Horizontal miss distance filter system in order to suppress the error resolution warning

【発明の詳細な説明】 誤り分解能警報を抑制するための 水平外れ距離フィルタシステム発明の属する技術分野 本発明は、航空交通警報衝突回避システム（ＴＣＡＳ）に兼ね備えるべき誤り分解能警報（false resolution alerts）を抑制するためのシステムに適用される。 特に、この発明は、発射距離、発射距離レート及び発射距離加速度を提供するための放物線状距離追尾部を用いる水平外れ距離フィルタ（a horizontal mis s distance filter）に適用される。 発射距離加速度は、非零水平外れ距離での遭遇に対して誤り分解能警報が発生されたかもしれないことを識別するために利用される。 更に、この発明は、推定された水平外れ距離が衝突の虞れのない十分な距離かどうかを決定するために非零外れ距離を有する遭遇を更に評価するシステムに適用され、それによって分解能警報の抑制を保証する。 加えて、方位に基づく追尾部は、ＴＣＡＳシステムによって提供された方位情報に基づく水平外れ距離を規定するために用いられ、距離に基づく水平外れ距離か又は方位に基づく水平外れ距離の小さい方が、侵入航空機が衝突の虞れを問題とするかどうかを決定するために用いられる。 更に、分解能警報を誤って抑止するのを避けるために、マヌーバ(maneuver)が検知された際、マヌーバ検知論理が分解能警報を抑止することを妨げるように水平外れ距離フィルタ内へ組み込まれる。 従来の技術 所定の座席数以上の全ての業務用航空機で用いられる交通警報及び衝突回避システム（ＴＣＡＳ）は、「侵入」航空機に伴う切迫した衝突を航空機パイロットに警告するために備えられている。 ＴＣＡＳシステムは、トランスポンダを装備した侵入航空機を包囲して質問し且つ符号化応答を誘発する、航空機に備えられたビーコンを含む。 侵入位置は、極タイミング及び方向検知の決定によって決められる。 現在のシステムにおいて、時限進行最接近点(the timed closest point of approach :CPA)は距離観測値を用いて近似値を見いだす。 進行最接近点までの時間τ（Ｔａｕ）は、計算された距離レートで割った距離を用いて近似値を見いだす。 計算された時限進行最接近点が臨界値に達した際に、分解能警報がパイロットに発せられ、起こりうる衝突を避けるように特別な方法でマヌーバするようパイロットに通告する。 現在のＴＣＡＳシステムにおいて、予測は水平外れ距離に対しては計算されていない。 従って、パイロットは、分解能警報を受け取ることができ、侵入航空機が衝突の虞れを決して問題としないように実際に十分に水平に移動させるようにマヌーバするよう命令される。 このような誤り警報は、困りものであるだけでなく、航空機事故のリスクを増加する。 それは、航空機パイロットには緊急事態として表現されるが現実にはパイロットによる動作を必要としない間に、航路の突然な変更が不必要に引き起こされるからである。 このＴＣＡＳシステムの欠点は長く公知であり、未だ克服されていない。 考えられる水平外れ距離フィルタについての多数の研究が、１９７９年以来発表されており、John W.Andrewsらの「距離追尾に基づくＴＣＡＳ外れ距離フィルタリング」，リンカーン研究所、プロジェクトMemorandum No.42PM-TCAS-0052， １９９０年７月５日の文献に要約されている。 この文献は、距離追尾データを用いる水平外れ距離フィルタリングを実際に実現できないと結論づけている。 該文献は、距離に基づく外れ距離フィルタリングの多数の失敗態様に注目しており、 このように克服できないと結論づけて、装置に合理的な科学技術の改善を伴ってもできないとしている。 しかしながら、全ての従来技術は、距離の二乗及びその誘導を用いた距離に基づく外れ距離フィルタリングについて試みており、航空機のマヌーバを検知するための手段を含んでいなかった。 出願により公知な他の従来技術の参照例は、米国特許公報第３，８９８，６５ ６号、第５，２２７，７８６号、第５，１５７，６１５号、第５，１０７，２６ ８号、第５，０７５，６９４号、第４，９１０，５２６号、第５，０２９，０９ ２号、第５，０８１，４５７号、第５，２０８，５９１号、第５，０７７，６７ ３号、第５，１５３，８３６号、第５，３２１，４０６号、第５，３１７，３１ ６号、第４，３２２，７３０号、第５，０８９，８２２号、第５，２６４，８５ ３号、第５，２４７，３１１号、第５，２４８，９６８号、第５，２３５，３３ ６号、第４，４８６，７５５号、第５，３１３，２０１号、第５，０５８，０２ ４号、第５，２８０，２８５号、第５，２７２，７２５号、第４，７８２，４５ ０号、第５，１３８，３２１号及び第５，０７４，６７３号に含んでいる。 また、本出願人は、距離観測値を用いる交通警報及び衝突回避システムに関するいくつかの刊行物にも気づいている。 特に、Zhogin，AIらの「ＡＣＡＳの虞れ検知に対する推定接近」、ＵＳ／ＵＳＳＲ通信サブグループの第１ミーティング、レニングラード、１９９０年７月と、Zhog in，AIらの「距離追尾の放物線状推定手段による不必要な警報レートの削減」、ＵＳ／ＵＳＳＲ通信サブグループの第３ミーティング、レニングラード、１９９１年８月と、Zhog in，AIらの「 外れ距離フィルタリング及び距離追尾の放物線状推定の比較分析」、ＵＳ／ＵＳ ＳＲ通信サブグループの第３ミーティング、レニングラード、１９９１年８月とに参照される。 しかしながら、問題に対するこれらの従来の取り組みは、現時点の発明を規定する要素の連結を開示又は提案していない。 発明の概要 航空交通警報及び衝突回避システムからの誤り分解能警戒注意報メッセージを抑制するためのシステムが提供される。 該システムは、航空交通警報及び衝突回避システムからの侵入航空機の監視距離観測値を入力するためのサブシステムを含む。 