特許 6033549 航空機の飛行経路を予測するためのデータの供給

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6033549

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】航空機の飛行経路を予測するためのデータの供給

(51)【国際特許分類】

   B64D 47/00 20060101AFI20161121BHJP

   G08G 5/00 20060101ALI20161121BHJP

【ＦＩ】

   B64D47/00

   G08G5/00 A

【請求項の数】14

【外国語出願】

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2012-7402(P2012-7402)

(22)【出願日】2012年1月17日

(65)【公開番号】特開2012-158322(P2012-158322A)

(43)【公開日】2012年8月23日

【審査請求日】2015年1月16日

(31)【優先権主張番号】11382020.3

(32)【優先日】2011年1月28日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】ロペス レオネス， ハビエル

(72)【発明者】

【氏名】カサド， エンリケ

(72)【発明者】

【氏名】ビラプラナ， ミゲル

(72)【発明者】

【氏名】ナバルロ， フランシスコ ア．

【審査官】 志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１０５９４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０２０４０１３７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特表２００５−５０４２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４８８２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｃ １／００ − ９９／００

Ｂ６４Ｄ １／００ − ４７／０８

Ｇ０８Ｇ １／００ − ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

形式言語を用いて表現された、１のフライトで遂行される航空機の飛行の意図の説明を供給する、コンピュータで実施される方法であって、
航空機の運動を説明する運動情報と、航空機の空力形状を説明する機体形状情報とを含む航空機の飛行方法を説明する情報をコンピュータで受け取ってデータベースに保存すること、
コンピュータで、フライトを１又は複数の飛行セグメントに分割すること、並びに
各飛行セグメントについて、
当該飛行セグメントについて保存された情報により規定されるのは航空機の運動のいずれの自由度かをコンピュータで決定することと、
その決定に基づいて、コンピュータで形式言語を用いて当該飛行セグメントの飛行の意図を表現することであって、形式言語で表現された飛行の意図が当該飛行セグメントの間の航空機の運動のいずれの自由度が規定されていずれの自由度が規定されないかを規定する、飛行の意図を表現することと、
形式言語で表現された飛行の意図に基づいて航空機の飛行経路を計算するシステムにコンピュータから形式言語で表現された飛行の意図を供給すること
を含む方法。

【請求項2】

コンピュータで飛行セグメントの飛行の意図を表現することにより、当該飛行セグメントの間の航空機の運動に対する効果を規定することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

各飛行セグメントが開始トリガー及び終了トリガーによって画定されており、最初の開始トリガー以外の各開始トリガーが、直前の終了トリガーに連結している、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

飛行セグメントの間の航空機の運動のいずれの自由度が規定されておりいずれの自由度が規定されていないかを規定する飛行セグメントコードを使用して、コンピュータで飛行セグメントの飛行の意図を表現することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

飛行セグメントの飛行の意図を表現することが、１の制約を、当該制約が航空機の運動に対して持つ効果によって規定することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

飛行セグメントの飛行の意図を表現することが、１の目的を、当該目的が最適化しようとする航空機の運動に対して持つ効果によって規定することを更に含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

制約及び目的の両方は、飛行セグメントの間に関連する自由度が未決である場合にのみ規定できる、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

飛行セグメントの飛行の意図を表現することが、航空機の意図の命令を規定することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

航空機の飛行経路（１２２）を予測する、コンピュータで実施される方法であって、
形式言語を用いて表現された１のフライトで遂行される航空機の飛行の意図（１０１）の説明を意図生成インフラストラクチャー（１０３）で受け取ることであって、形式言語で表現された飛行の意図（１０１）の説明が、航空機が従うべきフライトを構成する各飛行セグメントについて、当該飛行セグメントの間の航空機の運動のいずれの自由度が規定されていずれの自由度が規定されないかを規定しており、形式言語で表現された飛行の意図（１０１）の説明が、各飛行セグメントについて、航空機の飛行経路に対する制限を表す制約と航空機の飛行経路に関する欲求を表す目的を規定している、受け取ること、
フライトの間の航空機の飛行経路が明確に説明されるために必要な更なる情報をデータベースから意図生成インフラストラクチャー（１０３）で取得すること、
意図生成インフラストラクチャー（１０３）で、飛行の意図（１０１）の説明および当該更なる情報に基づいて、各飛行セグメントについての制約と目的が当該飛行セグメントの間に利用できる未決の自由度を使用することにより達成されるように、形式言語に従って航空機の意図（１１４）を表現すること、
航空機の意図（１１４）を表わす式を使用して、且つ航空機の性能モデル（１１８）と地球モデル（１２０）とを参照して、飛行経路計算インフラストラクチャー（１１０）により航空機の運動を規定する運動方程式を解くことにより、航空機の飛行経路（１２２）を明確に説明すること、並びに
航空機の飛行経路（１２２）の明確な説明を出力すること
を含む方法。

【請求項10】

形式言語を用いて航空機の意図を表現することが、航空機の飛行を説明する前記運動方程式を解くことにより航空機の飛行経路を計算するために必要な情報及び当該情報の位置への言及のうちの少なくとも一方を供給することを更に含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

航空機のコンピュータで別の航空機の航空機の意図に関連する形式言語で表現された一組の命令を受け取ること、並びに
当該コンピュータで飛行経路を相互に比較することにより、飛行経路間に生じうるコンフリクトを特定することと
を更に含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

航空機の飛行経路予測システムであって、
形式言語を用いて表現された１のフライトで遂行される航空機の飛行の意図（１０１）の説明を受け取る手段であって、形式言語で表現された飛行の意図（１０１）の説明が、航空機が従うべきフライトを構成する各飛行セグメントについて、当該飛行セグメントの間の航空機の運動のいずれの自由度が規定されていずれの自由度が規定されないかを規定しており、形式言語で表現された飛行の意図（１０１）の説明が、各飛行セグメントについて、航空機の飛行経路に対する制限を表す制約と航空機の飛行経路に関する欲求を表す目的を規定している、受け取る手段（１０３）と、
フライトの間の航空機の飛行経路が明確に説明されるために必要な更なる情報をデータベースから取得する手段（１０３）と、
飛行の意図（１０１）の説明および当該更なる情報に基づいて、各飛行セグメントについての制約と目的が当該飛行セグメントの間に利用できる未決の自由度を使用することにより達成されるように、形式言語に従って航空機の意図（１１４）を表現する手段（１０３）と、
航空機の意図（１１４）を表わす式を用いて、且つ航空機の性能モデル（１１８）と地球モデル（１２０）とを参照して、航空機の運動を規定する運動方程式を解くことにより、航空機の飛行経路（１２２）を明確に説明する手段（１１０）と、
航空機の飛行経路（１２２）の明確な説明を出力する手段（１１０）と
を備えているシステム。

【請求項13】

複数の航空機の飛行を説明する運動方程式を解くことにより当該複数の航空機の各々の飛行経路を計算するために必要な情報及び当該情報の位置への言及のうちの少なくとも一方を受け取る手段を更に備える、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

飛行経路を相互比較することにより、複数の航空機のいずれかの間に生じうるコンフリクトを特定する手段
を更に備えている、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、例えば航空交通流管理の間に、航空機の経路の予測を可能にするデータを供給することに関する。特に、本発明は、形式原語を用いて表現された飛行の意図を使用してそのようなデータを供給する方法である。

【背景技術】

【0002】

航空機の飛行経路を予測可能であることは、複数の理由により有用である。

【0003】

航空交通流管理（ＡＴＭ）は、航空機の飛行経路の予測能が向上することによって恩恵を受けると考えられる。航空交通流管理は、航空機の安全な分離という、空港周辺のような混雑した空間において特に厳しいタスクを担っている。正確な飛行経路の予測に基づくＡＴＭの意志決定支援ツールは、安全に大量の航空機に対処することを可能にする。

【0004】

飛行経路とは、航空機の経路の四次元的な説明である。このような説明は、時間の経過に伴う航空機の状態の変化ともいえ、この状態には、航空機の質量中心の位置と、速度、姿勢、及び重量といった航空機の運動の他の側面が含まれる。この恩恵は、空港内及び空港周辺においてＡＴＭが動作している場合に極めて大きい。

【0005】

空港における発着枠の需要が増大するにつれて、ＡＴＭには、航空機間の間隔を小さくすることによりキャパシティを増大させるという不断のプレッシャーが掛かっている。航空機の飛行経路の予測精度を上げることにより、安全性を損なうことなくこれを行うことができる。また、航空機の飛行経路の予測可能性を高めることにより、到着時間の決定精度が向上するので、地上での作業の調整も改善される。

【0006】

現在のＡＴＭの慣行では、航空機は通常設定されたルートを飛行しなければならない。例えば、空港に進入する際及び空港から出発する際に、航空機は、普通、それぞれＳＴＡＲ（標準ターミナル到着方式）及びＳＩＤ（標準計器出発方式）で飛行することを求められる。しかしながら、航空機のオペレーターは、オペレーターの嗜好に従って飛行の柔軟性を高めることにより、事業目的を更に追求することを求めている。

