、この目標時間の後に、予測最接近点において目標レベルの間隔１２８が得られた後で第１経路１１６が再取得される。
【００５３】
これらの実施例では、間隔管理モジュール１１２は第１航空機１０４と、複数のビークル１０２のうちのその他のビークルとの間の間隔１０６を継続的に監視する。その他の実施例では、間隔１０６は定期的に監視することができる。例えば、間隔管理モジュール１１２は、十分の一秒ごと、一秒ごと、数秒ごと、又はその他何らかの好適な時間に基づいて第１航空機１０４と第２航空機１０５との間の間隔１０６を監視するように構成することができる。
【００５４】
ある実施例においては、間隔管理モジュール１１２は、第２航空機１０５の第２経路１１８を識別し、最接近点１２１を予測し、約十分の一秒ごとに最接近点１２１において目標レベルの間隔１２８が見られるか否かを判定する操作を行うことができる。その他の実施例では、これらの操作は第１航空機１０４の人であるオペレータによって開始される、無効にされる及び／又は左右されることが可能である。
【００５５】
図示したように、目標レベルの間隔１２８は必要レベルの間隔１３６、安全なレベルの間隔１３８、規定レベルの間隔１４０のうちの一つから選択可能である。必要レベルの間隔１３６は、例えば非限定的に航空管制システムによって付与される要件及び／又は規定に基づくものであってよい。
【００５６】
加えて、必要レベルの間隔１３６は、航空管制システムによって付与される要件及び／又は規定に加えて、及び／又はこれらの代わりの因子に基づくものであってよい。これらの因子には例えば非限定的に、航空機の種類及び／又は航空機のクラス、動作パラメータ、サイズ、現在の飛行フェーズ、計画飛行フェーズ、高度、及び／又は第１航空機１０４及び／又は第２航空機１０５に関するその他の好適な因子が含まれていてよい。
【００５７】
これらの実施例では、必要レベルの間隔１３６を定義するのに使用されるパラメータは、第１航空機１０４の飛行に対しては実質的に一定のままでありうる。その他の実施例では、必要レベルの間隔１３６を定義するのに使用されるパラメータは、第１航空機１０４の飛行中に変更される可能性がある。例えば、必要レベルの間隔１３６は、天候状態の変化、視界状態の変化、環境状態の変化、第１航空機１０４の作戦の変更、空域１１４の異なる部分、及び／又はその他の種類の事象に応答して、第１航空機１０４の飛行中に変更される可能性がある。
【００５８】
安全レベルの間隔１３８は必要レベルの間隔１３６よりも高いレベルの間隔である。安全レベルの間隔１３８は、必要レベルの間隔１３６及び追加の間隔距離を含む。この追加の間隔距離は、最接近点１２１の予測に関するすべての不確実性又は誤差を考慮することができる。具体的には、安全レベルの間隔１３８は、最接近点１２１での距離１２３の予測に含まれうる全ての不確実性を考慮する。
【００５９】
さらに、規定レベルの間隔１４０は、安全レベルの間隔１３８よりも高いレベルの間隔である。規定レベルの間隔１４０は、安全レベルの間隔１３８と追加の間隔距離を含む。この追加の間隔距離は、間隔管理モジュール１１２が開始した第１経路１１６の変更に対する第１航空機１０４の応答における予測可能な全ての誤差を考慮することができる。
【００６０】
図１のビークル管理環境１００の図は、物理的又はアーキテクチャ制限を暗示するように意図されたものではなく、有利な実施形態が実行可能である。他のコンポーネントを説明したものに加えて、又はそれの代わりに用いてもよい。あるコンポーネントは不必要である場合がある。また、ブロックは幾つかの機能性コンポーネントを説明するために記載されたものである。一以上のこれらのブロックは、有利な実施形態において実行するときに、組み合わせる、あるいは異なるブロックに分割することが可能である。
【００６１】
例えば、別の実施例では、間隔管理モジュール１１２は、複数のビークル１０２の第２航空機１０５に加えて、及び／又はその代わりに、第１航空機１０４と追加のビークルとの間の間隔１０６を管理するように構成することができる。さらに、ある実施例では、第１航空機１０４は第２航空機１０５が空域１１４を飛行している間、固定されていてよい又は地上を移動していてよい。
【００６２】
さらに別の実施例では、第１航空機１０４の代わりに第２航空機１０５に対する目標レベルの間隔１２８を定義することができる。例えば、目標レベルの間隔１２８は、空域１１４を飛行している間、第１航空機１０４が維持するべき第２航空機１０５からの距離として定義することができる。加えて、その他の実施例では、時間１２０とは、現在の時刻から最接近点１２１が発生するまでの時間間隔ではなく、最接近点１２１が発生しうる実際の時刻であってもよい。
【００６３】
ここで、有利な実施形態による目標レベルの間隔の境界線を示す図２を参照する。この実施例では、境界線２００により、空域２０３内を飛行している第１航空機２０２とその他の航空機との間で目標とされ得る異なるレベルの間隔が画定される。
【００６４】
第１航空機２０２及び第２航空機２０４は、図１の第１航空機１０４及び第２航空機１０５それぞれの実行形態の例である。この実施例では、図１の間隔管理モジュール１１２は、第１航空機２０２と第２航空機２０４が空域２０３内を飛行している間、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間の間隔を管理するように構成することができる。
【００６５】
図示したように、第１航空機２０２の境界線２００は第２航空機２０４に対して画定されている。例えば、境界線２００は、境界線２０６、境界線２０８、及び境界線２１０を含む。これらの境界線は、第１航空機２０２と第２航空機２０４の両方が同時にいてはならない、第２航空機２０４に対する空域２０３の一部を画定する。
【００６６】
例えば、境界線２０６により、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間で必要レベルの間隔が得られる。このレベルの間隔は、図１の必要レベルの間隔１３６の一例である。境界線２０６は第２航空機２０４からの距離２０７である。距離２０７は、第２航空機２０４と第１航空機２０２との間の間隔に必要な距離、ｍｒｅｑｕｉｒｅｄである。つまり、距離２０７は、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間で必要レベルの間隔を得るために第１航空機２０２によって保たれるべき第２航空機２０４からの最小距離である。
【００６７】
これらの実施例では、距離２０７は例えば、第１航空機２０２のパイロット、航空管制システム、第１航空機２０２が所属する航空会社、又はその他何らかの好適な機関によって選択されうる。距離２０７は例えば、保安規定、第１航空機２０２のサイズ、第１航空機２０２の操作パラメータ、第１航空機２０２の機動操作能力、第１航空機２０２によって行われる作戦の種類、及び／又はその他好適な因子等の因子に基づいて選択可能である。
【００６８】
境界線２０８により、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間の安全レベルの間隔が得られる。このレベルの間隔は、図１の安全レベルの間隔１３８の一例である。境界線２０６は第２航空機２０４から距離２０９にある。距離２０９とは、第２航空機２０４と第１航空機２０２との間の間隔の安全な距離、ｍｓａｆｅである。すなわち、距離２０９は、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間で安全レベルの間隔を得るために第１航空機２０２によって保たれるべき第２航空機２０４からの距離である。
【００６９】
これらの実施例では、図１の間隔管理モジュール１１２によって距離２０７を使用して距離２０９を計算することができる。例えば、距離２０９は必要距離の合計、及び推定不確実性とゲインの積として計算することができる。つまり、距離２０９は下記方程式：
【００７０】
【数１】
0006272637.tif 000002
を使用して計算可能であり、上記方程式においてｋｍはゲインであり、σｍは推定不確実性である。
【００７１】
推定不確実性とは、第１航空機２０２と第２航空機２０４の最接近点の予測における不確実性の推定値である。具体的には、推定不確実性とは、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間で予測される最接近点において、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間で予測される距離２２０の不確実性の推定値である。距離２２０はまた、第１航空機２０２と第２航空機２０４の最接近点でのすれ違い距離、ｍとも呼ばれる。
【００７２】
これらの実施例において、不確実性は第１航空機２０２と第２航空機２０４の飛行中に発生する偏差に基づくものであってよい。これらの偏差には、例えば第１航空機２０２と第２航空機２０４との間のレンジの偏差、第１航空機２０２及び／又は第２航空機２０４の機首方位の偏差、第１航空機２０２に対する第２航空機２０４の相対速度の偏差、及び／又はその他のパラメータの偏差が含まれうる。これらの偏差は、例えば非限定的に、天候状態、風の状態、センサノイズ、トラッキング誤差、及び／又はその他適切な因子に応じて発生しうる。
【００７３】
さらに、この不確実性は、第１航空機２０２の飛行経路と第２航空機２０４の飛行経路の識別における予測誤差に基づくものであってよい。これらの誤差は例えば、第１航空機２０２及び／又は第２航空機２０４の速度及び位置の識別について予測される誤差を含んでいてよい。
【００７４】
境界線２１０により、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間の規定レベルの間隔が得られる。このレベルの距離は、図１の規定レベルの間隔１４０の一例である。この実施例では、この規定レベルの間隔は、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間の目標レベルの間隔である。しかしながら、その他の実施例では、必要レベルの間隔及び／又は安全レベルの間隔を目標レベルの間隔として選択することができる。
【００７５】
境界線２１０は第２航空機２０４からの距離２１１にある。距離２１１とは、第２航空機２０４と第１航空機２０２との間の間隔に対する規定距離、ｍｉｍｐｏｓｅｄである。距離２１１とは、安全距離、ｍｓａｆｅを、最接近点を識別するのに使用されるシステムの定常状態応答ゲイン、Ｃｓｓで割ったものである。すなわち、距離２０９は：
【００７６】
【数２】
0006272637.tif 000003
である。
【００７７】
この実施例では、速度ベクトル２１２は第１航空機２０２の速度を表す。さらに、相対速度ベクトル２１４は、この実施例の第２航空機２０４に対する第１航空機２０２の相対速度を表す。
【００７８】
図示したように、レンジベクトル２１６は第１航空機２０２と第２航空機２０４との間の距離だけでなく、第１航空機２０２の位置に対する第２航空機２０４の位置方向を示す。角度２１８は、相対速度ベクトル２１４とレンジベクトル２１６によって形成される角度である。
【００７９】
この実施例では、第１航空機２０２と第２航空機２０４が同じ速度でそれぞれの飛行経路を継続した場合に、２機の航空機の間で予測される最接近点に到達するまでにかかる時間は下記式：
【００８０】
【数３】
0006272637.tif 000004
で定義することができ、上記式においてｔＣＰＡは最接近点に到達するまでにかかる時間であり、Ｒはレンジベクトル２１６の大きさであり、θは角度２１８であり、Ｖｒｅｌａｔｉｖｅは相対速度ベクトル２１４の大きさである。
【００８１】
図示したように、ベクトル２２１は第１航空機２０２と第２航空機２０４の最接近点を表す。ベクトル２２１の大きさは距離２２０である。前述したように、距離２２０は第１航空機２０２と第２航空機２０４との間のすれ違い距離、ｍである。つまり、距離２２０とは、その時点で予測される第２航空機２０４から最接近点までの第１航空機２０２の距離である。
【００８２】
距離２２０が距離２１１よりも短い時は、最接近点において目標レベルの間隔が生じるとは予測されない。最接近点において目標レベルの間隔を得るために必要な距離は、規定距離からすれ違い距離を引き算して計算することができる。この距離は回復距離とも呼ぶことができる。具体的には、回復距離は、目標レベルの間隔を回復するのに必要な第２航空機２０４からの追加の距離である。この回復距離は下記方程式：
【００８３】
【数４】
0006272637.tif 000005
によって得ることができる。
【００８４】
これらの実施例では、第１航空機２０２が飛行経路を変更して、第１航空機２０２と第２航空機２０４との間の目標レベルの間隔を保つようにするコマンドが発信される場合がある。第１航空機２０２は、機首方位、上昇、降下、旋回、減速、加速の変更、又はその他何らかの適切な操作を行うことによって飛行経路を変更することができる。
【００８５】
ここで、有利な実施形態による航空交通管理環境を示す図３を参照する。航空交通管理環境３００は、図１のビークル管理環境１００の一実行形態の例である。
【００８６】
図示したように、第１航空機３０２と第２航空機３０４は航空交通管理環境３００において空域３０５を飛行している。第１航空機３０２は、図１の第１航空機１０４の一実行形態の例であってよい。第２航空機３０４は、図１の第２航空機１０５の一実行形態の一例であってよい。
【００８７】
第１航空機３０２には、ビークル中心衝突防止システムと呼ばれる衝突防止システムが装備されていてよい。ビークル中心衝突防止システムとは、システムが位置する特定ビークルのために構成されたシステムである。第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムには、第１航空機３０２と第２航空機３０４との間の衝突のリスクを減らす、例えば図１の間隔管理モジュール１１２等の間隔管理モジュールが含まれていてよい。例えば、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、航空交通管理環境３００において第２航空機３０４及び／又はその他の航空機（図示せず）との衝突を避けるための回避機動操作を第１航空機３０２に行わせるように構成することができる。
【００８８】
図示したように、第１航空機３０２が空域３０５において飛行経路３０６を飛行している一方で、第２航空機３０４は空域３０５において飛行経路３０８を飛行している。この実施例において、第１航空機３０２は現在、飛行経路３０６に沿って位置３０７に、第２航空機３０４は現在、飛行経路３０８に沿って位置３０９にいる。
【００８９】
第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、第１航空機３０２に対する第１航空機３０２と第２航空機３０４の最接近点（ＣＰＡ）３１０を予測するように構成することができる。最接近点３１０は、第１航空機３０２と第２航空機３０４がそれぞれ飛行経路３０６及び飛行経路３０８を継続したときに生じると予測される第１航空機３０２と第２航空機３０４との間の最小レンジを示す。
【００９０】
図示したように、最接近点３１０は、第１航空機３０２が飛行経路３０６に沿った予測位置３２０に、第２航空機３０４が飛行経路３０８に沿った予測位置３２２にいる時に生じると予測される。最接近点３１０は、第１航空機３０２に対する大きさ及び方向の両方を有するレンジベクトルとして表すことができる。これらの実施例では、ベクトルの大きさは、最接近点３１０における第１航空機３０２と第２航空機３０４との間の距離を示す。つまり、大きさとは、第１航空機３０２の予測位置３２０と、第２航空機３０４の予測位置３２２との間の距離である。前述したように、最接近点３１０における第１航空機３０２と第２航空機３０４との間の距離は、最接近点３１０でのこれら２機の航空機間のすれ違い距離とも呼ぶことができる。
【００９１】
さらに、最接近点３１０のベクトル方向は、第１航空機３０２の予測位置３２０に対する最接近点３１０での第２航空機３０４の予測位置３２２の方向を示す。
【００９２】
加えて、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、最接近点３１０までの時間を予測することができる。つまり、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、第１航空機３０２と第２航空機３０４との間に最接近点３１０が生じると予測される時間を予測することができる。ある実施例においては、最接近点３１０までの時間は、第１航空機３０２が最接近点３１０に到達するまでかかる予測時間、又は予測所要時間と呼ぶことができる。
【００９３】
これらの実施例では、最接近点３１０の予測には、第１航空機３０２と第２航空機３０４との間の現在のレンジを識別することが含まれうる。現在のレンジは、位置３０７の第１航空機３０２と、位置３０９の第２航空機３０４との間の現在の距離を含む。さらに、現在のレンジは、第１航空機３０２の位置３０９に対する第２航空機３０４の位置３０９の方向を含むことができる。
【００９４】
図示したように、間隔境界３１６は、第一航空機３０２のビークル中心衝突防止システムにおいて事前に画定することができる。間隔境界３１６は、第１航空機３０２に対する目標レベルの間隔を画定する境界線であってよい。ある実施例では、この境界線は全方向に実質的に等しい第１航空機３０２からの距離にあってよい。間隔境界３１６が三次元である場合、間隔境界３１６は間隔境界の層とも呼ぶことができる。例えば、間隔境界３１６は球の形態の第１航空機３０２周囲の三次元の層又は面として定義することができる。
【００９５】
このように、間隔境界３１６は、空域３０５において第１航空機３０２とその他の航空機との間の目標レベルの間隔を実現する第１航空機３０２からの様々な方向への距離を示す。第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、第１航空機３０２とその他の航空機との間のこの目標レベルの間隔を保つように構成される。