該システムはまた、監視距離観測値入力システムに結合されており、複数の予測距離に基づくパラメータの少なくとも選択された１つを用いて、所定値よりも大きい水平外れ距離を決定するための距離追尾サブシステムを含む。 選択された予測距離に基づくパラメータは、所定の第１のスレッショルド値と比較される。 更に、該システムは、距離追尾サブシステム並びに航空交通警報及び衝突回避システムに結合されており、第１のスレッショルド値よりも大きくなる選択された予測距離に基づくパラメータに応じて分解能警報メッセージ伝達を抑止するための抑止サブシステムを含む。 図面の簡単な説明 図１は、自航空機と一対の起こりうる侵入航空機との概略的な説明図である。 図２は、侵入航空機に対する時間対距離レートのグラフである。 図３は、侵入航空機に対する時間対距離加速度のグラフである。 図４は、異なる外れ距離において侵入航空機に対する進行最接近までの時間対距離加速度のグラフである。 図５は、本発明のインタフェースを表すシステムブロック図である。 図６は、本発明のフローチャートである。 図７は、本発明のマヌーバ検知システムのフローチャートである。 図８は、進行最接近点までの時間対予測された水平外れ距離スレッショルドのグラフである。 発明の実施の形態 ここで図５から図８を参照して、航空交通警報及び衝突回避システム２１０から航空機のディスプレイ２３０に伝達された誤り分解能警報又は注意報を抑制するためのシステム２２０が表されている。 システム２２０は、水平外れ距離フィルタリングを提供しており、侵入航空機に対するパイロットのディスプレイ２３ ０へ自航空機からの水平移動が進行最接近点における所定の最小値よりも大きくなるように発射される分解能警報メッセージの伝達を抑止する。 誤り分解能警報を抑制するのに加えて、システム２２０は、侵入航空機の進行最接近点までの推定時間のより高精度な推定値を提供する。 システム２２０によって提供された問題及び解決法を理解するために、図１から図４を参照する。 図１に表したように、自航空機２００は、個々の高度及び速度で所定の航路上を飛んでいる。 自航空機２００の航空交通警報及び衝突回避システム（ＴＣＡＳ）は、２つの侵入航空機１１０及び１２０を検知する。 侵入航空機１２０は、航空機２００に対して実質的な衝突航路上を飛んでおり、ベクタ１０２により指示された距離によって航空機２００を移動させる。 ＴＣＡＳシステムの外国の航空機２００は、進行最接近点又は衝突の推定時間が所定の値に達する際に分解能警報を正確に発生し、起こりうる衝突を避けるようにマヌーバするよう航空機２００のパイロットに知らせる。 図に表されているように航空機２００及び１２０は、それらの進行最接近点において実質的に零の水平外れ距離（ＨＭＤ）を有することになる。 明らかに、侵入航空機１２０に相対する航空機２００のパイロットへの分解能警報メッセージは、正確であり且つ抑制されるべきでない。 水平外れ距離が零よりも大きい他航空機に対して、ＴＣＡＳシステム２１０によって伝達された分解能警報メッセージが抑制されるべきかどうかの決定は、２つの航空機の間の進行最接近点において発射水平外れ距離の大きさの関数であり、どちらかの航空機がマヌーバリングしているかどうかである。 自航空機２００に相対する侵入航空機１１０に注目して、時間ｔ１における航空機２００及び航空機１１０の間の距離は、ベクタ１０４によって示されている。 表されているように、航空機２００及び航空機１１０が反対向きであったとしても、ベクタ１０４、１０６及び１０８によって示されたように、それらの間には実質的な水平距離が存在する。 航空機２００及び航空機１１０は、互いに向き合って動作し、それらの間の距離をつめており、距離ベクタの大きさを減少する。 従って、時間ｔ２における航空機２００と航空機１１０との間の距離は、ベクタ１０６によって示され、該ベクタ１０６はベクタ１０４の大きさより実質的に減少した大きさを有する。 航空機２００と航空機１１０との間の進行最接近点において、距離は最小値となり、ベクタ１０８によって示され、実際に水平外れ距離に等しくなる。 このような水平外れ距離がある最小値よりも大きくなるように発射される際に、分解能警報メッセージは発せられるべきでないが、現在のＴＣＡＳシステム２１０は、虞れが考慮されることのない十分に大きい発射水平外れ距離を有するこのような侵入航空機をフィルタして除くためのより限定された手段を有する。 水平外れ距離フィルタシステム２２０は、ＴＣ ＡＳシステム２１０に対して衝突の虞れのない侵入航空機を確認する有効な能力を提供し、それによって、進行最接近点において発射水平外れ距離が必要な最小値よりも大きくなる侵入航空機に対して分解能警報メッセージ伝達を抑止するためにある。 航空機２００及び航空機１２０の間の距離の変化はリニアに減少し、２つの航空機の間の方位（アジマス）が互いに接近するよう変化しないようにする。 しかしながら、水平移動による侵入航空機１１０に対して、リニアでない航空機２０ ０と航空機１１０との間の距離の変化を提供する。 時間と共に変化する航空機２ ００と航空機１１０との間の距離のアジマス及び大きさは、進行最接近点まで減少し、２つの航空機が互いに反対方向で通過すると再び増加する。 自航空機から水平に移動させられた侵入航空機の時間に対する距離のリニアでない変化は、このような状態を識別するための手段を提供する。 しかしながら、短い時間での実際の距離値の変化が増加し、侵入航空機が実際に虞れがあるかどうかを識別できることが必要な時間間隔は、このような識別を高精度にするほど短くはならない。 ＴＣＡＳシステムは、いずれも１つのの観測値に対しておよそ３０ｆｔ（ＲＭＳ(Root Mean Square)）の精度を有する距離データを提供しており、航空機１１０に対する時間対距離のリニアでない曲線は、２フィートよりも短い距離でわずかに変化するかもしれない。 しかしながら、より大きい変化は、第１の誘導（速度）及び第２の誘導（加速度）のように、別の状態の変化でわかることができる。 