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Die Erfindung betrifft ein kooperatives Bordsystem, das einem Flugzeug, das sich im Flug befindet, navigationsmeteorologische Unterstützung bietet.
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Nach dem Stand der Technik werden die meteorologischen Informationen über eine Sprachverbindung von einer sich am Boden befindlichen Station zu einem Flugzeug im Flug geleitet. Es gibt keine rechnergesteuerten Mittel zur Übertragung von Informationen bezüglich Phänomene, auf die das Flugzeug stößt.
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Sofern in der Beschreibung oder in den Figuren nicht anders festgelegt, haben die Symbole, Akronyme und Abkürzungen die in der nachfolgenden Tabelle angegebene französische oder englische Bedeutung:
| METAR | METeorological Airport Report | Planmäßiben in einem flugmeteorologischen Code ger Wetterbericht, geschrie |
| TAF | Terminal Aerodrome Forecast (AIS) | (oder Terminal Area Forecast) Wettervorhersage |
| SIGMET | SIGnificant METeorological Information | Informationen über meteorologische Phänomene, die die Sicherheit des Flugzeugs beeinträchtigen können |
| GAMET | Ground Area METeorological Information | Gebietsvorhersage für Flüge in niedriger Höhe |
| AIRMET | AIR METeorological Information | Wetterinformationen in Klartext, die für die Leichtluftfahrt mit einem Einsatz bei 10 000 Fuß oder darunter bedeutend sind |
| GAFAR | General Aviation Forecast | Allgemeine Flugwettervorhersage |
| TEMSI | Significant weather | Französische Wettervorhersagekarte |
| WINTEM | wind and temperature | Wind und Temperatur |
| VHF | Very High Frequency | Ultrakurzwellen, die für Verbindungen über kurze und mittlere Entfernungen zwischen Piloten und Bodenstationspersonal verwendet werden; das VHF-Flugfrequenzband ist durch internationale Abkommen für die Luftfahrt reserviert |
| | 108.000 bis 117.950 MHz | Flugfunknavigation (VOR und ILS) |
| | 117.975 bis 137.000 MHz | Flugverkehr, VHF-Flugfunkband |
| | 121.5 MHz | Notfrequenz |
| ADIRS | Air Data Inertial Reference System | System zur Schätzung der Trägheits- und Luftparameter des Flugzeugs |
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Das Verfahren zur Bereitstellung meteorologischer Informationen umfasst folgende Schritte:
- – Erfassung der meteorologischen Informationen durch den Flugwetterdienst aus verschiedenen Informationsquellen (Bodenwetterstationen, Satelliten und Wetterbeobachtungsradarstationen),
- – Ausgabe von Meldungen (METAR, TAF, SIGMET, GAMET, AIRMET, GAFAR usw.), von Karten und Bildern: TEMSI-WINTEM, Satellit und Radar, Wetterfrontenkarte; beobachtete Radiosondenaerologie, regionaler taktischer Bericht, lokaler endgültiger Bericht;
- – Bereitstellung dieser Daten für die die Flugzeuge navigierenden Crews,
- – Erfassung im Flug durch Bordwetterradar; in der Leistung eingeschränkt: keine Erfassung von Turbulenzen bei klarer Luft (CAT), keine Sicht über die erste vordere Störung hinaus.
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Heutzutage besteht die einzige Möglichkeit für einen Flugzeugpiloten, einen Wetterbericht über die meteorologischen Störungen, auf die er trifft, zu übermitteln darin, eine VHF-Verbindung zu einem Zeitpunkt zu verwenden, zu dem die Arbeitsbelastung der Piloten hoch ist. Der Bericht über das aufgetretene Wetter wird infolgedessen häufig am Ende eines Flugs erstellt, was zu spät ist, um anderen Flugzeugen eine zeitnahe Unterstützung zu bieten.
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Die zur Crew geleiteten meteorologischen Informationen sind Prognoseinformationen, die ausgehend von einer aerologischen Modelldarstellung erzeugt werden. Sie werden im Flug nicht aktualisiert und berücksichtigen nicht die sehr lokalen und heftigen Wettererscheinungen, die über diese Vorhersagen hinaus auftreten können. Der Unterschied zwischen den Wettervorhersagen und der im Flug angetroffenen realen Situation ist bei der Navigation ganz alltäglich.
