DE102012110821B4

DE102012110821B4 - Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung auf einer Landebahn

Info

Publication number: DE102012110821B4
Application number: DE102012110821.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Felux
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: DE102012110821A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung in einem zulässigen Aufsetzbereich AB(102) einer Landebahn (101), wobei ein erster n = 1 Anflugpfad A(105) vorgegeben wird, der einen Landeanflug des Luftfahrzeugs auf die Landebahn (101) mit einer Landung in einem ersten n = 1 Aufsetzbereich AB(103) innerhalb des Aufsetzbereichs AB(102) definiert, und die Steuerung des Autopiloten abhängig von einer Abweichung einer aktuellen, durch ein Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs zu einem Anflugpfad A(105) erfolgt, mit folgenden Schritten:1.1. Prädizieren eines maximalen Positionsfehlers der vom Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs für den verbleibenden Landeanflug einschließlich der Landung, der mit gegebener Wahrscheinlichkeit nicht überschritten wird,1.2. Ermitteln einer maximalen Positionsabweichung des Luftfahrzeugs von dem Anflugpfad A(105) für den bisherigen Landeanflug,1.3. abhängig von dem maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung Ermitteln eines n+1 ten Aufsetzbereichs AB(104) innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB(102) und eines entsprechenden n+1 ten Anflugpfades A(106), und1.4. Steuern des Landeanfluges des Luftfahrzeugs durch den Autopiloten gemäß dem ermittelten Anflugpfad A(106).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung in einem zulässigen Aufsetzbereich AB₀ auf einer Landebahn.
Gattungsgemäße Verfahren sind im Stand der Technik bekannt. Typischerweise erfolgt ein vom Autopiloten automatisch gesteuerter Anflug eines Luftfahrzeugs unter Nutzung des Instrumentenlandesystems (lLS). Das ILS ist ein bodenbasiertes System, das grundsätzlich Präzisionsanflüge bis zu einer Entscheidungshöhe von 0 ft und einer Landebahnsicht von 0 m (RVR = engl. für runway visual range“) ermöglicht. Die Entscheidungshöhe ist die Höhe, in der die Cockpitbesatzung des anfliegenden Luftfahrzeugs über die endgültige Durchführung der Landung entscheidet. Das ILS umfasst einen Landkurssender und einen Gleitpfadsender, deren Ausstrahlung einen Anflugpfad/-weg zu einem Aufsetzpunkt der Landebahn definiert, der zwischen 2.5 bis 5° gegen die Horizontale geneigt ist bzw. typischerweise 3° beträgt.
Bekanntermaßen sind ILS-Anflüge abhängig von verschiedenen Faktoren in Kategorien eingeteilt (Cat I, CAT II, CAT IIIa-c). Die Definitionen dieser Kategorien sind dem Fachmann bestens bekannt.
Neben der Steuerung des Luftfahrzeugs während des Landeanfluges auf die Landebahn sind im Stand der Technik weiterhin Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung einer den Landeanflug abschließenden automatischen Landung bekannt. Der Autopilot des Luftfahrzeugs muss hierzu unter anderem per Radarhöhenmesser in der Lage sein, das Luftfahrzeug bei der Landung selbsttätig abzufangen und aufzusetzen. Ab der Kategorie CAT IIIb ist der Autopilot weiterhin typischerweise derart ausgelegt, dass er auch nach dem Aufsetzen beim Bremsen und Ausrollen per Bugradsteuerung dem Localizer folgt, um das Luftfahrzeug auf der Landebahnmitte zu halten.
Der Ausfall bestimmter Komponenten des Luftfahrzeugs im Flug (zum Beispiel des Radarhöhenmessers) reduziert unmittelbar die Fähigkeit des Luftfahrzeugs, Anflüge höherer Kategorien, bspw. CAT IIIb oder CAT IIIc durchzuführen, was in grenzwertigen Wetterlagen ggf. das Ausweichen des Luftfahrzeugs vom eigentlichen Zielflughafen zu einem Alternativziel erforderlich macht. Ob ein Luftfahrzeug einen automatischen Landeanflug mit abschließender automatischer Landung auf der Landebahn einer bestimmten ILS-Kategorie ausführen kann, hängt weiterhin von der aktiven Ausrüstung/Zulassung des Luftfahrzeugs, der aktiven Ausrüstung/Zulassung des Instrumentenlandesystems, und der aktuellen Qualifikation der Cockpitcrew des Luftfahrzeugs ab.