【0007】

更に、ＡＴＭシステムに対して、航空機の運航の環境インパクトの低減を促進するというプレッシャーが増大している。その結果、ＡＴＭシステムは、オペレーターが嗜好する飛行経路と、主に騒音及び排出ガスの観点から環境へのインパクトを最小化する飛行経路とを予測できなければならない。加えて、ＡＴＭシステムは、そのような飛行経路の説明をオペレーターと交換することにより、交通の問題に対して調整されたコンフリクトのない解決策に到達することができなければならない。

【0008】

航空機の飛行経路を予測できることは、例えば無人航空機（ＵＡＶ）の飛行計画をプログラミングする際、並びにそれらの飛行経路を命令する際及びそれらの飛行経路の相互干渉を排除する際に、ＵＡＶのような自律乗物の管理にとって利益となる。

【0009】

航空機の飛行経路を明確に予測するためには、航空機の挙動及び大気条件の両方のモデルとなる一組の微分方程式を解かなければならない。この計算プロセスは、飛行の意図から得られる、航空機の意図に対応する入力を必要とする。

【0010】

航空機の意図は飛行の意図から区別されなければならない。飛行の意図は、飛行計画の概念の一般化と考えられ、したがって意図されるルート又は要求されるルートやオペレーターの嗜好といった運航の制約及び目的を反映する。一般に、飛行の意図に含まれる情報が航空機の運動の全ての自由度を決定するとは限らないので、飛行の意図が航空機の飛行経路を明確に画定することはない。即ち、ある飛行の意図を満足する航空機の飛行経路が多数存在するということがありうる。このように、飛行の意図は、飛行の基本的な青写真であって、しかし明確な飛行経路を計算するために必要な特定の詳細に欠けるものとみなすことができる。

【0011】

例えば、ＳＴＡＲ又はＳＩＤの間に従わなければならない命令は、飛行の意図の一例に相当する。加えて、航空会社の嗜好も飛行の意図の一例を形成しうる。航空機の意図を決定するためには、ＳＩＤ手順のような飛行の意図の実例、航空会社の運航上の嗜好、及び実際のパイロットによる意思決定プロセスを組み合わせなければならない。これは、航空機の意図が、明確な飛行経路を供給するために飛行経路計算インフラストラクチャーによって使用される一組の構造化された命令を含むためである。このような命令は、航空機の機体形状の詳細（ランディングギヤの配置など）、及び進入操作や定常飛行の間に従うべき手順（特定の旋回半径を辿る、又は所定の対気速度を維持するなど）を含まなければならない。これらの命令は、航空機の運航を導くためにパイロット及び航空機の飛行管理システムが自由に使用できるように、基本的なコマンドや誘導モードを取り込んでいる。このように、航空機の意図は、パイロット及び／又は飛行管理システムが航空機の挙動を命令する方法の抽象化と考えられる。いうまでもなく、パイロットの意思決定プロセスは、例えばＳＴＡＲ／ＳＩＤに従う必要、又は飛行の意図によって規定される航空会社の運航手順の遵守といった、要求される手順の影響を受ける。

【0012】

航空機の意図は、運動方程式を解くために提示される一組のパラメータを使用して表現される。形式言語の理論を使用してこのような定式化を実施することができ、航空機の意図を記述する言語は、航空機の意図を表現する許容可能な組み合わせを決定し、即ち航空機の飛行経路の予測を可能にする命令及び規則の組を供給する。

【発明の概要】

【0013】

上記の背景に対して、第１の実施形態によれば、１回のフライトにおいて航空機が従うべき飛行の意図であって、形式言語を用いて表現された飛行の意図の説明を供給する方法は、航空機の運動を説明する運動情報と航空機の空力形状を説明する形状情報とを含む航空機の飛行方法を説明する情報を受け取ってデータベースに保存すること、飛行を１又は複数の飛行セグメントに分割し、各飛行セグメントについて、当該飛行セグメントについて保存された情報によって規定される航空機の運動自由度を決定すること、並びに形式言語を用いて当該飛行セグメントの飛行の意図を表現することにより、当該飛行セグメントの間に航空機のいずれの運動自由度が規定され、いずれの運動自由度が規定されないかを規定することを含む。

【0014】

別の実施形態によれば、航空機の飛行経路を予測する方法は、上述の任意の実施形態により、形式言語を用いて表現された飛行の意図の説明を供給するデータを読み取ること、フライト中に航空機の飛行経路の明確な説明が得られるように更なる情報を取得すること、形式言語を用いて飛行の意図を表現することにより、航空機の飛行経路を明確に説明すること、航空機の意図を表わす式を用いて、且つ航空機の性能モデル及び地球モデルを参照して、航空機の運動を規定する運動方程式を解くこと、並びに予測された飛行経路を説明することを含む。

【0015】

また別の実施形態によれば、航空機の飛行経路予測システムは、形式言語を用いて表現された飛行の意図の説明を供給するデータを読み取る手段、フライト中に航空機の飛行経路の明確な説明が得られるように更なる情報を取得する手段、形式言語で航空機の意図を表現することにより、航空機の飛行経路を明確に説明する手段、航空機の意図を表わす式を用いて、且つ航空機の性能モデル及び地球モデルを参照して、航空機の運動を規定する運動方程式を解く手段、並びに予測された飛行経路を説明する手段を含む。

【0016】

本発明の他の態様、並びに好ましい特徴は、特許請求の範囲に規定される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本発明の理解を促すために、例示のみを目的として、添付図面を参照する好ましい実施形態について後述する。

【0018】

【図1】図１は、飛行の意図と航空機の意図とを使用して航空機の飛行経路を計算するシステムである。

【図2】図２は図１のシステムを更に詳細に示している。

【図3】図３は、命令の分類を示す表である。

【図4】図４は飛行の意図を記述する言語の要素を示している。

【図5】図５は、飛行の意図を記述する言語要素を使用して記述された飛行の意図の事例の一実施例である。

【図6】図６は、異なる種類のトリガー条件を示す線図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

航空機の飛行経路を計算するシステム１００が、図１及び２に示されている。本出願人による米国特許出願公開第２０１０−０３０５７８１号（発明の表題「PREDICTING AIRCRAFT TRAJECTORY」には、航空機の意図が更に詳細に記載されている。本特許出願は、飛行の意図に関する。

【0020】

図１は飛行の意図１０１を使用して航空機の意図１１４を得るための方法、並びに航空機の意図１１４を使用して航空機の飛行経路１２２の説明を得るための方法を示している。基本的に、飛行の意図１０１は、意図生成インフラストラクチャー１０３への入力として供給される。この意図生成インフラストラクチャー１０３は、飛行の意図１０１によって供給される明確な命令を使用して航空機の意図１１４を決定し、更に一組の命令を裏付ける他の入力が供給されて、明確な飛行経路１２２の計算が可能になる。意図生成インフラストラクチャー１０３によって出力された航空機の意図１１４は、次いで、飛行経路計算インフラストラクチャー１１０への入力として使用される。飛行経路計算インフラストラクチャー１１０は、航空機の意図１１４と、航空機の運動方程式を解くために必要な他の入力とを使用して、明確な飛行経路１２２を計算する。

【0021】

図２は、図１のシステムを更に詳細に示している。

【0022】

図示のように、意図生成インフラストラクチャー（ＩＧＩ）１０３は、航空機の初期状態１０２の説明と共に、飛行の意図１０１の説明を入力として受け取る（航空機の初期状態１０２は飛行の意図１０１の一部と定義することができ、この場合これら２つの入力が同一であると効率的である）。意図生成インフラストラクチャー１０３は、意図生成エンジン１０４と一対のデータベースとを備えており、データベースの一方はユーザー嗜好モデル１０５を、他方は運航状況モデル１０６をそれぞれ保存している。

【0023】

ユーザー嗜好モデル１０５は、航空機を制御する好ましい運航戦略、例えば荷重（ペイロード及び燃料の両方）に関する航空会社の嗜好；航空機の水平方向及び垂直方向の経路と速度プロファイルとに影響する気温、風速、高度、ジェット気流、雷雨、及び乱気流といった気象条件にどのように反応するか；飛行時間又は飛行費用、メンテナンス費用、環境インパクトを最小化するような原価構成；通信容量；並びにセキュリティ上の考慮事項を具現化したものである。

【0024】

運航状況モデル１０６は、空域の使用上の制約を具現化したものである。意図生成エンジン１０４は、飛行の意図１０１、初期状態１０２、ユーザー嗜好モデル１０５、及び運航状況モデル１０６を使用して、出力として航空機の意図１１４を供給する。

【0025】

図２は、飛行経路計算インフラストラクチャー（ＴＣＩ）１１０が飛行経路エンジン１１２を含んでいることを示している。飛行経路エンジン１１２は、上述の航空機の意図１１４、及び航空機の初期状態１１６の両方を入力として必要とする。航空機の初期状態１１６は航空機の意図１１４の一部と定義することができ、この場合、これら２つの入力は同一であると効率的である。飛行経路エンジン１１２が、計算された航空機の飛行経路１２２の説明を供給する場合、飛行経路エンジン１１２は、２つのモデル、即ち、航空機の性能モデル１１８と地球モデル１２０とを使用する。