図２を参照して、航空機１１０に対する時間対距離レートのグラフが表されている。 ２つの航空機が並んだ際に、速度曲線１１２は、進行最接近点において時間ｔ１の負の値から０まで単調に増加する曲線に従う。 航空機が互いに連続し且つ通過するように、曲線１１２のミラーイメージは、零参照線上に描かれており、正の距離レートを提供する。 同様に、時間対距離レートのグラフは、図３に表されており、単調に増加する曲線１１４を表している。 距離加速度データに注目して、１秒の距離観測値更新レートを用いており、フィルタされた加速度データは、０．４３ｆｔ／ｓ ²の加速度推定標準偏差を与える。 加えて、実際の航空機の軌道は、突風又は乱気流等の風のためにリニアな飛行から外れて予期しない航空機の動きにより影響されることがある。 このようにランダムで、計画的でないマヌーバは、ＲＭＳ加速度標準偏差の推定をおよそ０ ． ５ｆｔ／ｓ ²に増加する。 複数の標準偏差は、水平外れ距離が自航空機２００ に対する実際の虞れを構成するために零に十分に近くなる航空機を識別するために保存的な(conservative)スレッショルドを提供するために用いられる。 それによって水平外れ距離フィルタによって更に処理される必要がない。 距離加速度スレッショルドは、図４に示されるようにスレッショルド１．５ｆｔ／ｓ ²となる距離加速度に対する標準偏差を３度設定される。 特に図４に表されている例において、航空機は５００ｆｔ／ｓの速度で接近しており、特に航空機の高度において、分解能警報メッセージが２５秒の進行最接近点までの推定時間で伝達されることになる。 表しているように、２海里の発射水平外れ距離を有する航空機は、進行最接近より前の推定された５０秒でスレッショルド１２２を越える曲線１１６によって示された距離加速度を有しており、 現在のＴＣＡＳシステムによってフィルタされる。 １海里の発射水平外れ距離を有する航空機に対して、曲線１１７によって示されるように、進行最接近より前のおよそ３２秒でスレッショルド値１２２を越えており、現在のＴＣＡＳシステムによってフィルタされない。 従って、曲線１１７によって示されたケースにおいて、他の基準領域に遭遇したならば、進行最接近より前の時間２５秒でＴＣＡ Ｓシステムによって伝達される分解能警報は抑制されることができる。 相対する飛行航路が残りで変化しないならば、加速度曲線１１６及び１１７を有する航空機に対する外れ距離は、十分に虞れのないように移動させられ、それゆえこのような侵入航空機用のデータは更なる処理を正当とする。 しかしながら、０．５海里の発射水平外れ距離を有する航空機に対して、このように分解能警報メッセージが進行最接近より前の２５秒で伝送されたときの時間でスレッショルド１２２ より下に残る距離加速度を有する。 この場合、発射外れ距離が、回避的にマヌーバするために自航空機２００を正当とするために十分に接近するように分解能警報は抑制されないであろう。 ０．５海里よりも大きい水平外れ距離を有する侵入航空機は、虞れを考慮してもよく、以下の段落で記載されるように更なる処理に対して虞れのないことが識別される。 図５に表すように、水平外れ距離フィルタシステム２２０は、ＴＣＡＳシステム２１０からデータ２１２を受け取る。 このようなデータは、観測距離データを含んでおり、方位（アジマス）データを含んでいてもよい。 ＴＣＡＳシステム２ １０はまた、侵入航空機追尾を表示するためのパイロットのディスプレイ２３０ にデータ２１４を提供する。 ＴＣＡＳシステム２１０から供給されるデータを用いるＨＭＤフィルタシステム２２０は、発射水平外れ距離が虞れの限界を外側で確証される航空機に係合する分解能注意報メッセージを抑止しており、抑止されないこれらは線２２２でパイロットのディスプレイ２３０に伝達される。 変化する距離加速度状態の利用は、非常に小さい外れ距離を有する侵入航空機と別々に遭遇するためのシステム２２０を可能にし、実質的に零が考慮される。 別のフィルタリングは、十分に大きい水平外れ距離を有するものから小さい水平外れ距離を有する侵入航空機を分離するために必要とされ、更に故意にマヌーバリングしてもよい航空機を説明する。 ここで図６に向けては、システム２２０のブロックフロー図を表している。 Ｔ ＣＡＳシステムは、通常秒毎の放物線状距離追尾部１０に対して、所定の更新レートで監視距離観測値８を供給する。 放物線状距離追尾部は、侵入航空機までの（傾斜距離を観測した）監視距離観測値を受け取り、発射距離、発射距離レート、発射距離加速度及び距離追尾残差の推定値を出力するように生成する。 放物線状距離追尾部は、アルファ、ベータ及びガンマの追尾フィルタを距離観測値に適用する。 該フィルタは、以下のような放物線状の状態推定モデルを用いる。 Ａ _P ＝Ａ _S （１） Ｖ _P ＝Ｖ _S ＋ΔｔＡ _S （２） Ｒ _P ＝Ｒ _S ＋ΔｔＶ _S ＋Δｔ ² Ａ _S ／２ （３） Ａ _Pは予測距離加速度である。 Ｖ _Pは予測距離レートである。 Ｒ _Pは予測距離である。 Ａ _Sは平滑距離加速度である。 Ｖ _Sは平滑距離レートである。 Ｒ _Sは平滑距離である。 Δｔは最後の更新観測値と現在の観測値との時間間隔である。 残差Ｒ _Eは以下の等式を用いて計算される。 Ｒ _E ＝Ｒ _M −Ｒ _P （４） Ｒ _Mは現在の観測距離である。 平滑化(smoothing)は以下の等式に従って実行される。 Ｒ _S ＝Ｒ _P ＋αＲ _E （５） Ｖ _S ＝Ｖ _P ＋βＲ _E ／Δｔ （６） Ａ _S ＝Ａ _P ＋γＲ _E ／Δｔ ² （７） 平滑パラメータα、β及びγは表１に表されている。 用いられる個々のパラメータはデータの「硬度(firmness)」に基づいており、該硬度は目標の戻り(target return)が各々成功すれば増加され、目標の戻りが外れた際には減少される。 追尾硬度が零又は１である際の平滑化は、予測を必要とせず、即ち現在の観測値だけが用いられることにも注目すべきである。