Anstelle von bodengebundenen Navigationseinrichtungen werden heute zunehmend satellitennavigationsbasierte Flug- und Navigationsverfahren eingeführt, die auch Landeanflüge mit hoher Präzision ermöglichen. Bekannt ist in diesem Zusammenhang bspw. das sogenannte „Ground Based Augementation“ System (GBAS). Forschungen und neuere Entwicklungen haben gezeigt, dass globale Satellitennavigationssysteme (GNSS) zusammen mit bodengestützten Augmentierungssystemen (GBAS) eine vielversprechende Perspektive bieten, um auch unter schlechten Sichtbedingungen bis hin zu CAT-lll eine verlässliche Navigation für Anflug und Landung von Flugzeugen zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang hat das DLR Institut für Kommunikation und Navigation eine GBAS Demonstrationsplattform aufgebaut, welche heute bereits CAT-III Anflüge (200ft Entscheidungshöhe) unterstützt. Diese wird derzeit erweitert um in naher Zukunft den Meilenstein eines GNSS-basierten Navigationssystems zu erreichen, welches für CAT-III Bedingungen, und damit für automatische Landungen verwendet werden kann.
Wesentlich ist vorliegend, dass im Stand der Technik der Soll-Anflugpfad im Landeanflug des Luftfahrzeugs -insbesondere im Endanflug (engl. Final Approach)- und damit der Aufsetzpunkt oder der Aufsetzbereich des Luftfahrzeugs auf der Landebahn nicht variabel sind. Vielmehr wird heute im Endanflug ein vordefinierter Aufsetzpunkt auf der Landebahn anvisiert. Bei der Definition des Soll-Anflugpfades bzw. der damit einhergehenden Festlegung des Soll-Aufsetzpunktes/-bereichs, werden stets konservative Annahmen getroffen, um die Sicherheit stets zu gewährleisten. Diese Annahmen sind in den allermeisten Fällen konservativer als es die jeweiligen Gegebenheiten bei einer Landung erfordern.
Standards entsprechender Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Landanflugs bzw. zur Durchführung einer automatischen Landung sind bspw. festgelegt in:

• DO-253C, „Minimum Operational Performance Standards for GPS Local Area Augmentation System Airborne Equipment“
• DO-192, „Minimum Operational Performance Standards for Airborne ILS Glide Slope Receiving Equipment Operating within the Radio Frequency Range of 328.6-335.4 Megahertz“
• DO-195, „Minimum Operational Performance Standards for Airborne ILS Localizer Receiving Equipment Operating within the Radio Frequency Range of 108- 112 Megahertz“
• Certification Specifications for All Weather Operations (CS-AWO)

Diesen Schriften sind insbesondere sogenannte „Protection Levels“ zu entnehmen, die ein Maß für eine Obergrenze zu einer gegebenen Wahrscheinlichkeit eines aktuellen Fehlers eines zur Landung benutzten Satellitennavigationssystems angeben.
Der Druckschrift US 2009 / 0 043 434 A1 ist ein Verfahren zur Berechnung einer Anflugtrajektorie eines Flugzeugs zu einem Flughafen bekannt. Diese Trajektorie endet in einem Aufsetzpunkt auf der Landebahn. Der Aufsetzpunkt wird überwacht, wobei ein minimaler und/oder ein maximaler Aufsetzpunkt auf der Landebahn ermittelt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, die eine verbesserte Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung ermöglichen, so dass insbesondere die verfügbare Landebahn effektiver zur Landung genutzt werden kann.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Ein verfahrensgemäßer Aspekt der Aufgabe ist mit einem Verfahren zur Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung in einem zulässigen Aufsetzbereich AB₀ einer Landebahn gelöst, wobei ein erster n = 1 Anflugpfad A_n=1 vorgegeben wird, der einen Landeanflug des Luftfahrzeugs auf die Landebahn mit einer Landung in einem ersten n = 1 Aufsetzbereich AB_n=1 innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀ definiert, und die Steuerung des Autopiloten abhängig von einer Abweichung einer aktuellen, durch ein Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs zu einem Anflugpfad A_n erfolgt. Die Landung erfolgt bevorzugt automatisch durch den Autopiloten.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst weiterhin folgende Schritte. In einem ersten Schritt erfolgt ein Prädizieren eines maximalen Positionsfehlers der vom Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs für den verbleibenden Landeanflug einschließlich der Landung, der mit gegebener Wahrscheinlichkeit (während des Landeanflugs und der Landung) nicht überschritten wird. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Ermitteln einer maximalen Positionsabweichung des Luftfahrzeugs von dem Anflugpfad A_n für den bisherigen (zeitlich zurückliegenden) Landeanflug. In einem dritten Schritt erfolgt abhängig von dem maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung ein Ermitteln eines n+1 ten Aufsetzbereichs AB_n+1 innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ und eines entsprechenden n+1 ten Anflugpfades A_n+1. In einem vierten Schritt erfolgt ein Steuern des Landeanfluges des Luftfahrzeugs durch den Autopiloten gemäß dem ermittelten Anflugpfad A_n+1.