【0026】

航空機の性能モデル１１８は、飛行経路エンジン１１２が運動方程式を統合するために必要とする航空機の性能的側面の値を供給する。これらの値は、飛行経路が計算される航空機の種類、航空機の現在の運動状態（位置、速度、重量など）及び現在の局所的な大気条件によって決まる。

【0027】

加えて、性能の値は、航空機に意図される運航、即ち航空機の意図１１４によって決まる。例えば、飛行経路エンジン１１２は、航空機の性能モデル１１８を使用して、特定の航空機の重量、大気条件（気圧高度及び気温）、並びに意図される速度スケジュール（例えば、較正された一定の対気速度）に対応する瞬間的な降下率の値を供給することができる。飛行経路エンジン１１２はまた、航空機の運動が飛行エンベロープの範囲内に維持されることを保証するために、航空機の性能モデル１１８に対し、適用可能な制限の値を要求する。航空機の性能モデル１１８は、飛行経路エンジン１１２に対し、フラップ及びランディングギヤの配備時間といった航空機に固有のその他の性能関連側面を提供するという役割も担っている。

【0028】

地球モデル１２０は、大気の状態、気象条件、重力、及び磁気変動といった環境条件に関する情報を供給する。

【0029】

飛行経路エンジン１１２は、これらの入力と、航空機の性能モデル１１８及び地球モデル１２０とを使用して、一組の運動方程式を解く。複雑さを異にする様々な運動方程式の組を利用することができ、これは、特定の組の単純化の仮定を用いて航空機の運動の自由度を低下させることができる。

【0030】

飛行経路計算インフラストラクチャー１１０は、対気ベースのものでも、対地ベースのものでもよい。例えば、飛行経路計算インフラストラクチャー１１０は、航空会社の運航嗜好と事業目的とを取り込む予測された飛行経路に基づいて航空機を制御する航空機の飛行管理システムに関連付けられる。対地ベースの飛行経路計算インフラストラクチャー１１０の主要な役割は、航空交通流の管理を目的としている。

【0031】

航空機の飛行経路を説明する標準化された方式を使用して、空域のユーザーと管理者との相互運用性を高めることができる。更に、標準化された形式から専用の形式へと情報を変換することが必要であるとしても、現在飛行経路の予測を行う多くの従来式ソフトウェアパッケージ間における互換性が向上する。

【0032】

更に、標準化された方式は、飛行の意図１０１及び航空機の意図１１４にも有用に働く。例えば、飛行の意図１０１は、航空機の意図１１４の命令、及びその他の構造を使用することができる。加えて、航空機の運動の一部の側面しか判明していない場合に、本明細書に開示される飛行の意図１０１により、ユーザーは、航空機の意図１１４の定式化を可能にする航空機の意図の言語を拡張することができる。

【0033】

飛行の意図１０１は、航空機の意図１１４を拡大及び標準化した形式と考えることができるので、航空機の意図１１４を元に、飛行の意図１１４の標準化に使用される主要な概念の導入を併せて行うことが有用である。

【0034】

航空機の意図
好ましい一実施形態では、航空機の意図１１４の説明は、形式言語を用いて表現される。一定の時間間隔の間の航空機の飛行方法を規定する情報が受け取られ、航空機の空力形状を説明する機体形状命令と、航空機の運動を説明する運動命令とを含む一組の命令が生成される。この命令の組は、機体形状命令が航空機の空力形状を規定していることと、運動命令が、航空機の運動を説明するために使用される運動方程式の自由度を決定していることとを保証する一組のルールに準拠しているかどうかをチェックされる。航空機の意図の説明は、形式言語、即ち航空機の意図を記述する言語での一組の命令の表現式であり、航空機の飛行経路１２２を明確に規定する。この表現式を飛行経路計算エンジン１１２が使用して、航空機の運動を決定する運動方程式を解く。

【0035】

航空機の運動を説明する運動方程式の多数の組が従来技術に存在する。このような方程式の組は、通常、複雑さを異にしている。基本的には、これらの方程式の組のいずれを使用してもよい。運動方程式に登場する変数は航空機の意図１１４を規定する命令にも登場するため、運動方程式の実際の形式は、航空機の意図を記述する言語の定式化方法に影響する。しかしながら、飛行の意図１０１は、飛行の意図１０１が表現する航空機の意図１１４により、使用される特定の運動方程式に特有の詳細が何も特定されないという意味で、そのような制約を受けない。しかしながら、航空機の意図１１４は特定の組の運動方程式に特有であり、したがって変数を含みうる。

【0036】

運動方程式の組は、航空機を質量が変動する剛性の固体と考えた場合の、航空機の重心の運動を説明する。航空機の重心の位置（経度、緯度、及び高度）は３つの座標により説明され、航空機の姿勢（ロール、ピッチ、及びヨー）は３つの値により説明される。方程式を得るために、一組の単純化の仮説を、大気圏内の動力飛行を表わす一般式に適用することができる。

【0037】

運動方程式には、航空機の性能及び気象条件に関する変数が含まれ、これらは航空機の性能モデル１１８及び地球モデル１２０により供給される。これらの方程式を解くには、航空機の機体形状を特定しなければならない。例えば、ランディングギヤ、スピードブレーキ、及び高揚力装置の設定を決定するための情報が必要とされる。

【0038】

欧州特許出願公開第２０４０１３７号は、上述のように、７つの非線形常微分方程式からなる系を形成する運動方程式を、ランディングギヤ設定、高揚力装置設定、及びスピードブレーキ設定を含む所定の航空機の機体形状の画定に用いることを記載している。この運動方程式は、１の独立変数（時間）と１０の従属変数とを有し、したがって３の数学的自由度（即ち、従属変数の数−方程式の数）を有している。つまり、運動方程式をこのように選択することは、外形に関する３の自由度を規定して決定された解を得ることにより、航空機の飛行経路を明確に規定する必要があること、加えて、更に３の自由度を決定することにより航空機の機体形状を規定する必要がある（飛行経路１２２を取得するために、ランディングギヤ、スピードブレーキ、及び高揚力装置の入力が常に決定されていなくてはならない）ことを意味している。

【0039】

航空機の意図を記述する言語は、基本が命令である形式言語である。形式言語の文法は、運航を説明する文へと命令を組み合わせることができる枠組みを提供する。各運航は、必要とされる運動方程式中の６の自由度を決定する命令の完全な組を含み、したがって関連する運航インターバル中の航空機の飛行経路１２２を明確に規定する。

【0040】

命令は、パイロット及び／又は飛行管理システムの自由な基本的なコマンド、誘導モード、及び制御入力を取り込んでいる。各命令は、３つの主要な機能により特徴付けられる。

【0041】

命令の効果は、航空機の運動に対するその影響の数学的記述により規定される。命令の効果は、実行インターバル中の運動方程式と共に満たされなければならない数学的方程式として表現される。

【0042】

命令の意味は、その内在的な目的により与えられ、命令に取り込まれたコマンド、誘導モード、又は制御入力の運航上の目的に関連付けられる。

【0043】

実行インターバルは、命令が航空機の運動に影響している期間、即ち、運動方程式と命令の効果が同時に満足されなければならない期間である。複数の命令の実行は重複させることができ、このような命令は両立性と呼ばれる。両立不能な命令も存在し、これらは重複する実行インターバルを有することができない（例えば、航空機の上昇と下降のように相反する要求を生じる命令）。

【0044】

図３に示すように、命令は、まず命令の効果に焦点を当てて分割し、次いで両立不能な命令をまとめることによりグループ分けされる。最上位では、命令は、２つのグループ、即ち、機体形状命令２７０と運動命令２６０とに分割される。

【0045】

機体形状命令２７０は、高揚力装置、ランディングギヤ、及びスピードブレーキにより決定される航空機の瞬間的な空力形状に関する。このグループのメンバーの効果はどれも、関連するコンポーネントの位置の、時間の経過に伴う変化である。

【0046】

第１のグループは、高揚力形状、即ちＨＬＣと呼ばれ、高揚力装置の設定（ＳＨＬ）高揚力装置の法則（ＨＬＬ）、及び高揚力装置の保持（ＨＨＬ）という命令を含む。

【0047】

第２のグループは、スピードブレーキ形状、即ちＳＢＣと呼ばれ、スピードブレーキの設定（ＳＳＢ）、スピードブレーキの法則（ＳＢＬ）、オープンループスピードブレーキ（ＯＬＳＢ）、及びスピードブレーキの保持（ＨＳＢ）という命令を含む。