【００９６】
したがって、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、最接近点３１０における第１航空機３０２と第２航空機３０４との間のレンジが、所定の間隔境界３１６内である、又は所定の間隔境界３１６に「反する」時に、回避コマンドを発信することができる。つまり、最接近点に到達するまでにかかる時間における第２航空機３０４の予測位置３２２が、最接近点３１０までの時間における第１航空機３０２の予測位置３２０に対する第１航空機３０２の間隔境界３１６内にある時に、回避コマンドを発信することができる。
【００９７】
ある実施例では、最接近点に到達するまでにかかる時間が選択された時間許容範囲内にある時にのみ回避コマンドを発信することができる。例えば、最接近点３１０までの時間が５分以上ある場合、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、最接近点３１０までの時間が約１分に到達するまで回避コマンドを発信しないようにできる。
【００９８】
発信された回避コマンドは、第１航空機３０２の飛行経路３０６を変更するように構成可能である。ある場合には、発信された回避コマンドにより航空機の速さを変更することも可能である。
【００９９】
例えば、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、第１航空機３０２が予測位置３２０を有する時に、第２航空機３０４の予測位置３２２が間隔境界３１６内にあることに応答して、第１航空機３０２が第１航空機３０２の飛行経路３０６を変更飛行経路３１４に反応的に変更するようにする一又は複数の回避コマンドを発信することができる。このように、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、間隔境界３１６によって画定される適切な間隔が実質的に常に第１航空機３０２と第２航空機３０４との間で自動的に確実に保たれるようにすることができる。
【０１００】
第１航空機３０２の飛行経路３０６が変更飛行経路３１４に変更されると、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、最接近点３１０とは異なる、第１航空機３０２と第２航空機３０４との間の新たな最接近点を予測する。新たな最接近点は、第１航空機３０２が変更飛行経路３１４に沿った予測位置３２４にある時に生じると予測される。
【０１０１】
第１航空機３０２が変更飛行経路３１４に沿った予測位置３２４にいる時に間隔境界３１６内に画定される空域３０５の一部は、第１航空機３０２が飛行経路３０６に沿った予測位置３２２にいる時に間隔境界３１６内に画定される空域３０５の一部とは異なっている。第１航空機３０２が新たな最接近点の予測位置３２４にいる時に、第２航空機３０４の新たな最接近点での予測位置が第１航空機３０２の間隔境界３１６の外側になるように、第１航空機３０２の変更飛行経路３１４を選択することができる。
【０１０２】
第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、第１航空機３０２が変更飛行経路３１４にいる間、空域３０５の航空機の交通を継続的に監視することができる。具体的には、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムは、第１航空機３０２と第２航空機３０４が空域３０５を飛行する時に、第１航空機３０２の最接近点を継続的に識別することができる。さらに、ビークル中心衝突防止システムは、最接近点が予測される時刻において、第２航空機３０４が間隔境界３１６内の空域３０５の一部にいるか否かを継続的に予測することができる。
【０１０３】
このように、第１航空機３０２は、第１航空機３０２と第２航空機３０４の最接近点が予測される時刻に、第２航空機３０４がもはや第１航空機３０２の間隔境界３１６内にいると予測されなくなるまで、第１航空機３０２に飛行経路を変更させる回避コマンドを継続的に発信することができる。つまり、第１航空機３０２は、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムによって間隔境界３１６の侵害の可能性がもはや存在しないと判定された時に、飛行経路３０６に戻ることができる。
【０１０４】
その他の実施例では、第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムにおいて、複数の間隔境界を事前に画定することができる。例えば、間隔境界３１６は多様な目標レベルの間隔又は間隔境界層を含むことができる。後にさらに説明するように、複数の間隔境界層は、時間パラメータ、航空機の速度、航空機の運動速度、距離パラメータ、相対速度、相対運動速度、及び／又はその他適切なパラメータに基づいて画定することができる。
【０１０５】
ここで、有利な実施形態による別の航空交通管理環境を示す図４を参照する。この実施例では、航空交通管理環境４００は、図１のビークル管理環境１００の一実行形態の別の例である。
【０１０６】
図示したように、図４の航空交通管理環境４００は、第１航空機４０２と第２航空機４０４を含む。第１航空機４０２と第２航空機４０４はいずれもこの実施例において、ビークル中心衝突防止システムが装着されている。第１航空機４０２と第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムは、図３の第１航空機３０２のビークル中心衝突防止システムについて説明したのと同様な方法で動作可能である。
【０１０７】
図示したように、第１航空機４０２は空域４０５の飛行経路４０６を飛行し、第２航空機４０４は空域４０５の飛行経路４０８を飛行している。第１航空機４０２は現在、飛行経路４０８に沿った位置４０７にいる。第２航空機４０４は現在、位置４０９にいる。
【０１０８】
第１航空機４０２のビークル中心衝突防止システムは、第１航空機４０２に対する最接近点４１０を予測するように構成可能である。同様に、第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムは、第２航空機４０４に対する最接近点４１２を予測するように構成可能である。
【０１０９】
最接近点４１０と最接近点４１２は、第１航空機４０２と第２航空機４０４がそれぞれ飛行経路４０６及び飛行経路４０８を継続させた時に、これらの航空機の間に生じると予測される最小レンジを示す。この実施例ではm、最接近点４１０及び最接近点４１２は、第１航空機４０２が飛行経路４０６に沿った予測位置４２０にいる時、及び第２航空機４０４が飛行経路４０８に沿った予測位置４２２にいる時に生じると予測される。
【０１１０】
さらに、第１航空機４０２のビークル中心衝突防止システムは、第１航空機４０２の最接近点４１０までの時間を予測することができ、第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムは、第２航空機４０４の最接近点４１２までの時間を予測することができる。加えて、最接近点４１０及び最接近点４１２の予測を行うには、第１航空機４０２と第２航空機４０４との間の現在のレンジを識別することが含まれうる。この現在のレンジには、第１航空機４０２の位置４０７と第２航空機４０４の位置４０９との間の距離だけでなく、第１航空機４０２の位置４０７に対する第２航空機４０４の位置４０９の方向が含まれる。
【０１１１】
第１航空機４０２の間隔境界４１４は、第１航空機４０２のビークル中心衝突防止システムにおいて事前に画定されうる。同様に、第２航空機４０４の間隔境界４１６は、第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムにおいて事前に画定されうる。
【０１１２】
したがって、第１航空機４０２のビークル中心衝突防止システムは、最接近点４１０における第１航空機４０２と第２航空機４０４との間のレンジが、事前に画定された間隔境界４１４内にある、又は事前に画定された間隔境界４１４を侵害する時に、回避コマンドを発信することができる。すなわち、第１航空機４０２が予測位置４２０にいる時、第２航空機４０４の予測位置４２２が第１航空機４０２の間隔境界４１４内にある場合に、回避コマンドを発信することができる。
【０１１３】
これと対応して、第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムは、最接近点４１２における第１航空機４０２と第２航空機４０４との間のレンジが、事前に画定された間隔境界４１６内にある、又は事前に画定された間隔境界４１６を侵害する時に、回避コマンドを発信することができる。すなわち、第２航空機４０４が予測位置４２２にいる時、第１航空機４０２の予測位置４２０が第２航空機４０４の間隔境界４１４内にある場合に、回避コマンドを発信することができる。
【０１１４】
第１航空機４０２と第２航空機４０４の各ビークル中心衝突防止システムによって発信された回避コマンドにより、第１航空機４０２と第２航空機４０４が飛行経路４０６及び飛行経路４０８をそれぞれ変更することができる。さらに、いくつかの実施例では、回避コマンドにより航空機の速さも変更されうる。
【０１１５】
例えば、図４に示すように、第１航空機４０２のビークル中心衝突防止システムは一以上の回避コマンドを発信することができ、これにより、第１航空機４０２が反応的に飛行経路４０６を変更飛行経路４１８に変更する。同様に、第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムは一以上の回避コマンドを発信することができ、これにより、第２航空機４０４が飛行経路４０８を変更飛行経路４１９に変更する。
【０１１６】
第１航空機４０２と第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムは、変更飛行経路４１８と変更飛行経路４１９に対する新たな最接近点を予測することができる。新たな最接近点は、第１航空機４０２が予測位置４２４に、第２航空機４０４が予測位置４２６にいる時に生じると予測されうる。図４に示すように、新たな最接近点について予測された時刻において、第１航空機４０２の予測位置４２４は第２航空機４０４の間隔境界４１６の外側にあり、第２航空機４０４の予測位置４２６は第１航空機４０２の間隔境界４１４の外側にある。
【０１１７】
このように、第１航空機４０２と第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムにより、間隔境界４１４及び間隔境界４１６それぞれによって画定された適切な間隔が実質的にいつも自動的に確実に維持されうる。しかしながら、第１航空機４０２及び／又は第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムにより、間隔境界４１４及び／又は間隔境界４１６それぞれの侵害の可能性がもはや存在しないことが判定された時に、これらの航空機は飛行経路４０６及び／又は飛行経路４０８にそれぞれ戻ることができる。
【０１１８】
その他の実施例では、複数の間隔境界層を第１航空機４０２及び／又は第２航空機４０４のビークル中心衝突防止システムにおいて事前に画定することができる。例えば、間隔境界４１４及び／又は間隔境界４１６は、多様な間隔境界層を含むことができる。後にさらに詳しく説明するように、複数の間隔境界層は、時間パラメータ、航空機の速度、航空機の運動速度、距離パラメータ、相対運動速度、相対速度、及び／又はその他適切なパラメータに基づいて画定することができる。時間パラメータの一つは、最接近点に到達するまでにかかる時間であってよい。
【０１１９】
したがって、航空機の飛行経路を自動的に変更する機能により、ヒューマンエラー、現在の衝突防止システムに伴う伝達不良、及び／又はその他の要因に起因する衝突のリスクを減らす又は除くことができる。加えて、航空機のビークル中心防止システムにより、地上ベースの航空管制官が航空機衝突の可能性を軽減するために関与することが少なくなるため、航空管制官の仕事量を削減することができる。
【０１２０】
図３及び図４は限定を暗示するものではなく、異なる有利な実施形態を実行することが可能である。例えば、いくつかの実施例では、第１航空機３０２と第２航空機３０４に加えてその他の航空機が航空交通管理環境３００に存在していてよい。
【０１２１】
ある実施例では、最接近点４１０が生じると予測される時刻において、第１航空機４０２の間隔境界４１４内に２機以上の航空機がいると予測される時は、第１航空機４０２のビークル中心衝突防止システムは回避コマンドを発信して、第１航空機４０２の飛行経路４０６を変更飛行経路４１８以外の変更飛行経路に変更するように構成可能である。
【０１２２】
ここで、有利な実施形態による衝突防止を可能にするアビオニクスシステムのブロック図を示す図５を参照する。アビオニクスシステム５００は、例えば図１の第１航空機１０４、図３の第１航空機３０２、図４の第１航空機４０２、及び／又は図４の第２航空機４０４等の航空機において実行可能である。図３の第１航空機３０２だけでなく図４の第１航空機４０２及び第２航空機４０４に対して記載したビークル中心防止システムをアビオニクスシステム５００において実行可能である。
【０１２３】
これらの実施例では、アビオニクスシステム５００の一以上のコンポーネントをコンピュータシステム５０１において実行することができる。コンピュータシステム５０１は、図１のコンピュータシステム１０８の一実行形態の一例である。コンピュータシステム５０１はこれらの実施例では、多数のコンピュータの形態である。一よりも多いコンピュータがコンピュータシステム５０１に含まれる場合、これらのコンピュータは互いに通信可能である。
【０１２４】
例えば、アビオニクスシステム５００は、ナビゲーションシステム５０２、飛行経路データベース５０４、オートパイロット５０６、フライトディレクタ５０８、交通センサ５１０、及び衝突防止コンピュータ５１２を含むことができる。ナビゲーションシステム５０２、オートパイロット５０６、フライトディレクタ５０８、及び衝突防止コンピュータ５１２は、コンピュータシステム５０１の一以上のコンピュータにおいて実行可能である。さらに、一以上のビゲーションシステム５０２、オートパイロット５０６、及びフライトディレクタ５０８を図１のフライトコントロールシステム１１１において実行可能である。
【０１２５】
ナビゲーションシステム５０２を使用して、飛行中に航空機の地理的な位置を得ることができる。航空機の地理的な位置とは、測地システムを使用して画定された航空機の位置である。ナビゲーションシステム５０２は、慣性基準システム（ＩＲＳ）、飛行姿勢方向参照システム（ＡＨＲＳ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）、及びその他同様のシステムを含むことができる。これらのシステムの一部はコンピュータシステム５０１において実行可能である一方、これらのシステムの別の部分は、コンピュータシステム５０１の外部のセンサ及び／又はその他のデバイスを含むことができる。
【０１２６】
これらの実施例では、ナビゲーションシステム５０２は航空機搭載の飛行経路データベース５０４を含むことができる。飛行経路データベース５０４は、飛行経路情報を航空機に提供する。飛行経路情報は、航空機の所定の飛行経路を含む。ある実施例では、飛行経路情報は航空機の所定の針路を含むことができる。航空機の針路とは、航空機の進行方向又は機首方位である。この進行方向は例えば真北に対する角度として定義することができる。航空機の針路はまた機首方位とも呼ぶことができる。
【０１２７】
オートパイロット５０６は人の介入なしに航空機を操縦するようにおおむね構成されている。様々な実行形態では、オートパイロット５０６はナビゲーションシステム５０２から飛行情報を得ることができる。この飛行情報は例えば、位置、機首方位、飛行姿勢、速さ、及び／又はその他適切な種類の航空機の飛行情報を含むことができる。オートパイロット５０６はまた、飛行経路データベース５０４から飛行経路情報を得ることもできる。
【０１２８】
オートパイロット５０６は飛行情報を飛行経路情報と比較することによって制御コマンドを発信し、特定の飛行経路上の航空機を維持することができる。例えば、オートパイロット５０６はスロットルの設定を計算し、飛行操縦面コマンドを発信することができる。
【０１２９】
フライトディレクタ５０８は特定飛行中に一以上のパイロットに対し、航空機の目標飛行経路を計算し表示するようにおおむね構成されている。例えば、あるパイロットが航空機の所定の針路を進んでいるときに、フライトディレクタ５０８は飛行経路データベース５０４及びオートパイロット５０６と通信して、所定の針路に沿って飛行するために必要な飛行機動操作を計算しパイロットに表示することができる。
【０１３０】
これらの実施例では、フライトディレクタ５０８は、フライトディレクタ表示器（ＦＤＩ）、水平姿勢指示計（ＨＳＩ）、モードセレクタ、及びフライトディレクタコンピュータを含むことができる。さらに、フライトディレクタ表示器は、姿勢水平儀、固定の航空機識別名、ピッチ及びバンクコマンドバー、グライドスロープ表示器、ローカライザ偏差表示器、及び／又はその他適切な種類の表示器を示すことができる表示装置を含むことができる。
【０１３１】
フライトディレクタ５０８は、目標の針路又は飛行経路を得て維持するために必要なステアリングコマンドをパイロットに提供することができる。ある実施例では、フライトディレクタ５０８はさらにオートパイロット５０６にステアリングコマンドを提供することができ、オートパイロット５０６はこれを航空機の飛行操縦面に対するコマンドに翻訳することができる。
【０１３２】