Das vorgeschlagene Verfahren betrifft mithin einen Landeanflug, bei dem die aktuelle Position des Luftfahrzeugs durch das Satellitennavigationsmittel (bspw. GPS, Galileo, GLONASS, etc.) ermittelt wird. Das Verfahren basiert weiterhin darauf, dass zunächst für den Anflug auf die Landebahn ein erster n = 1 Anflugpfad A_n=1 vorgegeben wird, der den Landeanflug des Luftfahrzeugs mit einer Landung in einem ersten n = 1 Aufsetzbereich AB_n=1 innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀ definiert, bspw. ein mit 3° gegen die Horizontale geneigter Anflugpfad, der in dem Aufsetzbereich AB_n=1 auf der Landebahn endet.
Vorliegend bezeichnet der Begriff „Aufsetzbereich AB_n“ grundsätzlich einen Bereich der Landebahn mit einer gegebenen Länge in Längsrichtung der Landbahn und gegebener Breite (bevorzugt mittig zur Landebahnmittellinie angeordnet). In einem Sonderfall kann der Aufsetzbereich AB_n mit n ≠ 0 auch einen Punkt auf der Landebahn angeben, d.h. die Länge und Breite des Aufsetzbereichs AB_n ist jeweils = 0. Der Aufsetzbereich AB₀ = AB_n=0 gibt einen Bereich an, der bevorzugt nicht variabel ist und für eine Landebahn individuell vorgegeben ist. Der Index n in AB_n gibt eine geordnete Abfolge an, deren 0-tes Element (AB₀) und erstes Element (AB₁) vorgegeben sind und alle weiteren Elemente (n → n+1) entsprechend den angeführten Verfahrensschritten ermittelt werden.
Der Autopilot steuert das Luftfahrzeug während des Landeanfluges zu Beginn des Verfahrens derart, dass es möglichst genau dem vorgegebenen ersten Anflugpfad A_n=1 entlang fliegt. Weicht das Luftfahrzeug, bspw. aufgrund von Turbulenzen, vom ersten Anflugpfad ab, so korrigiert der Autopilot entsprechend und führt das Luftfahrzeug wieder zurück auf den ersten Anflugpfad A_n=1. Erfindungsgemäß wird für den bisherigen (d.h. zeitlich zurückliegenden) Anflug eine maximale Positionsabweichung des Luftfahrzeugs von dem Anflugpfad A_n = A₁ (zu Beginn des Verfahrens ist A_n = A_n=1) ermittelt. Hierzu werden während des Anfluges Positionsabweichungen des Luftfahrzeugs vom aktuell gültigen Soll-Anflugpfad (bspw. ersten Anflugpfad A_n=1) aufgezeichnet und entsprechend ausgewertet.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein maximaler Positionsfehler der vom Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs ermittelt, der mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit nicht überschritten wird. Hierzu werden bevorzugt alle Fehlerfaktoren mittels Standardabweichungen modelliert.
Der maximale Positionsfehler wird bevorzugt für den Landeanflug einschließlich der Landung prädiziert, d.h. auf Basis eines während des Landeanfluges ermittelten Positionsfehlers des Satellitennavigationsmittels wird für den verbleibenden Teil des Landeanfluges inklusive der Landung ein maximaler prädizierter Positionsfehler ermittelt/geschätzt. Dabei werden bevorzugt keine Satelliten berücksichtigt, auf die das Satellitennavigationsmittel aktuell zugreift und die zeitnah nicht mehr zur Verfügung stehen. Beispielsweise werden Satelliten unterhalb einer bestimmten Elevation (bspw. 10°) für die Berechnung des maximalen Positionsfehlers bevorzugt nicht berücksichtigt.
