DE102006053354B4

DE102006053354B4 - Rundum-Warnsystem für Hubschrauber

Info

Publication number: DE102006053354B4
Application number: DE102006053354A
Authority: DE
Inventors: Alexander Reich
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2026-11-11
Also published as: GB2445642A; ITTO20070794A1; FR2908547A1; US20080180310A1; GB0722093D0; DE102006053354A1; FR2908547B1; US7463183B2; GB2445642B

Abstract

Rundum-Warnsystem für Hubschrauber (HS) zur Erkennung von Hindernissen und der Bodennähe mittels Radarstrahlen, mit einer zentralen Kennungs- und Auswerteeinheit (23), mindestens einem Cockpit-Display (27) und einer Mehrzahl von mit der Rumpfstruktur des Hubschraubers (HS) fest verbundenen, unterschiedlichen Sektoren (–3 bis 12) der den Hubschrauber (HS) umgebenden Sphäre zugeordneten, auf unterschiedlichen Wellenlängen arbeitender Short-range und Long-range Radarsensoren (RS 0 bis RS n), deren Entfernungsinformationen darstellenden Signale der zentralen Kennungs- und Auswerteeinheit (23) zyklisch übermittelbar und nach deren Aufbereitung und Vergleich mit vorgegebenen Warnschwellen auf dem mindestens einen Cockpit-Display (27) darstellbar sind, wobei die zur Abtastung der Sphäre unterhalb, hinter und seitlich des Hubschraubers (HS) dienenden Short-range Radarsensoren (RSm + 1, RSn) mit einer Short-range Wellenlänge und die zur Abtastung der Sphäre vor dem Hubschrauber (HS) dienenden Long-range Radarsensoren (RS0, RSm) mit einer Long-range Wellenlänge arbeiten, und wobei den reflektierten Radarstrahlen mittels Amplituden- oder Frequenzmodulation zwecks richtiger Zuordnung zu den jeweiligen Sektoren...