交通センサ５１０は通行する航空機の位置を得るように構成可能である。通行する航空機には、その航空機が飛行している空域内を飛行している可能性のあるその他任意の数の航空機が含まれる。様々な実施形態によれば、交通センサ５１０は、交通警報衝突防止装置（ＴＣＡＳ）、自動従属監視（ＡＤＳ）システム、地上ベースの航空管制（ＡＴＣ）システム、航空機搭載の航空交通監視レーダーシステム、及び／又はその他の航空交通探知システムから交通データを受信するように構成されていてよい。
【０１３３】
この実施例で示すように、衝突防止コンピュータ５１２は、コンピュータが実行可能な命令を記憶し実行するのに好適な処理機能及びメモリを有する。ある実施形態では、衝突防止コンピュータ５１２は一以上の処理装置５１４とメモリ５１６を含む。
【０１３４】
メモリ５１６は、コンピュータによって読取可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又はその他のデータ等の情報を記憶するための全ての方法又は技術において実行される、揮発性及び非揮発性メモリ、取外し可能な、及び除去不可能な媒体を含むことができる。上記メモリは非限定的に、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ及びその他のメモリ技術、コンパクトディスク、読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）又はその他の光学式ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、又はその他の磁気ストレージデバイス、リダンダント・アレイ・オブ・インディペンデント・ディスクズ（ＲＡＩＤ）ストレージシステム、又は所望の情報を記憶するのに使用でき、コンピュータシステムによってアクセス可能なその他全ての媒体を含む。
【０１３５】
メモリ５１６は、衝突防止コンピュータ５１２が様々な機能を実施することを可能にするモジュールを含む。これらのモジュールは、オートパイロット・インターフェース・モジュール５１８、データベース・インターフェース・モジュール５２０、フライトディレクタ・インターフェース・モジュール５２２、衝突防止モジュール５２４、コマンド統合モジュール５２６、交通センサ・インターフェース・モジュール５２８、及びデータベース５３０を含むことができる。
【０１３６】
衝突防止モジュール５２４と、その他のメモリ５１６のモジュールのセットを使用して、図１の間隔管理モジュール１１２を実行することができる。さらに、オートパイロット・インターフェース・モジュール５１８、データベース・インターフェース・モジュール５２０、フライトディレクタ・インターフェース・モジュール５２２、衝突防止モジュール５２４、コマンド統合モジュール５２６、交通センサ・インターフェース・モジュール５２８、及びデータベース５３０は、後に説明する機能を実行するために一以上の処理装置５１４によって実行されるソフトウェア、及び／又はコンピュータが実行可能な命令として実行可能である。
【０１３７】
オートパイロット・インターフェース・モジュール５１８は、衝突防止コンピュータ５１２のオートパイロット５０６との通信を可能にする。この通信は、電気接続、光接続等を介して確立されうる。これらの実施例では、オートパイロット・インターフェース・モジュール５１８は、オートパイロット５０６が衝突防止コンピュータ５１２の指示下で衝突防止を実施することを可能にするように構成されていてよい。
【０１３８】
データベース・インターフェース・モジュール５２０により、データベース５３０からのデータの読取り、及びデータベース５３０へのデータの書込みが可能になる。これらの実施例では、データベース・インターフェース・モジュール５２０は、後にさらに説明するようにメモリ５１６のその他のモジュールによって起動することが可能である。データベース５３０は、航空機を様々な飛行経路上に維持すると同時に衝突を防止するのに使用できる情報を記憶するように構成することができる。
【０１３９】
例えば、データベース５３０は飛行軌道と速さ規定を含むことができる。飛行軌道と速さ規定により、航空機の性能ケーパビリティ及び機動操作ケーパビリティを指示することができる。さらに、データベース５３０は、航空機の間隔範囲及び航空機の応答範囲を記憶することもできる。
【０１４０】
航空機の間隔範囲を使用して、図３に記載する間隔境界３１６等の間隔境界を画定することができる。これらの記憶された許容範囲を使用して、間隔境界の寸法及び形状を決定することができる。例えば、パラメータは、半径、幅、長さ、及び高さ、及び／又は間隔境界を画定するためのその他の測定値等の測定値を規定することができる。航空機の応答範囲は、後にさらに説明するように、その航空機と他の航空機との間の最大の目標プロキシミティ、及び衝突の可能性を軽減するために航空機が飛行経路を変更する最短時間を指示することができる。
【０１４１】
当然ながら、その他の情報を間隔境界の形状を決定するのに使用することができる。これらの要因は例えば非限定的に、天候状態、飛行姿勢、視界状態、風の状態、航空機が上を飛ぶ地形、航空機の複数の乗客、及び／又はその他の適切な要因を含むことができる。
【０１４２】
フライトディレクタ・インターフェース・モジュール５２２により、フライトディレクタ５０８と衝突防止モジュール５２４との間の通信が容易になり得る。したがって、飛行ディレクタ・インターフェース・モジュール５２２により、フライトディレクタ５０８がパイロットに必要なステアリングコマンドを提供することが可能になりうる。
【０１４３】
交通センサ・インターフェース・モジュール５２８は、交通センサ５１０から衝突防止コンピュータ５１２へ交通センサデータを提供するように構成可能である。衝突防止コンピュータ５１２の衝突防止モジュール５２４は、交通センサ・インターフェース・モジュール５２８から受信した交通センサデータを解析することができる。衝突防止モジュール５２４は、航空機が現在の飛行経路に沿って、その航空機と他の航空機との間の目標レベルの間隔を保てない場合に、その航空機の現在の飛行経路を変更することができる。
【０１４４】
コマンド統合モジュール５２６は、オートパイロット・インターフェース・モジュール５１８とフライトディレクタ・インターフェース・モジュール５２２を使用して、衝突防止のコマンド、飛行経路の変更、及び／又は新たな飛行経路情報をオートパイロット５０６とフライトディレクタ５０８へそれぞれ送るように構成可能である。
【０１４５】
ここで、有利な実施形態による衝突防止システムのブロック図を示す図６を参照する。この実施例では、システム６００は衝突防止システムである。具体的には、システム６００を使用して、例えば図１の第１航空機１０４、図３の第１航空機３０２、図４の第１航空機４０２、及び／又は図４の第２航空機４０４等の航空機のビークル中心衝突防止システムを実行することができる。
【０１４６】
図示したように、システム６００はフライトコントロールモジュール６０２と衝突防止モジュール６０４を含むことができる。フライトコントロールモジュール６０２は、航空機が様々な目的地間を飛行するときに、航空機を所定の飛行経路上に維持するようにおおむね構成される。衝突防止モジュール６０４は、衝突防止を可能にすることができる回避コマンドを発信する。衝突防止モジュール６０４及びフライトコントロールモジュール６０２はソフトウェア、ハードウェア、又は両方の組合せを使用して実行することができる。
【０１４７】
この実施例では、フライトコントロールモジュール６０２は、飛行軌道生成機能６０６、制御コマンド機能６０８、及びコマンド変更機能６１０を含むことができる。これらの機能は、図５のアビオニクスシステム５００の一以上のナビゲーションシステム５０２、オートパイロット５０６、及びフライトディレクタ５０８によって実施可能である。
【０１４８】
飛行軌道生成機能６０６は、航空機の所定のウェイポイントに基づいて航空機の飛行軌道を生成する。これらの実施例では、航空機の飛行軌道とは、航空機が飛行中に通ることにより目的の飛行経路を維持するように、航空機に対して識別された複数のウェイポイントである。ウェイポイントとは空域内の位置である。これらの位置は、例えば測地システムを使用して画定される位置であってよい。
【０１４９】
これらの実施例では、飛行軌道によって識別された複数のウェイポイントは、今後通過するウェイポイントを含み、航空機が飛行中にすでに通過したウェイポイントは含まない場合がある。ある場合には、飛行軌道は、航空機が目的の飛行経路を維持する時、航空機が通過すると予測される複数のウェイポイントを含むことができる。
【０１５０】
ある実施例では、飛行軌道は航空機が飛行する複数のウェイポイントのうちの各対のウェイポイント間の経路も示すことができる。このように、飛行軌道は目的の飛行経路だけでなく、目的の飛行経路に沿って通過するべき複数のウェイポイントの識別を含み得る。
【０１５１】
飛行軌道はまた、航空機が複数のウェイポイントを通過するべき時間も含むことができる。飛行軌道が時間情報を含む時、飛行軌道は四次元（４Ｄ）飛行軌道と呼ぶことができる。飛行軌道が時間情報を含まない時は、飛行軌道は三次元飛行軌道と呼ぶことができる。
【０１５２】
制御コマンド機能６０８は、生成された飛行軌道を航空機の現在の位置と現在の速度と比較する。制御コマンド機能６０８は、航空機が生成された飛行軌道から逸脱している及び／又は逸脱するか否か、また飛行経路の修正が必要か否かを判定する。飛行経路の修正とは、航空機が進んでいる現在の飛行経路及び／又は機首方位の変更である。
【０１５３】
飛行経路の修正が必要な場合、制御コマンド機能６０８は飛行軌道及び速さの制御規則にしたがって飛行経路の修正を実行する制御コマンドを発信することができる。制御コマンドは、航空機の推進システムのスロットルの設定を変更する、及び／又は航空機の飛行操縦面を操作するように構成することができる。
【０１５４】
ある実施例では、制御コマンド機能６０８によって発信された制御コマンドを、推進システム及び各飛行操縦面で実行する前に、コマンド変更機能６１０によってさらに処理することができる。具体的には、コマンド変更機能６１０は制御コマンドを、負荷及び／又は制限とも呼ばれる、ゲインを使用した飛行状態の機能として実行するように構成されていてよい。
【０１５５】
例えば、コマンド変更機能６１０は、航空機が飛行経路から大幅に逸脱した時に、一以上の制御コマンドに高い負荷値を割り当てることができる。高い負荷値により、一以上の制御コマンドが高度に適切に実行され、これにより航空機が速やかに指定飛行経路に戻ることができる。
【０１５６】
逆に、コマンド変更機能６１０は、航空機がわずかだけ飛行経路から逸脱した時は、一以上の制御コマンドに低い負荷値を割り当てることができる。上記の場合は、制御コマンドは徐々に実行され、これにより航空機の指定飛行経路への戻りはもっと緩やかで律動的なものとなり得る。さらに、制御コマンドは乗客の快適性、乗り心地、安全要因、及び／又はその他適切な要因を含むように実行することができる。
【０１５７】
これらの実施例では、衝突防止モジュール６０４はフライトコントロールモジュール６０２と通信して、必要な場合に衝突を防止するために飛行中の航空機の飛行経路を変更することができる。図５の衝突防止コンピュータ５１２の衝突防止モジュール５２４を使用して、衝突防止モジュール６０４で実施される機能を実行することができる。
【０１５８】
図示したように、システム６００の衝突防止モジュール６０４は、フライトコントロールモジュール６０２によって提供される制御コマンドと競い合う回避コマンドを発信することができる。この方法では、回避コマンドにより、航空機の飛行軌道及び／又は飛行経路を変更して衝突を防止することができる。これらの実施例では、衝突防止モジュール６０４は軌道解析機能６１２、計算機能６１６、間隔範囲６１８、応答範囲６２０、及び回避変更機能６２２を含む。
【０１５９】
軌道解析機能６１２は、通行する他の航空機の飛行経路に対して航空機の飛行経路を予測するように構成することができる。軌道解析機能６１２は、図５の交通センサ・インターフェース・モジュール５２８を介して交通センサ５１０から交通情報６１４を得ることができる。交通情報６１４は、通行する航空機の位置、速度、機首方位、機首方位の変化率、上昇率、降下率、速度の変化率、及び軌道を含むことができる。
【０１６０】
その他の場合では、交通情報６１４は通行する特定航空機の飛行計画を含むこともできる。飛行計画には、通行する特定航空機の所定の飛行軌道が含まれる。すなわち、飛行計画は、通行する特定航空機の所定の飛行経路、及び所定の飛行経路に沿った異なるウェイポイントに関する時間を含むことができる。
【０１６１】
例えば、通行する航空機が飛行計画を提出した場合、軌道解析機能６１２は例えば、地上ベースの制御局の飛行計画データベース等の地上の情報源から飛行計画を取得することができる。軌道解析機能６１２は取得した飛行計画から、通行する航空機が特定の時刻にいると思われる位置に関する詳細情報を得ることができる。
【０１６２】
しかしながらその他の実施例では、通行する航空機の飛行管理システム（ＦＭＳ）は、他の航空機に位置と変化率データを伝達することが可能である場合がある。これらの実施例では、軌道解析機能６１２は、通行する航空機から直接交通情報６１４を取得することもできる。
【０１６３】
加えて、軌道解析機能６１２は、システム６００が実行される航空機の予測飛行経路を軌道生成機能６０６から得ることができる。システム６００が実行される航空機は、これらの実施例では自己航空機とも呼ぶことができる。
【０１６４】
軌道解析機能６１２が様々な情報源から軌道データを受信すると、軌道解析機能６１２はデータを処理して目標の軌道情報を判別することができる。この目標の軌道情報は、自己航空機の位置、自己航空機の変化率、自己航空機の計画軌道、通行する各航空機の位置、通行する各航空機の変化率、及び通行する各航空機の計画軌道を含むことができる。本明細書に使用される、自己航空機と、通行する各航空機の変化率には、機首方位の変化率、上昇率、降下率、速度、及び速度の変化率が含まれうる。速度の変化率は加速度とも呼ばれる。
【０１６５】
このように、軌道解析機能６１２は、データが提供された各航空機の予想飛行経路を予測することができる。軌道解析機能６１２は、計算機能６１６に予測軌道を送るように構成されていてよい。
【０１６６】
計算機能６１６は、異なる航空機の予測軌道を処理し、間隔損失が識別された時に自己航空機に回避コマンドを送るように構成することができる。具体的には、異なる航空機の予測軌道を使用して、自己航空機と通行する各航空機の最接近点において通行する航空機のいずれかが自己航空機の所定の間隔境界を「侵害」するか否かを予測することができる。
【０１６７】
例えば、通行する航空機の少なくとも１機が、通行する航空機と自己航空機の最接近点において間隔境界の内側にいると予測された場合、間隔境界が「侵害」されたと予測される。計算機能６１６がこのような予測をした時に、計算機能６１６は回避コマンドを発信するように構成することができる。
【０１６８】
これらの回避コマンドは、予測最接近点において間隔境界が「侵害」されないように、自己航空機の飛行経路を先制的に変更することができる。このように、計算機能６１６は、航空機とその他の航空機との間の目標レベルの間隔を得るために必要な回避コマンドを発信する。さらに、衝突防止モジュール６０４と同様の衝突防止モジュールが、通行する各航空機に搭載されている可能性があり、必要な時に通行する各航空機に回避コマンドを発信することができる。
【０１６９】
これらの実施例では、計算機能６１６は航空機の間隔境界の寸法を判定する間隔範囲６１８を使用する。ある実施例では、間隔範囲６１８により全方向に延びる最小間隔距離を画定することができる。この場合、間隔境界は球の形態であってよい。例えば、間隔境界は全方向における１マイルの間隔距離に基づいて確立することができる。すなわち、通行する航空機が、自己航空機と通行する航空機との間で予測される最接近点において、その航空機から１マイルよりも近い距離にあると予測された場合に、通行する航空機は自己航空機の間隔境界を「侵害」したと考える。
【０１７０】
その他の実施例では、間隔範囲６１８は、その他の間隔境界の形状が可能になるように構成可能である。例えば、間隔範囲６１８により、すべての経度及び緯度方向に延びる半径と、すべての経度及び緯度方向から延びる全てのポイントの縦軸の固定距離を画定することができる。この場合、間隔範囲６１８は円筒状の空間を画定することができる。
【０１７１】
当然ながら、その他の実施例では、間隔範囲６１８は例えば、楕円体、回転楕円体、半球体、立方体、八面体、及び／又はその他何らかの適切な三次元形状等のその他様々な三次元形状を画定するように構成可能である。つまり、三次元形状は対称でなくてもよい。
【０１７２】
ある場合には、最接近点の予測における不確実性は方向に依存しうる。つまり、不確実性は航空機に対する異なる方向において異なっている可能性がある。この結果、間隔範囲６１８によって画定された形状は、航空機に対する異なる方向において最接近点の予測の不確実性が異なる時は、非対称であり得る。
【０１７３】
さらに、間隔範囲６１８により、異なる種類の航空機に基づいて航空機の間隔境界の異なる三次元形状を画定することができる。例えば、自己航空機が特定の種類の航空機である場合、自己航空機と通行する最初の種類の航空機に対して画定された間隔境界は、自己航空機と通行する第２の種類の航空機に対して画定された間隔境界とは異なる可能性がある。
【０１７４】
ある実施例として、間隔範囲６１８によって画定された間隔境界の三次元形状は、自己航空機のクラス及び／又は通行する航空機のクラスに基づくものであってよい。航空機のクラスは例えば、大型民間航空機、軽量の自家用機、ジェット、ヘリコプター、及び／又はその他何らかの好適なクラスの航空機であってよい。間隔境界の三次元形状は、自己航空機及び／又は通行する航空機の機動操作性だけでなく、自己航空機及び／又は通行する航空機の速さに基づいて画定することができる。
【０１７５】
計算機能６１６はさらに、回避コマンドの生成において応答範囲６２０を使用するように構成可能である。応答範囲６２０により、回避コマンドが実施される迅速さを判定することができる。