Der maximale Positionsfehler muss natürlich den Vorgaben zu den Protection Levels genügen. Die Definition und Berechnung der „Protection Levels“ ist dem Fachmann bekannt und kann dem vorstehend genannten Dokument DO-253C entnommen werden.
Erfindungsgemäß wird schließlich abhängig von dem ermittelten maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung ein n+1-ter Aufsetzbereich AB_n+1, d.h. vorliegend AB_n+1 = AB₂ innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ und ein entsprechender n+1-ter Anflugpfad A_n+1, d.h. vorliegend A_n+1 = A₂, ermittelt. Dieser Anflugpfad A₂ dient nunmehr dem Autopiloten als neuer Soll-Anflugpfad A_n, wobei die Steuerung des Autopiloten abhängig von einer Abweichung einer aktuellen, durch ein Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs zu dem neuen Anflugpfad A₂ erfolgt.
Im einfachsten Fall wird der n+1-te Aufsetzbereich gegenüber dem n-ten Aufsetzbereich entlang der Langsachse der Landebahn verschoben, er ändert sich jedoch ansonsten hinsichtlich seiner Länge und Breite nicht gegenüber dem n-ten Aufsetzbereich. Andererseits kann sich der der n+1 te Aufsetzbereich gegenüber dem n-ten Aufsetzbereich hinsichtlich seiner Länge und/oder Breite unterscheiden. Weiterhin kann die Verschiebung auf der Landebahn abhängig von dem ermittelten maximalen Positionsfehler und dem der maximalen Positionsabweichung in eine Richtung auf den Landebahnanfang oder auf das Landebahnende hin erfolgen. Mit jeder Änderung des n-ten Aufsetzbereichs zum n+1-ten Aufsetzbereich ergibt sich zwangsläufig auch eine entsprechende Änderung des Anflugpfades von A_n nach A_n+1, derart dass der Anflugpfad A_n+1 das Luftfahrzeug wiederum zur Landung in den Aufsetzbereich AB_n+1 führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es für Landeanflüge unter Verwendung der Satellitennavigation eine aktuelle Obergrenze zu gegebener Wahrscheinlichkeit für einen Gesamtfehler (Summe aus maximaler Positionsabweichung und maximalem Positionsfehler) zu bestimmen, und Voraussagen über den zu erwartenden Fehler bezüglich des Aufsetzbereichs AB_n (Lage auf der Landebahn/ Länge/ Breite) zu treffen, während das Luftfahrzeug dem Anflugpfad A_n folgt. Genügt dieser Fehler vorgegebenen Kriterien, wird der bisherige Aufsetzbereich optimiert, d.h. er wird zu AB_n+1. Diese Informationen werden im Stand der Technik nicht verwendet, der damit ein Optimierungspotential für die Landeleistung eines Luftfahrzeugs unangetastet lässt.
Vorteil der Erfindung gegenüber dem aktuellen Stand der Technik ist es, genau dieses Optimierungspotential auszuschöpfen. Hierzu werden keine standardisierten, konservativen und konstanten Fehlerwerte verwendet, sondern es wird aus dem aktuell ermittelten maximalen Positionsfehler und der aktuell ermittelten maximalen Positionsabweichung von dem aktuellen Anflugpfad A_n eine realistischere Prädiktion bezüglich des Aufsetzbereichs AB_n errechnet. Dies erlaubt es, den bisher anvisierten Aufsetzbereich AB_n unter Berücksichtigung aller sicherheitsrelevanten Randbedingungen zu variieren bzw. zu optimieren, bspw. in seiner Größe einzuschränken oder entlang der Landebahnlängsrichtung zu verschieben.