【0048】

第３のグループは、ランディグギヤ形状、即ちＬＧＣと呼ばれ、ランディングギヤの設定（ＳＬＧ）、及びランディングギヤの保持（ＨＬＧ）という命令を含む。

【0049】

航空機の機体形状は常に完全に決定されていなければならないので、これらのグループの各々からのアクティブな１の命令が常に存在しなければならない。

【0050】

運動命令２６０には、採用される操縦コマンド、誘導モード、及び航法戦略が取り込まれている。運動命令の効果は、命令の実行インターバルの間の自由度の１つを明確に決定する数学的方程式として規定される。３の自由度を決定するために、常に３つの運動命令がアクティブでなければならない。下記のように、運動命令は、それらの効果にしたがって１０のグループに分類され、各グループは両立不能な命令を含んでいる。
１．グループＳＧ−速度誘導： 速度の法則（ＳＬ）及び速度の保持（ＨＳ）を含む。
２．グループＨＳＧ−水平方向の速度誘導： 水平方向の速度の法則（ＨＳＬ）及び水平方向の速度の保持（ＨＨＳ）を含む。
３．グループＶＳＧ−垂直方向の速度誘導： 垂直方向の速度の法則（ＶＳＬ）及び垂直方向の速度の保持（ＨＶＳ）を含む。
４．グループＰＡＧ−経路角度の誘導： 経路角度の設定（ＳＰＡ）、経路角度の法則（ＰＡＬ）、及び経路角度の保持（ＨＰＡ）を含む。
５．グループＬＡＧ−局所高度の誘導： 高度の法則（ＡＬ）、及び高度の保持（ＨＡ）を含む。
６．グループＶＰＧ−垂直方向位置の誘導： 垂直経路の飛行（ＴＶＰ）を含む。
７．グループＴＣ−スロットル制御： スロットルの設定（ＳＴ）、スロットルの法則（ＴＬ）、スロットルの保持（ＨＴ）、及びオープンループスロットル（ＯＬＴ）を含む。
８．グループＬＤＣ−側方方向の制御： バンク角の設定（ＳＢＡ）、バンク角の法則（ＢＡＬ）、バンク角の保持（ＨＢＡ）、及びオープンループバンク角（ＯＬＢＡ）を含む。
９．グループＤＧ−方向誘導： コースの法則（ＣＬ）及びコースの保持（ＨＣ）を含む。
１０．グループＬＰＧ−側方位置の誘導： 水平経路の飛行（ＴＨＰ）を含む。

【0051】

航空機の意図に関して受け取られた情報（例えば、飛行の意図、オペレーターの嗜好、パイロットの選択、飛行手順など）は、上記グループの命令にマッピングすることができる。例えば、手動入力されるスロットルの制御は、ＴＣグループにマッピングされる。同様に、パイロットは、ＶＳＧ及びＰＡＧグループにマッピングされる速度及び経路角度の両方を含む降下手順を選択しながら、ＬＰＧグループにマッピングされる磁方位を維持することができる。

【0052】

下記のように、７つのルールにより命令の可能な組み合わせが決定される。
１．１の運航は６の命令を有さなければならない（下記３及び４に従う）。
２．各命令は異なるグループに属するものでなければならない（同じグループのメンバーは両立不能であるため）。
３．ＨＬＣ、ＬＧＣ、及びＳＢＣの各々（例えば、航空機の機体形状を規定する形状命令グループ）に属する命令をそれぞれ１つ有さなければならない。
４．グループＤＧ、ＬＰＧ、ＬＤＣ、ＴＣ、ＳＧ、ＨＳＧ、ＶＳＧ、ＰＡＧ、ＡＧ、及びＶＰＧのいずれか（即ち、３の自由度を決定する運動命令グループ）に属する命令を３つ有さなければならない。
５．ＤＧ、ＬＰＧ、及びＬＤＣに属する命令は１つしか有することができない（側方運動について相反する要件を避けるため）。
６．ＳＧグループ及びＨＳＧグループに属する命令は同時に存在することができない（速度について相反する要件を避けるため）。
７．グループＶＳＧ、ＰＡＧ、ＡＧ、及びＶＰＧに属する命令は同時に存在することができない（垂直方向の速度、経路角度、及び高度について相反する要件を避けるため）。

【0053】

上記のルールの文言は、飛行経路の計算に先立って航空機の飛行経路を明確に規定する全ての方法を取り込んだものである。したがって、航空機の意図が上記ルールに適合する１の事例には、航空機の唯一の飛行経路を計算するために必要十分な情報が含まれている。

【0054】

ここまで、航空機の意図について説明した。次に、飛行の意図についてもう一度考慮する。

【0055】

飛行の意図
特定の航空機の飛行経路は、所定の目的の組と、所定の制約の組との折衷として規定される。これらの制約及び目的は、特定の航空機の挙動に関係なく飛行の青写真と考えることができ、飛行経路に加味される制限として従わなければならない。上述のように、このような概念は飛行の意図と呼ばれる。重要なのは、飛行の意図により航空機の運動が明確に決定されなくてもよいということである。原理的には、所与の飛行の意図により規定される制約の組を満たす多数の飛行経路があってよい（無限にあってもよい）。飛行の意図と航空機の意図との関係を別の観点から考慮すると、飛行の意図の一事例が一連の航空機の意図を生じ、航空機の意図の各事例が個別の明確な飛行経路に帰結するといえる。特定の航空機の意図の決定、即ち最終的な飛行経路の決定は、意図生成エンジン１０４により行われる。

【0056】

上述のように、飛行の意図の各事例は、航空機の運動を一義に決定することはないが、航空機が運動する上で留意するべき特定の側面を規定する一組の高レベル条件（例えば、特定のルートを飛行すること、特定の領域では固定速度を保つこと）を含む飛行経路関連情報を含んでいる。飛行の意図は、重要な運航目的及び制約を取り込んだものであり、飛行経路はこれらの目的及び制約（意図されたルート、オペレーターの嗜好、標準運航手順、ＡＴＣの制約など）を満たさなければならない。

【0057】

飛行の意図を生成するために直接使用される情報を考慮すると、同様の要素を３つの構造分類、即ち飛行セグメント、運航状況、及びユーザーの嗜好にグループ化することができる。

【0058】

飛行セグメントは、組み合わせると、フライト中に航空機が飛行する飛行経路を形成する。運航状況は、一次元又は二次元において航空機が飛行する飛行経路を制限するＡＴＭの制約の組を含む。これらには、高度の制約、速度の制約、上昇／降下の制約、機首方位／ベクタリング／ルートの制約、標準手順の制約、ルート構造の制約、ＳＩＤの制約、ＳＴＡＲの制約、並びに、調整及び転移の制約（例えば、速度及び高度の範囲や、１のセクターから次のセクターに移動するときに全てのフライトにおいて留意されるべき入口点及び出口点の位置）が含まれうる。ユーザーの嗜好は、普通、安全性及び効率に向けられ、通常はユーザーによって異なる。最も一般的なユーザーの志向は、ペイロード重量の最大化、燃料消費の最小化、超過飛行費の最小化、着陸料の最小化、メンテナンス費用の最小化といった運航利益と、ＣＯｘ及びＮＯｘ排出量の最小化、騒音放射の最小化といった環境インパクトの最小化と、乗客の快適さの向上（例えば、急な操縦及び極端な操縦の回避）、遅延の短縮といったサービスの質とに関連している。

【0059】

飛行の意図を記述する言語（ＦＩＤＬ）
記号又は文字（アルファベット）からなる空でない有限集合から構成されて、一組の文字列又は語句を生成するために使用される形式言語を用いて飛行の意図を表わすことが提案される。文法、即ちアルファベットから文字列へ、及び文字列から文への許容可能な連結を決定する一組のルールも必要となる。

【0060】

アルファベットには、図４に示されるように、３種類の文字、即ち飛行セグメント、制約、及び目的が含まれる。後述する文法規則に従うこれらの要素の適切な組み合わせにより、１の文が形成される。１の文は、飛行セグメントを順番に、即ち発生順に並べたものであり、航空機の運動を左右するのにアクティブな種々の制約と目的とが含まれている。

【0061】

アルファベットに含まれる飛行セグメントは、航空機の運動状態の、１の状態から別の状態への変更（例えば、３Ｄの１の点から別の３Ｄの点への平行移動、２つのコースの間での方向転換、２つの速度間での加速、又は高度の変更）の意図を表わしている。飛行セグメントは、飛行すべき飛行経路に特定の要件を確立する条件又は事象により特定される２つの航空機の運動状態によって特徴付けられる。これらの条件は、飛行セグメントの実行インターバルを表わす。このような条件は、飛行セグメントの間の航空機の運動の１又は複数の自由度を決定することができる。

【0062】

制約は飛行経路に対する制限を表わし、このような制約は、適用可能な１又は複数の飛行セグメントの間に利用できる未決の自由度を使用することにより満たされる。

【0063】

目的は、特定の一次関数（例えば、費用を最小化する巡航）を最大化又は最小化する飛行経路に関する欲求を表わしている。目的は、飛行セグメントに影響する制約を考慮するために使用されるものを除いて、適用可能な飛行セグメント中に利用できる未決の自由度を利用することによって達成される。