【０１７６】
例えば、自己航空機と通行する航空機との間の予測最接近点が、ある選択閾値とほぼ等しい自己航空機の現在位置からの距離、又はある選択閾値よりも長い自己航空機の現在位置からの距離において生じると予測された場合に、計算機能６１６が一以上の回避コマンドの提供を遅延させることができるように、応答範囲６２０を確立することができる。逆に、自己航空機と通行するビークルとの間の予測最接近点が、選択閾値よりも短い自己航空機の現在位置からの距離において生じると予測された場合に、計算機能６１６は自己航空機によって実行するための一以上の回避コマンドを直ちに提供することができる。
【０１７７】
ある実施例では、計算機能６１６は最接近点（ｔｃｐａ）までの時間を計算するように構成可能である。この時間は、最接近点までの到達時間とも呼ぶことができる。これらの実施例では、応答範囲６２０は時間の範囲を含むこともできる。例えば、最接近点に到達するまでにかかる時間がある選択閾値とほぼ等しい、又はある選択閾値よりも後の、今後の時間において生じると予測された場合、計算機能６１６は回避コマンドの実行を遅らせることができる。
【０１７８】
例えば、最接近点に到達するまでにかかる時間は、所定の時間間隔を超える時間であることにより、選択閾値よりも遅い時間であってよい。この所定の時間間隔は例えば、秒、分、時間、及び／又はその他何らかの時間の増加に対する任意の種類の単位であってよい。
【０１７９】
反対に、最接近点に到達するまでにかかる時間が切迫している。例えば、最接近点に到達するまでにかかる時間が例えば、所定の時間間隔が経過する前等の、ある選択閾値よりも早い時間に生じると予測された場合、計算機能６１６は回避コマンドをより迅速に提供して実行することができる。さらに、最接近点に到達するまでにかかる時間がマイナスである場合、最接近点はすでに生じ、航空機は相互から離れ去っている。この場合、回避コマンドはゼロに設定することができる。
【０１８０】
このように、計算機能６１６は、複数の通行する航空機のそれぞれとの潜在的な衝突の切迫性に基づいて、回避コマンドの生成の優先順位を決定することができる。例えば、最接近点に到達するまでにかかる時間の計算と、応答範囲６２０における時間制限の実行は、最接近点までの到達時間が長い航空機間での衝突防止に好適であり得る。最接近点までのより長い到達時間は、相互に追尾しながら平行する経路に沿って近接レンジの編隊で飛行している、又はゼロに近い最接近点距離を有して相互から遠方レンジの軌道上を進んでいる２機の航空機間で予測されうる。
【０１８１】
これらの実施例では、回避変更機能６２２は計算機能６１６が生成した一以上の回避コマンドにゲイン、又は回避負荷を割り当てるように構成することができる。回避負荷を使用して、回避及びステアリングコマンドの相対強度を確立することができる。
【０１８２】
例えば、回避変更機能６２２は、長レンジの第１間隔境界層の低ゲインと、近接レンジの第２間隔境界層の高ゲインを含むことができる。この実施例では、第１間隔境界層は、遠レンジにおける小規模の経路修正を使用して間隔を実現することができる。またこの実施例では、第２境界層により、回避コマンドが高ゲインを使用して、近接レンジにおいてフライトコントロールモジュール６０２の制御コマンド機能６０８が発信した通常の制御コマンドを無効化ことが確実に可能になり得る。
【０１８３】
この結果、回避計算機能６１６と回避変更機能６２２により、通行する航空機に接近した時に自己航空機が飛行経路を変更する傾向を増加させることができる。さらに当然ながら、回避変更機能６２２は各間隔境界及び通行する各航空機に対する回避コマンドに様々なゲインを割り当てるように構成することができる。
【０１８４】
その他の実施例では、回避変更機能６２２はさらに回避コマンドの一部を選択的に実行するゲインを割り当てるように構成することができる。例えば、回避変更機能６２２は、航空機が所定の最低高度を下回る時は、航空機に急降下させる回避コマンドコンポーネントに負荷を割り当てないように構成することができる。これにより、航空機が望ましくない飛行経路の変更を行うことを防止することができる。ある実施例では、回避変更機能６２２は、例えば右又は左等の特定方向に航空機を方向転換させる回避コマンドコンポーネントにほぼゼロの負荷を割り当てるように構成することができる。
【０１８５】
回避変更機能６２２はさらに、回避コマンドを制御制限で制約するように構成可能である。例えば、回避変更機能６２２は、飛行経路からの逸脱がごくわずかである時に回避コマンドが実行されないようにする制御制限を提供することができる。その他の実施例では、コマンド変更機能６１０と回避変更機能６２２はいずれも制御制限を使用して、航空機の極端な動き、又は航空機のフライトコントロールシステムのコマンドの飽和を防止することができる。
【０１８６】
回避変更機能６２２により回避コマンドに必要なゲイン及び／又は制限が割り当てられると、回避コマンドは例えば図５のコマンド統合モジュール５２６に送られる。コマンド統合モジュール５２６は、統合コンポーネント６２３及びコマンド統合モジュール６２４によって実施される機能を実行することができる。
【０１８７】
具体的には、統合コンポーネント６２３は制御コマンドに回避コマンドを適用し、これらの統合コマンドをコマンド統合モジュール６２４へ送る。上述したように、制御コマンドは制御コマンド機能６０８によって生成され、コマンド変更機能６１０によって変更される。
【０１８８】
生成される回避コマンドには例えば、機首方位変化率の変更コマンド、上昇率又は降下率の変更コマンド、加速及び減速コマンド、及び／又は例えば早さ、高度、及び機首方位変更コマンド等のその他のステアリングコマンドが含まれうる。つまり、回避コマンドは、コマンド統合モジュール６２４の推進力の計算と飛行制御面の設定に作用するように構成可能である。
【０１８９】
様々な実施形態では、コマンド統合モジュール６２４は回避コマンドを実行して、コマンド変更機能６１０によって重み付けされ制限されたように、制御コマンド機能６０８が発信した制御コマンドと競合させることができる。このように、衝突防止モジュール６０４は、衝突防止モジュール６０４が間隔境界の「侵害」が予想されると予測した時に、航空機の飛行経路を変更することができる。
【０１９０】
加えて、コマンド統合モジュール６２４は制御コマンド機能６０８、及び軌道解析機能６１２に位置と変化率の読取値を供給することも可能である。さらに、位置及び変化率の読取値をオートパイロット５０６、フライトディレクタ５０８、及び／又はアビオニクスシステム５００のその他何らかのシステムに送ることができる。次に制御コマンド機能６０８はフィードバックされた位置及び速度の読取値を使用して、上述した同じプロセスにおいてさらなる制御コマンドを生成することができる。同様に、軌道解析機能６１２はフィードバックされた位置及び速度の読取値を使用して、飛行軌道の予測を継続的にアップデートすることができる。
【０１９１】
当然ながら、衝突防止モジュール６０４は、自己航空機と通行する航空機の飛行軌道を継続的に監視して、その航空機と他の航空機の最接近点による間隔境界の今後の「侵害」を予測するように構成することができる。この継続的な監視により、間隔損失が予測されるたびに航空機の飛行経路が確実に変更されるようにすることができる。
【０１９２】
しかしながら、衝突防止モジュール６０４は、航空機と通行する航空機の飛行軌道が最接近点によって間隔境界がもはや侵害されることはないことを示す時に、回避コマンドの出力を終了することができる。このように、小規模の飛行経路の変更を継続的に行って、潜在的な衝突のリスクを軽減することができる。ある実施例では、衝突防止モジュール６０４は、パイロットが航空機を制御している時でさえも回避コマンドを生成することができる。
【０１９３】
ここで、有利な実施形態による２機の航空機間の最接近点を予測するための方程式を示す図７を参照する。具体的には、第１航空機７０２と第２航空機７０４の最接近点を予測するための方程式の例が図示されている。これらの方程式は、図１の第１航空機１０４と第２航空機１０５の最接近点１２１の予測の一実行形態の一例である。さらに、図７は回避コマンドの生成も示す。
【０１９４】
図７に示すように、第１航空機７０２と第２航空機７０４が一定速度で直線経路に沿って進むと仮定すると、第１航空機７０２と第２航空機７０４の最接近点は方程式：
【０１９５】
【数５】
0006272637.tif 000006
で表すことができ、上記方程式において、
0006272637.tif 000007
は最接近点ベクトルのベクトル７０６であり、
0006272637.tif 000008
は、第１航空機７０２と第２航空機７０４との間の現在のレンジのベクトル７０８であり、
0006272637.tif 000009
は、現在の時間から最接近点に到達するまでにかかる時間までの間に第１航空機７０２に対して第２航空機７０４が飛行する予測距離のベクトル７１０であり、
0006272637.tif 000010
は、第１航空機７０２に対する第２航空機７０４の速度のベクトル７１２である。
【０１９６】
更に、最接近点での時間は方程式：
【０１９７】
【数６】
0006272637.tif 000011
で表すことができ、上記方程式において
0006272637.tif 000012
は最接近点での時間であり、
0006272637.tif 000013
は、第１航空機７０２と第２航空機７０４との間の、飛行すると予測される相対距離
0006272637.tif 000014
のベクトル７１０のノルムを、第１航空機７０２に対する第２航空機７０４の速度、
0006272637.tif 000015
のベクトルのノルムで割ったものである。
【０１９８】
ビークル中心回避コマンド
0006272637.tif 000016
の生成についての制御回避の制御法則は方程式：
【０１９９】
【数７】
0006272637.tif 000017
で表すことができ、上記方程式において
【０２００】
【数８】
0006272637.tif 000018
が成り立ち、ｐは間隔境界層の数を表し、ｎは回避コマンドの生成に使用される通行する航空機の数を表す。
【０２０１】
加えて、
0006272637.tif 000019
は、自己航空機による評価段階にある、交通するそれぞれの航空機、nに対する、及び任意の複数の各間隔境界層pに対するそれぞれの制御方向
0006272637.tif 000020
に適用される制御ゲインであってよい。加えて、
0006272637.tif 000021
は一以上の回避コマンドの生成に使用される、対応する衝突防止コマンドコンポーネントを含む。
【０２０２】
様々な実施形態によれば、
0006272637.tif 000022
は、下記方程式：
【０２０３】
【数９】
0006272637.tif 000023
により選択可能であり、上記方程式において、
0006272637.tif 000024
は、評価された各間隔境界層の目標間隔距離であり、これは最接近点（ＣＰＡ）距離ベクトル
0006272637.tif 000025
に沿って測定可能である。
【０２０４】
制御ゲインが各制御方向において等しく、交通する各航空機に対して同じである場合、単一の回避ゲインは下記式：
【０２０５】
【数１０】
0006272637.tif 000026
のように定義することができる。
【０２０６】
したがってこの実施例において、回避コマンドは下記式：
【０２０７】
【数１１】
0006272637.tif 000027
に変換される。
【０２０８】
さらに実施例では、評価段階にある交通する航空機が１機しかいない場合、つまり、ｎ＝１である場合、一つの間隔境界のみが評価対象となり（p＝１）、回避コマンド、
0006272637.tif 000028
は下記式：
【０２０９】
【数１２】
0006272637.tif 000029
に変換され、上記式において、
0006272637.tif 000030
は、ゲイン又は制御負荷を含み、d１は間隔境界層を構成するものであってよい目標間隔距離であり、
0006272637.tif 000031
は、最接近点
0006272637.tif 000032
のベクトルのノルムである。さらに、
0006272637.tif 000033
は、最接近点の距離である。
【０２１０】
図示したように、回避コマンド
0006272637.tif 000034
により、最接近点の方向に沿って力又は回避コマンド
0006272637.tif 000035
が提供され、これにより、第１航空機７０２と第２航空機７０４の最接近点
0006272637.tif 000036
が増加する。さらに、上記方程式８によれば、最接近点距離
0006272637.tif 000037
が次第に短くなるにつれ、回避コマンド
0006272637.tif 000038
の大きさが比例的に増加する。
【０２１１】
すなわち、これらの実施例では、図６の計算機能６１６は最接近点距離が縮小するにつれ、回避コマンドの大きさを増加させることができる。例えば、計算機能６１６は、航空機の推力を増加させる加速コマンドの形態の回避コマンドを提供することができる。
【０２１２】
回避コマンド関数
0006272637.tif 000039
は、自己航空機が最接近点に近づく時に制御コマンドを調節する指数関数、二次関数、又はその他の関数であってよい。その他の実施形態では、回避コマンド関数は例えば、相対速度及びレンジ等のその他のパラメータ及びベクトルの関数であってよい。
【０２１３】
ある実施形態によれば、上に示す実例となる方程式は、多数の間隔境界層を確立するために実行可能である。各間隔境界層は、値、ゲイン、関数、及び間隔範囲の一意的なセットに基づいて維持することができる。さらに、間隔境界層は時間、距離、変化率、及びこれらの任意の組み合わせに基づいて確立することができる。
【０２１４】
例えば、最接近点に到達するまでにかかる時間が特定の間隔範囲よりも短い場合に、時間的な境界層を確立することができる。例えば、回避コマンドの開始が自己航空機と任意の交通する航空機との間の相対変化率及びレンジの大きさの両方に基づく場合には、変化率及び距離の境界層を確立することもできる。さらに、間隔境界の目標間隔距離は、間隔境界の形状を確立する距離、及び基準方向
0006272637.tif 000040
のセットを含むことができ、基準方向の各方向はそれ自体の回避ゲインを有していてよい。これに関しては、当然ながら自己航空機と交通する各航空機との間に複数の異なる間隔境界層をそれぞれ確立することができる。
【０２１５】
ここで、有利な実施形態によるビークル中心防止システムを示す図８を参照する。この実施例では、ビークル中心衝突防止システム８００は、フライトコントロールシステムを含むことができる。フライトコントロールシステムは、航空機が様々な目的地の間を移動する際に、航空機を所定の飛行軌道上に保つように構成することができる。
【０２１６】
具体的には、フライトコントロールシステムのコンポーネントは、軌道生成機能８０２及びビークル応答機能８０４を含むことができる。ビークル中心衝突防止システム８００はまた、衝突防止モジュール８０６も含むことができる。衝突防止モジュール８０６は、衝突防止を可能にするために軌道生成機能８０２によって得た飛行軌道を変更するように構成することできる。様々な実行形態によれば、軌道生成機能８０２及び／又はビークル応答機能８０４は図５で上述したように、一以上のナビゲーションシステム５０２、オートパイロット５０６、及びフライトディレクタ５０８によって実施可能である。
【０２１７】
軌道生成機能８０２により、航空機の予測飛行軌道が作成される。具体的には、これらの飛行軌道は四次元軌道であってよい。軌道生成機能８０２は、交通情報８０８を使用して飛行軌道を予測する。ビークル応答機能８０４は、生成された飛行軌道を航空機の現在の位置及び速度と比較して全ての偏差を判別し、飛行経路に何らかの修正が必要であるか否かを判定するように構成可能である。
【０２１８】
ビークル応答機能８０４は、軌道及び速さの制御法則、その他の制御法則、ビークル動力学、及び／又はその他の好適なパラメータにしたがって、生成された航空機の飛行軌道を実行する制御コマンドを作成することができる。生成された制御コマンドは、航空機のスロットル設定を変更して、及び／又は航空機の飛行制御面を操作して、航空機が軌道８１０に沿って飛行するように構成可能である。
【０２１９】
衝突防止モジュール８０６は、航空機を軌道８１０に沿って飛ばすためにビークル応答機能８０４によって生成された制御コマンドによって飛行軌道が実行される前に、軌道生成機能８０２によって生成された航空機の飛行軌道を変更することができる。これらの実施例では、衝突防止モジュール８０６によって実行される機能を、図５に記載する衝突防止モジュール５２４によって実施することができる。
【０２２０】
ここで、有利な実施形態による衝突防止モジュールを示す図９を参照する。この実施例では、図８の衝突防止モジュール８０６によって実行される異なる機能をさらに詳しく説明する。
【０２２１】
図示したように、衝突防止モジュール８０６は軌道解析機能９０２を含む。軌道解析機能９０２は、交通するその他の航空機の飛行経路に対する航空機の飛行経路を予測するように構成可能である。軌道解析機能９０２は、図５の交通センサ・インターフェース・モジュール５２８を介して交通センサ５１０から交通情報８１６を取得することができる。
【０２２２】
交通情報８１６は、交通する航空機の位置、速度、機首方位、及び軌道を含むことができる。その他の場合では、交通情報８１６はまた、交通する特定の航空機の飛行計画又は目的を含むこともできる。例えば、交通する航空機が飛行計画又はアップデートされた目的を申請した場合、軌道解析機能９０２はデータリンクを使用して、例えば飛行計画データベース等の中央情報源から、又は交通する航空機上の飛行管理システムから飛行計画を取得することができる。軌道解析機能９０２は飛行計画により、特定の時点における交通する航空機の位置に関する詳細情報を得ることができる。