開示された個々の平滑パラメータは、フィルタの個々の特性を最適化するために選択されている。 他のパラメータの値が、本発明の技術的な思想又は範囲から外れることなく用いられるかもしれない。 放物線状距離追尾部１０は、距離雑音推定部１４へ残差値（Ｒ

_E ）１２を出力し、図４に説明されたように、３シグマスレッショルド１２２と比較して、スレッショルドテストブロック１８へ平滑な距離加速度推定値（Ａ

_S ）１１を出力する。 距離雑音推定部１４は、ＴＣＡＳシステム２１０から受け取られた非常にノイジィなデータを補償するための手段を提供する。 距離雑音推定部１４は、距離観測値の雑音を推定し、且つスレッショルド１２２への調整を提供しており、雑音レベルが通常予測されるレベルよりも大きくなるように、検知された際に高いレベルになるよう引き上げる。 距離雑音推定部１４は、距離残差をモニタすることによって雑音を推定する。 距離残差は、アルファ、ベータ及びガンマ追尾部からの予測距離値と観測値との差を表す値を有する。 距離残差の標準偏差は、リニアな飛行中に距離追尾部に対する観測値エラーの標準偏差に直接比例する。 従って、残差の不一致を続けて推定することによって、距離加速度スレッショルドは、最小スレッショルドが１．５ｆｔ／ｓ

²であると共に、距離観測値の不一致の推定値に比例して調整され得る。 このように、同じ不注意な観測値雑音に近似する起こりそうな誤り外れ予測値を保持する。 距離観測値エラーの推定値は、距離残差の二乗に適用されるアルファフィルタによって提供される。 残差の平均２次モーメント(the average second moment)、以下の等式を用いて残差エラーの推定値として用いられる。 Ｒ

_E2 （ｎ＋１）は現周期からの残差の二乗である。 αは平滑パラメータであり、通常値は０．１である。 従って、残差の推定された標準エラーは以下の等式になる。 図６に表すように、距離雑音推定値が予測値を越える際にスレッショルドの上方向へ調節するために、距離雑音推定値１６は距離雑音推定部１４からテストブロック１８へ出力され、スレッショルドは以下のＴ

_A1の大きい方に等しくなる。 値１．５は加速度推定におけるエラーの公称３つの標準偏差である。 ３５ｆｔは残差の標準偏差の予測された値である。 従って、残差の推定された２次モーメントが３５ｆｔを越える際に、加速度スレッショルドが増加される。 加速度推定値がスレッショルドを越えない場合に、 フローはテストブロック１８から戻りブロック２０へ動作し、次のＴＣＡＳ周期までに外れ距離の処理を終える。 それゆえモニタされる個々の侵入航空機に対して発せられたある分解能警報は抑制されなくなり、それ自体は非常に小さくするべく発射水平外れ距離を有することになり十分零になるように考慮される。 発射水平外れ距離が十分零になるように発射されない場合に、距離加速度値は、その決定に対してスレッショルド対距離加速度値を用いており、フローは発射距離に基づく水平外れ距離の計算ブロック２４へ渡される。 距離に基づく水平外れ距離は、以下の等式を用いて発射される。 Ｒ