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Die stark lokalisierten und sich schnell ändernden Wetterbedingungen werden somit von den Wetterstationen nicht berücksichtigt. Diese schnellen Änderungen werden nicht effektiv zum Flugzeug im Flug geleitet.
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Die im Flug gemachten Beobachtungen der Wettersituation in Echtzeit sind somit wichtig und stellen eine große Hilfe dar, um die Meteorologie der gefährlichen Phänomene, die auf den Luftwegen erscheinen, zeitnah zu verstehen.
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In letzter Zeit sind Systeme aufgekommen, mit denen es möglich ist, zur Verfügung gestellte Beobachtungsinformationen zu sammeln, um ein Begreifen der realen Wettersituation zu ermöglichen, die auf der Route oder in dem Bereich, in dem sich Flugzeuge bewegen, auftritt.
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Das Dokument
US2002/0039072 offenbart beispielsweise ein Verfahren, um diese Beobachtungsdaten durch eine Station am Boden zu sammeln und zu verarbeiten und diese zu Flugzeugen zu senden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, nicht funktionsfähig zu sein, wenn sich das Flugzeug (das die Beobachtungsdaten bereitstellt oder die verarbeiteten Daten empfängt) keinen Kontakt mit der Station am Boden herstellen kann. Darüber hinaus erfordert es eine gezielt ausgerichtete Antwort zu den Flugzeugen entsprechend ihrer Position im vermuteten Bereich.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, die oben genannten Probleme zu überwinden, indem eine Vorrichtung zur Warnung vor aerologischen Phänomenen für Flugzeuge vorgeschlagen wird, die in Echtzeit Beobachtungen von Flugzeugen berücksichtigt und ohne Kontakt zwischen einer Station am Boden und dem Flugzeug arbeitet.
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Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Warnung vor aerologischen Phänomenen für ein Flugzeug, die ein Bordgerät aufweist, das meteorologische Phänomene erfassen kann, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
- – ein Modul zum Sammeln und Speichern von meteorologischen Daten, die von dem Bordgerät stammen, das meteorologische Phänomene erfassen kann,
- – ein Modul zur Erstellung eines Berichts aus den gesammelten meteorologischen Daten,
- – ein Modul zum Senden des Berichts,
- – ein Modul zum Empfangen von Berichten, die von Flugzeugen in der Umgebung gesendet werden,
- – ein Modul zur Verarbeitung und Zusammenfassung der empfangenen Berichte und zur Erzeugung von Warnmeldungen, wenn ein Bericht ein aerologisches Phänomen meldet,
wobei das Verarbeitungs- und Zusammenfassungsmodul ein Datenzusammenführungssystem (203) mit einem Modul zum Zusammenführen der Daten aufweist, die von Flugzeugen und von Wetterstationen stammen, wobei sich das Zusammenführungsmodul in einer Station am Boden befindet und ein Boden-Luft-Kommunikationsmodul aufweist, um Wetterberichte zu senden, die jedem Flugzeug entsprechend seiner Position in Bezug auf ein aerologisches Phänomen angepasst sind.
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Die Vorrichtung zur Warnung vor aerologischen Phänomenen weist vorteilhaft auch ein Umleitungsassistenzmodul auf, wobei die Umleitungen auf den zusammengefassten Berichten basieren.
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Die Vorrichtung zur Warnung vor aerologischen Phänomenen weist vorteilhaft auch ein Eingabemodul (201) auf, das es einer das Flugzeug führenden Crew ermöglicht, Beobachtungen über die Wetterbedingungen einzugeben.
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Die Vorrichtung zur Warnung vor aerologischen Phänomenen weist vorteilhaft auch ein interaktives Dialogmodul auf, um einen interaktiven Dialog mit dem anderen Flugzeug zu führen.
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Die Vorrichtung zur Warnung vor aerologischen Phänomenen weist vorteilhaft ein Modul zur Befragung mindestens eines der Flugzeuge in der Umgebung und zum Sammeln dieser meteorologischen Daten auf.
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Die Erfindung basiert auf einem Bordsystem in Flugzeugen, das zwischen ihnen überträgt und Wetterdaten in Sende- und Empfangsmodi verarbeiten kann.