【0064】

これら３つの要素を組み合わせることにより、有効なＦＩＤＬ文字列として語句を構築することができる。例えば、「地点ＲＵＳＩＫから地点ＦＴＶまで飛行する」という飛行の意図の情報は、初期状態が地点ＲＵＳＩＫの座標により規定され、最終状態が地点ＦＴＶの座標によって規定される飛行セグメントを含むＦＩＤＬ語句によって表現することができる。このような飛行の意図の情報は、「飛行レベルを３００フィート（ＦＬ３００）より上に維持する」などの制約により拡大することができる。同様に、ＦＩＤＬ語句に対し、飛行経路を左右する何らかの目的に関するこのような情報を付加することが可能である。全ての制約又は目的が飛行セグメントに適合することを確実にするために、自由度として表現される航空機の運動の影響される側面は、飛行セグメントによって予め決定されていてはならない。前例では、飛行セグメントがどのような垂直方向の挙動も規定していないことにより、飛行レベルの制約は飛行セグメントに適合する。しかしながら、飛行セグメントに、ＲＵＳＩＫとＦＴＶの間で航空機が一定の経路角度で降下することが明示されている場合、垂直方向の自由度は決定されており、制約は許容されない。したがって、後述されるＦＩＤＬの語彙規則は制約を禁じている。

【0065】

多くの場合、制約及び目的は、複数の飛行セグメントからなる１のシーケンス全体に亘る。１の制約又は目的は、それが影響しうる一組の連続する飛行セグメントに関連付けることができる。このことは、このような制約又は目的が、第１の飛行セグメントの初期状態が達成された直後から最後の飛行セグメントの最終状態まで、航空機の意図の生成プロセスにおいて考慮されることを意味する。これは、この制約又は目的が全ての飛行セグメントに影響することを意味しているのではなく、この制約又は目的が、全ての飛行セグメントについて考慮され、特定の飛行セグメントにおける航空機の運動に影響することもあれば又はしないこともあるということを意味する。

【0066】

図５は、上記３つの要素を使用して表現されたＦＩＤＬシーケンスをグラフで示している。この図は、地点ＲＵＳＩＫから地点ＦＡＹＴＡまで、途中の地点ＦＴＶにおいて方向転換することにより飛行するという意図を表わしている。このシーケンスは以下の要素によって形成される。

【0067】

飛行セグメント
ＦＳ_１： 地点ＲＵＳＫＩによって規定される初期状態と、地点ＦＴＶにおける方向転換操作の開始によって規定される最終状態との間
ＦＳ_２： 地点ＦＴＶにおける方向転換操作の開始と終了との間
ＦＳ_３： 地点ＦＴＶにおける方向転換操作の終了により規定される初期状態と、地点ＦＡＹＴＡにより規定される最終状態との間

【0068】

制約
Ｃ_１： コース２２３°を維持するという側方の制限
Ｃ_２： ２５０ノット較正対気速度以下（ＡｏＢ）で飛行するという速度制限
Ｃ_３： ５０００フィート以上（ＡｏＡ）で飛行するという高度制限

【0069】

目的
Ｏ_１： 費用を最小化すること

【0070】

初期状態及び最終状態は開始トリガー及び終了トリガーにより規定され、開始トリガー及び終了トリガーは、飛行経路上での飛行セグメントの効果のアクティブ化とアクティブ解除を示す。１の飛行セグメントの開始トリガーは、直前の飛行セグメントの終了トリガーに常に連結する。第１の飛行セグメントの開始トリガーは、フライトの初期条件に連結する。

【0071】

飛行セグメント
１の飛行セグメントの属性は、効果、実行インターバル、及び飛行セグメントコードである。

【0072】

効果は、飛行セグメントの間の航空機の挙動に関する情報を供給し、その情報は、ゼロから、その飛行セグメントの間に航空機がどのように飛行するかに関する完全な説明までの多様性を有する。効果は、常に、航空機の意図を記述する言語（ＡＩＤＬ）による命令のグループにより形成される集合要素であるコンポジットか、又は他のコンポジットの組み合わせであるコンポジットにより特徴付けられる。明確な情報がなくとも１の効果を定義することができるため、コンポジットの概念は、ＡＩＤＬ命令が何もなくても構築されるコンポジットを含むというように一般化されているがそうではなく、コンポジットの概念はその開始トリガー及び終了トリガーのみにより定義される。このような定義は、飛行セグメントに亘って航空機の挙動が未知である場合をサポートする。

【0073】

コンポジットは、上述のＡＩＤＬの語彙規則に従ってＡＩＤＬ命令を連結させた結果であるが、６の自由度を決定するという要件を満たす必要はない。航空機の運動に対する飛行セグメントの効果は、コンポジットを作り上げるＡＩＤＬ命令の個々の効果の集合に相当する。

【0074】

実行インターバルは、飛行セグメントがアクティブである期間を定義し、航空機の初期状態と最終状態を定義する。実行インターバルは開始トリガー及び終了トリガーによって固定され、これらのトリガーは、この飛行セグメントを定義するコンポジットの開始トリガー及び終了トリガーと同じでなければならない。

【0075】

開始トリガー及び終了トリガーは、図６に示されるように、異なる形態をとることができる。明示トリガー３１０は、固定トリガー３１２と浮遊トリガー３１４とに分けられる。黙示トリガー３２０は、連結トリガー３２２、自動トリガー３２４、及び初期設定トリガー３２６に分けられる。

【0076】

まず、明示トリガーの場合、固定トリガーは、例えば固定時刻に対気速度を設定するといったような、実行インターバルを開始又は終了させる特定の時刻を指す。浮動トリガーは、実行インターバルを開始又は終了させる特定の値に到達する速度又は高度のような、航空機の状態変数に基づいている。一実施例では、高度が１００００フィートを超えるまで、対気速度を２５０ノットＣＡＳ未満に維持する。

【0077】

次に黙示トリガーの場合、連結トリガーは、別の飛行セグメントを基準にすることにより特定される。このように、一連のトリガーが論理的に順序付けられた飛行セグメントのシーケンスを形成する場合があり、開始トリガーの連鎖は直前の飛行セグメントの終了トリガーに基づいている。

【0078】

自動トリガーは、条件が満たされたかどうかを決定する責任を、飛行経路計算エンジンに任せる。このような構成は、それらの条件が意図生成時に不明であって飛行経路計算時でなければ判明しない場合に必要である。一実施例は、一定のバンク角でフライバイを実行する意図を有する航空機がＶＯＲラジアルを飛行することにより、別のＶＯＲラジアルを横切る場合である。意図生成時には、旋回を開始する時点に関する情報はない。その代わり、この時点は、飛行経路計算エンジンによって計算される（多くの場合、問題の様々な解法を繰返す）。

【0079】

初期設定トリガーは、航空機の性能モデルを参照することに基づいているので、意図生成時には不明であり、飛行経路計算時に決定される条件を表わす。バンク角設定命令の上記実施例は、自動開始トリガーを有していた。上記実施例の初期設定終了トリガーは、航空機の性能モデルにより供給される航空機のバンク角の時間の経過に伴う変化を定義する法則により決定される。

【0080】

飛行セグメントコード
飛行セグメントコードは、飛行セグメントの効果を特徴付けるコンポジットにより決定されない航空機の運動の自由度を示す文字数字の列である。この情報は、これらの要素が未決の自由度に影響する場合にのみ組み合わせることができるため、制約及び目的に用いられる。飛行セグメントコードは、以下のように、５つ又は６つの数字／文字により形成される。最初の４桁は、１又は０の値をとり、機体形状設定に対応する３の自由度（ランディングギヤ、スピードブレーキ、及び高揚力装置）と、航空機の運動を規定する側方の自由度とに関連している。値は、自由度が未決か決定済みかを示し、例えば、０は決定済みを、１は未決を示す。次の位置は、縦方向の両自由度が決定済み（０）であるか、両方が未決（１）であるか、又は一方のみが未決であるかを示すために、Ｓ、Ｖ、Ｐ、１、又は０のいずれかでありうる（いずれの自由度が決定済みであるかに応じたＳ、Ｖ、Ｐの組み合わせ）。最後の実施例の場合、このコードは、制約又は目的によって影響されうる航空機の運動の側面を示す。

【0081】

飛行セグメントコードの一例は０１１０ＶＰである。最初の位置が０であることは、ランディングギヤ（ＬＧ）自由度が決定済みであることを示している。第２の位置が１であることは、スピードブレーキ（ＳＢ）に関する自由度が未決であることを示している。第３の位置が１であることは、高揚力装置（ＨＬ）に関する自由度が未決であることを示している。第４の位置が０であることは、側方運動（ＬＴ）に関する自由度が決定済みであることを示している。第５及び第６の位置がそれぞれＶ及びＰであることは、縦運動に関して未決である自由度が１のみであることを示している。文字は、垂直方向のプロファイル（ｖ）又は推進プロファイル（Ｐ）に影響する制約又は目的を付加することが可能であることを示している−Ｓは速度プロファイルに関する。

【0082】

コンポジット
上述のように、コンポジットは、一組のＡＩＤＬ命令、又は他のコンポジットにより形成された集合要素である。コンポジットは、６全ての自由度を決定する必要なくＡＩＤＬ文法規則に従って構築される。コンポジットは、３つの属性、即ち、効果、実行インターバル、及びコンポジットコードを有している。