Dieser Spielraum hinsichtlich des Aufsetzbereichs kann beispielsweise zur Optimierung des Bremsvorganges verwendet werden. So ist aus der DE 60 2004 013 228 T2 ein System bekannt, welches automatisch bis zu einem Bestimmten Abrollweg das Luftfahrzeug optimal im Hinblick auf Bremsverschleiß verzögert. Diese Technologie kann durch eine erfindungsgemäße Variation des Aufsetzbereichs/-punktes unterstützt werden. Auf kurzen Landebahnen kann weiterhin das Risiko eines Überrollens des Landebahnendes verringert werden, indem, wenn ein geringer Gesamtfehler während des Anfluges ermittelt wird, der Aufsetzbereich in Richtung Landebahnanfang verschoben wird und somit eine größere Landerollstrecke zum Abbremsen des Flugzeugs zur Verfügung steht. Weiterhin könnte durch Ausnutzung eines in Richtung Landebahnanfang verschobenen Aufsetzbereichs AB_n+1 die Sinkgeschwindigkeit beim Aufsetzten verringert werden, um die Belastung des Fahrwerks zu reduzieren. Der Aufsetzbereich ist somit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Berücksichtigung der Sicherheit im Gegensatz zum Stand der Technik variabel. Eine Bewertung des Navigationsfehlers erfolgt nicht, wie im Stand der Technik (siehe DO-253C), anhand standardisierter konservativer unveränderlicher Annahmen, sondern vorliegend als individueller Gesamtfehler, anhand dem ermittelten maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung und führt zu einer Änderung des Anflugpfades und des Aufsetzbereichs.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren nach dem dritten Schritt beginnend mit ersten Schritt erneut durchlaufen wird. Dabei wird bei jedem Verfahrensdurchlauf (Schritte 1 bis 3) abhängig von dem aktuell ermittelten maximalen Positionsfehler und der aktuell ermittelten maximalen Positionsabweichung ein n+1-ter Aufsetzbereich AB_n+1 innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ und ein entsprechender n+1-ter Anflugpfad A_n+1 ermittelt. Die Steuerung des Landeanfluges des Luftfahrzeugs bzw. eine diesen Landeanflug abschließende automatische Landung durch den Autopiloten erfolgt dabei auf Basis des Anflugpfades A_n+1 bzw. des Aufsetzbereichs AB_n+1. Eine Iteration, das heißt ein Durchlauf der drei Schritte (1 - 3), erfolgt bevorzugt in einem Zeitbereich von 1 s bis 5 sec. Dabei kann insbesondere beim Durchflug von Turbulenz oder beim Erkennen einer voraus liegenden Turbulenz vorgesehen sein, dass die Iterationszeiten reduziert werden, bspw. auf 0,2 - 1 sec.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass im dritten Schritt auf Basis des maximalen Positionsfehlers und der maximalen Positionsabweichung ein maximaler Gesamtfehler ermittelt wird; ein Grenzwert für den maximalen Gesamtfehler vorgegeben wird; sofern der ermittelte maximale Gesamtfehler kleiner als der Grenzwert ist, der im dritten Schritt ermittelte n+1-te Aufsetzbereich AB_n+1 in Abhängigkeit des maximalen Gesamtfehlers gegenüber dem Aufsetzbereich AB_n innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ in Richtung Landbahnanfang verschoben ist; und sofern der ermittelte maximale Gesamtfehler größer als der Grenzwert oder gleich dem Grenzwert ist, der im dritten Schritt ermittelte n+1-te Aufsetzbereich AB_n+1 gegenüber dem Aufsetzbereich AB_n innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ in Richtung Landbahnende verschoben ist.
Dabei wird wie einleitend erwähnt, sichergestellt, dass jeder Aufsetzbereich AB_n / AB_n+1 innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀ liegt. Dadurch dass der Aufsetzbereich AB_n+1 im ersten Fall in Richtung Landebahnanfang verschoben ist, setzt das Flugzeug näher am Landebahnanfang auf, so dass bspw. anstelle einer Betätigung der Radbremsen aerodynamisch gebremst werden kann, was einen Bremsverschleiß vermindert, weiterhin kann dadurch ggf. die Landebahn schneller verlassen werden, was die Zahl der Landungen auf der Landebahn pro Zeiteinheit erhöht.
Der vorstehende angeführte Grenzwert kann als Konstante vorgegeben oder auch variabel sein. In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der vorstehende Grenzwert abhängig vom Abstand des Luftfahrzeugs zur Landebahn, insbesondere abhängig vom Abstand des Luftfahrzeugs zum Aufsetzbereich AB_n+1, vorgegeben. Alternativ oder zusätzlich kann der Grenzwert abhängig von einem Abstand des n-ten Aufsetzbereichs AB_n vom Beginn des ersten Aufsetzbereichs AB₀ in Landebahnrichtung vorgegeben sein. Die entsprechenden Abstände werden bevorzugt an Bord des Luftfahrzeugs anhand der hierzu verfügbaren Daten ermittelt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der n+1-te Aufsetzbereich AB_n+1 (in seiner Gesamtheit) stets zwischen dem ersten Aufsetzbereich AB_n=1 und dem Anfang des zulässigen Aufsetzbereichs AB₀ der Landebahn liegt. So wird sichergestellt, dass sofern die Voraussetzungen hierfür vorliegen, eine Änderung des ersten Aufsetzbereichs AB_n=1 stets zu einer Verlängerung der für die Landung nutzbaren Landebahn führt.
Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Aufsetzbereich AB_n=1 in der Mitte des Aufsetzbereichs AB₀ liegt. Der zulässige Aufsetzbereich AB₀ weist bevorzugt eine Erstreckung in Landebahnlängsachse im Bereich von 200 bis 2700 ft auf. Der Aufsetzbereich AB_n weist bevorzugt eine Erstreckung in Längsrichtung der Landebahn im Bereich von 5 m bis 100 m auf.
Weiterhin bevorzugt wird als Satellitennavigationsmittel ein Ground Based Augmentation System (GBAS-System) für ein Globales Navigations-Satelliten System (GNSS) genutzt.
Ein vorrichtungsgemäßer Aspekt der Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung in einem zulässigen Aufsetzbereich AB₀ einer Landebahn gelöst, wobei ein erster n = 1 Anflugpfad A_n=1 vorgegeben wird, der einen Landeanflug des Luftfahrzeugs auf die Landebahn mit einer Landung in einem ersten n = 1 Aufsetzbereich AB_n=1 innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀ definiert, und die Steuerung des Autopiloten abhängig von einer Abweichung einer aktuellen, durch ein Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs zu einem Anflugpfad A_n erfolgt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein erstes Mittel ausgeführt und eingerichtet zum Prädizieren eines maximalen Positionsfehlers der vom Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs für den verbleibenden Landeanflug einschließlich der Landung, der mit gegebener Wahrscheinlichkeit nicht überschritten wird, ein zweites Mittel ausgeführt und eingerichtet zum Ermitteln einer maximalen Positionsabweichung des Luftfahrzeugs von dem Anflugpfad A_n für den bisherigen Landeanflug, und ein drittes Mittel, mit dem abhängig von dem maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung ein n+1 ter Aufsetzbereich AB_n+1 innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ und ein entsprechender n+1 ter Anflugpfad A_n+1ermittelt wird, wobei der Landeanflug des Luftfahrzeugs durch den Autopiloten gemäß dem ermittelten Anflugpfad A_n+1 gesteuert wird.
Bevorzugte Weiterbildungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der vorstehend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemachten Ausführungen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele beschrieben sind. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:

1a eine schematisierte Darstellung einer Landebahn in Aufsicht,
1b eine schematisierte Darstellung einer Landebahn im Vertikalschnitt,
2 einen schematisierten Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3 einen schematisierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

1a zeigt eine schematisierte Darstellung einer Landebahn 101 in Aufsicht. Die parallelen Strichmarkierungen am linken Rand kennzeichnen vorliegend den Landbahnanfang. Das Bezugszeichen 102 kennzeichnet den zulässigen Aufsetzbereich AB₀ dieser Landebahn 101. Dieser Aufsetzbereich AB₀ 102 ist vorliegend unveränderlich. Innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀ 102 ist der erste n = 1 Aufsetzbereich 103 angeordnet. Dieser ist vorliegend weniger breit als der Aufsetzbereich AB₀. Das Bezugszeichen 104 kennzeichnet den n+1-ten Aufsetzbereich AB_n+1. Dieser weist gegenüber dem ersten Aufsetzbereich AB₁ eine geringere Länge in Landebahnlängsrichtung auf.
1b zeigt eine schematisierte Darstellung einer Landebahn 101 im Vertikalschnitt zur Darstellung des ersten n = 1 Anflugpfades A_n=1 (n-ten Anflugpfades A_n) 105 und des n+1 ten Anflugpfades A_n+1 106. Durch die in 1a gezeigte Verschiebung n+1-ten Aufsetzbereichs AB_n+1 gegenüber des ersten Aufsetzbereich AB₁ in Richtung Landbahnanfang muss sich der entsprechende Anflugpfad A_n+1 106 gegenüber dem Anflugpfad A₁ 105 ebenfalls in Richtung Landebahnanfang verschieben. Vorliegend ergeben sich die Schnittpunkte der jeweiligen Anflugpfade 106, 105 mit den jeweiligen Aufsetzbereichen 103, 104 derart, dass diese entlang der Landebahnlängsachse und in der Mittel der Länge der Aufsetzbereiche 103, 104 liegen.