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Die schwierigen oder sogar gefährlichen Wetterbedingungen, auf die das Flugzeug trifft, werden halbautomatisch zum anderen Flugzeug gesendet, das sich im gleichen Bereich oder auf der gleichen Route befindet.
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Die Erfindung bringt somit die Echtzeitbeobachtung der Flugzeuge im Flug ins Spiel, die diesen aerologischen Phänomenen begegnen. Ihre Beobachtungen werden zu den Flugzeugen in der Umgebung gesendet.
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Die Erfindung hat den Vorteil, auch in Bereichen zu funktionieren, in denen es mit dem Boden keine Funkabdeckung gibt.
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Beim Lesen der ausführlichen Beschreibung, die als nicht einschränkendes Beispiel gegeben ist, und mit Hilfe der Figuren wird die Erfindung besser verstanden und weitere Vorteile ersichtlich. Die Figuren zeigen:
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1 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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3 den Betrieb der Erfindung mit einer Anzahl an Flugzeugen.
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Die Erfindung umfasst in ihrer einfachsten Betriebsweise die folgenden Funktionen:
- – Beobachtung und Übermittlung von gefährlichen Erscheinungen, auf die Flugzeuge im Flug treffen, zu anderen Flugzeugen,
- – Zusammenfassung dieser Daten durch die Flugzeuge,
- – Umleitungsassistenz für die Flugzeuge im Flug.
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Die Erfindung stellt den Flugzeugen meteorologische Unterstützung in Echtzeit bereit, indem aerologische Beobachtungen verwendet werden, die in Echtzeit von Flugzeugen erhalten werden, die sich in der Nähe oder unterwegs auf der gleichen Route befinden.
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Die Informationen über gefährliche und manchmal vorübergehende meteorologische Phänomene, auf die die Flugzeuge im Flug treffen, werden dazu verwendet, die die gleiche Route nutzenden Flugzeuge in kooperativer Weise zu warnen, und tragen somit zum Schutz dieser Flugzeuge vor diesen gefährlichen Phänomenen bei. Die Flugzeuge werden somit als miteinander in Verbindung stehende mobile Wetterstationen verwendet.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung führt die Dienste und Prozesse mittels eines bordeigenen Hardware- und Softwaresystems aus, das die oben genannten Funktionen unterstützt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, das von einem System unterstützt wird, das in der Lage ist, eine Menge meteorologischer Daten aus verschiedenen Quellen (insbesondere die Wettermeldungen, die in Echtzeit von den Bordbeobachtungen von Flugzeugen im Flug bereitgestellt werden) unter Verwendung der Datenzusammenführungstechnik bestmöglich zu kombinieren.
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1 stellt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Die Vorrichtung zur Warnung vor aerologischen Phänomenen weist Folgendes auf:
- – ein Modul 101 zum Sammeln und Speichern meteorologischer Daten, wobei die Daten auf dem gesamten Weg des Flugzeugs von dem Bordgerät 104 gespeichert werden, welches meteorologische Phänomene erfassen kann,
- – ein Modul 102 zur Erstellung eines Berichts aus den gesammelten Daten,
- – ein Modul 103 zum Senden des Berichts,
- – ein Modul 107 zum Empfangen von Berichten, die von anderen Flugzeugen gesendet werden,
- – ein Modul 106 zur Verarbeitung der empfangenen Berichte und zur Erzeugung von Warnmeldungen, wenn ein Bericht ein aerologisches Phänomen meldet.
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Die herkömmlichen Bordeinrichtungen 104, die zur Erfassung der meteorologischen Phänomene beitragen (Radar, reaktive und prädiktive Windscherungserfassungsgeräte, usw.) sind zusammengelegt, um die meteorologischen Daten zu sammeln.
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2 stellt eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Bei dieser zweiten Ausführungsvariante weist die Vorrichtung auch ein Modul 201 zum Eingeben von Beobachtungen und Kommentaren der Crew über meteorologische Bedingungen auf, wobei der Bericht dann auch die Beobachtungen und Kommentare der Crew umfasst.
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Das Sammel- und Speichermodul 101 fasst die Informationen des Bordgeräts 104 und der Bordgeräte, die von den aufgetretenen Wetterphänomenen betroffen sind, zusammen.