_HMD ＝ ［Ｒ

_S

² −（Ｒ

_S Ｖ

_S ）

² ／（Ｒ

_S Ａ

_S ＋Ｖ

_S

² ）］

^1/2

（１１） 発射距離に基づくデータに基づいた水平外れ距離に対するこの値は、水平外れ距離の選択ブロック２６へ出力される。 距離に基づく水平外れ距離の決定と平行して、方位に基づく追尾部２２は、更に水平外れ距離を推定する。 方位に基づく追尾部２２は、放物線状距離追尾部１ ０による距離観測値８の受け取りと同時に、ＴＣＡＳシステム２１０から監視方位観測値６を受け取る。 方位に基づく追尾部に対する状態推定値は、Ｒ

_BX 、Ｒ

_BY

、Ｖ

_BX及びＶ

_BYとしてデカルト座標(Cartesian coordinate)に保持される。 次いで、状態予測は以下の等式を用いて実行される。 Ｒ

_PX ＝Ｒ

_BX ＋ΔｔＶ

_BX （１２） Ｒ

_PY ＝Ｒ

_BY ＋ΔｔＶ

_BY （１３） Ｖ

_PY ＝Ｖ

_BY （１４） Ｖ

_PX ＝Ｖ

_BX （１５） Ｒ

_BX及びＲ

_BYは自航空機に相対する推定された侵入機の位置である。 Ｖ

_BX及びＶ

_BYは推定された遭遇速度である。 Ｒ

_PX及びＲ

_PYは自航空機に相対する予測された侵入機の位置である。 Ｖ

_PX及びＶ

_PYは予測された遭遇速度である。 Δｔは推定値の最後の更新と現在の観測値の時間との間の時間である。 観測値エラー共分散の形についての計算は、距離及び交差距離成分(cross-range components)への追尾残差を決めることによって成し遂げられる。 分離するアルファ及びベータの平滑パラメータは、距離残差及び交差距離残差に適用される。 これらの平滑パラメータは、そのエラーによって観測値を適当な重みづけ(prope rly weight)で選択される。 交差距離平滑パラメータは、２状態カルマンフィルタ回帰(two-state Kalman filter recursion)の使用によって決定され、一方、 距離平滑パラメータは固定される。 カルマン回帰は、遭遇の進行中、直接変化する交差距離観測値エラーを可能にする。 残差は、以下の等式を用いてデカルト座標内で最初に計算される。 ｘ

_m ＝ρ

_m ｓｉｎθ

_m （１６） ｙ

_m ＝ρ

_m ｃｏｓθ

_m （１７） Δｘ＝ｘ

_m −Ｒ

_PX （１８） Δｙ＝ｙ

_m −Ｒ

_PY （１９） ρ

_mは観測距離である。 θ

_mは観測方位である。 ｘ

_m及びｙ

_mは観測位置のデカルト表現である。 Δｘ及びΔｙはデカルト座標での観測値残差である。 これにより、残差は、距離及び交差距離の成分内で循環される(is rotated)。 Δρ＝Δｘｓｉｎθ

_m ＋Δｙｃｏｓθ

_m （２０） Δρ

_x ＝Δｙｓｉｎθ

_m −Δｘｃｏｓθ

_m （２１） Δρは距離観測値残差である。 Δρ

_xは交差距離観測値残差である。 次いで、平滑化は以下の等式に従って進行する。 Ｒ

_BX ＝Ｒ

_PX ＋α

₁ Δρｓｉｎθ

_m

−α

₂ Δρ

_x ｃｏｓθ

_m （２２） Ｒ

_BY ＝Ｒ

_PY ＋α

₁ Δρｃｏｓθ

_m

＋α

₂ Δρ

_x ｓｉｎθ

_m （２３） Ｖ

_BX ＝Ｖ

_PX ＋（Ｂ

₁ ／Δｔ）Δρｓｉｎθ

_m

−（Ｂ

₂ ／Δｔ）Δρ

_x ｃｏｓθ

_m （２４） Ｖ

_BY ＝Ｖ

_PY ＋（Ｂ

₁ ／Δｔ）Δρｃｏｓθ

_m

＋（Ｂ

₂ ／Δｔ）Δρ

_x ｓｉｎθ

_m （２５） 分割された平滑パラメータは、観測値の距離及び交差距離の成分に適用される。 α

₁及びＢ

₁は距離方位で適用すべき平滑パラメータであり、α

₂及びＢ

₂は交差距離方位で適用すべき平滑距離である。 距離平滑パラメータよりも小さい交差距離平滑パラメータをセットすることによって、方位観測値は有効に重みづけできない(effectively de-weighted)。 次いで、予測された外れ距離Ｂ