2 zeigt einen schematisierten Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung in einem zulässigen Aufsetzbereich AB₀ 102 einer Landebahn 101, wobei ein erster n = 1 Anflugpfad A_n=1 105 vorgegeben wird, der einen Landeanflug des Luftfahrzeugs auf die Landebahn 101 mit einer Landung in einem ersten n = 1 Aufsetzbereich AB_n=1 103 innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀ 102 definiert, und die Steuerung des Autopiloten abhängig von einer Abweichung einer aktuellen, durch ein Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs zu dem Anflugpfad A_n 105 erfolgt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte.
In einem ersten Schritt 201 erfolgt ein Ermitteln eines maximalen Positionsfehlers der vom Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs, der mit gegebener Wahrscheinlichkeit nicht überschritten wird. In einem zweiten Schritt 202 erfolgt ein Ermitteln einer maximalen Positionsabweichung des Luftfahrzeugs von dem Anflugpfad A_n 105 für den bisherigen Landeanflug. In einem dritten Schritt 203 erfolgt abhängig von dem maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung ein Ermitteln eines n+1 ten Aufsetzbereichs AB_n+1 104 innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ 102 und eines entsprechenden n+1 ten Anflugpfades A_n+1 106. Nach dem dritten Schritt 203 wird das Verfahren beginnend mit Schritt 201 erneut durchlaufen.
3 zeigt einen schematisierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung in einem zulässigen Aufsetzbereich AB₀ 102 einer Landebahn 101, wobei ein erster n = 1 Anflugpfad A_n=1 105 vorgegeben wird, der einen Landeanflug des Luftfahrzeugs auf die Landebahn 101 mit einer Landung in einem ersten n = 1 Aufsetzbereich AB_n=1 103 innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀102 definiert, und die Steuerung des Autopiloten abhängig von einer Abweichung einer aktuellen, durch ein Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs zu dem Anflugpfad A_n 103 erfolgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein erstes Mittel 301 zum Ermitteln eines maximalen Positionsfehlers der vom Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs, der mit gegebener Wahrscheinlichkeit nicht überschritten wird, ein zweites Mittel 302 zum Ermitteln einer maximalen Positionsabweichung des Luftfahrzeugs von dem Anflugpfad A_n 105 für den bisherigen Landeanflug, und ein drittes Mittel 303, mit dem abhängig von dem maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung ein n+1-ter Aufsetzbereich AB_n+1 104 innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ 102 und ein entsprechenden n+1-ten Anflugpfades A_n+1 106 ermittelt wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste

101: Landebahn
102: zulässigen Aufsetzbereich AB₀
103: erster n = 1 Aufsetzbereich AB_n=1, n-ter Aufsetzbereich AB_n
104: n+1 ter Aufsetzbereich AB_n+1
105: erster n = 1 Anflugpfad A_n=1, n-ter Anflugpfad A_n
106: n+1 ter Anflugpfad A_n+1
201-203: Verfahrensschritte
301: erstes Mittel
302: zweites Mittel
303: drittes Mittel

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung in einem zulässigen Aufsetzbereich AB₀ (102) einer Landebahn (101), wobei ein erster n = 1 Anflugpfad A_n=1 (105) vorgegeben wird, der einen Landeanflug des Luftfahrzeugs auf die Landebahn (101) mit einer Landung in einem ersten n = 1 Aufsetzbereich AB_n=1(103) innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀ (102) definiert, und die Steuerung des Autopiloten abhängig von einer Abweichung einer aktuellen, durch ein Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs zu einem Anflugpfad A_n (105) erfolgt, mit folgenden Schritten: 1.1. Prädizieren eines maximalen Positionsfehlers der vom Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs für den verbleibenden Landeanflug einschließlich der Landung, der mit gegebener Wahrscheinlichkeit nicht überschritten wird, 1.2. Ermitteln einer maximalen Positionsabweichung des Luftfahrzeugs von dem Anflugpfad A_n (105) für den bisherigen Landeanflug, 1.3. abhängig von dem maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung Ermitteln eines n+1 ten Aufsetzbereichs AB_n+1 (104) innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ (102) und eines entsprechenden n+1 ten Anflugpfades A_n+1 (106), und 1.4. Steuern des Landeanfluges des Luftfahrzeugs durch den Autopiloten gemäß dem ermittelten Anflugpfad A_n+1 (106).