Description

Die Erfindung betrifft ein Rundum-Warnsystem für Hubschrauber zum Erkennen von Hindernissen und der Bodennähe mittels Radarstrahlen.
Es ist bekannt, mit einem abtastenden Radar- oder Laserstrahl von einem Hubschrauber aus Hindernisse zu erkennen sowie Abstände zum Boden mit einem Radarhöhenmesser zu bestimmen. Hinderniserkennungssysteme basierend auf Lasertechnik sind aber stark wetterabhängig.
Aus der Druckschrift (1) ( DE 20 2006 009 330 U1 ), die ein Rundum-Warnsystem für Hubschrauber zur Erkennung von Hindernissen und der Bodennähe mittels Radarstrahlen beschreibt, ist nur das Anbringen von Nahbereichssensoren bekannt.
Druckschrift (2) ( DE 33 37 649 A1 ) betrifft eine Radaranordnung für Hubschrauber, die Radarstrahlen in Vorausrichtung mit großer Reichweite für die Bewegzielerkennung und Navigation und mit kleinerer Reichweite für die Warnung von Hindernissen vorsieht. Folglich betrifft diese Druckschrift kein Rundumwarnsystem, sondern nur eine Radaranordnung zur Abdeckung der Sphäre in Vorausrichtung des Hubschraubers. Dies wird auch dadurch deutlich, dass beide Radarfrequenzen in D1 über eine gemeinsame Antenne abgestrahlt und empfangen werden.
Druckschrift (3) ( DE 199 018 47 A1 ) betrifft die Erfassung von Objekten in Form einer Einparkhilfe für Kraftfahrzeuge. Dieses Dokument entstammt also einem ganz anderen technischen Bereich. Es betrifft weder Hubschrauber noch ein Rundumwarnsystem, bei dem Sensoren mit unterschiedlicher Reichweite einzelnen Sektoren zugeordnet sind. Diese Druckschrift verwendet weiterhin einen anderen Typ von Abstandssensor, nämlich Ultraschallwandler.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues kombiniertes, aktives System zur Erkennung von Hindernissen und Gelände zu erstellen, welches unter Verwendung von Radarstrahlen allwettertauglich und besser als bisher Hindernisse, insbesondere auch Überlandleitungen und Bergkanten erkennen und dem Piloten anzeigen kann.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das neue System wird im Rahmen der Erfindung als OTPS (Obstacle and Terrain Proximity Sensing) System bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Zuordnung von einzelnen auf unterschiedlichen Wellenlängen für verscheidene Entfernungen (short-range und long-range) arbeitenden Radarsensoren zu vorbestimmten Abtastsektoren der den Hubschrauber umgebenden Sphäre und deren Einbindung in ein Gesamtsystem führt zur kompletten Abdeckung der relevanten Hubschrauberumgebung, was mit einem einzigen ab tastenden Radarstrahl nicht möglich ist. Damit wird die Sicherheit bei Start und Landung in schwierigem Gelände unter widrigen Sichtverhältnissen, das operationelle Spektrum durch Warnung vor Kollisionen während des Landeanfluges des Hubschraubers bei schlechter Sicht und das Situationsbewusstsein der Piloten bei komplizierten Manövern erhöht. Die zur Anwendung gelangenden Radarsensoren sind kleine zuverlässig arbeitende Bauelemente – wie zum Beispiel aus der Abstandswarnung der Fahrzeugtechnik bekannt – und erlauben eine einfache und flexible Anbringung an der Hubschrauberstruktur. Diese Radarsensoren arbeiten lediglich als Sende- und Empfangseinheiten und liefern ihre Signale an eine Kennungs- und Auswerteeinheit, welche die im Cockpit installierten Anzeigeneinheiten, die sogenannten Cockpit-Displays versorgt. Dies kann entweder direkt oder über einen zwischengeschalteten Symbolgenerator erfolgen. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn für den Short-range Wellenbereich die Wellenlänge 24 GHz und für den Long-range Wellenbereich die Wellenlänge 77 GHz verwendet werden.
Der Einbau der Radarsensoren in die jeweilige Hubschrauberstruktur erfolgt unter Berücksichtigung der vorgeschriebenen Einbaubedingungen und der Systemanforderung für die Rundum-Abdeckung des Warnsystems, wobei die Short-range-Sensoren für die Seiten, den unteren und den hinteren Bereich der Rumpfstruktur und die Long-range-Sensoren für den vorderen Bereich, also die Hubschraubernase vorgesehen sind.
Zwecks Kennzeichnung, Unterscheidung zwischen verschiedenen Luftfahrzeugen und richtiger Sektorzuordnung der von den Radarsensoren erzeugten Signale erhalten diese eine Kennung – einen sogenannten footprint – mittels Amplituden- oder Frequenzmodulation. Das typische Ein- und Ausschalten der Radarsensoren wird durch die zentrale Kennungs- und Auswerteeinheit gesteuert, diese vergleicht die Signale der Radarsensoren mit entsprechend einstellbaren Warnschwellen. Ist eine Warnschwelle unterschritten, so wird diese Information mit einer Kennzeichnung des betroffenen Sektors und der gemessenen Entfernung an das Cockpitdisplay übermittelt. Die Warnschwellen sind einstellbar, vorzugsweise über eine externe Datenlinkverbindung.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Rundumwarnsystems wird eine gute Hinderniserkennung speziell auch von Überlandleitungen und Bergkanten möglich. Durch die Rundumabdeckung wird die Wahrscheinlichkeit des senkrechten Auftreffens der Radarstrahlen auf etwa vorhandenen Überland-Stromleitungen erhöht, welches die Erkennungswahrscheinlichkeit gegenüber bisherigen Systemen signifikant verbessert. Eine solche seitliche Abstandserkennung zu Bergkanten war beispielsweise bisher überhaupt nicht möglich.