【0083】

効果は、コンポジットを定義する各ＡＩＤＬ命令の個々の効果の付加である。効果を有さないコンポジットを生成することもできる。このようなコンポジットは、航空機の挙動が完全に不明である飛行セグメントを特徴付けるという特別なタスクを有している。実行インターバルは、コンポジットがアクティブなインターバルを定義する。実行インターバルの定義は、開始及び終了トリガーの説明を含めて、上記に説明したものに相当する。

【0084】

コンポジットコードは、コンポジットを定義するＡＩＤＬ命令に含まれる情報を圧縮したものである。エンコードされる情報は、ＡＩＤＬ命令によって決定される自由度によって決まる。コンポジットコードは飛行セグメントコードに似ているが、コンポジットコードが命令によって決定済みの自由度を示す一方、飛行セグメントコードは未決の自由度を示す。

【0085】

合成プロセスの間にコンポジットを分類して異なるコンポジット間の両立性を特定するために、各コンポジットをそのコンポジットコードにより示す。コンポジットコードは、１のコンポジットに含まれるＡＩＤＬ命令中に存在する文法情報、影響される自由度、及び縦方向の自由度中のプロファイルを集める。有効なコンポジットを構築するための基本的な規則は、ＡＩＤＬ命令を組み合わせる間に、ＡＩＤＬ語彙規則１（上記参照−６全ての自由度の決定）以外のＡＩＤＬ文法規則を考慮しなければならないということである。

【0086】

コンポジットコードは、６〜１０の数字／文字からなる文字数字の列である。最初の４桁は、１（命令が存在する）又は０（命令が存在しない）の値をとり、３の機体形状自由度（順に、ランディングギヤ、スピードブレーキ、及び高揚力装置）と、側方自由度とに関連している。最後の４桁は、速度（Ｓ）、垂直プロファイル（Ｖ）、及び推進プロファイル（Ｐ）に属する縦方向の運動に関するＡＩＤＬ命令がコンポジットに含まれているかどうかを示す一組の文字（Ｓ、Ｖ、及びＰの組み合わせ）である。最後の０は、２つの縦方向スレッドのうちの一方が命令を含まない場合にだけ使用される。コンポジットコード１００１Ｓ０は、このコンポジットが、ランディングギヤに関する命令により（１桁目が１である）、側方運動について（４桁目が１である）、且つ速度にのみ関連する縦方向の自由度の１つについて（５及び６桁目がそれぞれＳ及び０である）形成されていることを意味する。

【0087】

制約
制約は、航空機が辿る飛行経路を制限することができる規則又は制限である。制約は、航空機のオペレーター、運航状況、又は航空交通管制によって自ずと課されるものである。いずれにせよ、航空機の運動に及ぼされる最終的な効果は、特定のインターバルの間の航空機の挙動に対する制限である。

【0088】

制約の属性は、効果、適用ドメイン、及び実行インターバルである。効果は、航空機の運動に対する制約の影響を表わす数式である。この影響は、方程式を定義して航空機の運動の１自由度を決定することに相当する。適用ドメインは、制約がアクティブであって、その効果が航空機の運動に適用されるインターバルを定義する。このドメインは、空間的インターバル、時間的インターバル、又はもっと複雑なインターバルとすることができる。開始トリガー及び終了トリガーが実行インターバルの範囲を示す。任意の制約の開始トリガー及び終了トリガーは、関連する飛行セグメントの開始トリガー及び終了トリガーとそれぞれ連結している。これらのトリガーは、制約が航空機の運動に影響するところを規定するのではなく、制約がアクティブとなるときを規定するだけである。制約が航空機の運動に影響するときを規定するのは適用ドメインである。

【0089】

制約は、制約の効果により影響される自由度に従って分類される。これは、飛行セグメントに適用できるかどうか（即ち、その自由度が未決であり、したがって利用可能であるかどうか）を規定する際に有用である。

【0090】

速度プロファイル制約（ＳＰＣ）は、速度プロファイルに関する自由度に条件を課すという効果を有する制約である。

【0091】

垂直プロファイル制約（ＶＰＣ）は、垂直方向のプロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する制約である。

【0092】

推進プロファイル制約（ＰＰＣ）は、推進プロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する制約である。

【0093】

側方プロファイル制約（ＬＰＣ）は、側方プロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する制約である。

【0094】

ランディングギヤプロファイル制約（ＬＧＰＣ）は、ランディングギヤのプロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する制約である。

【0095】

スピードブレーキプロファイル制約（ＳＢＰＣ）は、スピードブレーキのプロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する制約である。

【0096】

高揚力装置プロファイル制約（ＨＬＤＣ）は、高揚力装置に関連する自由度に条件を課すという効果を有する制約である。

【0097】

時間制約（ＴＭＣ）は、決定された１の航空機の状態に関する固定の時間、例えば、１の地点における到着要求時間を設けるという効果を有する制約である。この制約は、航空機の運動の自由度に直接連結されてはいないが、飛行経路に課される条件であり、少なくとも１の自由度に必然的に影響する。

【0098】

目的
目的は、特定の適用ドメインに亘って特定の目的関数を最適化するように航空機の運動に影響を与えたいという希望を表わしている。これらの関数は、特定の航空会社の戦略又はパイロットの手順をエンコードすることができる。目的の属性は、効果、制御変数、適用ドメイン、及び実行インターバルである。

【0099】

効果は、航空機の運動に対する目的の影響を表わす数式である。目的は、最適化が最適な飛行経路を発見するプロセスとなる一次関数と定義される。この一次関数は、最適化に使用される１又は複数の変数を明示的に定義することができ、且つそれら変数に、関数を最小化または最大化する値を返すことができる。例えば、目的とされる最小コストは、速度を最適化に使用される変数として用いて、飛行経路の運航費を評価する一次関数として表現することができる。

【0100】

制御の変数は、最適化に明示的に使用される変数である。定義された一次関数の最大値又は最小値を得ることにより、最大化又は最小化の判定基準を満足させる制御変数の関数が返される。これらの変数は、一次関数を満たすために使用される航空機の運動の自由度に関連している。したがって、これらの変数は、最適化を達成するために１又は複数の自由度を使用する意図を特定する。制御変数が定義されていないとき、航空機の意図の生成プロセスは、最適化を達成するために、残っている未決の自由度のいずれかを使用する。

【0101】

適用ドメインは、目的がアクティブであって航空機の運動に影響するインターバルを定義する。このドメインは、空間的インターバル、時間的インターバル、又はもっと複雑なインターバルとすることができる。

【0102】

実行インターバルは、目的がアクティブとなって航空機の運動に影響しうるときを示す開始トリガー及び終了トリガーによって区切られる。

【0103】

目的は、目的の効果によって影響されうる自由度を考慮して分類することができる。

【0104】

速度プロファイル目的（ＳＰＯ）は、速度プロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する目的である。

【0105】

垂直プロファイル目的（ＶＰＯ）は、垂直方向のプロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する目的である。

【0106】

推進プロファイル目的（ＰＰＯ）は、推進プロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する目的を含む。

【0107】

側方プロファイル目的（ＬＰＯ）は、側方プロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する目的である。

【0108】

ランディグギヤプロファイル目的（ＬＧＰＯ）は、ランディングギヤのプロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する目的である。

【0109】

スピードブレーキプロファイル目的（ＳＢＰＯ）は、スピードブレーキのプロファイルに関連する自由度に条件を課すという効果を有する目的である。

【0110】

高揚力装置目的（ＨＬＰＯ）は、高揚力装置に関連する自由度に条件を課すという効果を有する目的である。

【0111】

複数プロファイル目的（ＭＰＯ）は、自由度を固定せずに自由度に条件を課すという効果を有する目的である。この目的は、特定のプロファイルの最適化を行うものではない。したがって、飛行セグメント、制約、又はその他の目的によって決定されていない最適な自由度を使用することができる。

【0112】

ＦＩＤＬの文法
ＦＩＤＬの文法は、語彙規則と構文規則に分けられる。語彙規則は、飛行セグメント、制約、及び目的を用いた有効な語句の作成を支配する一組の規則を含む。構文規則は、有効なＦＩＤＬ文を生成するための一組の規則を含む。

【0113】

語彙規則は、飛行セグメントを、ＦＩＤＬ語彙素、即ちそれ自体が意味を持つ最小且つ分割不能な要素と考える。制約及び目的は、語彙素の意味を補い、且つ強めるが、それ自体は意味を有さないＦＩＤＬの接頭語（又は添え字）と考えられる。したがって、語彙規則は、語彙素と接頭語を組み合わせることにより、有効なＦＩＤＬ文字列を確実に生成する方法を説明している。語彙規則は、語彙素及び接頭語により形成される文字列がＦＩＤＬにおいて有効であるかどうかも判別する。