_HMDは以下の等式によってデカルト状態推定に基づいている。 Ｂ

_HMD ＝｜Ｒ

_bx Ｖ

_by −Ｒ

_by Ｖ

_bx ｜ ／［（Ｖ

_bx ）

² ＋（Ｖ

_by ）

² ］

^1/2 （２６） 方位に基づく外れ距離ｍは、ブロック２６内で距離に基づく外れ距離Ｒ

_HMDと比較され、距離に基づく水平外れ距離か又は方位に基づく水平外れ距離の小さい方が、テストブロック２８へ出力される。 従って、水平外れ距離の最も保存的(the most conservative)な発射は、分解能警報が抑止されるべきかどうかを決定するために用いられる。 テストブロック２８は、ブロック２６によって提供される発射水平外れ距離とスレッショルド値とを比較する。 水平外れ距離スレッショルドは、ＴＣＡＳ感度レベルの機能と進行最接近（τＲ）までの時間に基づく距離とを計算する。 ＴＣ ＡＳ感度レベルは、遭遇する高度によって確立される。 図８に表されるように、 予測された水平外れ距離スレッショルドは、図線１３０によって表される感度レベル３と、図線１３８によって示された感度レベル７との間で変化する。 感度レベル４についてのスレッショルド関係は図線１３２によって表されており、感度レベル５についての関係は図線１３４によって表されており、感度レベル６についての関係は図線１３６によって表されている。 従って、遭遇についての確立された感度レベルと処理周期の進行最接近までの時間とに基づいて、個々に予測された水平外れ距離スレッショルドはテストブロック２８内で用いられる。 発射水平外れ距離がこのスレッショルド値よりも小さければ、侵入航空機は、ＴＣＡＳ システムからパイロットのディスプレイへの妨害できない分解能警報の伝送を保証するために、自航空機に十分に接近(close)するように考慮されている。 従って、フローは、戻りブロック２０へ通され、分解能警報を抑制しないことは、現在のＴＣＡＳ周期の中でのシステム２２０によって提供される。 しかしながら、 水平外れ距離がスレッショルドよりも大きくなるように発射されるなら、これにより侵入航空機が自航空機に相対してマヌーバすることが決定されない限り、ある分解能警報は抑止されるべきである。 一方の航空機が故意なるマヌーバの処理中であるならば、これにより分解能警報が抑制されるべきでない。 発射水平外れ距離が、ブロック２８内のスレッショルドよりも大きくなるように決定されるところで、フローはブロック３０へ通され、チェックはマヌーバが検知されるかどうかを決定するようになされる。 ここで図７を参照して、システム２２０のマヌーバ検知サブシステム用の論理フロー図が表されている。 一機の航空機が速度において複数の変化を含むように複数の異なるマヌーバを有しているために、１つ以上のマヌーバ検知器がマヌーバ検知サブシステム内で用いられる。 実際に、５つのマヌーバ検知器が用いられており、マヌーバが発生することを、該検知器のいづれか１つが確証すればこのようにマヌーバ状態を確証する。 図６のブロック３０でテストされ、マヌーバ状態が確証された際に、図７に表されたサブシステムがフラグを設定する。 テストブロック３０は、マヌーバが確証したことを指示する際に、フローは、ある伝達された分解能は又はメッセージが抑制されないように戻りブロック２０へ通す。 しかしながら、マヌーバがテストブロック３０内で指示されないならば、フローは、現在のＴＣＡＳ周期のいずれかの分解警報メッセージを抑止するブロック３ ２へ通す。 マヌーバがテストブロック３０内に指示されたところで、現在のＴＣＡＳ周期の分解能警報を抑止しないことに加えて、システム２２０は、安定のために侵入航空機の状態を許すように固定された複数のＴＣＡＳ周期についてシャットダウンされる。 通常、水平外れ距離フィルタシステム２２０は、ある分解能警報メッセージが抑制するに正当な理由があるかどうかを決定するために、再度有効にされる前に１ ０回のＴＣＡＳ周期についてシャットダウンしてもよい。 第１のマヌーバ検知器５０は、非零外れ距離を有する侵入機にリニアに遭遇する間中、距離加速度は単調に増加するという観測に基づいている。 マヌーバ検知器５０は、連続して増加することを保証するべく距離加速度推定値を単に観測する。 距離加速度が増加していることを観測するために、アルファフィルタは繰り返し推定された距離加速度の差において置かれる。 アルファフィルタは、マヌーバ検知器をトリガすることに基づくランダムな雑音のために、距離加速度の急上昇を保持する。 有効なアルファフィルタの出力は、距離の第３の誘導の推定値であり、等式（７）から与えられた距離加速度の誘導である。 距離の推定された第３の誘導が零より低くなる際にマヌーバが宣言される。 このマヌーバ検知器用のアルファフィルタを規定する等式が以下に示されている。 ｄＡ

_S （ｎ）／ｄｔ＝ （１−α）ｄＡ

_S （ｎ−１）／ｄｔ＋α（Ａ

_P −Ａ

_S ） （２７） Ａ

_Sは等式（７）の結果である。 Ａ

_Pは等式（１）の結果である。 αは公称値が０．１であるフィルタの平滑パラメータである。 ｎは現ＴＣＡＳ処理周期である。 ｎ−１は前ＴＣＡＳ処理周期である。 それゆえ、ｄＡ

_S ／ｄｔが零よりも小さければ、マヌーバは検知部５０によって宣言される。 従って、距離に基づく距離加速度の計算は、放物線状距離追尾部１０によってテストブロック５０へ提供されており、距離加速度の誘導が零よりも小さいかどうかが決定される。 零よりも小さければブロック６０へ通され、マヌーバフラグがセットされ、図６のブロック３０によってテストされる。 マヌーバフラグをセットすることに続いて、フローは戻りブロック２０へ通される。 マヌーバがテストブロック５０で検知されなければ、フローは次のマヌーバ検知器５２へ通される。 第２のマヌーバ検知器５２は、距離加速度が零よりも小さいならばマヌーバが発生する事実を用いている。 距離加速度が零よりも小さいかどうかを決定するために、等式（１０）で計算された３シグマスレッショルドが用いられる。 従って、Ａ