【０２２３】
加えて、軌道解析機能９０２は、軌道生成機能８０２から航空機の予測軌道を取得することができる。さらに、軌道解析機能９０２はまた、図５のオートパイロット５０６及び／又はフライトディレクタ５０８のうちの一つから航空機の位置及び速度データ９０４も取得することができる。
【０２２４】
軌道解析機能９０２が様々な情報源から軌道、位置、及び速度データを受信すると、この機能はデータを処理して目標軌道情報を判定することができる。この軌道情報には、自己航空機の位置及び変化率；自己航空機の計画軌道；交通する各航空機の位置及び変化率；及び交通する各航空機の計画軌道が含まれていてよい。つまり、軌道解析機能９０２は、データが提供されている各航空機の予想飛行軌道を予測することができる。さらに、軌道解析機能９０２は予測軌道を計算機能９０６まで送るように構成可能である。
【０２２５】
計算機能９０６は、航空機の予測軌道を処理し、航空機へ回避コマンドを提供するように構成可能である。具体的には、航空機の予測軌道を使用して、交通する航空機が２機の航空機間の最接近点において自己航空機の間隔境界を「侵害」するか否かを予測することができる。
【０２２６】
例えば、交通する航空機が最接近点において間隔境界内にいると予測された場合、間隔境界は「侵害」されたと予測される。計算機能９０６が上記予測に至った時に、この機能が回避コマンドを発信するように構成可能である。回避コマンドは、航空機の飛行経路を先制的に変更して衝突のリスクを避けることができる。計算機能９０６によって生成された回避コマンドを使用して、第１航空機３０２の飛行経路３０７を図３の変更飛行経路３１４に変更することができる。
【０２２７】
計算機能９０６は間隔範囲９０８を使用して、航空機の間隔境界を判定する。つまり、間隔範囲９０８により間隔境界の寸法を画定することができる。ある実行形態では、間隔範囲９０８により全方向に延びる最小間隔距離を画定することができる。上記実行形態において、間隔境界は球の形態であってよい。追加の実行形態において、間隔境界は時間、航空機の速度、航空機の運動変化率、及び距離パラメータに基づく複数の層から構成されるものであってよい。
【０２２８】
計算機能９０６はさらに、回避コマンドの計算において応答範囲９１０を使用するように構成可能である。応答範囲９１０により、回避コマンドが実施される迅速さが決定されうる。例えば、応答範囲９１０は、自己航空機と交通する航空機との間の予測最接近点が、ある選択閾値とほぼ等しい、又はある選択閾値よりも長い、自己航空機の現在の位置からの距離において生じると予測された時に、計算機能９０６は一以上の回避コマンドの提供を遅らせることができるように確立することができる。反対に、自己航空機と交通する航空機との間の予測最接近点が、選択閾値よりも短い自己航空機の現在の位置からの距離において生じると予測された場合に、計算機能９０６は自己航空機によって実行される一以上の回避コマンドを直ちに提供することができる。
【０２２９】
その他の実施形態では、応答範囲８２２は時間制限も含むことができる。例えば、最接近点が今後ずっと先で、例えば所定の時間間隔を超えて生じる可能性がある場合に、計算機能９０６は回避コマンドの実行を遅らせることができる。反対に、最接近点が例えば所定の時間間隔が終了する前等、時間的に切迫している場合、計算機能９０６は実行する回避コマンドをさらに迅速に提供することができる。
【０２３０】
このように、計算機能９０６は交通する複数の航空機の各々との潜在的な衝突の切迫性に基づいて回避を開始することができる。例えば、計算機能９０６による応答範囲９１０としての時間制限の実行は、最接近点までの到達時間が長い航空機間での衝突回避に好適であり得る。最接近点までのより長い到達時間は、相互に追尾しながら平行する経路に沿って近接レンジの編隊で飛行している、又はゼロに近い最接近点距離を有して相互から遠方レンジの軌道上を進んでいる２機の航空機間で予測されうる。
【０２３１】
回避修正機能９１２は、計算機能９０６によって生成された一以上の回避コマンドにゲイン、又は回避負荷を割り当てるように構成されていてよい。回避負荷
0006272637.tif 000041
は、図７に示すように
0006272637.tif 000042
で表すことができる。回避負荷を使用して、回避コマンドの強度を判定することができる。
【０２３２】
回避修正機能９１２は、自己航空機と交通する航空機の最接近点が縮小するにつれ、一以上の回避コマンドのゲインを増加させることができる。例えば、間隔境界層の予測される侵害が遠レンジである時は、回避計算、範囲、及びゲインの第１セットは低ゲインの回避コマンドを使用して間隔を実現することができる。別の実施例では、間隔境界層の予測される侵害がせまっている場合に、回避計算、範囲、及びゲインの第２セットは高ゲインの回避コマンドを提供して、図８のビークル応答機能８０４によって発信される通常の制御コマンドを無効化することができる。
【０２３３】
このように、計算機能９０６と回避修正機能９１２は、自己航空機が交通する航空機に近づいた時に飛行経路を変更する傾向をさらに強めることができる。さらに当然であるが、回避修正機能９１２は、侵害されている特定の間隔境界層に基づいて生成されたその他の回避コマンドに異なるゲインを割り当てるように構成することが可能である。
【０２３４】
これらの実施例では、軌道修正機能９１４は軌道生成機能８０２が生成した飛行軌道を変更する調節アルゴリズムを含む。具体的には、軌道変更機能９１４は、回避修正機能９１２からの重み付けされた、また制限された回避コマンドに基づいて、軌道差分とも呼ばれる飛行軌道の変更を生成する。軌道修正機能９１４は、軌道差分を生成された軌道と統合して、新たな修正軌道を作成することができる。
【０２３５】
ある実施例では、回避修正機能９１２は、機首方位、機首方位変化率、上昇率及び降下率、速さ、加速度、及び／又は減速度を変更する回避コマンドを出力することができる。回避コマンドはその後、航空機のステアリング法則だけでなく、ステアリングコマンドに対する航空機の期待応答に基づいて、差分軌道コマンドに変換される。
【０２３６】
例えば、航空機のステアリング法則は、ゲインＫを用いて比例制御法則に基づき、機首方位の変更を機首方位変化率コマンドに変換するように構成可能である。上記の場合には、自己航空機の間隔境界が交通する航空機によって侵害されると予測される時、軌道修正機能９１４のステアリング調節アルゴリズムは、衝突防止機首方位変化率コマンドをＫで割ることによって、機首方位差分又は変化を作成することができる。この場合、ステアリング法則はこの結果を再び機首方位変化率コマンドに変換する。
【０２３７】
別の実施例では、軌道生成機能８０２によって生成された所定の軌道がウェイポイントのセットを含む時、軌道修正機能９１４は一以上の回避コマンドに基づいて軌道の次のウェイポイントを移動させる調節アルゴリズムを含むことができる。このように、目標の機種方位変更を作成して、間隔境界が侵害された場合に衝突防止を可能にすることができる。
【０２３８】
軌道修正の次に、新たな修正軌道９１６を図８のビークル応答機能８０４に送って実行することができる。ビークル応答機能８０４は、ステアリング法則とビークル応答を含むことができる。このように、衝突防止モジュール８０６は、図４に記載したように、航空機の制御コマンドを修正する必要なく衝突防止を可能にすることができる。すなわち、衝突防止モジュール８０６は、航空機のステアリング及びフライトコントロール機能とは別の、例えば軌道生成機能８０２とビークル応答機能８０４とは別の分離した機能として実行可能である。
【０２３９】
当然ながら、衝突防止モジュール８０６は、自己航空機と交通する航空機の軌道を継続的に監視して、航空機間の最接近点回避計算を使用して、間隔境界の今後の「侵害」を予測するように構成可能である。軌道修正機能９１４は応答において、「侵害」が起きると予測された時にいつでも、飛行軌道の調節を継続的に行って、航空機間の適切な間隔が保たれるようにすることができる。
【０２４０】
ここで、有利な実施形態による動的軌道ジェネレータを示す図１０を参照する。この実施例では、動的軌道ジェネレータ１００２は、複数の航空機に「十分距離が離れた」飛行軌道を提供する地上ベースの軌道ジェネレータであってよい。航空機の、十分距離が離れた飛行軌道とは、間隔境界の潜在的な侵害が起きないと予測される飛行軌道である。つまり、動的軌道ジェネレータ１００２によって提供される航空機の軌道は、常に航空機間で目標レベルの間隔を保つように構成されている。
【０２４１】
具体的には、ビークルの動力学、各ビークルの間隔制御法則又は機構、及び風予測のモデルを含むシミュレーションを介して個別では最適だが衝突する軌道を実行することによって、十分距離が離れた軌道を生成することができる。これらの軌道を動的軌道ジェネレータ１００２で処理することによって、十分に距離が離れた軌道が得られる。
【０２４２】
例えば、動的軌道ジェネレータ１００２は、交通情報１００４、間隔範囲１００６、応答範囲１００８、ルック・アヘッド・タイム１０１０、風予測１０１２、及び航空機モデル１０１４を含むデータを受信するように構成可能である。その後、動的軌道ジェネレータ１００２は最接近点の計算に基づいて複数の航空機の飛行軌道を生成することができる。これらの飛行軌道は、三次元軌道だけでなく、特定時点の航空機の位置を示す四次元軌道を含むことができる。
【０２４３】
交通情報１００４は、交通する複数の航空機の位置及び飛行軌道を含むことができる。これらの実施例では、交通情報１００４は、交通警報衝突防止装置（ＴＣＡＳ）、自動従属監視（ＡＤＳ）システム、地上の航空管制（ＡＴＣ）システム、又は航空機搭載の航空交通監視センサシステム、及びその他の航空交通探知システムから受信した交通データを含むことができる。その他の実施形態では、交通情報１００４は、飛行計画の飛行軌道、現在の航空機の位置及び速度から予測される飛行軌道、及びその他所定の飛行軌道を含むことができる。
【０２４４】
間隔範囲１００６により、複数の航空機の間隔境界の寸法を画定することができる。ある実施例では、間隔範囲１００６により、全方向に延びる各航空機の最小間隔距離を画定することができる。上記実行形態では、間隔境界は球の形態であってよい。
【０２４５】
例えば、間隔境界は全方向における１マイルの間隔距離に基づいて確立することができる。この実施例では、通行する航空機が最接近点において１マイルよりも近い距離にいる場合に、通行する航空機は間隔境界を「侵害」したと見なす。その他の実施例では、間隔範囲１００６は上述したように、その他の間隔境界形状だけでなく、多重間隔層を提供するように構成可能である。
【０２４６】
応答範囲１００８により、回避コマンドが実施される迅速さを判定することができる。ある実施例では、応答範囲１００８は回避コマンドを実行する時間範囲を含むことができる。
【０２４７】
ルック・アヘッド・タイム１０１０は、動的軌道ジェネレータ１００２が複数の航空機の飛行軌道を生成する特定の計画対象期間を含む。風予測１０１２は、動的軌道ジェネレータ１００２が使用して飛行軌道を描画することができる風データを含む。ある実施例では、風予測１０１２は、例えば、ＭＥＴＡＲ予報、国立気象局（ＮＷＳ）のターミナル飛行場予報（ＴＡＦ）等の航空気象予報だけでなく、その他の気象予報情報源から入手可能である。
【０２４８】
航空機モデル１０１４は航空機のパーフォーマンスデータを含むことができる。上記パーフォーマンスデータは航空機のステアリング法則、航空機の制御法則、及びパーフォーマンス動力学及びケーパビリティを含むことができる。
【０２４９】
動的軌道ジェネレータ１００２は、交通情報１００４、間隔範囲１００６、応答範囲１００８、ルック・アヘッド・タイム１０１０、風予測１０１２、及び航空機モデル１０１４を使用してシミュレーションを行い、複数の航空機に対して十分距離が離れた飛行軌道を生成することができる。例えば、動的軌道ジェネレータ１００２は交通情報１００４から生成された飛行軌道を使用して、複数の航空機が最接近点において、間隔範囲１００６によって決定された所定の間隔境界を「侵害」すると予想されるか否かを予測することができる。
【０２５０】
これらの予測に基づいて、動的軌道ジェネレータ１００２は飛行軌道を変更して、これらの間隔境界の侵害を防止する、十分距離が離れた軌道を生成することができる。様々な実行形態では、シミュレーションは図７に示す実例となる方程式を使用して行うことができる。さらに、動的軌道ジェネレータ１００２は応答範囲１００８を使用して軌道の変更を調整することができる。ある実行形態では、動的軌道ジェネレータ１００２は風予測１０１２も考慮に入れる場合がある。例えば、軌道の変更は風予測１０１２を使用して修正し、飛行軌道に対する風の好ましくない影響に対応する、及び／又は好ましくない影響を無効にすることができる。さらなる実施形態では、動的軌道ジェネレータ１００２は、航空機モデル１０１４を考慮に入れて、航空機のパーフォーマンスケーパビリティに順応した飛行軌道を構成することも可能である。
【０２５１】
複数の航空機に対して十分距離が離れた軌道が判定されたら、動的軌道ジェネレータ１００２は航空機モデル１０１４を使用して、十分距離が離れた軌道を制御コマンドに翻訳して、複数の航空機の各航空機内で実行することができる。制御コマンドは、機首方位変化率の変更コマンド、上昇又は降下率変更コマンド、加速及び減速コマンド、及び例えば速さ、高度、及び機首方位変更コマンド等のその他のステアリングコマンドを含むことができる。
【０２５２】
あるいは、動的軌道ジェネレータ１００２は、各航空機に搭載されたオートパイロット又は飛行管理システムで実行するために、飛行軌道を航空機へ提供することができる。例えば、飛行軌道を航空機１０１６、航空機１０１８、航空機１０２０、及び航空機１０２２へ提供することができる。当然であるが、現在の航空機の状態情報及び推奨軌道又は目的を使用して、特定の計画対象期間に動的軌道ジェネレータ１００２によって継続的にシミュレーションを行うことができる。
【０２５３】
ここで、有利な実施形態による航空機の衝突回避を可能にするシステムを示す図１１を参照する。この実施例では、システム１１００はフライトコントロールモジュール１１０２及び衝突防止モジュール１１０４を含む。フライトコントロールモジュール１１０２は、図５の一以上のナビゲーションシステム５０２、オートパイロット５０６、及び／又はフライトディレクタ５０８を使用して実行することができる。さらに、衝突防止モジュール１１０４は図５の衝突防止モジュール５２４、図６の衝突防止モジュール６０４、及び／又は図８の衝突防止モジュール８０６を使用して実行することができる。
【０２５４】
この実施例では、フライトコントロールモジュール１１０２及び衝突防止モジュール１１０４に図示されている制御回路を使用して、システム１１００が実行される航空機の高度を制御する上昇加速コマンドが生成される。
【０２５５】
図示したように、フライトコントロールモジュール１１０２は、減算器１１０９を使用して現高度コマンド１１０８から実測高度１１０６を減算して結果１１１０を引き出す。実測高度１１０６は、航空機に搭載されたセンサを使用して検出された及び／又は測定された航空機の高度であってよい。
【０２５６】
現高度コマンド１１０８は、航空機のパイロット及び／又は航空機のオートパイロットによって現在選択されている航空機の高度である。例えば、現高度コマンド１１０８は、アビオニクスシステム５００が実行される航空機のオートパイロット５０６、フライトディレクタ５０８、及び／又は航空機のパイロットによって生成されうる。
【０２５７】
結果１１１０は高度補正コンポーネント１１１２へ送られる。高度補正コンポーネント１１１２は航空機の上昇加速コマンド１１１４を生成する。この実施例では、上昇加速コマンドとは、目標上昇加速度に到達するために航空機の飛行制御面のアクチュエータに送られるコマンドである。さらに、この実施例では、高度補正コンポーネント１１１２における補正はゲイン、ｋａに設定することができる。
【０２５８】
目標上昇加速度とは、航空機に現高度コマンド１１０８によって表示される高度まで上昇させる又は降下させる加速度である。このように、上昇加速コマンド１１１４は、実測高度１１０６と現高度コマンド１１０８の偏差を埋めるために、航空機に目標加速度で上昇又は降下させるものである。
【０２５９】
上昇加速コマンド１１１４に第１制限関数１１１６が適用されて、第１制限加速コマンド１１１８が生成される。第１制限関数１１１６により上昇加速コマンド１１１４が制限される。ある実施例として、第１制限関数１１１６を、航空機の飛行中に起こりうる乗客の乗り心地の悪さを軽減する及び／又はなくすように設定することができる。
【０２６０】
この実施例では、実測上昇率１１２０とは、航空機に搭載されたセンサを使用して検出された及び／又は測定された航空機の上昇率である。減算器１１２３を使用して現上昇率コマンド１１２２から実測上昇率１１２０を減算して結果１１２４を引き出す。
【０２６１】
現上昇率コマンド１１２２とは、航空機のパイロット及び／又は航空機のオートパイロットによって現在選択されている航空機の上昇率である。例えば、現上昇率コマンド１１２２は、アビオニクスシステム５００が実行される航空機のオートパイロット５０６、フライトディレクタ５０８、及び／又はパイロットによって生成されうる。
【０２６２】
図示したように、結果１１２４は上昇率補正コンポーネント１１２６へ送られる。上昇率補正コンポーネント１１２６は、航空機の上昇加速コマンド１１２８を生成する。この実施例では、上昇率補正コマンド１１２６における補正はゲイン、ｋｒに設定することができる。上昇加速コマンド１１２８は、実測上昇率１１２０と現上昇率コマンド１１２２の差を埋めるために、航空機に目標加速度で上昇又は降下させるものである。
【０２６３】
この実施例では、上昇加速コマンド１１２８に第２制限関数１１３０を適用して、第２制限加速コマンド１１３２を生成する。第２制限関数１１３０は上昇加速コマンド１１１４を制限するものである。