【0114】

語彙規則は、飛行セグメントを特徴付ける未決の自由度及び決定済みの自由度に基づいている。飛行セグメントが未決の自由度を有さない場合、それは関連する語彙素が完全に有意義であり、それらの意味は接頭語（制約又は目的）によって補われることがないことを意味する。飛行セグメントが１又は複数の未決の自由度を有する語彙素の場合、未決の自由度と同数の接頭語を付加することができる。語彙規則は、飛行セグメント及び関連する制約及び目的を、１又は複数の自由度が未決のままで残すこともできる。この場合、制約又は目的を付加することにより自由度を後で決定することができる。

【0115】

語彙素及び接頭語に関する上述の定義を考慮して、有効なＦＩＤＬ文字列の形成を支配する語彙規則は以下のように要約される。
ＬＲ１： 有効なＦＩＤＬ語は、少なくとも１の飛行セグメントによって構成されなければならない。
ＬＲ２： 全自由度が決定されている飛行セグメントを、何らかの制約又は目的と同時にアクティブにすることはできない。
ＬＲ３： 同じ自由度に影響する制約と目的、即ち、速度プロファイル制約と速度プロファイル目的；垂直プロファイル制約と垂直プロファイル目的；推進プロファイル制約と推進プロファイル目的；側方プロファイル制約と側方プロファイル目的；ランディングギヤプロファイル制約とランディングギヤプロファイル目的；スピードブレーキプロファイル制約とスピードブレーキプロファイル目的；高揚力装置プロファイル制約と高揚力装置プロファイル目的は、同時にアクティブにすることはできない。
ＬＲ４： 速度プロファイル制約と速度プロファイル目的は、飛行セグメントが少なくとも１の未決の縦方向自由度を有し、飛行セグメントの効果にアクティブな速度プロファイル命令が含まれない場合にのみ、同時にアクティブにすることができる。
ＬＲ５： 垂直プロファイル制約と垂直プロファイル目的は、飛行セグメントが少なくとも１の未決の縦方向自由度を有し、飛行セグメントの効果にアクティブな垂直プロファイル命令が含まれない場合にのみ、同時にアクティブにすることができる。
ＬＲ６： 推進プロファイル制約と推進プロファイル目的は、飛行セグメントが少なくとも１の未決の縦方向自由度を有し、飛行セグメントの効果にアクティブな推進プロファイル命令が含まれない場合にのみ、同時にアクティブにすることができる。
ＬＲ７： 側方プロファイル制約と側方プロファイル目的は、飛行セグメントが少なくとも１の未決の縦方向自由度を有し、飛行セグメントの効果にアクティブな側方プロファイル命令が含まれない場合にのみ、同時にアクティブにすることができる。
ＬＲ８： ランディングギヤプロファイル制約とランディングギヤプロファイル目的は、飛行セグメントが少なくとも１の未決縦方向自由度を有し、飛行セグメントの効果にアクティブなランディングギヤプロファイル命令が含まれない場合にのみ、同時にアクティブにすることができる。
ＬＲ９： スピードブレーキプロファイル制約とスピードブレーキプロファイル目的は、飛行セグメントが少なくとも１の未決の縦方向自由度を有し、飛行セグメントの効果にアクティブなスピードブレーキプロファイル命令が含まれない場合にのみ、同時にアクティブにすることができる。
ＬＲ１０： 高揚力装置プロファイル制約と高揚力装置プロファイル目的は、飛行セグメントが少なくとも１の未決の縦方向自由度を有し、飛行セグメントの効果にアクティブな高揚力装置プロファイル命令が含まれない場合にのみ、同時にアクティブにすることができる。

【0116】

次に、ＦＩＤＬ構文規則を考慮する。構文規則は、ＦＩＤＬ語句によって形成された文が有効か否かを確認するために使用される規則である。

【0117】

適切に形成されたＦＩＤＬ文は、時間の経過に伴う航空機の運動状態の遷移を表わす連結された飛行セグメントのシーケンスにより定義される。これらの航空機の状態は、飛行セグメントのトリガーにより設定される定義を有する飛行経路の要件である。

【0118】

時間の制約は、特定の自由度に直接影響しないので、特別に考慮されなければならない。時間の制約の適用ドメインは常に１の事象に関連付けられる（例えば、１の地点、高度、又は速度に到達する時刻）ということを考慮すると、時間の制約に先立つ任意の飛行セグメントにおいて利用可能なあらゆる自由度を使用して、そのような事象の時刻を達成することができる。したがって、時間の制約を飛行セグメントに関連付けるために必要な条件は、その自由度の１つが未決でなければならないことである。このような制約が適用されると、飛行セグメントにより未決自由度が減少する。時間の制約が飛行セグメントのシーケンスに関連付けられている場合、必要な条件は、シーケンスに含まれる飛行セグメントの１又は複数が少なくとも１の未決の自由度を有することである。

【0119】

複数プロファイル目的の状況は、時間制約の状況と似ている。複数プロファイル目的が、１の飛行セグメント、又は飛行セグメントの１シーケンスに関連付けられているとき、必要な条件は、目的の効果により決定される未決の自由度を有することである。全ての制約及び目的に関して、複数プロファイル目的を飛行セグメントに適用することにより、未決の自由度が減少する。複数プロファイル目的が飛行セグメントのシーケンスに関連付けられているとき、そのような減少は、シーケンス内の、未決の自由度を有する全ての飛行セグメントに適用される。

【0120】

適用される言語及び語彙規則の要素の定義を考慮すると、ＦＩＤＬ語句を使用して構築される文の有効性を確立するＦＩＤＬ構文規則は下記のように要約される。
ＳＲ１： 有効なＦＩＤＬ文は少なくとも１の飛行セグメントによって形成される。
ＳＲ２： 飛行セグメントの開始トリガーは、常に直前の飛行セグメントの終了トリガーに連結される。但し、最初の開始トリガーは初期条件によって定義される。
ＳＲ３： 制約又は目的は、連鎖する飛行セグメントの各々の語彙規則のいずれにも違反しないときのみ、飛行セグメントのシーケンスに関連付けることができる。
ＳＲ４： 時間の制約は、時間の制約が適用される飛行セグメントにおいて、又はいずれかの以前の飛行セグメントにおいて、他のいずれの制約又は目的にも影響されない少なくとも１の未決の自由度がある場合にのみ、飛行セグメントに関連付けることができる。
ＳＲ５： 複数の時間制約を同じ飛行セグメントに適用することはできない。
ＳＲ６： 複数プロファイル目的は、他のいずれの制約又は目的にも影響されないシーケンスに少なくとも１の未決の自由度がある場合にのみ、飛行セグメントシーケンスに関連付けることができる。

【産業上の利用可能性】

【0121】

考えられる用途
本発明は、航空機の飛行経路を予測することが必要であり、（飛行経路の計算が実際に行われる時、又はその後で）飛行の意図を生成するために必要な情報が利用できるいずれかの分野に用途を有しうる。

【0122】

例えば、飛行経路計算インフラストラクチャー１１０が、航空機の飛行管理システムの一部として提供される。飛行管理システムは、航空機の飛行方法を決定するときに、飛行経路予測設備を利用することができる。例えば、飛行管理システムは、飛行計画に反復アプローチを採用することができる。飛行経路を予測して、航空会社の事業目的（飛行時間の最短化、燃料消費の最小化など）などの目的と比較することができる。飛行計画の詳細を調整して、予測される飛行経路の結果を決定し、目的と比較することができる。

【0123】

前段落に記載されたように予測される飛行経路は、詳細な飛行計画と同様に、航空交通流管理に提供される。本発明は、航空機及び航空交通流管理システムが相容れない場合に特に効用を有している。本発明を使用することにより、飛行／航空機の意図を記述する言語により表現された飛行の意図又は航空機の意図が、航空機から航空交通流管理に伝達される。すると、航空交通流管理は、この意図を使用することにより、それ自身のシステムを使用して航空機の飛行経路を予測することができる。

【0124】

対気ベースの飛行経路計算インフラストラクチャーの場合、飛行管理システムは、航空機の意図を生成するために必要な情報の一部にアクセスすることができる。例えば、航空会社の嗜好をローカルに保存して検索及び使用することができる。更に、航空機の性能モデル及び地球モデルをローカルに保存して、必要に応じて更新することができる。更なる情報は、パイロットによる入力、例えば、従うべき特定のＳＩＤ、航行ルート、及びＳＴＡＲや、ランディングギヤアセンブリの配備、フラップ設定の変更、エンジンの評価などを行う時点といったその他の嗜好である。フラップ及びランディングギヤの配備時点といった幾つかの不足する情報は、推奨される対気速度に基づいて仮定することができる。

【0125】

このような必要情報の全ては、フライト全体の飛行経路が予測できるように、フライト前に取得することができる。別の態様では、情報の一部のみがフライト前に取得可能であり、残りの情報はフライト中に取得することができる。このような情報は、例えばエンジンの評価又は飛行高度の変化に伴うパイロットの入力に続いて取得（又は必要に応じて更新）することができる。飛行経路計算インフラストラクチャーも、地球モデルにより更新された優勢な大気条件の変化の結果として、予測される飛行経路を更新することができ、したがって航空機の意図を記述する言語で表現された航空機の意図を更新することができる。更新は、航空機と地上との間の任意の種類の周知の通信リンク２３０を介して通信することができ、最新の大気条件が航空機に送られ、航空機からは修正された航空機の意図又は予測される飛行経路が送られる。