_Sが−Ｔ

_A1よりも小さいならばマヌーバが宣言される。 第２ のマヌーバ検知器５２がマヌーバを指示するなら、フローは再びブロック６０へ通される。 しかし、マヌーバがテストブロック５２で検知されたならば、フローはブロック５４へ通され、多くのデカルト座標計算がデカルト座標追尾部５４によって行われる。 放物線状距離追尾部１０のように、デカルト距離追尾部５ ４は、ＴＣＡＳシステムによって提供された監視距離観測値を入力するものを有する。 デカルト追尾部５４の出力は、第３のマヌーバ検知器５６によって用いられる観測値残差である。 デカルト追尾部と放物線状距離追尾部との差は、状態推定モデルの中にある。 デカルト追尾部は、デカルト追尾部の距離加速度推定値が加速度スレッショルド１２２を越えるときはいつでも、放物線状追尾部と異なる状態推定モデルを用いる。 より詳細に、等式（１）、（２）及び（３）は以下の等式に代えられる。 Ｒ

_YS ＝Ｒ

_S Ｖ

_S ／Ｖ

_YS （２８） Ｖ

_YS ＝［Ｒ

_S Ａ

_S ＋（Ｖ

_S ）

² ］

^1/2 （２９） Ｒ

_XS ＝［（Ｒ

_S ）

² −（Ｒ

_YS ）

² ］

^1/2 （３０） これにより状態推定は、以下のデカルト座標で行われる。 Ｘ

_P ＝Ｒ

_XS （３１） Ｖ

_YP ＝Ｖ

_YS （３２） Ｙ

_P ＝Ｒ

_YS ＋ΔｔＶ

_YS （３３） Δｔは予測時間間隔である。 Ｘ

_P及びＹ

_Pは侵入機の予測水平位置である。 Ｖ

_Pは予測距離加速度のＹ座標である。 予測値がデカルト座標で行われるのに続いて、状態は以下の等式を用いて平滑化するために距離座標に反転して戻される(inverted back)。 Ｒ

_P2 ＝［（Ｘ

_P ）

² ＋（Ｙ

_P ）

² ］

^1/2 （３４） Ｖ

_P2 ＝Ｙ

_P Ｖ

_PY ／Ｒ

_P2 （３５） Ａ

_P2 ＝（Ｘ

_P ）

² （Ｖ

_PY ）

² ／（Ｒ

_P2 ）

³ （３６） 追尾残差及び平滑化は、放物線状距離追尾部に対して記載されているものと同様に実行される。 デカルト距離追尾部は、侵入航空機と自航空機との間のリニアな遭遇のより高精度な表示である。 このモデルの仮定がリニアな軌道に基づくために、マヌーバが発生される際にモデルの基本的な仮定に直面せず推定され、それによって著しく精度が悪くなる。 マヌーバリングしている航空機を確認するために用いら得ることがこの特徴である。 従って、デカルト追尾部の残差をモニタし、注目することによって、実際の観測値対そのフィルタの予測値がスレッショルド値よりも大きくなる際に、マヌーバが発生することを確認できる。 侵入航空機が自航空機を収束(converging)して軌道上を収束している際に、デカルト追尾部は、実際の距離観測値よりも大きくなる予測距離観測値を生成する。 観測距離値及び予測距離値との差が大きくかつ負になる際に、マヌーバが宣言される。 侵入航空機がマヌーバリングしており、且つその軌道が自航空機から発散(diverging)している場合に、観測距離値は予測距離値よりも大きくなる。 それゆえ、侵入機が収束しているか発散しているかどうかを決定するための残差の符号に注目できる。 従って、収束するマヌーバが検知された際にブロック６０内のマヌーバフラグをセットし、且つ軌道が発散する侵入機に対する誤り分解能警報を避ける。 従って、ブロック５６において、それが負かどうかを決定するために、観測距離Ｒ

_Mから発射されたデカルト座標に基づく距離Ｒ

_P2を引いたものが、零参照レベルの辺りでの所定の距離の不一致を規定する所定のスレッショルド値（Ｔ

_RV ）よりも小さく負であるかどうかを決定するために、残差をテストする。 この方法では、マヌーバが、 マヌーバ検知器５６によって検知された際に、収束するマヌーバを指示しており、残差が十分に負になり、フローがブロック６０へ通される。 マヌーバが検知されないか又はマヌーバが収束するように確認されたならば、フローは第４のマヌーバ検知器へ通される。 第４のマヌーバ検知器５８はまた、デカルト座標追尾部５４からのデータを用いている。 第４のマヌーバ検知器５８は、距離加速度が零よりも小さいならばマヌーバが発生するという事実を利用する。 それゆえ、デカルト座標計算を利用し、平滑な距離加速度値が３シグマ加速度スレッショルドと比較される。 ブロック５８において実行されるテストが、スレッショルド値よりも負である（ブロック５４において計算された）距離加速度を指示するならば、それによりフローは、 マヌーバが確認されていことを示すためにブロック６０へ通される。 加速度がスレッショルドよりも小さくないならば、フローはブロック６２へ通される。 第５のマヌーバ検知器６４は、自航空機と侵入航空機との間の相対速度の変化を検知しようとするものである。 侵入機の速度が自航空機に相対して減少しているか、又は自航空機の速度が侵入機に相対して減少しているならば、２つの航空機間の接近(closure)のレートが遅くなるように、正の距離加速度が発生される。 このマヌーバのタイプは、実際にこのような場合でないときに、大きい外れ距離(a high miss distance)を予測するように放物線状距離追尾部を「だます(fool)」ことになる。 第５の検知器６４が機能する個々の遭遇において、侵入機は、小さい水平外れ距離(a small horizonta l miss distance)を有してまっすぐな軌道上に加わる。 このような状況において、例え侵入機が速度を変更しているとしても、方位観測値は一定になり、この事実は速度変化マヌーバを確認するために用いられることができる。 従って、ブロック６２において、水平外れ距離Ｂ