【０２６４】
実測高度１１０６と実測上昇率１１２０が単一の応答規模を有すると考えられ、高度補正ゲインがｋａに設定され、上昇率補正ゲインがｋｒに設定された時、現高度コマンド１１０８に対する無制限の応答は下記方程式：
【０２６５】
【数１３】
0006272637.tif 000043
のように簡易化することができる。上記方程式において、高度は実測高度１１０６であり、高度コマンドとは現高度コマンド１１０８である。
【０２６６】
この実施例では、衝突防止モジュール１１０４の上昇高度コンポーネント１１３４も実測上昇率１１２０を使用する。上昇高度コンポーネント１１３４は、実測上昇率１１２０と、その航空機と交通する航空機として識別された別の航空機の最接近点に到達するまでにかかる時間を使用して、上昇高度距離１１３６を生成する。この実施例では、最接近点に到達するまでにかかる時間とは、現在の時間と最接近点が生じると予測される時間との間の時間間隔である。
【０２６７】
上昇高度距離１１３６は、実測上昇率１１２０が測定される現在の時間と最接近する時間との間の時間間隔において上昇すると予測される高度距離であってよい。ある実施例では、上昇高度距離１１３６はマイナスの値であってよい。この場合、航空機は上昇した高度距離分だけ降下すると予測される。
【０２６８】
衝突防止モジュール１１０４の加算器１１３８により、上昇高度距離１１３６が実測高度１１０６に加算されて、予測高度１１４０が生成される。予測高度１１４０とは、その航空機と交通する航空機の最接近点の時点におけるその航空機の予測される高度である。
【０２６９】
図示したように、衝突防止モジュール１１０４の減算器１１４２により、予測高度１１４０から予測交通高度１１４４が減算されて、すれ違い距離１１４６が生成される。予測交通高度１１４４とは、交通する航空機の予測された高度である。予測交通高度１１４４は、交通する航空機が取得した飛行計画、トラッキングデータ、センサデータ、交通する航空機の衝突防止システムから受信した情報、交通する航空機からの共有データ、及び／又はその他の好適な情報に基づくものであってよい。
【０２７０】
すれ違い距離１１４６とは、最接近点の時点において予測される航空機と交通する航空機との間の高度の距離である。すれ違い距離１１４６がこの実施例においてプラスである場合、交通する航空機はその航空機の下にいる可能性がある。すれ違い距離１１４６がマイナスである場合、交通する航空機はその航空機の上にいる可能性がある。
【０２７１】
絶対値コンポーネント１１４８は、すれ違い距離１１４６を使用して絶対すれ違い距離１１５０を生成する。絶対すれ違い距離１１５０とは、この実施例におけるすれ違い距離１１４６の絶対値である。
【０２７２】
この実施例では、衝突防止モジュール１１０４により、すれ違い距離１１４６は目標レベルの間隔をもたらすか否かが判定される。具体的には、目標レベルの間隔とは、例えば図１の規定レベルの間隔１４０等の規定レベルの間隔である。つまり、衝突防止モジュール１１０４は、すれ違い距離１１４６が少なくとも規定レベルの間隔をもたらす距離と実質的に等しいものであるか否かを判定する。
【０２７３】
図示したように、衝突防止モジュール１１０４は必要距離１１５２と不確実性１１５４を使用して、規定レベルの間隔の距離を識別する。不確実性１１５４とは、予測される最接近点の時点の予測高度１１４０の計算に含まれる不確実性の推定値である。
【０２７４】
衝突防止モジュール１１０４は、不確実性１１５４にゲイン１１５６を適用して結果１１５８を得る。加算器１１６０を使用して結果１１５８を必要距離１１５２に加算して安全距離１１６２を得る。安全距離１１６２を次に、定常状態コンポーネント１１６４の定常状態応答ゲインで割って、規定距離１１６６を引き出す。規定距離１１６６とは、目標となる規定レベルの間隔の境界線を画定する距離である。
【０２７５】
この実施例では、定常状態応答ゲインは下記方程式：
【０２７６】
【数１４】
0006272637.tif 000044
で定義され、上記式において
【０２７７】
【数１５】
0006272637.tif 000045
が成り立ち、Ｃは定常状態応答ゲインであり、Ｋpは比例ゲインであり、Ｋ１は積分ゲインであり、ｂは積分リークゲインであり、ｓは複素変数である。
【０２７８】
この実施例では、衝突防止モジュール１１０４は減算器１１６７を使用して、規定距離１１６６から絶対すれ違い距離１１５０を減算して結果的な距離１１６８を得る。衝突防止モジュール１１０４は関数１１７０を使用して結果的な距離１１６８を処理する。
【０２７９】
具体的には、関数１１７０は結果的な距離１１６８がゼロよりも大きいか否かに基づいて、回復距離１１７２を生成する。回復距離１１７２とは、目標レベルの間隔を得るためにさらに必要な距離である。結果的な距離１１６８が実質的にゼロに等しい、又はゼロ未満である時は、回復距離１１７２はゼロ又はヌル値であってよい。つまり、結果的な距離１１６８が実質的にゼロに等しい、又はゼロ未満である時は目標レベルの間隔が存在する。
【０２８０】
結果的な距離１１６８がゼロより大きい場合は、回復距離１１７２は目標レベルの間隔を回復するのに必要な距離と等しいプラスの値である。つまり、結果的な距離１１６８がゼロよりも大きい場合、最接近点の時点において目標レベルの間隔はないものと予測される。
【０２８１】
この実施例では、回復距離１１７２は上昇率コマンドコンポーネント１１７４を使用して処理される。上昇率コマンドコンポーネント１１７４は、すれ違い距離１１４６の符号を回復距離１１７２に適用して、この値を２機の航空機が最接近点に到達するまでにかかる時間で割って、上昇率コマンド１１７６を生成する。
【０２８２】
プラスの値の上昇率コマンド１１７６は、目標レベルの間隔を持つために航空機が上昇する必要があることを示す。上昇率コマンド１１７６のマイナスの値は、目標レベルの間隔を持つために航空機が降下する必要があることを示す。上昇率コマンド１１７６の値がゼロであることは、目標レベルの間隔がすでにあるということを示す。
【０２８３】
図示したように、上昇率コマンド１１７６に第４制限関数１１７８を適用して、上昇率制限コマンド１１８０を生成する。第４制限関数１１７８は、このコマンドが原因で航空機が目標よりも速く上昇又は降下しないようにするものである。
【０２８４】
ある実施例では、間隔損失が予測される時に、第４制限関数１１７８を第１制限関数１１１６及び／又は第３制限関数１１９０よりも大きい値に設定して、上昇率制限コマンド１１８０の定常状態コマンドを作成することができる。
【０２８５】
上昇率制限コマンド１１８０は、間隔補正コンポーネント１１８２に送られる。間隔補正コンポーネント１１８２は、上昇率制限コマンド１１８０を使用して上昇加速コマンド１１８４を生成する。上昇加速コマンド１１８４は、目標レベルの間隔が最接近点の時点において見られると予測されるか否かを考慮に入れている。
【０２８６】
この実施例では、上昇加速コマンド１１８４が上昇加速コマンド１１１４よりも大きくなるように第４制限関数１１７８を設定することができる。このように、航空機は現高度コマンド１１０８に反して、現在の経路を離れるように制御することができる。
【０２８７】
この実施例では、上昇加速コマンド１１８４、上昇加速コマンド１１１４、及び上昇加速コマンド１１２８を加算器１１８６を使用して加算して、確定上昇加速コマンド１１８８を生成する。第３制限関数１１９０を確定上昇加速コマンド１１８８に適用して確定制限上昇加速コマンド１１９２を生成する。第３制限関数１１９０は、航空機の最高の安全性能の値に設定することができる。つまり、第３制限関数１１９０は、確定上昇加速制限コマンド１１９２が原因で航空機が好ましくない方法で機動操作されることがないように、確定上昇加速制限コマンド１１９２を制限することができる。
【０２８８】
確定上昇加速制限コマンド１１９２は例えば、航空機のオートパイロット、及び／又は航空機の飛行管理システムに送ることができる。これにより、確定上昇加速制限コマンドが航空機の確定制御コマンドとなる。これらのシステムは、確定上昇加速制限コマンド１１９２を使用して航空機の飛行制御面のアクチュエータを制御することができる。
【０２８９】
図示したように、航空機応答コンポーネント１１９４は、確定上昇加速制限コマンド１１９２に対する航空機の実際の応答である。この制御システムにおいては、航空機応答コンポーネント１１９４の出力は、航空機の実際の上昇率１１９５及び実際の高度１１９６であってよい。センサコンポーネント１１９７は航空機の上昇率を計測して、実測上昇率１１２０を生成することができる。センサコンポーネント１１９８は航空機の高度を計測して、実測高度１１０６を生成することができる。
【０２９０】
この実施例では、第１制限関数１１１６、第２制限関数１１３０、第３制限関数１１９０、及び第４制限関数１１７８を調節して、確定上昇加速コマンド１１８８の目標値を得ることができる。具体的にはこれらの値を調節して、確定上昇加速コマンド１１８８を形成するのに使用する異なる上昇加速コマンドに目標制限を課すことができる。
【０２９１】
このように、システム１１００により、最接近点での予測すれ違い距離が航空機と交通する航空機との間に目標レベルの間隔をもたらさない時に、航空機が飛行経路を変更するケーパビリティが得られる。
【０２９２】
ここで、有利な実施形態による間隔補正コンポーネントを示す図１２を参照する。この実施例では、図１１の間隔補正コンポーネント１１８２をより詳細に示す。
【０２９３】
図示したように、間隔補正コンポーネント１１８２は、比例ゲイン１２０２、積分ゲインコンポーネント１２０４、積分リークゲイン１２０６、及び加算器１２０８を含む。この実施例では、減算器１２０９を使用して図１１の上昇率制限コマンド１１８０から積分リークゲイン１２０６の出力を減算して、結果１２１０を生成する。積分ゲインコンポーネント１２０４を結果１２１０に適用して結果１２１１を生成する。結果１２１１に積分リークゲイン１２０６を適用して、出力１２１２を生成し、上昇率制限コマンド１１８０からこの出力１２１２を減算する。
【０２９４】
さらに、上昇率制限コマンド１１８０に比例ゲイン１２０２を適用して結果１２１４を生成する。結果１２１１と結果１２１４を加算器１２０８を使用して加算し、図１１に記載する上昇加速コマンド１１８４を形成する。
【０２９５】
図１１のシステム１１００と、図１１及び１２の間隔補正コンポーネント１１８２により、回復距離１１７２を第４制限関数１１７８によって制限される出力変化率に統合することができる。上昇加速コマンド１１８４は、航空機に現高度コマンド１１０８によって指示された高度から離れるように指示することができる。しかしながら、上昇加速コマンド１１８４は、上昇加速コマンド１１１４が第１制限関数１１１６によって識別された限界に達した時に、上昇加速コマンド１１１４と競合し、上昇加速コマンド１１１４を無効化することができる。
【０２９６】
あるいは、上昇加速コマンド１１１４のゲインをゼロに設定する、又は、衝突防止モジュール１１０４によって生成された上昇加速コマンド１１８４により目標レベルの間隔が回復可能になるように上昇加速コマンド１１１４を制限することによって、衝突防止モジュール１１０４によって提供されたフィードバックが上昇加速コマンド１１１４を無効化するように構成可能である。
【０２９７】
これらの実施例では、規定距離１１６６に対するすれ違い距離１１４６の移動応答関数は下記方程式：
【０２９８】
【数１６】
0006272637.tif 000046
によって得ることができる。
【０２９９】
さらに、高度補正が制限された場合、移動応答関数は
【０３００】
【数１７】
0006272637.tif 000047
で表すことができる。
【０３０１】
２機の航空機が空域を飛行している時、２機間の最接近点に到達するまでの時間は初期には長くてよい。この結果、移動応答関数は下記方程式：
【０３０２】
【数１８】
0006272637.tif 000048
又は
【０３０３】
【数１９】
0006272637.tif 000049
によっておおよそ概算することができる。
【０３０４】
ある実施例では、積分ゲイン、Ｋ１は下記：
【０３０５】
【数２０】
0006272637.tif 000050
のように設定することができ、ここから
【０３０６】
【数２１】
0006272637.tif 000051
を得ることができる。
【０３０７】
積分リークゲイン、ｂがゼロに設定された場合、移動応答関数は
【０３０８】
【数２２】
0006272637.tif 000052
となり得る。
【０３０９】
この関係を用いて比例ゲイン、Ｋｐを設定して、目標レベルの間隔保持における応答の時定数を確立することができる。例えば、ある実施例では、積分リークゲイン、ｂは下記：
【０３１０】
【数２３】
0006272637.tif 000053
のように設定することができる。この結果、
【０３１１】
【数２４】
0006272637.tif 000054
が成り立ち、上記方程式において定常状態応答ゲインは下記：
【０３１２】
【数２５】
0006272637.tif 000055
のようになる。
【０３１３】
この実施例では、比例ゲイン、Ｋｐはｋｒの係数として表すことができる。具体的には、
【０３１４】
【数２６】
0006272637.tif 000056
となり、上記から
【０３１５】
【数２７】
0006272637.tif 000057
が得られ、上記式においてｋはｋｒの選択ゲイン係数である。
【０３１６】
この実施例では、定常状態応答ゲインは１未満である。この結果、定常状態コンポーネント１１６４を使用して安全距離１１６２を定常状態応答ゲインで割った時に、規定距離１１６６を安全距離１１６２の長さよりも大きい値に設定することができる。
【０３１７】
規定距離１１６６を長くすることで、航空機が回避機動操作を行って現在の飛行経路を変更し、それから目的飛行軌道を保つために現行の飛行状態に戻すことを何度も繰り返すことが防止されうる。具体的には、規定距離１１６６は定常状態がこの境界線内で保たれるように設定される。
【０３１８】
これらの実施例では、比例ゲイン、Ｋｐが増加すると、衝突防止モジュール１１０４の定常状態エラーが減少し、最接近点の時点においてないと予測される目標レベルの間隔に到達するための機動操作の応答性が上がる可能性がある。
【０３１９】
加えて、これらの実施例では、航空機の確定上昇加速制限コマンド１１９２に対する応答が期待応答となるように、衝突防止モジュール１１０４で使用される複数のパラメータを選択することができる。例えば、結果として得られる上昇率補正コンポーネント１１７４のゲインも制限されるように、最接近点に到達するまでの時間の値を制限することができる。
【０３２０】
別の実施例として、航空機が確定上昇加速制限コマンド１１９２に対して望ましい方法で応答するように、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫ１、及び選択ゲイン係数ｋを選択することができる。当然ながら実行形態によっては、航空機の機動操作が要望通りになるように、衝突防止モジュール１１０４は、衝突防止モジュール１１０４内の異なるコンポーネントに対し任意の数のパラメータの値及び／又は範囲で構成することができる。
【０３２１】
図１１のシステム１１００と、図１２の間隔補正コンポーネント１１８２の図は、物理的又はアーキテクチャ制限を暗示するように意図されたものではなく、有利な実施形態が実行可能である。他のコンポーネントを説明したものに加えて、又はそれの代わりに用いてもよい。あるコンポーネントは不必要である場合がある。さらに、システム１１００は高度に関して示したが、その他の方向での補正も同様の形で実行することができる。
【０３２２】
ここで、有利な実施形態による２機の航空機間の接近遭遇を示す図１３を参照する。この実施例では、航空機１３００と交通する航空機１３０２は空域を飛行している。
【０３２３】
図示したように、レンジベクトル１３０４、Ｒの大きさは、航空機１３００と交通する航空機１３０２との間の現在の距離を示す。すれ違い距離ベクトル１３０６の大きさは、航空機１３００と交通する航空機１３０２について予測される最接近点でのすれ違い距離である。つまり、すれ違い距離ベクトル１３０６の大きさとは、最接近点での航空機１３００と交通する航空機１３０２との間の予測される距離である。さらに、相対速度ベクトル１３０８、Ｖｒｅｌの大きさは、交通する航空機１３０２に対する航空機１３００の速さである。
【０３２４】
この実施例では、相対速度ベクトル１３０８の方向を変更してすれ違い距離を増加することができる。例えば、航空機１３００を、ベクトル１３１０の方向及びベクトル１３１２の方向、（Ｖｒｅｌ×Ｒ）を統合して機動操作してもよい。これら２つのベクトル、ベクトル１３１０及びベクトル１３１２はこの実施例においては直交ベクトルである。ベクトル１３１２は、相対速度ベクトル１３０８とレンジベクトル１３０４のクロス乗積ベクトル、又はＶｒｅｌ×Ｒである。ベクトル１３１０は、相対速度ベクトル１３０８とベクトル１３１２のクロス乗積ベクトル、又はＶｒｅｌ×Ｖｒｅｌ×Ｒである。
【０３２５】
ベクトル１３１０の方向は、すれ違い距離ベクトル１３０６の方向と実質的に同じであってよい。ベクトル１３１０の方向において航空機１３００の相対速度を変えることによって航空機１３００の飛行経路を変更し目標レベルの間隔を得るのに必要な速度変更は、ベクトル１３１２の方向において航空機１３００の相対速度を変更する時よりも小さくてよい。
【０３２６】
さらに、ベクトル１３１２の方向において航空機１３００の相対速度の方向を変更することによって、航空機１３００の相対運動が交通する航空機１３０２周囲でのらせん運動となり得るため好ましくない。ある実施例では、ベクトル１３１０の方向は飛行している時には方向が制約されている場合がある。この場合、制約が除かれるまで航空機はベクトル１３１２の方向に機動操作されうる。
【０３２７】