【0126】

航空交通流管理アプリケーションは、上記対気システムに似ている。航空交通流管理は、航空機の意図を決定するために必要な情報、例えば飛行手順（ＳＩＤ、ＳＴＡＲなど）、航空機の性能に関する情報（航空機の性能モデル）、大気条件（地球モデル）、及び場合によっては航空機の嗜好を有することができる。例えば航空機の機体形状を変更する時点に関連するパイロットの嗜好のような一部の情報は、フライトに先立って、又はフライト中に収集することができる。情報が利用できない場合、航空交通流管理は、航空機の意図が生成されて飛行経路が予測されるように、仮定を行うことができる。例えば、全てのパイロットが、滑走路末端から１０海里の地点で、又は特定の対気速度でランディングギヤを配備すると仮定することができる。

【0127】

コンピュータで実施される航空交通流管理方法の一実施形態では、１又は複数の航空機に予測される飛行経路を比較して、コンフリクトの可能性を確認することができる。コンフリクトの可能性があれば、１又は複数の航空機に対し、飛行／航空機の意図を変更する必要を通知することにより、そのようなコンフリクトを解決することができる。

【0128】

別の実施形態では、航空機の衝突を回避する方法は、形式言語で表現された、別の航空機の航空機の意図に関連する一組の命令を受け取ること、他の航空機の飛行経路を予測すること、及び予測された２つの飛行経路を比較することにより飛行経路における衝突の可能性を確認することを含む。

【0129】

当業者であれば、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上記実施形態には変形例が考慮可能であることを理解するであろう。本発明は、以下の条項を含む。
条項１．
形式言語を用いて表現された、１のフライトで遂行される航空機の飛行の意図の説明を供給する、コンピュータで実施される方法であって、
航空機の運動を説明する運動情報と、航空機の空力形状を説明する機体形状情報とを含む航空機の飛行方法を説明する情報をコンピュータで受け取ってデータベースに保存すること、
コンピュータで、フライトを１又は複数の飛行セグメントに分割すること、並びに
各飛行セグメントについて、
当該飛行セグメントについて保存された情報により規定されるのは航空機の運動のいずれの自由度かをコンピュータで決定することと、
その決定に基づいて、コンピュータで形式言語を用いて当該飛行セグメントの飛行の意図を表現することであって、形式言語で表現された飛行の意図が当該飛行セグメントの間の航空機の運動のいずれの自由度が規定されていずれの自由度が規定されないかを規定する、飛行の意図を表現することと、
形式言語で表現された飛行の意図に基づいて航空機の飛行経路を計算するシステムにコンピュータから形式言語で表現された飛行の意図を供給すること
を含む方法。
条項２．
コンピュータで飛行セグメントの飛行の意図を表現することにより、当該飛行セグメントの間の航空機の運動に対する効果を規定することを更に含む、条項１に記載の方法。
条項３．
各飛行セグメントが開始トリガー及び終了トリガーによって画定されており、最初の開始トリガー以外の各開始トリガーが、直前の終了トリガーに連結している、条項１に記載の方法。
条項４．
飛行セグメントの間の航空機の運動のいずれの自由度が規定されておりいずれの自由度が規定されていないかを規定する飛行セグメントコードを使用して、コンピュータで飛行セグメントの飛行の意図を表現することを更に含む、条項１に記載の方法。
条項５．
飛行セグメントの飛行の意図を表現することが、１の制約を、当該制約が航空機の運動に対して持つ効果によって規定することを更に含む、条項１に記載の方法。
条項６．
飛行セグメントの飛行の意図を表現することが、１の目的を、当該目的が最適化しようとする航空機の運動に対して持つ効果によって規定することを更に含む、条項５に記載の方法。
条項７．
制約及び目的の両方は、飛行セグメントの間に関連する自由度が未決である場合にのみ規定できる、条項６に記載の方法。
条項８．
飛行セグメントの飛行の意図を表現することが、航空機の意図の命令を規定することを含む、条項１に記載の方法。
条項９．
航空機の飛行経路（１２２）を予測する、コンピュータで実施される方法であって、
形式言語を用いて表現された１のフライトで遂行される航空機の飛行の意図（１０１）の説明を意図生成インフラストラクチャー（１０３）で受け取ることであって、形式言語で表現された飛行の意図（１０１）の説明が、航空機が従うべきフライトを構成する各飛行セグメントについて、当該飛行セグメントの間の航空機の運動のいずれの自由度が規定されていずれの自由度が規定されないかを規定しており、形式言語で表現された飛行の意図（１０１）の説明が、各飛行セグメントについて、航空機の飛行経路に対する制限を表す制約と航空機の飛行経路に関する欲求を表す目的を規定している、受け取ること、
フライトの間の航空機の飛行経路が明確に説明されるために必要な更なる情報をデータベースから意図生成インフラストラクチャー（１０３）で取得すること、
意図生成インフラストラクチャー（１０３）で、飛行の意図（１０１）の説明および当該更なる情報に基づいて、各飛行セグメントについての制約と目的が当該飛行セグメントの間に利用できる未決の自由度を使用することにより達成されるように、形式言語に従って航空機の意図（１１４）を表現すること、
航空機の意図（１１４）を表わす式を使用して、且つ航空機の性能モデル（１１８）と地球モデル（１２０）とを参照して、飛行経路計算インフラストラクチャー（１１０）により航空機の運動を規定する運動方程式を解くことにより、航空機の飛行経路（１２２）を明確に説明すること、並びに
航空機の飛行経路（１２２）の明確な説明を出力すること
を含む方法。
条項１０．
形式言語を用いて航空機の意図を表現することが、航空機の飛行を説明する前記運動方程式を解くことにより航空機の飛行経路を計算するために必要な情報及び当該情報の位置への言及のうちの少なくとも一方を供給することを更に含む、条項９に記載の方法。
条項１１．
航空機のコンピュータで別の航空機の航空機の意図に関連する形式言語で表現された一組の命令を受け取ること、並びに
当該コンピュータで飛行経路を相互に比較することにより、飛行経路間に生じうるコンフリクトを特定することと
を更に含む、条項９に記載の方法。
条項１２．
航空機の飛行経路予測システムであって、
形式言語を用いて表現された１のフライトで遂行される航空機の飛行の意図（１０１）の説明を受け取る手段であって、形式言語で表現された飛行の意図（１０１）の説明が、航空機が従うべきフライトを構成する各飛行セグメントについて、当該飛行セグメントの間の航空機の運動のいずれの自由度が規定されていずれの自由度が規定されないかを規定しており、形式言語で表現された飛行の意図（１０１）の説明が、各飛行セグメントについて、航空機の飛行経路に対する制限を表す制約と航空機の飛行経路に関する欲求を表す目的を規定している、受け取る手段（１０３）と、
フライトの間の航空機の飛行経路が明確に説明されるために必要な更なる情報をデータベースから取得する手段（１０３）と、
飛行の意図（１０１）の説明および当該更なる情報に基づいて、各飛行セグメントについての制約と目的が当該飛行セグメントの間に利用できる未決の自由度を使用することにより達成されるように、形式言語に従って航空機の意図（１１４）を表現する手段（１０３）と、
航空機の意図（１１４）を表わす式を用いて、且つ航空機の性能モデル（１１８）と地球モデル（１２０）とを参照して、航空機の運動を規定する運動方程式を解くことにより、航空機の飛行経路（１２２）を明確に説明する手段（１１０）と、
航空機の飛行経路（１２２）の明確な説明を出力する手段（１１０）と
を備えているシステム。
条項１３．
複数の航空機の飛行を説明する運動方程式を解くことにより当該複数の航空機の各々の飛行経路を計算するために必要な情報及び当該情報の位置への言及のうちの少なくとも一方を受け取る手段を更に備える、条項１２に記載のシステム。
条項１４．
飛行経路を相互比較することにより、複数の航空機のいずれかの間に生じうるコンフリクトを特定する手段
を更に備えている、条項１３に記載のシステム。

【符号の説明】

【0130】

１００ 飛行経路計算システム
１０１ 飛行の意図
１０２ 初期状態
１０３ 意図生成インフラストラクチャー
１０４ 意図生成エンジン
１０５ ユーザー嗜好モデル
１０６ 運航状況モデル
１１０ 飛行経路計算インフラストラクチャー
１１２ 飛行経路エンジン
１１４ 航空機の意図
１１６ 初期状態
１１８ 航空機の性能モデル
１２０ 地球モデル
１２２ 計算された飛行経路
３００ トリガー条件
３１０ 明示トリガー
３１２ 固定トリガー
３１４ 浮動トリガー
３２０ 黙示トリガー
３２２ 連結トリガー
３２４ 自動トリガー
３２６ 初期設定トリガー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】