_HMDの等式（２６）は、第５ の検出器６４への出力のために方位に基づく追尾部２２からのデータを用いて計算される。 テストブロック６４は、速度変化マヌーバが発生することを確認するために、方位に基づく水平外れ距離Ｒ

_HMDと、距離に基づく水平外れ距離Ｒ

_HMDの割合とを比較する。 通常、方位に基づく水平外れ距離は、発射距離に基づく水平外れ距離の半分よりも小さくなる際に、このように速度に基づくマヌーバを信頼して確認する。 進行最接近時間τ（Ｔａｕ）は、以下の等式を用いて推定される。 τ＝Ｒ

_P ／Ｖ

_P （３７） Ｒ

_Pは予測距離である。 Ｖ

_Pは予測距離レートである。 進行最接近までの時間は、大きい水平外れ距離での遭遇をフィルタリングするための手段でしかない。 より最近では、τは、用語ＤＭＯＤの使用によってできる限り加速するための計算に対して訂正されている。 衝突（進行最接近点）τ

_Rまでの正確な推定時間は、以下の等式によって確証されている。 τ

_R ＝−（Ｒ

_P −ＤＭＯＤ

² ／Ｒ

_P ）／Ｖ

_P （３８） Ｒ

_Pは距離追尾部の推定距離である。 Ｖ

_Pは距離追尾部の推定距離レートである。 ＤＭＯＤは侵入機の折り返しに逆らって保護を提供するために十分に大きい警報限界とするための正確な値である。 用語ＤＭＯＤは、安全な要素として推定されたτ値までの時間を本質的に加えている。 しかしながら、この値は、システム２２０の放物線状距離追尾部によって提供された加速度推定値をより高精度に利用することができる。 放物追尾部の距離加速度推定値の使用は、τ

_R関数の２つの特性を改善する。 第１に、放物線状追尾部の距離加速度推定値を利用することは、大きい水平外れ距離での遭遇に対して、よりゆっくりと減少する値τ

_Rを可能にし、減少された誤り警報レートを可能にしている。 第２に、τ

_Rの値は、負の距離加速度で遭遇する小さい水平外れ距離(small high miss distance)に対してより早く増加し、ミッドエアの航空機衝突検知(mid-air collision detection)の近くで改善されることを可能にする。 特に、このよりよい検知は、結果として「内側(inside)」戻りマヌーバのよりよい検知となる。 τ

_Rに対する補正を行うために、τ

_Rは第１に等式（３８）のように計算される。 放物線状追尾部の距離加速度が加速度スレッショルドよりも小さくなるならば、侵入機が抑止すべき必要がなくなるよう伝達された分解能警報メッセージのように、補正は必要ない。 他方で、距離加速度がスレッショルド上であって計算されるなら、距離レートに対する補正は、距離レートに対して計算される。 該距離レートは、推定された距離加速度が進行最接近点まで与えられたならば、以下の等式を利用する結果となる。 Ｖ

_C ＝Ｖ

_S ＋τ

_R Ａ

_S （３９） Ｖ

_Cは正確な速度である。 Ｖ

_Sは距離レートの放物線状追尾部の平滑な推定値である。 Ａ

_Sは距離加速度の放物線状追尾部の平滑な推定値である。 τ

_Rは等式（３７）の結果である。 これにより、τ

_Rは、正確な時間とτ

_Rとの間の平均的な予測距離レートを用いて再計算される。 τ

_R ＝−２（Ｒ

_S −ＤＭＯＤ

² ／Ｒ

_S ） ／（Ｖ

_S ＋Ｖ

_C ） （４０） この新しいτ

_Rの値は、分解能警報メッセージが個々の侵入航空機に対して伝達されるべきかどうかを決定するための臨界時間期間を確認する中での利用のために、ＴＣＡＳシステム２１０へ出力されることができる。 従って、ＴＣＡＳシステム２１０のような航空交通警報及び衝突回避システムに水平外れ距離フィルタシステム２２０を提供することによって、臨界航空安全システムの全体としての安全性及び有効性は、旅行大衆の利益を改善することができる。 意図された飛行路から不必要に航空機を外れさせ、それぞれの航空機パイロット及び航空機旅客にリスクを加えるような誤り警報の減少によって、システムの有効性が増加される。 水平外れ距離フィルタ２２０は、いくつかの異なる方法を用いて衝突の虞れのないように侵入航空機を識別し、航空機が速度又は方位のいづれかをマヌーバリングすることにより、起こりうる衝突の虞れを誤って外れることを避ける。 本発明は、特定の形態及びそれらの実施形態と結合して記載されてきたが、それは、前述で議論されたこと以外の種々の修正が、本発明の技術的な思想又は範囲から外れることなく助けとなることで高く評価されるであろう。 例えば、等価な要素は、特別に表され且つ記載されたものの代わりに用いられてもよく、特定の特徴は他の特徴に独立して用いられる。 特定の場合に要素の相対的な位置は、 逆転又は挿入されてもよく、従属請求項の中で規定されるように本発明の技術的な思想及び範囲から全く外れることはない。