当然ながら、航空機の機動操作の方向を選択するときにはその他の要因も考慮される可能性がある。例えば、航空機はある特定方向において他の方向に比べより迅速に速度を変更できる場合がある。例えば、航空機は旋回するのに比べてより効率的に降下することができる場合がある。
【０３２８】
ここで、有利な実施形態による別の２機の航空機間の接近遭遇を示す図１４を参照する。この実施例では、航空機１４００と交通する航空機１４０２との接近遭遇は、すれ違い距離がゼロの接近遭遇である。つまり、最接近点に到達する時点での航空機１４００と交通する航空機１４０２との間の予測される距離はほぼゼロであり得る。
【０３２９】
図示したように、航空機１４００は速度ベクトル１４０４、Ｖを有する。交通する航空機１４０２は速度ベクトル１４０６、Ｖｔｒａｆｆｉｃを有する。さらに、相対速度ベクトル１４０８の大きさは、交通する航空機１４０２に対する航空機１４００の相対速さである。レンジベクトル１４１０、Ｒの大きさは、航空機１４００と交通する航空機１４０２との間の現在の距離である。
【０３３０】
この実施例では、相対速度ベクトル１４０８がゼロに近い、又は相対速度ベクトル１４０８とレンジベクトル１４１０が実質的に整列している、またはほぼ整列している時に、相対速度ベクトル１４０８とレンジベクトル１４１０のクロス乗積ベクトル、Ｖｒｅｌ×Ｒ、及び相対速度ベクトル１４０８のクロス乗積ベクトルと、相対速度ベクトル１４０８とレンジベクトル１４１０のクロス乗積ベクトル、Ｖｒｅｌ×（Ｖｒｅｌ×Ｒ）は実質的にゼロである、又はゼロに近い可能性がある。Ｖｒｅｌ×Ｒがほぼゼロに近い場合、Ｖｒｅｌ×Ｒがゼロに近い値でなくなるまで、相対速度ベクトル１４０８の代わりに航空機１４００の速度ベクトル１４０４を使用することができる。
【０３３１】
目標レベルの間隔を得るために、航空機１４００はベクトル１４１２の方向とベクトル１４１４の方向を統合した方向に移動することによって、飛行経路を変更することができる。ベクトル１４１４は、レンジベクトル１４１０と速度ベクトル１４０４のクロス乗積ベクトル、又はＲ×Ｖである。ベクトル１４１２は、レンジベクトル１４１０とベクトル１４１４のクロス乗積、又はＲ×（Ｒ×Ｖ）である。この実施例において、好適な方向はベクトル１４１２の方向であってよい。
【０３３２】
ここで、有利な実施形態による２機の航空機間の接近遭遇を示す図１５を参照する。この実施例では、航空機１５００と航空機１５０２の接近遭遇は、相対速度ゼロの接近遭遇である。すなわち、航空機１５００と航空機１５０２との間の相対速さは実質的にゼロである。
【０３３３】
例えば、航空機１５００と航空機１５０２が実質的に平行の飛行経路に沿って移動していてよい。図示したように、航空機１５００は速度ベクトル１５０４、Ｖを有し、航空機１５０２は速度ベクトル１５０６、Ｖｔｒａｆｆｉｃを有する。
【０３３４】
この実施例では、速度ベクトル１５０４及び速度ベクトル１５０６は、実質的に同じ大きさ及び実質的に同じ方向を有する。つまり、航空機１５０２に対する航空機１５００の相対速度はこの実施例では実質的にゼロである。図示したように、レンジベクトル１５０８、Ｒの大きさは、航空機１５００と航空機１５０２との間の現在の距離である。
【０３３５】
目標レベルの間隔を得るために、航空機１５００はベクトル１５１０、ＲＸ（Ｒ×Ｖ）の方向とベクトル１５１２、Ｒ×Ｖの方向を統合した方向に移動することによって、飛行経路を変更することができる。この実施例において、好適な方向はベクトル１５１０の方向であってよい。ベクトル１５１２は、レンジベクトル１５０８と速度ベクトル１５０４のクロス乗積ベクトル、又はＲ×Ｖである。ベクトル１５１０は、レンジベクトル１５０８とベクトル１５１２のクロス乗積、又はＲ×（Ｒ×Ｖ）である。
【０３３６】
ある場合には、好適な方向は速度ベクトル１５０４を乗算した航空機１５００のレンジベクトル１５０８と速度ベクトル１５０４のドット積の符号であってよい。このように、航空機１５００は交通する航空機１５０２とすれ違う、又は交通する航空機１５０２の後ろを通ることができる。
【０３３７】
ここで、有利な実施形態による２機の航空機間の接近遭遇を示す図１６を参照する。この実施例では、航空機１６００と航空機１６０２との間の接近遭遇は、正面又は追い越し接近遭遇であってよい。つまり、航空機１６００と航空機１６０２は互いに向かって飛行していてよい。
【０３３８】
この実施例では、航空機１６００は速度ベクトル１６０４、Ｖを有し、航空機１６０２は速度ベクトル１６０６、Ｖｔｒａｆｆｉｃを有する。相対速度ベクトル１６０８の大きさは、航空機１６０２に対する航空機１６００の相対速さである。レンジベクトル１６１０、Ｒの大きさは、航空機１６００と航空機１６０２との間の現在の距離である。
【０３３９】
この種の接近遭遇では、相対速度ベクトル１６０８とレンジベクトル１６１０のクロス乗積、又はＶｒｅｌ×Ｒと、レンジベクトル１６１０と速度ベクトル１６０４のクロス乗積、又はＲ×Ｖはいずれも実質的にゼロである。この結果、ベクトル１６１２、Ｒ×（−Ｒ×Ｚ）の方向、及びベクトル１６１４、Ｒ×Ｚの方向を使用して機動操作を行い、目標レベルの間隔を得ることができる。ベクトル１６１４は、レンジベクトル１６１０とＺ方向のマイナスのクロス乗積である。ベクトル１６１２は、レンジベクトル１６１０とベクトル１６１４のクロス乗積である。
【０３４０】
ここで、有利な実施形態による空域を飛行している２機の航空機を示す図１７を参照する。この実施例では、航空機１７００と航空機１７０２は空域１７０４を飛行している。相対速度ベクトル１７０６の大きさは、航空機１７０２に対する航空機１７００の相対速さである。レンジベクトル１７０８の大きさは、航空機１７００と航空機１７０２との間の現在の距離である。
【０３４１】
この実施例では、航空機１７００の間隔境界１７１０が画定されている。航空機１７００は現在、間隔境界１７１０内の位置１７０５にいる。通常、航空機１７００と航空機１７０２の最接近点に到達するまでの時間がマイナスの時は２機の航空機が相互から離れて移動していることを示し、航空機を機動操作するために生成される回避コマンドはゼロコマンドであってよい。
【０３４２】
しかしながら、航空機１７０２が間隔境界１７１０内にいる時は、航空機１７００からさらに離れるように機動操作することが望ましくあり得る。具体的には、航空機１７０２は変更相対速度１７１４ベクトルを使用して、最接近点に到達するまでの時間と、衝突防止コマンドを生成するのに使用できるその他のパラメータを計算することができる。変更相対速度ベクトル１７１４は、最接近点に到達するまでの時間をプラス又はゼロに保つように選択される。つまり、変更相対速度ベクトル１７１４は、最接近点に到達するまでの時間を非マイナスに保つために選択される。具体的には、
【０３４３】
【数２８】
0006272637.tif 000058
が成り立つ場合、
【０３４４】
【数２９】
0006272637.tif 000059
が成り立ち、上記式において、ｄｍｉｎは航空機１７００と航空機１７０２の間の目標レベルの間隔の最小距離であり、Ｖｒｅｌは相対速度ベクトル１７０６であり、Ｒはレンジベクトル１７０８であり、Ｖｒｅｌ＿ｍｏｄは変更相対速度ベクトル１７１４である。この実施例では、最小距離、ｄｍは間隔境界１７１０を画定する。
【０３４５】
ここで、有利な実施形態によるビークルを管理するプロセスのフロー図を示す図１８を参照する。図１８に示すプロセスは、図１の間隔管理モジュール１１２を使用して実行可能である。
【０３４６】
このプロセスは、第１ビークルの第１経路を識別することによって開始される（操作１８００）。このプロセスは次に、第２ビークルの第２経路を識別する（操作１８０２）。第１経路は、第１ビークルの速度を含む。第２経路は、第２ビークルの速度を含む。
【０３４７】
このプロセスは次に、第１経路に沿って移動している第１ビークルと、第２経路に沿って移動している第２ビークルの最接近点を予測する（操作１８０４）。第１ビークルと第２ビークルの最接近点は、第１ビークルが継続的に第１経路に沿って移動し、第２ビークルが継続的に第２経路に沿って移動した場合に、第１ビークルと第２ビークルの間の距離が最小値になったときに生じると予測される。
【０３４８】
その後、このプロセスは最接近点での第１ビークルと第２ビークルのすれ違い距離を識別する（操作１８０６）。このプロセスは次に、第１ビークルと第２ビークルの間の目標レベルの間隔がすれ違い距離に基づいて最接近点において予測されるか否かを判定する（操作１８０８）。目標レベルの間隔は、必要レベルの間隔、安全レベルの間隔、及び規定レベルの間隔のうちの一つから選択可能である。
【０３４９】
目標レベルの間隔が最接近点において予測されない場合、このプロセスは次に、最接近点と、第１ビークルと第２ビークルの間の目標レベルの間隔を使用して第１ビークルの第１経路を変更するための複数の補正コマンドを生成する（操作１８１０）。その後、このプロセスは複数の補正コマンドを第１ビークルの複数の制御コマンドと統合して、第１ビークルと第２ビークルの間の目標レベルの間隔が実質的に維持されるように第１ビークルを機動操作するように構成される複数の確定制御コマンドを形成する（操作１８１２）。さらに、複数の確定制御コマンドは、複数の確定制御コマンドに対する第１ビークルの応答が期待応答であるように構成される。
【０３５０】
このプロセスは、第１ビークルと第２ビークルの移動を監視し（操作１８１４）、その後上述したようにプロセスは操作１８０４に戻る。再び操作１８０８を参照すると、最接近点において目標レベルの間隔が予測される場合、このプロセスは操作１８１４へ進む。
【０３５１】
異なる実施形態のフロー図及びブロック図は、有利な実施形態の装置及び方法の幾つかの可能な実行形態のアーキテクチャ、機能性、及び操作を示すものである。これに関しては、フロー図又はブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、及び／又は操作又はステップの一部を表しうる。例えば、一以上のブロックをプログラムコードとして、ハードウェアにおいて、又はプログラムコードとハードウェアを組み合わせて実行することが可能である。ハードウェアにおいて実行する時は、ハードウェアは例えば、フロー図又はブロック図の一以上の操作を実行するように製造された又は構成された集積回路の形態であってよい。
【０３５２】
有利な実施形態の幾つかの代替実行形態において、ブロックに注記された一つの機能又は複数の機能は、図面に注記された順番以外の順番で実施可能である。例えば、ある場合には、関連する機能性に依存して、連続して示す２つのブロックは実質的に同時に実行可能である、又はブロックはしばしば逆の順に実行することができる。また、フロー図又はブロック図に図示されたブロック以外に他のブロックを加えることができる。
【０３５３】
ここで、有利な実施形態によるデータ処理システムを示す図１９に注目する。この実施例においては、データ処理システム１９００を使用して、図１のコンピュータシステム１０８の一以上の数のコンピュータ１１０を実行することができる。さらに、データ処理システム１９００を使用して、図５の一以上のオートパイロット５０６、フライトディレクタ５０８、衝突防止コンピュータ５１２、及び／又は処理装置５１４を実行することができる。
【０３５４】
図示したように、データ処理システム１９００は通信ファブリック１９０２を含む。通信ファブリック１９０２は、データ処理システム１９００の処理装置１９０４、メモリ１９０６、永続記憶装置１９０８、通信装置１９１０、入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置１９１２、及び表示装置１９１４間の通信を可能にする。
【０３５５】
処理装置１９０４はメモリ１９０６にロード可能なソフトウェアの命令を実行する。処理装置１９０４は、特定の実行形態によって、複数の処理装置、又はマルチプロセッサコア、又はその他何らかのタイプの処理装置であってよい。ある品目を参照して本明細書で使用する複数の、という言葉は一又は複数の品目を意味する。さらに、処理装置１９０４は、二次処理装置を単一チップ上に有するメイン処理装置が設置された複数の異機種環境の処理装置システムを使用して実行可能である。別の有利な実施例として、処理装置１９０４は同じ種類の多重処理装置を含む対称なマルチ処理装置システムであってよい。
【０３５６】
メモリ１９０６及び永続記憶装置１９０８は、メモリ素子１９１６の実施例である。メモリ素子は、例えば非限定的に、データ、関数形式のプログラムコード、及び/又は一時的及び/又は永続的のいずれかのその他好適な情報等の情報を記憶できる任意のハードウェアである。メモリ素子１９１６はまた、これらの実施例では、コンピュータによって読取可能なメモリ素子とも呼ぶことができる。メモリ１９０６はこれらの実施例では例えば、ランダム・アクセス・メモリ、又は他の任意の好適な揮発性又は非揮発性メモリ素子であってよい。永続記憶装置１９０８は、特定の実行形態によって様々な形態をとることができる。
【０３５７】
例えば、永続記憶装置１９０８は一以上のコンポーネント又はデバイスを含むことができる。例えば、永続記憶装置１９０８は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書き換え可能な光ディスク、書き換え可能な磁気テープ、又は上記の幾つかの組み合わせであってよい。永続記憶装置１９０８によって使用される媒体はまた取り外し可能であってよい。例えば、取り外し可能なハードドライブを永続記憶装置１９０８に使用することが可能である。
【０３５８】
通信装置１９１０はこれらの実施例では、その他のデータ処理システム又はデバイスとの通信を可能にする。これらの実施例では、通信装置１９１０はネットワークインターフェースカードである。通信装置１９１０は物理的及び無線通信リンクのいずれかあるいは両方の使用を通して通信を可能にすることができる。
【０３５９】
入力／出力装置１９１２により、データ処理システム１９００に接続可能なその他のデバイスとのデータの入力及び出力が可能になる。例えば、入力／出力装置１９１２は、キーボード、マウス、及び/又はその他何らかの好適な入力デバイスを介してユーザ入力するための接続部を提供しうる。さらに、入力／出力装置１９１２は出力をプリンタに送ることができる。表示装置１９１４は、ユーザに情報を表示する機構を提供する。
【０３６０】
オペレーティングシステム、アプリケーション、及び/又はプログラムの命令は、通信ファブリック１９０２を通して処理装置１９０４と通信しているメモリ素子１９１６に位置しうる。これらの実施例では、命令は永続記憶装置１９０８において関数形式である。これらの命令は、メモリ１９０６にロードされ処理装置１９０４によって実行可能である。異なる実施形態のプロセスは、例えばメモリ１９０６等のメモリに位置しうるコンピュータによって実行される命令を使用して、処理装置１９０４によって実施可能である。
【０３６１】
これらの命令は、処理装置１９０４のうちの一つの処理装置によって読み取り及び実行可能なプログラムコード、コンピュータが使用可能なプログラムコード、又はコンピュータによって読取可能なプログラムコードと呼ばれる。異なる実施形態のプログラムコードは、例えばメモリ１９０６又は永続記憶装置１９０８等の異なる物理的な又はコンピュータによって読取可能な記憶媒体上に具現化することができる。
【０３６２】
プログラムコード１９１８は、選択的に取り外し可能で、データ処理システム１９００にロードする又は転送して処理装置１９０４によって実行可能なコンピュータによって読取可能な媒体１９２０上に関数形式で位置している。プログラムコード１９１８及びコンピュータによって読取可能な媒体１９２０はこれらの実施例においてコンピュータプログラム製品１９２２を形成する。ある実施例では、コンピュータによって読取可能な媒体１９２０は、コンピュータによって読取可能な記憶媒体１９２４又はコンピュータによって読取可能な信号媒体１９２６であってよい。コンピュータによって読取可能な記憶媒体１９２４は例えば、永続記憶装置１９０８の一部であるハードドライブ等のメモリ素子に転送するために、永続記憶装置１９０８の一部であるドライブ又はその他のデバイスに挿入されるあるいは配置される光又は磁気ディスクを含むことができる。コンピュータによって読取可能な記憶媒体１９２４はまた、データ処理システム１９００に接続された、例えばハードドライブ、サムドライブ、又はフラッシュメモリ等の永続記憶装置の形態をとることもできる。ある場合には、コンピュータによって読取可能な記憶媒体１９２４は、データ処理システム１９００から取り外し可能でなくてよい。これらの実施例では、コンピュータによって読取可能な記憶媒体１９２４はプログラムコード１９１８を伝播させる又は送信する媒体の代わりに、プログラムコード１９１８を記憶するのに使用される物理的又は有形メモリ素子である。コンピュータによって読取可能な記憶媒体１９２４はまた、コンピュータによって読取可能な有形メモリ素子、又はコンピュータによって読取可能な物理的記憶媒体とも呼ばれる。つまり、コンピュータによって読取可能な記憶媒体１９２４は人が触ることができる媒体である。
【０３６３】
あるいは、プログラムコード１９１８はコンピュータによって読取可能な信号媒体１９２６を使用して、データ処理システム１９００に転送することができる。コンピュータによって読取可能な信号媒体１９２６は例えば、プログラムコード１９１８を含む伝播されたデータ信号であってよい。例えば、コンピュータによって読取可能な信号媒体１９２６は、電磁気信号、光信号、及び/又はその他任意の好適な種類の信号であってよい。これらの信号は、例えば無線通信リンク、光ファイバーケーブル、同軸ケーブル、金属線、及び／又はその他何らかの好適な種類の通信リンク等の通信リンクを介して伝達可能である。つまり、通信リンク及び／又は接続はこの実施例において物理的又は無線であってよい。
【０３６４】