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Die Daten werden zum Modul 102 zur Erstellung der Berichte geleitet.
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Die Berichte können automatisch von einem Mitglied der Crew gesendet oder vor dem Senden ausgegeben werden, um sie beispielsweise mit Anmerkungen zu versehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorteilhaft eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 105 auf, die beispielsweise ein Dialogsystem umfasst, das empfängt und dem Pilot die empfangenen Berichte aufzeigt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorteilhaft ein Hilfsmittel 202 für die Piloten bei ihren Entscheidungen zur Umleitung des Flugzeugs auf, das ihnen die auf der Route beobachteten aerologischen Informationen bereitstellt. Den Flugzeugen, die den Störungen begegnen, über die ein oder mehrere Flugzeuge auf der Route berichten, die diese Phänomene beobachtet haben, werden Daten zur Verfügung gestellt, die es ihnen ermöglichen, eine zuverlässige Entscheidung zur Umleitung und zur Vermeidung dieser Phänomene zu treffen.
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Diese kodierten meteorologischen Daten, beispielsweise in Form eines Flugwetterstandards, stammen somit zunächst von der Beobachtung des anderen Flugzeugs (auch Wächterflugzeug genannt) und sind möglicherweise mit den meteorologischen Daten von anderen Zusatzquellen vervollständigt, nämlich von:
- – Bordgeräten (Wetterradar, aerologische und Trägheitssensoren, usw.) und möglicherweise
- – einem vom Boden empfangenen Bericht einer Wetterstation.
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Die HMI 105 weist vorzugsweise ein Dialog- und Anzeigeterminal sowie eine zentrale Recheneinheit zur Verarbeitung der Daten und zur Bereitstellung von Speicher innerhalb oder außerhalb des Terminals auf.
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Das Dialogterminal weist vorteilhaft in seinem internen Speicher die Wetterdaten auf, die von den anderen Flugzeugen fernempfangen wurden, was durch Anzeige am Bildschirm die genaue Lokalisierung des meteorologischen Phänomens ermöglicht.
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Das Dialogterminal weist einen Bildschirm und eine Tastatur auf, die einem Computer zugeordnet sind, der Software zur Verarbeitung und Darstellung der Daten auf dem Bildschirm enthält.
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Die Vorrichtung weist auch Rechenmittel 106 zur Verarbeitung der Beobachtungsmeldungen auf, die von der bordeigenen Vorrichtung von Flugzeugen im Flug (Beobachter/Wächter) empfangen wurden, um ihren Inhalt durch eine Verarbeitung auf Grundlage der Zusammenführung von Daten 203 mit anderen Wetterquellen zusammenzuführen. Das Ergebnis ist eine durch einen Zusammenführungsalgorithmus zusammengefasste Datenmenge.
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Die angewendete Datenzusammenführung ist die Verarbeitungstechnik von Wetterinformationen aus verschiedenen Quellen. Dadurch ist es möglich, viele Daten in Bezug auf meteorologische Phänomene zusammenzuführen, um ein besseres Verständnis davon zu erhalten als bei den Daten, die von allen Quellen erhalten und jeweils separat betrachtet werden.
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Die Vorrichtung weist vorteilhaft auch ein interaktives und automatisches Dialogmodul 204 für den Dialog mit den anderen Flugzeugen auf.
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Dieses Dialogmodul ermöglicht es vorteilhaft dem beobachtenden Flugzeug, von dem Client befragt zu werden, um durch „automatisches” Antworten genaue Informationen über die gegenwärtige Situation des befragten Flugzeugs zu erlangen, indem beispielsweise Fragen wie „Ist die gemeldete Störung dort, wo sie sich befinden, weiterhin aktiv?” formuliert werden.
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In der Praxis können die verschiedenen Module auf einer einzigen zentralen Verarbeitungseinheit (beispielsweise auf einem an einen Bildschirm und an eine Tastatur angeschlossenen Computer) betrieben werden, der die Verarbeitung, die Zusammenfassung und die Verteilung der Daten auf die Flugzeuge im Flug zur gleichen Zeit wie die Service-Client-Funktion abwickelt.