Wie erwähnt erfolgt die Darstellung der Messergebnisse der Radarsensoren nach Aufbereitung der von ihnen gelieferten Daten. Diese Aufbereitung bezieht sich auf den betroffenen Sektor, die Umrechnung der Sektor-Information in eine entsprechende Anzeige, die Auswertung der gemessenen Entfernung, in der das Hindernis erkannt wurde und die Gefahren-Einstufung der Entfernungsanzeige vorzugsweise durch rote/gelbe Farbgebung der Anzeige. Hierzu geben die Radarsensoren ihre Entfernungsmesswerte zuzüglich ihrer footprints ab, die von der zentralen Kennungs- und Auswerteeinheit gesammelt und bearbeitet werden ehe sie als Anzeigedaten an die Displays weitergegeben werden. Hierzu wird, z. B. in einer Rundanzeige, welche auch üblicherweise als Schwebefluganzeige verwendet werden kann, die horizontale Gefährdung pro Sektor durch eine Einfärbung in gelb und rot dargestellt. Erfolgt die Anzeige in einem Navigations- und Missionsdisplay werden im Gefährdungsfalle, wenn also eine vorgegebene Warnschwelle unterschritten ist, in zu einem Hubschraubersymbol befindliche Ellipsen in Entfernung und in Richtung zum Hubschraubersymbol rot oder gelb eingefärbt dargestellt. Es ist aber auch möglich die vorstehend genannten Darstellungen zu einem gemein samen Display zusammenzufassen, die das gesamte räumliche Gefährdungsbild des Hubschraubers zeigt. Hierbei werden die Entfernungen zu den wahrgenommen Hindernissen nummerisch eingeblendet – in ft oder m einstellbar –. Diese Skalen haben ferner entfernungsabhängige je nach dem Gefährdungsgrad gelbe oder rote Balken. Die auf dem Display dargestellten Richtungen sind Rechts, Hinten, Links und Vorne, wobei die drei oberen Sektorfelder für den Bereich vor dem Hubschrauber vorgesehen sind. Die Gelände-/Hindernislage unterhalb des Hubschraubers wird rechts unten als vertikale Skala – angelehnt an die Darstellung eines Radarhöhenessers – dargestellt. Vorzugsweise können alle Abstandswarnungen mit unterschiedlichen Warntönen unterlegt werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im Einzelnen zeigen
1 ein Blockschaltbild des Rundum-Warnsystems für Hubschrauber gemäß der Erfindung;
2 die Abtastsektoren des Rundum-Warnsystems gemäß 1;
3 die Abtastsituation für Oberland-Stromleitungen und Bergkanten;
4 die Anzeige eines Cockpit-Displays für eine Navigation- und Missionsanzeige;
5 die Anzeige eines Cockpit-Displays mit einer Darstellung für einen Schwebeflug für das Rundum-Warnsystem gemäß 1 und
6 die Anzeige eines Cockpitdisplays mit einer OTPS-Darstellung der Warnsignale gemäß dem Rundum-Warnsystem nach 1.
Zur Überwachung der in den 2 und 3 dargestellten mittels Kennziffern 0, –1, –2, –3 bzw. 1, 3, 6, 9, 11, 12 bezeichneten Bereiche um einen Hubschrauber HS dienen eine Mehrzahl von an der Rumpfstruktur des Hubschraubers in geeigneter Weise verteilt angeordneter Radarsensoren RS, von denen in 1 lediglich einige der Sensoren RS 0, RS m, RS m + 1, RS n dargestellt sind. Die Radarsensoren RS 0 bis RS m arbeiten im Long-range-Bereich und die weiteren Sensoren arbeiten im Short-range-Bereich. Die gemessene Entfernungen darstellenden Signale der Radarsensoren werden in einer zentralen Kennungs- und Auswerteeinheit 23 gesammelt, ausgewertet und mittels Amplituden- oder Frequenzdemodulation über die individuale Kennung-footprint – den einzelnen Sektoren zugeordnet. Die Kennungs- und Auswerteeinheit und somit die einzelnen Radarsensoren sind über eine Steuereinheit 24 einschaltbar. In der Kennungs- und Auswerteeinheit erfolgt der Vergleich der ankommenden Signale mit voreinstellbaren Warnschwellen sowie die Umsetzung der zugeleiteten Signale mit Hilfe eines Symbolgenerators 26 in Anzeigesignale für die Cockpit-Displays, von denen in 1 ebenfalls nur ein Display 27 dargestellt ist. Die Einstellung der Warnschwellen erfolgt entweder vom Cockpit aus, oder kann durch einen externen Datenlink 25 von außen durchgeführt werden. Die Signale der den vorstehend genannten Bereichen – vgl. 2 – der Radarsensoren sind – wie bereits erwähnt – durch mittels Amplituden- oder Frequenzmodulation erzeugten sogenannten footprints gekennzeichnet um die selektive Bearbeitung in der Kennungs- und Auswerteeinheit sowie die selektive Anzeige zu ermöglichen.
Die Darstellung der in der zentralen Kennungs- und Auswerteeinheit 23 bearbeiteten Signale der Radarsensoren RS 0 bis RS n in den Cockpitdisplays kann, wie 4 zeigt als Navigations- und Missionsdarstellung (NMD) erfolgen, wobei die erkannten Hindernisse in Bezug auf den als Kreuz dargestellten Hubschrauber HS als Ellipsen in Entfernung und Richtung zum Hubschrauber rot oder gelb eingefärbt dargestellt werden. Eine Rund- oder auch Schwebefluganzeige genannte Primary Flight Display (PFD)-Anzeige ist in 5 dargestellt, in der die horizontalen Gefährdungen pro Sektor gemäß 2 durch gelbe und rote Einfärbungen dargestellt sind.
Schließlich zeigt 6 eine sogenannte OTPS-Darstellung (Obstacle- and Terrain-Proximity Sensing), welche das räumliche Gefährdungsbild des als Symbol dargestellten Hubschraubers zeigt. Hierzu werden die Entfernungen zu Hindernissen numerisch eingeblendet in foot oder Metern, soweit diese Hindernisse von den Radarsensoren detektiert wurden. Die Skalen haben entfernungsabhängige je nach Gefährdungsgrad gelbe oder rote Balken. In 6 verkörpern die dargestellten Richtungen Rechts, Hinten, Links und Vorne, wobei die oberen Sektorfelder für den Bereich vor dem Hubschrauber vorgesehen sind; vgl. auch 2. Die Gelände-/Hindernislage unterhalb des Hubschraubers ist rechts unten als vertikale Skala in Anlehnung der Darstellung eines Radarhöhenmessers dargestellt.