ある有利な実施形態では、プログラムコード１９１８は、データ処理システム１９００内で使用するために、コンピュータによって読取可能な信号媒体１９２６を介して、別のデバイス又はデータ処理システムから永続記憶装置１９０８へネットワークを介してダウンロードすることができる。例えば、サーバデータ処理システムのコンピュータによって読取可能な記憶媒体に記憶されたプログラムコードは、サーバからデータ処理システム１９００までネットワークを介してダウンロードすることができる。プログラムコード１９１８を提供するデータ処理システムは、サーバコンピュータ、クライアントコンピュータ、又はプログラムコード１９１８を記憶し送信することができるその他何らかのデバイスであってよい。
【０３６５】
データ処理システム１９００について示した異なるコンポーネントは、アーキテクチャ制限をもたらすように意図されたものではなく、異なる実施形態を実行可能である。異なる有利な実施形態は、データ処理システム１９００について示したコンポーネントに追加の、あるいは代わりのコンポーネントを含むデータ処理システムにおいて実行可能である。図１９に示す他のコンポーネントは、図示した実施例から変更することができる。異なる実施形態は、プログラムコードを実行できるいかなるハードウェア装置又はシステムを使用して実行することができる。一例として、データ処理システムは無機コンポーネントと統合された有機コンポーネントを含むことができる、及び／又は全体的に人間以外の有機コンポーネントからなるものであってよい。例えば、メモリは有機半導体からなるものであってよい。
【０３６６】
別の実施例では、処理装置１９０４は特定使用のために製造された又は構成された回路を有するハードウェア装置の形態であってよい。この種のハードウェアは、メモリ素子からメモリへプログラムコードをロードして操作を行うように構成する必要なく、操作を行うことができる。
【０３６７】
例えば、処理装置１９０４がハードウェア装置の形態である時、処理装置１９０４は、回路システム、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理素子、又は複数の操作を行うその他何らかの好適な種類のハードウェアであってよい。プログラマブル論理素子については、デバイスは複数の操作を行うように構成されている。デバイスは後の時点で再構成することができる、又は恒久的に複数の操作を行うように構成することができる。プログラマブル論理素子の例は例えば、プログラマブル論理アレイ、フィールド・プログラマブル・論理・アレイ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、及びその他好適なハードウェアデバイスが挙げられる。この種の実行形態では、異なる実施形態のプロセスはハードウェア装置において実行されるため、プログラムコード１９１８は省くことができる。
【０３６８】
さらに別の実施例では、処理装置１９０４はコンピュータ及びハードウェア装置に含まれる処理装置の組み合わせを使用して実行可能である。処理装置１９０４は、プログラムコード１９１８を実行する複数のハードウェア装置及び複数の処理装置を有していて良い。この実施例では、幾つかのプロセスは複数のハードウェア装置で実行することができ、それと同時にその他のプロセスは複数の処理装置で実行することができる。
【０３６９】
別の実施例では、バスシステムを使用して通信ファブリック１９０２を実行することができ、バスシステムは例えばシステムバス又は入力／出力バス等の一以上のバスからなるものであってよい。当然ながら、バスシステムは、バスシステムに装着された異なるコンポーネント又はデバイスの間のデータの送信を可能にする任意の好適な種類のアーキテクチャを使用して実行することができる。
【０３７０】
加えて、通信装置はデータを送信する、データを受信する、又はデータを送受信する複数の装置を含むことができる。通信装置は、例えばモデム又はネットワークアダプタ、２つのネットワークアダプタ、又はこれらのいくつかの組み合わせであってよい。さらに、メモリは例えば通信ファブリック１９０２に含まれていて良いインターフェース及びメモリコントローラハブに含まれる等のメモリ１９０６、又はキャッシュであってよい。
【０３７１】
ここで、有利な実施形態による航空機の側面図を示す図２０を参照する。この実施例では、航空機２０００は、図１の第１航空機１０４、図１の第２航空機１０５、図３の第１航空機３０２、図３の第２航空機３０４、図４の第１航空機４０２、及び／又は図４の第２航空機４０４の一実行形態の一例である。
【０３７２】
図示したように、航空機２０００は、機体２００２に連結した一以上の推進ユニット２００４、機体２００２の操縦席２００６、翼アセンブリ２００８、尾部アセンブリ２０１０、着陸アセンブリ２０１２、制御システム（図示せず）、及び航空機２０００の適切な操作を可能にするその他の好適な種類のシステムを含む。ビークル中心衝突防止システムの少なくとも一つのコンポーネントは機体２００２内部に位置していて良い。しかしながら、衝突防止システムのコンポーネントは、航空機２０００の様々な部分全体に分散されていてよい。
【０３７３】
上記文章及び図面に示すように、第１経路１１６及び第２経路１１８を使用して、第１経路１１６に沿って移動している第１ビークルと第２経路１１８に沿って移動している第２ビークルの最接近点１２１を予測し、第１ビークル及び第２ビークルとの間の最接近点１２１と目標レベルの間隔１０６を使用して、第１ビークルの第１経路１１６を変更するための複数の補正コマンド１３０を生成する間隔管理モジュール１１２を含むシステムが開示されている。
【０３７４】
さらに、このシステムは複数の補正コマンド１３０を第１ビークルの複数の制御コマンド１３３に統合して、第１ビークルと第２ビークルとの間に目標レベルの間隔１０６を実質的に保つように第１ビークルを機動操作する複数の確定制御コマンド１４３を形成することができ、この複数の確定制御コマンド１４３に対する第１ビークルの応答は期待応答１４５である。
【０３７５】
加えて、このシステムは複数の補正コマンド１３０を生成するようにさらに構成することができ、間隔管理モジュール１１２は第１ビークルと第２ビークルとの間の最接近点１２１、目標レベルの間隔１０６、及び最接近点１２１に到達するまでの時間を使用して第１ビークルの第１経路１１６を変更するための複数の補正コマンド１３０を生成するように構成されている。
【０３７６】
ある変形例において、システムは第１ビークルが第１航空機１０４であり、第２ビークルが第２航空機１０５であることを含むことができ、さらにフライトコントロールモジュール６０２を含み、このフライトコントロールモジュール６０２は複数の制御コマンド１３３を生成して第１セットの制限関数を複数の制御コマンド１３３に適用し、間隔管理モジュール１１２は複数の補正コマンド１３０に第２セットの制限関数を適用するように構成されており、第１セットの制限関数と第２セットの制限関数は第１航空機１４０が好ましくない方法で飛行する可能性を軽減するように構成されている。
【０３７７】
さらに別の代替例では、目標レベルの間隔１０６は、必要レベルの間隔１３６、安全レベルの間隔１３８、及び規定レベルの間隔１４０のうちの一つから選択される。ある変形例では、複数の補正コマンド１３０を生成するように構成されている間隔管理モジュール１１２は、複数の確定制御コマンド１４３に対する第１ビークルの応答が期待応答１４５であるように選択された複数のパラメータを使用して、複数の補正コマンド１３０を生成するように構成されている。さらに別の変形例では、期待応答１４５は望ましい乗り心地、目標レベルの乗客の快適性、目標レンジの加速、期待応答時間、及び目標旋回率のうちの少なくとも一つを含む。
【０３７８】
したがって、異なる有利な実施形態によりビークル間の間隔を管理する方法及び装置が提供される。ある有利な実施形態では、ビークル間の間隔を管理する方法が提供されている。第１経路に沿って移動している第１ビークルと、第２経路に沿って移動している第２ビークルの最接近点が予測される。第１ビークルの第１経路を変更するための複数の補正コマンドは、第１ビークルと第２ビークルとの間の最接近点と目標レベルの間隔を使用して生成される。複数の補正コマンドは第１ビークルの複数の制御コマンドに統合されて、第１ビークルと第２ビークルとの間の目標レベルの間隔を実質的に保持するために第１ビークルを機動操作するように構成された複数の確定制御コマンドが形成される。複数の確定制御コマンドに対する第１ビークルの応答は期待応答である。
【０３７９】
本発明によるシステム及び方法の実施形態により、従来技術を超える重要な利点が提供されうる。様々な実施形態によるビークル中心衝突防止システムは、航空機の予測最接近点（ＣＰＡ）が所定の間隔境界を侵害すると予想される時に基づいて一以上の航空機の飛行経路を変更することができるため、有利である。この方法では、衝突防止は人間の介入なしに行うことができる。自動衝突防止により、ヒューマンエラー又は不適切な衝突防止操作の実施の可能性が軽減される又は除去されうる。さらに、様々な実施形態によるビークル中心衝突防止システムにより、地上の航空管制官が航空機の間隔を指示する必要性を減らすことができる。上記労力の節約により、航空管制官が以前可能だったよりも多くの航空機を管理することが可能になり得る。最後に、ビークル中心衝突防止システムは無人航空機においてもより良い制御とパーフォーマンスを可能にするために実行可能である。
【０３８０】
異なる有利な実施形態の記載は、図示及び説明の目的のために提示されたものであり、包括的、又は開示された形の実施形態に限定するように意図されたものではない。当業者には多数の修正及び変形例が明らかである。さらに、他の有利な実施形態と比較して、異なる有利な実施形態により異なる利点を得ることが可能である。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態及び実際の応用形態の原理を最適に説明するため、また、当業者が、考えられる特定の使用に好適である様々な修正を施した様々な実施形態の開示を理解できるように選択され記載されたものである。
【符号の説明】
【０３８１】
１００    ビークル管理環境
１０２    複数のビークル
１０４    第１航空機
１０５    第２航空機
１０６    間隔
１０８    コンピュータシステム
１１０    複数のコンピュータ
１１１    フライトコントロールシステム
１１２    間隔管理モジュール
１１３    センサシステム
１１４    空域
１１５    衝突のリスク
１１６    第１経路
１１８    第２経路
１１９    相対速度
１２０    時間
１２１    最接近点
１２２    第１速度
１２３    距離
１２４    第２速度
１２５    現在のレンジ
１２６    現在の距離
１２７    方向
１２８    目標レベルの間隔
１２９    現在の方向
１３０    複数の補正コマンド
１３１    新たな経路
１３２    機動操作のセット
１３３    複数の制御コマンド
１３６    必要レベルの間隔
１３８    安全レベルの間隔
１４０    規定レベルの間隔
１４３    複数の制御コマンド
１４５    期待応答
２００    境界線
２０３    空域
２０２    第１航空機
２０４    第２航空機
２０６    境界線
２０７    距離
２０８    境界線  
２０９    距離
２１０    境界線
２１１    距離
２１２    速度ベクトル
２１４    相対速度ベクトル
２１６    レンジベクトル
２１８    角度
２２０    距離
２２１    ベクトル
３００    航空交通管理環境
３０２    第１航空機
３０４    第２航空機
３０５    空域
３０６    飛行経路
３０７    位置
３０８    飛行経路
３０９    位置
３１０    最接近点（ＣＰＡ）
３１４    変更飛行経路
３１６    間隔境界
３２０    予測位置
３２２    予測位置
３２４    予測位置
４００    航空交通管理環境
４０２    第１航空機
４０４    第２航空機
４０５    空域
４０６    飛行経路
４０７    第１航空機の位置
４０８    飛行経路
４０９    第２航空機の位置
４１０    予測最接近点（ＣＰＡ）
４１２    最接近点（ＣＰＡ）
４１４    間隔境界
４１６    間隔境界
４１８    変更飛行経路
４１９    変更飛行経路
４２０    予測位置
４２２    予測位置
４２４    予測位置
４２６    予測位置
５００    アビオニクスシステム
５０１    コンピュータシステム
５０２    ナビゲーションシステム
５０４    飛行経路データベース
５０６    オートパイロット
５０８    フライトディレクタ
５１０    交通センサ
５１２    衝突防止コンピュータ
５１４    処理装置
５１６    メモリ
５１８    オートパイロット・インターフェース・モジュール
５２０    データベース・インターフェース・モジュール
５２２    フライトディレクタ・インターフェース・モジュール
５２４    衝突防止モジュール
５２６    コマンド統合モジュール
５２８    交通センサ・インターフェース・モジュール
５３０    データベース
６００    システム
６０２    フライトコントロールモジュール
６０４    衝突防止モジュール
６０６    軌道ジェネレータ
６２３    統合コンポーネント
７００    最接近点を予測する方程式
７０２    第１航空機
７０４    第２航空機
７０６    ベクトル
７０８    ベクトル
７１０    ベクトル
７１２    ベクトル
８００    ビークル中心衝突防止システム
８０２    ［軌道ジェネレータ］
８０６    衝突防止モジュール
１１００    システム
１１０２    フライトコントロールモジュール
１１０４    衝突防止モジュール
１１０８    現高度コマンド
１１０９    減算器
１１１０    結果
１１１２    高度補正  Ａ（ｓ）
１１１４    上昇加速コマンド
１１１６    第１制限関数
１１１８    第１制限加速コマンド
１１２２    現上昇率コマンド
１１２３    減算器
１１２４    結果
１１２６    上昇率補正コンポーネント
１１２８    上昇加速コマンド
１１３０    第２制限関数
１１３２    第２制限加速コマンド
１１３４    上昇高度コンポーネント
１１３６    上昇高度距離
１１３８    加算器
１１４０    予測高度
１１４４    最接近点での交通する航空機の予測高度
１１４６    すれ違い距離
１１４８    絶対値コンポーネント
１１５０    絶対すれ違い距離
１１５２    必要距離
１１５４    不確実性
１１５６    ゲイン
１１５８    結果
１１６０    加算器
１１６２    安全距離
１１６４    定常状態コンポーネント
１１６６    規定距離
１１６７    減算器
１１６８    結果的な距離
１１７０    関数
１１７２    回復距離
１１７４    上昇率コマンドコンポーネント
１１７６    上昇率コマンド
１１７８    第４制限関数
１１８０    上昇率制限コマンド
１１８２    間隔補正  Ｃ（ｓ）
１１８４    上昇加速コマンド
１１８６    加算器
１１８８    確定上昇加速コマンド
１１９０    第３制限関数
１１９２    確定制限上昇加速コマンド
１１９４    航空機の応答  Ｐ（ｓ）
１１９５    実際の上昇率
１１９６    実際の高度
１１９７    センサ
１１９８    センサ
１２０２    比例ゲイン
１２０４    積分ゲインコンポーネント
１２０６    積分リークゲイン
１２０８    加算器
１２０９    減算器
１２１０    結果
１２１１    結果
１２１２    出力
１２１４    結果
１３００    航空機
１３０２    交通する航空機
１３０４    レンジベクトル
１３０６    すれ違い距離ベクトル
１３０８    相対速度ベクトル
１３１０    ベクトル
１３１２    ベクトル
１４００    航空機
１４０２    交通する航空機
１４０４    速度ベクトル
１４０６    速度ベクトル
１４０８    相対速度ベクトル
１４１０    レンジベクトル
１４１２    ベクトル
１４１４    ベクトル
１５００    航空機
１５０２    航空機
１５０４    速度ベクトル
１５０６    速度ベクトル
１５０８    レンジベクトル
１５１０    ベクトル
１５１２    ベクトル
１６００    航空機
１６０２    航空機
１６０４    速度ベクトル
１６０６    速度ベクトル
１６０８    相対速度ベクトル
１６１０    レンジベクトル
１６１２    ベクトル
１６１４    ベクトル
１７００    航空機
１７０２    航空機
１７０４    空域
１７０５    位置
１７０６    相対速度ベクトル
１７０８    レンジベクトル
１７１０    間隔境界
１７１４    変更相対速度
１９００    データ処理システム
１９０２    通信ファブリック
１９０４    処理装置
１９０６    メモリ
１９０８    永続記憶装置
１９１０    通信装置
１９１２    入力／出力装置
１９１４    表示装置
１９１６    メモリ素子
１９１８    プログラムコード
１９２０    コンピュータによって読み取り可能な媒体
１９２２    コンピュータプログラム製品
１９２４    コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体
１９２６    コンピュータによって読み取り可能な信号媒体
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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