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Das Terminal erlangt und fasst die Daten über die aerologische Situation mit seiner zentralen Verarbeitungseinheit zusammen, die an die bestehenden Bordgeräte angeschlossen ist. Es dient als Dialogschnittstelle mit den Piloten über seinen Bildschirm/seine Tastatur. Das Terminal ist auch über seine zentrale Verarbeitungseinheit mit Kommunikationsvorrichtungen verbunden, wodurch es Berichte zu den anderen Flugzeugen senden kann.
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Die Hardwarearchitektur des Systems ist eingebettet und weist eine Geräteeinheit auf, die betrieben wird, wenn das Flugzeug beobachtet (Wächtermodus) und wenn es als Client die Warnmeldungen empfängt.
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Jedes Flugzeug beinhaltet somit sowohl Beobachtungsgeräte (Wächtermodus) als auch Geräte zur Nutzung der Informationen (Clientmodus).
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3 veranschaulicht den Betrieb der Erfindung mit einer Reihe von Flugzeugen. Ein erstes Flugzeug 302, „Wächter” genannt, sendet über ein Kommunikationsmittel seinen Bericht über die Wetterphänomene 303, der von anderen Flugzeugen 301.1, 301.2, 301.3 um seine gegenwärtige Position herum empfangen werden kann, indem beispielsweise der VHF-Funk auf einer zu dieser Verwendung vorgesehenen Frequenz genutzt wird.
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Die „Client”-Flugzeuge 301.1, 301.2, 301.3, die auf diesem Kanal hören, empfangen und verarbeiten die Informationen in Echtzeit, um diese auf der Route zu verwenden. Dieser Betriebsmodus erfordert eine lokale Verarbeitung im „Client”-Flugzeug der Informationen, die von dem Wächterflugzeug 302 und von seinen eigenen Sensoren stammen, und der Informationen, die es von anderer Stelle erhalten hat.
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Im vorliegenden Fall ist es möglich, zwischen zwei Arten der Zusammenführung zu unterscheiden: Sensoren und Daten.
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Erstere, die im Wesentlichen an Bord des Flugzeugs erfolgt, betrifft das Kombinieren von Informationen von unterschiedlichen Sensoren, wie etwa dem Wetterradar, den Navigationssystemen, den Trägheitssensoren, der Infrarotkameras oder Kameras im sichtbaren Bereich, dem aerologischen Lasersensor, dem Ultraviolettsensor, dem Ultraschallsensor usw. Die verschiedenen Daten der Sensoren werden durch Zusammenführung verarbeitet, um aus diesen einen Bericht bezüglich der gegenwärtigen aerologischen Situation des beobachtenden Flugzeugs zu entnehmen.
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Bei dessen Erstellung können für die Datenzusammenführung eine Reihe von bekannten Methoden angewendet werden. Das Datenzusammenführungs-Verarbeitungs-Softwaremodul kann beispielsweise durch die Verwendung von „Experten”-Systemtechniken (neuronales Netzwerk und Inferenzmaschine) gebildet werden. Sobald das Modul entwickelt ist, ist die Unterstützung eines Wetterexperten erforderlich, um die Wissensbasis und die Funktionen zum Zuteilen der Entscheidungsfaktoren, die sich daraus ergeben, endgültig festzulegen. Das Ergebnis wird in Form von Informationen zum Piloten geleitet, die eine Prozentangabe als Grund für eine Umleitungsentscheidung geben.
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Zur Herstellung der vorliegenden Vorrichtung können eine Reihe von Datenzusammenführungsverfahren angewendet werden. Eines der bekanntesten Verfahren ist oben beschrieben.
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Das Ergebnis der so erhaltenen Analyse wird über ein Luft-Boden-Kommunikationsmittel zu den „Client”-Flugzeugen in Flug verteilt auf eine Weise, die in Bezug auf ihre entsprechenden Positionen gegenüber der Störung gezielt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ein Modul zur Befragung mindestens eines der Flugzeuge in der Umgebung und zum Sammeln dieser Wetterdaten auf. Das „Client”-Flugzeug kann einen „Wächter” oder ein beliebiges anderes Flugzeug befragen, das Mitglied des Dienstes ist, um so seine meteorologische Situation zu einem gegebenen Zeitpunkt zu kennen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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