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach dem Schritt 1.3. das Verfahren beginnend mit Schritt 1.1. erneut durchlaufen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem - in Schritt 1.3. auf Basis des maximalen Positionsfehlers und der maximalen Positionsabweichung ein maximaler Gesamtfehler ermittelt wird, - ein Grenzwert für den maximalen Gesamtfehler vorgegeben wird, - sofern der ermittelte maximale Gesamtfehler kleiner als der Grenzwert ist, der in Schritt 1.3. ermittelte n+1-te Aufsetzbereich AB_n+1 (104) in Abhängigkeit des maximalen Gesamtfehlers gegenüber dem Aufsetzbereich AB_n (103) innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ (102) in Richtung Landbahnanfang verschoben ist, und - sofern der ermittelte maximale Gesamtfehler größer als der Grenzwert oder gleich dem Grenzwert ist, der in Schritt 1.3. ermittelte n+1-te Aufsetzbereich AB_n+1 (104) gegenüber dem Aufsetzbereich AB_n (103) innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ (102) in Richtung Landbahnende verschoben ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Grenzwert abhängig vom Abstand des Luftfahrzeugs zur Landebahn (101), insbesondere abhängig vom Abstand des Luftfahrzeugs zum Aufsetzbereich AB_n+1 (104) vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Grenzwert abhängig von einem Abstand des n-ten Aufsetzbereichs AB_n (103) vom Beginn des ersten Aufsetzbereichs AB₀ (102) in Landebahnrichtung vorgegeben ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, bei dem der n+1-te Aufsetzbereich AB_n+1 (104) stets zwischen dem ersten Aufsetzbereich AB_n=1 (103) und dem Anfang des zulässigen Aufsetzbereichs AB₀ (102) der Landebahn (101) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der erste Aufsetzbereich AB_n=1 (103) in der Mitte des Aufsetzbereichs AB₀ (102) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der zulässige Aufsetzbereich AB₀ (102) eine Erstreckung in Landebahnlängsachse im Bereich von 200 bis 2700 ft aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem als Satellitennavigationsmittel ein Ground Based Augmentation Satellite-System (GBAS-System) für ein Globales Navigations-Satelliten System (GNSS) genutzt wird.
Vorrichtung zur Steuerung eines Landeanfluges eines Luftfahrzeugs mittels eines Autopiloten zur anschließenden Landung in einem zulässigen Aufsetzbereich AB₀ (102) einer Landebahn (101), wobei ein erster n = 1 Anflugpfad A_n=1 (105) vorgegeben wird, der einen Landeanflug des Luftfahrzeugs auf die Landebahn (101) mit einer Landung in einem ersten n = 1 Aufsetzbereich AB_n=1 (103) innerhalb des Aufsetzbereichs AB₀ (102) definiert, und die Steuerung des Autopiloten abhängig von einer Abweichung einer aktuellen, durch ein Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs zu dem Anflugpfad A_n (103) erfolgt, umfassend: 10.1. ein erstes Mittel (301) ausgeführt und eingerichtet zum Prädizieren eines maximalen Positionsfehlers der vom Satellitennavigationsmittel ermittelten Position des Luftfahrzeugs für den verbleibenden Landeanflug einschließlich der Landung, der mit gegebener Wahrscheinlichkeit nicht überschritten wird, 10.2. ein zweites Mittel (302) ausgeführt und eingerichtet zum Ermitteln einer maximalen Positionsabweichung des Luftfahrzeugs von dem Anflugpfad A_n (105) für den bisherigen Landeanflug, 10.3. drittes Mittel (303), mit dem abhängig von dem maximalen Positionsfehler und der maximalen Positionsabweichung ein n+1 ter Aufsetzbereich AB_n+1 (104) innerhalb des erlaubten Aufsetzbereichs AB₀ (102) und ein entsprechenden n+1 ten Anflugpfades A_n+1 (106) ermittelt wird, wobei der Landeanflug des Luftfahrzeugs durch den Autopiloten gemäß dem ermittelten Anflugpfad A_n+1 (106) gesteuert wird.