–3 bis 12: Abtastbereiche
HS: Hubschrauber
RS 0–n: Radarsenoren
23: zentrale Kennungs- und Auswerteeinheit
24: Steuereinheit
25: Datenlink
26: Symbolgenerator
27: Display

Claims

Rundum-Warnsystem für Hubschrauber (HS) zur Erkennung von Hindernissen und der Bodennähe mittels Radarstrahlen, mit einer zentralen Kennungs- und Auswerteeinheit (23), mindestens einem Cockpit-Display (27) und einer Mehrzahl von mit der Rumpfstruktur des Hubschraubers (HS) fest verbundenen, unterschiedlichen Sektoren (–3 bis 12) der den Hubschrauber (HS) umgebenden Sphäre zugeordneten, auf unterschiedlichen Wellenlängen arbeitender Short-range und Long-range Radarsensoren (RS 0 bis RS n), deren Entfernungsinformationen darstellenden Signale der zentralen Kennungs- und Auswerteeinheit (23) zyklisch übermittelbar und nach deren Aufbereitung und Vergleich mit vorgegebenen Warnschwellen auf dem mindestens einen Cockpit-Display (27) darstellbar sind, wobei die zur Abtastung der Sphäre unterhalb, hinter und seitlich des Hubschraubers (HS) dienenden Short-range Radarsensoren (RSm + 1, RSn) mit einer Short-range Wellenlänge und die zur Abtastung der Sphäre vor dem Hubschrauber (HS) dienenden Long-range Radarsensoren (RS0, RSm) mit einer Long-range Wellenlänge arbeiten, und wobei den reflektierten Radarstrahlen mittels Amplituden- oder Frequenzmodulation zwecks richtiger Zuordnung zu den jeweiligen Sektoren (–3 bis 12) und zwecks Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Luftfahrzeugen eine Kennung aufgeprägt ist.
Rundum-Warnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Warnschwellen über eine externe Datenlinkverbindung (25) einstellbar sind.
Rundum-Warnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Schwebeflugbereich horizontale Gefährdungen pro Bereich durch Einfärbungen der Displayanzeige in gelb und rot darstellbar sind.
Rundum-Warnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Missions- und Navigationsflug Gefährdungssituationen in Form von rot oder gelb eingefärbten Ellipsen auf dem Cockpit-Display (27) darstellbar sind.
Rundum-Warnsystem nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige für alle Fluglagen als räumliches Gefährdungsbild des Hubschraubers (HS) in einem gemeinsamen Display (27) darstellbar ist.